鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8油層組古地理環(huán)境與沉積特征

劉化清 李相博 完顏容 魏立花 廖建波

(中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院 蘭州 730020)

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8油層組古地理環(huán)境與沉積特征

劉化清 李相博 完顏容 魏立花 廖建波

(中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院 蘭州 730020)

通過對(duì)地震、鉆井資料的綜合分析,認(rèn)為延長(zhǎng)組下部長(zhǎng)8沉積時(shí)期鄂爾多斯湖盆可能不具有明顯的“南陡北緩”的古地貌特征,也可能不存在大面積分布的半深湖-深湖環(huán)境。長(zhǎng)8期湖盆古地形較為平坦,坡降不足0.1°或2 m/km,氣候較為干旱,湖泊水體為微咸水,水深小于10 m。具有如下特征的淺水湖泊三角洲為此時(shí)盆地的主體沉積類型:1)砂巖以中-細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主;2)三角洲前緣延伸范圍大(80～100 km),并頻繁暴露; 3)砂體主要為水下分支河道沉積成因;4)河口壩和重力流沉積不發(fā)育;5)吉爾伯特型三角洲具有的頂積、前積和底積三元結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)8不發(fā)育。盆地南北古地形之間的顯著差異出現(xiàn)在長(zhǎng)8之后的長(zhǎng)7早期,受印支運(yùn)動(dòng)及與盆地西南邊緣毗鄰的西秦嶺強(qiáng)烈造山活動(dòng)的影響,鄂爾多斯盆地的基底不對(duì)稱撓曲變形,從而形成“南陡北緩”的盆地古地貌格局。從長(zhǎng)7開始至晚三疊世末,盆內(nèi)坡折帶普遍發(fā)育,具有頂積、前積和底積三元結(jié)構(gòu)的吉爾伯特型三角洲也就成為盆地內(nèi)部最主要的沉積類型之一。

古地貌 淺水湖泊三角洲 長(zhǎng)8油層組 延長(zhǎng)組 三疊系 鄂爾多斯盆地

0 引言

自鄂爾多斯盆地開展石油勘探工作以來,尤其是本世紀(jì)初在隴東西峰地區(qū)延長(zhǎng)組發(fā)現(xiàn)億噸級(jí)大油田以來,我國(guó)學(xué)者在長(zhǎng)8油層組的沉積特征與沉積相方面已經(jīng)做了大量卓有成效的研究工作,并有效指導(dǎo)和推動(dòng)了該層系的后續(xù)勘探生產(chǎn)。然而,隨著勘探工作的深入開展和資料的不斷積累,以前的部分認(rèn)識(shí)逐漸顯現(xiàn)其不合理性,需要修正或完善。例如,前人認(rèn)為包括長(zhǎng)8在內(nèi)的延長(zhǎng)組沉積時(shí)期,湖盆具有南陡北緩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并且在湖盆沉積中心發(fā)育有大面積分布的半深湖-深湖區(qū)。但越來越多的資料顯示,長(zhǎng)8沉積時(shí)期湖泊地形十分平坦,水體整體較淺,很可能不存在大面積分布的半深湖-深湖區(qū),南北坡降也并無(wú)顯著差異,沉積體系以淺水湖泊三角洲為特色。

1 古地理環(huán)境特征

包括古地貌、古水深、古氣候、古構(gòu)造背景在內(nèi)的諸多古地理地質(zhì)條件直接影響盆地內(nèi)部沉積體系的規(guī)模及沉積特點(diǎn),鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8油層組的沉積體系分布格局、沉積類型、砂體疊置樣式等也直接受控于這些因素。

1.1 古地貌特征

前人普遍認(rèn)為,長(zhǎng)8油層組沉積時(shí)鄂爾多斯湖盆為南陡北緩的大型不對(duì)稱坳陷盆地,盆地東北部地形平緩,以源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的曲流河三角洲沉積體系為主,而西南部坡度較大,發(fā)育辮狀河-辮狀河三角洲沉積體系[1～7]。

近年來,隨著延長(zhǎng)組勘探程度的不斷提高,越來越多的資料顯示“南陡北緩”這一模式適用于延長(zhǎng)組中上部沉積時(shí)期盆地的古地貌格局是沒有問題的,但延長(zhǎng)組沉積早期(長(zhǎng)8及以下地層沉積時(shí)期)是否同樣具備這樣的盆地結(jié)構(gòu)特點(diǎn)目前尚缺乏充分依據(jù)。就長(zhǎng)8而言,目前的資料顯示古湖泊地形較為平坦,盆內(nèi)不存在明顯的區(qū)域規(guī)模的陡坡帶,也看不出盆地南、北古地形之間存在顯著差異。

