大杨树盆地北部九峰山组岩相古地理特征及演化

崔秀琦，孙蓓蕾，樊金云，李 彬，柳玉洁，王志民，贾宏伟

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024； 2.内蒙古自治区煤田地质局109勘探队，内蒙古 呼伦贝尔021000）

0 引言

岩相古地理研究对油气及煤炭资源的勘探开发起重要作用，其分布特征同时影响资源的平面分布特征［1-9］.大庆勘探区外围中—新生代断陷盆地油气地质条件研究结果表明，大杨树盆地具有良好的油气勘探远景［3］，金成志通过盆地计算机模拟技术计算大杨树盆地烃源岩的排烃量，提出大杨树盆地是最有利的油气勘探区域［4］；大杨树盆地南部的深井钻探及地震证实盆地内具有丰富油气资源；郄瑞卿分析大杨树盆地地层格架、与松辽盆地之间关系，发现九峰山组具有较厚的烃源岩层，是大庆勘探区外围值得关注的勘探区域之一［3］.大杨树盆地野外考察发现盆地南部的霍尔奇地区见有油页岩出露，表明盆地内部富含烃源岩，具可勘探潜力.大杨树盆地的煤炭勘探起步较早，20世纪60年代发现大杨树—达尔滨富煤区域，野外勘探和钻探结果表明，盆地内部众多凹陷区域有煤炭资源分布［5］.目前，与大杨树盆地油气和煤炭资源勘探关系密切的岩相古地理研究较为薄弱，难以确定有利勘探区域.刘廷海等研究大杨树盆地九峰山组沉积体系，认为九峰山组沉积相主要为湖沼相和冲积相，伴随有火山溢流相和喷发相，九峰山组沉积时期盆内蓄水湖泊面积相对较大，外围发育冲积相沉积体系［6］.有关研究区系统的岩相古地理及沉积体系较为少见，根据沉积学理论［10-12］，结合野外实测剖面和煤田钻孔数据等，分析单孔岩相和钻孔剖面，研究大杨树盆地九峰山组沉积相、岩相古地理特征及演化，为盆地内煤炭与油气资源的勘探选区提供依据.

1 区域地质概况

大杨树盆地位于内蒙古自治区东北部，西接大兴安岭，东与嫩江断裂与松辽盆地紧邻，面积达1.570 8×104km2，为一晚中生代时期形成的断陷—凹陷型盆地［13］.中生代时期中国东北地区岩石圈处于不均匀伸展作用阶段［14-18］，火山活动较为频繁，区域性伸展拉张作用在盆地内部及边缘位置形成一系列NNE向断裂，控制盆地的发展和演化.早白垩世地质演化历史时期，大杨树盆地经受强烈的火山活动及火山活动间歇期的陆源碎屑充填，盆地内部早白垩世自下而上发育龙江组、九峰山组和甘河组地层.九峰山组是该时期主要沉积地层，发育煤层及油页岩层（见图1）.

2 沉积体系识别与划分

龙江组火山活动后，大杨树盆地在区域伸展拉张背景下伴随热衰减沉降，盆地整体下沉接受沉积［19］，九峰山组沉积时期盆地蓄水面积较大，外围发育冲积相沉积体系［6］；同时伴随局部区域间歇性弱火山活动，表现为九峰山组陆源碎屑物沉积层夹有玄武岩透镜体；结合钻孔资料及野外实测剖面，九峰山组中最多可见4层火山岩，且火山活动强度向北逐渐增强.文中以九峰山组沉积岩段玄武岩及煤层分布特征为标志，将九峰山组沉积岩系划分为九峰山组上段与九峰山组下段，根据沉积特征、野外露头、钻孔资料等对研究区九峰山组沉积体系进行识别［10-12，20-23］，识别出河流、溢流相玄武岩、冲积扇、冲积平原、三角洲平原与湖泊沉积体系；根据岩性组合、沉积岩层原生构造、岩层垂向叠置关系等，识别出相应的沉积微相［10-12］.

2.1 曲流河及溢流相玄武岩

曲流河发育广泛的河漫滩沉积，且河道相对稳定，大杨树盆地发育曲流河沉积体系，野外考察于古里北部区域见沉积物以砾岩为主并夹粗砂岩的沉积序列组合，砾岩层底部具有冲刷痕迹和泥砾，粗砂岩呈块状构造并见炭化植物枝干（见图2（a）、（b））.该沉积具有典型的河道沉积特征；河道沉积层之上发育煤层，厚度稳定，分布区域较局限（见图2（c）），部分区域煤层相变为炭质泥岩，综合煤层下砂砾岩沉积特征，煤层发育在废弃河道泥炭沼泽沉积体系；河漫滩沉积体系为一系列褐色、暗褐色砂岩、泥岩构成，呈板状延伸，平行层理发育，局部见板状延伸的中砂岩夹层及冲刷痕迹（见图2（d）、（e）），研究区内河流体系发育于盆地边缘位置.根据沉积特征及岩相组合识别出相应的微相，野外实测沉积柱状图和沉积特征见图3.九峰山组沉积时期盆地构造条件相对稳定，局部伴随小规模火山活动，表现为煤层被灰黑色致密块状玄武岩透镜体所覆盖，但区域内未见有火山爆发时所产生的火山角砾岩和火山集块岩，说明该玄武岩属于溢流相玄武岩，玄武岩厚度为0～7.5m（见图2（c）、（d））.

