曲希玉, 张满利, 刘立, 王德海, 邱隆伟. (2013)中国东北地区晚二叠世岩相古地理特征[J]. 古地理学报, 15(5): 679-692
Qu Xiyu, Zhang Manli, Liu Li, Wang Dehai, Qiu Longwei. (2013)Lithofacies palaeogeography characteristics of the Late Permian in Northeast China[J]. Journal Of Palaeogeography, 15(5): 679-692. DOI:10.7605/gdlxb.2013.05.056  
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中国东北地区晚二叠世岩相古地理特征
曲希玉1, 张满利1, 刘立2, 王德海2, 邱隆伟1
1 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580
2 吉林大学地球科学学院,吉林长春 130061

第一作者简介: 曲希玉,男,1977年生,博士,副教授,主要从事流体—岩石相互作用、储集层及沉积方面的研究。电话: 18669841029;E-mail:quxiyu@upc.edu.cn。

收稿日期:2013-03-10
基金:*国家自然科学基金项目(编号:41372133); 国家科技重大专项(编号:2011ZX05009-002); 高等学校博士学科点专项科研基金项目(编号:20090061120043); 中央高校基本科研业务费专项资金(编号:12CX04004A)联合资助
摘要

在6条野外实测剖面和38条收集剖面的基础上,通过剖面的岩石组合特征及样品的元素地球化学分析,对中国东北地区晚二叠世的沉积环境和古地理特征进行了研究。结果显示,东北地区上二叠统样品常量元素具有高 Si、 Al,低 P、 Mn、 Ca的特点;微量元素具有高 V、 Rb、 Zr、 Ba,低 Be、 Mo、 Cd、 Ta和 U的特点;稀土元素表现为轻、重稀土分异显著,轻稀土相对富集, Eu负异常的特征。沉积环境主体为陆相淡水还原环境;存在北部、东部和西部3个物源,其中北部和东部为主要物源方向;发育三角洲相、扇三角洲相和湖泊相沉积。此外,林西组底部样品在常量、微量及稀土元素的异常和杨家沟组底部大量碳酸盐岩砾石的出现,说明晚二叠世初期局部有海侵发生。中国东北地区晚二叠世沉积初期为海陆交互环境,主体为陆相湖泊沉积环境。

关键词: 中国东北地区; 晚二叠世; 古地理; 微量元素; 湖泊相
中图分类号:P531 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2013)05-0679-14
Lithofacies palaeogeography characteristics of the Late Permian in Northeast China
Qu Xiyu1, Zhang Manli1, Liu Li2, Wang Dehai2, Qiu Longwei1
1 School of Geosciences,China University of Petroleum(East China),Qingdao 266580,Shandong
2 College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,Jilin;

About the first author:Qu Xiyu,born in 1977,doctor,is an associate professor in China University of Petroleum(East China).He is mainly engaged in the study of the interaction between fluid and rock,reservoir and sedimentology.Phone number: 18669841029.E-mail:quxiyu@upc.edu.cn.

Abstract

Based on 6 measured sections and 38 collected sections,the sedimentary environment and palaeogeographic features of the Late Permian in Northeast China were studied by means of rock association characteristics and element geochemical analysis of the samples.The results showed that the Upper Permian samples exhibited the features with high constant elements including Si,Al and low constant elements including P,Mn,Ca; trace elements with high content of V,Rb,Zr,Ba,Be,Mo,and low content of Cd,Ta, U. Rare earth elements performance showed significant differentiation and light rare earth elements were relative enrichment,but Eu was negative anomaly. The main sedimentary environment was reducing continental freshwater environment. And there were three provenances,including northern,eastern and western, the former two of which were the main provenances where developed sediments of delta facies,fan delta facies and lacustrine facies.In addition,abnormality in constant,trace and rare earth elements of the samples at the bottom of Linxi Formation and a large number of carbonate gravels at the bottom of Yangjiagou Formation both demonstrate and appearance of transgression in local area of the beginning of Late Permian.In summary in Northeast China was marked by the alternation of continental and marine facies and the main sedimentary environment was continental lacustrine in the early Late Permian.

