① 主要研究成果及创新点
本书紧抓学科前沿及我国东部中生代盆地群研究热点,以黑龙江东部中生代鸡西盆地的研究为切入点,取得了以下成果:
(1)通过利用最新所获古生物、磁性地层年代新资料,以及煤田地质、露头、测井、岩心等资料,运用盆地湖(海)平面升降曲线与全球海平面升降曲线对比、基准面旋回对比等技术手段,对鸡西盆地早白垩世地层进行了全面系统的构造层序和高分辨率层序地层学研究,建立了盆地尺度的层序地层等时对比格架。将鸡西群时代确定为早白垩世(凡兰吟—阿尔布期);滴道组形成时间为130.9~128.3Ma之间,相当于凡兰吟早中期;城子河组形成时间为125.1~116Ma,相当于凡兰吟早期—巴列姆早期;穆棱组形成时间为116~106.9Ma,相当于巴列姆中期—阿尔布早期;东山组形成时间为106.9~101.7Ma,相当于阿尔布早中期。植物化石以R-O植物群组合为特征,由下至上表现为由早期组合向晚期组合演化特点。除东山组外,均发育沟鞭藻化石组合,表现为由下至上非典型海相或淡水相-海相特点。城子河组孢粉组合以裸子植物花粉占优势,穆棱组孢粉组合中蕨类植物占绝对优势。
(2)根据区域性断裂构造及盆地内各级构造界面、组内大的岩相转换界面,对盆地划分了1个Ⅰ级层序,代表整个盆地充填序列;2个Ⅱ级层序,即早期断陷沉积的鸡西群Ⅱ1和晚期坳陷沉积的桦山群Ⅱ2;在盆地Ⅱ1层序内划分6个Ⅲ三级构造层序,分别对应滴道组Ⅱ1、城子河组下部含煤岩系Ⅱ2和上部含煤岩系Ⅱ3、穆棱组下部含煤岩系Ⅱ4和中上部含煤岩系Ⅱ5及穆棱组顶部和东山组Ⅱ6。各级层序分别由相应级别的不整合面及整合面限定,各级别不整合面及整合面由不同级别的构造运动所形成。
(3)在大量研究露头、剖面、岩心资料的基础上,根据高分辨率层序地层学理论,考虑到构造运动、沉积物供应、气候和湖平面变化等,对鸡西群进行了长期、中期、短期基准面旋回划分,进而对鸡西征群进行了高分辨率层序的划分:
1)根据重要的构造不整合面、岩性突变面、最大洪泛面(大型的侵蚀-冲刷界面)等,将鸡西群划分6个长期基准面旋回,滴道组代表1个长期基准面旋回;据城子河组内部发育的1个大型侵蚀—冲刷界面将城子河组分割成2个长期基准面旋回;据穆棱组内部发育的2个大型侵蚀—冲刷界面将穆棱组分成3个长期基准面旋回。
2)根据区域可对比性的主要冲刷面、洪泛面及煤层等,划分出16个中期基准面旋回,共识别出125个短期基准面旋回。滴道组内分为2个中期基准面旋回,识别出了14个短期基准面旋回。城子河组的第1个长期基准面旋回内划分出3个中期基准面旋回,第2个长期基准面旋回内划分出4个中期基准面旋回,整个城子河组识别出了51个短期基准面旋回。穆棱组内第1个长期基准面旋回可分成4个中期基准面旋回,第2个长期基准面旋回可划分2个中期基准面旋回,第3个长期基准面旋回由1个中期基准面旋回组成,整个穆棱组内共识别出60个短期基准面旋回。
3)短期基准面旋回是划分高分辨率层序地层的成因地层单元和层序分析的基础,通过岩心、露头剖面等的研究,短期基准面旋回结构类型包括3类,即非对称型短期基准面旋回和对称型短期基准面旋回。长期基准面旋回和中期基准面旋回在全盆地具可对比性,而短期基准面旋回在全盆地不具可对比性,不同区域划分的短期基准面旋回的数量和特征各不相同。
4)以野外露头剖面、单井沉积相和高分辨率层序地层的精细分析作为划分各级别基准面旋回层序的依据,选择长期旋回层序的二分时间单元分界线为等时地层对比的优选位置,以最具等时对比意义的中期旋回层序为等时地层对比单元,在对鸡西群高分辨率层序地层划分的基础上,进行了等时对比,并建立了等时层序地层格架。
(4)鸡西群底界和顶界为区域等时性构造界面,顶、底界面限定的鸡西盆地二级构造层序在横向上表现为弧形透镜状,内部次级层序也具形态的相似性。二级构造层序内部发育一个平行不整合面和一个相当于整合的最大湖泛面,此两个界面在盆地内分别具有等时性,将该二级层序分割成代表高水位体系域、湖侵体系域和低水位体系域的上、中、下三部分。滴道组为加积—退积型地层结构构成了鸡西盆地Ⅱ级层序的低水位体系域,主要分布于盆地底部;城子河组为退积型地层结构构成了鸡西盆地Ⅱ级层序的湖侵体系域,覆盖了整个盆地;穆棱组、东山组为进积—加积型地层结构构成了鸡西盆地二级层序高水位体系域,沉积范围变小,晚期东山组火山沉积岩分布较零星,横向变化较大。由此,建立了鸡西盆地的构造层序构架。
