石炭系—二叠系之上直接覆盖了哪些地层？

3.3.1.1　地层及沉积特征

邢台矿区水文检查孔DP1钻遇的石炭系—二叠系共668m，包括本溪组（22.43m）、太原组（142.56m）、山西组（38.44m）、下石盒子组（99m）、上石盒子组（280.6m）和石千峰组（85.27m），其中石千峰组由于上部受剥蚀而发育不全。石炭系—二叠系之上直接覆盖了第四系的松散堆积物，与第四系不整合接触，其下以一套灰色铝土质泥岩与奥陶系灰岩不整合接触。

从沉积环境看，从下到上，沉积环境发生了由海相到海陆过渡的三角洲相再到陆相的河流－湖泊沉积转变。在本溪组和太原组底部发育为滨外碳酸盐岩陆棚—滨外泥质陆棚—滨外碳酸盐岩陆棚沉积，沉积物为灰色泥岩、铝土质泥岩、石灰岩和煤层，在本溪组和太原组分界上下形成8^＃和9^＃煤层往上在一次较大的海侵过后发育了一套厚约30m的障壁砂坝，并在其上发育障壁砂坝向陆一侧潮坪中形成的7^＃煤层，随后在700～725m处发育了一小型河道，并在河道之上形成4^＃煤层，紧接着又再次发生海侵，形成一套厚约3m的石灰岩，并被一套冲越扇细砂所覆盖，之后形成潟湖靠陆一侧的潮坪沼泽沉积，并发育了3^＃煤层，开始逐渐向陆相转化，到山西组下部主要发育一套由两个河道砂体叠置的复合河道砂体，向上演变为三角洲间湾沼泽，并沉积了2^＃煤组，最厚一层厚约5m，位于煤组最上部，其上覆盖了一层分流间湾的含砂泥岩。下石盒子组下部发育分流间湾和分流河道交互的地层，含砂较多，以粉砂岩为主，上部发育一套灰紫色泛滥盆地泥岩，夹粉砂岩和细砂岩条带；上石盒子组底部为一套发育板状交错层理的河道砂岩，向上为含两套决口扇沉积的泛滥盆地沉积，从450m处开始到350m，发育了多套向上变细的具有典型二元结构的河流沉积，且以砂岩为主，泥岩占二元结构单元的比例较小，为比较典型的辫状河沉积。上石盒子上部又转变为曲流河沉积，发育一套含三层决口扇沉积的紫灰、紫红色泛滥盆地泥岩。石千峰组底部为一套具有正粒序层理的粗砂岩，可能为小型的三角洲前缘的水下分流河道沉积，向上发育两套可能为远砂坝的细砂岩，中间夹滨湖泥岩，之后发育一套厚约10m的灰色浅湖泥岩，并且水体开始变浅，演变为湖泊滨岸沉积。

从沉积环境的演化看，本溪组和太原组沉积时期，有三次较大的海侵达到了该钻孔所在位置，并无一例外地在海侵后的海退过程中形成了煤层沉积。而下石盒子组到石千峰组沉积时期，则表现了地下水位由高变低再变高的变化过程，形成规模不同的下切河道沉积，其中规模最大的是上石盒子组中部多个河道叠合的下切河谷沉积。因此，从整体上看，可将沉积演化划分为7个阶段，分别为本溪组沉积时期、太原组沉积时期、山西组沉积时期、下石盒子组沉积时期、上石盒子组下部沉积时期、上石盒子组中及上部沉积时期和石千峰组沉积时期。

3.3.1.2　高分辨率层序地层分析

从沉积环境的演化及相变特征分析，以河道冲刷面和相转换面为石炭系—二叠系内部的四级层序界面，从石炭系—二叠系中划分出了25个四级层序或相当的准层序（S1～S25），组合为19个层序组、7个复合层序（图3.5）。下面分述各复合层序的特征。

复合层序Ⅰ。主要包括本溪组地层和太原组底部的9^＃煤层及其下地层，为一海平面逐渐上升到最大后由逐渐回落的沉积过程。由四级层序S1组成高位层序组，其中四级层序发育海侵和高位体系域，四级层序的最大海泛期形成了一套石灰岩（本溪灰岩），而在高位体系域顶部形成了9^＃煤层。

