寧文峰 劉凱麗 周鍇 徐蒙 唐霽軒

1 中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013 2 山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014

1 黃縣盆地區(qū)域地質背景

黃縣盆地位于山東半島北部，位于煙臺市龍口（原黃縣）境內，該盆地于白堊紀形成，新生代繼承性發(fā)展，煤與油頁巖共生的半地塹斷陷盆地。盆地面積約350km2，煤與油頁巖邊界基本一致。目前，已查明油頁巖面積為200km2，賦煤面積為300km2。埋深0～1000m，油頁巖含油率達9%～22%，平均12.91%，是中國迄今發(fā)現的含油率最高的油頁巖[1]。盆地西部及北部瀕臨渤海，東以北林院-洼溝斷層為界，南部為黃縣-九里店大斷層（圖1）。其中，北林院-洼溝斷層為郯廬斷裂帶的分支斷層，切割限制了黃縣-九里店大斷層，二者共同控制了黃縣盆地黃縣組含煤與含油頁巖地層的發(fā)育和分布。

圖1 黃縣盆地構造綱要圖Fig.1 Outline structure map of Huang county basin

區(qū)內地層系統(tǒng)自下而上分別為：晚太古代膠東巖群、古元古代粉子山群、新元古代蓬萊群、中生代白堊系青山群、古近系、第四系。古近系黃縣組賦存煤與油頁巖，是本文重點研究的對象，黃縣組沉積地層如圖2 所示。

圖2 黃縣盆地古近系黃縣組柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Huang county basin

2 黃縣盆地沉積環(huán)境分析

黃縣盆地黃縣組為一套斷陷湖泊沉積，以碎屑沉積物為主，由盆地邊緣向盆地中心，碎屑沉積物呈現由厚到薄、粒度由粗至細的規(guī)律性變化，粗粒沉積物在垂向上表現出頂底界面的突變接觸，但總體呈現向上變細的特征。通過對研究區(qū)內100 余個鉆井和測井資料研究[2]，共識別出4 類沉積體系，分別是沖積扇沉積體系，扇三角洲沉積體系，水下扇沉積體系和湖泊沉積體系（圖3～7）。

圖3 黃縣盆地主要沉積體系Fig.3 Main sedimentary system of Huang county basin

圖4 沖積扇沉積序列（鄉(xiāng)城）Fig.4 Alluvial fan sedimentary sequence(Xiangcheng)

圖5 扇三角洲體系（梁家）Fig.5 Fan delta system(Liangjia)

圖6 水下扇沉積序列（海岱）Fig.6 Subaqueous fan sedimentary sequence(Haidai)

圖7 湖泊沉積序列（梁家）Fig.7 Lacustrine sedimentary sequences(Liangjia)

3 黃縣盆地高分辨率層序地層格架

根據黃縣盆地在巖性剖面、鉆井巖心、測井曲線，以及沉積相在橫向、縱向變化的證據，結合黃縣斷陷盆地地層的發(fā)育情況及區(qū)域構造背景，綜合考慮構造、氣候、物源供給等因素對層序控制，依據Cross 按基準面旋回級別劃分層序和層序命名的原則[3]，將黃縣盆地黃縣組沉積地層地層劃分為：1個超長期旋回（SLSC1）、2 個長期旋回（LSC1、LSC2）、6 個中期旋回（MSC1、MSC2、MSC3、MSC4、MSC5、MSC6）及17 個短期旋回（SSC1、SSC2、······SSC17）（表1、圖8）。

表1 黃縣盆地高分辨率層序地層劃分Table 1 Division of stratigraphic sequence in Huang county basin

其中，SLSC1 的底界面（SB1）是一個構造運動界面，即區(qū)域性不整合面，為黃縣組與下伏白堊系青山群之間的不整合面，該界面在整個黃縣盆地廣泛發(fā)育，并且可與區(qū)域性的構造運動界面進行對比[4]。該界面上下為兩套截然不同的沉積組合。而超長期旋回的頂界面為另一個構造運動界面，即古近系和新近系之間的不整合面，該界面為一斷坳轉換界面，同樣為一區(qū)域性構造運動界面（SB3）。該界面上下為兩套不同的沉積組合：界面之下為一套含煤、油頁巖、泥灰?guī)r、鈣質泥巖、砂泥巖沉積組合，厚度巨大。而界面之上為新近系地層，底部為厚度10m左右的底礫巖，上部為玄武巖，且具多次噴發(fā)、多旋回的特征。該界面在區(qū)域上具有很好的對比性。這兩個區(qū)域性界面在沉積特征、測井曲線、地震剖面上反映比較明顯，易于追蹤對比，是進行層序劃分的重要界面。

