卢布林盆地（波兰东南部）石炭纪沉积构造的重建：层序地层学、古地理学以及原材料沉积和二氧化碳储存的前景

《Global and Planetary Change》：Reconstruction of the carboniferous depositional architecture in the Lublin Basin (SE Poland): Sequence stratigraphy, palaeogeography and prospects for raw material deposits and CO 2 storage

石炭纪沉积架构与古地理重建基于岩相与旋回分析，结合序列地层学框架。研究揭示沉积环境受相对海平面变化及构造运动影响，早石炭世以浅海黏土岩和碳酸盐岩为主，中石炭世发育河道砂岩和泛滥平原泥岩，西弗里斯兰阶以河流沉积为主，古地厚分析显示沉积中心南东迁移，发现烃类富集砂体及铝土矿潜力，具备CO2封存条件。

　　

Maria I. Waksmundzka

波兰地质研究所-国家研究机构，Rakowiecka 4号，华沙00-975，波兰

摘要

基于岩相和旋回性分析，重建了卢布林盆地石炭纪的沉积构造和古地理特征。该地层的岩相和沉积环境具有高度变异性，这些变化受到局部构造过程引起的相对海平面波动以及冈瓦纳大陆冰川作用等全球因素的影响而呈周期性变化。在图尔奈期-维泽期和纳穆尔期A阶段（谢尔普霍夫期-最下巴什基尔期），在浅海三角洲和浅海泥架环境中，以侵入性和高水位系统中的泥岩和粉砂岩为主。这些岩相与沉积在浅海碳酸盐架中的石灰岩互层出现。与更古老和更年轻的沉积物相比，纳穆尔期B-C阶段（最下巴什基尔期）的沉积物特征是河流通道和深切河谷中积累了大量砂岩，以及各种泛滥平原亚环境中沉积的沉积物，这些构成了低水位系统的组成部分。威斯特法利亚期（最上巴什基尔期-莫斯科期）的地层则以河流沉积为主。古厚度分析表明，从图尔奈期-维泽期到早期巴什基尔期，沉积中心最初位于卢布林盆地南部边缘，随后逐渐向东南部迁移。在威斯特法利亚期（晚巴什基尔期-莫斯科期），随着边缘盆地转变为大陆盆地，在盆地的西北部和东部形成了两个新的沉积中心。卢布林盆地是发现火山碎屑岩中的铝土矿和储存碳氢化合物的潜在区域；同时，填充深切河谷的砂岩也是储存二氧化碳的理想场所。

引言

构成波兰东南部卢布林盆地的石炭纪沉积物在利沃夫-沃伦盆地继续延伸至现今的乌克兰境内。由于这些沉积物被厚厚的二叠纪、中生代和新生代岩层覆盖，因此直到1932年和1939年（第二次世界大战前夕）才由Samsonowicz首次发现，地点位于当时属于波兰的沃伦地区布格河以东。1945年战争结束后，波兰地质学家在战后边界地区重新开展研究，主要集中在布格河以西的卢布林煤田（参见Porzycki, 1988a; Porzycki and Zdanowski, 1988; Zdanowski, 2007, 2010, 2011; Jureczka and Nowak, 2016; Jureczka et al., 2019; Jureczka, 2025）。第一口钻井孔Che?m IG 1于1955年战后钻探，成功穿透了含煤的石炭纪地层。20世纪60至80年代，该地区共钻探了约600口钻井孔，其中约200口完全取芯，其余仅部分取芯。钻探的主要目的是确定富饶的石炭纪地层并评估其储烃潜力。

关于卢布林盆地石炭纪沉积物后续地质和资源勘探阶段的总结发表在专题论文（Rühle, 1966; Dembowski and Porzycki, 1988; Zdanowski and ?akowa, 1995）及图集（Porzycki, 1978; ?elichowski and Koz?owski, 1983; Zdanowski, 1999; Kombrink et al., 2010; Modliński, 2010）中。最初的地质和构造研究结果由?elichowski (1964, 1972, 1979), Porzycki (1979, 1988b), Gurba and Pietruszka (1984), 以及Skupień and Nurkiewicz (1984)发表。Bojkowski and Dembowski (1988), Narkiewicz (2007, 2020, 2023) 和 Waksmundzka et al. (2025)提供了全国范围内的石炭纪古地理解释。Porzycki (1988c), Shulga et al. (2007) 和 Matrofailo (2023) 则对比了乌克兰利沃夫-沃伦盆地与卢布林盆地的石炭纪地层。此外，还进行了大量的地层学研究（Kmiecik, 1988; Musia? and Tabor, 1988; Skompski, 1987, 1998; Skompski et al., 1995; Skompski and Soboń-Podgórska, 1980; Zdanowski, 1991; ?elichowski et al., 1983）。

