海拉尔盆地东明凹陷明D2井白垩系沉积特征及沉积环境分析

2020-07-20侯艳平任延广孙丽张海军吴海波彭威李敬生

世界地质 2020年2期

侯艳平，任延广，孙丽，张海军，吴海波，彭威，李敬生

大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712

0 引言

白垩纪气候性质和影响因素是当前古气候研究中的热点[1-2]。目前多数白垩纪气候研究主要关注海相地层，陆相地层对气候记录研究较少。陆相古气候状况是白垩纪地球气候系统变化链条中的重要环节，对评估白垩纪极端温室气候的形成机制和影响因素具有重要的研究价值。白垩纪陆相古气候研究主要以对气候具有指示意义的矿物组合和化石为研究对象[2]。中国东北是陆相白垩系研究的典型地区，目前对白垩纪的研究主要集中在冀北和辽西等地区，内蒙古东部地区的研究资料相对较少。本文在海拉尔盆地东明凹陷白垩系陆相沉积物中开展气候指示矿物组合分析，通过分析矿物组合特征和沉积环境，揭示白垩纪气候变化与陆相盆地沉积作用之间的成因关系。

海拉尔盆地位于内蒙古自治区东北部呼伦贝尔盟境内，大兴安岭西侧，为晚中生代—古近纪的断陷-坳陷叠合盆地[3]，具两隆三坳的构造格局[4]，与蒙古国的塔木察格盆地实质上是一个盆地，受北东向断裂的控制，盆地呈北东走向分布，东以大兴安岭断隆与大杨树盆地和松辽盆地相隔，西以西北断隆与蒙古国巴乔山盆地相望，北与拉布达林盆地相连，西南以巴音宝力格断隆为界与二连盆地遥遥相对。

海拉尔盆地由16个凹陷组成，盖层以中生代沉积为主，自下而上沉积了三叠系[5]，侏罗系塔木兰沟组[5-7]，白垩系铜钵庙组[7-9]、南屯组[10-12]、大磨拐河组[12]和伊敏组以及第四系，总沉积厚度可达6 000 m。铜钵庙组主要是断陷早期产物，受地貌形态和断层的双重控制，相带变化大[8-9]，陆相沉积、冲积扇、扇三角洲和湖泊相都有发育；南屯组是断陷快速沉积的时期，具有“窄盆深水”的特点，以水下扇-扇三角洲-三角洲沉积体系为主[10-12]；大磨拐河组时期，构造活动趋于平稳，呈现“广盆、浅水”特点，形成三角洲-湖泊沉积体系[12]。

东明凹陷位于盆地北部(图1)，面积约1 500 km2，呈近东西向延伸，东西长75 km，南北最宽25 km，平均宽度18 km，受南部边界断层的控制，形成南断北超的脊状断陷。凹陷内主要沉积了中、新生代的沉积岩系，最大沉积厚度达4 000 m，地层自下而上分别为白垩系下统铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组和伊敏组以及第四系。

东明凹陷内已有钻探井7口，其中6口井见到一定的油气显示，总体勘探、研究程度较低，构造演化、沉积相发育等基本地质特征研究比较薄弱。为确定北部缓坡带地层发育情况、明确其沉积特征而部署的明D2井进行全井段取芯，完钻深度799 m，取芯井段81～799 m，共取芯146筒，取芯进尺718 m，累积芯长602.63 m，收获率84%。揭示的地层自上而下依次为新近系、白垩系大磨拐河组(包括大二段和大一段)、南屯组(包括南二段和南一段)和铜钵庙组(未穿)，主要以深水细粒沉积岩为主[13](图2a-h)，铜钵庙组沉积物相对较粗。

1 明D2井岩芯剖面及沉积特征

为建立明D2井岩性剖面，对该井岩芯进行了详细观察与描述，原则为：①岩芯描述分层最小厚度5 cm，<5 cm的作为夹层，对于菱铁矿层、凝灰岩、煤线和底砾岩等特殊岩性，最小描述厚度为2 cm，<2 cm的作为夹层；②对沉积岩的沉积物特征、粒度、结构构造、含有物和颜色等的细微变化进行了精细描述。

