東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積環(huán)境特征及沉積充填模式①

王 健 操應(yīng)長(zhǎng) 劉惠民 高永進(jìn)

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營(yíng) 257000)

東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積環(huán)境特征及沉積充填模式①

王 健1操應(yīng)長(zhǎng)1劉惠民2高永進(jìn)2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營(yíng) 257000)

沉積盆地中沉積環(huán)境特征控制了砂體沉積成因類型及盆地沉積充填模式。通過(guò)對(duì)東營(yíng)凹陷豐深2井、官112井及梁120井沙四下亞段泥質(zhì)沉積物系統(tǒng)取樣,進(jìn)行全巖X衍射分析和常量及微量地球化學(xué)元素分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)東營(yíng)凹陷沙四下亞段古氣候和古鹽度指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,古氣候指標(biāo)Rb/Sr比值與石英+長(zhǎng)石含量、Cr元素含量及P元素含量呈正比,含量增加反映了氣候相對(duì)潮濕,與古鹽度指標(biāo)碳酸鹽+硫酸鹽含量呈反比,其含量增加反映了氣候相對(duì)干旱。東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期氣候干濕交替頻繁,氣候潮濕時(shí)期相對(duì)湖平面上升,湖水鹽度降低;氣候干旱時(shí)期相對(duì)湖平面下降,湖水鹽度升高,使得此時(shí)期湖泊呈現(xiàn)為高頻振蕩性鹽湖特征。氣候潮濕時(shí)期以沉積碎屑沉積物為主,包括沖積扇、淺水型三角洲、濱湖灘壩及近岸水下扇沉積,由于湖水鹽度較低,洼陷帶主要沉積泥巖、灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖和少量泥質(zhì)膏巖;氣候干旱時(shí)期相對(duì)湖平面下降,湖泊水體鹽度升高,洼陷帶以沉積膏鹽巖為特征,垂向上具有含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的演化序列,平面上表現(xiàn)為由湖泊邊緣向湖泊中心發(fā)育灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)特征。

沉積環(huán)境 沉積模式 膏鹽層 紅層 東營(yíng)凹陷

東營(yíng)凹陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,具有北斷南超、北陡南緩的基本構(gòu)造格局。古近系主要發(fā)育孔店組、沙河街組和東營(yíng)組,其中沙河街組自上而下又分為沙河街組一段、二段、三段和四段。沙四段下亞段沉積時(shí)期,緩坡帶發(fā)育了一套統(tǒng)稱為“紅層”的砂泥巖互層剖面,與紅層同時(shí)發(fā)育的為位于盆地洼陷帶-陡坡帶的巨厚的膏鹽巖層。對(duì)于東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期的沉積環(huán)境和砂體及膏巖層的沉積特征,很多學(xué)者進(jìn)行了大量研究,認(rèn)為沙四下亞段(E s4x)沉積時(shí)期氣候干旱,蒸發(fā)作用強(qiáng)烈[1～4],然而,并沒(méi)有對(duì)沙四下亞段沉積時(shí)期的古氣候特征及古氣候控制下的相對(duì)湖平面變化及湖泊鹽度變化等沉積環(huán)境特征和湖盆沉積充填模式進(jìn)行深入研究。沉積物中含有的常量元素、微量元素及其中某些元素的比值已經(jīng)被廣泛用于恢復(fù)古氣候和判別沉積環(huán)境[5～7]。巖石中所含元素的性質(zhì)一方面受控于其本身的物理、化學(xué)性質(zhì),另一方面又受到古氣候和古環(huán)境的影響,這是利用特征元素相對(duì)含量及其比值恢復(fù)古氣候的科學(xué)依據(jù)[8]。通過(guò)對(duì)東營(yíng)凹陷豐深2井、官112井和梁120井取芯井段系統(tǒng)取樣,進(jìn)行全巖X衍射分析和常量及微量地球化學(xué)元素分析,在此基礎(chǔ)上分析了沙四下亞段沉積時(shí)期古氣候和古鹽度指標(biāo),并對(duì)沉積環(huán)境特征和湖盆沉積充填模式進(jìn)行了探討。

