沉积充填地层特征

地层特征~

地震和钻井资料揭示，阿拉斯加北坡盆地发育四套层序，由下往上分别为富兰克林（Franklinian）层序、埃尔斯米尔（Ellesmerian）层序、波弗特（Beaufortian）层序和布鲁克斯（Brookian）层序（图5-2、图5-3），其中埃尔斯米尔、波弗特和布鲁克斯层序是该盆地的沉积盖层。

图5-2 阿拉斯加北坡盆地地层柱状图

（据IHS，2012，经修改）

图5-3 美国楚科奇陆架地层柱状图

（据Khain V.E.and Polyakova I.D.，2007，经修改）
1—钻孔揭示取心的单元；2— Hanna槽的沉积充填期；3—砂岩；4—砾岩；5—页岩；6—泥岩；7—灰岩；8—变质岩和岩浆岩；9—油田（藏）；10—气田（藏）；11—油田和气田（藏）
1.富兰克林层序（前寒武系-中泥盆统）
富兰克林层序是前密西西比纪形成的一个稳定的陆块，构成阿拉斯加北坡盆地的基底。它由元古宙/寒武纪-泥盆纪的裂缝碳酸盐岩、泥质岩、石英砂岩、火山岩和花岗岩组成，经历变形、抬升和剥蚀作用（Evo Dolewski）。其北部的北极台地，最下部为中至高变形而成的岩石，且北部和西北部常见火山岩和深海复理石，南部和东部为陆架沉积，主要为碳酸盐岩（Churkin，1973；Drummond，1974）。
2.埃尔斯米尔层序（下密西西比统-中侏罗统）
埃尔斯米尔层序为陆架被动大陆边缘，属过渡相、浅海相沉积环境，主要由一套下密西西比统-中侏罗统海相碳酸盐和浅海-非海相碎屑岩构成（Thurson et al.，1987），岩性为页岩、砂岩和石灰岩，地层最大厚度1500m，为烃源岩和储集层主要发育层位。该层序向北呈楔形体展布延入波弗特和楚科奇北部陆架（Grantz et al.，1994）（图5-3），地层尖灭或遭受侵蚀。南部厚约2km（Moore et al.，1994）。以区域性的二叠系不整合（简称PU）为界分为上下两个层序（Craig et al.，1985）。
下埃尔斯米尔层序，包括Edicotte群和Lisburne群。Lisburne群由上密西西比统、宾夕法尼亚系和二叠系碳酸盐岩和泥质岩类组成，底部为砾岩，分布广泛，厚度可达2km。当Endicott群缺失时，Lisburne群直接不整合覆盖于褶皱基底之上。
上埃尔斯米尔层序，始于晚二叠世，与下伏富兰克林层序为不整合接触，分布范围比Edicotte群和Lisburne群更广，由二叠系-三叠系的Sadlerochit群与Shublik组或Sag Rive组组成，总厚度为700 m。
Sadlerochit群分3个组：Echooka、Kavik和Ivishak组。Echooka组主要由粗碎屑岩组成，含少量泥岩，在波弗特海沿岸为河流与三角洲相砂岩和砾岩。下-中三叠统的Ivishak组与Echooka组岩性相似，覆盖于泥质沉积的Kavik组之上。
上三叠统Shublik组或Sag Rive组主要由三角洲相砂质沉积组成，厚200m，是普鲁德霍湾最大油田的主要储集层。本组夹有致密的海相泥岩，富含有机质。
3.波弗特层序（中侏罗统-下白垩统）
