柴北緣西段古近紀(jì)物源體系分析

劉偉明，孫國強(qiáng)，郭佳佳，王 牧，何 湘，沙 鵬，李 浩

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202；4.中國石油青海油田公司采油二廠，青海 海西 816400；5.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江 大慶 163257；6.大慶石油化工有限公司，黑龍江 大慶 163453)

引言

沉積物來源及沉積物分散體系的研究對(duì)揭示盆地沉積過程和地質(zhì)演化歷史具有非常重要的作用[1-2],也是沉積環(huán)境及砂體展布規(guī)律研究的基礎(chǔ)[3]。前人曾對(duì)柴北緣物源體系進(jìn)行分析研究，認(rèn)為其主要受阿爾金山和祁連山兩大物源的控制[4-7]，但缺乏對(duì)不同沉積單元物源體系的具體分析，制約了該區(qū)砂體對(duì)比及展布規(guī)律的精細(xì)研究。本文從古近系碎屑巖的重礦物組合、碎屑組成及巖屑成分等特征入手，結(jié)合前人的研究成果，對(duì)柴北緣古近紀(jì)不同沉積單元的物源方向和變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比和劃分，以期為柴北緣油氣勘探尋找有利目標(biāo)區(qū)提供地質(zhì)依據(jù)。

圖1 柴北緣西段構(gòu)造帶分區(qū)圖

Fig.1 Tectonic division of the western part of northern Qaidam Basin

柴達(dá)木盆地北緣構(gòu)造帶西段(簡(jiǎn)稱“柴北緣西段”)位于南祁連山前，西至阿爾金山東段(圖1)，主要由昆特依凹陷、賽什騰凹陷、馬海凸起和冷湖構(gòu)造帶4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元構(gòu)成[8-9]，是盆地內(nèi)重要的含油氣區(qū)之一。古近紀(jì)以來受阿爾金山和祁連山的共同控制主要發(fā)育沖積扇-辮狀河-辮狀河三角洲-湖泊沉積體系[9-16]，古近系發(fā)育路樂河組(E1+2)和下干柴溝組(E3)，是盆地內(nèi)重要的含油氣層系[17-20]。其中路樂河組為一套紫紅色及棕褐色厚層狀礫巖夾含礫粗砂巖、砂巖及泥質(zhì)粉砂巖和泥巖；下干柴溝組為一套黃綠色層狀粗粉砂巖、灰色中厚層泥巖和淺灰色層狀含礫中砂巖互層為主的碎屑沉積[21]。沉積物源主要受到阿爾金山和祁連山兩大主力物源共同影響，物源供給呈現(xiàn)出多物源、多區(qū)域分布的特征。

1 重礦物特征

重礦物是碎屑巖中的含量不超過1%、相對(duì)密度大于2.86g /cm3的陸源碎屑礦物[22-23]，是連接物源區(qū)和沉積單元的重要紐帶[2,23-24]。重礦物組合特征會(huì)隨著沉積物搬運(yùn)距離的增加而發(fā)生相應(yīng)的變化，可以用來指示沉積區(qū)的物源方向[25-26]。通過對(duì)柴北緣西段50多口探井的2000多塊樣品的分析(表1)，結(jié)果顯示該區(qū)物源在平面上具有明顯的分帶性。

1.1 重礦物分布規(guī)律

由于礦物之間嚴(yán)格的共生關(guān)系，含量的變化代表源區(qū)巖性的變化[27-28]。因此，根據(jù)不同地區(qū)重礦物組合特征及含量的變化將柴北緣西段劃分為5個(gè)主要的物源區(qū)(圖2)。

1.1.1 牛東物源區(qū)

牛東地區(qū)重礦物組合以磁鐵礦+石榴石+鋯石+綠簾石+白鈦礦為主，含有少量的電氣石和角閃石。重礦物中磁鐵礦平均含量超過45%，說明其物源區(qū)巖性以中基性的巖漿巖為主，較高含量的石榴石和綠簾石也說明源區(qū)含有一定量的深變質(zhì)巖。

1.1.2 冷北物源區(qū)

冷湖四-五號(hào)地區(qū)的重礦物以磁鐵礦+石榴石+鋯石+綠簾石+白鈦礦+電氣石+赤鐵礦為主，含有一定量的榍石和較高含量的赤鐵礦是其主要特征。榍石是本區(qū)主要的標(biāo)型礦物，主要來自酸性巖漿巖。石榴石和磁鐵礦含量也較高，累計(jì)超過55%，說明源區(qū)發(fā)育變質(zhì)巖類源巖。

1.1.3 賽西物源區(qū)

