中生界综合地层序列及沉积特征

1.综合地层序列的建立

整个研究区中生代的沉积层序是在复杂的构造背景下形成陆相沉积(早—中三叠世的苏北及下扬子地区为海相碳酸盐沉积)。由于缺乏统一的海平面变化的对比标准,因此全区的层序地层对比以构造层序为准。这个构造层序相当于盆地发育的一个构造阶段或不同盆地原型的发育阶段。按照上述思路,将研究区可以划分为5个构造层序(表2-14)。

构造层序的界面均是区域不整合界面。在构造层序的框架内进行层序的划分,湖(海)盆地以湖(海)平面变化;冲积盆地以沉积旋回和相组合;火山岩盆地以火山岩旋回以及它们各自的界面特征来划分。全区可划分为24个层序。构造层序相当于Ⅱ级层序或超层序,层序基本属于Ⅲ级层序,部分为Ⅱ级层序。

表2-14 研究区中生界层序地层划分及对比

层序地层类型根据Vail(1987)的观点,依据不整合的类型或者发育位置,将层序分为两种,即Ⅰ、Ⅱ型层序。判断的依据是层序界面是否位于陆架之下。这种类型划分对陆相层序而言不容易掌握,而且不能反映层序中沉积体系构成。因此本项研究中的层序类型以探讨构造背景和层序内部构成为重点。研究区发育的层序类型主要有前陆盆地层序、挤压坳陷层序、拉张断陷层序和火山岩层序。

2.地层序列特征及控制因素

层序发育、分布和内部构成在全区具有差异性。控制不同构造层序的因素是不同阶段的构造运动,层序的控制因素为受构造运动影响与控制的沉降、沉积物供给和气候以及水位的变化。根据研究区发育不同的层序类型,来探讨层序的控制因素和层序特点。

(1)前陆盆地层序

此类型层序出现在下扬子地区晚三叠世和早中侏罗世,以及南华北地区的早中侏罗世,以构造层序B和C为代表。盆地充填的总体特征是具有向上变粗、变浅的序列。在下扬子层序4(黄马青组)以湖相沉积为主,层序5(范家塘组)转变为河湖-沼泽沉积为主。合肥盆地层序6、7(防虎山组)以河湖-沼泽沉积为主,层序8、9(圆筒山组)和层序11、12(周公山组)转变为以冲积扇沉积为主。控制这类层序的因素是与造山有关构造作用,控制了盆地的大小、物源供给和沉积中心的迁移,以至于盆地的消亡。

(2)挤压坳陷层序

此类层序出现在早中侏罗世的鲁西地区和渤海湾盆地区,分别属于构造层序B和C,和前述的前陆盆地层序分别对应,即晚三叠世下扬子地区和华北北部地区的B构造层序,早中侏罗世下扬子、合肥盆地和鲁西的C构造层序。在充填序列上二者有相似之处,均具有向上变浅、变粗的特征,如鲁西地区层序7、8(坊子组)以湖沼沉积为主,层序9(三台组)以河流冲积扇为主,而且之间有大的间断,使坊子组缺失严重。但在构造位置上有差别,它们离造山带前缘远,或靠近非主体造山带——郯庐断裂带(有俯冲的走滑造山带)。控制这类层序发育的因素是挤压构造作用、物源供给。

(3)拉张断陷层序

这是本区发育最为广泛的层序,属于构造层序D和E。晚侏罗—早白垩世,整个研究区处西太平洋板向欧亚板块俯冲所形的左旋应力环境中,但不同地区所遭受的应力性质具有差异性。如合肥盆地开始断陷活动期间沉积了朱巷组(层序19、20),主要发育在盆地郯庐断裂带、吴集断裂带与肥中断裂带旁侧及大别山北缘,主要以浅湖相、河沼相及冲积扇相为主。而处于郯庐断裂带右侧的胶莱盆地在早白垩世时期,处于斜张局部应力场,在该时期沉积了莱阳组沉积(层序14~16),主要以深湖相、河流相、冲积扇相为主。控制这类层序发育的因素是物源供给、区域拉张应力及郯庐断裂带左行走滑活动。

(4)火山岩层序

这是一类特殊的层序类型,主要发育在早白垩世早、晚期。主要由火山岩、火山碎屑岩和碎屑岩组成。由于层序的主体是火山岩,因此层序的划分是根据火山岩发育旋回而确定的。如胶莱盆地青山组(层序17~20)根据火山序列与旋回划分了四个层序,属于构造层序D。周期的火山活动及其相应构造作用控制了盆地的形成,也控制了火山物质的盆地充填。

3.中生界地层序列沉积特征

(1)中生代沉积相类型及特征

郯庐断裂带沿线中生代陆相盆地广泛发育,而且沉积作用具有明显的特点,表现为:①构造对沉积具有控制作用,包括沉积类型和沉积类型的时空组合与配置;②陆相地层结构具有特殊性,在纵向和横向分异快;③火山物质在盆地充填中占有相当的比例,而且伴生、相变的情况非常普遍;④盆地充填的厚度巨大。基于上述特点,根据野外露头剖面和钻井剖面,对郯庐断裂沿线主要识别出了冲积扇相、河流相、三角洲相、扇三角洲相、湖泊相和沼泽相等6种类型。