1.1 铜钵庙组沉积特征

铜钵庙组岩芯揭示跨度从799.0 m到710.5 m，共88.5 m，取芯长度57.0 m，未钻穿底界。岩性以杂色砂砾岩与灰绿色粉砂岩-泥岩以不同厚度交互沉积为主。杂色砂砾岩定向排列，有一定的磨圆，杂基支撑，砾径1～5 cm，内部发育明显的层理构造，以大型槽状交错层理为主(图2i)。木质碎屑(树干或树根残留体)常见。砂砾岩最大连续厚度可达15 m，内部发育若干冲刷面，冲刷槽起伏一般<5 cm，冲刷槽内充填定向排列的粗粒沉积物，自冲刷槽向上粒度变细，木质碎屑含量则增加，局部夹有厘米级的煤线。

图1 东明凹陷构造地质图Fig.1 Tectonic map of Dongming depression

灰绿色粉砂岩-泥岩层粒度从粉砂岩到泥岩，部分可达粗砂级别，整体呈灰绿色，含有丰富的植物碎屑或碳质纹层，植物根系非常发达(图2j下部)，发育丰富的煤线(图2j上部)，水平层理或小型槽状交错层理常见，生物根扰动作用强烈，岩性及层理界限由于生物扰动作用而变得不清晰。

1.2 南屯组沉积特征

南一段710.5～624.0 m，厚度86.5 m，取芯长度73.14 m。南一段整体以细粒沉积物为主，主要沉积黑色-深灰色泥岩，偶见粉砂质条带，水平纹层状构造或均质块状构造(图2a-c、图2e)，垂向上单层厚度大，颜色从黑色到深灰色有微小的变化，夹多层厚度不等的菱铁矿层(图2d、f)，与菱铁矿层接触的上下泥岩颜色稍浅，远离菱铁矿层的泥岩逐渐过渡为黑色。常见植物碎片，局部夹2～5 cm的白色凝灰质条带(图2g)及0.1 mm级的凝灰质水平纹层(图2h)。

南一段顶部628.2～626.4 m以深灰色泥岩夹多层薄层灰白色细砂岩沉积为主，626.6 m处夹一10 cm厚菱铁矿层；624.8～624.0 m为以泥砾、砂砾、菱铁矿砾为主组成的内碎屑砾岩，砾石颗粒较大，骨架支撑。

南二段624.0～497.2 m，厚度126.8 m，岩芯长度108.84 m。

624.0～623.5 m为陆源碎屑岩，分选差，623.7～623.5 m为滞留砾岩。

623.5～619.3 m岩性以深灰色碳质泥质粉砂岩夹灰白色粗砂岩条带为主，变形层理非常发育，局部有完整的同心包卷层理(图2k)。

619.3～595.5 m为粒序层理砂岩、灰白色块状粉砂岩及灰色韵律层理粉砂岩交替沉积。619.3～618.3 m发育两个向上变细的粒序层理，第一个40 cm，底部为泥砾岩，向上为平行层理粗砂岩，再向上为水平层理灰黑色粉砂岩；第二个60 cm，底部为块状含砾粗砂岩，向上为波状交错层理灰白色中砂岩，然后是水平层理含碳屑中砂岩-细砂岩，向上粒度逐渐变细，水动力明显减弱。618.3～595.5m灰白色块状粉砂岩和深灰色韵律层理粉砂岩交替沉积。灰白色块状粉砂岩没有明显的层理及粒度分异，粗砂-粉砂级，以粉砂岩为主，泥质含量高，可达50%以上，偶含砾，单砂体厚度 20 cm～5 m不等，部分粗砂岩底部会有明显的冲刷面，冲刷面上有定向排列的泥砾或细粒岩，有少量杂乱分散的碳质碎屑分布于部分层段；韵律层理粉砂岩为深灰色-黑色碳质粉砂岩纹层与灰白色粉砂岩纹层互层发育，两种岩性粒度变化不大，细砂-粉砂级，层与层之间平行接触，单层厚度0.1～5 cm，组合厚度20 cm～5 m不等。

