盆地充填（物）特征分析

　盆地充填特征~

一、地质概况
黄县含煤及含油气盆地位于郯庐断裂以东，鲁东断块之胶北块隆的西北缘。鲁东地区的构造受郯－庐构造带的影响，在隆起区之上发育由断裂控制的小型断陷盆地，而且形成了具有重要开采价值的煤、油气及其它伴生矿产。黄县断陷盆地是位于鲁东断块区内的唯一的第三纪聚煤盆地，属于隆起区之上的断陷含煤、含油气盆地。其南界为黄县－大辛店大断裂，东为北林院－洼沟断裂，这两条大断裂为控制盆地沉积充填的盆缘断裂。盆地东部和南部为太古宇及元古宇古老地层、中生代早白垩世青山组和新生代玄武岩，以及燕山晚期花岗岩组成的低山、丘陵，北为渤海（图11-1）。老第三系黄县组不整合于白垩系青山组之上，最大厚度1600余米，其中上亚组和下亚组不含煤，中亚组为含煤层段（图11-2）。

图11-1　黄县煤田位置示意图

1—燕山晚期花岗岩山丘；2—钻孔层
二、典型沉积序列
黄县组为一套陆相扇三角洲—断陷湖泊沉积，以粗碎屑沉积为主，由盆地边缘向盆地中心，粗碎屑沉积呈现由厚到薄、粒度由粗至细的规律性变化（图11-2），粗碎屑沉积在垂向上表现出顶底界面多为突变接触，但有的呈现向上变细序列（如辫状河沉积）特征。通过对研究区内200余个钻井和测井资料研究，共识别出3类沉积体系。

图11-2　黄县盆地老第三系典型沉积序列

1—石灰岩；2—泥灰岩；3—泥质灰岩；4—钙质泥岩；5—煤层；6—油页岩；7—含油泥岩；8—炭质泥岩；9—砂砾岩；10—黄铁矿；11—动物化石；12—植物根化石；13—植物化石碎片；14—交替层理；15—平行层理；16—水平层理；17—波状层理；18—基准石上升；19—基准面下降；20—体系域不完整
1.扇三角洲－湖底扇体系
在研究区最为发育，在盆地构造活动不同时期，其发育规模不同，由水上部分与水下部分组成。断陷盆地的扇三角洲的水上部分主要由近端扇（冲积扇体部分）的泥石流角砾岩块和粗粒漫流等水携沉积物组成。水下部分构成较为复杂，沿扇体向水下追踪，可分为水下扇体－湖底扇。湖底扇也可以是冲积物从盆地边缘直接进入湖底形成的，这在盆地高水位期比较常见。扇三角洲相带可划分出扇三角洲平原相、前缘相、前扇三角洲相、扇间相等，其相带分布与滨海三角洲体系大致相似，但其相带规模要小得多。
2.辫状河－水下扇体系
在盆地水域扩张期（水进期）和低水位期发育，即在盆地构造活动相对稳定期，盆地边缘坡度较缓，扇三角洲平原范围扩大，形成水道网络。在盆缘断裂活动相对稳定阶段，由近源的冲积扇向盆地中心推进，由水道网络构成辫状河系，沉积作用以近端扇及辫状河平原为特征。远端深入深水区，形成水下扇，尤其在低水位期，水下扇较为发育。沉积体系由近源冲积扇、辫状河砂砾质沉积、辫状河三角洲及远端水下扇，以及水道间洼地沉积等组成。三角洲平原水道间部分易沼泽化而有利于聚煤作用发生。
3.滨浅湖－深湖浊积扇体系
在高水位期发育，主要由砂质、泥质沉积为主。在靠近水下扇或扇三角洲发育部位的深水区发育薄层浊积扇体。在高水位晚期，扇三角洲体系发育，且迅速向盆地推进。

由于钻探工作量较少和新近系厚度大等原因，莺歌海盆地目前较少钻井钻遇古近系。在盆地边缘斜坡带钻遇的基底主要由前古近纪的花岗岩、变质岩、凝灰质砂岩和灰岩、白云岩组成。盆地充填序列主要由古近纪、新近纪和第四纪地层组成，从下向上依次为始新统、渐新世的崖城组和陵水组，中新世的三亚组、梅山组和黄流组，上新世的莺歌海组以及第四纪乐东组。盆地充填序列特征可概括如下(图2－11):

