古潜山深层水形成演化的期序和各期形成的主要特点 新加坡南洋理工大学 地理专业怎么样
古潜山含水系统海相同生沉积水在地史过程中经历了六个水文地质期，其期序依次是，Ⅰ期———沉积作用、Ⅱ期———淋滤作用、Ⅲ期———沉压埋藏作用、Ⅳ期———二次淋滤作用、Ⅴ期———埋藏淋滤作用并存和Ⅵ期———二次沉压埋藏作用水文地质期。各期形成的主要特点如下:
1.Ⅰ期———沉积作用水文地质期
该期是指中元古代沉积物形成时起，直至早古生代中奥陶世沉积作用停止的这段时期。华北陆台吕梁运动之后地壳发生激烈沉降，在太古宇和古元古界基底变质岩系之上发生了一次持续时间很长约18亿～8亿年前的海侵期，海盆沉积了中、上元古界(长城系)碎屑岩、(蓟县系)碳酸盐岩、(青白口系)碎屑岩夹碳酸盐岩的巨厚的海相层，在蓟县纪末发生了铁岭运动，造成了一次沉积间断，元古宙末又发生了蓟县运动，华北陆台再度上升为陆，形成了又一次沉积间断，寒武纪开始地壳再度下沉，沉积了寒武系至中、上奥陶统海相碳酸盐岩沉积层。根据岩性、岩相特性可恢复其同生沉积水的溶解固体量(TDS)为35～80g/L，为孔隙储集型。鉴于在沉积过程中发生了两次沉积间断。因此可将该期分出两个水文地质亚期:
I1期———淋滤作用水文地质亚期:系指中元古代蓟县纪沉积结束至新元古代青白口纪沉积前的这段时期。铁岭运动造成的这次沉积间断约数千万年，使中元古界蓟县系灰岩、白云岩、泥质白云岩裸露地表，经历了铁岭运动岩溶化发育时期，从而形成了一个岩溶化剥蚀面，海相同生沉积水经历了一个稀释淡化时期，发展成为岩溶孔隙储集型淡水(图7-3a)。
图7-3 渤海湾裂谷系盆地古岩溶地层分布图
新元古代海水再度侵入掩埋了陆地，致使岩溶化的中元古界碳酸盐岩由大陆转变为海盆的基座，海水的入渗和发生的海解作用使岩溶水向海成水方向演化。
I2期———二次淋滤作用水文地质亚期:系指新元古代青白口纪沉积末至早古生代寒武纪沉积前的这段时期。蓟县运动导致海盆抬升为陆地，青白口碳酸盐岩裸露地表，这次沉积间断约为2×108a，经历了蓟县运动岩溶化发育时期(图7-3b)，中新元古界碳酸盐岩被页岩、砂岩和泥灰岩沉积层覆盖，此期岩溶作用较弱，大气降水沿淋滤面入渗，使海成水向淡化方向发展。
从寒武纪开始，直至中奥陶世又发生了海侵，使经历了两度岩溶化作用改造的岩溶水再度经受了海水入渗和海解作用，朝向海成水方向演化。
2.Ⅱ期———淋滤作用水文地质期
该期系指中奥陶世沉积结束至中石炭世沉积前的这段时期，持续时间为1.3～1.8×108a。中奥陶世沉积作用结束，发生了加里东造陆运动，使华北陆台整体上隆再度成为陆地，晚奥陶世至早石炭世普遍缺失沉积，奥陶系中统石灰岩裸露地表，遭受风化剥蚀和侵蚀。当时气温较高、湿度较大，迎来了第三次岩溶化发育时期，形成了又一个岩溶化剥蚀面。由于加里东表现为升降运动，奥陶纪地层平缓广布，下伏的中、上元古界、寒武系地层均被其超覆，因此，此期岩溶主要发生在奥陶系地层内，下伏的碳酸盐岩岩溶作用强度减弱(图7-3c)。
三次岩溶化作用叠加的结果，使古潜山含水系统中的海成水被渗入水混合、交替，并发展成为岩溶淡水。
3.Ⅲ期———沉压埋藏作用水文地质期
该期系指中石炭世沉积开始至二叠纪沉积结束的这段时期，持续时间为0.77～1.07×108a。中石炭世开始，华北陆台整体下沉，沉积了中、上石炭统和二叠系。由于当时海底时升时降，海水时进时退，形成了海陆交互相的砂泥岩煤系地层，除中、上石炭统碎屑岩中夹有厚度很薄的石灰岩外，以后均无碳酸盐岩沉积。二叠纪开始，海水完全退出，形成了陆相砂泥岩、碎屑岩沉积。研究层碳酸盐岩被晚古生代沉积层覆盖，前期形成的岩溶随着地史的进程由裸露型岩溶持续地转化为埋藏型岩溶，岩溶水在上覆压力和地温持续增高的条件下，岩溶水与碳酸盐岩相互作用，持续地溶吸可溶盐进入水中;岩溶水发生蒸发浓缩的叠加，导致岩溶水浓缩盐化、正向变质，向盐化方向转化。
4.Ⅳ期———二次淋滤作用水文地质期
该期系指二叠纪沉积结束至第三纪始新世沉积之前，持续时间为1.2×108a。二叠纪末发生的海西运动使华北陆台上升，整个中生代进入以地壳抬升为主的构造发展阶段。印支运动导致华北陆台破裂和沉积层褶皱，燕山运动以断裂、火山活动为主要时期，在强烈的张扭性与张性断裂作用下伴有岩浆喷发，进入渤海湾裂谷系盆地形成发展的时期。冀中裂谷盆地中生代末的古地质图、古地理图、古地势图(图7-2、7-4、7-5)表明，冀中裂谷盆地水文地质条件主要特点是:
(1)盆地周围为高山峻岭环抱，盆内为群山林立、沟谷洼相嵌的大陆地貌景观。
(2)围限盆地的由前中生界碳酸盐岩组成，西邻太行山，北倚燕山，东接沧县隆起，南连邢衡隆起，成为盆内岩溶水的幅员广大的补给区，而盆内地貌形态各异，地势高差悬殊的山地、高地成为局部的补给区，在低洼地区和河谷地带泉群密布。
(3)构筑了整个盆地为开敞型的水文地质构造系统。淋滤作用及其淋滤面的广度和地表水、地下水入渗侵入的深度极其可观，大气降水、地表水和地下径流由盆地四周向盆内汇聚，成为一个汇水区。
(4)由于褶皱、断裂成山的特点，各时代的碳酸盐岩体拱露地表，成为大气降水入渗的天窗，在张性正断裂、破碎带及其旁侧裂隙发育部位构成了输水廊道，加剧了地表水与地下水循环，交替流畅，导致碳酸盐岩体经历了规模最大的第四次岩溶化发育时期。
图7-4 冀中裂谷盆地中生代末古地理略图
图7-5 冀中裂谷盆地前第三纪地势图
(5)由于构造运动导致层间错动，且落差又大，早期岩溶系统相继发生解体，在中生代岩溶作用叠加和复合的基础上形成了大小不等、形态各异、连接和交叉的复杂而又统一的网状岩溶系统，发展成为以中生代为主体的岩溶水。
5.Ⅴ期———沉压埋藏-淋滤作用并存水文地质期
该期系指早第三纪始新世沉积开始至渐新世东营期沉积结束的这段时期，持续时间约25Ma。新生代始新世沉积开始，冀中裂谷盆地进入裂谷扩张裂陷期，以断裂、断块上升、下陷差异性活动显著为主要特征，边界断裂活动使围限盆周的高山和隆起抬升，盆内下陷，构成了一个独立的沉积裂谷盆地，直至东营期裂谷收敛缝合之前的沙一期，长期遭受侵蚀和溶蚀作用的碳酸盐岩迅速下陷及其组成的残山被上覆早第三纪沉积层逐渐掩埋，最终成为地下的潜山。
根据潜山含水系统的埋藏态势构成了一个开敞型水文地质构造系统，大气降水和地表径流由围限盆地的高山和隆起的碳酸盐岩裸露区入渗形成的地下径流，顺沿含水系统倾伏方向上向盆内运移。在沙一段沉积前，盆内碳酸盐岩裸露区自然成为泄水区，之后，盆地碳酸盐岩及其组成的残山持续地埋于地下，则转化为承压水流动，裸露型岩溶均已转变为埋藏型岩溶，在水静压力作用下，通过断裂和岩溶孔、缝、洞系统输水通道向上覆的第三系发生垂向排泄。
古潜山含水系统岩溶-裂隙发育，地下径流通畅，中生代形成的岩溶-裂隙型淡水为年龄较新的早第三纪期间入渗水交替更新，储层碳酸盐岩自身由发生脱盐和淡化，岩溶的缝、孔、洞系统在原有基础上获得改造，扩大了储集空间，形成了早第三纪的岩溶网络系统和岩溶-裂隙型水。
6.Ⅵ期———二次沉压埋藏作用水文地质期
该期系指晚第三纪沉积开始至第四纪沉积结束的这段时期。该期与第Ⅴ期的主要差别在于:
(1)冀中裂谷及其母体渤海湾裂谷系盆地在晚第三纪裂谷均已停止活动，华北地区进入拗陷发展阶段。
(2)冀中裂谷盆地沉积了厚度2000～3000m的上第三系和第四系。
(3)盆地东南两面的沧州、邢衡隆起被上第三系、第四系覆盖，成为地下潜伏隆起。
(4)碳酸盐岩及其组成的古潜山含水系统显著下沉，深度加大，其压力、温度和封闭性均增强。
(5)碳酸盐岩又一次经历脱盐淡化，及其储层孔、缝、洞、穴岩溶网络系统发育程度的增强。
由钻井揭露的埋深在1500～4000m下中奥陶统、寒武系和中上元古界碳酸盐岩岩溶发育状况是:钻进过程中的放空长度和冲洗液的漏失量和漏失速度(图7-6);碳酸盐岩岩芯粒间、晶间和缝间溶蚀型孔洞异常发育(图7-7);岩石薄片显微照片见有次生粒内、粒间、溶间溶孔异常发育(图版Ⅰ-1～4，Ⅱ-5～10，Ⅲ-11～16，Ⅳ-17);不同时代的碳酸盐岩水提取液化学成分表明，碳酸盐岩易溶性组分流失殆尽，进入碳酸盐溶滤阶段(图7-8)。
图7-6 冀中裂谷盆地下古生界、中新元古界岩溶垂向分布图
图7-7 冀中裂谷盆地碳酸盐岩粒间晶间缝间溶蚀孔洞发育图
图7-8 冀中裂谷盆地碳酸盐岩水提取液化学成分变化曲线图
冀中裂谷盆地碳酸盐岩埋藏型岩溶形成的时代应是在早期岩溶形成和解体的基础上，以中生代晚期至早第三纪岩溶作用为主体以及期后作用的叠加改造形成的缝、孔、洞、穴连通的网状岩溶系统，不仅使由不同时代碳酸盐岩组成的古潜山深层水具有连通和统一的深水循环流动的性质，而且为下第三系生烃层生成的油气运聚形成新生古储的潜山油藏提供了水文地质的环境和场所。
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