通讯作者简介 李凤杰,男,1972年生,教授,主要从事沉积学和地层学研究。E-mail: lifengjie72@163.com。
第一作者简介 李俊武,男,1988年生,成都理工大学沉积地质研究院硕士研究生,专业为沉积学及层序地层学研究。
物源分析是沉积盆地研究的重要内容之一。在对柴达木盆地鄂博梁地区新近系相关资料调研的基础之上,对研究区碎屑岩的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合、砂地比和阴极发光平面分布特征进行分析,并结合地震资料,确定出研究区新近系物源方向:鄂博梁Ⅰ号构造带物源主要来自于北部的阿尔金山,而位于其西部的东坪构造带与鄂博梁Ⅰ号构造带物源区不同,其具有相对独立的物源区;鄂博梁Ⅱ号构造带属于混源区,同时受到2个方向物源的影响,分别是北部的阿尔金山方向和东北部的小赛什腾山方向,前者穿过鄂博梁Ⅰ号构造带到达该地区,是主要的物源区,后者穿过冷湖一、二、三号构造带到达该地区,为次要物源区;鄂博梁Ⅲ号构造带物源主要来自于东北方向的赛什腾山,其是穿过冷湖六、七号构造带到达该地区的,并未受到来自南八仙方向 “古鱼卡大型古河流三角洲”物源的控制。
About the corresponding author Li Fengjie,born in 1972,is a professor in Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology. He is engaged in sedimentology and stratigraphy. E-mail: lifengjie72@163.com.
About the first author Li Junwu,born in 1988,is a master degree candidate in Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology. He majors in sedimentology and sequence stratigraphy.
Provenance analysis is an important aspect of basin analysis. Based on the analyses of detrital composition,lithic type,heavy mineral assemblage,sandstone thickness ratio,cathodoluminescence and seismic data,the provenance of Eboliang area in Qaidam Basin during the Neogene has been studied and recognized:The provenance of Eboliang No.Ⅰ structure mainly comes from the Altyn Tagh Mountain in the north. The Dongping structure belt in the west and Eboliang No.Ⅰ structure have relatively independent provenance. Eboliang No.Ⅱ structure is in mixed provenance area,which is influenced by two source directions. The main provenance is from the Altyn Tagh Mountain in the north through Eboliang No.Ⅰ structure. The other is from Xiaosaishiteng Mountain in the northeast of study area through Lenghu No.1,2 and 3 structures. Provenance of Eboliang No.Ⅲ structure mainly comes from Saishiteng Mountain in the northeast to study area through Lenghu No.6 and Lenghu No.7 structures,without the influence by ancient Yuka large fluvial-dominated delta from Nanbaxian direction.