a,b.南一段细粒沉积岩；c.水平纹层状泥岩；d.菱铁矿层两端与泥岩接触；e.无明显层理的块状泥岩；f.泥岩中夹菱铁矿；g.泥岩中夹凝灰岩；h.凝灰质纹层；i.大型槽状交错层理砂砾岩；j.上段为煤线的黑色碳质泥岩夹煤线，下段为植物根系发达的粉砂岩；k.包卷层理；l.泥砾岩，颗粒支撑；m.由粒序层理砂岩-平行层理砂岩-水平层理泥岩组成的鲍马序列；n.泥砾岩，颗粒支撑，磨圆好，圆-次圆状；o.凝灰质粉砂质泥岩；p.泥砾岩，颗粒支撑，磨圆差，棱角状-次棱角状；q.箭头指示直立砾石；r.箭头指示煤线。图2 明D2井典型沉积岩和沉积构造特征Fig.2 Typical sedimentary rocks and sedimentary structure in Well MD2

595.5～563.3 m以泥砾岩和向上变细的鲍马序列沉积为主。595.5～588.8 m以灰黑色韵律层理粉砂岩为主，夹薄层灰白色粒序层理细砂岩-粉砂岩。588.8～587.6 m沉积深灰色泥砾岩，泥质砾石骨架支撑，最大颗粒达10 cm，灰白色粗砂岩充填其间(图2l)。587.6～569.8 m，由近20个结构完整或不完整的鲍马序列组成，夹泥砾岩。单个鲍马序列厚度10 cm～1 m不等，鲍马序列底部发育粒序层理砂岩或泥砾岩，与下伏细粒粉砂岩-泥岩突变接触，向上粒度逐渐变细，依次发育波状交错层理细砂岩或平行层理细砂岩，再向上为水平层理粉砂岩-泥岩(图2m)。569.8～563.3 m以灰色-深灰色泥砾岩沉积为主，灰色泥砾骨架支撑，灰白色砂砾充填骨架之间，部分层段含撕裂片状泥岩，有一定的定向性和磨圆性，分选较差，泥砾原始沉积层理保存较好，夹薄层灰色细粒沉积岩。

563.3～543.0m以灰白色粗砂岩、含砾粗砂岩及变形泥质粉砂岩为主。563.3～562.7 m顶底各10 cm菱铁矿层，中间夹40 cm灰色泥质粉砂岩，泥质粉砂岩有明显的滑动变形，呈高倾角与上下地层接触，变形过程中未发生明显液化作用，原生层理构造特征保存较好。562.7～543.0 m由多个向上变细的旋回组成，各旋回底部以灰白色粗砂岩和含砾粗砂岩为主，向上夹薄层灰色泥质粉砂岩或灰白色粒序层理细砂岩，粗砂岩底部常见撕裂片状泥砾岩定向排列的冲刷面，局部可见大颗粒漂砾。单砂层厚度向上逐渐变薄，粒度逐渐变细，常见变形层理，在549.0 m和543.0 m处发育同心包卷层理。

543.0～539.7 m底部有薄层水进滞留砾石，向上沉积3.1 m厚深灰色块状泥质粉砂岩，顶部发育20 cm滞留泥砾岩，泥砾颗粒较大，磨圆好，排列紧密，颗粒支撑，钙质充填(图2n)。

539.7～535.1 m由7个向上变细的鲍马序列组成，单个厚度20 cm～1.2 m不等。鲍马序列由下部块状含砾粗砂岩和上部波状交错层理粗砂岩和/或水平层理粗砂岩组成。