1 古氣候和古鹽度指標(biāo)

在第四紀(jì)的古環(huán)境研究中,古氣候指標(biāo)的研究相對(duì)比較成熟。一般常用的古氣候指標(biāo)有:孢粉、碳酸鹽的含量和碳、氧同位素、湖泊粘土沉積物的磁化率、湖泊沉積物的粒度變化、伊利石結(jié)晶度指數(shù)(I值)、高嶺石伊利石蒙脫石的比例以及一些地球化學(xué)指標(biāo),如Rb/Sr、Mg/Ca、Sr/Mg、Sr/Ca、Ca/Si+Al、∑Ce/∑Y、Nb/Ta、碎屑型沉積元素/化學(xué)型沉積元素、(Fe +Al+Mn+Cr+Co+Ni)/(K+Na+Ca+Mg+Sr)、地球化學(xué)淋溶系數(shù)((CaO+MgO+Na2O+K2O)/Al2O3)等[9～13]。由于研究區(qū)的豐深2井、官112井和梁120井沉積物中碳酸鹽明顯具有程度不等的重結(jié)晶現(xiàn)象,難以利用碳酸鹽及碳、氧同位素的方法來(lái)確定古氣候的變化。研究區(qū)古生物資料較為貧乏,且孢粉分析只適用于長(zhǎng)周期和大尺度的地層分析,對(duì)豐深2井、官112井和梁120井沙四下亞段的精細(xì)研究敏感程度太低,也難以應(yīng)用。本次研究采用應(yīng)用較為廣泛的Rb/Sr比值來(lái)分析東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期的古氣候特征。

在陸相盆地中,潮濕條件下的化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈,Rb大量析出而被黏土吸附,但這些黏土不會(huì)殘留在原地,而主要被剝蝕搬運(yùn)進(jìn)入湖泊沉積;同時(shí)進(jìn)入湖盆的溶解Sr2+一般則是在偏干旱時(shí)候與碳酸鹽類質(zhì)同象而沉積,所以就造成了潮濕環(huán)境下Rb/Sr比值的加大。因此,在陸相盆地中,Rb/Sr比值的含義實(shí)際上是與海相條件下相反的[14],即Rb/Sr比值高代表偏潮濕的氣候環(huán)境;Rb/Sr比值低代表偏干旱的氣候條件[15]。泥頁(yè)巖中大都有石英和長(zhǎng)石極細(xì)粉砂,而粗碎屑進(jìn)入湖盆主要通過(guò)入湖水流,在小尺度的沉積旋回中,當(dāng)泥頁(yè)巖中的極細(xì)粉砂含量明顯增多時(shí),表明入湖的水流增強(qiáng)、湖水的循環(huán)性變好,其沉積背景是氣候潮濕。圖1a中Rb/Sr比值與長(zhǎng)石+石英含量具有正相關(guān)性,即Rb/Sr與入湖水流強(qiáng)弱的相關(guān)性比較明顯,Rb/Sr增大反映了氣候相對(duì)潮濕。因此, Rb/Sr比與古氣候干濕變化具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

用地球化學(xué)的方法推斷古鹽度是最常用的也是效果較為理想的一種方法。指示古湖泊沉積時(shí)的古鹽度指標(biāo)有很多,常用的有碳酸鹽穩(wěn)定同位素法(Z值)、相當(dāng)B元素法、元素比值法(如B/Ga、Sr/Ca、Sr/ Ba、Mn/Fe等)。但B/Ga、Sr/Ca、Sr/Ba等鹽度指標(biāo)在樣品含有較多碳酸鹽、石膏、石鹽等鹽類礦物時(shí)對(duì)古鹽度的反映很不敏感[16,17]。在第四紀(jì)古湖泊的研究中,沉積物中的碳酸鹽含量常常作為鹽度或水體礦化度變化的指標(biāo)。本次研究的豐深2井、官112井和梁120井取芯段沉積物中普遍含有不定量的石膏和碳酸鹽,而且這些石膏和碳酸鹽均為原生(盡管碳酸鹽普遍經(jīng)過(guò)了重結(jié)晶作用)。因此,采用沉積物中鹽類物質(zhì)的含量來(lái)近似地代表沉積水體的古鹽度。用碳酸鹽及硫酸鹽含量的百分比作為樣品沉積時(shí)的古鹽度指標(biāo),不僅僅可以指示古鹽度的相對(duì)高低,而且還可以反映古鹽度在古水體中的保持時(shí)間:膏鹽的含量越高,沉積時(shí)湖水高鹽度保持的時(shí)間也就越長(zhǎng),鹽類的沉積厚度也就越大。

