柴西南阿拉爾地區(qū)古近紀—新近紀地層結構及環(huán)境特征

吳彭珊，肖傳桃

(長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100)

0 前 言

柴達木盆地是我國重要的含油氣盆地之一，近30年來隨著構造油氣藏勘探難度逐漸增大[1]，人們逐漸轉向隱蔽圈閉—巖性油氣藏的研究，層序地層學理論的運用能控制隱蔽油氣藏在縱橫向上的分布，因此被成熟地運用到各項盆地研究和油氣勘探與開發(fā)中[2-3]。

地層結構指地層序列內巖層的疊覆與堆積型式，是建立在旋回沉積作用和旋回沉積序列的思想上。杜遠生等曾提出過一套地層結構的劃分方案[4]。層序地層學中與之對應的概念為準層序，20世紀70年代起，層序地層學經歷了以Vail[5]和Galloway為代表的經典層序地層學到以Cross[6]為代表的高分辨率層序地層學的演變。鄧宏文等引入國內逐漸完善并運用到地層研究中，后我國學者又將該理念引入到陸相盆地研究領域，取得了豐碩的理論研究成果和實踐應用效果[7-8]。目前，柴西南有關地層結構的報道少見，本文將對阿拉爾地區(qū)進行地層結構討論，解釋形成機理，并結合地層巖性、古生物特征及研究區(qū)地層結構的疊置規(guī)律，對其沉積環(huán)境特征進行分析，為以后的油氣勘探工作提供一些參考價值。

1 區(qū)域地質背景

柴達木盆地位于青藏高原的北部，西北為阿爾金山，東北接祁連山，南抵昆侖山，東以秦嶺為界，大地構造位置處于亞洲中軸域和特提斯—喜馬拉雅構造域的結合部位[9]。中新生代以來沉積構造演化分為：J-K的邊緣斷陷期、E-N22的內陸坳陷期、N23-Q的上升褶皺期，呈復雜的盆地疊加組合關系。古近紀至新近紀期間，祁連與昆侖造山帶的擠壓作用使之由斷陷發(fā)展成前陸盆地[10]。

阿拉爾地區(qū)位于柴達木盆地西南部(見圖1)，構造上位于西部凹陷區(qū)阿拉爾大斷裂帶，有前人研究指出穩(wěn)定的阿拉爾水系和較緩的斜坡坡度，使阿拉爾地區(qū)發(fā)育較為穩(wěn)定的長源型河流—三角洲—濱淺湖相沉積體系[11]。柴西南新生代地層發(fā)育齊全，本文主要研究下干柴溝組—下油砂山組，其地層發(fā)育特征簡述如圖2。

2 地層結構類型及其形成機理

通過分析研究區(qū)的沉積剖面和巖芯測井資料，識別出地層結構：均質型和非均質型(互層式、夾層式、有序多層式、無序多層式)，將有序分為進積型和退積型。以阿3井為例，在圖2中截取了各類型具代表性的沉積樣式。

圖1 研究區(qū)構造分區(qū)和位置圖

圖2 阿拉爾地區(qū)古近紀-新近紀巖性、沉積環(huán)境、地層結構、湖平面變化綜合圖

2.1 均質型(均一式)

均質型顧名思義就是單一巖層組成的巖體，巖層的成分、顏色和厚度近等，為環(huán)境穩(wěn)定或突發(fā)性事件發(fā)生時的垂向加積，該類型在研究區(qū)普遍出現(xiàn)。環(huán)境相對穩(wěn)定時沉積物堆積速度(S)與盆地可容空間增長速度(A)大體一致，形成如砂質泥巖的巖層；氣候干旱時，具較強的熱蒸化作用，水體廣闊，地勢平坦，季節(jié)性暴雨經常引起區(qū)域性泥石流沉積。

2.2 互層式

互層式是兩種厚度近等的巖層交互沉積的產物，可認為是兩個準層序組成的準層序組，為一個水進水退周期性變化的沉積環(huán)境，此類型主要發(fā)育于濱淺湖亞相。S>A時，沉積物推進，淺水沉積物覆蓋在相對較深水沉積上，隨后S<A階段，湖面明顯下降，沉積物再次進積，形成新的準層序，疊覆在前期準層序頂界湖泛面之上。

2.3 夾層式

夾層式與均一式類似為垂向加積，該類型在研究區(qū)普遍存在。根據主體巖性粗細，可分為泥夾砂和砂夾泥。周緣構造抬升或突發(fā)性事件，近物源的粗粒砂巖或礫巖供給，形成小段砂層或礫巖層，最終形成泥夾砂結構。