图2－11 莺歌海盆地综合地层图

(1)始新世岭头组(S100－S80):在莺歌海盆地尚未钻遇。在北部湾盆地的钻井显示为河流—湖泊—扇三角洲环境沉积的白色砂岩、砂砾岩和深灰色、褐灰色泥岩。推测为盆地基底早期陆相充填沉积物。
(2)早渐新世崖城组(S80－S70):该组为三分(由上至下分别为一、二、三段)，其相应的地震分层界面为S70－S71、S71－S72、S72－S80。目前莺歌海盆地只有莺东斜坡带的LT1－1－1井和LT9－1－1井钻遇该套地层，但由于地层中缺乏标志性生物化石而不能确定地层的确切时代归属。在其相邻的琼东南盆地崖城8－1、崖城13－1、崖城19－1等构造上均钻遇。钻孔资料揭示为泥岩、粉砂质泥岩与粉砂岩、中砂岩呈不等厚互层的含煤地层。在YC13－1－3和YC19－1－1井见到多层煤层。这些特征表明崖城期的泥炭沼泽环境的存在和潮湿、温暖的气候条件。
(3)晚渐新世—早中新世早期陵水组(S70－S60):该组为三分(由上至下分别为一、二、三段)，其相应的地震分层界面为S60－S61、S61－S62、S62－S70。岩性为浅灰色砾状砂岩、中－粗砂岩与深灰色泥岩互层，局部可有灰岩。该组下部为海陆过渡相沉积，中上部以海相沉积为主，局部出现了半深海相。
(4)早中新世三亚组(S60－S50):其底界为S60界面，地震响应为中－强振幅，相位连续－较连续，界面上的超覆和界面下的削截、侵蚀等现象十分明显。该组下部岩性为浅灰色中－粗砂岩、含砾砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩与灰－深灰色泥岩、粉砂岩泥岩互层，局部含钙或含煤;上部岩性为灰白、浅灰色中－细砂岩与灰色泥岩互层，顶部为块状泥岩。该组下部以灰—深灰色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩、砂砾岩互层沉积组成，以滨海和浅海沉积为主。上部沉积物颗粒进一步变细，颜色变深，以浅海－半深海沉积为主。
(5)中中新世梅山组(S50－S40):岩性以普遍含灰质为特征。分为上下两段，下段为浅灰色厚层细砂岩夹深灰色泥岩、粉砂质泥岩;上部为浅灰色厚层泥岩、粉砂质泥岩，夹薄层粉－细砂岩或与粉－细砂岩互层，可含钙质。总体上为浅海－半深海沉积体系，边缘发育三角洲沉积体系。总体上讲，梅山组在该区以细质、含钙多为特点。
(6)晚中新世黄流组(S40－S30):S40为区域性不整合界面，与10.5Ma的全球海面下降事件有关，形成区域性大海退的剥蚀面，界面之下的侵蚀、剥蚀和界面之上的上超现象非常清晰。钻井揭露岩性多为粉、细砂岩与泥岩互层，细砂岩夹泥岩互层，或泥岩夹粉、细砂岩;平面上沿海南岛周缘地层厚度薄，岩性粗，向盆地中央厚度渐渐增大，岩性逐渐变细。主要为滨－浅海环境的沉积物。其中黄流组下部二段分布范围较小。
(7)上新世莺歌海组(S30－S20):主要由大套浅灰色、深灰色厚层泥岩或粉砂质泥岩组成，夹薄层浅灰色粉砂岩、泥质砂岩，在盆地中部见块状细砂岩。莺歌海组可分为上下两段，岩性向上有所变粗。该组以明显的陆架、陆坡沉积和S形前积层为特征。盆地总体具有北高、南低趋势，因而盆地西、西北部陆坡推进较快，陆架宽广;东部推进缓慢，呈加积式，陆架较窄。
(8)第四纪更新世—全新世乐东组(S20－海底):主要由浅灰色、绿灰色粘土为主，夹薄层粉砂、细砂，富含生物碎屑。

盆地充填（物）记录了沉积时的物质来源、构造背景、沉积环境、水动力条件等相关信息，它是沉积盆地分析的最好见证。盆地充填（物）主要包括物质组分（矿物成分、岩石组分、生物化石组分）、沉积属性（粒度特征、重矿物特性、沉积结构和构造、沉积相与沉积体系、沉积层序、古地理面貌等）、地层属性和地球物理及地球化学属性（声波、电位、密度、磁性、常量元素、微量元素、稀土元素、放射性元素）等。通过对盆地充填的物质组成（沉积岩、岩浆岩、变质岩等组成）、几何形态、叠置关系、地层框架等分析，可以较好地揭示盆地性质及演化、盆地构造背景等各个方面。

沉积盆地可以被来自不同物源区的沉积岩、岩浆岩、变质岩及各种矿物质等所充填。但是不同类型的盆地，由于其构造背景、地质作用、物质来源等有所不同，从而导致其物质组成、充填序列等存在差异。因此，从盆地充填的物质组成、充填序列、几何形态等方面可以确定盆地的性质、构造背景、盆地演化等内容。如碰撞作用下的前陆盆地充填（物）序列上下部为复理石建造，上部为磨拉石建造，其间多以角度不整合面为界；物质来源一般具有双物源，但以冲断造山带物源为主；缺少区域性火山活动。

1.充填物属性分析

沉积盆地充填物质组分受物质来源（陆源、内源、深源和天空）影响较大，通过沉积物成分的比例、组构、组分或沉积物通量，以及注入方式等研究，可以揭示盆地性质、构造属性、充填背景和动力转换。陆源物质和内源物质是盆地充填物的重要组成部分，陆源物质通过河流和海平面下降由陆向海搬运，内源物质则随海平面上升由海向陆方向迁移，盆地分析中对充填物的研究，关键是弄清充填物中陆源物质和内源物质之间的关系，以此作为认识盆地的归属、演化和盆地性质的转换，以及全球构造活动的耦合过程。

深部物质不仅反映了盆地的板块属性和构造活动，而且由于地内物质的喷出、灌入、破坏和改造了陆源物质和内源物质的正常沉积，以及生长序列，因而它们之间的比例、穿插叠置关系等特征是盆地性质和构造活动的直接记录。显然，深源物质的研究是判别盆地动力学背景的重要方法和手段。

天空物质具有特征的异常元素值，并形成稳定的薄层，它不仅可以作为区域乃至全球的地层对比，而且对恢复地球和天体事件具有重大作用。

2.充填体几何形态分析

盆地充填物几何形态受盆地形状、构造走向、构造活动的强度，以及物源区差异等影响较大，不同类型的沉积盆地有各自的几何形态。如被动大陆边缘盆地的充填体呈稳定的席状，其规模及几何形态与盆地的边界范围相当，并与走向一致，以陆源碎屑物为主，且发育完整序列的碳酸盐岩沉积，岩相和沉积厚度均一；拉张裂谷型盆地的充填体呈槽状和厚大的几何形态，与盆地的构造走向相近；挤压背景下的弧后拉张盆地的充填体几何形态受岛弧或弧后带的规模和展布控制，在大陆边缘转为弧后拉张盆地时多发育有内源插入体或多源混合物楔形体；活动大陆边缘和岛弧盆地系统，充填物的几何形态都以楔形体为特征，呈透镜状体，展布方向以环绕岛弧为中心向周围发散，充填物内各物源之间的比例、结构、组构等也以岛弧为中心，内源物、陆源物及深源物的混杂、改造明显，以至无清晰边界。

3.充填序列分析

不同类型的盆地在其沉积充填和形成演化过程中有其各自的充填序列。在一次构造旋回或一次海平面变化内，盆地充填物可形成一次沉积旋回，多期次的沉积旋回相互叠加，从而形成一定的充填序列。如拉张背景下的大陆裂谷型盆地充填物以冲积-河湖相碎屑岩沉积为代表，常与火山岩、火山碎屑岩互层产出，厚达数千米；充填序列上在演化初期常以红色粗碎屑岩开始，演化中期沉积岩粒度变细，有较多的黏土岩、碳酸盐岩充填，晚期又以碎屑岩为主，粒度较中期粗；在干旱气候条件下发育蒸发岩，在潮湿气候条件下可形成烃源岩、煤层等。汇聚背景下的弧后盆地充填物以发育陆缘浅海碎屑岩和缺乏与洋流有关的深海沉积物为特征；充填体在盆地中心为薄层深海沉积物，两侧为巨厚的滨浅海-三角洲相碎屑岩、浅海相碳酸盐岩和深水浊积岩，靠近岛弧一侧夹有大量火山物质和凝灰质沉积。前陆盆地具有先变深后变浅的充填序列，且上下旋回之间多为角度不整合接触。因此，在活动大陆边缘的盆地系统内，最大特点是多物源的注入和混杂交叉，这既破坏了正常的沉积序列，热事件的序列也不完整，其混杂的程度视盆地系统内不同的部位而异，可根据背景充填物的类型区分盆地。据许效松等（1998）研究，由碎屑岩陆架向碳酸盐陆架转换，以及碳酸盐岩由缓坡到台地的发育序列等，都是被动大陆边缘盆地和克拉通盆地沉积序列及叠置方式的典型代表。

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