535.1～530.8 m以细粒沉积物为主，夹两段泥砾岩和两段菱铁矿层。泥砾岩表现为颗粒支撑，砂质充填颗粒之间孔隙；菱铁矿层分别位于534.5 m和532.0 m处，厚度分别为10 cm、15 cm。

530.8～528.0 m岩性以灰白色含泥砾粗砂岩为主，夹两层泥砾岩，偶见碳质条带。528.9 m处沉积10 cm厚菱铁矿胶结细砂岩。

528.0～505.0 m以灰色泥质粉砂岩、粉砂岩为主夹多层灰色泥砾岩和薄层灰白色砂岩，泥质粉砂岩-粉砂岩常夹灰白色砂质条带，偶见包卷层理；泥砾岩以块状泥岩为砾，粗砂充填孔隙中，偶见撕裂片状泥砾；灰白色砂岩常含泥砾和碳质纹层，单个砂层以向上变细的粒序层理为特征，没有韵律性。

505.0～497.2 m下部由多个向上变细的粒序层理组成，粒序层理底部发育明显的冲刷面，总厚度1.5 m；上部为灰白色块状粗砂岩和灰色碳质粗砂岩交互发育。

1.3 大磨拐河组沉积特征

大磨拐河组497.2～100.2 m，厚度397.0 m，取芯长度343.02 m。

497.2～472.1 m总体以细粒沉积物沉积为主。497.2～495.7 m以灰色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主，夹菱铁矿层。向上，底部沉积20 cm滞留砾岩，495.5～480.2 m为灰色粉砂岩夹砂质条带或砂质纹层，韵律层理，夹数层灰白色含碳质细砂岩。480.2～472.1 m为粉砂质泥岩和灰色碳质粉砂岩，夹灰白色块状细砂岩。

472.1～455.0 m以砂岩与粉砂岩间互沉积为主。472.1～464.6 m以灰色泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩为主；464.6～459.8 m以灰白色粗砂岩夹薄层灰色粉砂岩沉积为主，下部变形波状交错层理发育，上部粒序层理发育；459.8～458.1 m为灰色粉砂岩夹含撕裂片状粉砂质砾石的粗砂岩，具有明显的重力流特征；458.1～455.0 m为厚层变形层理中砂岩，夹薄层灰色粉砂岩，偶见砾。

455.0～439.0 m沉积深灰色凝灰质泥质粉砂岩和凝灰质粉砂质泥岩(图2o)，局部有灰白色碳质中砂岩、碳屑粗砂岩沉积。440.1 m处发育10 cm厚菱铁矿层。

439.0～433.7 m以砂岩为主，砂体厚度较大，变形层理非常发育，局部有包卷层理。底部为含砾粗砂岩，分选差、磨圆差，杂基支撑，其上发育10 cm滞留砾石；上部厚层碳质纹层细砂岩粒度具有向上变细的趋势，可以分为3个旋回，各旋回底部有明显的冲刷面。

433.7～417.3 m沉积物具有与455.0～439.0 m相似的特征，但是变形程度更高，可见同心包卷层理，风暴作用更强烈，泥质粉砂质砾石骨架间充填的砂增多，将泥质粉砂岩砾或撕裂片状泥砾分割(图2p)，偶见直立状砾石，浊积事件沉积增多，多层灰白色粗粒砂岩，局部发育粒序层理砂岩。

417.3～408.5 m以砂岩夹粉砂质沉积为主，下部2.6 m为灰色粉砂岩与灰白色细砂岩互层；上部为灰白色块状细砂岩-中砂岩与水平层理碳质纹层细砂岩-中砂岩交互发育，夹少量变形粉砂质条带。

408.5～348.8 m以深灰色含砂质条带泥岩-粉砂岩为主，碳屑非常丰富，夹6层单层5～60 cm、总厚120 cm的菱铁矿层，变形层理发育，多表现为砂质条带的拉长、撕裂，也有原岩整体旋转，与上下地层呈高角度接触，局部见明显的包卷层理，部分表现为细粒与粗粒之间混杂堆积，岩性界面不明显。在390 m处发育50 cm厚砂砾岩，呈杂乱排列，分选差，磨圆差，棱角状泥砾为主，含流纹岩和凝灰岩砾，砾径1～5 cm，有一块长5 cm、宽2 cm的砾石呈直立状(图2q)，推测为风暴成因产物。