Key words: Northeast China; Late Permian; palaeogeography; trace elements; lacustrine facies
1 构造及沉积背景

中国东北地区大地构造单元格架主要由额尔古纳— 兴安地块、松嫩地块和佳木斯地块构成, 在500, Ma左右存在1次重要的地块固结事件, 而450~350 Ma 的岩浆活动宁静期代表各地块固结后转入相对稳定的构造环境(张兴洲等, 2008), 说明东北及邻区晚古生代为一个巨大地块, 即佳— 蒙地块, 该地块是北由蒙古— 鄂霍次克缝合带、南由西拉木伦河— 延吉缝合带、东由中锡霍特俯冲带所围限的一个晚古生代稳定的大地构造单元(王成文等, 2008, 2009)。在这样一种相对稳定的构造背景上, 晚古生代沉积具有明显的分区性和阶段性, 主体为海相沉积(黄本宏, 1982; 余和中, 2001; 朱如凯等, 2007a, 2007b; 张兴洲等, 2008; 王德海等, 2011a)。泥盆纪沉积分布有限, 主要在大兴安岭地区, 以浅海相碎屑岩与碳酸盐岩为主, 化石丰富(张兴洲等, 2008); 早石炭世海侵面积广泛, 海生动物繁盛, 存在佳木斯、额尔古纳古陆和松辽海盆, 其中松辽海盆属于滨浅海环境(余和中, 2001; 朱如凯等, 2007a); 晚石炭世海侵范围略有缩小, 佳木斯、额尔古纳古陆依然存在, 松辽海盆面积变小(朱如凯等, 2007a), 形成北陆南海沉积格局(张兴洲等, 2008)。早中二叠世东北地区海水面积进一步扩大, 存在额尔古纳和佳木斯古陆, 发育松辽海盆, 主要为浅海相环境(余和中, 2001; 朱如凯等, 2007b)。最新研究成果认为, 210~180, Ma佳木斯— 兴凯地块发生“ 剪刀式” 拼贴, 并最终与松辽地块沿小兴安岭— 张广才岭一线拼贴(周建波等, 2013), 说明晚二叠世佳木斯地块与松嫩地块为完全孤立的2个地块。而关于晚二叠世的沉积环境国内外学者分歧较大, 有学者认为晚二叠世为陆相或陆相湖泊沉积(黄本宏, 1982; 朱如凯等, 2007b); 还有学者认为晚二叠世主体为陆相湖泊沉积, 初期为海陆过渡相(李福来等, 2009)或者偶尔有海侵现象(王德海等, 2011b); 甚至有学者认为二叠纪整体为北窄南宽的巨大海相沉积盆地(张兴洲等, 2008), 晚二叠世早期为海相地层, 晚期为海陆交互相的碎屑岩(余和中, 2001)。东北地区晚二叠世究竟是海相、陆相、还是海陆交互相呢?针对这个问题, 依托“ 中国东北地区油气勘探新领域基础地质研究” 项目, 通过6条野外实测剖面和38条收集剖面的详细分析, 对东北地区晚二叠世的岩相古地理进行了研究。

2 剖面位置及实验样品

在晚二叠世岩相古地理特征的研究过程中, 共选取野外实测剖面6条, 分别为黑龙江省伊春市红山组剖面1条、黑龙江省密山市杨岗组剖面1条, 吉林省吉林市杨家沟组剖面3条, 内蒙古自治区索伦镇林西组剖面1条(图 1), 剖面总长度近5000 m, 共采集样品79件(表 1)。研究中还收集内蒙古自治区区域地质志(内蒙古自治区地质矿产局, 1991)、吉林省区域地质志(吉林省地质矿产局, 1988)和黑龙江省区域地质志(黑龙江省地质矿产局, 1993)及中国地层典(金玉玕, 2000)中地层发育齐全、特征显著的剖面38条(图 1)。

