內(nèi)蒙古索倫地區(qū)中二疊統(tǒng)哲斯組砂巖段粒度分析與對(duì)比

趙丁名，劉招君，胡 菲，孫平昌，萬 濤

(1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2. 吉林省油頁巖及共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061；3. 油頁巖與共生能源礦產(chǎn)成礦及勘查開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061)

內(nèi)蒙古索倫地區(qū)中二疊統(tǒng)哲斯組砂巖段粒度分析與對(duì)比

趙丁名1,2,3，劉招君1,2,3，胡 菲1,2,3，孫平昌1,2,3，萬 濤1,2,3

(1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2. 吉林省油頁巖及共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061；3. 油頁巖與共生能源礦產(chǎn)成礦及勘查開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130061)

內(nèi)蒙古索倫地區(qū)中二疊統(tǒng)哲斯組水下扇主要?jiǎng)澐殖鐾馍?、中扇和?nèi)扇等沉積亞相。水下扇沉積多為雜基支撐，自下而上展現(xiàn)出遠(yuǎn)源沉積、辮狀溝道、溝道間到主溝道充填等沉積微相，雜基呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)。粒徑表現(xiàn)為自下而上由細(xì)變粗的反粒序特征，沉積物分選變差，標(biāo)準(zhǔn)偏差遞增，頻率曲線尖度減小。概率累計(jì)曲線由較高斜度兩段式逐步過渡為中—低斜度兩段式，說明砂巖體是在海水退積過程中形成，其間水介質(zhì)能量逐漸增強(qiáng)。弗里德曼離散分布圖投射區(qū)域?yàn)樗轮亓α鲄^(qū)域，水下扇CM圖像表現(xiàn)為與C=M線平行的長(zhǎng)條狀重力流沉積特征。

索倫地區(qū)；二疊世；哲斯組；砂巖；粒度分析

0 前 言

松遼盆地西部外圍區(qū)域晚古生代的海相烴源巖日趨成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)，前人的研究表明二疊系曾發(fā)生過油氣的生成—運(yùn)移過程[1-3]，其中索倫地區(qū)好仁蘇木哲斯組剖面暗色泥巖系發(fā)育最好，厚度最大。好仁蘇木剖面主要以暗色泥巖或暗灰色泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒沉積物為主，但該剖面的中上部發(fā)育一套砂巖體，而厚層暗色泥巖系中的砂巖體可作為油氣的良好儲(chǔ)層，查明本套砂巖體的地質(zhì)形成原因?qū)τ谶M(jìn)一步的油氣勘探顯得尤為重要[4-7]。通過對(duì)砂巖體進(jìn)行粒度分析可以確定沉積物中碎屑顆粒粒度、形態(tài)和含量，粒度分析能有效地分析沉積物的搬運(yùn)方式、沉積環(huán)境和水動(dòng)力條件等。本文應(yīng)用粒度分析方法分析砂巖體的粒度特征，識(shí)別出水下扇沉積特征。

1 地質(zhì)背景

索倫地屬興安盟科爾沁右翼前旗，位于烏蘭浩特市西北約120 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)121(°)20(′)～23(′)，北緯46(°)30(′)～33(′)。索倫位于佳蒙地塊南緣，晚古生代沉積物主要為佳蒙地塊的大陸邊緣沉積相，沉積環(huán)境是一個(gè)規(guī)模巨大、南與古亞洲洋相連的海相沉積盆地，整體為海相沉積巖為主，二疊系整體展布北北西向狹長(zhǎng)條狀[8-10]。

實(shí)測(cè)好仁蘇木剖面1條，長(zhǎng)度為2 300 m，真厚度414 m，巖性主要為灰色泥巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、灰色粉砂質(zhì)泥巖及灰色粉砂巖，底部偶見酸性巖漿巖侵入，構(gòu)造擾動(dòng)強(qiáng)烈，中上部局部地區(qū)發(fā)育灰黃色細(xì)砂巖、淺色中砂巖、粗砂巖及礫巖等，頂部被第四系所覆蓋。砂巖段坐標(biāo)約為東經(jīng)121(°)22(′)47.7(″)，北緯46(°)32(′)1.9(″)，每隔約0.5 m系統(tǒng)采集一個(gè)砂巖樣品，樣品編號(hào)從下往上依次為B01至B30，共采集30塊砂巖標(biāo)本(見圖1)。本次研究對(duì)所有樣品進(jìn)行磨片并進(jìn)行鏡下鑒定及粒度統(tǒng)計(jì)，然后制作頻率分布圖、概率累計(jì)曲線圖、粒度參數(shù)特征圖及CM圖等進(jìn)行分析。