而長期旋回LSC1 和長期旋回LSC2 之間的界面（SB2）為一構造應力場轉換面[4]，在黃縣盆地表現為盆地水域萎縮所形成的界面，由于構造運動性質的改變導致盆地構造應力場的轉換，構造應力方向的改變或構造性質由擠壓作用轉變?yōu)樯煺棺饔?，導致盆地沉積機制發(fā)生改變。對于黃縣盆地，盆緣斷裂的周期性活動控制著盆地的沉積過程，因而，構造應力場轉換面即是盆地沉積體制發(fā)生改變的界面，該界面上下沉積體系的配置和沉積組合具有明顯的不同，可以由沉積特征和測井曲線識別和對比。在黃縣盆地內部，該界面為煤3之下的雜色粘土巖，厚度由幾米到二十余米，且有北薄南厚的特點，該層之上為中粗砂巖，有明顯的底沖刷現象，沉積體系發(fā)生了明顯的變化；且煤3上下生物組合有明顯的不同，為始新世和漸新世的分界；測井曲線對SB2 同樣有明顯的反映。

現將每個層序的沉積特征介紹如下：

（1）LSC1 長期旋回沉積特征

LSC1 旋回底界面為黃縣組與白堊系青山群之間的不整合面，頂界面煤3 之下的古土壤界面，旋回中部有煤與油頁巖的沉積，該旋回包括三個中期基準面旋回，即MSC1、MSC2 和MSC3（圖9）。

MSC1 中期旋回，盆緣斷裂開始活動，形成的可容納空間較小，且物源供給充沛，A/S＜＜1，即沉積物的補給通量遠大于新增可容納空間。一旦發(fā)生基準面下降，旋回上部的細粒部分被侵蝕，僅能保存下部的粗粒部分，即上升旋回，并伴隨強烈的底沖刷。該旋回主要由沖積扇、扇三角洲沖積體系構成，沉積物以磚紅色砂礫巖、雜色含礫砂巖、紫紅色細砂巖等粗粒沉積物為主，磨圓度呈棱角狀，分選差，多為泥質膠結。

圖8 黃縣盆地高分辨率層序地層劃分Fig.8 Division of high-resolution sequence stratigraphic in Huang county basin

圖9 LSC1 旋回沉積層序Fig.9 Sedimentary sequence in LSC1 gyration

MSC2 中期旋回，盆緣斷裂持續(xù)活動，盆地緩慢擴張，水域范圍逐漸擴大，基準面穩(wěn)定上升，可容納空間逐漸增大，物源供給開始減少，A/S比值逐漸擴大，該旋回形成一套砂泥巖沉積，沉積體系以扇三角洲沉積體系為主。其上升半旋回與下降半旋回轉折點（湖泛面）附近形成一套油頁巖沉積，然而該時期湖體規(guī)模較小，油頁巖分布范圍較為局限，主要分布在梁家礦區(qū)，為局部地區(qū)標志層。之后基準面開始下降，形成一套含煤沉積，同樣由于湖體規(guī)模較小，煤層分布也較為局限，為局部地區(qū)標志層。

MSC3 中期旋回，該時期盆緣斷裂活動性逐漸減弱，湖盆開始萎縮，可容納空間逐漸減小，物源供給相對增多，A/S 比值逐漸減小，形成的一套較粗粒砂泥巖沉積，基本不發(fā)育煤層。該旋回末期，大部分地區(qū)基準面持續(xù)下降至地面以下，大部分地區(qū)遭受剝蝕、夷平，發(fā)生土壤化，形成本地區(qū)的重要界面，即SB2。

