旬邑地區(qū)三疊系長6 — 長7段沉積特征研究

聞金華　李文厚　李智超　陳 萌

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系， 西安 710069)

?

旬邑地區(qū)三疊系長6 — 長7段沉積特征研究

聞金華李文厚李智超陳 萌

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系， 西安 710069)

摘要：近年來隨著鄂爾多斯地區(qū)低孔、低滲巖性油氣藏的不斷勘探開發(fā)，致密油、致密氣已成為研究的重點(diǎn)，需要更加精細(xì)地刻畫其沉積相及沉積特征。在已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心、測井資料及野外剖面，對旬邑地區(qū)三疊系延長組長6 — 長7段的沉積特征開展綜合研究，認(rèn)為旬邑地區(qū)在該期地處構(gòu)造坡折帶，物源充足，沉積相變快。長6 — 長7段沉積期發(fā)育辮狀河三角洲前緣 — 深湖近源碎屑沉積體系，砂體主要以辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體和深水重力流沉積砂體為主。長6 — 長7段深湖沉積中，砂體以砂質(zhì)碎屑流沉積為主，濁流沉積和滑塌沉積砂體伴生；深湖相泥頁巖中薄層凝灰?guī)r夾層和各種變形構(gòu)造反映了強(qiáng)烈的火山活動和構(gòu)造運(yùn)動，為深水重力流形成的觸發(fā)條件提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：旬邑地區(qū)； 致密油氣； 沉積體系； 深水重力流

晚三疊中期，鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了一次大規(guī)模的湖進(jìn) — 湖退，盆地主要發(fā)育了湖泊 — 三角洲沉積體系，對盆地西南緣沉積的認(rèn)識經(jīng)歷了從水下沖積扇、扇三角洲到辮狀河三角洲的螺旋式上升的發(fā)展過程[1-5]。對于長6 — 長7段沉積時期物源、砂體展布特征、沉積微相等研究相對寬泛，尤其對本區(qū)發(fā)育的深水厚層砂巖的解釋并不一致[6-8]。近年來的勘探成果表明，該類砂體與三角洲前緣砂體相似，同樣蘊(yùn)含豐富的油氣資源。本次研究以近100口鉆井資料和周邊野外剖面為基礎(chǔ)，對巖性巖相、沉積構(gòu)造及古生物特征等進(jìn)行分析，開展沉積相、沉積環(huán)境和沉積模式的研究。

1地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣旬邑 — 正寧一帶(圖1)。三疊紀(jì)末期，由于受印支運(yùn)動晚期不均衡抬升作用的影響，地層整體上呈現(xiàn)東高西低、北低南高的構(gòu)造形態(tài)，該區(qū)南部延長組地層經(jīng)受了不同程度的剝蝕。受構(gòu)造活動的影響，長7段沉積期，鄂爾多斯盆地強(qiáng)烈擴(kuò)張，沉降速率大，湖盆發(fā)展達(dá)到鼎盛時期；長6段時期為湖盆穩(wěn)定階段，基底開始抬升，湖泊收縮為“湖退砂進(jìn)”三角洲建設(shè)時期[5,9]。受南、西南方向的物源影響，研究區(qū)在長7段時期廣泛發(fā)育深湖亞相；在長6段時期，深湖線向北東方向推進(jìn)，主要發(fā)育深湖和三角洲前緣亞相。研究區(qū)湖盆的底部形態(tài)較東北部地區(qū)陡，該時間段的沉積作用又增加了研究區(qū)沉積的特殊性。

2沉積特征

2.1湖岸線及深湖線特征

水體影響沉積環(huán)境，所以沉積物巖性特征、巖石礦物學(xué)、沉積構(gòu)造、古生物、自生礦物以及測井相等可以反映古時候水的深度[10-11]。結(jié)合砂地比值以及泥頁巖分布范圍，以點(diǎn)到線確定湖岸線和深湖線的位置。長7段沉積時期，盆地西南部基底劇烈下沉，湖岸線外擴(kuò)，旬邑地區(qū)全區(qū)處于深水環(huán)境，僅在長71組時期，研究區(qū)以南湖水較淺，發(fā)育淺湖亞相。在長6段時期，盆地基底抬升，湖泊收縮伴隨著砂體大范圍向湖推進(jìn)，湖岸線向北移動至旬邑以北，長63組到長61組的相對繼承性較好。