2.4 有序多層式

2.4.1 進積型

進積型結構可認為是多個準層序組成的準層序組，形成自下而上由細變粗，水體向上變淺的反旋回層序樣式，砂體厚度不斷加大，泥巖逐漸減薄，砂泥比值增大，為高水位體系域的特征，反映湖水由高水位轉向低水位的沉積環(huán)境。GR和SP曲線表現(xiàn)為漏斗形，說明水動力向上增強，顆度逐漸變粗。此類型主要發(fā)育于研究區(qū)濱淺湖亞相。

在湖平面由緩慢上升轉為快速下降時期，基準面大幅下降，可容空間減小，物源供給量無或很少，為無沉積狀態(tài)，后因季節(jié)性暴雨區(qū)域性泥石流，沉積物補給量增多或變粗，因而發(fā)育加積—(弱)進積作用。多次次級的湖平面變化構成的湖平面總體下降，導致沉積物供給一直處于大于可容空間狀態(tài)，較年輕沉積物向盆地中央推進，形成了由泥巖，砂質泥巖和礫巖構成的混合進積型疊置體。

2.4.2 退積型

退積型結構為自下而上由粗變細、水體向上變深的正旋回沉積層序，砂巖單層厚度逐漸變薄，泥巖厚度增大，砂泥比值降低，為低水位體系域的特征，反映湖水低水位向高低水位轉變的沉積環(huán)境。GR和SP曲線多出現(xiàn)鐘形，表明水動力向上減弱，粒度變細。此類型主要發(fā)育于研究區(qū)扇三角洲平原亞相環(huán)境。

湖平面在快速下降隨后緩慢上升時期，沉積物供給速率跟不上可容空間增長速率，較年輕沉積物向盆地邊緣退卻或側向轉移，部分地區(qū)處于非補償狀態(tài)，多次次級的湖平面變化構成的湖平面總體上升最終形成退積序列。

2.5 無序多層式

無序多層式形成作用較復雜，由于旋回沉積作用不明顯，或受基底升降、湖平面、氣候變化及沉積物供給的影響，環(huán)境變化規(guī)律性不強，使地層的有序性降低。

3 各組地層結構組成及環(huán)境特征

古新世和始新世早期，青藏高原抬升使印度板塊向歐亞板塊俯沖，研究區(qū)進入全面沉降階段，坳陷幅度急劇增大，形成坳陷湖盆[12]。現(xiàn)結合相關資料，總結分析了研究區(qū)各組主要地層結構組成與環(huán)境特征。

3.1 下干柴溝組

1)下段有均一式、互層式、夾層式、進積型和退積型地層結構，沉積環(huán)境經歷了扇三角相平原—淺湖—濱湖—扇三角洲平原變化。

下部沉積期湖水面積開始擴大，地層中富含發(fā)育于溫涼干旱氣候下的喜鹽類生物化石Austrocypris(南星介)[13]，表明繼承了路樂河組時期的干旱氣候。巖芯發(fā)現(xiàn)為厚層至塊狀礫巖夾中薄層泥巖、砂質泥巖，砂礫巖含量高，分選差，這些與泥石流和漫流的沉積特點類似。

中部時期湖平面持續(xù)上升，分布范圍變大，沉積了棕紅色、褐色的泥巖、砂質泥巖等互層明顯的氧化色沉積物，見暴露沉積構造，形成以濱淺湖亞相(淺湖泥和濱湖泥)為特征的水進體系域沉積，局部見風暴沉積。受湖水頻繁進退的影響，濱淺湖地區(qū)更易形成互層式結構；而在細粒沉積物供給充足且水體環(huán)境平穩(wěn)時，泥巖均一式結構易出現(xiàn)。沉積末期，出現(xiàn)本區(qū)古近紀—新近紀的第一次洪泛事件[13]，可容空間相對最大，洪泛面之下水體較深，表現(xiàn)為退積型結構，為淺湖泥沉積；洪泛面之上水體變淺，表現(xiàn)為進積型結構，為濱湖泥沉積。湖進作用也為介形蟲Austrocypris的廣泛發(fā)育提供了良好的生存條件[14]。