2 水下扇粒度特征

水下斜坡的普遍特點(diǎn)相對(duì)，具重力流發(fā)生的地形條件[11]。斜坡松散沉積物遇到大規(guī)模的洪流和波浪等強(qiáng)水動(dòng)力條件時(shí)，或遇到地震等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，上述條件使沉積物不穩(wěn)定，會(huì)觸發(fā)沉積物與水體相混合而形成高密度流體(見圖2)。水下扇形成的主要方式主要是重力流的搬運(yùn)及沉積[12]。

圖1 粒度綜合分析

圖2 水下扇沉積體系展布模式

2.1 遠(yuǎn)源濁積巖微相

遠(yuǎn)源濁積巖位于水下扇的最前端，主要巖性為灰白色或灰色粉砂巖，并夾于暗色泥巖中或暗色泥巖夾于粉砂巖等細(xì)粒沉積物中，遠(yuǎn)源濁積巖沉積主要是為雜基支撐類型。

野外露頭中遠(yuǎn)源濁積巖粒度整體細(xì)，可看做鮑馬序列中的D-E段，分選較好，反映出水介質(zhì)能量較低，主體為懸浮搬運(yùn)，具有重力流的沉積特征。由于細(xì)粒沉積物破碎嚴(yán)重，未能磨制薄片。

2.2 辮狀溝道微相

辮狀溝道微相是在內(nèi)扇主水道分叉后繼續(xù)延伸形成的辨狀溝道中沉積的灰白色砂礫巖。辮狀溝道微相分選性極差，雜基含量約為20%左右，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度都低，磨圓呈棱角狀—次棱角狀，呈雜基支撐形式(見圖3a)。

a 辮狀溝道微相B02；b 沉積舌微相B10；c 主溝道充填微相B28

粒度曲線上，辮狀溝道微相表現(xiàn)為：頻率曲線呈“平鋪式”，在不同的沉積粒徑中，沉積物均有分布且各自含量無較大差異；B03的概率累計(jì)曲線呈現(xiàn)出低斜度的一段式的弧線，斜率為0.56。平均粒徑為1.77Φ，偏度為0.22，尖度為0.81(見圖4a和4b)。B03的平均粒徑相較于B02更大，說明時(shí)期為水退式沉積。粒度曲線反映出辮狀溝道微相沉積物粒徑較粗，分選差，雜基含量高，水介質(zhì)能量呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)高。沉積物為搬運(yùn)方式為懸浮式搬運(yùn)，表現(xiàn)為重力流沉積的特征。

a 辮狀溝道微相B02頻率分布直方圖；b 辮狀溝道微相B02和B03概率累計(jì)曲線；c 沉積舌微相B10概率累計(jì)曲線；d 主溝道充填微相B28概率累計(jì)曲線；e 主溝道充填微相B29概率累計(jì)曲線

圖4 粒度統(tǒng)計(jì)曲線特征

2.3 沉積舌微相

沉積舌微相是發(fā)育于海底扇水道口或者其附近，底部不存在水道化現(xiàn)象。沉積舌微相分選較好，雜基為10%±，磨圓主要為次棱角—次圓狀，顆粒支撐，雜基膠結(jié)(見圖3b)。

沉積舌微相B10概率累計(jì)曲線為中高斜度的兩段式曲線(見圖4c)；頻率分布直方圖呈現(xiàn)單峰式，峰值出現(xiàn)在3.5Φ，平均粒徑為3.17Φ，標(biāo)準(zhǔn)差為0.51，分選為好—較好，偏度為0.14，尖度為1.21。