348.8～341.8 m以粉砂质夹砂岩沉积为主，上下以含砂质条带灰色泥质粉砂岩为主，变形层理非常发育，可见完整的同心包卷层理，中间夹3.4 m灰白色含泥质条带细砂岩夹灰色含砂质条带粉砂岩，砂质条带和泥质条带具有拉长、撕裂的特征。

341.8～340.8 m灰色泥质粉砂岩沉积，含灰白色砂质条带，条带向上逐渐增多，下部发育植物根系。

340.8～326.1 m以变形层理细砂岩及块状含砾粗砂岩为主，夹粉砂质沉积。

326.1～322.2 m以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩沉积为主，底部发育10 cm厚滞留砾石。

322.2～320.4 m灰色粉砂岩与灰白色细粒岩混杂堆积。

320.4～317.3 m沉积了一套含泥质条带灰白色细粒粉砂岩和块状粗砂岩组合。

317.3～312.2 m下部3 m为厚层灰色粉砂岩夹薄层灰白色细砂岩沉积，含丰富的碳屑，偶见煤线；上部为半深湖相灰色粉砂岩夹泥质粉砂岩沉积。

312.2～301.5 m以砂岩沉积为主。312.2～310.9 m灰白色细砂岩夹灰色粉砂质条带，部分层段含丰富的碳屑，变形层理较为发育，中间夹5 cm煤线层；310.9～301.5 m为含灰色粉砂质条带的灰白色粗砂岩，发育波状交错层理，顶部1.9 m夹2～5 cm厚度不等的含砾粗砂岩。

301.5～300.8 m以细粒沉积为主，底部为10 cm厚水进滞留砾石，上部为灰色泥质粉砂岩夹灰白色透镜砂体。

300.8～297.2 m以砂岩沉积为主，下部沉积60 cm灰色粉砂岩夹灰白色砂质条带，变形层理；向上为灰白色块状中砂岩和泥质条带细砂岩组合。

297.2～281.6 m以灰色粉砂岩、泥质粉砂岩沉积为主夹含丰富碳屑的灰白色细砂岩-中砂岩，底部发育20 cm煤线层，煤线层内夹水进滞留砾石(图2r)。

281.6～257.8 m以灰白色块状粗砂岩与水平层理碳质纹层粗砂岩和含泥砾粗砂岩交互发育为主，夹灰色碳质细砂岩。

257.8～247.4 m以灰色粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主，夹灰白色砂质条带。

247.4～229.4 m以含碳质纹层和泥质条带的水平层理粗砂岩和块状粗砂岩为主，夹泥质条带和含砾粗砂岩。下部8.9 m以灰白色块状粗砂岩与含泥质条带和含煤线粗砂岩互层发育为主，偶见包卷层理。

229.4～215.1 m以灰色泥质粉砂岩为主，常见灰白色砂质条带和砂质纹层。

215.1～101.8 m以灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，在161.8～151.2 m段夹约10 m厚粉砂岩-细砂岩沉积物。

