內(nèi)蒙古雅布賴盆地紅柳溝中侏羅統(tǒng)沉積相及沉積環(huán)境研究

鐘福平,鐘建華,由偉豐,王 勇,張 磊,邊 強,艾合買提江·阿不都熱和曼,高玉飛,王金華

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣東廣州 510640;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049; 3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061;4.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;5.中國人民解放軍空軍95338部隊1大隊,湖南衡陽 421200)

內(nèi)蒙古雅布賴盆地紅柳溝中侏羅統(tǒng)沉積相及沉積環(huán)境研究

鐘福平1,2,鐘建華1,3,由偉豐4,王 勇1,張 磊3,邊 強5,艾合買提江·阿不都熱和曼3,高玉飛3,王金華3

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣東廣州 510640;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049; 3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061;4.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;5.中國人民解放軍空軍95338部隊1大隊,湖南衡陽 421200)

野外考察發(fā)現(xiàn),雅布賴盆地紅柳溝發(fā)育一套較完整的中侏羅統(tǒng)扇三角洲沉積地層。其中沉積亞相有扇三角洲平原、扇三角洲前緣及前扇三角洲亞相;沉積微相包括辮狀河道、天然堤、決口、沼澤、水下分流河道、水下分流河道間、河口壩、席狀砂等沉積微相。從沉積構(gòu)造特征分析可以看出,河道沉積發(fā)育于水動力條件較強的沉積環(huán)境,扇三角洲前緣河口壩沉積發(fā)育于強與弱水動力條件交替出現(xiàn)的沉積環(huán)境,而前扇三角洲則在比較穩(wěn)定的水動力條件下沉積。對野外6個泥巖樣品的微量元素化驗結(jié)果用蜘蛛圖解分析處理,得到樣品所含微量元素V、Sr、Rb、B相對富集,而Zr、Cr、Ni相對虧損。通過對該地區(qū)樣品w(Fe2+)/w(Fe3+)及氣候指數(shù)計算表明,當時為弱氧化、半干旱的沉積環(huán)境。

中侏羅統(tǒng);沉積相;沉積環(huán)境;青土井組;雅布賴盆地;紅柳溝

0 引言

雅布賴盆地位于內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū),大地構(gòu)造位置處于阿拉善地塊北部活化帶,南部以北大山北緣推覆斷裂帶為界,北以雅布賴—阿拉善右旗北—羊圈溝斷裂為界[1-2]。研究區(qū)紅柳溝(圖1)位于雅布賴盆地內(nèi)薩爾臺拗陷東北部,該地發(fā)育了一套較

圖1 紅柳溝在雅布賴盆地西部拗陷的位置Fig.1 Position of Hongliugou in the West

圖2 雅布賴盆地LY89-53線地震解釋結(jié)構(gòu)剖面Fig.2 Seism ic Interpretation Section of L ine LY89-53 in Yabulai Basin

Depression of Yabulai Basin完整的中下侏羅統(tǒng)沉積地層[3]。吳茂炳等[1]通過單井相與地震相對拗陷中下侏羅統(tǒng)青土井群進行劃分;筆者立足野外觀測及野外樣品化驗結(jié)果,對該地的沉積相、亞相、微相及沉積環(huán)境進行了研究,認為青土井組為雅布賴盆地一套有利的烴源巖,薩爾臺拗陷是一個有利的潛在油氣勘探區(qū)。

1 雅布賴盆地構(gòu)造演化特征

雅布賴盆地是早侏羅統(tǒng)形成的小型斷陷盆地[1,4]。早侏羅世,北大山北緣斷裂活動加劇,盆地南部急劇下降,出現(xiàn)了南深北淺的構(gòu)造格局和南斷北超的沉積特征,沿北大山形成了沉積中心(圖2);中侏羅世,北大山北緣斷裂持續(xù)活動,強度不斷增大,沉積范圍和沉降速率加快,沿此斷裂的下降盤形成了薩爾臺和小湖子沉積凹陷帶,在薩爾臺凹陷中沉積了巨厚的中侏羅統(tǒng)青土井組地層,與此同時,雅布賴山南緣斷裂也開始了活動[1,5-7]。

雅布賴盆地在形成演化過程中,受區(qū)域構(gòu)造環(huán)境變化的影響及盆地形成主控因素的差異,導(dǎo)致侏羅紀盆地與白堊紀盆地在空間上不重疊,構(gòu)成錯列式疊加方式(圖2)。

雅布賴盆地在地質(zhì)演化過程中受燕山期、喜山期構(gòu)造運動的影響,所遭受的伸展作用逐期減弱,而擠壓作用逐期增強,原型盆地的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及沉積相系也相應(yīng)經(jīng)受了改造、破壞和疊合,最終形成了現(xiàn)今的殘余盆地[1,5]。