2.4 主溝道充填

主溝道位于大陸斜坡根部的峽谷出口處，是濁積扇沉積物及沉積的主要通道。主溝道充填微相自下而上分別為紊亂層狀礫巖、砂巖層及滑塌層粉砂巖、泥巖(見圖4d)。

紊亂狀礫巖層B28粒度曲線表現(xiàn)：概率累計(jì)曲線為三段式，包含滾動(dòng)組分、跳躍組分及懸浮組分，說明水動(dòng)力條件增強(qiáng)；平均粒徑為1.63Φ，標(biāo)準(zhǔn)差為0.69，分選較好，說明該層非主溝道充填的最底層——泥石流層；偏度為0.14，尖度為1.02。反映沉積環(huán)境中水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積物分選差。

砂巖層主要巖性為灰白色細(xì)砂巖，雜基含量約為15%，沉積物分選較差，顆粒物為棱角狀—次棱角狀，結(jié)構(gòu)成熟度低。B29的頻率曲線呈單峰式，概率累計(jì)曲線呈較高斜度的兩段式，截點(diǎn)為3.2Φ，跳躍組分占80%，斜率約為1；懸浮組分為20%，斜率約為0.15。粒度參數(shù)中，平均粒徑為2.9Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.58，偏度為0.16，尖度為1.01，說明主溝道充填的上部平均粒徑減小，分選變好，水介質(zhì)能量逐漸降低。

3 粒度參數(shù)弗里德曼離散分布

弗里德曼(1967年)建立了判斷河流、三角洲和濱海灘砂的模式圖，利用粒度參數(shù)(偏度和標(biāo)準(zhǔn)偏差)的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行投點(diǎn)分析，表明所有的點(diǎn)均落在水下重力流區(qū)域，其中偏度為-0.01～0.21，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.47～1.09(見圖5)。

圖5 弗里德曼離散分布

其特點(diǎn)是粒度較粗，分選差，某些標(biāo)本主峰粒徑不明顯，峰態(tài)多為正偏。巖石的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度比較低。根據(jù)沉積環(huán)境的粒度散點(diǎn)圖，在相同的沉積環(huán)境中，遠(yuǎn)離物源區(qū)相較于靠近物源區(qū)其相應(yīng)圖5 偏度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差離散圖的標(biāo)準(zhǔn)偏差和偏度會(huì)相應(yīng)減小[13]。從本文所作散點(diǎn)圖來看，絕大多數(shù)標(biāo)本分布于水下重力流區(qū)域的偏左下方即標(biāo)準(zhǔn)偏差和偏度相對(duì)來說較小，說明該沉積區(qū)離物源區(qū)相對(duì)來說較遠(yuǎn)。

4 水下扇CM圖特征

水下扇CM圖像散點(diǎn)分布區(qū)域?yàn)槠叫杏贑=M的長(zhǎng)條帶狀(見圖6)，沉積物最大粒徑及粒度中值的變化幅度均較大。沉積物整體表現(xiàn)為遞變懸浮搬運(yùn)，是典型重力流特征[14]。

5 結(jié) 論

1) 在本區(qū)水下扇中主要?jiǎng)澐殖鲞h(yuǎn)源濁積巖、辮狀溝道、溝道間、沉積舌和主溝道充填等沉積微相。

圖6 水下扇CM

2) 水下扇多數(shù)為雜基支撐，自下而上粒徑和標(biāo)準(zhǔn)差增大，雜基含量增大，反映出水介質(zhì)動(dòng)力逐漸增強(qiáng)，砂巖體整體上為水進(jìn)式沉積。

3) 水下扇弗里德曼離散分布圖，主要是位于“水下重力流”區(qū)域偏左方向，整體而言，標(biāo)準(zhǔn)偏差和偏度相對(duì)較小，說明沉積區(qū)離物源區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)。

4) 水下扇CM圖像為平行C=M線的長(zhǎng)條帶狀重力流沉積特征。

[1] 任戰(zhàn)利, 蕭德銘, 遲元林. 松遼盆地基底石炭—二疊系烴源巖生氣期研究[J]. 自然科學(xué)進(jìn)展, 2006, 16(8): 974-979.

[2] 史政. 松遼盆地北部石炭—二疊系構(gòu)造—熱演化史與生烴史的關(guān)系研究[D]. 西安: 西北大學(xué), 2010.