圖1 東營(yíng)凹陷豐深2井、官112井和梁120井沙四下亞段古氣候和古鹽度指標(biāo)相關(guān)關(guān)系圖Fig.1 Correlation of paleoclimate index and paleosalinity index ofWell Fengshen 2, Guan 112 and Liang 120 of E s4x in Dongying Depression

豐深2井、官112井和梁120井沉積物中作為鹽度指標(biāo)的碳酸鹽+硫酸鹽含量與古氣候指標(biāo)Rb/Sr比具有明顯的負(fù)相關(guān)性(圖1b),硫酸鹽+碳酸鹽含量與泥頁(yè)巖中的石英+長(zhǎng)石極細(xì)粉砂的含量明顯負(fù)相關(guān)(圖1c),親碎屑元素Cr含量與碳酸鹽+硫酸鹽含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖1d),Rb/Sr比值與Cr元素含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖1e)。由此表明,氣候潮濕時(shí)期,攜帶大量石英、長(zhǎng)石等極細(xì)粉砂的入湖水流量增大,湖盆水體鹽度降低,鹽類礦物含量減少;氣候干旱時(shí)期,入湖水流量減少,蒸發(fā)作用使湖盆水體鹽度增高,石英、長(zhǎng)石等極細(xì)粉砂含量降低,鹽類礦物含量增高。從這個(gè)角度說(shuō)明,古氣候?qū)披}度變化起著明顯的控制作用。

石英+長(zhǎng)石含量與P元素含量呈正相關(guān)關(guān)系(圖1f).元素主要來(lái)源于水生生物,水生生物的繁盛與否,與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少密切相關(guān)。對(duì)于明顯分層的平靜水體,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于入湖水流以及底層湖水的上涌。而底層湖水的上涌,在鹽度分層的情況下,一般與湖水的淡化和入湖水流對(duì)湖水的擾動(dòng)有關(guān)。

綜上所述,豐深2井、梁120井和官112井中的石英、長(zhǎng)石主要是在氣候轉(zhuǎn)為相對(duì)潮濕時(shí)期,由入湖水流攜帶進(jìn)入湖盆的,同時(shí)使得湖盆水體鹽度明顯降低,鹽類礦物含量減少;而鹽類礦物則是在氣候轉(zhuǎn)為干旱、入湖水流減少、湖水水位降低的情況下沉積的。

2 沉積環(huán)境特征

泥巖顏色是沉積環(huán)境的良好反映標(biāo)志,灰色、深灰色等還原色一般反映了氣候潮濕條件下的半深湖-深湖沉積環(huán)境,而紫紅色、紅色、棕紅色、雜色等氧化色一般反映了氣候干旱條件下的陸上、濱湖等沉積環(huán)境,灰綠色、綠色等過(guò)渡色一般反映了氣候相對(duì)較為干旱條件下的濱湖-淺湖等沉積環(huán)境。統(tǒng)計(jì)東營(yíng)凹陷沙四下亞段泥巖沉積物顏色表明,泥巖顏色主要以紫紅色、紅色、雜色等氧化色為主,灰色、深灰色等還原色含量極少,分布極為有限,主要分布在盆地洼陷帶及陡坡帶的部分地區(qū)(圖2)。由此表明,東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期氣候干旱,且湖盆水體相對(duì)較為封閉,湖盆鹽度高達(dá)40 g/L以上[18],為典型的干旱氣候下的鹽湖沉積環(huán)境。

