（三）沙体厚度与石灰岩厚度

（六）晚古生代古地理~

1.本溪期古地理（图1-3-45）
经长期准平原化的华北大地于中石炭世开始整体下沉，海水由东向西侵入形成广布的陆表海环境。基于本期沉积的石灰岩厚度一般为2～10m，以及它们的百分含量10%～30%，我们选择了基本相当于平均值的厚度（5m）作为相区分界线，即石灰岩累厚大于5m为碳酸盐台地环境，反之为滨岸过渡环境。本区此时在古地理上看可分为两大部分，东部为碳酸盐台地环境，形成了以石灰岩占绝对优势的沉积。其间又有零星的沙坝分布；西部为广布的过渡环境，堆积了碎屑滨岸的砂泥质沉积，包括潟湖相、潮坪相及堡坝相等；北部的兴隆—怀柔一带形成了三角洲沉积。可见，此时的物源区位于北部的阴山古陆。

图1-3-45 石炭纪本溪期岩相古地理图

2.太原期古地理（图1-3-46）
与本溪期相比，太原期的古地理面貌就显得较为复杂。然而，基于太原期沉积的石灰岩累积厚度一般为5～30m，其百分含量为5%～40%，我们也选择其平均厚度（20m）作为相区分界线，即石灰岩累厚大于20m为碳酸盐台地环境，小于20m的为非碳酸盐台地区。以此原则，仍可将本区此时的古地理环境分为两大区：中北部大部地区为非碳酸盐台地区；东南大部地区为碳酸盐台地区。沉积环境的详细分区是，靠近北部阴山古陆附近为山前冲积平原，形成了粒度较粗的碎屑堆积；西北部的大同—太原—石家庄一带则形成了以三角洲为主体的沉积；东北部的兴隆—廊坊—沧州—东营则为海湾环境，形成了泥质和细碎屑为主的沉积；中部的左权—邯郸—济南—潍坊一带则为过渡的潟湖潮坪环境，形成了碎屑岩-碳酸盐为主体的沉积：东南大部地区则为浅海的碳酸盐台地环境，形成了以含生物碳酸盐岩为主体、中夹薄层泥质的沉积。由此可见，此时的沉积物仍主要来自北方的阴山古陆。
3.山西期古地理（图1-3-47）

图1-3-46 石炭纪太原期岩相古地理图

前已述及，山西组的沉积旋回为先上升后下降。基准面上升期间，研究区的古地理较太原期发生的重大变化是浅海碳酸盐环境的消失和三角洲环境的广泛发育。此时总的古地理景观是，宁武—北京—秦皇岛一线以北为山前冲积平原环境，堆积了以粗碎屑为主体的沉积；此线与长治—安阳—济南之间的广阔地区为三角洲环境，形成三角洲平原广为发育的一套砂泥质沉积，分流河间地区则发育泥岩沼泽，形成泥炭堆积；东南广大地区为碎屑滨岸带，堆积了以泥质为主的堡坝潟湖沉积物。
基准面下降期间，古地理格局并无重大改变，只是陆上冲积平原与三角洲的沉积更为发育，沉积体系向南进积，沉积相带随之南移。
4.下石盒子期古地理（图1-3-48）
与山西组一样，下石盒子组亦是由先期上升、后期下降的两个沉积半旋回构成。基准面由山西组晚期的下降转为下石盒子组早期上升后，总的沉积古地理格局并无太大变化，只是河流作用范围扩大，辫状河冲积体系沿北部盆地边缘广为发育，高弯度曲流河已向南进积到南部的平顶山—开封—菏泽—淮北一带，而三角洲环境则退缩到研究区东南隅的豫东和两淮地区。

图1-3-47 二叠纪山西期岩相古地理图

下石盒子组晚期，基准面开始下降，陆相沉积进一步增多。辫状冲积体系已推进至忻州—保定—唐山—秦皇岛一带；三角洲环境已向南退缩至淮南—合肥地区，其余广大区域为高弯度的曲流河所占据。
5.上石盒子期古地理（图1-3-49）
上石盒子组沉积期，总的沉积格局继承了下石盒子组的沉积古地理状况，只是辫状河向南进一步进积，碎屑滨岸带向北部推进，使得曲流河环境与三角洲环境的范围缩小。具体是，太原—石家庄—衡水—东营以北为低弯度的辫状河体系，形成了含砾或砾质的碎屑夹泥质沉积，阳城—焦作—新乡—枣庄以南为三角洲环境和碎屑滨岸带，形成了砂泥互层沉积；其余大部主要是曲流河环境。在上石盒子组沉积期间，曾发生多次由南而北的海侵形成了薄层含海绵燧石层。
通过前述各沉积期的地层厚度、沙体厚度、含砂率及沉积古地理的详尽研究，华北地区的沉积古地理特征体现在以下几个方面：
（1）沉积盆地总的古地理概貌是，中石炭世沉积盆地西高东低，海水由东向西侵入；晚石炭世，沉积盆地则为西北高东南低，海水由东南向西北侵入本区，这种古地理格局一直持续到二叠纪末。正是这种古地理格局，导致了本区石灰岩多分布于东部和东南部。随着古地理环境的不断演化，石灰岩和煤层的分布范围不断向东南退缩，层位也逐步抬高。

