基于紅外光譜技術(shù)的區(qū)域礦物格架及地層劃分研究
——以北羌塘盆地瑪曲地區(qū)侏羅統(tǒng)雀莫錯組為例

葛天助,安仰生,宋利強(qiáng),劉曉,羅林濤,郭東旭

1)自然資源實物地質(zhì)資料中心,北京,100083; 2)山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東兗州,272100

內(nèi)容提要:厘清巖芯中的礦物的主要成分及其含量對地層劃分等地質(zhì)研究具有重要作用。筆者等利用紅外光譜反射技術(shù)對北羌塘盆地瑪曲地區(qū)內(nèi)QZ16井雀莫錯組巖芯進(jìn)行礦物的定性—半定量識別研究,分析其礦物組合特征和巖性對應(yīng)關(guān)系,最后結(jié)合層序地層學(xué)等結(jié)果,通過多種礦物的相對含量曲線對侏羅系雀莫錯組地層開展精細(xì)劃分。結(jié)果顯示紅外光譜反射技術(shù)能夠識別礦物種類及獲得其相對含量信息,對巖性識別具有良好的指示意義。石英、石膏、黏土礦物和碳酸鹽礦物的相對含量值具有明顯的三段式結(jié)構(gòu),與雀莫錯組的雀一段、雀二段、雀三段具有良好的對應(yīng)關(guān)系。且根據(jù)測試結(jié)果將雀莫錯組的三段進(jìn)一步劃分成雀一段:雀一1、雀一2、雀一3。雀二段:雀二1、雀二2。雀三段:雀三1、雀三2、雀三3,共計8個小層。并進(jìn)一步識別出對應(yīng)的沉積亞相特征,由下至上依次為沖洪積—河道沉積—河漫灘—咸化潟湖—淡化潟湖—前三角洲—三角洲前緣—前三角洲。本次測試結(jié)果表明,紅外光譜技術(shù)在大批量、大尺度巖芯掃描及地層精細(xì)劃分方面具有顯著的優(yōu)勢,可為后續(xù)區(qū)域地質(zhì)的沉積體系等研究提供科學(xué)依據(jù)。

礦物是巖石的骨架和基質(zhì)的主要組成部分,其中沉積巖中的主量礦物的種類和含量更是受沉積物源和后期的地質(zhì)改造作用控制(Clark et al., 2003)。例如砂泥巖(碎屑巖)的礦物組成以石英、長石為主夾黏土礦物等;灰?guī)r的主要礦物組成為白云石和方解石(Laukamp et al., 2010);膏巖的主要礦物組成則為石膏類礦物、黏土礦物等組成等(Francos et al., 2021)。因此準(zhǔn)確識別礦物的主要成分對巖性判別具有重要意義(張弘等,2021)。目前用于礦物分析的方法主要分為兩類:一類為紅外光譜分析技術(shù),主要包括短波紅外、可見光—近紅外、中紅外、熱紅外等(代晶晶等,2020),具有無損、快速的優(yōu)點(diǎn),但受技術(shù)和其他影響因素干擾,其測試的結(jié)果準(zhǔn)確度有待提高(Zhu Ying et al., 2021)。一類是化學(xué)分析方法,它對礦物的種類和含量鑒定結(jié)果準(zhǔn)確度較高,但需要對樣品進(jìn)行破碎等工作,不利于樣品保存(孫強(qiáng)強(qiáng),2016;王慶生,2016;趙振華等,2019)。兩種方法相互配合,更有利于揭示研究區(qū)從宏觀到微觀的地質(zhì)現(xiàn)象。