在古氣候和古鹽度指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)豐深2井、官112井和梁120井取芯井段古氣候特征進(jìn)行分析。豐深2井取芯井段巖性主要為灰色泥巖、頁(yè)巖、灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)頁(yè)巖和含膏泥巖。垂向上,石英+長(zhǎng)石含量及Cr元素含量與Rb/Sr比值具有明顯的同向變化特征,而碳酸鹽+硫酸鹽含量與Rb/Sr比值、石英+長(zhǎng)石含量及Cr元素含量呈明顯的反向關(guān)系.b/Sr比值的增大反映了氣候相對(duì)潮濕,此時(shí)入湖水體流量增大,相對(duì)湖平面上升,水體鹽度降低,碳酸鹽+硫酸鹽含量明顯降低,石英、長(zhǎng)石等極細(xì)粉砂含量增加,以沉積灰色泥巖、頁(yè)巖沉積為主; Rb/Sr比值的降低反映了氣候相對(duì)干旱,此時(shí)入湖水體流量明顯降低,由于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,相對(duì)湖平面快速下降,水體鹽度增大,碳酸鹽+硫酸鹽含量明顯增高,石英、長(zhǎng)石等極細(xì)粉砂含量降低,以沉積灰色灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)頁(yè)巖及泥質(zhì)膏巖為主(圖3a)。豐深2井沙四下亞段取芯井段沉積時(shí)期古氣候干濕變化非常頻繁,在厚度僅為14 m的地層內(nèi)就可識(shí)別出多個(gè)氣候干濕交替變化旋回。

圖2 東營(yíng)凹陷沙四下亞段泥巖顏色分布圖Fig.2 Distribution of color ofmudstones of E s4x in Dongying Depression

官112井取芯井段巖性主要為紫紅色、雜色及灰綠色泥巖、灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖及泥質(zhì)白云巖。垂向上石英+長(zhǎng)石含量、碳酸鹽+硫酸鹽含量、Rb/Sr比值及Cr元素含量變化特征與豐深2井一致(圖3b)。官112井16m取芯井段地層內(nèi)石英+長(zhǎng)石含量、碳酸鹽+硫酸鹽含量、Rb/Sr比值及Cr元素含量變化非常頻繁,表明沉積時(shí)期古氣候干濕交替頻繁。氣候潮濕時(shí)期入湖水流流量增大,湖平面上升,湖水鹽度降低,以沉積泥巖為主;氣候干旱時(shí)期入湖水流流量明顯減少,蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,相對(duì)湖平面快速下降,湖水鹽度增大,以沉積灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖為主。

梁120井取芯井段巖性主要為灰色泥巖、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖及粉砂質(zhì)泥巖和紫紅色及少量灰綠色泥巖、灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖。垂向上石英+長(zhǎng)石含量、碳酸鹽+硫酸鹽含量、Rb/Sr比值及Cr元素含量變化特征與豐深2井及官112井一致,即古氣候指標(biāo)Rb/Sr比值、石英、長(zhǎng)石等極細(xì)粉砂含量及Cr元素含量與古鹽度指標(biāo)碳酸鹽+硫酸鹽含量呈明顯反比關(guān)系(圖3c)。梁120井12 m取芯井段地層內(nèi)石英+長(zhǎng)石含量、碳酸鹽+硫酸鹽含量、Rb/Sr比值及Cr元素含量變化非常頻繁,反映了沙四下亞段沉積時(shí)期古氣候干濕交替變化非常頻繁。氣候潮濕和干旱時(shí)期相對(duì)湖平面及湖水鹽度變化特征與豐深2井和官112井基本一致,在氣候潮濕時(shí)期以沉積泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主,而在氣候干旱時(shí)期以沉積白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖為主。

圖3 東營(yíng)凹陷豐深2井、官112井和梁120井沙四下亞段礦物、元素及古氣候變化特征Fig.3 Characteristics ofminerals,elements and paleoclimates of E s4x ofWell Fengshen 2, Guan 112 and Liang 120 in Dongying Depression

通過(guò)上述泥巖顏色分布特征及豐深2井、官112井和梁120井取芯井段古氣候變化特征表明,東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期古氣候以干旱為主,呈現(xiàn)出頻繁的干濕交替變化特征,氣候相對(duì)潮濕時(shí)期,攜帶大量碎屑物質(zhì)的入湖水流增多,相對(duì)湖平面上升,湖泊水體鹽度明顯減低;而在氣候相對(duì)干旱時(shí)期,入湖水流流量明顯減少,蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,湖平面快速下降,湖泊水體鹽度增大,膏鹽巖沉積發(fā)育。因此,東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期湖泊水體范圍變化非常頻繁,氣候潮濕時(shí)期湖泊水體范圍增大,氣候干旱時(shí)期湖泊水體范圍迅速減小。在干濕交替變化的氣候條件控制下,沙四下亞段沉積時(shí)期東營(yíng)凹陷湖泊具有明顯的高頻振蕩性特征,氣候潮濕時(shí)期以沉積砂體為主,氣候干旱時(shí)期以沉積碳酸鹽巖和膏鹽巖為主。

3 砂體成因類型及沉積物分布規(guī)律

3.1 砂體成因類型

東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期氣候干濕交替頻繁,湖盆表現(xiàn)為高頻振蕩性特征,湖平面的升降變化主要受氣候控制下的陣發(fā)性入湖水流控制,導(dǎo)致沉積作用類型復(fù)雜多樣,沙四下亞段沉積時(shí)期緩坡帶既發(fā)育水上沉積作用又發(fā)育水下沉積作用,既發(fā)育重力流沉積作用又發(fā)育牽引流沉積作用。因此,沙四下亞段沉積時(shí)期緩坡帶砂體沉積成因類型多樣,主要發(fā)育沖積扇沉積、淺水型三角洲沉積和濱湖灘壩沉積,陡坡帶靠近斷層位置發(fā)育了規(guī)模一定的近岸水下扇沉積。

沖積扇沉積主要發(fā)育在緩坡帶盆地邊緣部位,巖性總體較粗,主要為棕紅色、雜色或灰色礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、砂巖以及紅色泥巖等,沖積扇沉積中既發(fā)育反映重力流性質(zhì)的泥石流及洪水水道沉積,又發(fā)育具有牽引流性質(zhì)的辮狀水道沉積。泥石流沉積主要為塊狀堆積的礫巖沉積,層理構(gòu)造不發(fā)育,粒序特征不明顯或表現(xiàn)為粒度變化相對(duì)不明顯的正粒序特征,底部沖刷充填構(gòu)造發(fā)育;洪水水道沉積主要為礫巖、含礫砂巖,正粒序特征明顯,沖刷充填構(gòu)造發(fā)育;辮狀水道沉積是研究區(qū)相對(duì)較為發(fā)育的沖積扇沉積微相類型,沉積物主要為礫巖、含礫砂巖、粗砂巖等,礫石具有定相排列特征,平行層理、正粒序?qū)永戆l(fā)育,底部發(fā)育沖刷充填構(gòu)造,垂向相序上呈多個(gè)正序旋回疊加的特征(圖4)。

淺水型三角洲沉積主要發(fā)育在盆地緩坡帶,河流作用明顯,箱狀、指狀河道砂巖發(fā)育,同時(shí)也發(fā)育漏斗狀的河口壩砂巖和尖峰狀席狀砂,泥巖顏色呈現(xiàn)紅色、灰綠色和灰色[19～21]。東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期,湖盆地形平緩,氣候相對(duì)干旱,湖盆水體較淺,整體處于浪基面以上,淺水型三角洲較為發(fā)育。淺水型三角洲中沙紋交錯(cuò)層理、交錯(cuò)層理、平行層理等廣泛發(fā)育,反映了正常牽引流作用,鉆井巖芯中常可見(jiàn)到?jīng)_刷面、泥巖撕裂屑、泥礫等,反映了河流沉積作用。垂向上常表現(xiàn)為多個(gè)正序旋回的疊加,正旋回底部常發(fā)育沖刷充填構(gòu)造,為典型的分流河道沉積特征,巖性一般為中細(xì)砂巖,可見(jiàn)含礫砂巖或含泥礫砂巖,發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理等(圖4)。