（2）LSC2 長期旋回沉積特征

LSC2 旋回底界面為盆地古土壤界面頂部，頂界面為古近紀和新近紀的構造運動界面，旋回中部靠下部位發(fā)育廣泛的煤與油頁巖的沉積，該旋回包括三個中期基準面旋回，即MSC4、MSC5和MSC6（圖10）。

MSC4 中期旋回初始沉積時期，盆緣斷裂開始活動，但活動較弱，只在該中期旋回底部發(fā)育一套中粗粒砂巖沉積，底部發(fā)育底礫巖沉積，分布在盆緣斷裂附近，具底沖刷現象，沉積體系以沖積扇-扇三角洲沉積體系為主。隨著盆緣斷裂的持續(xù)活動，水域面積逐漸擴大，基準面開始上升，可容納空間逐漸增大，物源供給相對減弱，A/S比值逐漸增大，基準面上升期間形成多套煤和油頁巖的沉積，并在該中期基準面上升達到最大即旋回轉折點（湖泛面）附近形成一套分布廣泛的油頁巖沉積，油頁巖沉積較厚且較為穩(wěn)定。之后基準面旋回下降，A/S 比值減小，在該油頁巖層之上發(fā)育含煤沉積。

MSC5 中期旋回，盆緣斷裂活動性逐漸增強，水域面積快速擴大，其上升半旋回底部，基準面升降頻繁，總體以上升為主，形成一套煤與泥灰?guī)r交互沉積，煤層較薄，局部可采，且分布較為局限。之后基準面持續(xù)上升，水域面積快速擴大，可容納空間逐漸增大，A/S 比值逐漸增大，形成一套巨厚層的灰綠色鈣質泥巖沉積。之后基準面開始下降，沉積物粒度逐漸變粗，形成一套粉砂巖泥巖沉積。

圖10 LSC2 旋回沉積層序Fig.10 Sedimentary sequence in LSC2 gyration

MSC6 中期旋回，盆緣斷裂活動性開始減弱，湖體逐漸萎縮，可容納空間開始減小，物源供給又復充沛，聚煤作用終止，盆地淤淺以至最后封閉。

4 層序格架約束下的沉積環(huán)境演化

黃縣盆地屬于斷陷型盆地，盆緣斷裂的活動控制盆地沉降，而盆地的沉降控制盆地的充填演化過程，所以盆緣斷裂的活動控制著盆地的沉積。黃縣盆地為中生代形成，新生代繼承性發(fā)展的斷陷盆地，盆緣斷裂初始形成于中生代晚期，新生代持續(xù)活動。

根據以上對于黃縣盆地的沉積環(huán)境和高分辨率層序地層的研究，結合前人的成果[5-10]，可以將黃縣盆地劃分為兩個構造演化階段。第一構造階段以盆地間歇性緩慢沉降為特征，第二構造階段以盆地持續(xù)快速沉降為特征。兩個階段的沉降控制著盆地沉積充填過程，并顯示出明顯的階段性。

（1）第一構造-沉積旋回

古近紀早期的構造作用形成黃縣盆地的雛形。隨著盆緣斷裂的活動，斷層兩側差異性升降形成可容納空間并開始接受沉積。盆地初始沉積階段，盆緣多發(fā)育小型沖積扇沉積，隨著斷裂活動的發(fā)育，盆地范圍開始擴大，小型沖積扇逐漸向大型的沖積扇-扇三角洲開始過渡。該階段盆地水體較淺，且常處于暴露狀態(tài)，沉積物顏色以氧化色為主，沉積物粒度較粗，厚度巨大。該階段為盆地第一沉積階段-盆地初始形成階段。

盆地形成后，盆緣斷裂持續(xù)活動，湖盆水域范圍逐漸擴大，盆地可容納空間增大，可容空間與沉積物補給通量比值（A/S）逐漸增大，以沖積扇-扇三角洲為主的沉積逐漸向以扇三角洲-濱淺湖為主的沉積轉化。同時扇三角洲平原洼地以及濱淺湖地帶出現了有利于煤與油頁巖沉積的古地理和古構造條件。該階段為盆地第二沉積階段-盆地緩慢擴張階段。