[3] 劉曉艷, 杜鴻烈, 陳章明, 等. 松遼盆地邊緣石炭—二疊系地表石油顯示及其地質(zhì)意義[J]. 地球化學(xué), 2001, 30(4): 390-394.

[4] Saig, 鄒華耀. 石油聚集對(duì)成巖作用的影響:以北海中部Fulmar砂巖儲(chǔ)層為例[J]. 寶石和寶石學(xué)雜志, 1993(2): 66-73.

[5] 丁喜桂, 葉思源, 高宗軍. 粒度分析理論技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用[J]. 世界地質(zhì), 2005, 24(2): 203-207.

[6] 何玉平, 劉招君, 董清水, 等. 依舒地塹湯原斷陷古近系湖底扇沉積與層序特征[J]. 世界地質(zhì), 2006, 25(1): 23-28.

[7] 張浩, 張占松, 韓藝, 等. 鄂爾多斯盆地晉西地區(qū)致密氣儲(chǔ)集層產(chǎn)能物性下限的確定[J]. 中國錳業(yè), 2016,34(6): 1-4.

[8] 余和中, 蔡希源, 韓守華,等. 松遼盆地石炭—二疊系分布與構(gòu)造特征[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2003, 27(3):277-281.

[9] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1988.

[10] 李福來, 曲希玉, 劉立, 等. 內(nèi)蒙古東北部上二疊統(tǒng)林西組沉積環(huán)境[J]. 沉積學(xué)報(bào), 2009, 27(2): 265-272.

[11] 宋土順, 朱占平, 曲希玉, 等. 內(nèi)蒙古烏蘭浩特市索倫鎮(zhèn)中二疊統(tǒng)哲斯組海相暗色泥巖有機(jī)地球化學(xué)特征[J]. 地質(zhì)通報(bào), 2011, 30(S1): 300-307.

[12] 孫連浦, 劉招君, 李本才, 等. 水下扇巖相特征及形成機(jī)制[J]. 世界地質(zhì), 2001, 20(3): 249-256.

[13] 劉萬洙, 劉招君, 王東坡. 松遼盆地白堊系巖石組合與粒度分布特征[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 1996(2): 131-137.

[14] 甄甄, 劉招君, 孫平昌, 等. 樺甸盆地始新統(tǒng)樺甸組扇三角洲和水下扇粒度分析與對(duì)比[J]. 世界地質(zhì), 2012, 31(4): 681-692.

Middle Permian Zhesi Group Sandstone Grain Size Analysis and Comparison in Region of Inner Mongolia

ZHAO Dingming1,2,3, LIU Zhaojun1,2,3, HU Fei1,2,3, SUN Pingchang1,2,3, WAN Tao1,2,3

(1.CollegeofEarthScience,JilinUniversity,Changchun,Jilin130061,China; 2.KeyLaboratoryforOilShaleandCoexistingMinerals,Changchun,Jilin130061,China; 3.KeyLaboratoryofMineralExplorationandExploitationofOilShaleandSymbioticEnergyResources,Changchun,Jilin130061,China)

Suolun Middle Permian Zhesi group subaqueous fan is divided to fan, middle fan and inner fan subfacies in the Inner Mongolia area. The deposition of the underwater fan is mainly supported by matrix. There are far source deposition, braided channel deposition, the channel filling and main channel filling. From bottom to top of sandstone, we have found that the content of matrix increases, the size turns from fine to coarse,the selectivity gets bad, the standard deviation increases and the frequency curve decreases. The cumulative curve of probability is from the middle-low slope to the high slope of two sections, which indicates that the sand body is formed in the process of sea water accumulation and the energy of the water increases gradually. The projected area of the freedman discrete distribution map is an underwater gravity flow region. CM image of the underwater fan is characterized by a long strip gravity flow parallel to the C=M line.

Suolun area; Permian; Zhesi group; Sandstone; Grain size analysis

2017-03-02

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心項(xiàng)目(DD20160163-05)

趙丁名(1991-)，男，河北保定人，在讀碩士研究生，研究方向：沉積學(xué)及油氣勘探，手機(jī)：15931469182，E-mail：zdm6900@163.com；通訊作者：劉招君(1951-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：沉積學(xué)、層序地層學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)及油頁巖成礦理論，E-mail：liuzj@jlu.edu.cn.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.015