羌塘盆地位于青藏高原北部腹地,是我國陸上最大的中生代海相沉積殘余盆地(趙政璋等,2000;付修根等,2010)。在近年的勘探工作中共發(fā)現(xiàn)250余處出露油苗(楊莉等,2015)。王成善、付修根等科學(xué)家圍繞羌塘盆地各區(qū)域、各地層的構(gòu)造、沉積、油氣成藏等方面的科學(xué)問題進(jìn)行細(xì)致的研究和論述(張玉修等,2007;李亞林等,2008a;王劍等,2020),初步建立了羌塘盆地總體的地層格架。受羌塘盆地面積過大,工區(qū)研究鉆孔數(shù)量少,實物地質(zhì)資料獲取困難的影響,羌塘盆地的研究以露天剖面和單井為主(薛偉偉等,2020),區(qū)域地質(zhì)研究工作總體處于較早階段。單井高精度地層劃分是區(qū)域地層精細(xì)研究的基礎(chǔ)(王營等,2019),其目的在于劃分出具有同時期沉積特征,或有前后聯(lián)系的更小的地層單元,以便更加準(zhǔn)確的確定目的層在地層空間的分布規(guī)律。傳統(tǒng)單井地層劃分主要依賴單井的巖性、測井反映的巖性組合特征及厚度、比例、韻律關(guān)系作為劃分的依據(jù)(孫佳珺等,2016)。QZ16井于2017年完鉆并記錄了完整的中生代地層(謝小國等,2018),筆者等以QZ16井巖芯為研究對象,運(yùn)用紅外光譜技術(shù)對QZ16井雀莫錯組的地層格架開展研究,并結(jié)合地層劃分的方法,利用礦物相對含量曲線對其地層進(jìn)行進(jìn)一步的劃分,為區(qū)域雀莫錯組沉積體系的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

羌塘盆地是歐亞大陸上的典型特提斯構(gòu)造帶(丘東洲等,2007),自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、和新近系地層(劉若涵等,2019)。北羌塘盆地雀莫錯組自下至上是從陸相到碳酸鹽巖臺地相,再到海陸過渡相,整體上是一個由陸到海變化的海侵序列(王劍等,2020;杜少榮等,2021)?，斍璧匚挥诒鼻继僚璧貣|部,受烏拉山和唐古拉兩個凸起控制(李亞林等,2008b)。QZ16井位于瑪曲盆地東部(圖1),地層上主要發(fā)育中生界海相沉積地層(王若等,2018)。雀莫錯組發(fā)育在中—下侏羅統(tǒng),與上覆地層布曲組為整合接觸,與下伏地層鄂爾隆巴組為不整合接觸(王麗波等,2012)。

2 實驗部分

2.1 實驗樣品

本次實驗樣品為QZ16井侏羅系雀莫錯組巖芯。QZ16井位于瑪曲地區(qū)中部,處于羌塘盆地東部。QZ16井鉆深1600 m,整孔取心,完整取心率達(dá)96%。雀莫錯組深度0～826 m,,巖芯保存情況良好,厚度較大,地質(zhì)信息豐富,具有極高的研究價值。

在地層上,雀莫錯組發(fā)育雀一段(0～231 m)、雀二段(231～615 m)和雀三段(615～826 m)的三段式地層。其中雀一段主要為砂巖、粉砂巖、泥巖等碎屑巖沉積,雀二段主要為膏巖、膏質(zhì)泥巖等沉積巖,雀三段主要為砂礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖沉積。

2.2 實驗方法及數(shù)據(jù)處理

本次紅外測試實驗使用的儀器為澳大利亞HyLogge-3TM,其紅外探測波長覆蓋范圍為400～14500 nm,采樣間隔2.5 cm/點(diǎn),光譜分辨率為3nmVNIR(400～1100 nm);10 nmSWIR(1100～2500 nm);18nm@6000nm;150nm@14000nm。波長涵蓋可見光、近紅外、短波紅外及熱紅外(史維鑫等,2020)。在測試時采用多波段紅外光譜對巖芯表面的礦物信息進(jìn)行采集,可識別出硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等礦物(陳康等,2020)。測試工作開始前,環(huán)境溫度控制在20～25℃。開啟儀器預(yù)熱,使儀器達(dá)到溫控平衡后進(jìn)行黑體校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)礦物識別工作,均達(dá)到正確結(jié)果后,開始測試工作。使用TSG(The Spectral Geologist)光譜地質(zhì)分析軟件對提取的數(shù)據(jù)依照其自動分析解譯處理,最終得到礦物的熱紅外光譜特征及半定量結(jié)果。