早期的沉积学研究主要集中在石炭纪碳酸盐岩上，对碎屑沉积物的研究较少（Korejwo, 1958; Skompski, 1986, 1996; Zywiecki and Skompski, 2004）。关于石炭纪其余碎屑部分的沉积环境和古地理特征，已有相关综述（Porzycki, 1979; Dembowski and Porzycki, 1988）及多篇硕士和博士论文。然而，相对于有限的沉积学研究以及沉积环境和古地理的重建工作，对地层学、构造学和资源方面的认识存在显著不足，尤其是考虑到石炭纪地层在垂直和横向上的高度岩性和岩相变化。

本文旨在总结多年来对卢布林盆地石炭纪地层进行的综合性沉积学、区域地质学和地层学研究，这些研究基于大量的钻井数据，尤其侧重于完全取芯的钻孔剖面。这些工作是波兰地质研究所-国家研究机构实施的多个科学项目、石油公司委托的项目以及作者自身的博士和博士后研究计划的一部分。相关项目列表可访问网站：https://www.pgi.gov.pl/o-instytucie-geologicznym/rada-naukowa/habilitacje.html。后续研究结果由作者/合作者发表（Waksmundzka, 1998, 2007, 2008; 2010a, 2010b, 2010c; 2011; 2012; 2013a, 2014a, 2014b; 2018; 2019a, 2019b; Koz?owska and Waksmundzka, 2020; Waksmundzka et al., 2021; Koz?owska et al., 2025）。

地质背景

卢布林盆地位于波兰东南部（图1）。该盆地向南延伸至乌克兰的利沃夫-沃伦盆地（Kostyk et al., 2016; Matrofailo, 2023）。根据波兰新的沉积盆地分类体系，它属于普沃克-卢布林盆地的一个次级盆地，与普沃克次级盆地之间以Grójec断层为界（Narkiewicz, 2023）。目前发现的石炭纪岩石呈条带状分布，从东南部延伸至...

数据

研究基于卢布林盆地约100口钻井孔的地质数据和地球物理资料（图1）。其中17口钻井孔完全取芯，覆盖了整个石炭纪地层或部分地层；其余钻井孔仅部分取芯，取芯率约为15–40%。对取芯地层进行了详细的岩相和旋回性分析；未取芯地层则通过其他方法进行解释。

结果

卢布林盆地的石炭纪地层由碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩和植物成因岩组成，最下部还含有火山岩、火山碎屑岩和铝土矿。岩相分析区分出多种岩石类型，包括石灰岩、泥灰岩、泥岩、砂质粉砂岩、砂岩、砾岩、Stigmaria土壤、含碳粘土岩和煤。在这些岩石类型中...

河流环境

通过岩相分析，识别出29种岩相（以及形成于陆地环境的玄武岩、凝灰岩和铝土矿）以及45种形成于河流环境的岩相组合（表1）。典型的河流沉积序列（类型I、IIa、IIb）如图4a-c所示。

高浓度流体

形成于高浓度流体中的岩相组合（Waksmundzka, 2012）通常以侵蚀表面开始，其上方为高能量环境...

碳氢化合物

在卢布林盆地的石炭纪地层中发现了三个油气藏（?widnik、St??yca和Wilga油田），并在钻井过程中记录到多处油气显示（Helcel-Weil et al., 2007; Waksmundzka, 2008; Waksmundzka, 2019a, 2019b; Roszkowska-Remin, 2019）。盆地中部的Sequence 6区域含有高度饱和的砂岩，形成于大型深切河谷中的河流通道中（图8）。

结论

通过岩相、旋回性和序列地层学分析，重建了卢布林盆地的石炭纪沉积构造和古地理特征。确定了沉积环境，包括浅海泥架、三角洲和河流环境以及高浓度流体等沉积要素。卢布林盆地的沉积过程与其他相似的沉积盆地具有相似性...

作者贡献声明

Maria I. Waksmundzka：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿的撰写、数据可视化、资源整理、项目管理工作、方法论设计、调查实施、数据分析及数据管理。

未引用参考文献

Elliott, 1976

Information Market S.A. Poland, 无日期

PGI – NRI Poland, 无日期

利益冲突声明

作者声明本人没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢审稿人S. Skompski教授和S. Oplu?til教授提供的宝贵意见，这些意见帮助我改进了手稿。同时感谢Jimin Sun博士的编辑工作，以及P. Krzywiec博士对我的启发，促使我完成这篇文章。此外，感谢B. Waksmundzka绘制了图表。作者还要感谢ORLEN集团允许使用其拥有的地质资料。