波弗特层序为同裂谷期沉积，主体时代为侏罗纪，包括侏罗系Kingak组、下白垩统Kuparuk组和Pebble组（图5-2）。波弗特层序主要分布于现在海岸线以北地区，即巴罗穹隆、枢纽线和科尔维尔（Colville）次盆中，沉积物充填在由正断层控制地堑、半地堑中，最大沉积厚度超过3km，但厚度变化大（Houseknecht et al.，2004），也是烃源岩和储集层发育的主要层位之一。该层序内可见侏罗系侵蚀不整合，在中楚科奇台地斜坡钻孔中也清晰可见。波弗特层序沉积于与加拿大海盆张开有关的构造变革期，时间相对较短，约50 Ma。
Kingak组，以侏罗系不整合（JU）为界，又分为上、下Kingak组。下Kingak组为下中侏罗统（赫塘阶-阿林阶），主要为泥岩，富含有机质，为烃源岩，在不同位置出现穿时现象。上Kingak组，主要为砂岩，顶部为泥岩，构成岩性和地层圈闭。
Kuparuk组，总厚度最大达1200m，包含2个海进-海退旋回，为凡兰吟-欧特里夫期，时间与北冰洋盆地最活动张开时间一致，与上覆Pebble页岩组呈不整合接触。
Pebble页岩组，下白垩统不整合是区域性重要不整合面，记录了沉积间断与侵蚀，时代为125～130 Ma。下白垩统不整合之上沉积环境发生急剧变化。南部，布鲁克斯山脉及其西部开始隆升，北部陆源物质停止供给。在阿拉斯加，该组泥质沉积中富含有机质，表明受构造运动影响，盆地变深。
4.布鲁克斯层序［下白垩统-第三系（古、新近系）］
布鲁克斯层序时代没有准确界定，通常认为从阿普特或阿尔布阶到第四系，由Torok组、Nanushuk组、Colville群以及Sagavanirtok组组成（图5-2、图5-3）。Colville群包括Canning组/Seabee组、Tuluvak组、Schnode Bluff组、Prince Creek组、SchraderBluff组/Hue页岩组。该层序大量沉积物来源于布鲁克斯山脉，充填于科尔维尔前陆盆地，形成被动大陆边缘，现在为北阿拉斯加大陆阶地，可进一步划分为下布鲁克斯层序（中上白垩统）和上布鲁克斯层序（上白垩统-第四系），为一套复杂的硅质碎屑组合，包括陆相、过渡相、海相砂岩和泥岩，有远端的海相凝缩泥岩（Hue页岩）、水体较深的盆地相和外陆架泥岩浊积砂岩（Torok组、Seabee组和Canning组），以及浅海至含煤非海相砂岩、泥岩和砾岩（Nanushuk 组、Tuluvak 组、Prince Creek 组、SchraderBluff 组和 Sagavanirtok组），厚13000m，与下伏埃尔斯米尔层序呈不整合接触。
Torok组，阿普特期，主要由泥岩组成，下部富含有机质。砂质以及更粗粒沉积于更浅水环境。本组地层厚度为400～3000m，底部为阿尔布不整合。
Nanushuk组，始于早白垩世末至晚白垩世早期，由海相、滨海相以及海岸陆相沉积组成，包括砂岩、砾岩以及煤层，局部厚度超过3000m，往北厚度减薄，至巴罗背斜局部地区出现尖灭。
Colville群，下布鲁克斯亚层序的顶部，时代为晚白垩世，主要由砂泥质沉积组成。在科尔维尔次盆的中部，下布鲁克斯亚层序厚度超过8km。