2 紅柳溝沉積相類型

紅柳溝剖面位于雅布賴盆地南部薩爾臺凹陷內(nèi)東北部(圖1)。野外露頭實地考察發(fā)現(xiàn),該地主要發(fā)育扇三角洲相沉積,自下而上發(fā)育前扇三角洲亞相、扇三角洲前緣亞相和扇三角洲平原亞相,巖性為紫紅色、紫色、灰綠色及灰色礫巖、含礫砂巖、中—細砂巖、粉砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖(圖3)。

2.1 扇三角洲平原亞相

圖3 雅布賴盆地紅柳溝中侏羅統(tǒng)地質(zhì)狀況Fig.3 Geological Condition of M iddle Jurassic in Hongliugou of Yabulai Basin

該相為扇三角洲水上部分,其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造表現(xiàn)為沖積扇的沉積特征。其最重要標志是共生的泥巖多為氧化色;發(fā)育槽狀交錯層理、遞變層理及斜層理。砂礫巖在垂向上以塊狀韻律層疊置為特征,底部見沖刷構(gòu)造[8]。根據(jù)巖性組合、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征等,細分為辮狀河道[9-10]、天然堤沉積微相、決口扇沉積微相及沼澤沉積微相。

2.1.1 辮狀河道沉積微相

辮狀河道沉積微相主要為淺紅色、灰白色礫巖、砂質(zhì)礫巖和礫狀砂巖所構(gòu)成。礫石成分復(fù)雜,大小不等,雜亂分布,呈次棱角—棱角狀,分選差。礫巖多為碎屑支撐,礫石間為混合雜基充填,發(fā)育槽狀交錯層理及遞變層理,底部見沖刷面(圖4、5)[8]。

2.1.2 天然堤沉積微相

天然堤沉積微相發(fā)育在分支河道的兩側(cè),以細砂和粉砂沉積為主,遠離河床變細,泥質(zhì)增多。其具有波狀交錯層理、水平層理及流水波痕。

2.1.3 決口扇沉積微相

決口扇沉積微相主要由細砂巖、粉砂巖構(gòu)成,具有小型交錯層理。

圖4 發(fā)育槽狀交錯層理的河道沉積微相Fig.4 M icrofacies of Channel Which Develop Trough Cross Bedding

圖5 發(fā)育槽狀交錯層理及遞變層理底沖刷面的河道沉積微相Fig.5 M icrofacies of Channel Which Develop Trough Cross Bedding,Graded Bedding and Erodsion Surface

2.1.4 沼澤沉積微相

沼澤沉積微相位于分支河道間低洼地區(qū),其表面接近平均高潮線,主要由炭質(zhì)泥巖、泥巖、煤層組成,具有水平層理。

2.2 扇三角洲前緣亞相

該亞相是扇三角洲沉積的主體,也是砂體最發(fā)育的部位,處于水下,分布范圍最大,可進一步劃分為水下分流河道、河道間、河口壩及席狀砂等沉積微相[8]。

2.2.1 水下分流河道沉積微相

水下分流河道沉積微相沉積物主要為礫狀砂巖、含礫砂巖和砂巖,礫巖量少,分選及磨圓中等[8]。以小型槽狀交錯層理為主,中間有時見泥質(zhì)條帶,底部見沖刷面(圖6、7)。

圖6 發(fā)育槽狀交錯層理及沖刷面的水下分流河道沉積微相Fig.6 M icrofaciesof Underwater Distributary Channel Which Develop Trough Cross Bedding and Erodsion Surface

圖7 發(fā)育沖刷面的水下分流河道沉積微相Fig.7 M icrofacies of Underwater Distributary Channel Which Develop Erodsion Surface

2.2.2 水下分流河道間沉積微相

水下分流河道間沉積微相位于水下分流河道的兩側(cè),巖性主要為含礫砂巖、砂巖、粉砂巖和泥巖,砂巖與泥巖互層。砂巖中常發(fā)育火焰狀構(gòu)造和遞變層理,泥巖中發(fā)育有水平層理,與大套水下河道沉積相接觸的河道間泥質(zhì)常發(fā)生變形,但變形深度延伸不大,層間常夾有砂和礫(圖8、9)。

2.2.3 河口壩沉積微相

河口砂壩受河流和湖泊的雙重作用,它實際上是水下分流河道向盆地方向的延伸。其粒度以分選較好的粉砂—中砂為主;沉積粒序主要顯示反韻律,常伴有季節(jié)性泥質(zhì)夾層;受湖水改造,有小型波狀層理(圖10)。

