鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組震積巖特征及其油氣地質(zhì)意義

孫萌思，張磊夫，劉池洋，封從軍

(1.延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100000；3.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

震積巖是由地震活動(dòng)而發(fā)生變形、變位的沉積巖，具有特殊的震積構(gòu)造和震積序列[1-3]。地震是一種常見的災(zāi)變性地質(zhì)事件，是形成震積巖的必要條件，同時(shí)斷裂活動(dòng)、火山爆發(fā)、地層變形等因素均能引起地震活動(dòng)[4]。上個(gè)世紀(jì)80年代，從學(xué)者宋天銳在前寒武紀(jì)碳酸鹽巖地層中識(shí)別出異常的沉積構(gòu)造起[5]，國(guó)內(nèi)就陸續(xù)開展了震積巖的相關(guān)研究，分別在塔里木盆地[6]、渤海灣盆地[7-9]、四川盆地[10，11]、鄂爾多斯盆地[12，13]、柴達(dá)木盆地[14]、準(zhǔn)噶爾盆地[15]等識(shí)別出大量的震積巖，并且形成了關(guān)于震積巖特征[16，17]、震積巖識(shí)別標(biāo)志[18]、震積巖沉積序列[19，20]、震積巖形成機(jī)制[21]等相關(guān)理論。

鄂爾多斯盆地位于我國(guó)構(gòu)造帶復(fù)合部位，由于受到多期次構(gòu)造活動(dòng)的影響，其盆地演化、基底結(jié)構(gòu)及能源分布等許多方面，表現(xiàn)出一定的復(fù)雜多變性[22-24]。一直以來(lái)學(xué)者們認(rèn)定鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定的克拉通盆地，盆地內(nèi)部的構(gòu)造活動(dòng)較弱，但學(xué)者們還是通過(guò)露頭沉積考察和巖心觀察描述等一些證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了富烴凹陷延長(zhǎng)期震積巖的蹤跡，目前關(guān)于鄂爾多斯盆地中震積巖的研究主要集中于震積巖特征方面[12，13，25，26]，而對(duì)于震積巖的誘發(fā)機(jī)制研究相對(duì)比較薄弱。

本文在研究鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期構(gòu)造活躍性的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)廣泛發(fā)育震積構(gòu)造，認(rèn)為該期構(gòu)造活動(dòng)發(fā)育典型的震積巖，進(jìn)而研究了震積巖的特征、分布規(guī)律、垂向序列及動(dòng)力學(xué)機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了陸相湖盆震積巖研究，對(duì)研究鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期的構(gòu)造活躍性、構(gòu)造活動(dòng)對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的影響都具有重要的理論和實(shí)踐意義[27]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地構(gòu)造形態(tài)比較簡(jiǎn)單，雖然周緣斷裂發(fā)育，但其內(nèi)部表現(xiàn)為平緩的斜坡(地層傾角小于1°)。依據(jù)盆地現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)，可分為5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元：分別是北部伊盟隆起，中部的伊陜斜坡，東部的晉西撓褶帶，南部的渭北隆起及西緣逆沖斷裂帶。依據(jù)延長(zhǎng)組湖盆演化特征延長(zhǎng)組自下而上劃分為5段10個(gè)油層組：第1段(T3y1)包括長(zhǎng)10油層組；第2段(T3y2)包括長(zhǎng)9油層組、長(zhǎng)8油層組；第3段(T3y3)包括長(zhǎng)7油層組、長(zhǎng)6油層組、長(zhǎng)4+5油層組；第4段(T3y4)包括長(zhǎng)3油層組、長(zhǎng)2油層組；第5段(T3y5)包括長(zhǎng)1油層組，各段之間總體為連續(xù)沉積。其中第三段長(zhǎng)7油層組發(fā)育一套低電位、高伽瑪、高阻的油頁(yè)巖，這套地層在全區(qū)分布相對(duì)比較穩(wěn)定，也是延長(zhǎng)組的主力烴源巖層段。

2 震積巖特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組的巖心和露頭剖面中發(fā)現(xiàn)了大量的同沉積構(gòu)造變形記錄，本文對(duì)這些震積巖的同沉積構(gòu)造變形現(xiàn)象進(jìn)行歸類總結(jié)，將其分為2種類型，分別為軟沉積地層變形構(gòu)造和固結(jié)地層變形構(gòu)造。