图5-4 阿拉斯加北坡盆地地质图

（据Roso Kelly，Boswell Ray，Collett Timothy，2011）
Sagavanirtok组，时代为古新世-上新世，由泥、砂、砾组成。上新统-第四系，为Gubik组，由砂、砾、粉砂组成，往陆架方向变厚。

一、区域地层特征
石炭系沉积属统一海盆内不同沉积环境中的堆积物。自下而上分为下石炭统下部前黑山组、上部臭牛沟组和上石炭统下部羊虎沟组和上部太原组。
1.分布范围
下石炭统主要分布在南祁连盆地内。下石炭统作为南祁连盆地的第一套沉积盖层，主要分布在哈拉湖以北的乌兰达坂地区，以角度不整合覆于加里东期褶皱基底和前寒武系变质基底之上。
上石炭统主要分布在托来河-大通河以北地区，沿NW-SE向和南祁连盆地内断续零星分布着一些上石炭统。局部下石炭统和上石炭统平行不整合接触。
2.岩性岩相特征
(1)下石炭统
下部前黑山组:岩性为紫红色长石石英砂岩夹灰色石英砂岩、紫红色砾岩、含砾砂岩，底部有紫红色砾岩(底砾岩)。该地层纵向上显韵律特征，横向上岩性、岩相稳定，底部不厚的砾岩或含砾粗砂岩层到处可见它超覆于下伏的不同时代老地层之上。该地层下部以紫红色为主，上部变为灰绿色，反映沉积环境由氧化向弱还原转化的过程，为一套河流-滨海相沉积，前黑山组与下伏下奥陶统和中奥陶统以紫红色砾岩呈角度不整合接触，与上覆臭牛沟组为连续沉积。
上部臭牛沟组:下部灰色、紫色砂岩、页岩，底部为一层砾岩;主要为泥质岩夹薄层煤(线);上部灰白色灰岩、泥灰岩。岩性稳定，含丰富的动物化石，反映当时古地理环境稳定，有利于生物繁衍，生物灰岩到处可见。
(2)上石炭统
下部羊虎沟组为碳酸盐岩与炭质页岩、石英砂岩互层的岩性组合;上部太原组为以碎屑岩为主体夹薄层灰岩、泥灰岩的岩性组合。
3.沉积构造
石炭系下部蒸发岩中具有泥裂、波痕和盐类晶痕，白云岩中具有生物扰动构造，中上部石英砂岩中具有对称波痕、交错层理;炭质页岩中具有植物根迹和植物化石碎片及其生物扰动构造。
4.生物特征
灰岩中发育大量的珊瑚、腕足、及海百合等海相生物化石。化石呈碎片保存，很少具有完整的生物个体，生物特征反映沉积时的水体为温暖、清洁、透明、动荡的海岸-浅海陆棚环境。石炭系上部炭质页岩中具有大量的植物化石碎片，且与煤和灰岩共生，反映了潮湿气候的海岸平原的近海沼泽环境。
5.沉积相
根据沉积相识别原则和前述的沉积特征:
1)石炭系是一套海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积和海陆交互相碎屑岩夹灰岩沉积。
2)臭牛沟组下段为干燥气候条件下的潮间台坪和蒸发潟湖沉积。
3)臭牛沟组上段为温暖气候条件下的台地碳酸盐岩夹滨岸碎屑岩沉积。
4)羊虎沟组为潮湿气候条件下的海岸及近海沼泽相碎屑岩和局限台地碳酸盐岩交互的混合沉积。
5)太原组为潮湿气候条件下的海岸及近海沼泽亚相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积。
6.沉积环境及沉积过程
谢志清等(2001)通过对南祁连盆地石炭系剖面时空演化的特征研究，提出快速“倒灌式”的海侵模式很好地解释了石炭纪祁连海域的盆地沉积环境问题:祁连山的石炭纪不是海陆逐渐增加的渐进序列，而往往是浅海相突然大面积覆盖在下伏陆相沉积物之上，与下伏沉积物之间有明显的相序缺失，表现在臭牛沟组与前黑山组的海陆相沉积频繁交替出现，而且海相层在很大的范围内具有明显可追踪性与对比性，在横向上并无明显的相变关系。
在这种“倒灌式”的快速海侵过程中往往看不到经典的海侵序列，而是表现为浅海环境沉积物直接覆盖在陆相沉积物之上(图2-3)，虽然有些地方的海相层中可以见到极浅水的沉积标志，但并不代表前滨环境，而是受盆地地形控制的浅水高能带。
在海平面处于低水位期和南祁连隆起相对上升时，南祁连隆起露出水面，并阻挡了宗务隆海槽的海水向祁连陆地漫侵，从而形成陆相沉积层(图2-3A);当海平面处于高水位期和南祁连隆起相对下沉时，宗务隆海槽的海水将会漫过南祁连隆起快速“倒灌式”地漫侵入祁连受限海盆，从而形成海相沉积层(图2-3B)，这种海平面快速的下降与上升，可形成一系列海-陆交互相沉积层序(图2-3C)。

图2-3 石炭纪快速“倒灌式”盆地充填模式(据谢志清，2001)