图1 中国东北地区上二叠统剖面及钻井分布Fig.1 Sections and wells distribution of the Upper Permian in Northeast China

表1 中国东北地区上二叠统实测剖面统计 Table1 Measured section statistics of the Upper Permian in Northeast China

研究中对14件样品(包括9件泥岩、3件细砂岩、1件粉砂岩和1件页岩样品)进行了常量元素分析; 对19件样品(包括17件泥岩、1件粉砂岩和1件页岩样品)进行了微量和稀土元素分析。其中14件常量元素和11件微量及稀土元素样品的测试单位为吉林大学测试科学实验中心, 测试结果的相对标准偏差小于5%; 另外8件微量及稀土元素样品的测试单位为中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室。

3 上二叠统露头样品的地球化学特征
3.1 常量元素特征

研究中对14件样品进行了常量元素分析, 样品均采自内蒙古自治区索伦镇林西组, 测试结果显示, 除个别样品外, 上二叠统样品的常量元素均具有高Si、Al, 低P、Mn、Ca的特点(表 2), 其SiO2的含量为64.44%~71.84%, 平均66.82%; Al2O3的含量为13.88%~18.47%, 平均16.43%; P2O5的含量为0.20%~0.42%, 平均0.35%; MnO的含量为0.04%~0.10%, 平均0.06%; CaO的含量为0.23%~1.27%, 平均0.46%。而采集于林西组底部的样品P30-1却具有Si、Al、K、Na含量相对低, Fe、P、Mn、Ca含量相对高的特点, 其SiO2的含量为54.58%; Al2O3的含量仅为6.46%; K2O的含量为0.12%, 明显低于其他样品的平均值2.68%; Na2O的含量为0.08%, 远低于其他样品的平均值2.47%; Fe2O3的含量为20.23%, 远高于其他样品的最高值6.06%; P2O5的含量为3.5%, MnO含量为0.21%, CaO含量为5.14%, 均高于其他样品。

表2 中国东北地区上二叠统常量元素数据 Table2 Constant element data of the Upper Permian in Northeast China

上二叠统样品常量元素的SiO2/Al2O3比值为3.55~8.45; K2O/Na2O比值为0.35~1.82, 主体大于1, 表明样品中钾含量大于钠含量; K2O/Al2O3比值为0.02~0.20, 均小于0.4, 说明母岩中含有少量的碱性长石(Cox et al., 1995)。

3.2 微量元素特征

对东北地区上二叠统19件样品进行了微量元素分析, 测试结果显示, 除个别样品外, 上二叠统样品的微量元素具有高V、Rb、Zr、Ba, 低Be、Mo、Cd、Ta和U的特点(表 3), 其V的含量为(48.43~149.39)× 10-6, 平均104.16× 10-6; Rb的含量为(84.91~142.10)× 10-6, 平均119.35× 10-6; Zr的含量为(177.20~265.70)× 10-6, 平均228.69× 10-6; Ba的含量为(419.30~833.80)× 10-6, 平均584.52× 10-6; Be、Mo、Cd、Ta和U元素含量均很低, 平均值均在4.00× 10-6以下, Ta甚至在1.00× 10-6以下; 其余元素的含量均在几到几十的范围内。而采集于林西组底部的样品P30-1的微量元素却具有高Li、Zn、Sr, 相对低B、Ba的特点(表 3), P30-1的Li、Zn、Sr分别为102.20× 10-6、140.70× 10-6和301.90× 10-6, 其他样品这些元素的平均值仅为29.88× 10-6、78.53× 10-6和82.13× 10-6; P30-1的B含量为7.43× 10-6, 远低于其他样品的平均值49.84× 10-6; P30-1的Ba含量仅为49.63× 10-6, 而其他样品的Ba含量均在300.00× 10-6以上, 最高达833.80× 10-6。

表3 中国东北地区上二叠统微量元素含量(× 10-6)数据 Table3 Trace element data(× 10-6)of the Upper Permian in Northeast China

林西组底部样品P30-1微量元素的特征说明其形成的环境与其他样品差别较大。通过Sr元素和Ba元素的含量更加能够说明这一点, 其比值可作为古盐度判别的灵敏标志, 与古盐度成正相关的关系(范玉海等, 2012), 淡水沉积物中Sr/Ba小于1, 而盐湖(海相)的Sr/Ba大于1(刘刚等, 2007)。样品P30-1的Sr/Ba为6.08, 形成于咸水环境; 而其他样品的Sr/Ba为均小于0.3, 为淡水环境。

3.3 稀土元素特征

东北地区上二叠统稀土元素除个别样品外, 均表现为轻、重稀土元素分异显著, 轻稀土较富集(表 4), Eu负异常的特征。其稀土总量Σ REE为(110.45~287.31)× 10-6, 平均为186.78× 10-6, 与澳大利亚后太古宙页岩(PAAS)的平均稀土总量(183.0× 10-6)相近, 样品P08-32-1的Σ REE呈现异常高值, 为654.31× 10-6, 样品P08-32-1Σ REE异常高值的原因是轻稀土元素较其他样品异常富集(图 2); Lan/Ybn代表稀土元素球粒陨石标准化图解中分布曲线的斜率, 样品的Lan/Lbn值均大于1, 为3.94~10.21, 平均为6.55, 表明曲线向右倾斜, 富集轻稀土(图 2), 其中样品P08-32-1的Lan/Ybn呈现异常高值, 为30.07; 轻稀土元素Lan/Smn比值反映轻稀土之间的分馏程度, 该值越大, 轻稀土越富集, 样品的Lan/Smn为2.76~3.88, 平均为3.11, 说明该区轻稀土元素之间的分馏程度低, 分异中等, 轻稀土元素较富集, 其中样品P30-1的Lan/Smn值异常低, 为0.70, 表明其轻稀土的富集程度较低; 重稀土Gdn/Ybn比值反映重稀土之间的分馏程度, 比值越小, 重稀土越富集, 样品的Gdn/Ybn为1.09~2.41, 平均为1.51, 表明该区重稀土分异不明显, 其中样品P08-32-1和P30-1的Gdn/Ybn比较高, 分别为4.75和4.46, 说明这2个样品的重稀土分馏程度较其他样品偏高。样品稀土元素的Eu异常较明显, 大部分样品的δ Eu< 1(表 4), δ Eu的平均值为0.60, Eu呈现负异常; 仅样品P30-1的δ Eu> 1, 为1.59, Eu呈现正异常(图 2)。

表4 中国东北地区上二叠统稀土元素含量(× 10-6)数据 Table4 REE data(× 10-6)of the Upper Permian in Northeast China

图2 中国东北地区上二叠统样品稀土元素球粒陨石标准化曲线
球粒陨石的稀土元素数据来源于赵志根, 2000Fig.2 Chondrite-normalized REE diagram of samples in the Upper Permian in Northeast China

林西组底部样品P30-1的稀土元素具有轻稀土的富集程度较低, 重稀土分馏程度较高, Eu元素正异常的特征, 与其他样品的特征差别明显, 同样说明其形成环境较其他样品不同。

4 沉积环境及沉积相分析
4.1 沉积环境分析

微量元素中的硼(B)含量(Walker, 1968; Harder, 1970; Couch, 1971)、相当硼含量(Walker, 1968)、锶(Sr)含量(郑荣才和柳梅清, 1999)、锶钡比(Sr/Ba)(同济大学地质系, 1980; 孙镇城等, 1997; 史忠生等, 2003)、硼镓比(B/Ga)(Degens et al., 1957)等指标是古盐度的良好判别指标, 可作为判别沉积环境的依据; 钒与钒、镍之和的比值(V/(V+Ni))(王争鸣, 2003; 席胜利等, 2004)、钒与铬的比值(V/Cr)(席胜利等, 2004)和钍与铀的比值(Th/U)(Jones and Manning, 1994)可作为判断氧化— 还原环境的标准。研究中根据不同方法的判断标准, 结合微量元素的分析数据(表 5), 对东北地区上二叠统样品所处的沉积环境进行分析。

表5 中国东北地区上二叠统沉积环境判别数据 Table5 Sedimentary environment identification data of the Upper Permian in Northeast China

上二叠统样品的硼含量为(7.43~58.62)× 10-6, 平均为45.99× 10-6, 说明上二叠统为淡水环境。相当硼含量为(95.02~447.53)× 10-6, 平均为146.96× 10-6, 整体在200× 10-6以下(表 2), 仅样品P30-1在200× 10-6以上, 为447.53× 10-6, 说明上二叠统属于低盐度环境, 仅样品P30-1属于海水环境。锶含量为(64.68~301.90)× 10-6, 平均值为221.00× 10-6, 主体低于300× 10-6(表 2), 仅样品P30-1高于300× 10-6, 为301.90× 10-6, 说明上二叠统属于淡水环境, 样品P30-1属于微咸水环境。Sr/Ba为0.06~6.08, 平均为0.25, 整体小于1, 仅样品P30-1的Sr/Ba大于1, 为6.08, 因此, 上二叠统主体属于陆相环境, 样品P30-1属于海相环境。林西组的B/Ga为0.48~2.81, 平均为2.25, 主体小于3.3, 说明上二叠统属于陆相环境。V/(V+Ni)为0.67~0.90, 平均为0.79, 属于还原环境。V/Cr为1.38~3.02, 平均为2.05, 主体大于2, 属于弱还原环境。Th/U为3.01~5.38, 平均为4.23, 主体在4~10之间, 属于还原环境。可见, 东北地区上二叠统属于陆相淡水还原环境。

4.2 实测剖面岩性特征及沉积相分析

4.2.1 黑龙江省伊春市红山组剖面

该剖面位于黑龙江省伊春市上甘岭区, 剖面编号为P08-12(图 1, 表1), 剖面厚度为45 m。底部为杂色粉砂岩和灰黑色粉砂质泥页岩, 泥页岩发育水平层理, 反映稳定深水环境的前三角洲沉积; 下段岩性为灰色、灰黑色粉砂质页岩, 夹薄层灰色粉砂岩, 为深水还原环境的深湖— 半深湖相沉积; 上段岩性为灰色、深灰色细砂岩, 发育平行层理, 底部见冲刷面构造, 砂岩的岩石类型为石英砂岩, 成分成熟度高, 为长距离搬运的三角洲前缘亚相水下分流河道环境中沉积形成(图 3)。

图3 伊春剖面上二叠统红山组岩性柱状图Fig.3 Lithological column of the Upper Permian Hongshan Formation in Yichun section

4.2.2 黑龙江省密山市杨岗组剖面

该剖面位于黑龙江省密山市裴德县八连, 剖面编号P08-14 (图 1, 表1), 剖面厚度为143.36 m。下段为深灰色、灰绿色粉砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩, 夹凝灰质粉— 细砂岩, 底部发育薄层杂砂岩, 部分砂岩层面见黄铁矿晶体; 上段岩性为深灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩, 夹灰白色、灰绿色中— 细砂岩; 中部为灰白色、灰褐色中— 细砂岩, 夹灰绿色泥质粉砂岩、泥岩, 通过泥岩颜色及岩性组合推断为三角洲前缘亚相沉积。该剖面位于佳木斯古陆之上, 而佳木斯古陆在晚三叠— 早侏罗世(210~180 Ma)才与松辽地块沿小兴安岭— 张广才岭一线拼贴(周建波等, 2013), 说明晚二叠世佳木斯地块与松嫩地块为完全孤立的2个地块, 其沉积环境平面上没有连续性和继承性, 仅发育孤立的三角洲前缘相沉积。

4.2.3 吉林省吉林市杨家沟组剖面

该剖面位于吉林省吉林市二道沟, 共3段剖面, 剖面编号由下至上依次为为P08-30、P08-31和P08-32, 剖面之间有重复或缺失(图 1, 表1), 剖面累计厚度为1968.63 m。杨家沟组与下伏的花岗岩呈超覆不整合接触, 按照岩性可以分为上下两段:下段主要为含砾砂岩、砾岩, 上段主要为泥页岩。下段含砾砂岩、砾岩段颜色为灰色、深灰色, 分选较差, 砾石呈棱角状、次棱角— 次圆状, 最大直径30 cm, 一般3~15 cm, 成分主要为碳酸盐, 具有近源快速堆积的特征。部分砾岩段发育明显的逆粒序层理, 具有建设性扇三角洲平原相的特点(图 4); 部分含砾砂岩段底部发育冲刷面构造, 具有河道沉积的特征(王德海等, 2011b)。上段泥岩颜色主要为黑色、灰黑色, 岩性为粉砂质泥岩、泥岩、泥页岩, 具有深水沉积的特征。杨家沟组整体上发育一个前扇三角洲泥岩、粉砂质泥岩— 扇三角洲前缘末端粉、细砂岩— 扇三角洲前缘河道砂岩、含砾砂岩— 扇三角洲平原砂砾岩和砾岩(姜在兴, 2010)的完整沉积层序, 泥页岩段为深湖— 半深湖相沉积。

图4 吉林剖面上二叠统杨家沟组岩性柱状图Fig.4 Lithological column of the Upper Permian Yangjiagou Formation in Jilin section

4.2.4 内蒙古自治区索伦镇林西组剖面

该剖面位于内蒙古自治区索伦镇, 剖面编号为P30(图 1, 表1), 剖面厚度为509.80 m。岩性主要为灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、页岩、灰色泥质粉砂岩、细砂岩, 夹花岗斑岩、闪长玢岩, 发育菱铁矿结核、水平层理。林西组以灰黑色的泥质岩系为主, 整体为开阔的淡水湖相沉积, 属于还原环境。P30-1样品的古盐度偏高, 沉积环境判别为海洋环境, 由于P30-1样品位于林西组的最底部, 说明林西组沉积初期有海水进入, 该样品的磷、锰、钙、镁含量偏高即是海水进入的直接证据。因此, 林西组整体为开阔的陆相淡水湖泊沉积体系, 在其沉积初期为海陆交互环境。

同时根据沉积构造和岩性组合, 将林西组的湖泊沉积体系进一步划分为三角洲前缘亚相、前三角洲亚相、滨浅湖亚相和深湖— 半深湖亚相(图 5)。其中三角洲前缘亚相主要以灰色细砂岩和薄层灰黑色泥质粉砂岩为主, 发育水平层理、菱铁矿结核。前三角洲亚相以灰黑色泥页岩和薄层黑灰色泥岩为主, 夹有细砂岩透镜体, 发育水平层理。滨浅湖亚相主要以暗灰色中层细砂岩、灰黑色粉砂质泥岩和泥岩为主, 发育砂岩透镜体。半深湖— 深湖亚相以黑灰色泥岩、页岩为主, 夹灰黑色薄层粉砂质泥岩, 处于还原环境, 水平层理发育。

图5 索伦剖面上二叠统林西组岩性柱状图Fig.5 Lithological column of the Upper Permian Linxi Formation in Solonker section

5 上二叠统岩相古地理特征
5.1 砂体及岩相平面展布特征

据中国东北地区地层发育齐全、特征显著的38条剖面统计泥岩、砂岩和灰岩厚度, 以及不同岩性的百分含量, 对研究区上二叠统的砂岩展布、岩相展布特征及物源方向进行了初步研究。

泥岩厚度呈现由北部、东部和西北部向中部松辽盆地方向逐渐增厚的趋势(图 6-A)。在北部由黑河附近向南逐渐增厚, 于五大连池市附近达最厚1406 m; 在东部由佳木斯— 敦化一线向西增厚, 于吉林附近达最厚1334.93 m, 佳木斯以东基本没有下二叠统出露, 仅在密山附近有出露, 厚度为64.39 m; 在西北部的东乌珠穆沁旗— 柴河镇— 罕达气镇一线以西无下二叠统出露, 以东地区泥岩厚度均较大, 于锡林浩特市附近达最厚3818 m。盆地中心的肇深6井和四深1井已钻遇下二叠统, 未钻穿, 主体岩性为灰黑色泥板岩。

图6 中国东北地区上二叠统等值线及岩相图
A— 泥岩厚度(m)等值线图; B— 砂岩厚度(m)等值线图; C— 砂地比等值线图; D— 岩相分布图Fig.6 Isoline maps and lithofacies map of the Upper Permian in Northeast China

砂岩厚度呈现由北部、东南部和西北部向中部松辽盆地方向逐渐减薄的趋势(图 6-B)。在北部由罕达气镇附近向南逐渐减薄, 于罕达气镇附近达最厚1118.05 m; 在东南部由敦化方向向西北逐渐减薄, 于吉林市附近达最厚4328 m; 在西北部的东乌珠穆沁旗— 柴河镇— 罕达气镇一线以东地区砂岩厚度于龙江县附近达最厚1634.34 m。

砂岩百分含量呈现由北部、东部和西部向中部松辽盆地方向逐渐减小的趋势(图 6-C), 反映研究区有3个物源方向, 其中北部和东部为主要物源。北部的砂岩含量由罕达气镇附近向南逐渐减小, 于罕达气镇附近达最高74%; 东部的砂岩含量由佳木斯— 敦化一线向西减小, 于吉林市、东宁县附近达最高100%; 西部的龙江县附近砂岩含量为72%, 向中心方向逐渐减小, 是研究区的一个次要物源。

通过东北地区上二叠统38条剖面中砂岩、泥岩和灰岩含量的统计, 并根据碎屑岩含量及砂泥岩比例关系, 做出岩相分类三角图(图 7), 共分出11个岩相。研究区主要发育4种岩相(图 6-D), 包括砂岩相、泥岩相、砂岩— 泥岩相和泥岩— 砂岩相, 其中砂岩相主要分布于研究区的东南部, 泥岩— 砂岩相主要分布于研究区的北部和西部, 泥岩相分布于研究区北部, 而砂岩— 泥岩相在研究区广泛分布。

图7 中国东北地区上二叠统岩相分类三角图
1— 砂岩— 泥岩相, 碎屑岩含量大于88.9%, 砂泥岩比值1~1/4; 2— 砂岩相, 碎屑岩含量为88.9%~66.7%, 砂泥岩比值大于8; 3— 砂— 灰— 泥岩相, 碎屑岩含量为88.9%~66.7%, 砂泥岩比值1~1/4; 4— 泥岩相, 碎屑岩含量为88.9%~66.7%, 砂泥岩比值小于1/4; 5— 砂泥— 灰岩相, 碎屑岩含量为66.7%~50%, 砂泥岩比值1~1/4; 6— 泥岩— 灰岩相, 碎屑岩含量为66.7%~50%, 砂泥岩比值小于1/4; 7— 灰岩相, 碎屑岩含量为50%~20%, 砂泥岩比值小于1; 8— 泥岩— 砂岩相, 碎屑岩含量大于88.9%, 砂泥岩比值8~1; 9— 砂岩— 灰岩相, 碎屑岩含量为50%~20%, 砂泥岩比值大于1; 10— 泥灰— 砂岩相, 碎屑岩含量为88.9%~66.7%, 砂泥岩比值8~1; 11— 灰岩— 砂岩相, 碎屑岩含量为66.7%~50%, 砂泥岩比值大于1Fig.7 Lithofacies classification triangle map of the Upper Permian in Northeast China