1.4 特殊岩性的分布特征

通过岩芯观察、薄片鉴定，在明D2井岩芯中识别出菱铁矿层、凝灰岩及煤线3种特殊岩性。

明D2井岩芯中共识别出菱铁矿层40层，厚度2～60 cm不等，其中24层共3.4 m集中在85.5 m的南一段黑色泥岩中，16层共2.5 m出现在620.0～349.0 m的深灰色泥岩中。菱铁矿层多夹于泥岩中间，外观与泥岩相似，颜色略偏黄，但密度远大于泥岩。另外，有两处菱铁矿以不规则形状的砾石“团块”出现在砂岩地层中。根据结构或构造的不同，可以把岩芯中的菱铁矿分为4类：第一类，致密块状，均质，性硬、脆，密度大，灰黄色(图2h)，上下与泥岩突变接触，薄片下观察发现矿物呈微晶圆球状，层状分布(图4a)，具定向,见圆球，疑为生物，仅保留外形，内部充填碳酸盐及隐晶硅质。见零星炭化植物碎片；第二类，仅颜色上与第一类不同，由于碳屑含量较高而出现大量黑色斑点(图4b)；第三类，属菱铁矿胶结砂岩，可见明显的粉砂级颗粒，灰黄色、块状，密度较前两类略小，但远大于砂岩，厚度较小，约2～5 cm；第四类，呈砾石“团块”形式出现在深水浊积砂岩中。岩芯中的菱铁矿以第一、二类为主，后两类较少。

凝灰岩层以两种形式分布于南一段泥岩层中：其一厚度稍大，以泥岩夹层的形式出现，厚度多在2～5 cm之间(图2f)，白色，细腻，个别层可见明显的粒度，自下而上呈由粗变细的正粒序分布；另一种呈水平纹层状夹于泥岩中(图2h)，厚度<0.1 mm，在某些层段内频繁发育。

煤线主要分布在铜钵庙组和大磨拐河组二段。铜钵庙组主要分布在泛滥平原亚相粉砂岩-泥岩中，厚度以0.5～2 cm为主，部分可达10～40 cm，少数保留完整的枝干纹理；部分层段河道亚相砂砾岩中也含有煤线，以碳化枝干为主，与砂砾岩混杂堆积，少数厚度较大，可达10 cm。大二段煤线以出现在灰白色细砂岩纹层状煤线为主，少数可达5 cm以上。

2 沉积相分析

铜钵庙组为辫状河沉积，下部为大型槽状交错层理砂砾岩组成的河道沉积[14]，上部为灰绿色粉砂岩-泥岩组成的泛滥平原沉积，具有辫状河沉积典型的二元结构特征。根据地层旋回特征，可以划分为7个沉积阶段，即7期辫状河沉积，分别为:799.0～797.5 m(揭示不全)，797.5～787.8 m、787.8～777.4 m、777.～761.5 m、761.5～748.8 m、748.8～728.9 m、728.9～710.5 m(图3)，每期辫状河发育厚度10～20 m。大型槽状交错层理砂砾岩底部常见冲刷槽，冲刷槽内沉积物粒度大，定向排列明显，形成河道滞留沉积[15]，部分层段砂砾岩中可见多个冲刷面，指示了多期河道垂向上直接叠置而缺少上部泛滥平原相；上部细粒沉积物主要由粉砂岩-泥岩组成，发育丰富的植物根系，表明当时植物生长茂盛，可能与泛滥平原地势低洼、长期积水而逐渐演化为沼泽沉积有关。明D2井多期河道垂向的叠置表明这一时期沉积作用受地貌的控制，以陆相沉积为主，不稳定的水流来回摆动，致使河道不停废弃改道，反复分岔合并，而在垂向上形成多期辫状河沉积的叠置[14-15]。

铜钵庙组沉积之后，东明凹陷从辫状河沉积变为湖泊沉积，沉积物整体变细，共识别出块状黑色泥岩、水平层理泥岩、块状砂岩、韵律层理砂岩、变形层理砂岩和泥砾岩等10余种岩石类型。沉积岩特征表现出明显的深水沉积背景[13]，偶尔伴有事件性沉积，沉积相类型主要包括深湖-半深湖亚相，滨浅湖亚相、扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相(图3)。

南一段为深湖亚相静水沉积，主要沉积黑色泥岩夹菱铁矿层和凝灰质水平纹层，顶端出现深水浊流事件性沉积岩。

南二段早期沉积扇三角洲前缘、前扇三角洲和浅湖亚相，沉积物以灰白色砂岩、灰白色含泥砾砂砾岩、灰黑色韵律层理粉砂岩和灰色泥质粉砂岩为主；后期沉积深湖-半深湖亚相，沉积物以深灰色泥质粉砂岩、泥岩夹深水重力流沉积物[13]—灰色泥砾岩为主；末期发育扇三角洲前缘亚相，为厚层块状含碳屑砂岩。

