華北克拉通北緣寒武系層序地層劃分

吳和源，趙宗舉，汪建國(guó)，王培璽，龔發(fā)雄，肖 飛

1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065 2.中國(guó)石油新疆油田公司博士后工作站，新疆 克拉瑪依 834000 3.中國(guó)石油學(xué)會(huì)，北京 100724 4.中國(guó)石油冀東油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 唐山 063004 5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京 100083

0 引言

作為局部和區(qū)域范圍地層對(duì)比的一種有效工具，層序地層學(xué)已被地質(zhì)工作者廣泛接納[1-4]，其“空間上相序的有序性及時(shí)間上環(huán)境變化的同步性”兩大特征[5]使得區(qū)域地層對(duì)比效率大大提升，成為地層學(xué)研究的重要工作方法。華北克拉通作為重要的油氣勘探領(lǐng)域[6-8]，寒武系碳酸鹽巖的層序地層學(xué)研究由來已久，在早期馮增昭等[9]對(duì)古生界巖相古地理論述的基礎(chǔ)上形成多樣的層序地層研究劃分方案[5,10-13]，成為局部地層對(duì)比的主要線索。隨著深層油氣勘探逐步被重視[14-16]，尤其是任丘及冀東古潛山油氣藏的發(fā)現(xiàn)[17-18]，下古生界碳酸鹽巖成為華北地區(qū)油氣勘探關(guān)注的焦點(diǎn)；其中，寒武系更因?yàn)槠涠鄬酉堤妓猁}巖的發(fā)育，為冀東油田南堡凹陷區(qū)的油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)帶來希望，成為區(qū)域油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。然而，由于早期寒武紀(jì)層序地層劃分主要基于單露頭剖面進(jìn)行研究，多樣劃分方案并未達(dá)成一致共識(shí)，導(dǎo)致區(qū)域范圍地層對(duì)比存疑，阻礙了油氣勘探的進(jìn)程。因此，以華北地區(qū)廣泛的露頭剖面資料分析為基礎(chǔ)，結(jié)合主要油田錄井、測(cè)井以及地化分析資料，對(duì)寒武系沉積環(huán)境演變以及層序地層格架進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，將有益于區(qū)域范圍內(nèi)的地層對(duì)比，為區(qū)域油氣勘探提供線索。

1 地質(zhì)背景

受地質(zhì)歷史時(shí)期多旋回疊加改造作用影響，華北克拉通東北部(圖1)太古宇結(jié)晶基底之上表現(xiàn)為多套沉積蓋層特點(diǎn)[6]，是中國(guó)含油氣層系最多的盆地之一。除第三系油氣勘探潛力巨大之外，各油氣探區(qū)下古生界油氣藏相繼被發(fā)現(xiàn)，寒武系作為下古生界碳酸鹽巖發(fā)育的主要層系，成為潛山和內(nèi)幕油氣藏勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。由于初期沉積缺失，寒武系由下向上發(fā)育府君山組、饅頭組、毛莊組、徐莊組、張夏組、崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組8套地層。區(qū)域廣泛分布的24個(gè)露頭剖面(圖1)以及油區(qū)眾多井下巖心成為寒武系沉積環(huán)境演化以及層序地層劃分研究的主要資料。

2 層序地層劃分依據(jù)

由于地層記錄的“復(fù)雜性、非漸變性、不完整性和旋回性”特點(diǎn)，旋回地層研究，即“不同級(jí)別旋回層序有序疊加形式”研究，是從復(fù)雜而不完整的地層記錄中尋找更多規(guī)律的有效途徑。地層記錄中旋回層序可進(jìn)行區(qū)域空間的有效追蹤對(duì)比，即通過沉積趨勢(shì)空間變化研究區(qū)域沉積環(huán)境的沉積相演變。因此，結(jié)合露頭剖面及井下巖心進(jìn)行旋回性研究分析，是沉積相研究及層序地層劃分的重要途徑。