3 實驗結(jié)果

3.1 典型礦物光譜特征及分布

根據(jù)巖芯掃描特征提取和數(shù)據(jù)解譯結(jié)果,對QZ16井雀莫錯組巖芯識別出主要礦物識別出石英、石膏類、碳酸鹽巖、黏土礦物4類礦物。

3.1.1石英

石英(SiO2. H2O)作為穩(wěn)定的碎屑巖沉積礦物,具有典型的“M”型熱紅外波譜特征,在8620 nm、12655 nm和14450 nm位置附近具有較明顯的反射峰。8620 nm處吸收峰極值最高,12650 nm處吸收峰次之。14450 nm位置吸收峰較寬,歸屬為Si—O鍵的對稱伸縮振動(圖2)。

3.1.2石膏類

石膏類礦物主要包括石膏和硬石膏,其區(qū)別在于化學(xué)組成中是否含有結(jié)晶水。石膏和硬石膏的紅外光譜特征吸收峰大致相同。在短波紅外上,石膏和硬石膏的吸收峰均處于1437 nm、1760 nm處,2170 nm處吸收峰極值最高,1760 nm處吸收峰次之。硬石膏在1550 nm處具有一處較寬的低值吸收峰,這與其化合物中結(jié)晶水中氫鍵的單極振動相關(guān)(圖3)。

3.1.3碳酸鹽巖礦物

碳酸鹽巖礦物是方解石和白云巖及其他碳酸類礦物的統(tǒng)稱,在短波和熱紅外光譜上均具有明顯的識別特征。在短波紅外上,典型的碳酸鹽礦物特征峰出現(xiàn)在1440～2350 nm,一般在1440 nm存在一個較高的吸收峰,在1800 nm和2340 nm左右存在一個幅度較小的吸收峰,碳酸鹽特征峰很強(qiáng),其他吸收峰比較弱。碳酸鹽礦物的高光譜譜型類似,碳酸根在6450 nm、11560 nm處具有明顯的上升峰,在13750 nm處出現(xiàn)明顯的坡折谷。利用碳酸鹽巖的紅外光譜特征發(fā)現(xiàn),鉆孔中的碳酸鹽巖在雀二段向雀三段演化時期與膏質(zhì)泥巖交替發(fā)育,表明此時水動力變化劇烈(圖4)。

圖4 雀莫錯組碳酸鹽巖紅外光譜特征與QEMSCAN測試結(jié)果(248.74～249.00 m,灰色泥晶灰?guī)r,裂縫較為發(fā)育,泥質(zhì)填充,無明顯層理構(gòu)造;紅圈為測試位置)Fig.4 Infrared spectrum characteristics and QEMSCAN test results of the Quemoco Formation carbonate rock(248.74～249.00 m, gray micrite, the cracks are relatively developed and filled with mud obvious bedding structure; red circle is the test location)

3.1.4黏土礦物

黏土礦物作為細(xì)粒沉積物基質(zhì)的主要組成部分,其種類繁多。筆者等依據(jù)測試結(jié)果,選取其中相對含量較高的3種礦物:綠泥石、伊利石和高嶺石。綠泥石的在近—中紅外光譜特征表現(xiàn)為規(guī)律的5個吸收峰,在1415 nm、2260 nm、2368 nm處吸收峰值較低,在1907 nm、2008 nm處吸收峰值較高(圖5a)。高嶺石的紅外光譜特征在短波層段有明顯型態(tài),其中在1413 nm的位置顯示高值吸收峰,在2150 nm和2215 nm處顯示一處寬頻低值吸收峰(圖5b)。伊利石在熱紅外紅外光譜特征表現(xiàn)出雙峰態(tài),吸收峰波長處于9450 nm,左側(cè)峰值較高,右側(cè)峰值較低(圖5c)。在短波紅外波段,伊利石在1408 nm、2196 nm的位置存在兩個吸收峰,且1408 nm處吸收峰值約為2196 nm處的兩倍(圖5d)。

圖5 黏土礦物紅外光譜特征曲線Fig.5 Thermal infrared spectral characteristic curve of clay minerals