2.2 冲积扇和冲积平原

冲积扇沉积以典型的重力碎屑流沉积为主，主要发育于盆地边缘位置.研究区钻孔所见沉积特征表现为杂色—灰白色巨厚层砂泥质砾岩沉积，呈块状，层理不发育.直径为5cm砾石较常见，最大约为9cm，颗粒支撑，砂泥质胶结，并且向盆地内部呈舌状展布，砾岩层逐渐减薄，砾石质量分数减少（见图4），分选性很差.根据沉积特征将冲积扇沉积体系划分为扇中和扇端亚相，进一步识别出泥石流、辫状河道和漫流沉积微相，其沉积特征及沉积相见图5（a）.冲积扇携带碎屑沉积物，在水流搬运作用下至盆地内部宽阔地带，搬运过程中形成一系列分带，盆地内部野外露头见以砂砾岩沉积为主、颗粒支撑、砂质及泥质胶结，砾石呈次棱角状，碎屑物具一定的磨圆程度，分选性较差（见图6钻孔0902和2113，图2（f）），此处为冲积扇与冲积平原的过渡位置.水流携带沉积物搬运至盆地内部地势较缓地带，流速降低，该区沉积物以粗砂岩—细砂岩沉积为主，泥质质量分数较高，并含有小砾石，砂岩分选度及磨圆度中等（见图2（g）-（i），图6钻孔1101）.根据岩相组合可识别出辫状水道及沼泽微相，辫状水道主要由含砾砂岩、粗砂岩组成，发育板状层理；沼泽微相为泥岩、细—粉砂岩沉积为主并发育煤层，该种沉积序列表明相应区域发育冲积平原沉积体系，岩相组合见图6单孔柱状图.

2.3 三角洲平原

三角洲平原与湖泊体系相伴而生，由河流与湖泊共同作用形成，大杨树—达尔滨区域内钻孔岩性组合为以中砂—粉砂岩沉积为主，并夹有细砾岩和粗砂岩沉积的沉积组合（见图6钻孔66106和4513，图5（c）），砂岩发育斜层理和板状层理，砂岩中见炭化植物碎片（见图2（j）、（l））.钻孔岩性组合垂向上表现为多个正旋回沉积，具有三角洲平原沉积体系的特征.根据沉积特征，可识别出分流河道、分流间湾和沼泽微相（见图5（c））.研究区内分流河道类似于辫状河河道沉积特征，为灰白色含砾粗砂岩、细砾岩，砂岩成分为石英、长石和岩屑.砾石主要为火山岩碎屑和岩屑，泥质胶结，含砾粗砂岩成熟度较低，磨圆度中等，单一岩层底部砾石质量分数较多，显示一定的粒序层理.细砾岩成分主要为火山岩及岩石颗粒，次棱角状，不显层理，分选度差；分流间湾沉积物颗粒较细，为粗—粉砂岩组合，岩性为灰色长石石英杂砂岩，含少量火山岩岩屑，斜层理发育；沼泽微相为灰黑色粉砂质泥岩、泥岩及煤层组合，水平层理发育，部分粉砂岩薄层中见砂纹层.研究区域内九峰山组上段未见湖泊沉积体系，仅在三角洲平原沉积区域内识别出2个蓄水凹陷区域，表现为厚层灰色泥岩及砂质泥岩沉积组合，与冲积平原沉积特征极为相似.综合刘廷海等对大杨树盆地沉积模式的研究结果［6］，证明研究区域向南部发育湖泊沉积体系，九峰山组上段沉积末期湖泊体系整体向南退却，三角洲平原广泛发育.

2.4 湖泊

湖泊沉积以典型的厚层暗色泥岩和细碎屑物沉积组合为主，深湖相沉积砂岩质量分数较小，以暗色泥岩沉积为主.在大杨树—达尔滨区域，根据钻孔岩心特征，九峰山组下段岩相主要为粉砂质泥岩与灰黑色泥岩组合，夹有砂岩薄层，泥岩及粉砂质泥岩中见叶肢介化石；在古里东部（钻孔0901、1101、1102）区域，九峰山组下段以泥岩、粉砂岩或粉砂质泥岩沉积为主，泥岩厚度稳定，呈块状，最底部以中砾岩沉积为主，具有较好的磨圆度，属于湖泊底砾岩沉积.泥岩及粉砂岩发育砂纹层理及水平纹层表明，九峰山组沉积时期大杨树—达尔滨和古里东侧区域发育湖泊沉积体系.根据泥岩厚度及砂岩分布特征，可识别出滨浅湖和半深湖—深湖亚相及相应的微相.滨湖沉积区域靠近湖岸地带，砂岩具有较好的磨圆度和分选度，发育斜层理，以灰色、灰黑色细砂岩为主，夹粉砂岩和薄煤层；相比于滨湖沉积，浅湖沉积物颗粒较细，泥岩质量分数较高，以砂质泥岩、粉砂岩薄层和泥岩沉积为主，发育波状纹层（见图2（k））；砂质滩坝呈透镜体状分布于滨湖区域，受湖泊水位变化影响，滩坝上发育厚煤层，厚度在2.0m以上.半深湖—深湖沉积相以沉积巨厚层黑色—灰黑色泥岩，局部夹薄层粉砂岩为特征.泥岩呈块状，发育水平层理，泥岩厚度为15.0～60.0m.岩性组合见图5（b）和图6单孔柱状图.

