鄂爾多斯盆地東緣韓城剖面下石盒子組沉積相

肖云宵

（成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610000）

鄂爾多斯盆地作為我國第二大盆地，盆地上古生界天然氣資源總體豐富，以石炭系本溪組、二疊系山西組、下石盒子組盒8段含氣層系為主的勘探，成為中國石油天然氣勘探增儲上產(chǎn)的主要戰(zhàn)場[1-2]。陸相沉積盆地中的三角洲的砂體是良好的油氣儲集體，其大小和分布范圍在一定程度上決定著油氣的富集程度和面積[3-4]。鄂爾多斯盆地東緣下石盒子組砂體厚度大，勘探潛力較大，為此本文以韓城剖面下石盒子組為研究對象，通過對剖面測量，結(jié)合顏色、碎屑組分、粒度分析等巖石學特征、主微量元素特征等地球化學特征、古生物特征、巖相特征等相標志，對下石盒子組進行沉積環(huán)境討論，為鄂爾多斯盆地東緣地區(qū)天然氣勘探提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地能源礦產(chǎn)資源豐富，是中國最重要的油氣產(chǎn)區(qū)之一，作為大型克拉通多盆地，面積達25×104km2。賀蘭山脈、六盤山脈、秦嶺山脈、呂梁山脈和陰山山脈分別為四個方向上的邊界，整體為南北矩形結(jié)構(gòu)。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南緣，渭北隆起東段、晉西撓皺帶下段，是盆地東緣一條典型的上古生界剖面。該剖面出露較好，地層總厚度約為 700 m，從上到下地層為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組，本次研究目標層位為下石盒子組，下石盒子組與下伏地層山西組呈整合接觸，如圖1所示。

圖1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)簡圖

1.2 實測剖面特征

對陜西省韓城市城關(guān)鎮(zhèn)竹園村韓城剖面下石盒子組進行野外實測。野外實測將下石盒子組地層分為14個小層，累積厚度111.48 m。剖面巖石地層自下而上分為4段：盒5 段、盒6 段、盒7段、盒8段。盒8段下部為厚層中砂巖，中部為一套泥巖–粉砂質(zhì)泥巖夾薄層粉砂巖，上部為厚層砂巖與泥巖互層；盒7段下部為含礫粗砂巖，上部為灰綠色–紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾中層含礫砂巖；盒6 段底部為厚層含礫砂巖夾薄層中砂巖，上部為厚層泥巖夾薄層粉砂巖，泥巖中可見植物化石；盒5段底部為厚層細砂巖，上部為灰綠色泥巖與紫紅色泥巖互層混雜薄層粉砂巖。

2 沉積相標志分析

每種沉積環(huán)境都有自己相對應的沉積相標志，作為分析沉積環(huán)境的基礎(chǔ)，通常把顏色、巖性、沉積構(gòu)造等作為沉積相標志，本文通過對韓城剖面精細刻畫，結(jié)合剖面顏色、結(jié)構(gòu)等巖石學標志、古生物標志及主微量元素等標志識別下石盒子組的沉積相類型。

2.1 巖石學特征

2.1.1 顏色

通常情況下剖面泥巖顏色呈淺色或氧化色，反應泥巖多形成在水體較淺或氧化的沉積環(huán)境中。如果泥巖的顏色較深一般為黑色或深灰色，反應泥巖形成于水體較深或還原環(huán)境中。下石盒子組泥巖顏色多呈氧化色，以紫紅色與灰綠色泥巖互層為主，同時夾雜被還原的灰色泥巖，表明水位頻發(fā)下移上升，反映出下石盒子時期古環(huán)境為干旱氣候。

2.1.2 碎屑組分及粒度分析

根據(jù)薄片鑒定，水下分流河道巖性主要為中粗粒巖屑砂巖和長石巖屑砂巖，石英含量68%~77%，長石含量9%~13%，含少量高嶺石，粒度整體較粗，可見粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，說明有較好油氣儲集層；河口沙壩巖性主要為中細粒巖屑砂巖，石英含量68%~71%，長石含量11%~13%，部分長石被溶，可見長石溶孔；水下天然堤以泥巖為主，砂體厚底低，孔隙不太發(fā)育，不是油氣良好儲層；濱淺湖砂壩以細粒長石巖屑砂巖為主，石英含量78%~79%，長石含量8%~10%，膠結(jié)物以高嶺石為主，孔隙類型主要為巖屑溶孔，可見少量的高嶺石晶間孔。