3.2 地層礦物組合與巖性組合特征對比

地層礦物的發(fā)育與巖性組合具有明顯的相關(guān)性。相同巖性組合中發(fā)育的主要礦物種類一般保持相對穩(wěn)定。明確該地層中的礦物與巖性組合關(guān)系,可以進(jìn)一步通過礦物組合的變化對地層巖性進(jìn)行更精細(xì)的識別和劃分。筆者等選取QZ16井的雀莫錯組地層巖芯作為研究對象,從巖性、礦物組合可以得出以下特征:該鉆孔從底部到頂部巖性具有明顯三段式結(jié)構(gòu),巖性沉積與礦物發(fā)育有良好的對應(yīng)關(guān)系(圖6)。

圖6 QZ16井雀莫錯組地層的巖性組合與礦物組合特征Fig.6 Lithologic assemblage and mineral assemblage characteristics of the Quemocuo Formation in the Well Qz 16

底部雀一段巖性主要為碎屑巖。底部(782～826 m)主要為粗碎屑巖組合,下部為礫巖、含礫砂巖、石英砂巖、巖屑砂巖。向上至雀一段頂部(782～615 m),巖性過渡為以細(xì)粒碎屑巖為主的泥巖、粉砂巖、巖屑砂巖、等薄互層。該段的礦物則主要為石英+黏土礦物+碳酸鹽礦物+少量長石組合沉積。在782～856 m深度內(nèi),石英是含量成分最高的礦物,黏土礦物含量較低。深度上升至615 m,石英含量相對減少,黏土礦物和方解石的含量逐漸增加,至雀一段上部位置,石英含量逐漸降低至約40%,黏土礦物和碳酸鹽礦物含量逐漸上升至55%左右,這一發(fā)現(xiàn)也表明此時的水深逐漸增加,物源供應(yīng)相對減少。

雀二段底部(615～424 m)發(fā)育一小段灰?guī)r和碳質(zhì)泥巖,向上過渡為石膏、硬石膏、和極少量的膏質(zhì)泥巖沉積。424～429 m發(fā)育一段較純的碳酸鹽巖沉積,表明該期間由于風(fēng)暴潮或短期海平面上升導(dǎo)致該地持續(xù)處于水下環(huán)境,并存在海水補(bǔ)給環(huán)境。隨著深度上升至310 m左右,巖性變?yōu)檩^純的石膏類礦物+膏質(zhì)泥巖+碳酸鹽巖。再向上至235 m左右,巖性中的泥巖含量逐漸增加,巖性過渡為泥巖+灰?guī)r+石膏+碳質(zhì)泥巖。該段礦物則主要為石膏類礦物夾少量碳酸鹽礦物、黏土礦物發(fā)育。其中從615～429 m石膏和硬石膏為主要的發(fā)育礦物,總體含量超過63%,整體呈現(xiàn)以石膏類礦物為主,伴碳酸鹽類礦物交替發(fā)育,部分位置發(fā)育少量黏土礦物沉積,至429 m位置,發(fā)育一段厚度約5 m的碳酸鹽巖礦物沉積,自429～310 m,石膏類礦物發(fā)育占比平均超過50%,石膏雜黏土礦物伴生沉積,少量碳酸鹽礦物發(fā)育的礦物特征,在這一時期,出現(xiàn)極少量石英沉積,表明這一時期有少量陸源碎屑供應(yīng),推測為風(fēng)暴潮、或海平面下降導(dǎo)致陸源進(jìn)積。在310 m至249 m的位置,發(fā)育的主要礦物組合過渡為碳酸鹽類礦物、黏土礦物和少量的石膏類礦物,表明該時期沉積環(huán)境以水下沉積環(huán)境為主。

雀三段(0～249 m)的巖性主要以碎屑巖為主,底部夾少量的灰?guī)r、礫巖等沉積。隨著深度上升,泥質(zhì)含量逐漸增加。其礦物發(fā)育為以石英發(fā)育為主的礦物組合特征,依據(jù)石英和黏土礦物的發(fā)育比例大致可分為三個小層。第一小層182～249 m為石英+黏土礦物+碳酸鹽礦物,其中的碳酸鹽礦物多為角礫巖沉積攜帶。第二小層123～182 m發(fā)育為石英+黏土礦物+少量方解石,在160 m位置,石英的含量超過70%,隨后向上逐漸減少。第三小層0～123 m礦物組合較第二段類似,但各組分含量變化明顯,在這一小層中,黏土礦物的含量大幅增加,表明這一時期的沉積巖性以細(xì)粒沉積為主,整體呈現(xiàn)水位逐漸上升的態(tài)勢。頂部發(fā)育一段褐紅色泥巖沉積,表明當(dāng)時的海泛面由深入水下的還原環(huán)境在構(gòu)造作用下迅速下降,使細(xì)粒沉積物暴露在空氣中,進(jìn)而被空氣氧化。