复合层序Ⅱ。由四级层序S2组成的海侵层序组和由S3和S4组成的高位层序组组成。其中S2、S3、S4均不发育低位体系域，且海侵体系域厚度也较小。S2为一套滨外碳酸盐岩陆棚到障壁砂坝的沉积，S3为潮坪沼泽和小型河道的沉积，S4为滨外碳酸盐岩陆棚到潮坪沼泽的沉积。在S2和S4的最大海泛期形成了大青和野青灰岩，并在S2海侵时形成了厚度较大的8^＃煤层。主要包括太原组8^＃煤层及其以上地层。

复合层序Ⅲ。厚度较薄，为由四级层序S5、S6、S7组成的高位层序组组成，S5和S7发育海侵和高位体系域，S6仅发育高位体系域。S5主要为河道沉积，为两套向上变细的河道砂岩组成；S6主要为分流间湾沉积的泥岩、薄层细砂岩和薄层煤层组成；S7主要为三角洲间湾沉积，在海侵体系域中沉积了巨厚2^＃煤层，高位体系域为分流间湾的含砂泥岩；主要包括山西组。

图3.5 邢台矿区DP1钻孔石炭系—二叠系层序地层综合柱状图Fig.3.5 Permo-Carboniferous sequence stratigrphical column of the borehole DP1 in the Xingtai mining area

复合层序Ⅳ。由四级层序S8、S9、S10分别组成的低位层序组、海侵层序组和高位层序组组成。其中S8和S9不发育高位体系域，由低位体系域和海侵体系域组成；S10发育低位体系域、海侵体系域和高位体系域。S8、S9主要为下三角洲平原的分流河道和分流间湾沉积，S10则主要为一套泥岩比例较高的曲流河沉积；主要包括下石盒子组。

复合层序Ⅴ。由四级层序S11～S16组成，其中S11组成低位层序组，S12和S13组成海侵层序组，S14～S16组成高位层序组，由于该复合层序所包含的四级层序较多，因而，四级层序厚度从低位层序组到高位层序组有由厚变薄再变厚的趋势（图3.6）。S11和S12发育低位体系域、海侵体系域和高位体系域，S13～S16仅发育低位体系域和海侵体系域。S11发育低位体系域为曲流河河道沉积，S12和S13则为曲流河泛滥盆地中两次决口形成的两个准层序，S14～S16则分别为厚度向上逐渐增大的三套河流沉积，反映了河流规模和河道下切幅度逐渐增大的沉积过程；主要包括上石盒子组中下部地层。

复合层序Ⅵ。由四级层序S17～S22组成，其中S17组成低位层序组，S18～S20组成海侵层序组，S21和S22组成高位层序组。由于该复合层序所包含的四级层序较多，因而，与复合层序Ⅴ 一样，具有四级层序厚度从低位层序组到高位层序组由厚变薄再变厚的特点（图3.6）。S19发育较全，包括低位体系域、海侵体系域和高位体系域，而其他层序均仅发育低位体系域和海侵体系域。S17为上石盒子组中部辫状河沉积厚度最大的一套地层，表明河道下切幅度最大，反映了基准面下降达最大的位置；S18和S19为两套叠置在一起的粒度向上变细的河道砂体沉积；S20则为基准面上升达到下切谷顶，开始发生河流泛滥，并有决口扇发育的一套沉积；S21和S22均为河流泛滥盆地沉积。主要包括上石盒子组中上部地层。

图3.6 DP1钻孔石炭系—二叠系四级层序厚度分布图（Ⅰ～Ⅶ为复合层序）Fig.3.6 Thickness of the fourth-orders equences of the Permo-Carboniferous in the borehole DP1

复合层序Ⅶ。由四级层序S23、S24、S25组成，其中S23组成海侵层序组，并发育低位体系域、海侵体系域和高位体系域，S24和S25组成了高位层序组，S24发育海侵体系域和高位体系域，而S25仅发育高位体系域。该复合层序主要为滨湖—湖岸沉积。