東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期氣候干濕交替頻繁,湖平面表現(xiàn)為高頻振蕩性特征,緩坡帶水體較淺,整體處于浪基面以上,且間歇性暴露出水面,在緩坡帶內(nèi)側(cè)發(fā)育了一定規(guī)模的濱湖灘壩沉積,并可進(jìn)一步劃分為灘脊、灘席、壩主體和壩側(cè)緣微相[22]。濱湖灘壩主要由沿岸流和波浪對(duì)附近的淺水型三角洲砂體改造而成。由于砂體經(jīng)過(guò)波浪長(zhǎng)時(shí)間的沖刷改造,分選性較好,粒度較細(xì),主要為粉細(xì)砂巖,礦物成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較高。巖性主要為灰色、灰綠色、棕紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與棕紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層。沉積構(gòu)造類型多樣,常見(jiàn)平行層理、沙紋層理、交錯(cuò)層理等,其中塊狀層理多由生物擾動(dòng)所致,常見(jiàn)生物潛穴切穿層理中紋層及層系,使之呈斷續(xù)狀。垂向上常表現(xiàn)為多個(gè)反序旋回的疊加,常可見(jiàn)沉積物粒度由細(xì)變粗再變細(xì)的復(fù)合相序,另外局部地區(qū)可見(jiàn)正序旋回,可能是波浪對(duì)淺水型三角洲水下分流河道砂體改造不徹底所致(圖4)。

近岸水下扇沉積主要發(fā)育在陡坡帶的局部地區(qū),巖性以灰色礫巖、含礫砂巖為主,厚度相對(duì)較大,層理構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育,主要為塊狀礫巖沉積,沖刷充填構(gòu)造發(fā)育,垂向上表現(xiàn)為多個(gè)正序旋回的疊加。

3.2 沉積物分布規(guī)律

東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期,由于氣候干濕交替變化頻繁,湖平面振蕩頻繁,在沙四下亞段沉積地層內(nèi)可識(shí)別出多個(gè)反映氣候由潮濕到干旱的變化旋回,同一變化旋回內(nèi)盆地不同位置發(fā)育不同成因類型的沉積物,具有不同的相序特征,并且這些變化旋回在盆地的不同位置具有不同的疊加樣式(圖5和圖6)。在盆地邊緣主要發(fā)育沖積扇沉積和淺水型三角洲沉積,為氣候相對(duì)潮濕條件下攜帶大量碎屑沉積物的入湖水流作用下的產(chǎn)物,旋回的底部常發(fā)育礫巖、含礫砂巖等,并且具有沖刷-充填構(gòu)造,向上沉積物粒度逐漸變細(xì),砂體厚度逐漸變薄,泥巖發(fā)育在旋回的頂部,厚度較小,向盆地內(nèi)部頂部泥巖厚度逐漸增大,為氣候干旱條件下入湖水流流量減少所致;在沖積扇沉積和淺水型三角洲沉積之間常發(fā)育以紫紅色、雜色泥巖沉積為主的沖積平原沉積;向盆地內(nèi)部,沉積物疊加樣式逐漸呈現(xiàn)為底部發(fā)育氣候相對(duì)潮濕時(shí)期形成的濱湖灘壩沉積和氣候干旱時(shí)期形成的紫紅色灰質(zhì)、白云質(zhì)泥巖沉積和含膏泥巖及膏鹽巖沉積;在盆地洼陷帶,氣候相對(duì)潮濕時(shí)期,以沉積含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖和灰質(zhì)泥巖為主,而氣候干旱時(shí)期由于蒸發(fā)作用,湖水鹽度增高,主要發(fā)育泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖沉積。氣候干旱時(shí)期盆地不同位置形成的膏鹽巖類型不同,在洼陷帶邊緣主要發(fā)育含膏泥巖和泥質(zhì)膏巖沉積,向洼陷中心逐漸演變?yōu)楦鄮r沉積;在洼陷中心部位,常表現(xiàn)為由膏巖向鹽巖演化的沉積序列。因此,膏鹽巖沉積常具有環(huán)帶特征,垂向上常呈現(xiàn)為由含膏泥巖向泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖演化的序列[23]。盆地陡坡帶局部地區(qū)發(fā)育近岸水下扇沉積,其垂向變化特征常表現(xiàn)為底部發(fā)育氣候潮濕時(shí)期形成的近岸水下扇沉積,頂部發(fā)育氣候干旱時(shí)期形成的含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖和膏巖沉積。

因此,由上述的沉積環(huán)境及沉積物分布規(guī)律表明,沙四下亞段沉積時(shí)期,東營(yíng)凹陷為干濕氣候交替控制下的高頻振蕩性鹽湖環(huán)境。氣候相對(duì)潮濕時(shí)期,入湖水流流量增大,相對(duì)湖平面上升,入湖水流攜帶大量的碎屑沉積物在盆地緩坡帶廣泛地區(qū)和陡坡帶局限地區(qū)堆積。緩坡帶由盆地邊緣向盆地內(nèi)部分別發(fā)育沖積扇、沖積平原、淺水型三角洲和濱湖灘壩沉積,陡坡帶主要發(fā)育規(guī)模較小的近岸水下扇沉積。洼陷帶由于入湖水流的影響,湖泊水體鹽度降低,以發(fā)育泥巖、灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖和少量泥質(zhì)膏巖沉積。氣候干旱時(shí)期,入湖水流流量減少,蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,相對(duì)湖平面下降,湖水鹽度增高,緩坡帶氣候潮濕時(shí)期發(fā)育的沉積物部分暴露出水面。由于碎屑物質(zhì)供應(yīng)量減少,湖盆邊緣砂質(zhì)沉積物一般欠發(fā)育,以泥巖沉積為主。湖泊洼陷帶膏鹽巖沉積物極為發(fā)育,垂向上表現(xiàn)為自下而上發(fā)育含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的演化序列,平面上表現(xiàn)為由湖泊邊緣向湖泊中心發(fā)育灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)特征(圖7)。

圖4 東營(yíng)凹陷高896井、官113井和梁120井沙四下亞段單井沉積學(xué)分析Fig.4 Sedimentological analysis ofWell Gao 896,Guan113 and Liang 120 of E s4x of Dongying Depression

圖5 東營(yíng)凹陷過(guò)金1 3井-坨深1井沙四下亞段連井對(duì)比剖面(位置見(jiàn)圖2)Fig.5 Correlation profile of crossing Well Jin13 and Tuoshen 1 of E s4x in Dondying Depression

圖6 東營(yíng)凹陷過(guò)王730井-豐深1井沙四下亞段連井對(duì)比剖面(位置見(jiàn)圖2)Fig.6 Correlation profile of crossing WellWang 730 and Fengshen 1 of E s4x in Dondying Depression

圖7 東營(yíng)凹陷沙四下亞段高頻振蕩性鹽湖沉積充填模式Fig.7 Sedimentary fillingmodel of high frequency oscillatory salt lake of E s4x of Dongying Depression

4 結(jié)論

(1)東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期古氣候相對(duì)較為干旱,古氣候和古鹽度指標(biāo)分析表明,古氣候呈現(xiàn)頻繁的干濕交替特征,氣候潮濕時(shí)期湖平面上升,鹽度降低,氣候干旱時(shí)期湖平面下降,鹽度升高,湖泊呈現(xiàn)出明顯的高頻振蕩性特征。

(2)東營(yíng)凹陷沙四下亞段沉積時(shí)期由于湖泊受氣候控制的陣發(fā)性水流作用控制,沉積作用類型多樣,水上沉積作用和水下沉積作用并存,重力流沉積與牽引流沉積并存。緩坡帶發(fā)育了規(guī)模不等沖積扇沉積、淺水型三角洲沉積和濱湖灘壩沉積,陡坡帶發(fā)育了一定規(guī)模的近岸水下扇沉積,洼陷帶主要發(fā)育膏鹽巖沉積。沙四下亞段沉積地層內(nèi)可劃分出多個(gè)氣候由潮濕到干旱的變化旋回,盆地不同位置具有不同的垂向疊加特征。