图1-3-48 二叠纪下石盒子期岩相古地理图

（2）华北石炭-二叠系地层是在稳定的克拉通盆地内的沉积，地形平缓，水体较浅。自北而南依次分布着冲积扇体系→砾质辫状河体系→砂质辫状河体系→曲流河体系→三角洲体系及碎屑滨岸体系。这几大沉积体系随着基准面的升降依次向北或向南迁移。
（3）从沙体等厚图、含砂率图及沉积古地理图上可以看出，各沉积期的河流均由北向南延伸，并逐渐分叉变为三角洲平原上的分流河道。沉积物正是由这些河流从北部阴山古陆经大同和锦西带入沉积盆地，但盆地西南部也有少量沉积物供给。
（4）华北晚古生代沉积建造总体上是在不断海退的过程中沉积而成的，因此，在时空上表现为：自下而上，陆相沉积不断增强，大陆环境由北向南逐步推进。但是，在总体海退的背景下，不时有海水的短期侵入，在地层中以薄而广布的海泛层（如硅质海绵岩）记录下来。
（5）在华北晚古生代古地理演化过程中，唐山、天津、任丘、沧州及东营一带一直处于较为封闭的海湾环境，很少受到外部碎屑的侵入，形成了一个稳定的沼泽（或浅水）凹地，堆积了较厚的富含有机质的泥质沉积，使得这一地区可能成为烃源岩产出的有利区域。

图1-3-49 二叠纪上石盒子期岩相古地理图

（6）研究区总体上可分为三大沉积区：中北部为冲积平原沉积区、中南部为三角洲平原沉积区、南部为碎屑滨岸沉积区。这三大沉积古地理环境导致了沉积储层原生组成、结构及物性的差异，进而影响到储层的后生成岩演化，最终影响到储集物性。

山东石灰岩矿床产于新元古代震旦纪—古生代寒武-奥陶纪和石炭-二叠纪地层中,但作为资源远景、矿石产量和开发利用大的石灰岩矿床,主要赋存在寒武纪及奥陶纪地层中。这些矿床同归于浅海相碳酸盐岩含矿沉积建造,按石灰岩矿床成因,又可分为4种类型。
(一)第Ⅰ类型——海相化学或生物化学沉积作用生成的石灰岩矿床
这是山东省内产出层位最多、分布最为广泛的一类矿床。按矿石类型又可分为2类。
1.海相化学或生物化学沉积作用生成的块状(泥晶)石灰岩矿床
该类矿床在山东分布极为广泛,奥陶纪马家沟群及震旦纪蓬莱群均有此类矿床产出,是山东省主要的石灰岩矿床类型。此类石灰岩矿床规模大,走向上延深几千米;厚度大,从几米、几十米到上百米。矿石质量好,CaO含量50%～60%之间,MgO含量较低。矿体形态比较简单,呈层状或似层状。这类矿床一般在潮下低能带环境下形成。
2.海相化学或生物化学沉积作用下生成的鲕粒石灰岩矿床
此类矿床广泛分布在山东寒武-奥陶纪九龙群中,为山东又一种主要石灰岩类型。矿床规模大(厚度由几米到几十米),矿层层位稳定,矿体形态简单(层状、似层状)。矿石质量较好,CaO含量在50%～52%之间,MgO含量因鲕粒石灰岩易白云岩化而变化较大。此类矿床一般是在潮汐沙坝和潮汐三角洲环境下形成的。
(二)第Ⅱ类型——海相机械碎屑沉积作用生成的石灰岩矿床
此类矿床发育于寒武-奥陶纪九龙群和马家沟群中。矿层岩性以砾屑石灰岩、砂屑石灰岩为主,矿层规模小些,厚几米至几十米,矿层呈层状、似层状,常夹泥晶石灰岩和鲕粒石灰岩。矿石的CaO含量在48%～52%之间,MgO含量稍高。此类矿床形成于潮上带或潮间带。
(三)第Ⅲ类型——海相生物沉积作用生成的石灰岩矿床
此类矿床分布不很广,所知胶北地区震旦纪蓬莱群香夼组中的叠层石石灰岩鲁西北新元古代土门群石旺庄组中的叠层石灰岩及寒武-奥陶纪九龙群中上部的藻礁石灰岩、藻叠层石石灰岩及藻丘石灰岩属于该类型。矿层呈层状,矿层分布较稳定,单层厚度较小,一般在2m±。CaO含量一般在50%以上,MgO含量相对较低。在鲁西地区寒武-奥陶纪九龙群下部张夏祖中,藻灰岩与鲕粒灰岩互层,是在台地边缘滩环境下形成的。
(四)第Ⅳ类型——重结晶作用生成的石灰岩矿床
此类矿床为海相沉积石灰岩经区域变质作用生成的,见于胶北栖霞地区震旦纪蓬莱群香夼组。分布局限,但矿层较厚,达85～122m。CaO含量在45.20%～52.99%之间,MgO含量较低。这类结晶石灰岩的原岩是在潮下带环境下形成的。
昌乐境内的石灰岩矿属于第Ⅰ类型——海相化学或生物化学沉积作用生成的石灰岩矿床