2.2沉積相及砂體展布

長7段大范圍湖侵期沉積格局以發(fā)育半深湖、深湖相為特征，南部有小范圍三角洲前緣過渡帶。砂體主要以深水重力流沉積為主，規(guī)模較小；剖面縱向序列以“泥包砂”為特征，砂體厚度較薄，從小層來看，長73組 — 長71組砂體漸厚，展布范圍擴(kuò)大。在長6段時期主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣 — 半深湖、深湖沉積體系，構(gòu)造高差大，沉積物源供給充沛，形成規(guī)模較大、連續(xù)性好的河道砂體和深水重力流沉積，砂體穩(wěn)定，擺幅較小且延伸較遠(yuǎn)；縱向上呈“砂包泥”特征，各小層砂體厚度較大(累計(jì)厚度超過15 m)。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造區(qū)位圖

2.2.1辮狀河三角洲前緣 — 淺湖沉積

由于地層構(gòu)造抬升，研究區(qū)東南部地層部分剝蝕，主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積。作為三角洲沉積的主體部分，三角洲前緣細(xì)分為水下分流河道和分流間灣微相，水下分流河道砂體在剖面上呈頂平下凸的透鏡體，縱向上呈正旋回特征，常與間灣和淺湖的泥質(zhì)沉積共生并相互疊置。河道砂質(zhì)沉積以細(xì)砂巖為主，砂巖中見砂紋交錯層理、槽狀交錯層理和平行層理等，常見垂直蟲孔、植物碎屑化石層面富集且部分炭化。淺湖亞相常在平面上呈環(huán)帶狀分布，空間上與三角洲前緣部分疊置。該區(qū)帶水體較淺且隨著水位升降，沉積物間歇性暴露地表，呈弱還原沉積環(huán)境。研究區(qū)坡度較大，湖平面的升降對湖岸線的橫向遷移影響較大[4]。淺湖亞相以暗色細(xì)粒含粉砂泥巖沉積為主，泥巖中可見水平層理，植物化石豐富。此外，常見介形蟲、雙殼類等動物化石，砂體以薄層灘壩砂體為主，砂體常受湖浪和湖底地形影響呈席狀且大致平行于湖岸線。

2.2.2半深湖 — 深湖相沉積

研究區(qū)在長7段及長6段沉積時期大范圍發(fā)育半深湖 — 深湖亞相。巖性以深灰 — 灰黑色泥巖、頁巖和油頁巖及少量粉砂巖為主，砂紋層理和水平層理發(fā)育。泥巖質(zhì)純，偶見介形蟲、魚鱗(圖2a)、魚牙等動物化石，少見植物化石。長7段泥巖、油頁巖中常夾有薄層凝灰?guī)r，部分粉細(xì)砂巖中凝灰?guī)r呈漂礫狀產(chǎn)出。凝灰?guī)r顏色鮮艷，多呈灰褐、灰黃色。由于構(gòu)造活動或者重力滑動引起的再沉積等作用的影響，凝灰?guī)r夾層多與上、下巖層存在揉皺變形或滑塌現(xiàn)象[12]。旬邑地區(qū)長6段油層組的砂體較長7段發(fā)育，研究區(qū)深湖砂質(zhì)沉積以重力流沉積組合為主。砂巖部分厚層塊狀產(chǎn)出，砂泥巖界面常見火焰狀構(gòu)造和反映深水重力流沉積的槽模、溝模等層面構(gòu)造。根據(jù)成因類型細(xì)分為：

(1)濁流沉積。濁流是一種具牛頓流變性質(zhì)、呈紊亂狀態(tài)的沉積物重力流，其沉積物支撐機(jī)制是湍流[13]。通過懸浮沉降的方式卸載內(nèi)部的沉積物顆粒，在重力作用下大顆粒先于小顆粒沉降，所以相對于沖刷面和槽模[14-15]，鑒定濁流沉積最重要的一個標(biāo)志是粒序?qū)永?。研究區(qū)長6 — 長7段的濁流沉積主要是暗灰色細(xì)砂巖、粉砂巖及灰黑色泥質(zhì)粉砂巖，巖心上可明顯見到砂巖與下覆泥巖呈突變接觸，且常在接觸面上見到溝模、槽模(圖2f)，頂部多呈漸變接觸?？v向上，典型單層濁積砂體為舌狀或朵狀扇體[16]，由于后期重力流沉積推進(jìn)、侵蝕，常見不完整的鮑馬序列疊置，單層厚度一般為2~50 cm(圖2c)。