4 礦物的相對含量曲線在地層劃分上的應(yīng)用

4.1 單種礦物地層劃分

筆者等根據(jù)層序地層學(xué)原理,結(jié)合巖石地層學(xué)、礦物學(xué)等,對石英、石膏類礦物、碳酸鹽類礦物和黏土礦物4種礦物的相對含量變化趨勢進(jìn)行研究,結(jié)合測井曲線特征劃分單礦物地層。尋找礦物和巖性變化的作用規(guī)律,為該地區(qū)的地層的深入研究提供有利參考。

石英是碎屑巖組成的主要礦物,常以石英膠結(jié)物的形式在砂巖中存在,并多發(fā)生次生加大反應(yīng)(史丹妮等,1999)。在沉積中,石英因其本身硅質(zhì)結(jié)構(gòu)不易發(fā)生氧化或還原反應(yīng),所以其母巖一般為外源輸入。在物源研究中,石英一直被作為研究沉積地與物源距離的一個重要指標(biāo)來使用(史丹妮等,1999)。

在QZ16井的雀莫錯組,石英的相對含量曲線較好的展示了其在三段地層的分布特征。與測井曲線中的RT曲線表現(xiàn)出較好的一致性。在雀一段,石英普遍發(fā)育,相對含量范圍為0.75～0.35,平均相對含量為0.51,表明該段沉積主要是碎屑巖沉積。在雀二段,石英相對含量較少,相對含量范圍為0.12～0.03,平均值為0.06,表明該時期地層多以自沉積為主。在雀三段,石英較為發(fā)育,相對含量范圍為0.51～0.26,平均相對含量值為0.35,表明該時期主要為碎屑巖沉積(圖7)。

圖7 石英地層劃分結(jié)果Fig.7 Quartz stratigraphic division results

在三段地層內(nèi),通過對石英相對含量曲線的數(shù)值及變化趨勢進(jìn)行研究,進(jìn)一步劃分出段以下小層。在雀一段,劃分出三個小層,自下而上分別命名為:雀一1、雀一2、雀一3、。在雀一1中,石英含量自下而上相對含量由0.75逐漸降低至0.36左右,表明粗碎屑供給逐漸減少,隨后相對含量由0.36逐漸增加至0.7左右,并一直維持至782 m,而后迅速減少,RT值曲線特征呈現(xiàn)明顯的齒狀和箱型的復(fù)合結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出一個環(huán)境變化較劇烈的完整的先水進(jìn)再水退的超短期旋回特征。在雀一2中,石英含量穩(wěn)定在0.4～0.5之間,RT的曲線變化較穩(wěn)定,偶見指狀結(jié)構(gòu)。表明這段沉積時期,陸源碎屑供給較為穩(wěn)定。在雀一3中,石英相對含量呈現(xiàn)先穩(wěn)定沉積后逐漸降低的趨勢,RT曲線特征表現(xiàn)為下部為穩(wěn)定的箱型,上部為鐘擺型,表明沉積環(huán)境開始逐漸變化, 呈現(xiàn)水進(jìn)的特征。

在雀二段,石英含量維持在低位,其相對含量變化趨勢亦不明顯,RT值始終保持高位,曲線特征表現(xiàn)主要為箱型,故不對地層進(jìn)行更加精細(xì)的劃分。

