上石炭統-下二疊統(本溪組、太原組和山西組)劃分為三個復合層序:復合層序I、II和III。這些復合層序主要形成於遠離碎屑物源區的濱海沈積環境，受海平面變化影響明顯，旋回性明確，四級層序特征和層序組組成易於識別，但不同地區四級層序和層序組的發育程度不同。層序ⅰ由海侵層序組和高層序組組成，層序ⅱ僅在大部分地區發育高層序組，層序ⅲ除部分地區發育低層序組外，主要由海侵層序組和高層序組組成。研究區晚石炭世本溪組和太原組發育陸表海環境的含煤旋回沈積，包括泥炭沼澤相煤層、潮下灰巖、瀉湖相鋁質泥巖和潮坪砂巖。
(1)復合序列ⅰ
主要包括本溪組下部地層和太原組，部分地區僅包括本溪組，時代相當於晚石炭世。復合層序ⅰ的總厚度在7個層序中最小，壹般為50 ~ 120 m，個別可達140 m。該序列受底部仿古面起伏影響較大，因此厚度變化較大。總的來說，厚度由東北向西南遞減，地層厚度唐山、天津60 ~ 140m，滄州、大城、府城70 ~ 90m，峰峰南部至淄博、藤縣僅30 ~ 50m(圖3.24)。
該層灰巖厚度大多在5 ~ 5 ~ 20m之間，部分地區(如孔古4井、臺10井)約35m。灰巖厚度總體上由東北向西南遞減，最厚帶在孔古4井附近。從灰巖層數來看，唐山開灤地區有7層，石家莊南部只有4層，西南部峰峰地區只有2層，說明海侵主要來自東北方向(圖3.25)。
煤和炭質泥巖壹般形成於沼澤環境，其數量指示沼澤環境的發育程度。根據煤和炭質泥巖等值線圖，研究區層序I中煤層和炭質泥巖厚度壹般在5 ~ 10m之間，主要沿北大港附近和南宮、巨鹿兩個區域富集，煤層和炭質泥巖厚度約為10m(圖3.26)。
該層序砂巖不發育，但從砂巖等值線圖來看，該區有兩個砂巖富集帶，壹個是天津西北部寶坻至霸州的東北帶，另壹個是天津南部北大港至德州壹帶。兩條砂巖帶厚度在10 ~ 15m之間，濮陽南部也有砂巖富集。如顧青1井附近，砂巖厚度約12m，元氏縣有近10m沈積(圖3.27)。
砂泥比的分布與砂巖相似。在等高線圖上，天津西南的霸州-文安-河間地區和天津南部的北大港地區，沙泥比都在0.6以上。德州砂巖厚度雖較大，但其砂泥比較低，在德州-巨鹿-南宮-無棣線以南低值區基本小於0.2，北部砂泥比在0.2-1之間，最高砂泥比在元氏縣達到1.2，在研究區西南部顧青1井附近也可達到。
以上述單項指標為參照，結合砂泥比等值線圖和層序地層、沈積相對比圖的結果，可以勾勒出復合層序I沈積體系的平面分布。位於天津南部的霸州-文安-河間地區和北大港地區的兩個砂泥比代表了兩個障壁砂壩相區，西南部濮陽附近的顧青1井區砂泥比也較高，當時應該是壹個小型的障壁砂壩相區。開灤-天津-德州-臨清-濮陽線以東地區厚度較大，是當時碳酸鹽巖的主要沈積區，故為近海碳酸鹽陸棚相區。這條線以西是瀉湖潮坪相區。總之，在層序I沈積期間，研究區古地理景觀以碳酸鹽陸架和瀉湖潮坪為主，局部發育潮汐砂壩和障壁砂壩(圖3.29)。從整個華北盆地地區來看，當時海水來自東北，但在這個地區，海水來自東部。
(2)化合物序列ⅱ
包括太原組中上部，相當於早二疊世早期。自大慶灰巖下8 #煤層底板至山西組底界。相當於北部唐山地區的趙各莊組和北京西山地區下楊家屯煤系的上部。復合層序ⅱ的巖性主要由煤層、灰巖、鋁質泥巖、粉砂巖和砂質泥巖組成。其沈積相旋回結構主要是泥炭沼澤相向上演化為近海碳酸鹽陸棚相、障壁砂壩相和瀉湖沼澤相，構成了幾個完整的次生海進-海退沈積序列。