3 岩相古地理特征及演化

3.1 九峰山组下段

早白垩世早期龙江组强烈火山活动时期，盆地受断层切割，形成拗隆相间的格局，并且拗陷区内形成多个沉降中心，盆地整体沉积格局基本确定［3-4］.火山活动结束后，大杨树盆地进入火山活动间歇期和稳定陆源碎屑物充填阶段，盆地处于热冷却沉降阶段，整体下沉速度较快，沉降速率大于碎屑物充填速率，盆地内部水域面积扩大，湖泊体系发育，所聚集的煤层分布区域有限，厚度较薄.研究区主要形成2个湖泊沉积区域，即大杨树—达尔滨与古里东侧湖泊沉积区，古地理特征表现为：大杨树—达尔滨地区70266钻孔底部厚层泥岩中见叶肢介化石，以湖泊沉积体系为主；北部古里凹陷区在九峰山组下段沉积早期也发育湖泊沉积体系.湖泊外围发育三角洲平原，冲积平原的发育与河流及冲积扇的发育关系较密切，其分布区域主要位于古里凹陷区域北部及马尾山—春林沟含煤区域南部及大杨树—达尔滨含煤区域东侧.九峰山组下段冲积扇的发育区域仅见于达尔滨东部的盆地边缘，以粗碎屑重力流沉积为主.河流沉积体系在0912与0904区域有分布，其岩相古地理分布见图7.

3.2 九峰山组上段

大杨树盆地九峰山组属于陆内火山活动间歇期的陆源碎屑沉积地层，分析野外地质剖面及钻孔资料，九峰山组沉积时期自南向北火山活动逐渐增强，北部火山岩层厚度较厚（见图8），火山岩充填盆地内部凹陷区域，火山活动改变区域地貌变化，对盆地古地理演化起重要作用.

九峰山组下段火山活动结束之后，古里区域较频繁的火山活动使区域内湖泊沉积体系基本消失，取而代之的是以冲积平原为主的水上陆源碎屑沉积.由于盆地整体下沉速度开始变缓，陆源碎屑物及火山岩的充填使盆地内部沉降与充填速率达到平衡；同时西侧大兴安岭处于快速隆升时期，区域性的隆升—沉降机制扩大盆地内部的碎屑物充填区域，物源主要来自盆地两侧的隆起区域（见图9）.在此构造背景下，九峰山组上段沉积叠置于下段沉积之上，发育冲积扇、三角洲平原、冲积平原和河流沉积体系.该时期也是九峰山组最主要的聚煤时期，古地理分布特征为：位于盆地边缘的剥蚀区域发育冲积扇沉积体系，主要分布于乌如布铁—朝阳村站—一棵松东部—红彦镇一线区域.由于受到间歇性的火山活动及盆地内部沉积物质的充填，古里凹陷区域由湖泊沉积体系转变为冲积平原，九峰山组上段沉积时期，马尾山—春林沟含煤盆地区域以下段冲积相沉积为基底，发育湖泊沉积体系；九峰山组上段沉积末期，湖泊沉积体系逐渐被冲积相沉积体系取代.大杨树—达尔滨地区湖泊沉积体系逐渐缩小，表现为三角洲相发育于湖泊相沉积体系之上（见图10）.沉积序列和古地理格局表明，受区域构造影响，大杨树—达尔滨区域九峰山组沉积时期湖泊沉积体系向南部退却，取而代之的是大面积的三角洲平原沉积体系，如66101、70-9区域（见图9）.

4 结束语

分析大杨树盆地研究区域内九峰山组岩相古地理特征及演化，表明该区下段沉积时期湖泊体系较发育，三角洲平原、冲积平原分布范围较局限，物源主要来自盆地北部与东侧的隆起区域；上段沉积时期，受火山活动及区域性沉降机制影响，早期马尾山—春林沟区域经历短暂的湖泊沉积，末期被冲积相体系所取代，大杨树—达尔滨区域湖泊体系发生萎缩并向南退却，三角洲平原与冲积平原沉积大面积发育，造就九峰山组最主要的聚煤时期.该时期盆地物源主要来自盆地两侧隆起区域.

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