在雀三段,劃分出3個小層,自下而上分別命名為雀三1、雀三2、雀三3。在雀三1中,石英含量自下而上相對含量由<0.1逐漸增加至0.3左右,經(jīng)歷短暫突變后上升至0.5左右,RT曲線表現(xiàn)出劇烈的齒狀變化,表明環(huán)境變化逐漸劇烈,粗碎屑供給逐漸增加,并保持較長時間的穩(wěn)定供應(yīng)。在雀三2中,石英相對含量變化較劇烈,其值域處于0.25至0.6之間波動,RT曲線表現(xiàn)出明顯的箱型,表明這段沉積時期,陸源碎屑總體持續(xù)供給,但供給量較不穩(wěn)定。在雀三3中,石英相對含量系數(shù)一直維持在0.5左右,RT曲線表現(xiàn)為階梯狀特征,供給較穩(wěn)定隨后迅速降低至0.1以下,表明沉積進(jìn)入下一時期。

石膏類礦物包括石膏和硬石膏等硫酸鈣礦物(以下統(tǒng)稱石膏)。是在濃鹽水中,過飽和狀態(tài)下形成的,一直作為沉積學(xué)中對潟湖、蒸發(fā)盆地等封閉沉積環(huán)境研究的重要指標(biāo)(郭佩等,2022)。在QZ16井的錄井及現(xiàn)場的巖芯觀察中,雀莫錯組二段總厚約366 m,存在大段較純的石膏和硬石膏層。其性質(zhì)致密、厚度大,被眾多研究學(xué)者作為瑪曲地區(qū)油氣系統(tǒng)中的優(yōu)質(zhì)蓋層對待(謝小國等,2016)。

在石膏相對含量變化曲線上,同樣較為明顯的展示了雀莫錯組的三段式特征。在雀一段和雀三段,石膏的相對含量值為0.02～0.04,且保持相對穩(wěn)定,結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識,表明在這兩段中,石膏為外源攜帶沉積,不作為地層劃分依據(jù)。但在雀二段,石膏類礦物相對含量保持在0.4～0.6。表明該時期石膏類礦物是其主要沉積物質(zhì)。眾多的研究學(xué)者也通過這一特征將其劃分為干旱環(huán)境。

依據(jù)石膏的相對含量曲線的數(shù)值及變化趨勢,將雀二段劃分為3個小層,自下而上分別命名為:雀二1、雀二2、雀二3。在雀二1中,石膏含量自下而上相對含量由<0.1逐漸增加至0.5左右,在保持一段時間后,相對含量逐漸增加至0.65,表明沉積環(huán)境逐漸封閉或氣候長期干旱,而后在429 m處,石膏相對含量值迅速降低。在雀二2中,石膏相對含量變化較強(qiáng),其值處于0.2至0.5之間波動,表明這時期,石膏仍處于沉積的過程中,或受風(fēng)暴,洪水等影響,石膏含量間歇性變化。在雀三3中,石膏的相對含量系數(shù)>0.3,且變化劇烈,在252 m左右迅速降低至0.03,地層進(jìn)入雀一段(圖8)。

碳酸鹽礦物在巖石中較為常見,在沉積中主要為白云巖和方解石兩種礦物發(fā)育,其成因有沉積型、熱液型、巖漿型、風(fēng)化型(郭佩,2022)。在形態(tài)上多見六角晶簇或碎屑狀晶片。在雀莫錯組中,碳酸鹽礦物曲線總體上相對含量較低,但韻律特征明顯,自下而上劃分為7個小層。

雀一段根據(jù)相對含量變化曲線,劃分為雀一1和雀一2兩個小層。在雀一1中,相對含量的平均值在0.03左右,極值差距較大,表明該段中沉積環(huán)境變化較劇烈,雀一2中,相對含量的平均值為0.035,但是曲線較平滑,表明此時沉積環(huán)境較穩(wěn)定。在雀二段,碳酸鹽礦物的相對含量變化較為劇烈,最高值多為0.5,最低值為0。在雀二1中,碳酸鹽巖物成分的相對含量大致保持在0.02左右,偶有大于0.05出現(xiàn),推測為風(fēng)暴潮或短期特大潮導(dǎo)致海水迅速填充導(dǎo)致。而在雀二2中,碳酸鹽巖礦物成分的相對含量大致保持在0.02,偶有大于0.05出現(xiàn),推測為風(fēng)暴潮或短期特大潮導(dǎo)致海水迅速填充導(dǎo)致。在雀三段中,根據(jù)其曲線變化趨勢及相對值將其劃分為3個小層。在雀三1中,碳酸鹽巖礦物的相對含量持續(xù)下降,由峰值0.3下降至0.05,在雀三2中,其相對含量變化劇烈,保持在0.06～0.01間波動,在雀三3中,碳酸鹽巖礦物的相對含量保持較為穩(wěn)定,平均含量為0.015(圖9)。