2.1 軟沉積變形構(gòu)造

(1)液化砂巖脈：該類變形構(gòu)造通常發(fā)育在砂、泥互層的沉積層中，液化砂巖層多表現(xiàn)為不規(guī)則彎曲變形，其上覆層位及下伏層位都不受影響且層理保持不變；露頭位于甘峪大橋附近，可見液化砂巖脈，自下而上呈液化流動(dòng)形態(tài)(見圖1a)，巖脈寬約為3.0～5.0 cm，尾部逐漸尖滅，圍巖地層隨液化流動(dòng)方向呈牽引彎曲狀，液化程度較弱。

(2)液化卷曲變形構(gòu)造：褶曲層的厚度為十幾厘米到幾厘米不等，且不定向，球-枕構(gòu)造尺度不大，其上覆地層及下伏地層亦未受影響，且層理保持不變；露頭露頭位于甘峪大橋附近，可見液化卷曲的紋層夾于兩層未變形紋層之間(見圖1b)，水平方向表現(xiàn)未緊閉褶皺，局部出現(xiàn)錯(cuò)斷，卷曲變形層厚約5～10 cm。

(3)球-枕構(gòu)造：在地震振動(dòng)和重力的雙重作用下，上覆粉砂巖、細(xì)砂巖下沉至下伏液化泥巖層中形成橢球體，按其長(zhǎng)軸、短軸的比例將其分為球體和枕體(見圖1c)；露頭位于采石場(chǎng)附近，球體尺度大小不等，密度較大，球-枕的圍巖為頁(yè)巖，球體尺寸為30～50 cm左右。

(4)布丁構(gòu)造：軟弱巖層被擠壓，向兩側(cè)呈塑性流動(dòng)形態(tài)，而夾在其中的剛性巖層因不易變形則被拉斷，在平面上構(gòu)成平行排列的長(zhǎng)條塊，也稱其為石香腸構(gòu)造；露頭位于聶家河附近，剖面中可見不連續(xù)的布丁構(gòu)造，呈透鏡狀?yuàn)A于地層之間(見圖1e)，透鏡體長(zhǎng)軸為40～80 cm不等。

(5)環(huán)形層理：主要發(fā)育在具泥質(zhì)條帶的粉砂質(zhì)沉積中，上部可見蝌蚪狀尾巴，而下部呈斷續(xù)狀，形似馬尾絲[28]。

a、液化砂巖脈(甘峪橋)；b、液化卷曲變形構(gòu)造(何家坊)；c、球-枕構(gòu)造(采石場(chǎng))；d、液化砂巖墻(聶家河)；e、布丁構(gòu)造(聶家河)；f、震裂縫

2.2 固結(jié)地層變形構(gòu)造

(1)砂巖墻：大部分發(fā)育在砂、泥互層的地層中，砂巖墻向四周刺穿圍巖，或向上或向側(cè)面侵入(見圖1d)；露頭砂巖墻位于福地湖附近，砂巖沿裂縫擠入黑色頁(yè)巖層中，既沿垂直方向又沿水平方向擠入地層，墻體寬度范圍位于10～20 cm之間。

(2)震裂縫：主要為張性裂縫，其產(chǎn)狀較陡，且斷裂面不規(guī)則，沉積物表層和地下固結(jié)巖層中均可發(fā)育。露頭位于流星溝附近(見圖1f)，在剖面上呈漏斗形，上部寬度為0.40～1.0 m，裂縫深度為0.40～0.8 m，裂縫充填物的性質(zhì)和產(chǎn)狀與裂縫兩側(cè)截然不同，如圖中的土黃色凝灰?guī)r充填在砂巖的裂縫內(nèi)。

(3)層內(nèi)階梯狀微斷層：斷層規(guī)斷相對(duì)較小，但斷層傾角相對(duì)較大，斷層間近乎平行，呈階梯狀排列，主要發(fā)育在較薄的巖層中。