1)冲积扇相。冲积扇主要发育在山前地区,常常形成在沉积层序发育的早期。冲积扇相是砾岩、砂砾岩和砂岩组合,分选性不好,成层性一般不好,有时也明显。垂向上粗细频繁交替,多发育粒序层理。在测井曲线(自然电位)上一般表现为高振幅、具有齿化的箱形和钟形的曲线特征。在扇根、扇中和扇端曲线特征有些变化,如在扇端曲线多为平直段夹中低振幅的反向齿形曲线。研究区内几乎所有的中生代盆地都发育有冲积扇沉积,如胶莱盆地莱阳组底部和王氏组下部、合肥盆地凤凰台组、下扬子区钟山组等。

2)河流相。河流相主要由河道相和河漫滩相构成,曲流河沉积中这种二元结构明显,尤其是洪泛盆地(河漫湖)沉积在河漫滩相中比例很大,但在辫状河中河道相占主导。河流相是砂岩、砾岩、泥岩组合,发育粒序层理、板状、楔状和槽状交错层理以及水平层理,常含有植物碎片。在测井曲线(自然电位)上辫状河主要为箱形,在上部曲线齿化变小,向光滑过渡。曲流河的曲线为钟形,齿化到微齿,齿中线内收敛。

在研究区内河流相是主要的一种沉积组合,在胶莱盆地王氏组各种类型的河流沉积广泛发育,合肥盆地防虎山组、圆筒山组也十分发育。

3)湖泊相。湖泊相是陆相沉积盆地的一种主要沉积相类型,包括了自滨湖到浅湖、半深湖和深湖的相类型。滨(浅)湖相为砂岩、粉砂岩组合;浅湖相为粉砂岩、砂岩、泥岩组合;(半)深湖相为泥岩、粉砂岩组合。滨湖相发育大至中型交错层理和沙纹层理,浅湖相发育沙纹层理,而深湖相发育水平层理,并常发育灰岩和泥灰岩层或结核。另外在深湖沉积中多发育有浊流沉积(也称为湖底扇或水下扇)。

研究区内湖泊相十分发育,如胶莱盆地莱阳组水南段、合肥盆地的侏罗系防虎山组、白垩系朱巷组、鲁西的蒙阴组、下扬子地区的浦口组都广泛发育湖泊沉积。

4)(扇)三角洲相。扇三角洲是冲积扇进入湖泊形成的,水上部分可成为冲积扇或扇三角洲平原,水下部分称为扇三角洲前缘或扇三角洲。对于整个沉积体完全进入水下,又称水下冲积扇或扇三角洲。这一类沉积体与湖底扇或水下扇的区别是,前者为一次物源,即物源剥蚀区的沉积物直接供给,后者为二次物源,即先期沉积的沉积物被再次搬运而形成的。扇三角洲相为砾岩、砂岩、粉砂岩组合。发育粒序层理、交错层理和变形层理。扇三角洲平原相与冲积扇相相似,能够反映扇三角洲相的是扇三角洲前缘相,总体上具有向上变粗的沉积序列。在测井曲线上为箱形—漏斗形曲线,中幅齿化。

三角洲是河流入湖形成的,相比粒度细一些。三角洲相为砂岩、粉砂岩、泥岩组合,发育粒序层理、交错层理、沙纹层理和变形层理。在测井曲线上,三角洲平原具有曲流河特征,曲线为箱形和钟形,上部细齿增多,齿中线内收敛。三角洲前缘曲线为高幅漏斗形—箱形组合,曲线微齿化。

(2)中生代沉积相垂向组合特征

根据研究区沉积相类型特征,划分出陆相盆地中沉积相的垂向序列组合类型,用以反映陆相盆地以及不同构造区域的岩相古地理特征。沉积相类型的划分是垂向序列组合研究的基础。为便于识别和反映充填条件,沉积相以相为标准,而一般不进行亚相和微相的细分。只有在特殊情况下为表达结构才使用亚相。

本分类所涉及的沉积相有冲积相、湖泊相、河湖相、湖沼相、冲积平原相和火山岩相。

冲积相主要包括冲积扇、扇三角洲和山间河流沉积。湖泊相主要半深湖、深湖以及浊流等重力流沉积。湖沼相主要是沼泽体系和一些小型湖泊沉积。河湖相是指河流和湖泊频繁发育的沉积。冲积平原相主要为曲流河和泛滥盆地沉积。火山岩相包括火山熔岩和火山碎屑岩。

沉积相的垂向组合可以根据沉积序列中无火山岩发育和有火山岩发育的情况分为两类,即无火山岩充填类(A)和有火山岩充填类(B)。每类中再根据在一个沉积旋回中沉积相在纵向上的组合不同,即沉积相的发育不同,分为28型(表2-15)。表中各种类型的描述是由下而上的,如A1冲积相-湖泊相-冲积相,代表一个有冲积相过渡为湖泊相,再转化为冲积相的一个伴随水进-水退的沉积旋回。

无火山岩充填类,共18型。其中A1为完整型,其他为不完整型。A2为由两种相类型组合而成的向上变细或上变深的序列。A4也为由两种相类型组合而成的向上变粗或变浅的序列。A3虽然也是由两种相(也可能是一种相)组成的序列,但无法区分粒序。A5、A6、和A7同样是由三种相类型组合形成的序列,但它们中部的相不是湖泊相,而是河湖相、湖沼相和冲积平原相。这三种类型的序列虽然也反映了水进-水退的过程,但反映该地区没有发育大湖期或者最大湖侵没有波及到。A6最接近完整型。

有火山岩充填类,共10型。其中B1-0、B2-0、B3-0均为完整型,只是火山岩发育的位置有所不同,其他为不完整型。B1为火山岩发育在序列的最底部。B2为火山岩发育在湖泊形成以前。B3为火山岩发育在湖泊形成之后。不完整型是有两种或三种相组合而成的。