辽河东部地区晚古生代沉积相分析

张 诚代宗仰鲁明宇毛俊莉于 鹏

（1.西南石油大学，成都610500；2.辽河油田分公司勘探开发研究院，盘锦 124010）

辽河东部地区晚古生代沉积相分析

张 诚1代宗仰1鲁明宇1毛俊莉2于 鹏2

（1.西南石油大学，成都610500；2.辽河油田分公司勘探开发研究院，盘锦 124010）

辽河东部晚古生代时期，随着华北地台的不断抬升，海水从北向南不断退出研究区。在此过程中发育了陆表海台地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相。本溪组时期，全区广泛发育五套石灰岩，其中本溪灰岩可以作为区域对比的一个标志层。太原组和山西组时期，全区煤层广泛发育，含煤地层具有多层次多旋回的特点。

晚古生代；沉积相；灰岩；煤层；辽河东部地区

1 辽河东部地层概况

辽河盆地东部包括东部凹陷头台子—燕南潜山带和东部凸起［1］，面积约 2 200km2。 从目前钻探结果看，研究区上古生界地层缺失泥盆系和石炭系下统，所揭露的地层自下而上依次为石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组和石千峰组。

研究区位于华北板块的东北部，区内构造演化与华北地台的构造演化密切相关，古生代是华北地台的稳定时期，构造活动相对较弱。早古生代晚期，华北板块南北两侧的大洋板块相向向华北板块之下俯冲，使其两侧由被动大陆边缘转换成为沟－弧－盆体系的活动大陆边缘。晚古生代早期，古亚洲洋继续向华北和西伯利亚板块之下俯冲，晚泥盆世至早石炭世发生碰撞，形成新的海西期增生褶皱带。华北板块由于受到南北两侧的挤压表现为整体抬升，并遭受长期风化剥蚀，缺失晚奥陶世至早石炭世沉积［2］。晚古生代期间，近南北向挤压力的作用使华北地台北缘造山带逐渐隆升，并给地台内部的类前陆盆地提供碎屑物质，此时地台的大部分地区还浸没在较浅海水中，初期沉积了一套海陆交互相的含煤建造夹陆表海碳酸盐岩建造，晚期随着地台的进一步隆升，海水逐渐退出华北地台，而且随着北侧造山带（内蒙地轴）的进一步褶皱隆升，至晚古生代二叠纪中晚期，沉积类型已由海陆交互相的含煤建造演变为陆相河流-三角洲等陆相碎屑岩建造。

2 沉积相类型及特征

综合分析钻井、录井和测井等资料以及沉积相标志，可将研究区晚古生代沉积相分为陆表海台地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相4大类：陆表海台地相包括开阔台地亚相；有障壁海岸相包括障壁岛亚相、潮坪亚相和泻湖亚相；三角洲相包括前三角洲亚相、三角洲前缘亚相和三角洲平原亚相；河流相包括河床亚相、堤岸亚相和河漫亚相。具体划分如图1和表1所示。

表1 研究区上古生界沉积相划分表

2.1 陆表海台地相

碳酸盐岩沉积按主要沉积场所浅海可划分为陆表海和陆缘海两个类型。陆表海是位于大陆内部或陆棚内部的、低角度、范围广阔的、很浅的浅海。陆表海台地相包括开阔台地和局限台地两个亚相。开阔台地系指海水循环较好、盐度基本正常的浅海［3］。研究区上古生界石炭系本溪组碳酸盐岩的沉积场所为陆表海台地相开阔台地沉积环境（图2）。在晚古生代早期，研究区还处于华北地台内部广布的陆表海环境中，研究区水体较浅，水能较弱，陆源泥、粉砂注入丰富，形成一套以碎屑岩为主的陆表海台地相沉积；中石炭世晚期、晚石炭世等时期内还间歇性出现清水海湾沉积环境，形成生屑滩。岩性主要为泥晶灰岩和生物灰岩，岩石呈灰色、深灰色，中厚层至块状，缺乏层理构造，生物扰动强烈。区内普遍发育五层海相灰岩（图3），从上到下依次为牛毛岭灰岩、本溪灰岩、小峪灰岩、上蚂蚁灰岩和下蚂蚁灰岩。其中本溪灰岩全区发育最稳定，厚度最大，达10cm左右，可以作为研究区的一个标志层。灰岩中产腹足类、海百合、珊瑚、腕足类、蜓类和植物化石等。

