有機(jī)巖石學(xué)在古湖岸線確定中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地北部盒8期為例

張　輝，賈亞妮.

(1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安　710018； 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安　710018)

湖岸線是歷史時(shí)期湖平面與古陸地的交線，是陸上和水下沉積的分界線，其位置與演化受到湖平面變化、鄰近地貌、水動(dòng)力環(huán)境及沉積物供給的綜合控制，表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的界面。反映地質(zhì)時(shí)期湖平面某一相對穩(wěn)定時(shí)期的湖岸線即為古湖岸線。在油氣沉積地質(zhì)領(lǐng)域，古湖岸線控制著砂體類型、形態(tài)、組合及油氣成藏[1-3]，確定古湖岸線的位置對于油氣勘探起著重要的指導(dǎo)作用[4]。近年來，前人對鄂爾多斯盆地上古生界盒8期沉積環(huán)境、沉積相及其對砂體及儲(chǔ)層的影響做了大量研究工作[5-8]，但是盒8期古湖岸線的位置仍難以確定，一種觀點(diǎn)認(rèn)為盒8期古湖岸線在盆地北部鄂托克前旗—榆林一帶[9]，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其處于盆地南部靖邊-綏德一線[10-11]。這是由于鄂爾多斯盆地盒8期為淺水三角洲沉積，具有構(gòu)造穩(wěn)定、沉降緩慢、坡緩、水淺等特點(diǎn)，受季節(jié)、氣候等因素的影響，湖岸線頻繁擺動(dòng)，湖平面的垂向變化可以引起湖岸線橫向上的大幅度遷移，因此，盒8期湖岸線并不局限于某一條線，而是一個(gè)擺動(dòng)帶。

有機(jī)巖石學(xué)是以光學(xué)顯微鏡為主要技術(shù)手段，應(yīng)用透射光、反射光、熒光等綜合研究沉積巖中有機(jī)質(zhì)的成因、產(chǎn)狀、組成、結(jié)構(gòu)和演化等的一門學(xué)科。研究表明，沉積環(huán)境對原始有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有重要影響，一定沉積環(huán)境下可形成一定特性的有機(jī)巖石成分；反之，據(jù)某種特定的有機(jī)巖石成分則可推測其形成的特定環(huán)境[12]。因此，有機(jī)巖石學(xué)可用來開展有機(jī)相劃分[13-15]，定量確定湖岸線的位置。筆者以有機(jī)巖石學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究盒8段暗色泥巖顯微組分，劃分有機(jī)相，結(jié)合盒8段泥巖顏色，綜合限定古湖岸線位置及其擺動(dòng)范圍，以期為鄂爾多斯盆地北部盒8段天然氣勘探目標(biāo)優(yōu)選提供借鑒。

1　地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地北部北起鄂托克旗，南至環(huán)縣—延安，東至榆林，西到石嘴山，面積約9×104km2(圖1)。鄂爾多斯盆地作為華北地臺西端的次級構(gòu)造單元，其晚古生代的構(gòu)造演化與華北地臺相一致，主要受北側(cè)的興蒙海槽、南和西南緣的秦祁海槽的洋底擴(kuò)張及大洋板塊的俯沖、消減作用控制[16]，同時(shí)受到特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域的雙重作用。早古生代盆地區(qū)主要為陸表海，周圍被古陸和島嶼環(huán)繞，形成厚層碳酸鹽巖沉積建造。中奧陶世后，盆地整體隆起遭受長期風(fēng)化剝蝕，形成了極具天然氣勘探意義的奧陶系頂部古風(fēng)化面。晚石炭世華北地臺整體緩慢下沉接受沉積，呈NNE向的隆坳構(gòu)造格局，中部是中央古隆起，西側(cè)為賀蘭裂陷帶，東面是克拉通內(nèi)淺陷[17]，北緣為陰山古陸，西北緣是阿拉善地塊，南緣有秦嶺—中條古陸，并在風(fēng)化殼之上形成碎屑巖與碳酸鹽巖交互的含煤沉積，構(gòu)成上古生界含油氣系統(tǒng)。早二疊世東西部海水匯合，區(qū)域上形成碳酸鹽臺地、障壁島、淺水三角洲交互的含煤沉積。中—晚二疊世，隨地臺抬升、海水退縮，演變?yōu)榻?nèi)陸坳陷充填，形成沖積扇、河流、三角洲、湖泊沉積；晚二疊世晚期陸表海消亡，轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸坳陷，形成以湖泊沉積為主的河湖充填[16]。