二、研究区地层特征
本区仅出露石炭纪臭牛沟组(Cc)岩石地层。
1.地层分布
该区臭牛沟组(Cc)主要分布在观山河—丰乐河之间，与金佛寺花岗岩呈不整合接触，不整合面产状245°∠40°，不整合面以下有一层厚2～6m花岗岩古风化壳，风化壳由松散的花岗岩碎屑组成，具较强的高岭土化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化等次生蚀变。
2.影像特征
该组影像特征表现为棕灰色均匀色调，条带状、线状影纹，宏观光滑，水系总体不发育，局部为简单树枝状，U形谷底中—浅切割，次浑圆状山脊直线延伸，多凸形坡，构成中山地貌。向东至大草滩一带，该组地层植被发育，呈灰绿色均匀色调，其他影像特征与吊大坂一带相近。
3.岩性特征
下部岩性为紫红色砂砾岩夹砂岩、砾状灰岩;中部为灰色页岩、粉细砂岩夹砾岩;上部灰色砾岩夹含砾细砂岩、炭质页岩、生物碎屑灰岩。
4.沉积环境分析
区域上广泛分布的下部砂页岩段在该区内不发育，上部灰岩及碎屑岩段直接超覆于早古生代不同地层之上，且粗碎屑含量较东部有明显增高之趋势，反映了陆源碎屑供应充分，近物源沉积充填的古地理格局。
臭牛沟组在经历了晚泥盆世准平原化的夷平作用后开始接受沉积，海水自ES向NW侵入，在大陆边缘地带具明显超覆沉积现象，表明海侵范围不断扩大，为全球海平面上升期沉积充填的产物。

二连盆地的下部沉积充填是由侏罗纪伸展断陷(第一裂陷期)含煤粗碎屑岩建造和火山岩建造组成的，主要的沉积体系有冲积扇、湖泊和局部的沼泽;中部沉积充填为早白垩世的早中期，即Berriasiam至Barremian，为强烈断陷(第二裂陷期)的红色粗碎屑岩建造和黑色含油细碎屑岩建造，主要的沉积体系有扇三角洲、水下扇、浅湖、半深湖-深湖;上部沉积充填为早白垩世晚期至今(图2-5)。

1.下部充填序列———侏罗系

(1)阿拉坦合力群(J_1-2al)

最大钻遇厚度658m。在地震反射剖面上与上、下反射层均为角度不整合接触，为一套河流相、滨浅湖相、湖沼相沉积。岩性组合表现为下粗上细的含煤岩系。地层中含煤层和炭质泥岩是重要的岩性标志。在井中，这套地层目前仅见于赛汉塔拉断陷的赛22井、吉尔嘎拉图断陷吉65井，分布零星，厚度变化较大。自然电位曲线多呈平直状或宽缓状，低幅异常，视电阻率曲线为基值抬高，呈比古生界稍低的刺刀状，块状高阻。

图2-5 二连盆地地层综合柱状与构造演化阶段

(2)兴安岭群(J₃xa)

最大钻遇厚度889.47m，未穿。在地震剖面上往往表现为高振幅强反射界面，与下伏反射层呈不整合接触，与上覆下白垩统也为明显的不整合接触，不整合上、下分属两个裂陷盆地期的充填。兴安岭群为一套火山熔岩夹火山碎屑岩及河流相沉积岩，地表主要沿盆地东段各隆起区分布，尤其盆地东北部大兴安岭隆起区大面积出露。盆地井中主要为一套深灰、灰绿、灰褐、暗紫以凝灰岩及凝灰质胶结的红色砂砾岩，自然电位曲线近平直，视电阻率曲线呈块状高阻。

2.中部充填序列———下白垩统中下部

(1)阿尔善组(K₁ba)

与下伏侏罗系或古生界角度不整合接触，钻遇最大视厚度为1734.5m，主要发育在阿南、阿北、乌里雅斯太、布图莫吉和呼、呼格吉勒图断陷等地(图2-5的T₁₁与T₇之间的地层)。由图2-5可知，阿尔善组主要分布在凹陷的中心，为一套灰绿、棕红色砾岩、含砾砂岩夹灰绿、灰、深灰色泥岩及碳酸盐岩和凝灰质砂砾岩、玄武岩。电阻率曲线为大锯齿和掌状高阻，自然电位呈平直到箱状、钟状负异常。