圖8 發(fā)育火焰狀構(gòu)造的水下分流河道間沉積微相Fig.8 M icrofacies of Underwater Distributary Interchannel Which Develop Flame Structure

圖9 發(fā)育沖刷面及變形構(gòu)造的水下分流河道間沉積微相Fig.9 M icrofaciesof Underwater Distributary Interchannel Which Develop Erodsion Surface and Deformation Structure

圖10 發(fā)育小型波狀層理的河口壩沉積微相Fig.10 M icrofacies of Mouth Bar Which Develop Small Wavy Bedding

2.2.4 席狀砂沉積微相

席狀砂沉積微相位于河口砂壩的側(cè)方或前方,緊臨前扇三角洲。當波浪和沿岸流作用加強時,使水下分流河道或河口砂壩受到改造并重新分布。其沉積物經(jīng)過反復(fù)淘洗、簸選,分選變好,在扇三角洲前緣地帶形成分布廣、厚度薄的席狀砂體。其巖性特征為粒較細,巖性為灰色含礫砂巖、粉砂巖,成熟度較高;反韻律粒序,表現(xiàn)為砂泥互層(圖11)。

2.3 前扇三角洲亞相

前扇三角洲亞相位于扇三角洲的最前緣并與湖泊相過渡,是扇三角洲沉積最厚的地區(qū),沉積物大部分在波基面以下深度范圍內(nèi)形成,主要由暗色黏土和粉砂質(zhì)黏土組成,可含少量細砂,具水平層理,頁理發(fā)育,也可見塊狀層理(圖12)。

圖11 席狀砂沉積微相Fig.11 M icrofacies of Sheet Sand

圖12 前扇三角洲沉積微相Fig.12 M icrofacies of Pre-fan Delta

3 沉積環(huán)境分析

3.1 基于化驗數(shù)據(jù)的沉積環(huán)境分析

對紅柳溝中侏羅統(tǒng)青土井組野外樣品進行篩選,選送了6個泥巖巖樣進行了分析(樣品分析由西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成),筆者對化驗結(jié)果進行了分析處理?？刂瞥练e巖的微量元素成分的地質(zhì)過程可以用蜘蛛圖解進行研究[11-13]。野外6個巖樣(編號為YBL-0701～YBL-0706)微量元素與平均大陸地殼成分標準化如圖13。樣品的微量元素分析數(shù)據(jù)見表1。

圖13 雅布賴盆地紅柳溝泥巖地殼平均標準化微量元素分布模式Fig.13 Chondrite-normalized Trace Elements Patterns in Hongliugou of Yabulai Basin

從圖13及表1中可以看出,在6個泥巖樣品中,微量元素V、Sr、Rb、B相對富集,而Zr、Cr、Ni相對虧損。

表1 雅布賴盆地紅柳溝微量元素分布Tab.1 Distribution of Trace Elements in Hongliugou of Yabulai Basin

微量元素含量與氧化/還原條件,w(Fe2+)/ w(Fe3+)可以反映當時沉積巖沉積時的氧化和還原條件。w(Fe2+)/w(Fe3+)遠遠大于1,為還原條件,w(Fe2+)/w(Fe3+)大于1,為弱還原條件, w(Fe2+)/w(Fe3+)等于1,為中性環(huán)境;w(Fe2+)/ w(Fe3+)遠遠小于1,為氧化環(huán)境,w(Fe2+)/ w(Fe3+)小于1,為弱氧化環(huán)境[14]。根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果,雅布賴盆地紅柳溝青土井組w(Fe2+)/ w(Fe3+)為0.53,當時的沉積環(huán)境為弱氧化環(huán)境。

在潮濕氣候條件下,沉積巖中Fe、M n、Cr、V、Ni、Co等元素含量較高,而在干燥氣候條件下由于水分的蒸發(fā),水介質(zhì)的堿性增強,Ca、M g、Sr、Ba、Na被大量析出形成各種鹽類沉積在水底,所以其含量相對增高,故可以利用這兩類元素的比值計算出氣候指數(shù)(C)[15]。雅布賴盆地紅柳溝6個樣品的C值平均值為0.343,為半干旱氣候。

3.2 基于野外沉積構(gòu)造的沉積環(huán)境分析

對原生沉積構(gòu)造特別是層理的研究,有助于恢復(fù)古代沉積物沉積時的水動力狀況[16]。本次野外考察發(fā)現(xiàn)了許多沉積構(gòu)造。圖4、5中,在扇三角洲平原亞相河道沉積中的槽狀交錯層理;在圖6中,扇三角洲前緣的槽狀交錯層理;圖10中扇三角洲河口壩的小型波狀層理;圖12中前扇三角洲的水平層理;它們都很好的指示了當時地層沉積時的水動力條件。