在福地湖露頭剖面中發(fā)育一些砂巖墻，砂巖或自下而上或水平擠入黑灰色的頁(yè)巖中(見圖2)，砂巖墻垂向上終止于水平層狀的頁(yè)巖中，而砂巖墻側(cè)向上接觸的圍巖則有微弱的變形，推測(cè)砂巖墻形成于兩側(cè)地層沉積后但未固結(jié)成巖之時(shí)。該條露頭剖面中砂巖墻的形態(tài)各異，規(guī)模不等，其中規(guī)模較大的砂巖墻呈楔形分布(見圖2a)，該墻下寬上窄，底部寬約90 cm，頂部殲滅于地層中，高約2 m，上覆地層為近水平狀灰黑色頁(yè)巖與黃色薄砂巖互層，露頭上未見砂巖墻與下部地層接觸關(guān)系，推測(cè)該砂巖墻是下部砂巖液化增壓向上擠入頁(yè)巖層，且侵入活動(dòng)自下而上逐步減弱，推測(cè)其形成于長(zhǎng)7頁(yè)巖發(fā)育期間。圖2b砂巖墻規(guī)模相對(duì)較小，墻體寬度垂向上基本一致，約為10～12 cm，該墻體上覆頁(yè)巖呈微弱翹傾，下伏地層為薄層砂巖，推測(cè)其由于上覆巖層因地震作用形成微斷層，后砂巖向上拱入而成，其發(fā)育時(shí)間可能在上部近水平油頁(yè)巖剛剛固結(jié)成巖之時(shí)。圖2c為露頭上規(guī)模最小的砂巖墻，該砂巖墻發(fā)育于微斷層中，寬度為5～7 cm，斷層兩側(cè)斷距較小，斷層終止與上覆水平狀地層，砂巖墻體巖性與上覆砂巖相同，推測(cè)該斷層是延長(zhǎng)期同沉積斷層，該砂巖墻與微斷層同期發(fā)育。

圖2 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組福地湖砂巖墻露頭剖面

3 延長(zhǎng)組震積巖序列

一個(gè)較大規(guī)模的地震活躍期，往往會(huì)發(fā)生一系列不同強(qiáng)度的地震，因而不同類型和特征的軟沉積物變形構(gòu)造和固結(jié)地層變形構(gòu)造可反映不同的古地震強(qiáng)度[29-31]。結(jié)合前人對(duì)延長(zhǎng)組震積巖的研究成果，本文建立了該區(qū)的震積巖垂向序列(見圖3)。鄂爾多斯盆地震積巖的沉積序列劃分為2種類型，分別為固結(jié)地層沉積序列和軟沉積地層沉積序列，同時(shí)依據(jù)該研究區(qū)的地震活躍情況劃分為4個(gè)時(shí)期，由于構(gòu)造活動(dòng)的不規(guī)律性，在一個(gè)露頭剖面中發(fā)育相對(duì)完整的震積巖垂向序列較難[32，33]，因此對(duì)典型的震積巖特征進(jìn)行總結(jié)。

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組震積巖垂向沉積序列

地震活動(dòng)平靜期：包括A段下伏未震層，該期地層未受地震干擾，原始產(chǎn)狀平整，基本地層無(wú)起伏。

地震活動(dòng)強(qiáng)烈期：包括B段階梯狀斷層、環(huán)狀層理，C段震裂縫、球-枕構(gòu)造，D段震碎角礫巖，E段液化卷曲變形、布丁構(gòu)造；該期地震活動(dòng)開始由弱變強(qiáng)，并且構(gòu)造活動(dòng)幅度達(dá)到高峰，在此期間發(fā)育大量的變形構(gòu)造。

地震活動(dòng)衰弱期：包括E段布丁構(gòu)造，F(xiàn)段液化砂巖脈，該期地震活動(dòng)由強(qiáng)變?nèi)酰貙幼冃畏乳_始變小，且地層基本固結(jié)成形，垂向上以砂巖侵入為主，橫向上已沉積的地層被拉伸以布丁構(gòu)造為主。