(5)根据野外实测剖面、露头、钻孔等资料,以层序地层学和现代沉积学理论为指导,通过多学科结合,包括对沉积构造、岩矿特征及岩石地球化学、岩相特征、生物化石及粒度分析、沉积序列标志等的综合分析,对鸡西群进行了沉积相和沉积体系的识别和划分。将鸡西群沉积划分为冲积扇、三角洲、湖泊、河流沉积沉积体系,详细讨论了各种相、亚相的特征信其空间展布,以及各种相在层序地层序列中的位置和控制机制。研究了层序地层格架内沉积体系和沉积相的聚煤作用。冲积扇形成于强氧化环境中,缺乏化石,层理不发育,其形成主要受盆地边界断裂的活动方式及强度控制,分布局限,形成的沉积厚度较大,因沉积冲刷作用强,不发育煤层。河流沉积体系是鸡西盆地中主要沉积类型之一,鸡西群各组均有河流沉积体系,可划分为辫状河相和曲流河相,辫状河沉积形式以垂向加积为主,层理发育,沉积层序表现为向上变细单元结构型,各组底部的厚层砂体,都属于辫状河沉积,基本不发育煤层;曲流河相层理发育,沉积层序表现为向上变细二元结构型,各组下部多发育有曲流河相厚层砂体,常见有不稳定煤层。鸡西盆地湖泊沉积作用十分活跃,是发生沉积作用的重要场所,根据沉积岩形成时水深、层厚、分布范围及沉积相标志可以进一步划分为滨湖和浅湖沉积两个亚相,滨湖沉积水动力较强,基本不发育工业煤层,局部滨湖沼泽地带见有不稳定薄煤层;浅湖沉积水体能量及水动力条件较弱,植物化石、陆相和海相动物化石极其发育,浅湖沉积晚期泥炭沼泽发育,形成多层大面积可对比的工业煤层。鸡西盆地中三角洲沉积体系在时间上往往出现在湖泊沉积体系演化的晚期,发育煤线,局部煤层厚度较大,但稳定性较差。
(6)通过对不同旋回沉积体系的对比研究,展示了鸡西盆地沉积环境、充填和演化的历程。总体看,鸡西盆地在长期基准面旋回早期,沉积物堆积速率快,往往发育冲积扇或辫状河沉积,但分布范围局限;在长期基准面旋回中期,随着构造活动进入相对稳定期,发育曲流河、三角洲和湖泊沉积。
(7)通过对鸡西群岩石化学及地球化学的研究,总体反映了活动陆缘复杂源区特点,同时也有被动大陆边缘特征,构造背景的双重性说明鸡西盆地的形成是在滨太平洋活动大陆边缘挤压构造背景下的走滑拉分过程中的伸展构造背景。太平洋板块的俯冲,诱发先前加厚的岩石圈拆沉减薄伸展构造机制是中生代盆地形成的主要因素,在这个大前提下,鸡西盆地是敦密断裂在早白垩世走滑剪切拉分作用形成的陆内裂谷盆地,具下断上坳双层结构。断裂的间歇性活动,控制了不同层序的生长和发育,Ⅱ1层序(鸡西群)代表了鸡西盆地断陷期经历由早期断裂剪切拉分、走滑拉分和晚期走滑伸展、走滑剪切的一个完整的盆地构造沉积旋回;之后的构造反转作用,在断陷盆地基础上形成坳陷盆地,形成了Ⅱ2层序(桦山群)。
(8)区域性展布的厚煤层的形成需要特定的构造背景、沉积环境和物质基础。通过构造层序构架和高精度层序地层格架的建立,研究了煤层分布演化规律。鸡西盆地煤层主要发育在城子河组的中下部和穆棱组的中下部,在平面上主要分布在盆地中部地带,在走向上向两侧逐渐变薄,数量减少到尖灭,并由盆缘向盆内减少。在垂向上,城子河组第1个长期基准面旋回上升半旋回的中上部和下降半旋回、第2个长期基准面旋回的上升半旋回以及穆棱组的第1个长期基准面旋回的上升半旋回的上部和下降半旋回均有较好的聚煤条件,工业煤层发育。煤层总体分布于长周期基准面旋回(长期、中期)上升半旋回的中上部—下降半旋回的中下部,在长期基准面旋回中聚煤作用较好的半旋回内,中期基准面旋回和短期基准面旋回的聚煤作用也相应较好。从沉积环境与沉积体系看,与聚煤作用关系密切的环境为三角洲、滨浅湖平原,工业煤层主要形成于湖侵体系域的中期-晚期和高位体系域早-中期,靠近湖泛面附近。
本书的主要创新点:
(1)通过将构造层序格架、年代层序格架与沉积体系、沉积相分析有机结合的综合分析法,首次对鸡西盆地早白垩世地层进行了高分辨率层序地层划分与对比,共划分出6个长期基准面旋回、16个中期基准面旋回和125个短期基准面旋回。
(2)在高精度层序地层格架建立和详细的沉积体系与沉积相分析的基础上,对鸡西盆地早白垩世不同级次的基准面旋回层序及其沉积体系和沉积相的聚煤作用和煤层分布演化规律进行了详细研究,对提高煤层预测精度,扩大煤炭资源远景具有重要意义。