圖1是位于盆地西南部的一條資料品質(zhì)較好的南北向2D地震測(cè)線,為更好反映長(zhǎng)8沉積時(shí)的湖泊古地形,沿長(zhǎng)73“張家灘頁(yè)巖”頂面附近的反射同相軸拉平顯示,該同相軸為延長(zhǎng)組內(nèi)部最易識(shí)別的標(biāo)志層,也是從經(jīng)典層序地層學(xué)角度識(shí)別的延長(zhǎng)組自下而上第三個(gè)三級(jí)層序(SQ3)的最大湖泛面(mfs3)[6,8,9]。圖中可以看出,長(zhǎng)8地層自南而北向湖盆中心方向雖然厚度略有增加,古地形存在波狀起伏,但變化梯度較小,總體而言湖泊底形較為平坦,沒有大的起伏。圖中還清楚的顯示,長(zhǎng)8以下地層大致呈“千層餅”狀展布,坡度明顯變大的地方鮮見。而長(zhǎng)7以上地層的情況就顯然不同,同一時(shí)代的地層厚度從南向北存在顯著差異。長(zhǎng)72-1地層為延長(zhǎng)組層序3(SQ3)的高水位體系域沉積,在里28井處厚度為63 m,但向南約1.5 km處厚度開始急劇加厚,繼續(xù)向南到距離Li-28井約4.5 km處地層厚度已經(jīng)達(dá)到約130 m,之后變化梯度變小,厚度穩(wěn)定增加。從Li-28井向北,該套地層厚度逐漸減小,但變化率很小。顯然,盆地西南部在長(zhǎng)7中后期其古底形與長(zhǎng)8及之前的湖泊古地形已經(jīng)有明顯的不同。

圖1 隴東地區(qū)南北向地震剖面Fig.1 Seismic profile directed south to north in southwestern Ordos basin showing the flat and steep physiognomy of Chang 8 and the above beds respectively

圖2 陜北地區(qū)北東-南西向地震剖面Fig.2 Seismic profile of NE-SW direction in Shaanbei showing the flat and steep physiognomy of Chang 8 and the above beds respectively

圖2是位于盆地東北部的一條SW-NE向2D地震測(cè)線,同樣沿長(zhǎng)73拉平顯示,可以看出長(zhǎng)8沉積厚度在橫向上是穩(wěn)定變化的,不發(fā)育明顯的坡折帶。而長(zhǎng)7中上部陡坡帶及對(duì)應(yīng)發(fā)育的三角洲三元結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn),這種特征在長(zhǎng)6及以上地層中持續(xù)發(fā)育。這些現(xiàn)象揭示,與盆地西南部一樣,盆地東北部在長(zhǎng)8及以前湖泊底形是比較平坦的,向盆地中心方向坡降很小,明顯的陡坡帶只有長(zhǎng)7以后的地層才發(fā)育。

圖3 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8上部地層厚度(厚度單位:m)Fig.3 Thickness contour of the upper Chang 8 in Ordos basin

地層厚度圖也可以反映湖盆沉積時(shí)期的古地形特征。從長(zhǎng)8中上部地層厚度圖(圖3)可以看出,除了長(zhǎng)武-寧縣一帶由于局部地形低洼形成局部地層厚值區(qū)外,地層厚度在平面上穩(wěn)定變化,在湖盆主體部位變化于30～60 m之間。以華池北-橋鎮(zhèn)-富縣一線為界,湖盆南岸和北岸等值線基本上都是均勻分布,變化梯度小,少有等值線急劇加密的地區(qū),反映平坦的湖泊底形,以及西南和東北兩岸大體對(duì)稱的沉積格局。

根據(jù)魏永佩[10]碎屑巖原始厚度恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)圖板,并考慮到古水深的變化,粗略估算長(zhǎng)8沉積時(shí)期古坡降不會(huì)超過2 m/km,轉(zhuǎn)換成坡角大致為0.1°,為十分平緩的地貌特征。