黏土礦物作為沉積巖基質(zhì)的主要組成部分,其種類繁多。一般以細(xì)粒沉積物或孔隙填充物形態(tài)居多。黏土礦物的相對含量的多少與沉積環(huán)境的變化對應(yīng)關(guān)系明顯,相對含量的曲線特征與GR表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系。黏土礦物在雀莫錯組的發(fā)育具有明顯的三段式特征,雀一段和雀三段比較發(fā)育,平均值含量超過0.15,但在雀二段,黏土礦物的相對含量平均低于0.02,形成典型的“凹”型曲線。

根據(jù)其相對含量的曲線變化情況,雀一段劃分出雀一1、雀一2、雀一3三個小層。雀一1中,黏土礦物的含量保持相對較高,平均值在0.2左右GR值變化程度較大,表現(xiàn)為兩個鐘形特征,雀一2中,黏土礦物的含量變化劇烈,最大值超過0.2,最小值小于0.01,GR曲線表現(xiàn)為劇烈的齒狀。雀一3中,黏土礦物的相對含量的值呈現(xiàn)持續(xù)下降的態(tài)勢,平均值為0.06。雀三段中黏土礦物的相對含量曲線呈現(xiàn)明顯的三段發(fā)育特征,劃分出劃分出雀一1、雀一2、雀一3三個小層,GR曲線在雀三段與黏土礦物的相對含量變化曲線特征變化一致,表現(xiàn)為明顯的三段式(圖10)。

4.2 多礦物聯(lián)合地層劃分

綜合測井、巖性等方面,對QZ16井地層進(jìn)一步劃分,結(jié)合各礦物的相對含量曲線,對其進(jìn)行比對和矯正。由此得出結(jié)論,雀一段自下而上劃分為三個小層,分別命名為雀一1、雀一2、雀一3。雀二段在測井上沒有明顯特征,而根據(jù)礦物的變化曲線則劃分為2個小層,自下而上命名為雀二1、雀二2。雀三段自下而上則劃分為3個小層,自下而上命名為:雀三1、雀三2、雀三3(圖11)。

圖11 瑪曲地區(qū)測井曲線與礦物相對含量綜合柱狀圖Fig.11 Comprehensive profile of log curves and relative content of minerals in Maqu area

雀一段中雀一1的巖性主要發(fā)育為礫巖沉積,識別沉積相為河口壩或沖洪積,礦物發(fā)育以石英為主,黏土礦物和碳酸鹽巖礦物相對含量次之,測井上表現(xiàn)為RT、AC、DEN值較高 GR值較低,雀一2中的巖性以中砂巖與泥巖互層沉積,下部砂巖含量較高向上含量逐漸減少,識別為多期河道疊加,其礦物主要為石英發(fā)育,黏土礦物次之,測井上表現(xiàn)為GR值先較低而后增加的箱型與鐘型式樣、RT值較穩(wěn)定,曲線形態(tài)呈現(xiàn)幅度較小的齒狀,佐證了這一論斷。雀一3巖性中泥質(zhì)含量逐漸增加,粒度逐漸減小,沉積相識別為河漫灘沉積,在該小層中,黏土礦物發(fā)育呈現(xiàn)間層狀,表明此時受外界因素影響較大,水供給充足時,黏土較發(fā)育,水供給不足時,沉積巖性則以中細(xì)砂巖為主,測井上則表現(xiàn)為GR和RT均為明顯的齒狀式樣,這也佐證了該層在這一時期的水動力變化較大。