(2)滑塌沉積。研究區(qū)的滑塌沉積系原始欠壓實(shí)、未固結(jié)的三角洲前緣沉積物在重力滑動、滑塌作用下沿著斜坡向下塊體搬運(yùn)而形成，沉積物砂泥混雜并具有明顯的變形構(gòu)造[17-18]。常見包卷層理、枕狀構(gòu)造、液化卷曲變形等(圖2d)。長6 — 長7段沉積期，由于構(gòu)造活動的影響(印支運(yùn)動)，地震活動頻繁，使得研究區(qū)坡折帶發(fā)育的三角洲前緣沉積物部分液化，當(dāng)重力剪切力大于沉積物抗剪強(qiáng)度時，沉積物整體順坡滑移，形成滑塌巖[19]。同時，在搬運(yùn)過程中，原有沉積特征被改造的同時也改變了三角洲前緣的結(jié)構(gòu)。部分滑塌沉積位移較小，尚未脫離三角洲前緣；另一部分在向深湖卸載的過程中向濁流 — 碎屑流轉(zhuǎn)換，印證了砂質(zhì)碎屑流和滑塌沉積在空間上部分疊置的現(xiàn)象。

(3)砂質(zhì)碎屑流沉積。砂質(zhì)碎屑流是一種以砂質(zhì)為主，可混雜礫石(陸源礫石、泥礫)和泥質(zhì)的非黏結(jié)性碎屑流，流變學(xué)屬于塑性流，運(yùn)動狀態(tài)為層流，以整體凍結(jié)的方式發(fā)生沉積[20-21]。通過對研究區(qū)40余口鉆井巖心及若干剖面仔細(xì)觀察和分析，見到一套深湖厚層砂巖[6]，此段砂巖已經(jīng)引起許多專家學(xué)者的注意，它是長6 — 長7段致密儲層砂巖的主要類型。本次研究將這類砂巖歸為砂質(zhì)碎屑流。砂質(zhì)碎屑流沉積沒有牽引流沉積的一些特殊沉積構(gòu)造，沒有粒序?qū)永?，該點(diǎn)有別于濁流沉積。其多見于厚層灰色、灰綠色塊狀細(xì)砂巖中且普遍含油；砂巖中上部常見順層的泥質(zhì)撕裂屑，呈云朵狀、漂礫狀產(chǎn)出(圖2b)；底部層流段對下覆沉積物的侵蝕性較濁流弱，因此砂巖底部接觸面較平坦。在野外常見這套厚層深水塊狀細(xì)砂巖，一般厚度大于0.5 m，最大可達(dá)10 m以上，橫向展布差異大。

旬邑地區(qū)長6 — 長7段時期經(jīng)歷了湖盆劇烈下沉 — 穩(wěn)定抬升的過程。印支運(yùn)動使秦嶺造山帶向鄂爾多斯盆地強(qiáng)烈擠壓碰撞，地殼撓曲變形，形成了盆地西南部的陡坡和大面積深湖區(qū)地形[22]。同時，伴生了一系列的地震、火山活動、風(fēng)暴潮以及洪水等陣發(fā)性事件，直接或間接地誘發(fā)了重力流沉積。研究區(qū)出現(xiàn)的階梯狀微斷層(圖2e)、液化砂巖脈、包卷變形和多層凝灰?guī)r夾層都是事件沉積的沉積響應(yīng)[22]。巖心觀察中見大量的植物碎片、厚層泥頁巖以及暗色砂巖；長7段油層組雙扇蕨科的孢子也開始出現(xiàn)并逐漸增多[23]；黏土礦物以高嶺石和高嶺石的轉(zhuǎn)化物為主，反映了溫暖潮濕的氣候條件為物源供給奠定了基礎(chǔ)。