鄂博梁构造带位于柴达木盆地中北部, 构造上属于柴北缘走滑冲断系内部的次级走滑构造(和钟铧等, 2002), 呈北西— 南东向展布, 南部与一里坪坳陷相邻, 北部与昆特依凹陷和伊北凹陷为界, 包括Ⅰ 号、Ⅱ 号、Ⅲ 号共3个构造带(图 1)。该区地质条件十分复杂, 地史过程中沉积中心不断变迁, 后期构造运动改造作用强烈, 断裂极为发育(赵加凡等, 2004)。
研究区西北部、北部、东北部被阿尔金山、小赛什腾山和赛什腾山等老山环绕, 物源供给极其复杂, 因此厘清物源方向是研究该区沉积相和砂体展布方向的前提和基础。该区的研究成果虽然较多, 但多以沉积相、储集层特征(李宏义等, 2006; 李凤杰等, 2009, 2012; 刘殿鹤等, 2009; 孙国强等, 2012)研究为主, 物源方面的研究成果很少。目前, 对于鄂博梁地区新近系物源方向存在以下几点认识:(1)普遍的观点均认为, 鄂博梁Ⅰ 号构造带物源来自其西北部的阿尔金山并向南东方向延伸; (2)鄂博梁Ⅱ 号构造带的物源是来自鄂博梁Ⅰ 号构造, 还是来自于小赛什腾山及冷湖一、二、三号构造带方向, 仍然存在分歧; (3)鄂博梁Ⅲ 号构造带的物源方向分歧最大, 体现在该地区物源是来自东北部冷湖六号和冷湖七号构造方向、还是受到东部南八仙方向的“ 古鱼卡大型古河流三角洲” 物源的控制方面。随着该区油气勘探的不断深入, 钻井取心资料和地震剖面解译成果逐渐增多, 这为分析该区新近系物源方向提供了大量基础资料。在此背景之下, 针对该地区物源存在的众多分歧, 文中主通过对轻、重矿物组合特征、砂地比、阴极发光特征和地震资料等的综合分析, 对鄂博梁地区新近系的物源方向进行了深入分析和探讨, 从而为该区的油气勘探提供帮助。
柴达木盆地古近系和新近系地层发育齐全, 其中古近系包括路乐河组(E1+2)、下干柴沟组(E3); 新近系自下而上可划分为上干柴沟组(N1)、下油砂山组(
3.1.1 碎屑组分平面变化规律
以研究区30口井岩心薄片鉴定资料为依据, 通过碎屑组分石英、长石和岩屑的组成特征, 参考石英、长石和岩屑在搬运过程中的含量变化, 可以将鄂博梁地区的碎屑组分组合分为7个区域(图 2)。东坪地区(区域Ⅰ )以长石、石英含量高组合为主, 其中石英、长石和岩屑平均含量分别达到51%、40%和9%; 鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带(区域Ⅱ )石英、长石和岩屑平均含量分别为51%、30%和19%。从碎屑组分含量上比较表明, 东坪地区与鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带存在不同的物源区。在鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带内靠近阿尔金山附近的牛2井、鄂Ⅰ -2井和鄂3井样品碎屑组分中长石、岩屑含量略高于远离阿尔金山的鄂2井, 而石英含量比鄂2井略高, 由此可得出鄂博梁Ⅰ 号和Ⅱ 号构造带物源具有一定的相关性。冷湖三号构造带(区域Ⅲ )碎屑组分特征为石英含量较低、仅为18%, 岩屑和长石含量较高、分别达52%和30%。潜山地区、冷湖四号和冷湖五号构造带(区域Ⅳ )石英、长石和岩屑的平均含量分别为20%、53%和27%, 由此说明潜山地区、冷湖四号、冷湖五号构造带物源与冷湖三号构造带不同。将葫芦山构造带(区域Ⅴ )的碎屑成分与冷湖三号、冷湖四号、冷湖五号构造带以及潜山地区的碎屑成分相比较发现, 葫芦山构造带石英含量增加, 长石和岩屑含量都相对减小, 由此说明葫芦山构造带物源来自于其北部的冷湖三、四、五号构造带。冷湖六、七号构造带(区域Ⅵ )在靠近赛什腾山附近的东台1井和平中1井中碎屑成分以岩屑、长石组合为主, 二者平均含量总计为75%, 但在靠近鄂博梁Ⅲ 号构造带的冷七1、冷七2及冷六1井中石英、长石和岩屑含量近似相等, 在鄂博梁Ⅲ 号构造带的鄂7井、鄂深1井和鄂深2井中的碎屑成分相对冷湖六号、冷湖七号构造带而言, 石英含量增加, 长石、岩屑含量减小, 由此说明冷湖六、七号构造带物源与鄂博梁Ⅲ 号构造带物源有相关性。南八仙地区(区域Ⅶ )位于研究区的东部, 碎屑成分展布特征显示, 该区为石英、岩屑组合区, 与鄂博梁Ⅲ 号构造带碎屑成分存在明显差异, 因此二者物源相对独立。