華北克拉通北緣寒武系整體表現(xiàn)為碳酸鹽臺(tái)地的發(fā)展與成熟過程，形成多樣的巖性旋回特征，不論是“碎屑巖-碳酸鹽巖”旋回，還是“碳酸鹽巖-碳酸鹽巖”旋回，均可利用巖性分析還原沉積環(huán)境、建立相對(duì)水深變化曲線。以2～6個(gè)或3～5個(gè)具有成因相聯(lián)系(相似的沉積相及巖性組合)的2～4萬(wàn)年六級(jí)旋回組合構(gòu)成1個(gè)五級(jí)旋回(圖2)；4個(gè)具有成因相聯(lián)系的五級(jí)旋回縱向疊置構(gòu)成1個(gè)準(zhǔn)層序組(四級(jí)旋回)；多個(gè)具有相同沉積成因的準(zhǔn)層序組共同構(gòu)成一個(gè)“由不整合面及其可以對(duì)比的整合面所限定的”三級(jí)層序。形成以六級(jí)高頻旋回研究為基礎(chǔ)，分析五級(jí)旋回構(gòu)成，建立四級(jí)準(zhǔn)層序組，進(jìn)而劃分三級(jí)層序的層序劃分工作方法，盡可能按照旋回地層疊加樣式(圖2)進(jìn)行分析，確保層序地層劃分的可靠性。

3 層序地層劃分

在年代地層框架內(nèi)，對(duì)寒武系進(jìn)行旋回巖性疊 加樣式分析，結(jié)合錄井、測(cè)井層序地層研究，以及相對(duì)水深曲線還原，認(rèn)為華北地區(qū)寒武系表現(xiàn)為7個(gè)三級(jí)層序垂向疊置的特點(diǎn)。由于沉積連續(xù)性差異，各三級(jí)層序界面表現(xiàn)出不同的層序界面屬性特征：府君山組頂面為Ⅰ型層序界面，張夏組及長(zhǎng)山組頂面為Ⅲ型層序界面，其余層序頂面均為Ⅱ型層序界面。

以下分析區(qū)域露頭剖面巖性-巖相差異，為層序地層劃分提供有利證據(jù)(圖3—圖7)。

3.1 層序SQ1(府君山組)

府君山組，對(duì)應(yīng)國(guó)際地層表寒武系第二統(tǒng)第四階下部[19]，又稱昌平組[20-21]，為華北克拉通古生界最老的碳酸鹽巖地層，與下伏青白口系景兒峪組呈平行不整合接觸(圖3a、b)，單獨(dú)構(gòu)成華北北緣寒武系第一個(gè)三級(jí)層序。

潮下藻席向局限藻席相變的低能開闊緩坡沉積背景主導(dǎo)了府君山組碳酸鹽巖沉積，形成海侵體系域(TST)+高水位體系域(HST)的體系域疊置樣式，表現(xiàn)為藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r(圖4a)為主體、白云石化作用廣泛發(fā)育的特征(圖3c)。TST早期，多形成底部膏溶角礫巖向上部藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r相變的六級(jí)巖性旋回疊加特征，不同區(qū)域膏溶角礫發(fā)育程度差異明顯，角礫原巖為藻黏結(jié)-藻紋層泥晶灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖，且藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r普遍發(fā)育生物擾動(dòng)蟲孔；

a. 府君山組潮下藻席：藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r，巍山；b. 饅頭組潮上混積坪：含泥質(zhì)紋層泥晶灰?guī)r，南堡8井；c. 毛莊組高水位體系域潮間帶：砂屑鮞?；?guī)r，下葦?shù)椋籨. 徐莊組臺(tái)內(nèi)洼地：粉砂巖，北京西山；e. 徐莊組臺(tái)內(nèi)灘：具生物擾動(dòng)亮晶鮞?；?guī)r，茜素紅染色，單偏光，下葦?shù)?；f. 張夏組臺(tái)內(nèi)灘相：含泥亮晶鮞?；?guī)r，單偏光，域山；g. 崮山組臺(tái)內(nèi)灘相：亮晶鮞?；?guī)r，單偏光，域山；h. 長(zhǎng)山組潮間帶：含砂屑疊層石灰?guī)r，單偏光，域山；i. 鳳山組潮下藻席：藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r，單偏光，孟家峪。圖4 華北克拉通北緣寒武系各組主要巖性微觀特征Fig.4 Micro-characteristics of Cambrian in the northern margin of the North China craton