上部沉積期小幅度水退，可容空間減小，加上水體動蕩，粗粒碎屑巖在洪泛作用下進入湖泊，再次發(fā)育泥石流、漫流沉積，疊覆在前期的濱淺湖泥沉積上。介形蟲Austrocypris數(shù)量的急劇減少，最后甚至滅絕，這與當時氣候波動變化不無關系。巖層中開始出現(xiàn)的碳酸鹽巖和生物礁沉積物表明，氣候發(fā)生了從溫涼干旱到后期暖熱的變化。湖盆的快速擴張和基準面的迅速下降，使進積型結構不發(fā)育或缺失。

2)上段與下段一樣有5種類型地層結構，沉積環(huán)境為濱湖—淺湖。繼承了之前湖平面的緩慢下降，后來發(fā)生的喜山Ⅰ幕中期運動，使研究區(qū)進入拗陷時期，劇烈的擠壓作用導致湖平面再次上升，形成該區(qū)第二次也是最大的一次洪泛事件，濱湖、淺湖沉積廣泛發(fā)育，是烴源巖形成的有利時期，也是研究區(qū)最大湖侵時期沉積的主力生油巖[14]。湖水動力穩(wěn)定，水體中光線和含氧量充足，碳酸鹽巖與生物介形蟲Cyprinotus廣泛發(fā)育。

3.2 上干柴溝組

上干柴溝組有均一式、夾層式和退積型地層結構，為扇三角相平原沉積環(huán)境。在與下組地層交界附近，出現(xiàn)由灰色、灰白色砂質泥巖轉為棕紅色砂質泥巖和礫巖的巖性突變現(xiàn)象，表明沉積環(huán)境由還原轉為氧化，有湖泊逐漸收縮跡象，故研究區(qū)可能又發(fā)生了一次氣候波動，有結果顯示，漸新世—中新世出現(xiàn)全球氣候變冷事件[13]，而本層恰巧出現(xiàn)在該時間段內，故氣候由暖熱往半干旱轉變。

研究區(qū)夾在阿爾金、昆侖山和祁連山造山帶之間的構造活動帶邊緣，弱降雨和較強熱蒸化作用，使河流攜帶大量近物源區(qū)粗粒沉積物流入湖泊，泥石流與漫流沉積多發(fā)育。喜山Ⅰ幕晚期運動使基準面上升，研究區(qū)盆地回返，湖平面快速上升后迅速下降，上升時廣布型介形蟲Hemicyprinotus(半美星介)廣泛發(fā)育。此外還發(fā)現(xiàn)研究區(qū)存在Hemicyprinotus與多門類淺水生物化石交替的現(xiàn)象[15]，表明水體環(huán)境為淡、咸水過渡。該時期研究區(qū)主要為退積型結構疊加樣式。

3.3 下油砂山組

下油砂山組有均一式、夾層式和退積型地層結構，沉積環(huán)境為扇三角相平原。喜山Ⅱ幕運動造成昆侖山抬升，使湖盆面積迅速縮小，可容空間減小，而陸源碎屑物增加，繼承了周期性泥石流與漫流交替的沉積環(huán)境。從上干柴溝組頂部開始出現(xiàn)的Hemicyprinotus滅絕事件和兩組交界處表現(xiàn)的不同氣候背景的沉積物，暗示又發(fā)生了干旱加劇的氣候變化，湖盆水體咸化。地區(qū)構造的不穩(wěn)定，使得剛沉積好的進積型序列沉積或多或少被剝蝕改造，甚至缺失，因此該巖段也由多期退積型地層疊置而成。

4 結 論

1)研究區(qū)識別出均質型和非均質型(互層式、夾層式、進積型、退積型、無序多層式)地層結構，垂向上各沉積期地層結構呈不同疊置組合。

2)均一式和夾層式為沉積環(huán)境較為穩(wěn)定時；互層式多受湖水頻繁進退的影響，是濱淺湖亞相的特色；進積型為湖泊收縮時，沉積物供給速率大于可容空間速率，發(fā)育于濱淺湖環(huán)境；退積型處于湖泊擴張階段，沉積物供給速率小于可容空間速率，發(fā)育于泥石流與漫流沉積環(huán)境。

3)識別出扇三角洲平原和濱淺湖2種沉積亞相及部分微相類型，垂向上表現(xiàn)為扇三角洲平原和濱淺湖交替沉積，湖平面經歷多次升降旋回，氣候表現(xiàn)為溫涼干旱—暖熱—半干旱—干旱加劇變化，水體逐漸咸化，沉積環(huán)境由還原轉向氧化。