1.2 古水深特征

前人認(rèn)為長(zhǎng)8期在鄂爾多斯盆地整體沉降的背景下,已經(jīng)發(fā)育有大面積分布的半深湖-深湖區(qū)。武福禮等[3]的研究顯示,深湖區(qū)分布于定邊-吳旗-富2井(富縣西)-正寧-環(huán)縣所界定的范圍,大致呈反“L”型。楊華等[6]發(fā)表的長(zhǎng)8巖相古地理圖揭示,半深湖-深湖相呈北西-南東向展布,在平面上呈向南東散開的喇叭狀,盆地西北部元城、隴東北部慶陽(yáng)-華池地區(qū)、正寧地區(qū)、陜北富縣-黃陵等地均涵蓋于內(nèi),并且認(rèn)為在半深湖-深湖內(nèi)濁積巖大面積分布。

圖4 長(zhǎng)8油層組反映淺水環(huán)境的巖芯照片a。莊29井,新蘆木化石,1 857.45 m;b。黃48井,植物莖桿;c。白131井,2 215.4 m,含大量植物莖桿的泥巖;d。塔4井,1 614.5 m,炭化植物莖干;e。西17井,含炭化植物莖干的灰綠色中粒砂;f。白280井,2 219.8m,煤線;g。黃39井,垂直蟲孔(引自韓永林等,2009);h。鎮(zhèn)65井,2 473.7 m,垂直蟲孔;i。黃36井,2 744.5 m,垂直須根;j。鎮(zhèn)68井,2 466.1 m,粉砂巖中垂直層面的植物根;k。塔20井,1 599.5 m,灰色細(xì)砂巖中的槽狀交錯(cuò)層理;l。木18井,2 383.15 m,細(xì)砂巖中的泥礫Fig.4 Sedimentary structures showing shallow water environment of Chang 8 in Ordos basin

越來越多的鉆井取芯資料證實(shí),從盆地邊部到曾被認(rèn)為發(fā)育半深湖-深湖沉積的盆地中部元城、華池、白豹、慶城、塔兒灣等地區(qū),長(zhǎng)8巖芯中普遍見到保存完好的植物根系、(炭化)植物莖干、碳質(zhì)泥巖、煤線(圖4a-f,i-j)。植物化石見有新蘆木、蕨類和水草類,以高大的草本植物新蘆木(Neocalamites)為主,而新蘆木是中生代主要造煤植物之一,多發(fā)育在沼澤、濱淺湖等淺水環(huán)境中,其賴以生長(zhǎng)的水體深度一般不會(huì)超過5 m,與現(xiàn)今的蘆葦在生活習(xí)性上比較相似。碳質(zhì)泥巖及劣質(zhì)煤線的普遍發(fā)育也證明湖盆為淺覆水環(huán)境,反映當(dāng)時(shí)具有一定封閉性的沼澤環(huán)境遍地發(fā)育,喜濕植被繁盛其中,但由于湖水進(jìn)退頻繁,沼澤環(huán)境難以長(zhǎng)久維持,因而無(wú)法形成厚煤層。煤線厚度一般3～6 cm,通常不超過10 cm[11]。

盆地中心白豹、華池、姬塬東部等地探井的長(zhǎng)8地層中發(fā)現(xiàn)較多的或垂直或高角度傾斜的蟲孔(圖4g-h),指示動(dòng)蕩的淺覆水富氧沉積環(huán)境。這些蟲孔多見于泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖中,管壁大多光滑平直,管徑一般5～20 mm,管內(nèi)多充填粉細(xì)砂巖[12],以石針跡(Cylindricum)組合、沙蠋跡(Arenicolites)組合為主[11]。這些都表明,長(zhǎng)8期鄂爾多斯湖盆總體上為淺水湖泊。

盡管如此,并不排除深水區(qū)在局部地區(qū)小范圍存在的可能。陳飛等[13]通過巖芯觀察、地震解釋和測(cè)井分析,認(rèn)為盆地東南部富縣地區(qū)富縣-張村驛-直羅鎮(zhèn)一帶長(zhǎng)8油層組發(fā)育有砂質(zhì)碎屑流,并依據(jù)地震均方根振幅屬性的變化對(duì)其分布進(jìn)行了平面成圖。謝淵等[14]也指出在該區(qū)內(nèi)長(zhǎng)8發(fā)現(xiàn)有油頁(yè)巖,但是富縣以東-牛武一帶即演化為三角洲前緣沉積,砂泥互層,泥巖多為富含植物碎片的碳質(zhì)泥巖,代表近岸沉積環(huán)境;同時(shí)在張村驛-直羅鎮(zhèn)的西南部也為三角洲前緣沉積區(qū)。從而表明,前三角洲-半深湖亞相的范圍確實(shí)存在,但十分有限。