TST晚期，高頻旋回巖性疊置表現(xiàn)為藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r與深灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r上下疊置的特點(diǎn)，沉積環(huán)境水體加深，生物擾動(dòng)作用減弱，局部南堡凹陷區(qū)TST上部見泥質(zhì)條帶與薄層泥晶灰?guī)r互層的深水沉積特點(diǎn)(圖5a)，構(gòu)成一個(gè)持續(xù)的海侵過程。HST沉積水體逐漸變淺，形成局限藻席環(huán)境灰白色厚層灰質(zhì)白云巖(圖5b)，由于頂部長(zhǎng)期淡水風(fēng)化淋濾溶蝕作用影響，層序界面附近見不同程度溶蝕現(xiàn)象(圖5c)，局部地區(qū)見大型溶洞以及坍塌角礫(圖3d)，成為Ⅰ型層序界面的重要表征；同時(shí)，Ⅰ型層序界面附近由于較強(qiáng)的白云石化作用以及有利的淡水淋濾溶蝕，府君山組高水位期厚層灰質(zhì)白云巖可作為潛在的油氣有利儲(chǔ)層，在南堡凹陷區(qū)已經(jīng)得以證明。

3.2 層序SQ2(饅頭組)

饅頭組整體為一套淺水潮上灰泥坪沉積(圖4b)，為三級(jí)海平面短暫上升并長(zhǎng)期處于淺水蒸發(fā)混積陸棚的沉積產(chǎn)物，表現(xiàn)為由單一高水位體系域構(gòu)成三級(jí)層序的特點(diǎn)。

府君山組沉積期后，由于饅頭組海侵作用持續(xù)時(shí)間短以及基底構(gòu)造沉降等因素的共同影響，饅頭組海侵并未留下明顯的深水沉積記錄；相反，SQ1的Ⅰ型層序界面之上直接披覆了HST蒸發(fā)灰泥坪灰黃色膏溶角礫巖(圖3e、f)夾泥質(zhì)白云巖的特征(圖5d)，且向上沉積環(huán)境持續(xù)變淺，膏溶角礫巖整體向紫紅色過渡。唐山地區(qū)饅頭組頂部見泥質(zhì)白云巖夾層，以紫紅色白云質(zhì)泥灰?guī)r為主，山東清縣饅頭組頂部發(fā)育薄層泥晶灰?guī)r與中厚層白云巖構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回(圖3g)，與南堡凹陷以及文安斜坡饅頭組頂部白云巖層巖性一致。與府君山組Ⅰ型層序界面不同，饅頭組頂部潮上灰泥坪沉積并未經(jīng)歷長(zhǎng)期風(fēng)化淡水淋濾溶蝕作用，而是被毛莊組底部深水灰綠色鈣質(zhì)泥頁(yè)巖直接覆蓋，形成沉積水體的快速加深。該類型層序界面并未長(zhǎng)期暴露水體，表現(xiàn)為Ⅱ型層序界面的特點(diǎn)。

3.3 層序SQ3(毛莊組)

毛莊組為一個(gè)水體快速加深后緩慢變淺的沉積過程，表現(xiàn)為半局限—局限混積陸棚的沉積背景，陸源碎屑物質(zhì)供給量較饅頭組有所增加，形成碎屑巖與清水碳酸鹽層混積的特點(diǎn)。

海侵早期，北京西山地區(qū)表現(xiàn)為中厚層—厚層狀紫紅色泥巖與鈣質(zhì)粉砂巖透鏡體的巖性旋回疊置樣式，發(fā)育潮間帶特有的脈狀層理，直接覆蓋于饅頭組膏溶角礫巖之上，向上沉積水體逐漸加深，巖性旋回下部單元層鈣質(zhì)粉砂巖逐漸變薄消失，整體以紫紅色塊狀泥巖為主。高水位期則呈現(xiàn)薄層狀泥粉晶白云巖與潮上帶紫紅色塊狀泥巖互層的高頻巖性旋回，且隨著水體逐漸變淺，白云巖層逐漸增厚，頂部被徐莊組深水相灰綠色泥巖直接覆蓋，形成巖性突變面，為Ⅱ型層序界面特點(diǎn)。唐山及山東地區(qū)毛莊組沉積趨勢(shì)呈現(xiàn)一致變化的特點(diǎn)，例如，南堡凹陷區(qū)毛莊組表現(xiàn)為三級(jí)旋回整體向上加深再變淺的巖性旋回特征，下部TST表現(xiàn)為以白云質(zhì)泥巖為主體、夾泥質(zhì)白云巖透鏡體的巖性疊置，上部HST則呈現(xiàn)以蒸發(fā)潮坪環(huán)境的含生屑或砂屑泥粉晶或粉細(xì)晶白云巖為主(圖5e、f)、少量白云石化鮞?；?guī)r(圖4c)和縱向上構(gòu)成泥質(zhì)含量向上減少、白云巖層向上增厚的三級(jí)旋回變化特征，與上覆徐莊組底部厚層泥頁(yè)巖突變接觸。