上述碎屑组分组合分区表明, 鄂博梁地区新近系存在多个方向的物源(图 2):(1)东坪地区物源来自于阿尔金山中部; (2)鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带物源来自阿尔金山东部; (3)冷湖一、二、三号构造带物源来自小赛什腾山西北部; 潜山地区和冷湖四、五号构造带物源来自小赛什腾山方向; (4)来自小赛什腾山和冷湖一、二、三号构造带的物源穿过葫芦山构造带到达鄂博梁Ⅱ 号构造带; (5)冷湖六号和七号构造带物源来自赛什腾山方向, 其又是鄂博梁Ⅲ 号构造带的主要物源区; (6)南八仙地区存在独立的物源。
3.1.2 岩屑类型特征
碎屑岩中的岩屑是保持母岩结构的矿物集合体, 类型与物源区的母岩性质密切相关, 是物源区的直接反映(申延平等, 2006, 陈全红等, 2009)。因此, 通过分析盆地不同地区的岩屑类型及含量, 可以为物源分析提供准确的资料。
研究区不同构造区带上的岩屑组合类型存在明显差异。由于碳酸盐岩岩屑的含量变化明显, 能直观反映物源区的特征, 因此在岩屑鉴定中对其进行单独识别(故文中的其他类型沉积岩岩屑均剔除碳酸盐岩岩屑)。根据鄂博梁地区岩屑类型及其含量的变化, 可将研究区物源划分为7不同区域(图 3):东坪地区(区域Ⅰ )岩屑类型主要为变质岩岩屑、碳酸盐岩岩屑, 岩浆岩岩屑少量到极少, 缺少其他类型沉积岩岩屑; 鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带(区域Ⅱ )岩屑类型主要为变质岩岩屑、碳酸盐岩岩屑和其他类型沉积岩岩屑, 因该区沉积岩岩屑发育, 而其西侧的东坪地区不发育沉积岩岩屑, 故二者物源存在差异; 靠近阿尔金山的鄂博梁Ⅰ 号构造带不发育岩浆岩岩屑而发育碳酸盐岩岩屑, 但在其东侧的昆特伊和冷湖三、四和五号构造带却发育岩浆岩岩屑而缺乏碳酸盐岩岩屑, 表明鄂博梁Ⅰ 号构造带物源只受到来自阿尔金山地区的物源影响; 冷湖一至五号构造带(区域Ⅲ )与潜山地区(区域Ⅳ )的岩屑类型虽然相同, 但含量变化较大, 说明二者具有不同的物源; 位于其南部的葫芦山构造带(区域Ⅴ )岩屑类型及含量兼具冷湖三号和潜山地区的特征, 岩屑类型为变质岩岩屑、岩浆岩岩屑和其他类型沉积岩岩屑, 说明冷湖三号构造带与潜山地区的物源到都可到达葫芦山构造带, 同时在远离阿尔金山的鄂博梁Ⅱ 号构造带中亦见到岩浆岩岩屑, 表明鄂博梁Ⅱ 号构造带还受到来自葫芦山构造带的物源影响; 冷湖六号、七号构造带(区域Ⅵ )岩屑类型以变质岩岩屑、碳酸盐岩岩屑为主, 其以极少量的其他类型沉积岩岩屑和岩浆岩岩屑而区别于冷湖五号构造带; 南八仙地区(区域Ⅶ )岩屑类型为变质岩岩屑、岩浆岩岩屑和少量碳酸盐岩岩屑, 其以其他类型沉积岩岩屑含量小而与冷湖七号构造带差别较大, 表明二者物源不同。
通过岩屑组合特征可以看出, 鄂博梁地区新近系存在以下物源方向(图 3):(1)东坪地区物源来自于阿尔金山中部; (2)鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带物源来自阿尔金山东部; (3)冷湖一、二、三号构造带物源来小自赛什腾山西北部, 潜山地区和冷湖四、五号构造带物源来自小赛什腾山; 而来自小赛什腾山和其西北部的物源可穿过葫芦山构造带到达鄂博梁Ⅱ 号构造带; (4)来自赛什腾山方向的物源穿过冷湖六号和七号构造带到达鄂博梁Ⅲ 号构造带, 其是鄂博梁Ⅲ 号构造带的主要物源区; (5)南八仙地区存在独立的物源, 且该物源不能到达鄂博梁Ⅲ 号构造带。