從沉積演化背景講,延長(zhǎng)組沉積時(shí)期,鄂爾多斯湖盆沉積中心具有由東而西、由北而南遷移演化的特點(diǎn),長(zhǎng)10期湖盆沉積中心在豫西-東秦嶺,大致位于東秦嶺商丹縫合線北部的南召、五里川、馬市坪、盧氏瓦穴子、雙槐樹一帶,現(xiàn)今概念的鄂爾多斯盆地范圍內(nèi)以河流遍布為特色,不存在匯水區(qū);至長(zhǎng)9期才在吳起東南-富縣一帶形成匯水中心,發(fā)育油頁(yè)巖。長(zhǎng)8與長(zhǎng)9相比湖盆萎縮,因而深水區(qū)范圍很可能向東南方向退縮,但在富縣局部地區(qū)存留是完全有可能的。然而,0.1 X104km2左右的半深湖分布規(guī)模與當(dāng)時(shí)近5 X104km2左右的覆水區(qū)面積相對(duì)比,所占比重非常小。

另外需要注意的是,本文強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)8期湖泊水體總體較淺,并不代表整個(gè)長(zhǎng)8在縱向沉積演化過程中水體深度沒有變化。實(shí)際上,長(zhǎng)8中部(長(zhǎng)81下部和長(zhǎng)82上部)因?yàn)槲挥谘娱L(zhǎng)組層序3(SQ3)底界面附近[8,9],為長(zhǎng)8盆地可容納空間最小時(shí)期的沉積,這時(shí)候湖泊水體面積最小,也最淺,且大面積沼澤化,造煤植被發(fā)育,先期沉積物頻繁暴露地表。而長(zhǎng)82下部和長(zhǎng)81上部由于分別為延長(zhǎng)組層序2(SQ2)的高水位期和層序3(SQ3)低水位后期沉積,湖泊覆水面積及水體平均深度較長(zhǎng)8中部沉積時(shí)要稍微深一點(diǎn),這時(shí)候三角洲前緣的沉積物不再頻繁暴露地表,但湖泊總體仍然是淺水環(huán)境,深水環(huán)境可能只存在于很局限的地區(qū),如富縣一帶。盆地真正大面積深水區(qū)的形成應(yīng)該在長(zhǎng)7初期,主要受到秦嶺造山活動(dòng)的影響,盆地不對(duì)稱撓曲變形,具有明顯陡坡地形的深洼陷才形成,加之此時(shí)氣候開始更為濕潤(rùn),降雨量充沛,為深水湖盆的形成奠定了基礎(chǔ)。這一點(diǎn)在后文將進(jìn)一步敘述。

1.3 古氣候條件

羅順社等[15]通過對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)8泥巖樣品微量元素Sr/Ba比值和B元素含量的研究,發(fā)現(xiàn)Sr/Ba比值變化于0.1～0.4,平均0.24,B元素豐度變化于75.5～58.21,平均65.2,均顯示長(zhǎng)8沉積時(shí)期湖泊水體為微咸水。這就表明當(dāng)時(shí)氣候比較干旱,蒸發(fā)量大于降雨量,湖泊水體的補(bǔ)給可能主要靠季節(jié)性洪水,這種氣候條件不利于大面積深水湖泊的形成和發(fā)育。

長(zhǎng)8期氣候比較干旱在生物演化方面也有所體現(xiàn)。從前人對(duì)我國(guó)陸相三疊系建階剖面——銅川市漆水河延長(zhǎng)組剖面的研究結(jié)果看,延長(zhǎng)組自下而上,生物面貌逐漸豐富。長(zhǎng)10-長(zhǎng)73(銅川階)巖石組合中含有較多的古植物、孢粉、介形蟲、雙殼類、葉肢介及少量昆蟲類化石,但面貌總體較單調(diào);長(zhǎng)7-長(zhǎng)2雖然所含生物均以古植物為主,屬Danaeopsis-Bernoullia組合,但晚期(長(zhǎng)3-長(zhǎng)2,永坪階)的生物面貌較早期(長(zhǎng)72-長(zhǎng)4+5,胡家村階)更為豐富;到長(zhǎng)1地層發(fā)育時(shí)期(瓦窯堡階),不但含有豐富的古植物(仍為Danaeopsis-Bernoullia組合)、介形蟲、雙殼類及古脊椎動(dòng)物化石,還發(fā)育古鱈類,包括龍魚和裂齒魚等,生物的豐度和分異度均達(dá)到最大[16],而長(zhǎng)1在陜北發(fā)育的可采煤層(瓦窯堡煤系)也是氣候更為潮濕的證據(jù)。