通過對下石盒子組粒度統(tǒng)計，水下分流河道以中砂–粗砂為主，碎屑粒度在0.5~1.2 mm，個別為1.5 mm，碎屑磨圓中等–較好，多呈次棱角圓-次圓狀，可見少量圓狀。粒度概率曲線呈兩段式，跳躍總體發(fā)育明顯，少量發(fā)育懸浮總體，粒度截點3.3φ，整體斜率較高，說明水動力條件較強，攜帶砂體能力強；河口沙壩微相以細砂–中砂為主，碎屑粒度在0.3~0.7 mm，碎屑磨圓中等–較好，多為次棱角圓-次圓狀，粒度概率曲線呈兩段式，懸浮總體發(fā)育較多，少量跳躍總體，粒度截點3.9 φ，整體斜率中等，反應水動力條件較弱的沉積環(huán)境；水下天然堤微相主要發(fā)育泥巖，其中粉砂巖粒度較細，分選性中等，磨圓度為次圓-次棱狀；濱淺湖砂壩以細砂–中砂為主，碎屑粒度在0.2~0.5 mm，碎屑磨圓中等–較好，多為次棱角圓-次圓狀。

2.2 主微量元素特征

2.2.1 古氧化-還原環(huán)境

U 元素化學性質(zhì)較活躍，以+4價和+6價形式存在，在氧化環(huán)境中+4價的U 易氧化為+6價，在還原環(huán)境中反之；Th 元素為惰性元素，一般以+4價存在，不變價也不容易遷移，一般在細粒沉積物中出現(xiàn)。利用 U/Th 判斷古沉積環(huán)境的氧化 還原條件，通常U/Th<0.75 處于氧化環(huán)境中，0.751.25處于還原條件中[6]。下石盒子組U/Th 為0.25、0.29、0.16、0.38，U/Th 均小于0.75，表明下石盒子組處于完全氧化環(huán)境中。V 容易富集在缺氧環(huán)境中，Ni 元素以S 化物的形式存在于還原環(huán)境中。通常厭氧環(huán)境中V/（V+Ni）>0.84：在水體分層不強的氧化到還原的過渡環(huán)境中，0.60

2.2.2 古水深

Rb/Zr 可以判別古環(huán)境的水體深度，鋯（Zr）元素是一種化學性質(zhì)很穩(wěn)定的元素，鋯石等重礦物是其在自然界中的存在形式，通常在相對較淺的水域很容易直接沉積[8-9]，下石盒子組樣品Rb/Zr 為 0.37、0.56、0.21、0.66，整體數(shù)值偏低，表明整體水體環(huán)境較淺。

2.3 巖相特征

巖相是表現(xiàn)在某種特定沉積環(huán)境條件下形成的具有特定的沉積構(gòu)造和巖石特性的總和，是分析沉積環(huán)境和水動力條件的基礎(chǔ)。對于韓城剖面石盒子的野外觀察和描述能夠發(fā)現(xiàn)主要的9種巖相。盒5、盒6、盒7 段主要發(fā)育水平層理泥巖相、板狀交錯層理含礫砂巖相、水平層理泥質(zhì)粉砂巖相、板狀交錯層理砂巖相，砂體巖性粒度較粗，序列發(fā)育大型沖刷面，反應水動力強的辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境；盒4段發(fā)育砂紋層理粉砂巖相、水平層理泥巖相、平行層理砂巖相，砂體整體巖性較細，反應水動力條件較弱的濱淺湖沉積環(huán)境。

2.4 古生物標志

古生物化石作為億萬年來生物在地球上的證明，每個時代都有獨特的物種存在，利用古生物化石可以判別地層的地質(zhì)年代，同時古生物化石可以證明古環(huán)境水動力條件強弱。在盒 7、6 段上部可見有大量植物化石存在于泥質(zhì)粉砂巖中，植物莖干在細砂巖中保存完好，判斷此處沉積環(huán)境可能為由陸地攜帶而來，發(fā)育在水下分流河道微相中，或者水動力較弱的分流間灣微相中。