平臺(tái)-冷湖六號(hào)地區(qū)重礦物組合以磁鐵礦+石榴石+鋯石+綠簾石+白鈦礦+電氣石為主，與鄰區(qū)冷北物源主要的區(qū)別是不含榍石。不穩(wěn)定重礦物中的綠簾石和角閃石隨遠(yuǎn)離老山含量逐漸減少，至冷90井區(qū)含量幾乎為零，說明在該區(qū)沉積物經(jīng)過了較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)和沉積過程。

1.1.4 賽東物源區(qū)

圓頂山-冷湖七號(hào)地區(qū)探井較少，測(cè)得的重礦物數(shù)據(jù)也以冷湖七號(hào)的3口鉆井為主，磁鐵礦+石榴石+鋯石+綠簾石+白鈦礦為該地區(qū)主要的重礦物類型，幾乎不含電氣石和高含量的白鈦礦，這是其主要特征，也是劃分與賽西物源區(qū)別的主要依據(jù)。酸性巖漿巖和碎屑巖是其主要的母巖類型。

1.1.5 九龍山物源區(qū)

主要的沉積單元是馬海凸起，包括了馬北和南八仙地區(qū)。重礦物組合以磁鐵礦+石榴石+鋯石+綠簾石+白鈦礦為主，與西側(cè)賽東物源的區(qū)別主要是其超高含量的石榴石，和較低含量的磁鐵礦。石榴石平均含量33%，說明物源區(qū)主要以變質(zhì)巖類為主。

柴北緣西端的阿爾金山東段主要發(fā)育太古界、元古界變質(zhì)巖和中酸性侵入巖體[29];小賽什騰山和賽什騰山則以元古界變質(zhì)巖為主，在加里東期和華力西期發(fā)育侵入巖體，偶見碎屑巖[30-31]；九龍山和綠梁山地區(qū)主要發(fā)育元古界變質(zhì)巖系和基性-超基性侵入巖體[32]。柴北緣西段周緣山系物源區(qū)母巖類型主要是以變質(zhì)巖和火山巖為主，這與重礦物組合特征反應(yīng)的母巖類型基本一致。

1.2 ZTR指數(shù)特征

鋯石、電氣石、金紅石是碎屑礦物中最穩(wěn)定的3種礦物。在研究中，常用鋯石、電氣石、金紅石這3種重礦物在透明重礦物中所占的比例—即“ZTR”指數(shù)來判別碎屑巖成分成熟度，其值越大，則表明成熟度越高[33]。一般而言，來自相同蝕源區(qū)、同一地質(zhì)年代、同一水系的樣品，從上游至下游隨著搬運(yùn)距離的增加，樣品中角閃石、綠簾石等不穩(wěn)定重礦物數(shù)量逐漸減少，鋯石、電氣石等穩(wěn)定重礦物的數(shù)量相對(duì)增多，“ZTR”指數(shù)也相應(yīng)逐漸增大[34-35]。柴北緣主要的沉積單元從物源區(qū)到沉積區(qū)的連井剖面顯示(圖3，剖面位置見圖1)，不同物源區(qū)由源區(qū)到沉積區(qū)“ZTR”指數(shù)逐漸增大。

表1 柴北緣古近系重礦物含量分布表

(接上表)

分區(qū)井號(hào)穩(wěn)定重礦物(%)不穩(wěn)定重礦物(%)鋯石電氣石石榴石赤鐵礦榍石磁鐵礦白鈦礦綠簾石角閃石賽西物源區(qū)冷9032 21 220 91 7/32 811 4//冷9210 70 512 5//65 07 92 70 7平114 91 827 7/0 236 48 09 01 2平27 214 517 31 1/31 67 116 93 2平37 14 513 32 0/50 48 813 30 7平57 51 417 80 1/54 59 09 0/平712 99 416 6//35 28 015 81 8冷六130 80 210 0//45 013 8//騰19 33 37 10 4/63 713 12 9/賽深311 80 39 90 5/64 212 11 10 3東臺(tái)14 70 215 92 5/58 58 59 10 8賽東物源區(qū)冷七129 90 713 52 416 232 00 42 8冷七216 60 415 41 84 815 721 19 64 7冷七310 41 510 9//56 015 85 10 4九龍山物源區(qū)龍16 00 412 40 2/70 58 32 4/龍40 50 590 4//3 20 23 1/馬北115 62 041 10 40 215 421 73 30 6馬北28 90 640 60 70 125 014 94 50 3馬北313 82 332 00 80 126 714 98 90 7馬北811 51 536 23 4/29 414 22 60 2馬北917 81 824 63 5/34 216 41 6/馬北108 74 917 23 01 239 019 66 6/馬北1316 60 728 60 4/35 714 63 00 6馬北1414 81 321 70 5/50 49 90 70 9馬北1516 21 034 80 4/31 113 12 21 1馬北10110 91 032 60 20 522 030 41 90 6馬西413 11 431 41 2/38 811 91 90 2星19 91 224 72 20 246 012 60 92 4北112 21 817 36 31 79 324 021 53 3