除此之外,巖石的礦物組分的變化在一定程度上也顯示出延長(zhǎng)組沉積時(shí)期氣候由干到濕的漸變過程,以鎮(zhèn)原-馬嶺地區(qū)為例,長(zhǎng)9-長(zhǎng)8砂巖碎屑含量中長(zhǎng)石含量在30%左右,長(zhǎng)7和長(zhǎng)6分別為20%和25%,而長(zhǎng)3-長(zhǎng)2長(zhǎng)石含量小于20%(圖5)。長(zhǎng)石屬于相對(duì)不穩(wěn)定的礦物,在搬運(yùn)過程中容易分解蝕變,相對(duì)于潮濕的氣候條件,干燥氣候更有利于長(zhǎng)石從物源區(qū)向盆地內(nèi)長(zhǎng)距離搬運(yùn)和沉積。因此,長(zhǎng)石含量較高從另一個(gè)側(cè)面反映包括長(zhǎng)8在內(nèi)的延長(zhǎng)組沉積早期較中晚期相對(duì)干旱的古氣候條件。

圖5 隴東地區(qū)碎屑巖組分中長(zhǎng)石含量柱狀圖Fig.5 Feldspar content in sandstones of Longdong area

1.4 古構(gòu)造環(huán)境

前文指出,延長(zhǎng)組沉積早期(長(zhǎng)10-長(zhǎng)8)古湖盆地形較為平坦,盆內(nèi)不發(fā)育明顯的坡折帶;而延長(zhǎng)組沉積中晚期(長(zhǎng)7及以后),無(wú)論盆地南北均顯著發(fā)育陡坡帶,發(fā)育典型的具有頂積層、前積層和底積層的吉爾伯特型三角洲。造成上述差異的原因很可能與發(fā)生在長(zhǎng)7早期的印支運(yùn)動(dòng)有關(guān)。此時(shí)西秦嶺造山活動(dòng)異?；钴S,從西南方向強(qiáng)烈擠壓鄂爾多斯盆地,導(dǎo)致了盆地基底的強(qiáng)烈變形和不均衡沉降,西南陡東北緩的古地貌格局這才清晰的顯現(xiàn)出來[17]。此次構(gòu)造活動(dòng)不但改變了盆地的沉積古地形,同時(shí)改變了盆地的供源體系,導(dǎo)致了延長(zhǎng)組下部(長(zhǎng)10-長(zhǎng)8)與中上部(長(zhǎng)7-長(zhǎng)1)不但沉積體系類型及展布格局存在明顯差異,還導(dǎo)致沉積物巖石學(xué)特征的顯著變化。而本次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生的時(shí)間正是中、晚三疊世的過渡時(shí)期[18],也就是說延長(zhǎng)組沉積期盆地內(nèi)部比較明顯的陡坡地形在晚三疊世之初(長(zhǎng)7期)才開始出現(xiàn)。就南北比較,由于盆地受力位置主要在盆地西南邊緣,因而盆地基底彎曲變形具有明顯的不對(duì)稱性,西南部變形強(qiáng)而東北部變形相對(duì)較弱,從而導(dǎo)致了整體而言南陡北緩的古地貌的形成,長(zhǎng)7以上地層就是在這種古地形的基礎(chǔ)上發(fā)育的。而中三疊世晚期(延長(zhǎng)組下部長(zhǎng)10-長(zhǎng)8沉積時(shí)期),盆地沉積范圍及古地貌、古底形在很大程度上繼承了中三疊世早期(紙坊組沉積期)的特征,構(gòu)造穩(wěn)定、底形平坦、沉積范圍大,更多的具有克拉通盆地的性質(zhì),二者的巖石學(xué)特征也有很大相似性,均以長(zhǎng)石含量較高為特色,紙坊組上部也常常因?yàn)楹袧岱惺皫r而與延長(zhǎng)組底部長(zhǎng)10無(wú)法區(qū)分[18]。