雀二段整體發(fā)育潟湖相沉積,雀二1的巖性發(fā)育石膏、膏質(zhì)泥巖和少量的薄層泥巖,下部發(fā)育少量的碳酸鹽巖,礦物組合主要為石膏、硬石膏和少量的黏土礦物碳酸鹽巖礦物,測井上沒有明顯特征,此時的沉積相識別為咸化潟湖沉積,雀二2則發(fā)育少量泥巖、薄層石英砂巖,結(jié)合多段碳酸鹽礦物,表明此時應(yīng)處于較濕潤的氣候中,沉積供給主要來自陸源碎屑沉積,在礦物組合上,雀二2礦物組合較為復(fù)雜,為黏土礦物、石英、碳酸鹽巖礦物和部分石膏組成,沉積相識別為淡化潟湖沉積。

在雀三段中,雀三1沉積巖性自下而上為泥巖、中—細(xì)砂巖、石英砂巖、粉砂巖、泥巖,為明顯的先向上變粗再逐漸變細(xì)的完整的粒序特征,此時石英含量呈現(xiàn)一個先逐漸增加再逐漸減少的曲線特征,黏土礦物的相對含量逐與碳酸鹽巖礦物則明顯相反,測井曲線的表現(xiàn)為GR為齒狀箱型結(jié)構(gòu) ,RT則較平緩,局部出現(xiàn)指狀式樣,識別沉積相為前三角洲,海平面逐漸降低,沉積由陸向海進(jìn)積。雀三2則主要為泥質(zhì)粉砂巖、中細(xì)砂巖沉積巖性,識別沉積相為三角洲前緣,表現(xiàn)為一個完整的沉積粒序測井曲線GR表現(xiàn)為兩個低值的箱型結(jié)構(gòu),RT則表現(xiàn)為明顯的低值,,這與石英的相對含量曲線比較類似。在雀三3中,沉積巖性以細(xì)粒沉積為主,多見泥巖沉積,此時黏土礦物的相對含量最高,石英次之,識別沉積相為水下三角洲的前三角洲亞相。

5 討論與結(jié)論

綜合QZ16井的測井曲線、巖性、礦物等信息,礦物的相對含量曲線與錄井巖性具有高度的擬合性。石英的相對含量曲線與砂巖等粗碎屑沉積物對應(yīng)關(guān)系較好,黏土礦物的相對含量曲線與泥巖等細(xì)粒碎屑沉積物存在較高的擬合度。石膏類礦物的相對含量曲線則與雀二段的膏巖層的巖性變化高度相似。

在測井特征上,石英的相對含量曲線與伽馬,電阻曲線的曲線特征在雀一段和雀三段比較類似,而與雀二段的測井曲線特征呈相反的特征。黏土礦物與GR曲線特征較為相近。

與測井、巖性等傳統(tǒng)的地層劃分方法對比,礦物因成因和物源不同,在地層變化上極為敏感,對于巖芯觀察和傳統(tǒng)方法無法識別的地層可以通過礦物的相對含量變化對其進(jìn)行劃分。通過這一方法,可以更好的發(fā)現(xiàn)地層中的巖性變化情況,進(jìn)而知道其物源供應(yīng)—環(huán)境變化等情況,為研究區(qū)的沉積環(huán)境變化、海平面升降提供更多有利的依據(jù)。

同時必須注意的是,由于當(dāng)前設(shè)備和計算方式差異,巖芯中礦物的精確含量無法直接得出,而更趨向于使用礦物相對含量的變化趨勢與傳統(tǒng)研究方法結(jié)合。在礦物的相對含量的計算結(jié)果中,對于一個點(diǎn)位的數(shù)值,礦物的相對含量之和小于或等于1,所以如能得到礦物的精確含量數(shù)值,這無疑能對地質(zhì)學(xué)研究中的地層劃分,物源分析,沉積相識別提供更加直觀和準(zhǔn)確的依據(jù)。

致謝:本次論文的實驗和數(shù)據(jù)處理過程中得到了自然資源實物地質(zhì)資料中心的張啟燕、張弘等工程師的大力協(xié)助,論文撰寫過程中得到了自然資源實物地質(zhì)資料中心的史維鑫高級工程師的指導(dǎo),諸位審稿專家對本文提出了許多建設(shè)性意見,再此一并表示感謝!