(3)在古氣候和沉積物分布規(guī)律研究的基礎(chǔ)上,建立了東營(yíng)凹陷沙四下亞段高頻振蕩性鹽湖沉積充填模式。氣候潮濕時(shí)期,相對(duì)湖平面上升,湖泊水體鹽度降低,湖盆緩坡帶主要沉積沖積扇、淺水型三角洲和濱湖灘壩,陡坡帶局部沉積近岸水下扇,洼陷帶主要沉積泥巖、灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖和少量泥質(zhì)膏巖沉積;氣候干旱時(shí)期相對(duì)湖平面下降,湖泊水體鹽度升高,沉積作用主要發(fā)生在洼陷帶,以沉積膏鹽巖為特征,垂向上具有含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的演化序列,平面上表現(xiàn)為由湖泊邊緣向湖泊中心發(fā)育灰質(zhì)泥巖、含膏泥巖、泥質(zhì)膏巖、膏巖和鹽巖的環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)特征。

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Characteristics of Sedimentary Environment and Filling M odel of the Lower Submember of the Fourth M ember of Shahejie Formation,Dongying Depression

WANG Jian1CAO Ying-chang1LIU Hui-min2GAO Yong-jin2
(1.School of Geosciences of China University of Petroleum,Qingdao Shandong 266555; 2.Institute of Geology,Shengli Oil Field Company,SINOPEC,Dongying Shandong 257000)

The genetic type of sandbodies and sedimentary filling models were controlled by characteristics of sedimentary environment in sedimentary basin.According to the systematic sampling of argillaceous sediments of E s4xof Well Fengshen 2,Guan 112 and Liang 120 in Dongying Depression,whole rock X-ray diffraction and macroelements and microelementswere analyzed,based on which the paleoclimate indexs and paleosalinity indexs of E s4xof Dongying Depression were studied.It turned out that the paleoclimate index Rb/Srwas direct proportion to contentof quartz and feldspar,element Cr and element P and inversely proportional to paleosalinity index content of carbonate and sulphate.The increasing ratio of Rb/Sr reflected relatively damp climate,while the increasing content of carbonate and sulphate reflected relatively arid climate.The characteristics of the climate of the period of E s4xof Dongying Depression were frequent damp climate alternatewith arid climate.At the period of damp climate,the relative lake level rise and the salinity of lakewater decline,while the relative lake level decline and the salinity of lakewater rise at the period of arid climate.The characteristics of climatemade the lake of E s4xof Dongying Depression have the character of high frequency oscillatory salt lake.Clastic sedimentswere themain deposits at the period of damp climate,including alluvial fan sediments,shallow water delta sediments,lakeshore beach-bar sediments and nearshore subaqueous fan sediments,and the sag beltmainly deposited mudstone,limemudstone,gypseousmudstone and a small quantity of argillaceous gypsum rock.At the period of arid climate,the deposition wasmainly developed in sag belt and was characterised by gypsum and salt sediments,which have the evolutive sequence of gypseousmudstone,argillaceous gypsum rock,gypsum rock and salt rock upward and the zonal structure with limemudstone,gypseousmudstone,argillaceous gypsum rock,gypsum rock and salt rock from themargin to the center of the lake in the plane.

sedimentary environment;sedimentarymodel;gypsum salt beds;red beds;Dongying Depression

王 健 男 1985年出生 在讀博士研究生 沉積學(xué)和層序地層學(xué) E-mail:wangjian8512@yahoo.com.cn

P512.2

A

1000-0550(2012)02-0274-09

①國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(編號(hào):2009ZX05009-003);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):40972080);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(編號(hào):NCET-06-0604)聯(lián)合資助。

2011-03-10;收修改稿日期:2011-06-02