扇三角洲平原亞相河道沉積中槽狀交錯層理是在沉積物供應(yīng)相對不足的情況下,在波痕背流面前積紋層形成的同時,迎流面不斷遭受侵蝕造成波痕遷移的結(jié)果。它的層系界面呈弧狀,紋層各下傾方向收斂并與之斜交(圖4、5),在橫切面上,層系界面及紋層是槽狀,在高流態(tài)時(水的沖刷力強)形成。扇三角洲前緣河口壩小型波狀層理是在壓扁層理和透鏡層理之間的過渡類型,為砂、泥交互的波狀層理,一般在粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖或泥巖互層地層中出現(xiàn)(圖10),其沉積環(huán)境為泥、砂都有供應(yīng),而且強弱水動力條件交替。水平層理的特點是紋層呈直線狀互相平行,并且平行于層面(圖12),一般認為這種層理是在比較穩(wěn)定的水動力條件下,物質(zhì)從懸浮物或溶液中沉淀而成。

4 結(jié)語

雅布賴盆地紅柳溝發(fā)育一套中侏羅統(tǒng)扇三角洲沉積,沉積亞相有扇三角洲平原、扇三角洲前緣及前扇三角洲,沉積微相有扇三角洲水下分流河道,水下分流河道間,河口壩、席狀砂及前扇三角洲相沉積。對野外采集的泥巖樣品微量元素分析表明,微量元素V、Sr、Rb、B相對富集,而Zr、Cr、Ni相對虧損;對氣候指數(shù)及w(Fe2+)與w(Fe3+)在樣品中質(zhì)量分數(shù)的比值分析表明,當時地層的沉積環(huán)境為半干旱、弱氧化環(huán)境沉積。從野外沉積構(gòu)造特征分析可以看出,河道沉積發(fā)育于水動力條件較強的沉積環(huán)境,扇三角洲前緣河口壩沉積發(fā)育于強、弱水動力條件交替出現(xiàn)的沉積環(huán)境,而前扇三角洲則在比較穩(wěn)定的水動力條件下沉積。

本文實驗數(shù)據(jù)由西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成,成文中得到中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院鄭孟林高級工程師的指導(dǎo),審稿專家給予本文提出了寶貴意見,在此一并表示感謝!

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Study on Sedimentary Faciesand Environment of M iddle Jurassic in Hongliugou of Yabulai Basin,Inner Mongolia

ZHONG Fu-ping1,2,ZHONG Jian-hua1,3,YOU Wei-feng4,WANG Yong1,ZHANG Lei3, B IAN Qiang5,Ahmatjan ABDURA HMAN3,GAO Yu-fei3,WANG Jin-hua3

(1.Guangzhou Institute of Geochem istry,Chinese Academ y of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2.Graduate University of Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100049,China;3.School of Geo-resources and Information,China University of Petroleum,Dongying 257061,Shandong,China;4.Research Institute of Oil Exp loration and Development,China Petroleum and Chem ical Corporation,Beijing 100083,China;5.Team 1, Troop 95338,the Air Force of the Chinese Peop le's L iberation A rm y,Hengyang 421200,Hunan,China)

Based on the field investigation in Hongliugou of Yabulai Basin,the results indicate that the main sedimentary facies is Jurassic fan delta,w hich can be divided into three subfacies including fan delta plain,fan delta f ront and p re-fan delta and six microfacies including braided channel,natural levee,crevasse,marsh, underwater distributary channel,underwater distributary interchannel,mouth bar,sheet sand,and so on. Acco rding to the field characteristicsof sedimentary structures,the channel deposits developed in the condition of strong hydrodynamic,mouth bar deposits of fan delta front developed in the condition of alternating dynamic of strong and weak,and the p re-fan delta developed in the condition of relatively stable hydrodynamic.According to the analysisof trace elements in six samp lesof mudstone w ith spider diagrams,the results show that the contents of V,Sr,Rb,B are relatively high,but Zr,Cr,Niare relatively low.Calculationsof climate index and the ratio of mass factions of Fe2+and Fe3+show that the sedimentary environment was weak oxidation and semi-arid inM iddle Jurassic.

M iddle Jurassic;sedimentary facies;sedimentary environment;Qingtujing Fo rmation;Yabulai Basin;Hongliugou

P586;P588.2

A

1672-6561(2010)02-0149-06

2009-07-23

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2006CB202406);中國石油化工股份有限公司項目(07370502000130)

鐘福平(1978-),男,江西分宜人,理學(xué)博士研究生,從事油氣成藏研究。E-mail:zhongfp-2022@163.com