柴北緣大煤溝侏羅紀層序地層與沉積演化研究

趙吉林 馮 喬 徐明璞 陳 峰

（山東科技大學 地質科學與工程學院，山東 青島266590）

0 引言

柴達木盆地位于青藏高原北部，被阿爾金山、祁連山和昆侖山環抱，是青藏高原的重要組成部分，同時也是我國西北地區重要的含油氣盆地之一。盆地北部地區侏羅系發育良好，分布廣泛，平均厚度為1000-2000m，最大厚度可達3000m，柴達木盆地北緣是柴達木盆地三大油氣區之一,是目前重要的煤層和油氣資源勘探目的層。

大煤溝剖面位于柴達木盆地大柴旦鎮東南的大煤溝煤礦，侏羅系地層發育齊全，層序清晰，構造簡單，在柴達木盆地，大煤溝剖面的侏羅系地層出露最為完整。總厚大于1100m,由分選、磨圓度較差的沖積扇,山區河流相礫巖、角礫巖和含礫砂巖開始,以含葉肢介、昆蟲和魚等深水湖泊相油頁巖或黑色頁巖結束[1]。

1 層序劃分

根據巖性、巖相、地層疊置型式、生物組合、沖刷侵蝕面及沉積體系轉換面等典型層序界面的識別標志，大煤溝地區的侏羅系可以劃分出7個三級層序[2]。

層序1

底界面為不整合面，界面之下為元古生界頂部達肯大坂群古風化殼，頂界面為原小煤溝組(J1x)頂。此層下部以主要為礫巖,夾有泥質粉砂巖和碳質泥巖,見透鏡狀層理、交錯層理；中部以礫巖、碳質泥巖和碳質頁巖為主,夾薄層細砂巖、泥質粉砂巖,見透鏡狀層理、板狀交錯層理及沖刷充填構造；上部為砂巖、煤層及礫狀砂巖。

層序2

底界為原大煤溝組第一段J21底部的沖積扇辮狀河道沉積,頂界為原大煤溝組第二段J22底部的沖積扇辮狀河道沉積。上升半旋回由沖積扇的扇緣沉積、湖漫沼澤以及淺湖砂泥沉積構成,下降半旋回向上分別為淺湖砂泥沉積,扇三角洲的分流河道沉積和濱湖的砂坪、泥坪沉積。巖性下部為中、細砂巖,斜層理發育；中部以碳質頁巖為主,夾粉砂巖、油頁巖、煤層以及菱鐵礦層,發育透鏡狀層理和水平層理；上部為細砂巖及頁巖和泥巖。

層序3

由大煤溝組第2段構成(J2d2)，底界面為沉積體系轉換面，頂界面為沖刷侵蝕面。上升半旋回由沖積扇的辮狀河道和辮狀河間沉積向上相變為濱湖相和淺湖相沉積,下降半旋回由淺湖相相變為濱湖沉積。下部巖性主要為以細礫巖、礫狀砂巖，夾砂質泥巖、碳質頁巖,交錯層理發育。

層序4

由大煤溝組第3段構成（J2d3），發育低水位和湖侵體系域。底面為下中侏羅統的構造層序界面、沉積間斷面和古生物組合突變面,頂界為大煤溝組第四段J24底部的沉積體系轉換面,包括上升和下降兩個半旋回，上升半旋回由扇三角洲的分支河道沉積向上相變為濱湖相沉積,下降半旋回主要為濱湖相沉積。巖性底部為礫巖、含礫砂巖、粉砂巖和含砂泥巖；中部為粉砂巖、粉砂質泥巖及碳質泥巖；上部為細砂巖,粉砂巖和泥巖。

層序5

包括大煤溝組第4段和第5段(J2d4-J2d5),底界面為大煤溝組第四段J24底部的為沉積體系轉換面,頂至大煤溝組第六段J26底部的沖刷侵蝕面,包括1個中期旋回和1-2個短期旋回。上升半旋回由大套巨厚沖積扇相-辮狀河道相砂礫巖、砂巖組成，具加積式沉積特征，下降半旋回由淺湖沉積向上變為沼澤化湖相。巖性底部和中部以中、細礫巖,含礫砂巖為主,夾少量砂質泥巖、頁巖,沖刷面發育,具斜層理和交錯層理；上部以厚層煤、頁巖和碳質泥巖為主,夾泥質砂巖和少量含礫砂巖。該旋回低位體系域為沖積體系。

層序6

包括大煤溝組第6段和第7段(J2d6-J2d7),頂、底界面均為沖刷侵蝕面,底界為大煤溝組第六段J26底部的沖積體系,頂面為一構造層序界面。上升半旋回沖積扇的扇緣沉積向上相變為濱湖、淺湖和較深湖相沉積。下降半旋回由較深湖相和淺湖相沉積構成,頂部部分缺失。

巖性下部為含礫粗砂巖、砂巖夾碳質泥巖；中部為砂質泥巖夾粗砂巖、粉砂巖和薄煤層；上部為油頁巖、泥巖、碳質泥巖互層,夾菱鐵礦層,見細水平層理。該旋回低位體系域為沖積體系。湖進體系域為濱淺湖至較深湖沉積。高位體系域為較深湖和淺湖沉積,頂部缺失。

層序7

底部為采石嶺組的扇三角洲辮狀河道沉積,頂部為紅水溝組大套紅色含砂泥巖不整合面。巖性自下而上為中、細礫巖,砂質泥巖及含砂泥巖,夾少量泥巖和少量泥質粉砂巖和粉砂巖。低水位體系域以辮狀河道相砂礫巖、砂巖及淺湖相砂泥巖為主，其頂部被下第三系路樂和組底部砂礫巖所截切。高位體系域主要為濱湖相沉積,上部缺失。

2 沉積演化

從大煤溝地區緣侏羅紀的層序地層、沉積相、巖性可以看出,柴達木盆地北緣經歷了早侏羅世斷陷湖盆沉積-中侏羅世坳陷湖盆沉積-晚侏羅世以擠壓為特征的構造運動下的辮狀河流沉積的3大階段轉變，盆地性質也由早侏羅世末-中侏羅世初，受塔里木地塊相對柴達木地塊大規模向東遷移影響，柴北緣西部受擠壓、抬升。柴北緣由區域拉張應力場向區域擠壓應盆地性質也由早侏羅世斷陷盆地向中侏羅世坳陷盆地演化，在大煤溝地區形成了以大煤溝礦區為沉積中心，向達肯大坂山、綠梁山等四周超覆的沉積特征。大煤溝礦區侏羅紀煤系主要發育一套河流-三角洲-湖泊沉積體系。

早侏羅世

早侏羅世大部分地區發育溫暖潮濕氣候下的砂質辮狀河三角洲)湖泊沉積體系,其沉積以暗色泥巖、粉砂巖為主,粗碎屑巖含量在10%以下。早侏羅世早期柴北緣以發育砂巖、頁巖和煤線的山間盆地為特征。見早侏羅世動、植物化石,指示河流-湖沼沉積環境.沉積了巨厚的暗色泥巖,是柴北緣的主要生油巖系。

中侏羅世

與早侏羅世相比,中侏羅世沉積范圍較大,巖相變化的特征是厚層砂礫巖較發育且多與細粒砂、泥巖快速或直接過渡,與現代青海湖南岸黑馬河扇三角洲砂體直接入湖的沉積特征類似,由此可知其沉積環境以扇三角洲-濱淺湖體系為主。

大煤溝組四段為一套黃灰色沖積相砂礫巖,發育具粒序層理的砂礫巖透鏡體；見沖刷面、斜層理及小型交錯層理,屬沖積扇)辮狀河沉積體系。出現炭質泥頁巖夾層,是古氣候變濕的證據。

大煤溝組五段為炭質泥巖與煤層、砂礫巖組成的濱淺湖)沼澤相含煤沉積,氣候變濕,到六段底部水退為河流)三角洲相,之后水進為濱淺湖。侏羅世晚期古氣候干熱,湖水變淺,生物減少,紅灰相間的砂泥巖韻律層代表了此時的濱淺湖相沉積組合。

演化到晚期的湖泊相,湖侵范圍增大,盆地規模增大。湖泊主要是淺湖和半深湖,特征與早侏羅世相似。其沉積以暗色泥巖、粉砂巖為主,粗碎屑巖含量在10%以下。

晚侏羅世

晚侏羅世的古地理面貌較早、中侏羅世發生了較大變化,湖泊和辮狀河三角洲消失,代之以砂質辮狀河和干湖沉積。砂質辮狀河沉積主要為紅色砂巖和泥巖,根據粗碎屑巖含量30%這條等值線,區分出了砂質辮狀河上游和下游,前者粗碎屑巖含量在30%以上,后者在30%以下。

由于辮狀河三角洲的消失和氣候由溫暖潮濕轉化為炎熱干旱,氧化作用相對增強,沉積物以紅色為主要色調,沉積體系以河流為主,沼澤環境消失。

3 結論

柴達木盆地北緣大煤溝地區侏羅系根據巖性、巖相、地層疊置型式、沖刷侵蝕面及沉積體系轉換面等典型層序界面的識別標志，可以劃分出7個三級層序。沉積演化經歷了早侏羅世斷陷湖盆沉積-中侏羅世坳陷湖盆沉積-晚侏羅世以擠壓為特征的構造運動下的辮狀河流

沉積的3大階段。

［1］楊明慧,夏文臣.非海相前陸盆地含煤沉積層序地層分析以柴達木盆地大煤溝侏羅系剖面為例[J].煤田地質與勘探,1998,26(3):1-4.

［2］彭立才,楊慧珠.柴達木盆地大煤溝侏羅系剖面高分辨率含煤層序分析[J].西安石油學院學報:自然科學版，2002,17(1)：6-10.