鉴于区内晚古生代的石灰岩主要分布于本溪组和太原组，下文除了讨论各期骨架沙体的厚度外，仅讨论本溪组和太原组石灰岩的厚度与分布。

1.本溪组沙体厚度与石灰岩厚度

该期沙体厚度很小，多为5m以下。总体上，中北部的厚度较大，分布也较连续，呈薄层席状砂，在宁武—忻州、北京—怀柔、廊坊—沧州、济南—莱芜及东营—潍坊等地存在着孤立岛状的厚层沙体分布区；南部砂层厚度小，多呈孤立的岛状分布。本溪组石灰岩总体上东厚西薄，除了研究区西南部的临汾—长治—邯郸—开封—平顶山一带外，其余大部均有分布，累积厚度一般为2～10m，东北部的天津—塘沽及东南部的郯城—临沂一带分别为石灰岩的两个沉积中心，其总厚度分别为30m和50m以上。

2.太原组沙体厚度与石灰岩厚度

本期沙体厚度较本溪组明显增大，一般为10～30m，总体呈东北厚西南薄之特征。在长治—菏泽—徐州以北的广大地区，沙体厚度多在20m以上，呈连续的席状分布，而且在东北部的兴隆—廊坊—任丘—沧州—唐山及东南部的济南—淄博—济宁—临沂，沙体厚达40余m；而在西南部地区，沙体多在10m左右。

太原组石灰岩广布全区，累积厚度一般5～30m。此时的石灰岩仍具两个沉积中心，其中，东北部的沉积中心仍在霸州—天津—塘沽一带，只是范围、厚度增大，厚度达30m以上，表现为本溪组石灰岩沉积中心的继承发展；东南部的沉积中心南移至周口—淮北—淮南一带，范围、厚度亦增大，厚度达50m以上。总体上，本组石灰岩亦是东厚西薄，在平朔—保定—沧州—东营一带为石灰岩厚度减薄带，厚度不足5m，将太原组石灰岩分为南北两大沉积区。

3.山西组沙体厚度

该组上升期沙体呈典型的条带状，厚度一般为10～20m。其中，西部分布着一个纵贯南北的砂岩条带，该沙体自大同向南伸至忻州—阳泉一带后。分成4个细的分支分别向西南部、南部和东南部延伸；东部的北京—廊坊—天津也分布着一个向东南延伸的砂岩带；另外，在东北部的平泉、朝阳等北部隆起边缘也有沙体分布。

下降期的沙体在北部呈条带状，但沙体的北部沉积边界向南推移，北部的大同、兴隆、平泉及朝阳一带已缺失该沙岩体的沉积；在中南部的长治—邯郸—济南以南的大部地区，该沙体因侧向连续性增强而呈席状。该沙体通常10～20m厚，在聊城、徐州和淮北等局部地区，厚度达60余m。

4.下石盒子组的沙体厚度

该组上升期沙体条带状形态明显，多向南或东南方向延伸。厚度一般为30～50m，在东北部的朝阳一带厚达100余m。带状沙体的分布位置基本与地层厚度带的位置一致，一个是纵贯西部的由大同到阳泉后再分叉形成的分别向平遥—霍州和石家庄—临清—济南方向延伸的巨型砂岩带，另两个分别是由北京向唐山和由朝阳向锦州延伸的砂岩带。

上部下降期的沙体厚度明显减小，通常为10～30m。沙体的展布样式基本同于上升期，只是东北部上升期的朝阳—锦州一带的砂岩带停止活动。

5.上石盒子组沙体厚度

该组沙体与其赋存的地层一样，厚度巨大，通常为100～200m，在西南部的漯河—驻马店一带，厚达280m。该组沙体广布全区，但条带状结构还是有所显现，各沙体条带的分布位置基本同于下石盒子组。

山西期以来各期沙体分布的相似性反映了研究区晚古生代沉积古地理具明显的继承性。

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