后期盆緣斷裂活動性減弱，湖盆一開始由擴張變?yōu)槲s，湖盆水體逐漸變淺，水域面積逐漸縮小，盆地可容納空間逐漸變小，A/S 比值逐漸減小，沉積物逐漸向湖盆方向進積，且沉積物粒度逐漸增大，扇三角洲沉積開始占據主導地位，盆緣部位又復出現沖積扇沉積，隨著湖盆的逐漸萎縮，湖盆水體變淺并發(fā)生土壤化作用，形成分布較為廣泛的層序界面。該階段不利于煤與油頁巖等沉積礦產的聚集。該階段為盆地第三沉積階段-盆地逐漸萎縮階段。

（2）第二構造-沉積旋回

盆緣斷裂的開始活動形成第二個構造-沉積旋回。該構造-沉積旋回初期盆緣斷裂活動相對較弱，總體表現為緩慢的沉降，沉積物以粗粒沉積為主，并有底沖刷現象。隨盆地的穩(wěn)定下陷，盆地水域范圍開始擴大，A/S 比增大，碎屑物質開始退積，盆地發(fā)育多套煤與油頁巖的沉積，煤與油頁巖多呈互層發(fā)育。該階段為盆地第四沉積階段-盆地再次擴張階段。

中期，盆緣斷裂活動性增強，盆地加速下陷，盆地水域范圍迅速擴大并達到最大，濱淺湖沉積逐漸向淺湖-深湖沉積過渡，盆地沉積以鈣質泥巖等化學沉積為主，以泥灰?guī)r為代表的淺湖沉積向盆緣擴展，聚煤作用向盆緣遷移，且聚煤作用隨之減弱。該階段為盆地第五沉積階段-盆地加速擴張階段。

后期，盆緣斷裂活動逐漸減弱，湖盆開始萎縮，盆地可容納空間減小，物源供給逐漸增多，A/S 比減小，碎屑體系開始向湖盆方向進積，聚煤作用終止。盆地淤淺以至最后封閉。該階段為盆地第六沉積階段-盆地逐漸萎縮階段。

可以看出，黃縣斷陷盆地充填演化特征受周期性構造活動的控制，先后經歷了早期形成階段、中期持續(xù)發(fā)展階段和晚期萎縮消亡階段，共經歷了兩次大的構造旋回。

5 結論

本文在詳細研究黃縣盆地鉆井、測井等地質資料的基礎上，詳細分析盆地黃縣組地層沉積特征，識別不同的沉積體系。在詳細分析盆地沉積體系的基礎上，利用高分辨率層序地層學的方法，識別層序界面以及不同級次的基準面旋回，建立高分辨率層序地層格架。在高分辨率層序格架約束下將盆地劃分為不同的沉積環(huán)境演化階段。研究取得以下認識：

（1）黃縣盆地黃縣組為一套斷陷湖泊沉積，以碎屑沉積為主，由盆地邊緣向盆地中心，沉積物呈現由厚到薄、粒度由粗至細的規(guī)律性變化，粗粒沉積物在垂向上表現出頂底界面的突變接觸，但有的呈現向上變細序列特征。通過對研究區(qū)內100 余個鉆井和測井資料研究，共識別出4 類沉積體系。即沖積扇沉積體系，扇三角洲沉積體系，水下扇沉積體系，湖泊沉積體系。

（2）根據黃縣盆地在鉆井巖心、測井曲線，以及沉積相變化方面的特征，利用高分辨率層序地層學的基本原理，識別不同級次的旋回界面以及基準面旋回。綜合考慮構造運動、氣候變化、物源供給等因素的影響，將黃縣盆地沉積地層地層劃分為：1 個超長期旋回（盆地構造旋回），2個長期旋回（LSC1、LSC2）、6 個中期旋回（MSC1、MSC2、······MSC6）及十多個短期旋回（SSC1、SSC2、······SSC17）。

（3）在對黃縣盆地沉積地層進行高分辨率層序地層分析的基礎上，對本區(qū)沉積環(huán)境演化進行了分析：可以將該地區(qū)劃分為兩個構造演化階段，第一構造階段以盆地間歇性緩慢沉降為特征，第二構造階段以盆地持續(xù)快速沉降為特征個沉積演化階段。