地震活動(dòng)停止期：該期為G段上覆未震層，地震活動(dòng)已接近尾聲，地層基本不發(fā)生變形，地層產(chǎn)狀平整，基本無(wú)起伏。

4 油氣地質(zhì)意義

在活躍的構(gòu)造背景下通常容易產(chǎn)生地震，地震的沉積表現(xiàn)則為震積巖，這也是通過(guò)震積巖研究來(lái)推測(cè)盆地的構(gòu)造活躍性的依據(jù)，進(jìn)而加深認(rèn)識(shí)盆地的大地構(gòu)造背景。本文在野外露頭、巖心觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果對(duì)鄂爾多斯盆地富烴凹陷100多口井的鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[12，13，28，34-36]，結(jié)果表明震積巖廣泛發(fā)育在延長(zhǎng)組的各個(gè)油層組中，其中長(zhǎng)8至長(zhǎng)4+5油層組中震積巖最為發(fā)育(見圖4)，說(shuō)明在整個(gè)延長(zhǎng)組沉積期間，地震活動(dòng)一直比較活躍。根據(jù)前人研究成果結(jié)合筆者對(duì)及野外露頭考察，依據(jù)震積巖的發(fā)育情況，以華池-慶陽(yáng)-富縣一線為分界限，界限東北方向震積巖發(fā)育較少，基本不發(fā)育，界限南部及西部發(fā)育大量的震積巖。筆者在盆地南部野外露頭剖面中發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)組同沉積褶皺(見圖5d)，同時(shí)利用地震資料亦在盆地西部識(shí)別出一定數(shù)量的延長(zhǎng)組同沉積斷裂(見圖5a和c)，這些同沉積斷裂規(guī)模不大，但清晰可見，因此推斷構(gòu)造活動(dòng)主要在富烴凹陷西緣和南緣活躍，而構(gòu)造活動(dòng)引發(fā)的地震活動(dòng)也相對(duì)在西南部比較活躍，在富烴凹陷東北緣地震活動(dòng)不活躍，因此將富烴凹陷按照構(gòu)造活動(dòng)活躍情況將富烴凹陷分為地震活動(dòng)活躍區(qū)與地震活動(dòng)不活躍區(qū)2種類型(見圖5)，華池-慶陽(yáng)-富縣東北部為地震活動(dòng)不活躍區(qū)，華池-慶陽(yáng)-富縣西南部為地震活動(dòng)活躍區(qū)，該期構(gòu)造活動(dòng)可能與秦嶺向北逆沖作用及造山帶南北地塊碰撞作用有關(guān)，地塊碰撞和造山活動(dòng)引發(fā)地殼巖層錯(cuò)斷，斷裂的頻繁活動(dòng)使得富烴凹陷延長(zhǎng)期地震活動(dòng)頻繁[37]，這也是晚三疊世地震活動(dòng)的直接原因。這些同沉積斷裂的存在及震積巖的發(fā)育證實(shí)了延長(zhǎng)期鄂爾多斯盆地構(gòu)造活動(dòng)比較活躍，活躍的構(gòu)造背景下發(fā)育大量的斷裂、裂縫，這為油氣的運(yùn)移提供有利條件[28，34]。

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組震積巖地層分布圖

a、測(cè)線H11FZ6000_287；延長(zhǎng)組同沉積斷層；b、測(cè)線H11FZ6000_287延長(zhǎng)組同沉積斷層；c、白246井，階梯狀斷層；d、銅川延長(zhǎng)組同沉積褶皺露頭剖面

5 結(jié)論

(1)軟沉積地層變形和固結(jié)地層變形構(gòu)造是延長(zhǎng)組震積巖變形構(gòu)造的2種類型。軟沉積變形包括液化卷曲變形構(gòu)造、液化砂巖脈、布丁構(gòu)造、球-枕構(gòu)造及環(huán)形層理；固結(jié)地層變形包括砂巖墻、液化卷曲變形構(gòu)造、震碎角礫巖、震裂縫及層內(nèi)階梯狀微斷層。研究區(qū)震積巖垂向序列劃分為軟沉積地層沉積序列和固結(jié)地層沉積序列。

(2)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9-長(zhǎng)2均有震積巖分布，其中長(zhǎng)8-長(zhǎng)4+5震積巖較為發(fā)育，為地震活動(dòng)頻繁期；根據(jù)震積巖在平面上的分布位置，將盆地分為兩部分，華池-慶陽(yáng)-富縣一線東北部為地震活動(dòng)不活躍區(qū)，華池-慶陽(yáng)-富縣一線西南部為地震活動(dòng)活躍區(qū)。

(3)根據(jù)延長(zhǎng)期發(fā)育的同沉積斷裂及震積巖分布情況，推測(cè)構(gòu)造活動(dòng)為地震活動(dòng)的誘因，且認(rèn)為鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期的構(gòu)造背景比較活躍，微裂縫、微斷層、同沉積斷層可作為有利油氣運(yùn)氣通道，對(duì)于尋找有利區(qū)具有指導(dǎo)意義。