復雜的層序II地層總厚度在50-220米之間，厚度大於100米的區域主要在京西-天津-北大港-滄州地區(孔古4井230米)、邢臺-雞澤-濮陽地區(1井達到130米)和濟南西部黃河以北附近地區(高達1000米)。與下伏的復合層序I相比，復合層序II中灰巖的厚度中心從東北向南方偏移。雖然沈降中心仍在東北部，但沈積中心已向南移動，這可能是由於當時構造的蹺蹺板運動，海侵方向由東北向東南轉變所致。
根據灰巖分布圖，復合層序II中灰巖最大厚度分布在南部濟寧-濮陽壹帶，厚度為15 ~ 40m，峰峰礦區和邢臺礦區，厚度為5 ~ 15~40m，北部僅在開灤-天津寶坻壹帶，厚度為10 ~ 650。可以清楚地看到，此時海侵主要來自西南方向。
在北部，由於海水淹沒的機會較少，廣泛發育障後沼澤和瀉湖沼澤，形成厚煤層和碳質泥巖。在研究區內，復合層序II中煤層和炭質泥巖的厚度分布特征為:濮陽-雞澤-南宮地區，煤層總厚度在10 ~ 18m之間，北大港南部和八縣、文安的煤層和炭質泥巖厚度較大，在10 ~ 30m之間，其他地區煤層和炭質泥巖總厚度在65438+之間。從煤層和炭質泥巖層數分布來看，北部煤層和炭質泥巖厚度大的地區層數較多，南部濮陽地區也存在這壹特征，但峰峰礦區和邢臺礦區雖然總厚度不大，但層數較多(圖3.33)。這可能是在多次海侵後的海退過程中沈積下來的。由於頻繁的海侵，沼澤長時間不發育，導致煤層變薄(表3.3)。
復合層序II的砂巖主要集中在中北部，厚度較大時南部不太發育，巖性以中細砂巖為主。北大港南部孔古4-古琦1井區厚度30 ~ 60m，為最厚區，其次是任丘以東、濟南以西的黃河以北，達45m以上，邢臺北部礦區在15 ~ 30m之間。因此，在礦體上，有三個厚度大於30m的砂巖富集帶，即任丘-大城-北大港地區、杏北礦區和濟南以西的黃河北礦區(圖3.34)。
從砂泥比計算結果來看，砂泥比高值區與砂巖高值區並不重合，僅在北大港和杏北礦區南部為砂巖厚度大、砂泥比高的區域，而在京西、寶坻，砂巖厚度雖不大，但砂泥比較高，均在5以上，且從寶坻向京西方向增大。濟南以西黃河北側礦區砂泥比只有0.4，南宮地區砂巖厚度也較小，但砂泥比在5以上(圖3.35)。
從上述單壹參數在平面上的分布以及層序地層和沈積相的對比結果(附圖3.18 ~附圖3.21和附圖3.30 ~附圖3.35)，基本可以得到復合層序II沈積期間主要沈積體系的分布。寶坻-天津-北大港地區為三角洲沈積相區(下三角洲平原)，南宮-巨鹿地區和杏北礦區(堡子村地區)為障壁砂壩相區，石-衡-滄州線東部和南部發育近海碳酸鹽陸棚相，北部發育瀉湖相。總之，該區古地理景觀在層序II沈積時期以近海碳酸鹽陸架和瀉湖環境為主，局部發育障壁壩和三角洲環境(圖3.36)。從大面積來看，當時海水已經從東南方向侵入該地區。
圖3.24渤海灣西部地區復合層序I地層段的等厚線。
圖3.25渤海灣西部復合層序I中灰巖的等厚線。
圖3.26渤海灣西部石炭-二疊系復合層序I渤海灣西部周緣復合層序I中煤和含碳泥巖的等厚線。
圖3.27渤海灣西部石炭-二疊系復合層序I砂巖厚度等值線圖圖3.27渤海灣西部周緣復合層序I砂巖厚度等值線圖
圖3.28渤海灣西部石炭-二疊系復合層序I砂泥比等值線圖圖3.28渤海灣西部地區復合層序I砂泥巖厚度比等值線圖。
圖3.29復合層序ⅰ(本溪組和太原組底部)沈積體系分布圖。
圖3.30渤海灣西部石炭-二疊系復合層序II厚度等值線圖圖圖3.30渤海灣西部地區復合層序II地層段的等厚線圖。
圖3.31渤海灣西部石炭-二疊系復合層序II灰巖厚度等值線圖圖圖3.31渤海灣西部周緣復合層序II灰巖的等厚線圖。
表3.3層序II中各層灰巖厚度及其下伏煤層厚度統計表(厚度單位:米)表3.3復合層序II中灰巖及下伏煤層厚度統計表
圖3.32渤海灣西部石炭-二疊系復合層序II煤層+碳質泥巖厚度等值線圖圖3.32渤海灣西部周緣復合層序II煤+碳質泥巖厚度等值線圖。
圖3.33渤海灣西部地區復合層序ⅱ中煤層+石炭系泥巖層數等值線圖。
圖3.34渤海灣西部石炭-二疊系復合層序II砂巖厚度等值線圖。
圖3.35渤海灣西部石炭-二疊系復合層序II砂泥比等值線圖圖3.35渤海灣西部地區復合層序II砂泥巖厚度比等值線圖。
圖3.36復合層序ⅱ(太原組主體)沈積體系分布圖圖3.36復合層序ⅱ沈積體系分布圖
(3)化合物序列ⅲ
包括山西組對應的地層，相當於早二疊世晚期。從北岔溝砂巖底界到下石盒子組駝頸砂巖底界，相當於唐山地區的大廟莊組和興隆地區的黃神山組。
復合層序ⅲ巖性主要為中細粒砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層，北部靖西地區礫巖發育。地層厚度40 ~ 180m不等，大於100m的地區主要是北部的京西、寶坻、北大港地區和濟南西部的黃河北。50 ~ 100 m區域主要在大城、滄州、阜城、南宮、巨鹿、雞澤等地，邢臺、峰峰、臨城厚度在40 ~ 70 m之間，總體上北部由北向南變薄，南部由西向東南變厚(圖3.37)。
煤層和炭質泥巖主要分布在寶坻、開灤、北大港以南、文安、阜城等地，厚度在30m以上，其次是南部的南宮、雞澤地區，厚度為10 ~ 20m。濮陽東南部還有5 ~ 10~20m煤層和炭質泥巖，杏北礦區僅5 ~ 0m。總體來看，煤層和炭質泥巖的分布相對集中，有北厚南薄的趨勢(圖3.38)。從樓層來看，文安和任丘地區的樓層數多於12，但在厚度最大的北大港南部，樓層數較少，只有5-8層，呈現明顯的歸並趨勢，南部樓層數少於5層(圖3.39)。
復合層序ⅲ的砂巖分布廣泛，範圍從15到55m。主要分布在靖西、寶坻、大港-滄州-阜城以及黃河以北、濮陽、雞澤壹帶，其中北大港附近的1井、山東淄博附近的1井、德州附近的1井、文安的文30井、雞澤的居1井厚度大於4m。黃河北、巨深1、顧青1井砂巖厚度在15 ~ 30m之間。在滄州南部、臨城-隆堯地區和峰峰礦區，砂巖厚度小於50m(圖3.40)。
從砂泥比來看，在等值線圖上，層序III中砂泥比大於1的區域分布在兩個地帶，壹個是京西-天津寶坻-北大港三角地帶，壹個是杏北礦區-峰峰礦區-雞澤-濟南西黃河東西向地帶。前者砂泥比為1 ~ 7，後者砂泥比為65438。其他地區小於1，最低地區在滄州-阜城-隆堯地區。與砂巖厚度分布特征壹致，反映了當時的幾個砂巖富集帶(圖3.4438+0)。
根據上述砂巖、煤層和低砂泥比的分布特征，結合層序地層和沈積相剖面對比結果，復合層序III的古地理單元可劃分為上三角洲平原、下三角洲平原、潮間帶海灣和潮坪。上三角洲平原主要分布在北部的京西-天津寶坻-霸縣地區和南部的雞澤-峰峰礦區-杏北礦區，以及任丘-保定-無極地區。當時三角洲主要分布在北部的靖西-巴縣地區和南部的邯鄲-峰峰地區，大概位於這壹地區的東南部(圖3.42)。
3.7.2.2中二疊世古地理特征(ⅳ、ⅴ、ⅵ層序)
該階段(包括下石盒子組下部和上石盒子組)發育層序ⅳ、ⅴ和ⅵ，主要為河流型四級層序。每個四級層序都是從底部粒度較粗的粗礫砂巖河床沈積開始，底部為河流沖刷面，向上演化為天然防波堤、決口扇、河流洪水等沈積環境中的較細顆粒沈積。由於陸相沈積環境變化大，沈積砂體橫向分布不穩定，四級層序橫向可比性差。根據垂向巖石層序的特征，每個四級層序可大致分為低階體系域、海侵體系域和高階體系域。橫向上可以對比的層序地層單位主要是這些四級層序疊加形成的層序組。
(1)復合序列ⅳ
復合層序ⅰV包括下石盒子組及相應層位，時代相當於中二疊世早期。層序I-V界面為下石盒子組底部砂巖的底部(相當於太原西山的駱駝頸砂巖)。復合層序ⅰV的巖性主要為灰黃色、黃綠色、黃褐色中細粒砂巖、粉砂巖、頁巖、砂質頁巖，底部為中粗粒砂巖，夾數層碳質頁巖、煤線或薄煤層，未見可采煤層。底部這套疊置砂巖相當於低層序組，其上方的大段細碎屑巖為海侵層序組沈積，上部砂泥巖互層段為高層序組沈積。該層序厚度變化較大，壹般為80 ~ 260 m，開灤-大港-阜城-巨鹿-邢臺礦區壹線厚度為180~260m，濮陽、大城、雞澤以東約為180 ~ 260m。其他地區地層厚度小於100米(圖3.43)。
圖3.37渤海灣西部石炭-二疊系復合層序III厚度等值線圖圖圖3.37渤海灣西部地區復合層序III地層段的等厚線圖。
圖3.38渤海灣西部石炭-二疊系復合層序III煤層+碳質泥巖厚度等值線圖圖3.38渤海灣西部周緣復合層序III煤+碳質泥巖厚度等值線圖。
圖3.39渤海灣西部復合層序ⅲ中煤層+石炭系泥巖層數等值線圖。
圖3.40渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅲ砂巖厚度等值線圖。
圖3.41渤海灣西部石炭-二疊系復合層序III砂泥比等值線圖圖圖3.41渤海灣西部地區復合層序III砂泥巖厚度比等值線圖。
圖3.42復合層序ⅲ(山西組主體)沈積體系分布圖圖3.42復合層序ⅲ沈積體系分布圖
圖3.43渤海灣西部復合層序ⅳ地層段的等厚線。
該層序中煤層和炭質泥巖不發育，主要是海水大規模退縮，氣候變幹，不利於煤和炭質泥巖的聚集。但當時該區部分地區仍有碳質泥巖分布。如巨1井和博古1井的碳質泥巖厚度分別為12m和4.35m，其他地區的碳質泥巖厚度均小於3m或不發育。
砂巖和礫巖是復合層序的主要巖性，其中砂巖厚度在20 ~ 120 m之間，主要分布在開灤-大港-阜城-德州線沿線和京西附近，其中開灤和寶坻厚度大於110 m，京西地區厚度大於60 m，濟南以西為杏北礦區和黃河以北。而礫巖和礫質砂巖分布很有規律，僅在靖西-霸縣地區和大港-阜城-德州-南宮地區，前者厚度較小，為10 ~ 20m，後者為10 ~ 90m，厚度較大，阜城南至南宮之間為70 ~ 90m(圖3。砂巖和礫石砂巖和礫巖的厚度分布與地層等高線基本壹致，說明這些砂巖和礫巖主要受當時沈積窪地的控制，河流主要沿構造窪地分布。
根據砂泥比統計結果，該層序砂泥比不高，在0.2 ~ 5之間，其中靖西、開灤、北大港砂泥比均大於1，杏北礦區、邯鄲、濟南砂泥比均大於1，其他地區均小於1。值得註意的是，砂礫巖較厚的阜城南-德州-南宮地區的砂泥比並不高，因為砂礫巖不在砂泥比的統計範圍內。如果包括礫石砂巖，比值在1和1.5之間(圖3.46)。所以從這個角度來看，應該很明顯，當時這壹帶地勢較低。
根據以上分析，結合井對比結果，復合層序I-V的沈積單元可劃分為辮狀河、曲流河和三角洲平原，其中辮狀河主要分布在砂泥比大於2的地區，即靖西-開灤-天津地區和杏北礦區-峰峰礦區，以及濮陽-官深-臨清-德州-無棣壹線以東的三角洲平原和以西的曲流河，主要分布在大港-阜城-德州-南宮地區，曲流河主要分布在由於其上覆蓋有較厚的河漫灘泥巖，故將其劃分為曲流河河漫灘(圖3.47)。
(2)化合物序列ⅴ
復合層序ⅴ包括上石盒子組壹、二段下部地層，相當於中二疊世晚期。巖性主要為灰色、灰白色中細粒砂巖、礫質砂巖、紫紅色泥質粉砂巖和泥巖，局部發育礫巖。該層序厚度在120 ~ 280 m之間，其中唐山-天津-淄博地區地層較厚，厚度在200 ~ 280 m之間，阜城南-德州-南宮-杏北礦區厚度為160 ~ 240 m，南部濮陽、濟寧地區厚度小於120 m
復合層序的砂巖主要分布在兩個地區:壹是阜城以北地區；二是元氏縣-南宮-臨清-濟南-淄博以南地區和濮陽-濟寧以北地區。其中，北部砂巖厚度從北部110m減少到南部20m，從西部70m以上減少到南部60m以下，淄博地區有90m以上的沈積(圖3.49)。礫巖、礫質砂巖和復合層序ⅰV的分布特征有所相似，主要分布在開灤-天津-滄州-德州-南宮-雞澤-邢臺礦區，厚度在0 ~ 0 ~ 35m之間。主要厚度點為開灤、莊古1、新革4、東古1、居1井。除這些區域外，濮陽東部毛4井還有25m厚的砂礫巖，淄博地區有15m厚的沈積物(圖3.50)。復式層序ⅴ中無煤和碳質泥巖沈積。
復合層序V的砂泥比分布與砂巖厚度分布相似，其高值區主要分布在兩個區域:壹是阜城以北地區；二是元氏縣-南宮-臨清-濟南-淄博以南地區和濮陽-濟寧以北地區。北部砂泥比1 ~ 40，南部為0.6 ~ 1。南宮至府城線西側的砂泥比可能較高，可能大於1，東側較低，小於0.2。另外在濮陽地區小於0.2(圖3.51)。
根據上述參數反映的信息和沈積相剖面對比結果，可以認為復合層序ⅴ的沈積環境主要為曲流河和辮狀河。從位於北大港南部的樁古1井復合層序中發育的泥灰巖來看，樁古1井東部在復合層序ⅴ期間可能發育了湖泊相。因此可以確定北大滄州-德州-濟南-濟寧可能發育三角洲平原(圖3.52)。
3.7.2.3晚二疊世(層序ⅵ和ⅶ)的古地理特征。
從研究區出露的地層來看，復式層序ⅵ和ⅶ主要發育於晚二疊世，其中復式層序ⅵ主要由河流相四級層序組成，復式層序ⅶ包括河流相四級層序和湖泊相四級層序。
圖3.44渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅳ砂巖厚度等值線圖。
圖3.45渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅳ礫巖+礫質砂巖厚度等值線圖圖圖3.45環渤海灣西部復合層序ⅳ中剛果+礫質砂巖厚度等值線圖。
圖3.46渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅳ的砂泥比等值線圖圖3.46渤海灣西部地區復合層序ⅳ的砂泥巖厚度比等值線圖。
圖3.47復合層序IV(下石盒子組主體)沈積體系分布圖圖3.47復合層序IV沈積體系分布圖
圖3.48渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅴ地層厚度等值線圖圖3.48渤海灣西部地區復合層序ⅴ地層段等值線圖
圖3.49渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅴ砂巖厚度等值線圖。
圖3.50渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅴ礫巖+礫質砂巖厚度等值線圖圖圖3.50環渤海灣西部復合層序ⅴ中剛果+礫質砂巖厚度等值線圖。
圖3.51渤海灣西部石炭-二疊系復合層序ⅴ砂泥比等值線圖圖圖3.51渤海灣西部周緣復合層序ⅴ砂泥巖厚度比等值線圖。
圖3.52復合層序V(上石盒子組下段)沈積體系分布圖
(1)復合序列ⅵ
對應上石河組二段上部和三、四段，時間上大致對應晚二疊世早期。由於侵蝕嚴重，復合層序在大部分地區不發育，主要分布在冀南、濮陽、河南和山東。此外，北大港南部的樁古1井和巴縣附近的新格4井也很發育。而北部其他地區僅發育低級層序組或低級層序組和海侵層序組的下部。
從臨城沙壩溝-顧青1井對比圖(附圖3.18)來看，復合層序由低層序組、海侵層序組和高層序組組成。其中低層序組由邢臺礦區-雞澤地區的辮狀河河道砂巖組成，尤其是邢臺礦區，主要由多套厚度較大的復合辮狀河河道組成，東部由厚度較薄的曲流河河道砂巖組成，演化為河漫灘和決口扇沈積，形成海侵層序組，然後上部河道砂巖加大，形成高層序組。該層序的特征是在整個地區有幾個向上變細的河流沈積旋回。在低層序組中，每個旋回由底部具交錯層理和沖刷面的河道砂巖和上部的紫色泥巖和粉砂巖組成。海侵層序組主要由紫紅色泥巖、泥質粉砂巖、灰色粉砂巖和細砂巖組成。高層序組砂巖含量明顯增加，可見中砂巖和細砂巖，夾紫色泥巖或泥質粉砂巖。
(2)化合物序列ⅶ
復合層序ⅶ包括區內的石千峰組，巖性主要為醬紫色中細鈣質砂巖、深紫紅色泥質粉砂巖、血紅色泥巖，及數薄層淡水灰巖。底部以疊置的厚礫石砂體為特征，代表低水位時期的沈積，其上的洪積盆地砂泥巖厚互層沈積代表基準面上升時期的沈積，屬於湖侵體系域沈積。上部有幾層相對穩定的淡水灰巖或泥灰巖，是湖泊水面上升到最高階段的沈積，其底面代表層序中最大的泛濫面，從淡水灰巖到上部的沈積為高體系域。該層序地層厚度壹般在100 ~ 300米之間，個別井(如關古1井)達到479米..
該層砂巖和礫巖的厚度從10米到110米不等，在淄博至關古1井壹帶最厚。層序VII沈積時，研究區已經處於內陸湖泊環境，氣候變得炎熱幹燥，因此當時沒有煤和碳質泥巖形成。
參考區域地質和前人對石千峰組古地理圖的研究成果，通過對地層剖面的野外測量，分析了石千峰組的沈積環境。石千峰組沈積環境包括淺水湖、湖濱、湖濱三角洲和河流，其中河流相區分布在石家莊-元氏縣-邢臺-邯鄲-濮陽-巨野-濟寧，其東北部和西南部為大型湖泊沈積。