图1 研究区晚古生代沉积相划分图（佟2905井）

图2 佟2905井本溪组陆表海台地相相序

图3 牛毛岭剖面本溪组陆表海台地相相序

2.2 有障壁海岸相

在滨岸地区，存在着一种障壁地形—障壁岛，使近岸海与广海隔绝，以至海水流通受到某种程度的限制，形成障壁海岸，发育有障壁海岸相。在障壁面临广海一侧，如同无障壁海岸一样主要受波浪的影响，在障壁的向陆一侧，即障壁的背后则以潮汐作用为主［3］。研究区本溪组、太原组、山西组和下石盒子组下部发育有障壁海岸相。晚古生代早期研究区随着华北地台不断隆起，总的地势为北高南低，海水从北向南不断往复地退出和侵入陆地，在这个过程中形成了全区广泛发育的有障壁海岸相，出现了障壁岛、泻湖、潮坪交替出现的特点。海水进退、地壳沉降和抬起，为成煤提供了有利的地理环境，加上古气候和古植物等有利条件，构成了本区太原组和山西组煤层广泛发育，含煤地层具有多层次多旋回的特点，此时期也是华北地区晚古生代重要的成煤期。根据研究区沉积环境和沉积特征，将本区有障壁海岸相分为障壁岛亚相、潮坪亚相和泻湖亚相（图4）。

图4 佟2905井太原组有障壁海岸相相序

2.3 三角洲相

三角洲相位于海陆过渡之间的过渡地带，是海陆过渡相组的重要组成部分。在河流流入海盆地的河口区，因坡度减缓，水流扩散，流速降低，逐将携带之泥砂沉积于此，形成近于顶尖向陆的三角形沉积体，称为三角洲［3］。研究区晚古生代二叠系下石盒子组上部、上石盒子组和石千峰组下部发育三角洲相。随着地壳不断上升，到早二叠世后期，海水基本完全退出辽河盆地，沉积相也由有障壁海岸相发展为三角洲相。沉积物主要以陆源碎屑沉积为主，砂岩和粉砂岩中见流水波痕、浪成波痕、板状和槽状交错层理，泥岩中发育水平层理，出现海生和陆生生物化石的混生现象。根据研究区沉积环境和沉积特征，将本区三角洲相分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三个亚相。三角洲前缘亚相可以分为远砂坝、河口砂坝和分流间湾三个微相；三角洲平原亚相可以分为分流河道和河道间两个微相（图5）。

图5 佟2905井上石盒子组三角洲相相序

2.4 河流相

河流是流水由陆地流向湖泊和海洋的通道，也是把沉积物由陆地搬运到海洋或湖泊中去的主要营力［3］。拉斯特根据河道分岔参数和弯曲度把河流分为四类：平直河、曲流河、辫状河和网状河。曲流河流量较稳定、河道弯曲，搬运形式以悬浮负载和混合负载为主，沉积物较细，泛滥平原和点砂坝较为发育［3］。研究区河流相主要发育于上石盒子组上部和石千峰组，为近海一侧的滨岸平原中的曲流河沉积。在晚古生代晚期，海水已经全部退出陆地，沉积相也由海陆过渡相的三角洲相发展为陆相的河流相沉积。岩石主要为石英细砾岩、含砾细粒砂岩、含泥质石英砂岩、粉砂岩等。沉积构造以平行层理、大型板状层理、槽状交错层理为主，底部常具冲刷侵蚀面，向上粒径变细，呈正粒级递变现象，岩石中见少量植碎屑。流水的冲刷使河床底部显示明显的冲刷界面，构成河流沉积单元的基底。根据研究区沉积环境和沉积物特征可将河流相进一步划分为河床、堤岸和河漫三个亚相（图6）。

图6 佟2905井上石盒子组河流相相序

3 成煤环境讨论

研究区位于华北地区北部，华北地区在我国晚古生代含煤建造中具有广泛的代表性，是我国主要煤炭资源之一。区内煤层主要发育于石炭系—二叠系。其中太原组和山西组广泛发育煤层，为煤系地层。本溪组与石盒子组也含少量煤层。区内石炭—二叠系含煤建造主要由泥质岩、砂岩相间组合而成，含煤多层。

含煤建造多形成于陆表海多堡岛沉积体系和陆表海堡岛与碳酸盐台地复合沉积体系，潮汐沉积发育，泥炭坪可以发育在多种潮坪环境中。结合我国晚古生代含煤建造泥炭坪的不同特点，可将泥炭坪进一步划分为泻湖泥炭坪、堡后泥炭坪、潮汐三角洲泥炭坪、碳酸盐台地泥炭坪和礁后泥炭坪五种类型［4］。