3 沉積序列和沉積相類型及特征

通過對前人研究的總結(jié)以及對韓城剖面的顏色、薄片鑒定、粒度分析、主微量元素特征、古生物特征、巖相特征等相標志分析，識別出盒5、盒6、盒7 段沉積環(huán)境為辮狀河三角洲沉積，發(fā)育分流間灣、水下分流河道、河口沙壩沉積微相；盒4 段沉積環(huán)境為湖泊沉積，發(fā)育濱淺湖沉積微相。

3.1 辮狀河三角洲前緣

3.1.1 水下分流河道

水下分流河道水辮狀河道水下的部分，砂體巖性和辮狀河道類似，但粒度細于辮狀河道。此微相主要發(fā)育在盒 8 段底部、盒 7 段上部和底部地區(qū)以及存在盒 6 段的底部，巖性主要發(fā)育大套厚層板狀砂巖及礫巖，含少量灰色細砂巖，整體巖性較粗，巖相發(fā)育板狀交錯層理砂巖相、平行層理砂巖相、板狀交錯層理砂礫巖相、楔狀交錯層理砂巖相。從剖面上看盒8段砂體具有上粗下細的正韻律特征，盒6段砂體具有兩邊窄中間厚的透鏡體形態(tài)，整個剖面砂體厚度較大，說明河道較寬，砂體互相疊加，形成一大套復合砂體，偶爾可見其粉砂巖和泥巖，說明該沉積環(huán)境水體較為動蕩。

3.1.2 分流間灣

作為水下分流河道之間比較低洼的地方，巖性粒度明顯較細，大部分為泥巖期間混雜粉砂巖，泥巖顏色較深呈氧化色，主要為紫紅色、灰綠色。該微相存在于盒 8 段和盒 7 段中部地區(qū)，剖面可見盒8段中部為褐灰色、綠灰色泥巖，上部為灰色泥巖夾雜少量砂巖，盒 7段中部為灰綠色-灰紫色粉砂質(zhì)泥巖。相發(fā)育板狀交錯層理砂巖相、平行層理泥巖相、平行層理泥質(zhì)粉砂巖相、砂紋層理粉砂巖相，砂巖中可見植物化石。

3.1.3 河口沙壩

河口沙壩微相位于水下分流河道微相的前緣和側(cè)緣，是河道入水后由于流速降低造成攜帶的碎屑物質(zhì)沉積而成，砂巖粒度細于水下分流河道。該微相發(fā)育在盒 7 段底部，底部發(fā)育中粗粒砂巖，下部砂體直接過度為含礫粗砂巖，具有明顯下細上粗的逆粒序，巖相發(fā)育板狀交錯層理砂巖相、平行層理砂巖相、板狀交錯層理砂礫巖相。

3.2 濱淺湖

3.2.1 濱淺湖泥

該微相主要以泥巖為主，處于低能環(huán)境中，多以紫紅色與灰綠色泥巖沉積互層為主，發(fā)育在盒 5 段上部，巖性發(fā)育大套泥巖以灰綠色、灰紫色泥巖為主，同時夾雜被還原的灰色泥巖，泥巖經(jīng)常處于氧化環(huán)境和還原環(huán)境中表明水位頻發(fā)下移上升，發(fā)育水平層理，具有波痕構(gòu)造。

3.2.2 濱淺湖砂壩

該微相形成于洪水過后湖平面回落至下次洪水到來之前，處于枯水期附近的高能環(huán)境中，以薄層砂巖為主，由于河流作用的減弱，湖流作用的增強并對三角洲沉積砂體進行改造，碎屑物質(zhì)隨湖流被帶到三角洲的側(cè)緣逐漸沉積而形成的砂體。發(fā)育于面盒 5 段底部，巖性發(fā)育薄層板狀中砂巖夾薄層粉砂巖，巖相發(fā)育小型板狀交錯層理砂巖相、砂紋層理粉砂巖相，可見沖刷構(gòu)造。

4 結(jié)束語

通過對韓城剖面的深入探討識別出盒5、盒6、盒7 段沉積環(huán)境為辮狀河三角洲沉積，發(fā)育分流間灣、水下分流河道、河口沙壩沉積微相；盒4 段沉積環(huán)境為湖泊沉積，發(fā)育濱淺湖沉積微相。