重矿物是指碎屑岩中相对密度大于2.86 g/cm3的陆源碎屑矿物, 其在岩石中的含量很小, 一般不超过1%(施振生等, 2011; 王艳清等, 2012)。重矿物是物源变化极为敏感的指示剂(赵红格和刘池洋, 2003; 施振生等, 2011), 即随着沉积物搬运距离的增加, 不稳定重矿物相对含量逐渐减小, 稳定重矿物相对含量逐渐增大, 同时重矿物的组合类型也相应发生变化, 故可根据重矿物组合特征及稳定性的差异来指示沉积物的搬运方向(和钟铧等, 2001; 赵澄林和朱筱敏, 2004)。根据稳定性特征, 可以将重矿物划分为超稳定至极不稳定共5个等级(操应长等, 2011), 若矿物抵抗风化的能力弱, 则其分布局限, 当远离物源区时其含量相对减少, 甚至消失(胡宗全等, 2001; 操应长等, 2011)。
对鄂博梁地区岩心样本鉴定及统计的结果表明, 重矿物组合在平面上有一定的分布规律, 不同地区中各类型重矿物含量差别较大, 并据此可以分为7个区域(图 4):(1)东坪地区:重矿物组合为磁铁矿+石榴石+锆石, 三者的总含量占84%; (2)鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带:重矿物组合为石榴石+磁铁矿+锆石+白钛矿, 占重矿物含量的89%; (3)冷湖三号构造带:重矿物组合为磁铁矿+石榴石+绿帘石, 总含量占80%; (4)潜山地区和冷湖四、五号构造带的特征重矿物组合为绿帘石+角闪石, 含量占70%; (5)葫芦山构造带重矿物组合为石榴石+磁铁矿+绿帘石, 平均含量占74%; (6)冷湖六、七号构造带:重矿物组合为磁铁矿+锆石+石榴石, 平均含量占88%; (7)南八仙地区:重矿物组合为石榴石+锆石+白钛矿, 平均含量占63%。
根据重矿物的分区特征, 推测鄂博梁地区新近系存在多个物源区:(1)阿尔金山物源区:该区包括东坪构造带和鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带。根据二者重矿物组合特征的差异, 可判定二者物源来自不同的方向, 东坪地区物源来自于阿尔金山中部, 相应的钻井是东坪1井、东坪3井及牛参1井等, 鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带物源来自阿尔金山东部, 相应的钻井是牛2井、鄂3井、鄂Ⅰ -2井和鄂2井等。(2)小赛什腾山与赛什腾山物源区:该区包括冷湖三至七号构造带, 对应的钻井包括冷六1井、冷七1井、冷七2井、冷七3井、冷四1井、潜参1井、潜参2井、深85井及冷89井等。冷湖三至五号构造带及潜山地区的重矿物组合中可见到大量绿帘石和角闪石等不稳定矿物, 说明搬运距离较短、离物源区较近, 物源主要来自小赛什腾山; 葫芦山构造带重矿物组合特征兼具冷湖一、二、三号构造带及潜山地区特征, 说明来自小赛什腾山及其西北方向的物源可到达葫芦山构造带并最终影响鄂博梁Ⅱ 号构造带; 冷湖六、七号构造带的重矿物组合是磁铁矿+锆石+石榴石, 稳定矿物含量高, 说明沉积物搬运距离长、远离物源区, 故物源主要来自赛什腾山, 且根据重矿物组合特征可推测其母岩为基性火山岩和酸性岩浆岩。(3)祁连山— 绿梁山物源区:该区主要包括南八仙构造带, 对应的钻井包括仙6井、仙7井、仙8井和仙9井, 重矿物组合是石榴石+锆石+白钛矿, 其稳定矿物含量高, 说明沉积物搬运距离长、远离物源区; 根据该重矿物组合特征推测其母岩为变质岩、酸性岩浆岩和基性火山岩。
砂体分布体系分析是研究古物源和古水系的一个重要方法, 其原理是水系通过的地区也是砂体最为发育的地区, 具有砂岩厚度大、含量高的特点。物源研究中的砂地比等值线图, 不仅是对物源体系的反证, 而且能够更精细地刻画物源推进方向和展布特征, 完善物源体系研究(黄传炎等, 2009; 丛琳和马世忠, 2010; 袁淑琴等, 2013)。鉴于此, 通过对研究区新近系砂地比统计分析, 来研究鄂博梁地区及其周边地区的古物源方向。