(2)腾格尔组(K₁bt)

主要是湖相沉积，各断陷内均有发育(图2-5中的T₇与T₃之间的地层)。一般厚为3000～3600m，据电性、岩性和化石组合自下而上分为腾一段(K₁bt¹)和腾二段(K₁bt²)。底部不整合面上为砂砾岩段，局部可见杂色砾岩，主体由深灰色、灰色或灰绿色的砂砾岩组成，底界显示明显的下切现象。

腾一段为暗色深湖泥岩和浊积岩。上部变粗，以砂岩、砂砾岩和较薄的泥岩为主(图2-6的T₇与T₅之间的地层)。自然电位曲线下部呈宽缓低幅负异常，中上部多为平直状，局部为钟形、指形中低幅负异常;视电阻率曲线下部为密集刺刀状高阻，中、上部为大段密集齿状低阻或齿状、刺刀状中阻。

腾二段厚900～1600m，主要由砂岩、砂砾岩、深灰色泥岩所组成。下部相对较粗，向上变细，并含有白云质泥岩。以扇三角洲、辫状河三角洲和湖相泥质沉积为主(图2-6的T₅与T₃之间的地层)。底界为局部不整合所限，顶为赛汉塔拉组上覆。自然电位曲线呈桶状、钟状、指状中幅负异常，视电阻率曲线为锯齿状、刺刀状中阻。

腾一段为全区主要的生油含油层系，腾二段为次要含油层系，且为稠油。

3.上部充填序列———赛汉组、二连组及新生代沉积

(1)下白垩统赛汉组(K₁bs)

与下伏地层为不整合接触(见图2-6的T₃特征)，在地震反射剖面上可见削顶等冲刷切割现象，为一套粗碎屑含煤岩系。下部为灰色粉砂岩、砂砾岩夹泥岩，中部为绿灰色泥岩夹深灰、灰黑色炭质泥岩和可采褐煤层，上部为灰绿、灰色砂岩夹灰绿、紫红、棕红色泥岩。钻遇最大厚度835m，一般400m左右。测井曲线形态与下伏地层有明显差异，自然电位曲线为钟形、箱形负异常，视电阻率曲线为刺刀状、齿状。该组主要是一套河流、沼泽相沉积，普遍含煤线，是早白垩世重要的成煤期。

图2-6 二连盆地过格日勒敖都凹陷地震剖面

(2)上白垩统二连组(K₂e)

不整合覆盖在赛汉组之上，为一套河湖、冲积扇沉积的杂色碎屑岩建造。由于地层接近浅部，石油部门常常在处理地震信号时将其忽略，因此剖面上显示不出界面的特征。岩性为砖红色、灰绿色、土黄色含铁锰的粉砂岩、砂岩、砂砾岩夹泥岩、粉砂质泥岩，厚度30～400m不等。本组主要出露在二连浩特东北的二连盐池和川井地区，其次分布在二连浩特东南的本巴图、东乌珠穆沁旗西部的阿拉坦合力、阿巴嘎旗北部的额尔登戈壁等地。

(3)古近-新近系

古近-新近系发育比较齐全，从古新世至上新世均有出露，仅缺失渐新统，但出露零星，为一套河流和局部湖泊沉积体系充填物。古近-新近系产状平缓，常形成陡崖出露地表。

(4)第四系

二连盆地第四系分布也较广泛，出露厚度一般＜30m，主要有风成沙、湖积层以及玄武岩。风成沙发育在浑善达克沙漠的中部，呈近东西向的半固定沙丘和沙垄状，一般高10～30m。低洼汇水淖尔中有1～20m厚的湖积淤泥、黏土和粉砂，产碱矿和芒硝矿。在阿巴嘎旗、达来诺尔等地，出露大面积的第四系玄武岩，火山口、火山颈保存完好，构成玄武岩台地地貌景观。

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