至于前人用以證明西南部延長(zhǎng)組沉積時(shí)期地形陡峭、發(fā)育水下沖積扇或扇三角洲沉積的崆峒山礫巖,其時(shí)代很可能屬于晚三疊世(長(zhǎng)7-長(zhǎng)1),理由是:(1)崆峒山礫巖自底至頂普遍發(fā)育碳酸鹽巖礫石,這與盆內(nèi)西南部長(zhǎng)7及以上地層中碳酸鹽巖巖屑含量(平均3.3%)較高的特征相一致,而顯然不同于長(zhǎng)10-長(zhǎng)8地層中碳酸鹽巖巖屑含量(0.1%～ 0.2%)非常少的情況[18];(2)晚三疊世初期(長(zhǎng)7),早印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致西秦嶺快速隆升造山,受其影響在盆地西南緣的古生代碳酸鹽巖及砂泥巖地層被擠壓隆起,從而成為物源區(qū)給盆地提供沉積物,發(fā)育了分布在崆峒山-太統(tǒng)山-策底坡一帶的厚層礫巖堆積,并向盆地腹地提供碳酸鹽巖碎屑而導(dǎo)致西南部長(zhǎng)7以上地層沉積物中含有相對(duì)較高的碳酸鹽巖巖屑[17]。

此次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在產(chǎn)生上述沉積效應(yīng)的同時(shí),還在秦嶺-昆侖山一線發(fā)生比較強(qiáng)烈的火山噴發(fā),大量火山灰降落在與火山活動(dòng)帶毗鄰的盆地西南部,在長(zhǎng)7地層中保存了規(guī)模不小的凝灰?guī)r。據(jù)鉆井資料統(tǒng)計(jì),長(zhǎng)7底部的凝灰?guī)r在盆內(nèi)的分布范圍超過5萬(wàn)km2,涵蓋鹽池-吳起-黃陵-正寧-慶陽(yáng)-環(huán)縣一線所圈定的廣大的地域,厚度變化于0.2～1.0 m,總體趨勢(shì)是越靠近西南邊界厚度越大。至長(zhǎng)7中上部-長(zhǎng)6下部,盡管分布范圍和厚度較長(zhǎng)7底部的大為減小,凝灰?guī)r夾層在盆地西南部地層中仍然比較普遍,集中在環(huán)縣-白豹-正寧一帶,厚度0.2～0.6 m。反映長(zhǎng)7-長(zhǎng)6早期西秦嶺造山活動(dòng)持續(xù)發(fā)生,只是逐漸減弱。趙俊興等[19]研究表明,此次構(gòu)造事件還導(dǎo)致了盆地內(nèi)部缺氧事件、濁流事件,導(dǎo)致生物大量死亡埋藏,為盆地?zé)N源巖的形成提供了有利條件。

因而,長(zhǎng)8與長(zhǎng)7及其后鄂爾多斯古湖泊底形及沉積特征的顯著差異從根本上講與沉積時(shí)期的區(qū)域構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

2 沉積相特征

2.1 三角洲前緣相帶寬,并頻繁暴露

由于湖底地形平緩,由季節(jié)性洪水補(bǔ)給的入湖河流攜帶大量泥沙可以一直推進(jìn)到前緣很遠(yuǎn)的地方,因而長(zhǎng)8期三角洲前緣相帶很寬。其中,西南三角洲沉積體系自虎洞-三岔-鎮(zhèn)原一帶入湖后,前緣相帶可達(dá)耿灣-白豹-馬家砭一線,寬度變化于80～100 km;西北部長(zhǎng)8三角洲沉積體系呈北西-南東向展布,前鋒在耿灣-蘿卜塬一帶,水下延伸長(zhǎng)度也達(dá)80 km以上;而陜北地區(qū)長(zhǎng)8三角洲沉積體自周家灣-侯市-高橋一線入湖后,向湖盆中心也推進(jìn)有80～ 100 km(圖6)。不同方向控制的三角洲前緣在湖盆中心匯聚,幾乎覆蓋了整個(gè)湖盆,形成了前三角洲和淺湖沉積發(fā)育規(guī)模很小的情景。

前文已經(jīng)提到,從岸線到湖盆中心的長(zhǎng)8地層中,垂直生長(zhǎng)的植物根系、炭化植物莖干、碳質(zhì)泥巖、煤線、垂直蟲孔等常見,表明湖泊沼澤化,三角洲前緣沉積經(jīng)常暴露地表。

2.2 以水下分支河道砂體為主體

由于長(zhǎng)8期湖盆地形十分平緩,湖泊水體較淺(大部分地區(qū)極有可能小于5 m),在沒有強(qiáng)風(fēng)暴的情況下,波浪作用通常不會(huì)太強(qiáng),而且在向湖岸方向長(zhǎng)距離推進(jìn)過程中與底面沉積物摩擦,能量還會(huì)逐漸減弱。如此,沿岸流的作用力也通常比較小。在此背景下,入湖河流遭遇的阻力就較小,能夠在慣性力作用下長(zhǎng)距離向相對(duì)低洼的湖泊中心延伸,從而形成以水下分支河道主導(dǎo)湖泊砂體沉積的局面。