大一段以深湖-半深湖亚相细粒沉积物为主，夹薄层扇三角洲沉积前缘亚相和前扇三角洲亚相砂岩。

大二段早期以扇三角洲前缘亚相和滨浅湖亚相沉积为主，后期沉积物以半深湖亚相灰色泥质粉砂岩为主。

3 沉积环境分析

3.1 X-射线衍射全岩矿物分析

为了解泥质岩及菱铁矿层的矿物组成，大庆油田勘探开发研究院实验室采用日本理学公司X-射线衍射仪器(型号：Ultima Ⅳ)对由岩芯中采集的细粒沉积岩样品进行了全岩矿物分析，分析菱铁矿层样品10块、泥质岩样品166块。

图3 明D2井岩性--沉积相综合柱状图Fig.3 Columnar section of lithology-sedimentary facies of Well MD2

实验结果表明菱铁矿层主要成分为菱铁矿，含量28.7%～96.5%不等，其余以黏土、石英和长石为主，部分样品含少量铁白云石和黄铁矿(表1)。

泥质岩中除了黏土矿物、石英和长石等主要矿物成分以外，普遍含有菱铁矿和铁白云石，另有少数样品中含有黄铁矿及方解石。菱铁矿的含量0.2%～40%不等，多<10%，颜色越黑的泥岩中菱铁矿含量越高(图3)。黄铁矿分布在710.5～450 m这一深度范围内，含量0.2%～6.6%，平均1.1%(图3)。铁白云石含量0.7%～14.1%，平均2.4%。方解石仅在两个样品中出现，含量分别为710.22 m处的0.3%和676.52 m处的5.0%。

表1 菱铁矿层矿物含量

ppl.单偏光；xpl.正交偏光。 a.656.8 m处菱铁矿矿物呈微晶圆球状；b.393.87 m处菱铁矿，见大量植物碎屑。图4 明D2井显微镜下菱铁矿特征Fig.4 Photomicrographs of siderite in Well MD2

3.2 沉积环境探讨

明D2井沉积环境总体经历了从陆相到湖泊的演化过程，铜钵庙组为陆相辫状河沉积，南屯组—大磨拐河组为扇三角洲-湖泊沉积。而扇三角洲-湖泊沉积过程中，由于湖平面的不停波动，使得深湖-半深湖、滨浅湖、扇三角洲前缘和前扇三角洲交替出现。

根据沉积物颜色、粒度及沉积相分析，绘制了相对湖平面变化曲线(图3)。总体上，南一段时期相对湖平面最大，南二段时期有所下降，随后上升又下降，大一段时期相对湖平面加大，大二段早期相对湖平面下降，随后上升。沉积物颜色变化与气候变化密切相关[20-22]，颜色越深，反映气候越温暖潮湿，而灰白色砂岩与干冷的气候相关。从图3可以看出，沉积物颜色越深，菱铁矿的含量越高，越容易形成菱铁矿层，这在一定程度上反映了菱铁矿与气候关系密切。灰白色砂岩沉积时期，气候干冷，植被不发育，沉积物供给和输入相对容易；而湿暖的气候适宜植物生长，周围植被繁盛，阻止物理风化作用而促进了化学风化过程，从而减少了碎屑物质的供给而增加了各种矿物元素的供给，促使自生矿物的形成[22]；温暖的湖水促进生物生长及有机质腐烂作用的形成，引起氧气的消耗，促使湖内还原环境的形成[19，22]，因此这一时期以富有机质富菱铁矿胶结物的深色泥质岩沉积为主。350 m以下深色泥岩中，菱铁矿常富集成层(图3)，形成菱铁矿层，并且常见黄铁矿沉淀，可能与这一时期更为潮湿炎热的气候有关。