5.2 上二叠统岩相古地理特征

通过上二叠统的剖面岩性、砂体展布及元素含量等特征, 对东北地区上二叠统的古地理环境进行综合分析。结果显示, 东北地区上二叠统主体为陆相淡水还原环境; 存在北部、东部和西部3个物源, 其中北部和东部为主要物源; 发育砂岩相、泥岩相、砂岩— 泥岩相和泥岩— 砂岩相4种岩相; 砂岩相对应扇三角洲前缘相, 泥岩— 砂岩相对应三角洲前缘相, 砂岩— 泥岩相对应前三角洲相、前扇三角洲相和部分深湖— 半深湖相, 泥岩相对应深湖— 半深湖相。在佳木斯— 敦化以东大部分地区和东乌珠穆沁旗— 柴河镇— 罕达气镇一线以西的地区为佳— 蒙古陆块, 是研究区物源的主要供给地; 三角洲前缘相分布于研究区的东北部和西部临近古陆的地区; 前三角洲相分布于三角洲前缘相临近半深湖相的东北部地区及西部边缘的局部; 扇三角洲相分布于研究区东南部紧邻佳木斯地块的地区; 前扇三角洲相分布于扇三角洲前缘相紧邻半深湖相的东南部地区; 滨浅湖— 半深湖相分布于研究区的大部地区; 据地震资料解释, 大安— 农安— 榆树— 安达— 北安一带可能存在半深湖或深湖相沉积(朱如凯等, 2007b), 肇深6井和四深1井已钻遇上二叠统的灰黑色泥板岩, 证实了深湖相的存在, 深湖相主要分布于研究区中部的大庆附近, 即现今松辽盆地北部的大部分地区(图 8), 如果后期的储盖组合良好, 大庆深部将有很好的油气勘探前景。

图8 中国东北地区晚二叠世岩相古地理Fig.8 Lithofacies palaeogeography of the Late Permian in Northeast China

在东北地区上二叠统主体为陆相湖泊环境的前提下, 在其沉积初期有海侵现象, 主要证据有:(1)林西组底部样品在常量、微量及与其他样品不同, 具有Fe、P、Mn、Ca、Sr相对高, B、Ba相对低的特点; 样品P30-1的B含量为447.53× 10-6, Sr含量为301.90× 10-6, Sr/Ba为6.08, 属于海相咸水环境。(2)杨家沟组底部见大量碳酸盐岩成分的砾石, 代表中二叠世末期, 佳— 蒙地块与中朝板块发生碰撞, 古亚洲洋闭合, 海水退出的过程, 在这个过程中, 上二叠统初期局部仍有海侵发生。

综上所述, 东北地区上二叠统沉积初期为海陆交互环境, 主体为陆相湖泊沉积环境, 发育三角洲前缘相、前三角洲相、扇三角洲前缘相、前扇三角洲相、滨浅湖一半深湖相和深湖相沉积。

6 结论

1)东北地区上二叠统样品常量元素具有高Si、Al, 低P、Mn、Ca的特点; 微量元素具有高V、Rb、Zr、Ba, 低Be、Mo、Cd、Ta和U的特点; 稀土元素表现为轻、重稀土分异显著, 轻稀土富集, Eu负异常的特征。

2)东北地区上二叠统主体为陆相淡水还原环境; 存在北部、东部和西部3个物源, 其中北部和东部为主要物源; 发育三角洲前缘相、前三角洲相、扇三角洲前缘相、前扇三角洲相、滨浅湖— 半深湖相和深湖相。

3)东北地区上二叠统沉积初期为海陆交互环境, 主体为陆相湖泊沉积环境。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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