2 巖石學(xué)特征

2.1 碎屑組分

陸源碎屑巖中的碎屑物質(zhì)是母巖機(jī)械破碎的產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石和巖屑含量的變化對(duì)物源區(qū)的分析具有重要的意義[34,36-39]。通過對(duì)柴北緣500多塊巖心樣品的薄片鑒定和分析測(cè)試，結(jié)果顯示碎屑組分在平面上具有較大差異(圖4)。(1)牛東地區(qū)以石英和高含量的長(zhǎng)石組合為主，其中石英平均含量為34.3%，長(zhǎng)石平均含量分別為50.3%，二者總計(jì)含量為84.6%，巖屑含量?jī)H為15.4%；(2)冷湖三-五號(hào)地區(qū)以長(zhǎng)石和高含量的巖屑為主，石英含量相對(duì)較低，平均為27.1%，長(zhǎng)石平均含量為33.1%，巖屑含量最高平均達(dá)到了39.8%；(3)平臺(tái)-冷湖六號(hào)地區(qū)以石英、長(zhǎng)石和巖屑為主，三者平均含量分別為36.8%、39.4%和23.8%；(4)圓頂山-冷湖七號(hào)地區(qū)以高含量的石英和長(zhǎng)石為主，其中石英平均含量達(dá)到50.9%，長(zhǎng)石平均含量為34.5%，二者總計(jì)含量85.4%，巖屑含量較低，平均為17.1%；(5)九龍山-馬海地區(qū)石英、長(zhǎng)石和巖屑的平均含量分別為35.7%、35.8%和28.5%。

圖2 柴北緣西段古近系重礦物及物源體系分布圖

Fig.2 Distribution of the heavy minerals and provenance systems in the western part of northern Qaidam Basin

圖3 柴北緣西段古近系ZTR指數(shù)變化趨勢(shì)

Fig.3 ZTR index trend of the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

2.2 巖屑特征

碎屑巖中巖屑類型能直接指示沉積物的母巖類型，是提供沉積物來源區(qū)巖石類型的直接標(biāo)志[6,33]。柴北緣西段地區(qū)30多口探井的巖屑成分鑒定結(jié)果顯示出一定的規(guī)律，各沉積單元都表現(xiàn)出較高含量的變質(zhì)巖巖屑(圖5)。除了圓頂山-冷湖七號(hào)地區(qū)外,火成巖巖屑含量也較高(圖6)。碳酸鹽巖巖屑作為區(qū)分柴北緣各沉積單元主要的巖屑類型，可作為單獨(dú)的巖屑類型，故文中所提的沉積巖巖屑指的是非碳酸鹽巖類的沉積巖巖屑。

根據(jù)巖屑類型的不同初步劃分為5個(gè)沉積單元：(1)牛東地區(qū)變質(zhì)巖巖屑為主，其次為碳酸鹽巖牛東物源：(a)牛2井巖心薄片，E3，1154 m，中-粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑以變質(zhì)巖和火成巖為主，偶見碳酸鹽巖巖屑(+)；冷北物源：(b)冷96井巖心薄片，E3，504.07 m，細(xì)-中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑有石英巖、片巖、板巖等，變質(zhì)巖巖屑含量較高(+)；(c)冷96井巖心薄片，E3，505.78m，不等粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑以變質(zhì)巖和火成巖為主(+)； 賽西物源：(d)平2井巖心薄片，E3，928.86m，粗-巨粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑主要有千枚巖、石英巖、板巖、花崗巖等 (+)；(e)平1井巖心薄片，E3，602.10m，不等粒巖屑長(zhǎng)石砂巖，巖屑以火成巖為主，含部分碳酸鹽巖巖屑(+)；(f)平2井巖心薄片，E3，929.86 m，粗-巨粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑以變質(zhì)巖為主，含部分碳酸鹽巖巖屑(+)； 賽東物源：(g)圓探1井巖心薄片，E3，3815～3816m，含灰極細(xì)細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，巖屑有石英巖等，含部分火成巖巖屑(+)； 九龍山物源：(h)馬北12井鑄體薄片，E1+2，1382.72m，中粒巖屑砂巖，巖屑以變質(zhì)巖為主，偶見砂巖巖屑(+)；(I)馬北12井鑄體薄片，E1+2，1381.96+3.68m，中粒巖屑砂巖，巖屑以變質(zhì)巖為主，含少量流紋巖巖屑(+)。M.變質(zhì)巖巖屑；I.火成巖巖屑；S.沉積巖巖屑；C.碳酸鹽巖巖屑。