研究區(qū)構(gòu)造上屬于受斷裂控制的陡坡區(qū)[9]，沉積相帶相對較窄，物源充足，沉積速度快。旬邑地區(qū)發(fā)育從三角洲前緣 — 深湖相完整的近源碎屑沉積體系，除西南部分三角洲前緣發(fā)育水下分流河道砂體以外，本區(qū)大量發(fā)育深湖重力流沉積。在深水坡折帶附近，三角洲前緣松散的前積層在不穩(wěn)定狀態(tài)下，在地震、火山等觸發(fā)機(jī)制下誘發(fā)滑動與滑塌事件，使得液化沉積物呈塊體順坡下滑，隨著水體不斷加入，巖層密度降低并以碎屑流的形式呈層狀流動。碎屑流具有塑性流體特征，流體具有一定的浮力和流體強(qiáng)度[15]，所以砂質(zhì)碎屑流的中上部常見泥質(zhì)撕裂屑，而且順層定向排列。隨著碎屑流繼續(xù)流動，外部水分的不斷進(jìn)入和自身沉積物的不斷卸載[24]，流體密度降低，從而沉積物轉(zhuǎn)換成紊流態(tài)而形成濁流。受湖底地形限制或重力作用降低的影響，濁流沉積發(fā)生在遠(yuǎn)端的深湖平原帶，空間上位于砂質(zhì)碎屑流的頂部和前方，見圖3[17]。由于多期砂體的侵蝕、疊加，最終形成了不規(guī)則的舌狀或朵狀復(fù)雜互層砂體。

圖3　旬邑地區(qū)長6 — 長7段沉積模式圖

3結(jié)語

(1)旬邑地區(qū)延長組長6 — 長7段沉積時期發(fā)育三角洲前緣 — 半深湖、深湖近源碎屑沉積體系，長7段廣泛發(fā)育深湖亞相；在長6段沉積時期，深湖線向北東方向推進(jìn)至旬邑以北，主要發(fā)育半深湖 — 深湖和三角洲前緣亞相。三角洲前緣水下分流河道和深水重力流沉積砂體是研究區(qū)的骨架砂體，為油氣儲集提供空間。

(2)在長7段時期沉積的深湖暗色厚層泥巖、泥頁巖富含有機(jī)質(zhì)且處于低成熟 — 成熟階段，具有較好的生烴潛力。本區(qū)泥頁巖中見到大量的凝灰?guī)r夾層為延長組地層對比提供依據(jù)，同時也反映了長7段時期復(fù)雜的構(gòu)造活動；凝灰?guī)r的沉積會形成短暫的還原環(huán)境，加上凝灰?guī)r放射性所引起的熱效應(yīng)促進(jìn)了烴源巖的發(fā)育。

(3)研究區(qū)在長6 — 長7段沉積時期大范圍發(fā)育深水重力流沉積，按成因類型劃分為滑塌沉積、濁流沉積和砂質(zhì)碎屑流沉積。在搬運(yùn)沉積過程中，受復(fù)雜沉積環(huán)境(地震、火山、風(fēng)暴等)的影響，會出現(xiàn)由滑塌轉(zhuǎn)換為濁流，進(jìn)而再轉(zhuǎn)換為砂質(zhì)碎屑流沉積這一過程。由于多期重力流沉積的侵蝕、疊置，最終形成以砂質(zhì)碎屑流為主、濁流沉積互層的儲集體。同時，這一階段的砂體在空間上剛好置于優(yōu)質(zhì)烴源巖之上或者與其互層，具備良好的“生、儲、蓋”組合條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳全紅,李文厚,郭艷琴,等.鄂爾多斯盆地南部延長組濁積巖體系及油氣勘探意義[J].地質(zhì)學(xué)報,2006(5):656-663.

[2] 羅靜蘭,李忠興,史成恩,等.鄂爾多斯盆地西南部上三疊統(tǒng)延長組長8、長6油層組的沉積體系與物源方向[J].地質(zhì)通報,2008,27(1):101-111.

[3] 楊華,劉自亮,朱筱敏,等.鄂爾多斯盆地西南緣上三疊統(tǒng)延長組物源與沉積體系特征[J].地學(xué)前緣,2013(2):10-18.

[4] 鄧秀芹,付金華,姚涇利,等.鄂爾多斯盆地中及上三疊統(tǒng)延長組沉積相與油氣勘探的突破[J].古地理學(xué)報,2011(4):443-455.

[5] 李文厚,龐軍剛,曹紅霞,等.鄂爾多斯盆地晚三疊世延長期沉積體系及巖相古地理演化[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(3):501-506.

[6] 付鎖堂,鄧秀芹,龐錦蓮.晚三疊世鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心厚層砂體特征及形成機(jī)制分析[J].沉積學(xué)報,2010(6):1081-1089.

[7] 趙俊興,李鳳杰,申曉莉,等.鄂爾多斯盆地南部長6和長7油層濁流事件的沉積特征及發(fā)育模式[J].石油學(xué)報,2008(3):389-394.

[8] 張世懋,丁曉琪.鄂爾多斯盆地延長組濁積巖特征及其影響因素[J].測井技術(shù),2011(6):594-598.

[9] 何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003:95-105.

[10] 朱靜,朱亞軍,辛紅剛,等.鄂爾多斯盆地延長組長9油層組沉積特征[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013(1):93-100.

[11] 王若谷.鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6-長7油層組沉積體系研究[D].西安：西北大學(xué),2010:23-25.

[12] 邱欣衛(wèi),劉池洋,李元昊,等.鄂爾多斯盆地延長組凝灰?guī)r夾層展布特征及其地質(zhì)意義[J].沉積學(xué)報,2009(6):1138-1146.

[13] 高紅燦,鄭榮才,魏欽廉,等.碎屑流與濁流的流體性質(zhì)及沉積特征研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2012(8):815-827.

[14] 廖紀(jì)佳,朱筱敏,鄧秀芹,等.鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組重力流沉積特征及其模式[J].地學(xué)前緣,2013(2):29-39.

[15] 孫國桐.深水重力流沉積研究進(jìn)展[J].地質(zhì)科技情報,2015(3):30-36.

[16] 楊仁超,何治亮,邱桂強(qiáng),等.鄂爾多斯盆地南部晚三疊世重力流沉積體系[J].石油勘探與開發(fā),2015,41(6):661-670.

[17] 袁珍,李文厚,范萌萌,等.深水塊狀砂巖沉積特征及其成因機(jī)制探討:以鄂爾多斯盆地東南緣上三疊統(tǒng)長6油層組為例[J].地質(zhì)科技情報,2011(4):43-49.

[18] 李相博,陳啟林,劉化清,等.鄂爾多斯盆地延長組3種沉積物重力流及其含油氣性[J].巖性油氣藏,2010(3):16-21.

[19] 夏青松,田景春.鄂爾多斯盆地南部上三疊統(tǒng)延長組震積巖的發(fā)現(xiàn)及地質(zhì)意義[J].沉積學(xué)報,2007(2):246-252.

[20] SHANMUGAM G. High-density Turbidity Currents: Are They Sandy Debries Flows?[J]. Journal of Sedimentary Reasearch, 1996,66(1):2-10.

[21] SHANMUGAM G. Ten Turbidite Myth[J]. Earth Science Review, 2002,58:311-341.

[22] 陳安清,陳洪德,侯明才,等.鄂爾多斯盆地中 — 晚三疊世事件沉積對印支運(yùn)動Ⅰ幕的指示[J].地質(zhì)學(xué)報,2011(10):1681-1690.

[23] 鄧秀芹,李文厚,劉新社,等.鄂爾多斯盆地中三疊統(tǒng)與上三疊統(tǒng)地層界線討論[J].地質(zhì)學(xué)報,2009(8):1089-1096.

[24] 李林,曲永強(qiáng),孟慶任,等.重力流沉積:理論研究與野外識別[J].沉積學(xué)報,2011(4):677-688.

The Sedimentary Characteristics of Chang 6 & 7 Formations >of Triassic in Xunyi Area

WENJinhuaLIWenhouLIZhichaoCHENMeng

(Department of Geology, Northwest University, Xi′an 710069, China)

Abstract:Under the circumastances of accelerating the oil & gas exploration for tight reservoirs, further study to sedimentary characteristics is becoming more significant. This paper analyzed the depositional characteristics of Chang 6 & 7 oil formations of Triassic in Xunyi area, based on abundant previous achievements and detailed data which concerning core, logging and outcrop strata. During the period, this area located in structural slope zones and its depositional supply was sufficent; meanwhile, the transformation of sedimentary facies was fast. Braid-river delta front to deep lacustrine facies dominated here in Chang 6 & 7 sedimentary system which approached the provenance. The sand body were mainly consist of underwater distributary channel sand bodies and deep-water gravity current deposits. Debris flows which were accompanied by slides, slumps and turbidity currents occupied the major part of sand body in deep-water deposition. The thin layers of tuff and deformation structures in oil shale reflected frequent volcanic activities and tectonic movements. This also provided a basis for triggering conditions of gravity current in deep-water.

Key words:Xunyi area; tight oil and gas; sedimentary system; gravity flow in deep-water

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)01-0012-05

中圖分類號：P512

作者簡介：聞金華(1989 — ) 男，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槌练e學(xué)與石油地質(zhì)學(xué)。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目“坳陷型富烴凹陷的主要特征和形成的動力學(xué)環(huán)境 —— 以鄂爾多斯盆地為例”(41330315)

收稿日期：2015-09-24