3.4 層序SQ4(徐莊組和張夏組)

徐莊組和張夏組表現(xiàn)為一個(gè)三級(jí)海平面變化旋回的產(chǎn)物，共同構(gòu)成第四個(gè)三級(jí)層序，發(fā)育海侵體系域、凝縮段以及高水位體系域，受高能開闊緩坡沉積背景主導(dǎo)。該三級(jí)層序整體呈現(xiàn)出沉積環(huán)境水體加深到變淺的旋回特點(diǎn)，然而在相同沉積趨勢(shì)變化的框架下，不同地域巖性巖相差異明顯。

唐山地區(qū)徐莊組—張夏組表現(xiàn)為快速加深—緩慢變淺的旋回變化特點(diǎn)。徐莊組相當(dāng)于SQ4的TST，為高能開闊緩坡—外緩坡沉積環(huán)境，形成一套紫紅色泥頁(yè)巖夾灰黃色粉砂巖透鏡的巖性組合，局部發(fā)育低角度斜層理鮞?；?guī)r透鏡層(圖6a，b)，整體以潮下低能沉積為主體。TST頂部，張夏組底部見厚約2 m的厚層灰色含海綠石鮞?；?guī)r，成為凝縮段CS(condensed section)的直接證據(jù)；而HST則以上覆張夏組厚層鮞?；?guī)r夾泥晶灰?guī)r薄層的高能生屑鮞灘沉積為主體，形成TST+CS+HST的體系域疊置關(guān)系。值得注意的是，武山地區(qū)HST表現(xiàn)出巖性旋回的顯著差異，由紫紅色泥頁(yè)巖與鮞?；?guī)r構(gòu)成的六級(jí)旋回(圖6e，f)隨著高水位期可容納空間的持續(xù)下降，下部單元層逐漸變薄、上部鮞?；?guī)r層持續(xù)增厚。 然而，盡管高水位體系域早期巖性不一致，但HST頂部均被崮山組灰紫色泥巖與薄板狀泥晶灰?guī)r互層披覆，形成層序界面之上沉積水體的快速加深，表現(xiàn)為淹沒間斷穿時(shí)的特點(diǎn)，為淹沒不整合型層序界面，即Ⅲ型層序界面。

北京西山徐莊—張夏組由3～4個(gè)向上變淺的四級(jí)海平面變化旋回疊加而成，呈現(xiàn)沉積水體緩慢加深—緩慢變淺的過程。TST表現(xiàn)為內(nèi)緩坡沉積特點(diǎn)。徐莊組底部海平面快速加深，由于陸源碎屑供給的影響，形成低能深水相綠灰色粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖與中薄層狀砂屑生屑泥晶灰?guī)r或鮞?；?guī)r的多旋回互層(圖4d、e，圖6c)；且隨著海侵作用的持續(xù)，形成碎屑巖層變薄、清水碳酸鹽層逐漸增厚的巖性旋回(圖6d)。由于陸源碎屑供給量大，海侵體系域附近并未觀察到明顯的海綠石鮞粒灰?guī)r凝縮段記錄，取而代之的是厚約8.5 m的綠灰色泥質(zhì)粉砂巖。HST則表現(xiàn)為一個(gè)向上變淺的四級(jí)海平面變化旋回。其六級(jí)巖性旋回主要為薄層泥質(zhì)粉砂巖與厚—巨厚層鮞粒灰?guī)r構(gòu)成(圖4f，圖6g，h)，頂部由大套厚層鮞?；?guī)r主導(dǎo)(圖6h)，具生物擾動(dòng)構(gòu)造。崮山組深水泥晶灰?guī)r直接覆蓋在大套鮞?；?guī)r層之上(圖7a)，表現(xiàn)為沉積水體的快速加深，呈現(xiàn)Ⅲ型層序界面的特點(diǎn)。

3.5 層序SQ5(崮山組)

崮山組表現(xiàn)為張夏組厚層鮞?；?guī)r之上水體快速加深到緩慢變淺的沉積過程，由3個(gè)準(zhǔn)層序組構(gòu)成，縱向上構(gòu)成TST+CS+HST的體系域疊置樣式。

測(cè)井曲線數(shù)據(jù)來自于莊6斜1井。a. 府君山組含泥質(zhì)條帶粉屑泥晶灰?guī)r，南18井，1 958.6 m；b. 府君山組上部深灰色泥粉晶灰質(zhì)白云巖，唐14斜1井，2 217.4 m；c. 府君山組頂部具溶蝕孔洞灰質(zhì)白云巖，唐23斜1井，2 115.8 m；d. 饅頭組具水平紋層狀泥質(zhì)白云巖，南13井，1 307.5 m；e. 毛莊組含生屑泥粉晶灰質(zhì)白云巖，南20井，1 713.5 m；f. 毛莊組砂屑粉-細(xì)晶白云巖，唐120斜1井，2 100.8 m。GR. 自然伽馬；RLLD. 深側(cè)向電阻率；RLLS. 淺側(cè)向電阻率。圖5 南堡凹陷府君山組、饅頭組、毛莊組測(cè)井、巖性特征Fig.5 Logging and lithofacies features of Fujunshan, Mantou and Maozhuang Formation in Nanpu sag

a. 徐莊組紫紅色泥頁(yè)巖夾鮞?；?guī)r透鏡層，趙各莊；b. 徐莊組淺灰黃色泥頁(yè)巖夾粉砂巖透鏡層，武山；c. 徐莊組泥質(zhì)粉砂巖與鮞粒灰?guī)r六級(jí)旋回，下葦?shù)?；d. 徐莊組8個(gè)由泥質(zhì)粉砂巖與鮞粒灰?guī)r構(gòu)成的六級(jí)旋回，下葦?shù)椋籩. 張夏組3個(gè)會(huì)自生泥頁(yè)巖與亮晶鮞?；?guī)r六級(jí)旋回，武山；f. 張夏組2個(gè)由紫紅色泥頁(yè)巖與鮞?；?guī)r構(gòu)成的六級(jí)旋回，下部六級(jí)旋回紫紅色泥頁(yè)巖夾深水灰泥丘，武山；g. 張夏組3個(gè)由薄層泥質(zhì)粉砂巖與中層狀鮞?；?guī)r構(gòu)成的六級(jí)旋回特征，下葦?shù)?；h. 張夏組3個(gè)由薄層泥質(zhì)粉砂巖與厚層到巨厚層狀鮞?；?guī)r構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回，下葦?shù)?。圖中數(shù)字為六級(jí)旋回序號(hào)。圖6 華北克拉通北緣徐莊組、張夏組巖性特征及六級(jí)旋回疊置樣式Fig.6 Outcrop characteristic of Xuzhuang and Zhangxia Formation in the northern margin of the North China craton

a. 張夏組頂部淹沒不整合型層序界面，孟家峪；b. 崮山組底部灰黃色泥頁(yè)巖夾泥質(zhì)灰?guī)r條帶，武山；c. 崮山組2個(gè)由薄層泥晶灰?guī)r與中層竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的米級(jí)旋回，域山；d. 長(zhǎng)山組由薄層紫紅色泥頁(yè)巖夾淺灰色泥晶灰?guī)r與中厚層紫紅色竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的六級(jí)旋回，雷莊；e. 崮山組—鳳山組三級(jí)層序野外特征，雷莊；f. 長(zhǎng)山組頂部竹葉狀礫屑灰?guī)r被鳳山組灰綠色泥巖覆蓋，為三級(jí)層序界面，下葦?shù)?；g. 鳳山組底部由灰黃色灰質(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r薄層與中厚層竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回，雷莊。圖7 華北克拉通北緣崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組露頭巖性Fig.7 Outcrop characteristic of Gushan, Changshan and Fengshan Formation in the northern margin of the North China craton

海侵早期，由于陸源碎屑在基準(zhǔn)面上升期被波浪、潮汐以及風(fēng)暴回流帶入沉積區(qū)，形成廣泛的碎屑巖-碳酸鹽巖巖性相序旋回，下葦?shù)榈貐^(qū)基準(zhǔn)面震蕩上升形成薄板狀泥晶粉屑灰?guī)r或泥晶灰?guī)r與砂質(zhì)泥巖互層；隨著海侵作用的持續(xù)，下部碎屑巖層逐漸變薄，中部為沉積深灰色薄板狀含泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r構(gòu)成的凝縮段。高水位期則形成泥晶灰?guī)r與鮞?；?guī)r或竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的巖性旋回(圖4g)，基準(zhǔn)面震蕩下降，下部泥晶灰?guī)r層逐漸變薄，上部鮞?；?guī)r或竹葉狀礫屑灰?guī)r層快速加厚。頂部被長(zhǎng)山組底部粉砂質(zhì)泥巖與薄層竹葉狀礫屑灰?guī)r巖性旋回覆蓋，沉積水體緩慢加深。

相序的有序性及時(shí)間上環(huán)境變化的同步性在崮山組沉積期最為明顯。唐山地區(qū)崮山組三級(jí)層序表現(xiàn)為CS+HST的特點(diǎn)：趙各莊地區(qū)崮山組底部灰色鈣質(zhì)泥頁(yè)巖夾泥晶灰?guī)r薄層(圖7b)直接覆蓋在張夏組厚層鮞?；?guī)r之上，潮下低能泥頁(yè)巖構(gòu)成凝縮段主體，向上整體表現(xiàn)為沉積水體震蕩變淺的高水位體系域特點(diǎn)，形成上部薄層泥晶灰?guī)r與中—厚層鮞?；?guī)r的多旋回巖性變化特征(圖7c)；且隨著沉積水體的逐漸變淺，旋回下部泥晶灰?guī)r逐漸變薄，上部竹葉狀礫屑灰?guī)r或鮞粒灰?guī)r層具有緩慢增厚的趨勢(shì)，層序界面頂部被長(zhǎng)山組紫紅色泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r覆蓋(圖7e)，構(gòu)成典型的Ⅱ型層序界面。

3.6 層序SQ6(長(zhǎng)山組)

長(zhǎng)山組單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)三級(jí)層序，其體系域疊置樣式與崮山組相似，表現(xiàn)為CS+HST的特點(diǎn)。地層厚度整體較薄，北京西山地區(qū)厚約17.7 m，唐山地區(qū)厚9.4 m，西口南地區(qū)厚約20.1 m，巖性變化大，整體表現(xiàn)為快速加深至震蕩緩慢變淺的過程。

唐山地區(qū)長(zhǎng)山組底部為基準(zhǔn)面快速加深的過程，表現(xiàn)為凝縮段紫紅色泥頁(yè)巖層直接覆蓋在崮山組頂部具氧化邊竹葉狀礫屑灰?guī)r的HST之上，泥頁(yè)巖中見大量三葉蟲化石；向上HST過渡，形成由紫紅色泥頁(yè)巖夾泥晶灰?guī)r薄層與中厚層竹葉狀礫屑灰?guī)r層構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回特征(圖4h，圖7d)，向頂部泥頁(yè)巖層變薄，竹葉狀礫屑灰?guī)r層逐漸加厚，頂部被鳳山組灰黃色灰質(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r直接覆蓋，形成長(zhǎng)山組三級(jí)層序界面加深饑餓間斷的特點(diǎn)，表現(xiàn)為Ⅲ型層序界面的屬性。西山下葦?shù)?，灰綠色粉砂質(zhì)泥巖凝縮段直接覆蓋在崮山組紫紅色氧化邊竹葉狀礫屑灰?guī)r之上，向上HST形成由綠灰色鐵質(zhì)粉砂巖夾泥晶灰?guī)r與竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回；旋回上部礫屑灰?guī)r單元向上增厚，下部粉砂巖夾泥晶灰?guī)r層變薄尖滅，頂部被上覆鳳山組臺(tái)盆相灰綠色泥巖直接覆蓋(圖7f)，構(gòu)成Ⅲ型層序界面。

3.7 層序SQ7(鳳山組)

鳳山組表現(xiàn)為淹沒不整合型層序界面之上的一套快速加深后緩慢變淺的臺(tái)盆沉積(圖4i)。單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)三級(jí)層序，由TST+HST縱向疊置。唐山地區(qū)厚約106.0 m，北京西山地區(qū)厚97.5 m。

海侵初期，由于基準(zhǔn)面快速上升，在高可容納空間狀態(tài)下，形成厚層的潮下低能淺灰或灰黃色泥質(zhì)灰?guī)r，局部夾泥晶灰?guī)r薄層，表現(xiàn)為典型的L-M旋回。隨著海侵的持續(xù)，向上逐漸相變?yōu)榛屹|(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r薄層與竹葉狀礫屑灰?guī)r構(gòu)成的六級(jí)巖性旋回(圖7g)，高水位期則以潮下低能至臺(tái)內(nèi)灘灰色泥晶粉屑灰?guī)r夾薄層狀竹葉狀礫屑灰?guī)r為主，向上竹葉狀礫屑灰?guī)r增多，頂部為灰色薄層狀泥晶灰?guī)r與中薄層狀竹葉狀礫屑灰?guī)r互層特點(diǎn)。

西山地區(qū)由于靠近北部物源，海侵體系域以綠灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，向上出現(xiàn)灰色薄板狀、透鏡狀泥晶灰?guī)r，上部主要為灰色薄板狀泥晶灰?guī)r與綠灰色泥質(zhì)粉砂巖互層。鳳山組中部發(fā)育一套深灰色薄板狀—薄層狀泥晶灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖條紋條帶，局部還夾風(fēng)暴成因的透鏡狀含生屑竹葉狀礫屑灰?guī)r，相當(dāng)于凝縮段。高位體系域主要巖性為灰色—深灰色薄板狀泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)泥晶灰?guī)r及竹葉狀礫屑灰?guī)r。頂部為深灰色薄層—中層狀竹葉狀礫屑灰?guī)r，夾泥質(zhì)泥晶粉屑灰?guī)r條紋條帶，局部見生物擾動(dòng)及蟲孔。層序界面之上為冶里組灰色厚層狀藻黏結(jié)泥晶灰?guī)r，表現(xiàn)為Ⅱ型層序界面屬性。

4 層序地層格架及其主控因素

華北克拉通北緣寒武系具微相類型多樣、巖性變化復(fù)雜的特征(表1)，4種沉積相控制多種亞相，沉積發(fā)育了20余類巖性；結(jié)合旋回性巖性-巖相分析，輔助碳氧同位素測(cè)試手段，從不同角度闡釋寒武系層序形成控制機(jī)制，在構(gòu)建五級(jí)旋回及準(zhǔn)層序組基礎(chǔ)上，確立層序劃分方案并建立寒武系層序地層格架(圖8)。

4.1 全球海平面變化控制

由于海相碳酸鹽巖碳同位素可作為全球海平面相對(duì)變化的指標(biāo)，碳同位素變重反映全球海平面相對(duì)升高，反之則反映相對(duì)下降[22]。碳氧同位素分析對(duì)華北北緣寒武系層序地層劃分具有重要指導(dǎo)意義。寒武系碳氧同位素整體表現(xiàn)為震蕩變重的演化趨勢(shì)(圖8)，與相對(duì)水深變化曲線較好地對(duì)應(yīng)，在晚寒武世達(dá)到最高值，反映了華北克拉通北緣寒武紀(jì)海平面整體逐漸上升的演化趨勢(shì)；該趨勢(shì)與碳同位素所反映的全球海平面變化趨勢(shì)總體一致[23]。各層序界面附近均表現(xiàn)為層序界面之下碳同位素變輕與層序界面之上碳同位素正飄逸的特點(diǎn)，暗示沉積水體的快速加深，為層序界面的準(zhǔn)確劃分提供依據(jù)的同時(shí)，表明華北克拉通北緣寒武系沉積旋回主要受控于全球海平面變化控制。

HT. 平均高潮線；LT. 平均低潮線；FWWB. 晴天浪基面；SWWB. 風(fēng)暴浪基面。圖8 華北克拉通北緣北京西山下葦?shù)楹湎祵有虻貙痈窦芫C合柱狀圖Fig.8 Comprehensive stratigraphic column of Cambrian at Xiaweidian, Western Hill of Beijing in the northern margin of the North China craton