圖4 柴北緣西段古近系碎屑組分平面分布圖

Fig.4 Planar distribution of the clastic compositions in the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

圖5 柴北緣古近系碎屑巖中巖屑成分特征

Fig.5 Lithic compositions in the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

巖屑和火成巖巖屑；(2)變質(zhì)巖巖屑為冷湖三-五號(hào)地區(qū)主要的巖屑類型，其次為火成巖巖屑，含少量沉積巖巖屑；(3)平臺(tái)-冷湖六號(hào)地區(qū)巖屑類型除以變質(zhì)巖和火成巖巖屑為主外，還含少量的碳酸鹽巖巖屑；(4)圓頂山-冷湖七號(hào)地區(qū)主要以變質(zhì)巖巖屑為主，其次為火成巖巖屑和沉積巖巖屑；(5)九龍山-馬海地區(qū)主要以變質(zhì)巖巖屑為主，含量達(dá)到77.3%，其次為火成巖巖屑和沉積巖巖屑，還含有少量的碳酸鹽巖巖屑。

前人研究結(jié)果顯示，阿爾金山東段主要發(fā)育太古界、元古界變質(zhì)巖和中酸性侵入巖體，古生界以來以灰?guī)r、火山巖及碎屑巖為主[29]，與牛東物源發(fā)育的巖屑類型一致。小賽什騰山西部出露暗紫色玄武巖、灰綠色安山巖及安山質(zhì)火山角礫巖，上部夾石英長(zhǎng)石砂巖及砂質(zhì)板巖；中部巖性主要為白色大理巖、灰?guī)r、灰白色石英硬砂巖、夾板巖；東部主要出露元古界片巖、片麻巖[30]，代表冷北物源主要的巖石類型。賽什騰山古元古界達(dá)肯大坂群為深變質(zhì)片巖、片麻巖及混合巖類，中元古界發(fā)育萬洞溝群千枚巖、片巖及大理巖類.古生界以低變質(zhì)的火山巖和火山碎屑巖組成，偶見碎屑巖，加里東期和華力西期發(fā)育侵入巖體[31]，與冷北物源和賽西物源的巖屑類型較為一致；九龍山和綠梁山主要發(fā)育元古界片麻巖、綠色石英片巖和黑云母片麻巖，花崗質(zhì)片麻巖、花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)表殼巖、榴輝巖、變火山巖以及基性-超基性侵入巖[32]，代表了九龍山物源主要的母巖類型。

3 結(jié)論

柴北緣西段古近系沉積顯示出多物源體系的特征，通過研究區(qū)碎屑巖的碎屑組成、巖屑成分、重礦物組合、ZTR指數(shù)綜合分析，結(jié)果顯示古近紀(jì)柴北緣西段自西往東依次發(fā)育牛東物源、冷北物源、賽西物源、賽東物源和九龍山物源五大物源體系。

(1)各沉積單元均發(fā)育一定含量的磁鐵礦、石榴石、鋯石、白鈦礦和電氣石的礦物組合特征，但各區(qū)又存在明顯差異。冷北物源發(fā)育一定量的榍石和赤鐵礦，區(qū)別于相鄰的牛東物源和賽西物源。賽西物源出現(xiàn)了含量較高的角閃石，而賽東物源基本不含電氣石。

(2)牛東物源碎屑組分以石英和高含量的長(zhǎng)石為特征；冷北物源以長(zhǎng)石和高含量巖屑為主；賽東物源以長(zhǎng)石和高含量的石英為主；賽西物源和九龍山那物源碎屑組分含量均一。

(3)柴北緣各沉積區(qū)碎屑巖中變質(zhì)巖巖屑和火成巖巖屑均占較高比重，故主要依據(jù)沉積巖巖屑類型來判斷研究區(qū)是否屬于同一物源。牛東物源和賽東物源含有碳酸鹽巖巖屑，冷北物源和九龍山物源含有碎屑巖巖屑，而兩種沉積巖巖屑在賽西物源均有發(fā)育。

圖6 柴北緣西段古近系巖屑成分平面分布圖

Fig.6 Planar distribution of the lithic compositions in the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin