陜西富縣地區晚三疊世延長期巖相古地理特征

陳彥慶, 陳洪德, 陳安清, 趙俊興

(成都理工大學沉積地質研究院,四川成都 610059)

陜西富縣地區晚三疊世延長期巖相古地理特征

陳彥慶, 陳洪德, 陳安清, 趙俊興

(成都理工大學沉積地質研究院,四川成都 610059)

通過巖心觀察、巖石薄片鑒定、古生物和測井曲線等資料的綜合分析,對鄂爾多斯盆地富縣地區延長組進行了詳細的沉積相研究,認為研究區發育了湖泊三角洲、湖泊和濁積扇三種沉積相類型。在此基礎上,編制的巖相古地理圖顯示,各時期的古地理面貌主要受湖盆演化階段和湖平面升降變化的控制:長8長7期,為湖盆擴張強烈坳陷階段,湖平面總體上升,以發育三角洲前緣、淺湖-半深湖和濁積扇為特征;長6長4+5期,為湖盆穩定坳陷階段,湖平面緩慢下降,湖泊退縮至南部邊緣地帶,以發育三角洲前緣沉積為主;長3長2期,為湖盆緩慢沉降萎縮階段,湖平面快速下降,岸線大幅度向南遷移,三角洲平原進入研究區,沉積范圍與三角洲前緣相當。古地理研究揭示的砂體展布規律對陜北斜坡油氣富集帶東南緣富縣地區的油氣勘探部署具有重要的指導意義。

巖相古地理;沉積相;延長組;鄂爾多斯盆地;富縣地區

鄂爾多斯盆地已成為我國第二大含油氣盆地。其中,上三疊統延長組發育有大規模巖性油氣藏,作為重點勘探對象已獲得了巨大效益,先后其陜北斜坡油氣富集區發現了安塞、靖安、華池和西峰等延長組的大型巖性油氣藏。已有研究表明,這些油藏發育于湖盆周緣的三角洲及湖底濁積扇相帶 (楊華等,2007;陳全紅等,2006;付金華等,2005)。富縣地區位于陜北斜坡油氣富集區的東南緣,以發育三角洲和濁積扇為特征。因此,精細刻畫富縣地區延長組各時期的古地理面貌,深入認識沉積體系時空演化特征,對揭示儲集砂體時空展布規律,指導油藏的勘探開發具有重要意義。

1 沉積相類型及特征

延長組是鄂爾多斯盆地晚三疊世所經歷的一次內陸湖盆發生→發展→消亡沉積演化的產物 (謝正溫等,2004)。目前,一般把鄂爾多斯延長組細分為 10個段:上部為灰—深灰色泥巖、砂質泥巖、頁巖夾淺灰綠色細砂巖或略等厚互層,局部夾有煤線,少部分見斑狀含油或油氣顯示;下部為灰色厚層塊狀中細砂巖、深灰色泥質粉砂巖、灰黑色泥巖及油頁巖,底部為粗砂巖,局部見鋁土巖。該組與上覆、下伏地層均呈不整合接觸關系,研究區許多鉆井均未鉆至長9、長10。

結合區域構造背景及前人研究成果 (何自新,2003;藺宏斌等,2001;盧龍飛等,2006;陳洪德等,2006;王居峰等,2009;倪新鋒等,2007;鄭榮才等,2009;趙俊興等,2008),系統分析了該地區的沉積學、古生物學和地球物理等標志,認為研究區發育了湖泊三角洲、湖泊和濁積扇三種沉積相類型 (圖1)。

1.1 湖泊三角洲

1.1.1 三角洲平原

分流河道。為三角洲平原的骨架砂體,厚度幾米到幾十米,縱向延伸可達百米。在斷面上呈透鏡狀,底界具明顯的沖刷面;垂向上呈正韻律,中下部以中砂巖為主,向上變為細—粉砂巖。分流河道內部以大型板狀交錯層理和平行層理為特征 (圖 2A,B)。分流河道在建設期,往往形成復合疊積砂體。自然電位曲線上表現為鐘型或圣誕樹型。

天然堤和決口扇。是河水越岸后于分流河道兩側發生懸移載荷垂向快速加積作用的產物。其中天然堤大多直接覆蓋在分流河道砂體或泛濫平原泥巖之上,沿分流河道兩側呈帶狀分布,巖性以粉砂巖、粉—細砂巖為主,發育小型流水波紋層理及波狀層理,常含有鈣質結核,堤岸的頂部常見植物化石碎片。決口扇為一種突發性事件,多與洪水有關,是分流河道向前推進過程中堤岸發生決口作用的產物。砂體以直接覆蓋在泛濫平原和分流間湖泊或沼澤微相的炭質泥巖和煤層之上為主,平面上沿分流河道兩側呈扇狀和舌狀分布,粒度較天然堤粗,主要由粉砂-細粉砂巖組成,逆粒序,向上可見爬升沙紋層理、波狀層理,常含有鈣質結核。自然電位呈中—低幅漏斗形。

圖 1 陜西富縣地區中富 30#延長組沉積相標狀圖Fig.1 Sed imentary facies hietogram of Yanchang Form ation in the Fuxian of Shanxi Province

圖 2 陜西富縣地區延長組的沉積特征及典型沉積構造Fig.2 Deposit ional feature and typical sed imentary structures of Yanchang for mat ion in the Fuxian area of shanxiprovince A.分流河道的淺灰色細砂巖,板狀斜層理,中富 47井,長3,338.00 m;B.分流河道的淺灰色中砂巖,平行層理,含碳礫,中富 47井,長3,335.60 m;C.三角洲前緣的灰色粉砂巖,滑塌變形構造,中富 27井,長4+5,873.27 m,D.分流間灣的灰黑色泥巖,水平層理,層面上見植物莖桿化石,中富 43井,長6,644.32 m;E.灰黑色泥巖與粉砂巖韻律互層,鮑瑪序列 DE段,中富 32井,長7,746.85 m;F.濁流沉積的細砂巖沖刷在灰黑色湖相泥巖之上,底部見泥礫,中富 26井,長8,923.40 m.

分流間洼地。為分流河道之間局限低洼的蓄水或濕地沉積環境,主要由泥質沉積物組成,夾少量薄層狀粉砂巖,部分泥巖有機質含量高,為黑色泥巖、炭質泥巖或煤層,水平層理發育,生物擾動構造普遍。

泛濫平原。為洪水期被淹沒而平時暴露的寬闊平坦沉積環境,以接受洪水期懸移沉積的泥巖為主,夾少量灰色和灰綠色粉砂質泥巖,部分有機質含量很高,為黑色泥巖或炭質泥巖。層理發育,生物擾動構造普遍,常含有鈣質結核。由于該類沉積主要為泥質沉積,因而在測井曲線上以低幅的平直曲線或微齒化曲線為特征。

1.1.2 三角洲前緣

三角洲前緣為油氣富集的主要相帶,分布在研究區的中部,包括水下分流河道、水下分流間灣、河口壩、水下天然堤、水下決口扇、遠砂壩、前緣席狀砂等微相。

水下分流河道。是平原分流河道入湖后沿湖底水道向湖盆方向做慣性運動并向前延伸的部分,具有一般河道沉積物的特征,粒度較平原部分偏細,以細砂巖及中細粒砂巖為主,正粒序結構,砂體常呈寬帶狀或網狀,是三角洲前緣的骨干砂體。砂巖結構成熟度相對較高,在底面具不明顯的沖刷面,可見板狀交錯層理、平行層理、塊狀層理和滑塌變形構造 (圖 2C)。常見多個分流河道砂體相疊置、互相截切,或在與河口砂壩沉積疊置。砂體粒度概率累積曲線多為三段式,其中跳躍次總體比重達 95%。自然伽瑪呈鐘形或箱形,地震反射特征為中振幅、中-差連續性、S形前積反射。

河口壩。位于分流河道前端,與水下分流河道、分流間灣或遠砂壩等微相密切共生,具有典型的逆粒序剖面結構。巖性主要為灰—灰綠色粉砂巖、粉-細砂巖組成。下部發育水平紋理及沙紋層理,上部發育板狀斜層理、雙向交錯的楔形層理、平行層理及較多的滑塌變形構造和包卷層理。自然伽瑪呈中幅漏斗形或多個漏斗形的疊加復合體。

分流間灣。常發育在三角洲前緣不同朵狀體之間。以細粒沉積為主,巖性為泥巖夾灰、深灰色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖。具水平層理及波狀層理,生物擾動構造及蟲孔較發育,含植物化石較豐富,多呈莖干和葉片分離的碎片狀產出 (圖2D)。

遠砂壩。又稱末端砂壩,為河流所攜帶的粉砂質在三角洲前緣亞相的最前端沉積。主要由粉細砂巖及灰黑色泥巖薄互層組成,總厚度不大。受湖浪改造作用較弱,砂巖分選、磨圓中等至較好,常見水平層理、沙紋及變形沙紋層理及韻律層理等。

席狀砂。是河口壩和遠砂壩經湖浪改造,沿前緣末端岸線堆積而成的細—粉砂巖薄層。其特點是砂質純、砂體分布面積廣、砂層厚度薄。薄層砂巖與濱淺湖相泥巖呈互層。砂巖中發育沙紋層理、小型交錯層理及水平層理、生物遺跡豐富,在相序上與河口壩、遠砂壩、前三角洲泥或淺湖共生。自然伽瑪表現為低幅微齒化曲線。

1.1.3 前三角洲亞相

前三角洲位于三角洲前緣與淺湖沉積的過渡的寬廣平緩地帶,占據淺湖位置,主要為一套深灰色—灰黑色的粉砂質泥巖、泥巖和薄層粉砂巖沉積,偶夾細砂透鏡體,其沉積物不易與淺湖、分流間灣沉積區別。沉積構造以水平層理為主,也可見球狀構造、枕狀構造等變形沉積構造,偶見生物擾動。它與分流間灣或淺湖區分困難,相序上與席狀砂、遠砂壩、分流間灣、淺湖等共生,自然伽瑪表現為低幅平直或微齒化曲線。

1.2 湖泊

主要分布于研究區南部,其中長7期的湖泊相分布最廣,根據沉積物特征可進一步劃分為淺湖亞相和半深湖—深湖亞相。

淺湖亞相包括淺湖砂壩和淺湖泥微相,主要為入湖河流帶來的以懸浮沉降的泥及粉砂為主的細粒物質,一般為具有水平層理的暗色—深灰色泥巖、粉砂質泥巖或泥質粉砂巖。

半深湖處于特大浪基面以下未受波浪和湖流攪動的靜水區,為缺氧還原環境。主要發育在湖盆擴張進入全盛時期的演化階段,以大面積分布時期為長7期的“張家灘頁巖”為代表,巖性主要為黑色頁巖、油頁巖、泥巖夾薄層泥質粉砂巖,具水平層理等低能環境的沉積構造。自然電位曲線平直,地震反射特征為強振幅、中連續-較好連續的平行反射。

1.3 濁流沉積

關于鄂爾多斯盆地三疊系延長組濁流沉積已經取得了大量成果與認識。筆者通過巖心觀察、剖面結構和粒度分析,認為究區西南部半深湖相區的中富 28井、中富 30井、中富 32井在長8長7油層組發育了典型的湖相濁積巖。在鉆井巖心上標志性地以砂巖與半深湖-深湖相特有的黑色泥巖層互層產出,發育有典型的濁積巖鮑瑪序列 (圖 2E),CM圖上,樣品的點群平行于 C-M基線,反映為重力流沉積特點。按層系厚度、巖石組成、剖面序列、鮑瑪層段及測井曲線形態特征,分為以鮑瑪層序上段為主的薄層濁積巖和以鮑瑪層序下段沉積為主的塊狀濁積巖兩類巖石組合單元。薄層濁積巖一般厚度從幾厘米到 30～40 cm,厚度小于 10 cm的又可以稱為微層濁積巖。通常由下部的粉砂巖、泥質粉砂巖和上部的粉砂質泥巖和泥巖組成,砂泥比值小,底面不平整,與下伏巖層呈突變接觸,底面有小型的槽模構造或皺紋及重荷模特征。剖面結構上表現為正粒序遞變層理,即鮑瑪序列,常見組合有 C,D,E段或 D,E段,下鮑馬層段的 A,B段不發育,為不完整的鮑瑪層序。塊狀濁積巖一般厚度較大,在 0.4～1 m以上,當幾個濁積砂體連續疊置沉積時,其累積厚度可達到 10 m以上。塊狀濁積巖的巖性主要為細砂巖、粉細砂巖及粉砂巖為主,頂部見少量薄層泥巖,砂 /泥比值一般大于 3。砂巖底部具有明顯的底蝕面 (圖 2F),見槽模、重荷模及火焰構造。一個濁流沉積單元中一般保留了 ABCDE段、ABCD段、ABC段、AB段及 BCD段等。層理類型主要為塊狀、平行為主,在上部厚度不大的細碎屑沉積中具有沙紋層理和水平層理。

2 巖相古地理特征

在系統編制和分析單井沉積相、連井沉積相、地層厚度等值線圖、砂體等厚圖、和砂地比等值線圖的基礎上,編制了研究區長8-長2期六個時期的巖相古地理圖,并分析了各個時期的相帶展布特征及演化特點。

2.1 長8期巖相古地理特征

圖 3 鄂爾多斯盆地富縣地區長8期巖相古地理Fig.3 Lithofacies palaeogeography of Chang 8 period in the Fuxian area ofO rdos Basin

長8期,主要發育三角洲相的三角洲前緣、淺湖-半深湖及濁積扇沉積 (圖 3)。三角洲前緣前端大致位于中富 25井-中陜 17井-中富 12井一線蜿蜒曲折,近北西南東向,其北東為三角洲前緣亞相,向南西為淺湖—半深湖沉積。從北東進入研究區的分流河道相互之間串聯交匯,主源河道有三支,從西到東依次為泉 2井-富 2井分流河道、牛東 5井-富古 2井-中富 14井-吉 2井分流河道和中富 44井-中富 29井-中富 12井分流河道,河道砂體累積厚度可達 40余米,砂地比為 0.4。在南部黃深 1井-中富 28井-中富 32井一帶發育湖相濁積扇,扇中砂體累積厚度可達 50余米,砂地比為 0.4。

2.2 長7期巖相古地理特征

長7期,沉積格局與長8期類似,全區自北東向南西依次發育三角洲前緣、淺湖-半深湖及濁積扇沉積 (圖 4)。由于長7期的湖泛作用,湖域向北東方向擴展,三角洲向北東方向退縮,三角洲前緣前端與淺湖的分界線向北遷移至富 2井-吉2井-中富 29井一線。由于湖泛期的湖浪作用增強,使得前端次級分流河道較長8期明顯增多,分流間灣沿北東方向延伸將分流河道隔開呈細條帶狀。泉 2井-張 3井分流河道延伸較遠,砂體累積厚度一般在 25 m以上。中富 13井-中富 18井所處的分流河道延伸較短,沉積砂體厚度相對較大,最大處中富 13井甚至達 59 m。富古 2井-中富 14井分流河道砂體累積厚度在 30 m以上,但砂地卻僅有 0.3左右。中富 48井-中富 6井-中富 29井分流河道形成的砂體常在 20 m左右,較中富 44井-富古6井分流河道砂體薄。南部的淺湖-半深湖沉積區面積增大。在中富 30井-富古 3井-中富 32井一帶依舊發育湖相濁積扇,扇體累積砂厚一般大于 30 m,富古 3井處甚至達到 52 m。

2.3 長6期巖相古地理特征

長6期,湖盆沉降放緩,三角洲快速向南進積,使得三角洲前緣亞相幾乎覆蓋了整個富縣地區,湖底濁積扇不再發育 (圖 5)。主分流河道可分為三支,西部河道了流域覆蓋富 20井-富 3井一帶從正北進入研究區向南西流出,沉積砂體累積厚大于 40 m;中部分流河道流域面積最大,且跟東部分流河道在中富 14井-牛武 3井一帶貫通,砂體累積厚度多在 45 m以上;東部分流河道延伸至中富 12井-中富 29井一帶,砂體累積厚度也在 40 m之上。

2.4 長4+5期巖相古地理特征

圖 4 鄂爾多斯盆地富縣地區長7期巖相古地理Fig.4 Lithofacies palaeogeography of Chang 7 period in the Fuxian area ofO rdos Basin

長4+5期,為延長期的一個次級湖侵期。三角洲相與淺湖相的分界線略向北遷移至中富 30井-中富 32井一帶,該分界線以北為大面積的三角洲前緣沉積,其北部有小范圍的三角洲平原發育,南部僅小范圍內為湖泊沉積 (圖 7)。三角洲前緣亞相分流河道呈北東南西向帶狀展布,發育規模變小,被相對發育的分流間灣分隔為西部、中部、東部三個分支:前期一直為分流河道的泉 2井-牛西 5井一帶轉變為分流間灣,西支的分流河道向西遷移,其東緣位于張 4井-富 2井一線,沉積砂厚較大,特別是位于分流河道前端張 3井一帶砂體累積厚度可達 75.5 m;中部中富 16井-中富 14井-吉1井-中富 28井分流河道流域面積不大,但延伸較遠,前端達到了中富 28井一帶,砂體累積厚度一般在 30 m左右,吉 1井處甚至達 42.3 m;牛武 3井-中富1井-中富 21井分流間灣以東為東部分流河道發育區,河道主體位于中富 43井-富古 6井一帶,累積砂體厚度達 40 m。

2.5 長3期巖相古地理特征

長3期的沉積格局較之前有較大變化,研究區幾乎全部演化為三角洲沉積 (東南角有后期剝蝕區),湖泊已經完全退縮出研究區,三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相平分秋色,湖岸線位于富 32井-富11井-中富 21井一線,蜿蜒曲折,該線以北為三角洲平原亞相,以南三角洲前緣亞相 (圖 6)。主要發育三支 (水下)分流河道發育區。西部張 2井-富20井-中富 30井一帶的分流河道流域面積最大,向南西延伸進入水下,進入三角洲前緣亞相區帶,一直延伸至中富 30井、富 3井一帶,河道砂體累積厚度一般大于 40 m,分流河道前端中富 30井砂厚較大 ,達 47 m;中富 16-中富 10井-富30井-吉1井-中富 32井一帶為中部分流河道發育區,河道砂體累積厚度一般在 50m左右;東部分流河道位于中富47井-中富 43井-富古 6井-中富 12井一帶,沉積砂體累積厚度較厚,在中富 43井可達 66 m。

2.6 長2期巖相古地理特征

長2期,沿襲了長3期的沉積格局,研究區內主要為三角洲相沉積 (東南角有后期剝蝕區),三角洲平原略向南推進至牛西 5井-富古 6井一帶,其南為三角洲前緣亞相沉積 (圖 8)。主要發育東、中、西三支三角洲朵體:西部分流河道位于張 4井-中富 30井一線,河道較寬,砂體累積厚度在 40 m之上;中富 16井-富30井-吉2井-中富 28井一線為中部分流河道發育區帶,河道向南曲折延伸至研究區外,河道砂體累積厚度在 40 m以上,中陜 17井處甚至厚達 60.8 m;中富 43井-中富 29井一帶為東部分流河道發育區,河道砂體累積達 40m以上,中富 43井處砂體累積厚度達到 72.83 m。