4.2 陸源物質(zhì)供給與碳酸鹽加積作用控制

巖性巖相分析以及相對(duì)水深變化曲線還原是層序形成-劃分的重要基礎(chǔ)，也是沉積環(huán)境演化的重要依據(jù)。華北克拉通北緣寒武系表現(xiàn)為陸源物質(zhì)供給與碳酸鹽加積共同作用的特點(diǎn)，各時(shí)期由于沉積環(huán)境的不一致表現(xiàn)出兩者相互制約的特征。

元古宙末，華北克拉通北緣區(qū)域隆升剝蝕后，早寒武世府君山組沉積期發(fā)育廣泛的海侵，由于沉積基底極其平緩，形成典型的開闊緩坡型碳酸鹽臺(tái)地。饅頭組—毛莊組沉積期華北北緣沉積水體較淺，臺(tái)地周邊局部古陸出露，為沉積區(qū)陸源碎屑供給創(chuàng)造條件，在波浪、潮汐、風(fēng)暴回流等營(yíng)力作用下，混積陸棚的沉積環(huán)境縱向上構(gòu)建了一套碳酸鹽-陸源碎屑的混合沉積。中寒武世徐莊組—張夏組沉積期，雖然仍然存在陸源物質(zhì)的供給，但因其沉積水體顯著加深，且早期出露古陸逐漸淹沒，導(dǎo)致陸源碎屑供給減少，陸源物質(zhì)含量向上呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，尤其是張夏組沉積晚期，華北克拉通北緣基本為清水碳酸鹽臺(tái)地環(huán)境。與此同時(shí)，由于鮞粒灰?guī)r、生屑灰?guī)r、灰泥丘等以高產(chǎn)率碳酸鹽巖為主的沉積物在緩坡邊緣的快速堆積與加積作用，原來的緩坡型沉積基底逐漸在緩坡邊緣附近構(gòu)筑成鑲邊型障壁，將臺(tái)地類型由緩坡型臺(tái)地演變成為鑲邊型臺(tái)地，使得臺(tái)地邊緣斜坡坡度增大。晚寒武世，華北克拉通北部邊緣整體演變?yōu)殍傔呅团_(tái)地邊緣，成為隔離華北克拉通與外海的屏障，使得來自外海的波浪、潮汐等水動(dòng)力大量消減，陸源碎屑供給急劇減少，克拉通內(nèi)部整體表現(xiàn)為低能的沉積環(huán)境，形成晚寒武世以泥晶碳酸鹽巖為主的沉積，與張夏組、徐莊組等開闊緩坡環(huán)境的高能鮞?；?guī)r等灘相沉積顯著區(qū)分。

5 結(jié)論

1) 華北克拉通北緣寒武系為碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)展—成熟的演化過程。府君山組至張夏組構(gòu)成整體退積的地層序列，崮山組至鳳山組構(gòu)成加積到進(jìn)積地層變化特征，分別代表了臺(tái)地的兩個(gè)發(fā)育階段：以張夏組末期為邊界，中—下寒武統(tǒng)表現(xiàn)為局限—開闊型緩坡的沉積背景，上寒武統(tǒng)為鑲邊型臺(tái)地沉積格局。

2) 寒武系可劃分為7個(gè)可區(qū)域性對(duì)比的三級(jí)層序，除徐莊組和張夏組共同構(gòu)成一個(gè)三級(jí)層序之外，其余各組均獨(dú)自對(duì)應(yīng)一個(gè)三級(jí)層序。

3) 寒武系相對(duì)水深變化曲線以及碳氧同位素的震蕩上升，暗示了華北北緣寒武系持續(xù)的海侵過程，與全球海平面演化趨勢(shì)一致，表明全球海平面變化對(duì)區(qū)域?qū)有蛐纬删哂锌刂谱饔?，各層序界面附近碳同位素不同程度的正飄逸，為三級(jí)層序劃分提供重要參考。

4) 陸源碎屑供給以及碳酸鹽加積作用在全球三級(jí)海平面變化框架下共同制約著華北北緣寒武系各三級(jí)層序的發(fā)育演化，沉積環(huán)境整體由開闊至鑲邊演化的過程是兩者共同作用的綜合表征。