圖6 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)81沉積模式圖圖例說明:1。山地;2。洪積扇;3。沖積平原;4。河道;5。重力流沉積;6。席狀砂;7。河道間洼地;8。濱淺湖;9。半深湖Fig.6 Sedimentarymodel of Chang 81 in Ordos Basin

在平面上,長(zhǎng)8三角洲分支河道主體呈條帶狀向湖盆中心延伸,在三角洲前緣地帶由于地勢(shì)十分平緩,水下分支河道不斷分叉合并,因而呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布的特點(diǎn),在末端常常顯示鳥足狀或朵狀特點(diǎn)。而在水下分支河道的前端,常發(fā)育一些席狀分布砂體,大多垂直河道方向或與河道斜交,是分支河道砂體遭湖水波浪及沿岸流改造而成(圖6)。在剖面上,多顯現(xiàn)正韻律結(jié)構(gòu),測(cè)井曲線組合特征以向上幅度減小的鐘形為主,但齒化箱形曲線也較常見,反映頂?shù)淄蛔兊某练e環(huán)境(圖7)。砂體單層厚度通常變化于5～25 m,剖面上常呈多期復(fù)合疊加,主要由粉砂巖和細(xì)砂巖組成。砂巖底部常見侵蝕沖刷,造成下伏細(xì)粒沉積的沉積構(gòu)造在與砂巖接觸部位中斷;砂巖下部多見灰黑色、灰色撕裂狀泥礫,或“漂浮”或集中富集于砂巖內(nèi)部,有時(shí)還見有炭化植物碎片發(fā)育其中。此外,反映動(dòng)能較強(qiáng)的牽引流特征的槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理等在砂巖中也比較發(fā)育(圖4k-l)。發(fā)育在河道上部或側(cè)翼的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中多見一些波長(zhǎng)不大的波紋層理、透鏡狀、脈狀層理。

2.3 河口砂壩相對(duì)不發(fā)育

湖泊三角洲的進(jìn)積作用主要發(fā)生在洪水期,此時(shí)攜沙河水密度總是大于湖水,因此河流入湖后仍保持較高流速在湖底流動(dòng),以至把推移載荷帶到河口以外的湖區(qū),不利用形成河口壩單元[20]。而且,河口壩的發(fā)育需要較強(qiáng)的湖水改造先期沉積物,但在淺水盆地中湖泊水動(dòng)力較弱,因而很難具備河口壩發(fā)育的水動(dòng)力條件。此外,由于淺水盆地構(gòu)造穩(wěn)定,沉降幅度小,因而沉積物可容納空間有限,三角洲的水下沉積厚度通常也較小,壓實(shí)和沉陷作用微弱,即使早期形成了少量河口壩沉積,也容易被沿湖底流動(dòng)的河水侵蝕破壞,因而更不利于河口壩的保存。

2.4 重力流沉積不發(fā)育

由于長(zhǎng)8形成時(shí)期地形平緩,三角洲前緣沒有較大坡度的地形,因而沉積體堆積穩(wěn)定。雖然不排除在分支河道邊部,由于河水沖刷堤岸導(dǎo)致平衡破壞而發(fā)生小規(guī)?？逅?這些垮塌沉積物除被河水帶走形成河道砂巖的滯留沉積之外,也會(huì)在原地形成以泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主體的垮塌變形構(gòu)造,如包卷層理等,但規(guī)模很小,一般厚度不會(huì)超過1 m,因而很難進(jìn)一步發(fā)展成具備一定規(guī)模的重力流,也就較難形成重力流沉積。盆地針對(duì)長(zhǎng)8油層組的探井及取芯資料已經(jīng)不少,但在長(zhǎng)7-長(zhǎng)6地層中常見的溝模、槽模等指示重力流沉積的最常見沉積構(gòu)造在本層十分少見,變形層理也甚為稀少。

2.5 不具備典型的吉爾伯特三角洲特征

由于不發(fā)育陡峭的斜坡地形(坡折帶),也就不具備形成經(jīng)典吉爾伯特三角洲的頂積層、前積層和底積層三元結(jié)構(gòu)的基本地貌條件。測(cè)井曲線以向上幅度略有減小的箱狀、或多期疊加的鐘形為主,而反映明顯前積特征的漏斗形曲線組合較少。地震剖面上也很難在長(zhǎng)8地層找到具有前積構(gòu)形的反射結(jié)構(gòu),以相互平行的連續(xù)或斷續(xù)反射為主(圖1)。