3 盆地演化特征

富縣地區為鄂爾多斯盆地大型內陸坳陷盆地的一部分,沉積體系的時空演化和相帶遷移揭示了湖盆在長8-長2期經歷了三個演化階段,每個階段有著特有的沉積響應。長8-長7期,鉆井剖面的沉積序列上以退積型三角洲為特征,古地理特征顯示出三角洲向北退積,湖泊沉積作用逐漸增強,湖岸線向北遷移,在研究區南部半深湖區還發育有典型的湖相濁流沉積,長7油層組的張家灘頁巖是湖盆發展的全盛時期湖泛作用的典型響應,反映了湖盆擴張作用以及湖盆從初始坳陷進入強烈坳陷期;長6-長4+5期,沉積序列以加積作用為特征,古地理特征顯示該時期整個研究區幾乎全為三角洲前緣沉積,南緣不再發育濁流沉積,湖岸線遷移不大,反映了湖盆處于穩定坳陷期;長3-長2期,沉積序列揭示該時期以發育進積型三角洲為特征,古地理平面展布顯示該時期湖岸線快速向南遷移,大面積的三角洲平原沉積進入研究區,三角洲平原與三角洲前緣的沉積范圍幾乎平分秋色,湖泊沉積已經完全退出,表明湖盆進入緩慢沉降萎縮階段。

4 結論

通過對鄂爾多斯盆地富縣地區的沉積體系及古地理特征研究,得出以下結論和認識:

(1)研究區延長組發育的沉積相包括湖相三角洲、湖泊及濁流沉積。其中分流河道、水下分流河道和塊狀濁積巖是最有利的儲層發育相帶,湖泛期的暗色泥巖、油頁巖是良好的烴源巖。

(2)編制的巖相古地理圖顯示,各時期的古地理面貌主要受湖平面升降變化控制:長8-長7期,湖平面總體上升,研究區以發育三角洲前緣、淺湖 -半深湖和濁積扇為特征;長6-長4+5期 ,湖平面緩慢下降,整個研究區以發育三角洲前緣沉積為主,湖泊退縮至南部邊緣地帶;長3-長2期,湖平面快速下降,湖岸線大幅度向南遷移,三角洲平原進入研究區,沉積范圍與三角洲前緣相當。

(3)沉積體系的時空演化和相帶遷移揭示了富縣地區延長期經歷了三個演化階段:長8-長7期,以退積作用為特征,為湖盆擴張強烈坳陷階段;長6-長4+5期,以加積作用為特征,為湖盆穩定坳陷階段;長3-長2期,以進積作用特征,為湖盆緩慢沉降萎縮階段。

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Lithofacies-Paleogeography Characteristics of Yanchang Formation in the Fuxian Area of the Ordos Bas in

CHEN Yan-qing, CHEN Hong-de, CHEN An-qing, ZHAO Jun-xing
(Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology,Chengdu,SC 610059,China)

According to the comprehensive analysis of core observation,identification of thin-section,paleobiogeographic and well logging curves,the article carried out a detailed study of sedimentary facies of Yanchang Formation in the Fuxian area of the OrdosBasin。The research area developed three types of sedimentary facies,which includes shallow lacustrine delta,lake and turbidite fan deposits.On the basement above,the lithofacies palaeogeographic maps plotted show the lithofacies paleogeography in different period ismainly controlled by lake basin evolution and lake-level change.Chang8-Chang7period,it’s the time of depressionwith strongly extension of lake basins.Lake level overall increases,with the characteristics is the development of delta front,shallow lake-semideep lake and turbidite fan deposits;Chang6-Chang4+5period,it’s the t ime of depression with lake basins steady.Lake level falls slowly and lake retreats to the southern edge of the basin,with the development of delta front;Chang3-Chang2period,it’s the time of slowly subsidence of lake basin shrinking.Lake level falls quickly,the shoreline substantiallymoves to the southern part,and then delta plain goes into the research area,with the considerable range to the delta front.The sandstone distribution revealed by palaeogeography has important guiding significance on the petroleum exploration arrangement of Fuxian area,the southeast edge of hydrocarbon-enriched accumulation belts of Shanbei slope.

lithofacies-paleogeography;sedimentary facies;Yanchang formation;Ordos basin;Fuxian area.

P531

:A

:1674-3504(2010)04-310-10

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.002

2010-09-26

國家科技重大專項“鄂爾多斯盆地上古生界沉積體系與儲層特征研究”(2008ZX05002-001-06HZ)

陳彥慶 (1986—),女,碩士研究生,沉積學專業。E-mail:12248359@qq.com