圖1　研究區(qū)位置Fig.1　The location map of study area

2　有機(jī)巖石學(xué)特征

2.1　顯微組分特征

研究區(qū)暗色泥巖干酪根顯微組分分析結(jié)果表明，暗色泥巖顯微組分組成可分為三類：a類以富含鏡質(zhì)組、貧腐泥無定形體為特征，鏡質(zhì)組與惰性組含量在90%以上，無定形體含量<7%，表明其母質(zhì)來源于陸源高等植物；c類以腐泥無定形體為主，含量大多在64%以上，鏡質(zhì)組與惰性組含量在36%以下，表明其母質(zhì)為以藻類為主的低等水生生物；b類為過渡型，鏡質(zhì)組與惰性組含量介于52%～80%，腐泥無定形體含量介于20%～47%，表明其母質(zhì)主要為陸源高等植物，且混有低等水生生物。該類中位于南部的陜339井具有較高的鏡質(zhì)組含量(78%)，這可能是由于沼澤泥炭中的腐殖物質(zhì)受流水搬運(yùn)，在南部再沉積，從而導(dǎo)致泥巖中鏡質(zhì)組含量較高。高福紅等[18]對雞西盆地早白堊世烴源巖顯微組分特征研究后認(rèn)為，在三角洲平原—泛濫平原沉積中，鏡質(zhì)組與惰性組含量大于70%；在濱淺湖—沼澤沉積中，鏡質(zhì)組與惰性組含量為20%～70%；而深湖—半深湖沉積中鏡質(zhì)組與惰性組含量小于20%。研究區(qū)三類顯微組分組成的變化指示泥巖沉積從陸上到深水環(huán)境的演化(表1)。

表1　盒8段暗色泥巖顯微組分分析Table 1　The compositions of the micro-components of dark mudstones of He-8

2.2　有機(jī)巖石學(xué)特征

Hacguebard[19]在對大量現(xiàn)代沼澤研究的基礎(chǔ)上，提出了有機(jī)質(zhì)生成環(huán)境的巖相圖解。巖相圖解的劃分原則及三角圖(圖2)所代表的意義如下：①低等水生生物和高等植物的生成環(huán)境差異較大，以此作為巖相圖解中上下三角形區(qū)分的依據(jù)，低等水生生物以藻類體為代表，多與湖相深水沉積有關(guān)。相的劃分首先以腐泥無定形體含量的10%為限。腐泥無定形體含量大于10%的泥巖為水下湖相沉積，巖相圖的劃分以下部的三角形為準(zhǔn)；腐泥無定形體含量小于10%的泥巖為陸地沉積，巖相圖以上部三角形為準(zhǔn)。②上部的三角形代表比較干燥的條件，愈向A端元頂端愈干燥。當(dāng)分析結(jié)果D端元小于10%時(shí)使用這一圖解，需將C與D組元合并；同樣，當(dāng)分析結(jié)果D端元大于10%時(shí)，需將A與B組元加在一起，將數(shù)據(jù)繪在下面的三角形中，即代表比較潮濕條件下的三角形。

圖2　P.A.Hacgueburd巖相圖解Fig.2　Hacgueburd lithofacies diagrams

按照巖相圖解的劃分原則，將暗色泥巖顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)投到P.A.Hacgueburd巖相圖解，分析結(jié)果(圖2)顯示，研究區(qū)盒8段暗色泥巖發(fā)育三種有機(jī)相，第一種是河間洼地沼澤帶的陸地森林沼澤相，形成于水上環(huán)境，鏡質(zhì)組是主要的顯微組分，含有少量的腐泥無定形體組分；第二種形成于近岸淺湖區(qū)的覆水森林沼澤相，為水下淺水環(huán)境，鏡質(zhì)組占優(yōu)勢，但腐泥無定形體組分明顯富集。第三種是形成于湖泊環(huán)境中的開闊水體相，為深水環(huán)境，以腐泥無定形體組分富集為特征。

3　古湖岸線恢復(fù)