综合煤层中植物化石，煤层中的沉积相标志，以及含煤建造陆表海堡岛与台地的复合沉积体系，不难看出华北石炭—二叠系太原组、山西组含煤建造，多数煤层广泛地形成于不同类型的海相泥炭坪环境［5］。

区内太原组和山西组煤层属于有障壁海岸相，经过多次海退，形成了多套煤层，根据区内沉积特征分析，认为煤层的主要类型为泻湖泥炭坪沉积（图7）。

图7 佟2905井泻湖泥炭坪成煤序列

泻湖泥炭坪发育在泻湖近岸潮坪和广海型潮坪之上，成煤序列一般以障壁岛或局限台地开始，向上过渡为泻湖及潮坪相，在此基础上发育泥炭坪。成煤后为泻湖相覆盖，并过渡为障壁岛相或台地相沉积。研究区泻湖近岸潮坪广泛发育，伴随着海平面下降。形成的煤层具有层数多、厚度大、层位稳定和煤层结构简单等特点［5］。

4 研究区沉积模式

研究区上古生界地层横向变化不大，纵向上岩性的变化不仅反映了沉积环境的变迁，也反映了上古生界海进海退的变化过程。总体来看，从石炭系早期的本溪组到二叠系的石千峰组时期，水体呈逐渐海退的趋势，沉积相由早期的陆棚相、无障壁海岸相逐渐过渡为三角洲相、河流相。期间可能经历过数次小规模的海进－海退旋回。在石炭纪，沉积基准面基本呈北部或北西部高而南部低的特征，陆源碎屑物质来源于西北部的内蒙地轴区，气候温暖潮湿，十分适宜于植物的生长，在陆表海沿岸或水体较浅部位广泛发育潮坪、泻湖泥炭坪，而迎风一侧则发育障壁岛相［6］。二叠纪时，随着北部褶皱山系的进一步抬升，陆源碎屑物质的供应进一步增加，广泛发育河流－三角洲沉积体系，在远离岸边附近，还发育有部分障壁岛相。

5 结 论

（1）辽河东部晚古生代时期，随着华北地台的不断抬升，海水从北向南不断退出研究区。在此过程中发育了陆表海台地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相。

（2）本溪组时期，研究区广泛发育五套石灰岩，其中本溪灰岩厚度最大，全区发育最稳定，可以作为区域对比的一个标志层。

（3）太原组和山西组时期，随着地壳的沉降与抬升，研究区经历了多次海水进退，为成煤提供了有利的地理环境，加上古气候和古植物等有利条件，构成了本区太原组和山西组煤层广泛发育，含煤地层具有多层次多旋回的特点。此时期也是华北地区晚古生代重要的成煤期。

[1]辽河油田石油地质编委会.中国石油地质志卷三：辽河油田[M].北京：石油工业出版社，1995.

[2]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[G].北京：地质出版社,1989.

[3]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].北京；石油工业出版社,2001.

[4]刘焕杰,贾玉如,龙耀珍,等.中国沉积学[M].北京：石油工业出版社,1994.

[5]陈世悦,徐凤银,刘焕杰.华北晚古生代层序地层与聚煤规律[M].山东东营：石油大学出版社,2000.

[6]陈钟惠.华北晚古生代含煤岩系的沉积环境和聚煤规律[M].武汉：中国地质大学出版社，1993.

Sedimentary Facies Analysis of Late Palaeozoic in Eastern Area of Liaohe

ZHANG Cheng1DAI Zong－yang1LU Ming－yu1MAO Jun－li2YU Peng2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.Liaohe Oilfield Exploration and Development Institute Branch,Panjin 124010)

With the constant uplift of the North China platform,the sea continuesto exit from the north to south during the late Paleozoic period in the east area of Liaohe.In this process,there have developed some facies,such as the epicontinental platform phase,barrier coast phase,delta facies and fluvial facies.Five sets of limestones are widely developed in the region during the Benxi period.The Benxi limestone could be used as a marker bed regional comparison.During the Taiyuan and Shanxi period,coal is widely developed in this area;there are multi-level and multi-cycle characteristics in the coal-bearing strata.

late Paleozoic；facies；limestone；coal；eastern area of Liaohe

TE122

A

1673-1980（2011）06-0055-04

2011-06-19

张诚（1985-），男，黑龙江绥芬河人，西南石油大学资源与环境学院在读硕士研究生，研究方向为沉积、储层地质学。