圖7 長(zhǎng)8水下分支河道典型測(cè)井曲線特征Fig.7 Columnar section of subaqueous channel of Chang 8

3 結(jié)論

(1)鉆井及地震資料相結(jié)合的研究顯示,長(zhǎng)8油層組沉積時(shí)期鄂爾多斯湖盆古地形十分平緩,坡降不足2 m/km,或只有0.1°左右;古氣候較為干旱,湖泊覆水面積大,但水深大多小于10 m,只有東南部富縣地區(qū)可能存在面積不超過1 000 km2的半深水環(huán)境。

(2)長(zhǎng)8油層組以淺水湖泊三角洲沉積為主,各三角洲前緣相帶寬廣,呈鳥足狀或朵狀向盆地中心展布匯聚;岸線頻繁進(jìn)退,三角洲前緣暴露頻繁,煤線、植物莖干等反映不穩(wěn)定沼澤沉積環(huán)境者甚為發(fā)育;水下分支河道為油氣儲(chǔ)層的主體微相類型,河口砂壩、重力流沉積發(fā)育程度差;不發(fā)育陡坡地形,因而不發(fā)育吉爾伯特型三角洲的三元結(jié)構(gòu)(頂積層、前積層和底積層)。

(3)包括長(zhǎng)8在內(nèi)的延長(zhǎng)組沉積早期和中晚期(長(zhǎng)7及以后),鄂爾多斯盆地在古湖泊地形由緩而陡,三角洲由寬廣展布而變?yōu)榫哂腥Y(jié)構(gòu)等,這些沉積特征上的顯著差異從根源上與長(zhǎng)7初期發(fā)生的早期印支運(yùn)動(dòng)有關(guān),這次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)明顯改變了盆地的結(jié)構(gòu)特征,進(jìn)而導(dǎo)致了早、晚沉積特征的差異。

感謝西北大學(xué)李文厚教授、長(zhǎng)慶油田公司楊華教授、付金華教授、張文正教授、劉顯陽(yáng)高工、鄧秀芹高工、李元昊博士、中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院王新民教授、郭彥如高工、陳孟晉高工的指導(dǎo)和幫助,參加本文研究工作的還有中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院的馮明、白云來、馬玉虎等,在此一并致謝。

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Palaeogeographic and Sedimentological Characteristics of the Triassic Chang 8,Ordos Basin,China

LIU Hua-qing LIXiang-bo WANYAN Rong WEILi-hua LIAO Jian-bo
(Research Institute of Petroleum Exp loration&Development-Northwest Branch,PetroChina,Lanzhou 730020)

Data of seismic and bore hole show that the palaeotopography of the Triassic Chang 8,in the lower partof the Yanchang Formation,Ordos basin,was possibly not“steep to the south while gentle to the north”style as the previous studies suggested,and large areas of bathyal or abyssal areaswere also impossible in this age.The bed form of the lakewas very gentle on the basin scalewith the slope angle nomore than 0.1°,or2 m/km.The climatewas possibly a little dry and themildly brackish waterwith depth nomore than 10m was the dominantmedia of the sediments.Vertical or high angel burrows and root systems,coal seams or coaly mudstones and plant fossils of Neocalamites are commonly inclusions either at the edge or in the center of the basin.Shallow lacustrine deltawith the following characterswere well developed in this basin at that time:1)detrital componentsmostly medium-fine graded lithic arkose and feldspathic litharenite,2)wide delta front with 80～100 km in length and uncovered frequently to the air,3) sandstonesmainly the subaqueous distributary channel deposits,4)mouthbar and the gravity flow deposits being infrequent,5)topsets,foresets and bottomsets of the Gilbert Delta not developed.

Obvious difference of the slopes of the southern part and the northern part of the basin emerged in the early Chang 7,tightly following the Chang 8 in age.Triggered by the early Indosinianmovement and the uplift of the west Qinling Mountains at the southwesternmargin of the Ordos basin,the base of this basin was bended over unsymmetrically and the palaeotopography of the“steep to the south while gentle to the north”was generated.And from this time (Chang 7)to the end of the late Triassic slope-breaks and deltaswith three elements of topsets,foresets and bottomsets were well developed in the basin。

palaeogeography;shallow lacustrine delta;Chang 8;Yanchang Formation;Triassic;Ordos basin

劉化清 男 1969年出生 博士 石油地質(zhì) E-mail:Liu_hq@petrochina.com.cn

TE121.3

A

1000-0550(2011)06-1086-10

2010-11-05;收修改稿日期:2011-01-15