依據(jù)盒8段暗色泥巖有機(jī)相平面分布特征(圖3)，蘇38井-蘇327井-陜9井一線以北為河間洼地沼澤帶的陸地森林沼澤相，以南以惠探1井-蘇110井-陜301井一線為界分別為近岸覆水森林沼澤相和開闊水體相。從圖3中可以看出，研究區(qū)北部蘇38井和蘇40井盒8期暗色泥巖形成于水上和近岸水下淺水兩種沉積環(huán)境，反映其位于湖岸線附近，受湖平面波動(dòng)的影響。因此，將蘇38井-蘇327井-陜9井一線作為盒8期湖泊的湖岸線(最大洪水期與陸地的交界線)。但是，鄂爾多斯盆地盒8期古地形平緩，古沉積坡度小于2°，在此古地形背景下，氣候、構(gòu)造沉降等變化易造成短期水進(jìn)水退頻繁發(fā)生，致使湖岸線不停地來回?cái)[動(dòng)。華北板塊在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)不斷地自赤道附近向北漂移，伴隨著氣候升溫和干燥帶向赤道擴(kuò)張，其主體逐漸脫離熱帶雨林氣候帶，到石盒子期研究區(qū)進(jìn)入熱帶—亞熱帶干旱氣候，決定了石盒子組盒8期河水補(bǔ)給以間歇性的大氣降水為主，湖岸線受季節(jié)性降水影響，洪水期湖水水位上升，湖岸線前進(jìn)；枯水期湖水水位下降，湖岸線后退，湖盆在洪水期與枯水期之間的湖岸線頻繁擺動(dòng)，導(dǎo)致大面積地區(qū)在洪水期處于水下，在枯水期處于水上。在湖岸線以南區(qū)域存在雜色泥巖和暗色泥巖混合區(qū)(圖4)，且暗色泥巖干酪根顯微組分分析結(jié)果呈現(xiàn)出鏡質(zhì)組與腐泥無定形體均勢的特征，反映其沉積環(huán)境變化頻繁。

圖3　盆地北部地區(qū)盒8暗色泥巖有機(jī)相分布Fig.3　Distribution of organic facies of He-8 in northern Ordos Basin

圖5　陜344井盒8段綜合柱狀圖Fig.5　Comprehensive histogram of He-8 from well S344

研究區(qū)三角洲前緣相陜344井盒8段綜合柱狀圖(圖5)顯示，在盒8下段有漏斗狀結(jié)構(gòu)的河口壩砂體，暗色泥巖干酪根鏡鑒結(jié)果也顯示為水下前緣相沉積，但至盒8上段突變?yōu)殡s色泥巖，暗色與雜色泥巖的交替出現(xiàn)反映泥巖沉積時(shí)經(jīng)歷了頻繁的水上、水下變化，湖泊水體發(fā)生過頻繁的湖進(jìn)、湖退波動(dòng)，湖岸線經(jīng)歷了反復(fù)擺動(dòng)的過程[20]。因此，認(rèn)為湖岸線向南最大擺動(dòng)大致在定邊-蓮4井-陜344井-子洲一線，與北部蘇38井-蘇327井-陜9井一線共同構(gòu)成了盒8期湖岸線擺動(dòng)帶(圖4)。按照淺水三角洲類型劃分方案[21]，盒8期蘇38井-蘇327井-陜9井一線以北為三角洲平原(洪水線之上)，定邊-蓮4井-陜344井-子洲一線以南(枯水線之下)為三角洲外前緣沉積，長期處于水下。湖岸線擺動(dòng)帶(枯水線—洪水線之間)為三角洲內(nèi)前緣沉積，沉積區(qū)時(shí)而水上時(shí)而水下，砂體厚度大、粒度粗、橫向連片分布、儲(chǔ)集物性好，是天然氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

4　結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地北部盒8期發(fā)育河間洼地沼澤帶的陸地森林沼澤相、近岸淺湖區(qū)的覆水森林沼澤相、開闊水體相三種有機(jī)相，暗色泥巖顯微組分和有機(jī)相從北往南呈規(guī)律性變化，指示泥巖沉積從陸上到深水環(huán)境的演化。

(2)鄂爾多斯盆地北部盒8期古湖岸線為一個(gè)擺動(dòng)帶。蘇38井-蘇327井-陜9井一線以北為三角洲平原(洪水線之上)，定邊-蓮4井-陜344井-子洲一線以南(枯水線之下)為三角洲外前緣沉積。湖岸線擺動(dòng)帶(枯水線—洪水線之間)為三角洲內(nèi)前緣沉積，砂體厚度大、粒度粗、橫向連片分布、儲(chǔ)集物性好，是天然氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

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