通过分析鄂博梁地区及周边地区的砂地比等值线图(图5), 可将研究区分为5个区域来分析物源方向:(1)东坪地区(区域Ⅰ ):砂地比等值线沿阿尔金山中部— 东坪地区— 一里沟地区呈NW-SE向展布, 靠近阿尔金山地区砂地比最高、达到50%, 由北西至南东方向砂地比依次降低, 至一里沟地区砂地比降至10%左右; 该区域砂地比等值区呈喇叭状分布, 尖端指向南东方向。(2)鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带(区域Ⅱ ):砂地比等值线沿阿尔金山东部— 牛东地区— 鄂博梁Ⅰ 号构造带— 鄂博梁Ⅱ 号构造带呈NW-SE向展布, 靠近阿尔金山东部山前地区砂地比最高、达到50%, 由北西至南东方向砂地比依次降低, 至鄂博梁Ⅱ 构造带砂地比降至20%左右; 该区域砂地比等值区呈喇叭状, 尖端指向南东方向。(3)冷湖一至五号构造带及潜山地区(区域Ⅲ ):砂地比等值线沿小赛什腾山— 冷湖地区— 葫芦山构造呈NE-SW向展布, 砂地比依次降低, 至葫芦山构造带砂地比降至20%左右, 砂地比等值区呈喇叭状, 尖端指向南西方向, 根据砂地比等值线延伸趋势, 来自该方向的砂体可以延伸至鄂博梁Ⅱ 构造带。(4)冷湖六号、七号构造带(区域Ⅳ ):砂地比等值线沿赛什腾山— 冷湖六号、七号构造带— 鄂博梁Ⅲ 构造带呈NE-SW向展布, 砂地比由50%依次降低至10%, 砂地比等值区呈喇叭状, 尖端指向其南西方向。(5)南八仙地区(区域Ⅴ ):砂地比等值线沿鱼卡— 南八仙地区呈NE-SW方向展布, 鱼卡及马北地区砂地比为40%, 砂地比等值区呈喇叭状, 尖端指向其南西方向的南八仙地区, 在南八仙地区砂地比降低至10%左右。
矿物的阴极发光是其成分、结构、构造等特点的直观反映(白玉奇, 2012), 是研究沉积区物质来源最有效的方法之一(郑荣才等, 2010)。研究表明, 不同长石其阴极发光颜色不同, 一般情况下, 碱性长石以亮蓝色发光为主, 斜长石多以暗蓝色为主, 正长石多发红色光, 钠长石发粉红色光, 更长石则发黄绿色光; 低温变质岩中的长石发光颜色受一定的影响, 发褐色光或近于不发光; 长石的蚀变作用、黏土化作用的不同也会对它的发光产生猝灭效应(田洪均, 1989)。因此, 长石的发光颜色可为物源分析提供支持。对研究区周围山脉中的基岩进行采样及阴极发光分析发现, 根据不同基岩中长石的发光性不同可以将周围山脉中的基岩分为4种类型(图 6):(1)来自鄂Ⅰ 011号采样点的花岗片麻岩中的长石发暗蓝色光; (2)来自鄂Ⅰ 012号采样点的黑云斜长片麻岩中的长石发暗绿色光; (3)来自鄂Ⅰ 013号采样点的黑云斜长片麻岩中的长石发亮绿色光; (4)来自鄂Ⅰ 014号采样点的钾长花岗岩中的长石发暗绿色— 暗蓝色光。
通过对鄂博梁地区长石阴极发光组合特征分析, 可将研究区及周边地区的物源划分为6个区域(图 7):Ⅰ 区:鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带, 长石发暗蓝色的光, 与来自鄂Ⅰ 011采样点的花岗片麻岩中长石发光相同; Ⅱ 区:冷湖三号长石发暗蓝色— 暗绿色— 亮绿色光, 分别与来自鄂Ⅰ 012采样点、鄂Ⅰ 013采样点和鄂Ⅰ 014采样点的粗粒黑云斜长片麻岩、细粒黑云母斜长片麻岩及钾长花岗岩中的长石阴极发光特征相似; Ⅲ 区:冷湖四号、冷湖五号及潜山地区, 长石发暗绿色— 浅绿色的光; Ⅳ 区:葫芦山构造带, 长石发暗蓝色— 亮绿色的光, 兼具冷湖三、四、五构造带及潜山地区特征; Ⅴ 区:冷湖六号、七号构造带及鄂博梁Ⅲ 号构造带长石发浅绿色— 暗绿色的光; Ⅵ :南八仙地区长石发暗蓝色— 浅蓝色的光。
地震相分析中前积地震反射特征能够揭示古水流方向, 前积层的上倾方向一般指向物源区(张金伟等, 2008; 钟玮等, 2012)。笔者通过对研究区内新近系地震资料的详细解释, 在研究区内看到大量的前积地震反射特征, 这为判断研究区物源方向提供了又一证据。鄂博梁Ⅰ 号构造带的E1998.5测线上可见到NW-SE向前积, 表明鄂博梁Ⅰ 号构造带物源是来自于NW方向的阿尔金山物源区。根据冷湖地区L822230与L85172两条测线中冲积扇体的前积方向分析, 冷湖地区新近系物源来自北西方向的阿尔金山, 沉积物流向为近NW-SE向。鄂博梁Ⅲ 号构造的L00_hy182测线和L00_hy216测线上分别在
通过对鄂博梁地区及周边地区碎屑组合、岩屑组合、重矿物组合和长石阴极发光特征的概括对比(表 1; 图10), 可将研究区及周边地区的物源划分为5个区带:东坪地区物源来自于阿尔金山中部; 鄂博梁Ⅰ 号构造带物源来自在自阿尔金山东部, 鄂博梁Ⅱ 号构造带属混源区, 同时是受到2个方向物源影响, 分别是北部的阿尔金山方向和来自冷湖一、二、三号构造带和小赛什腾山方向, 前者来自于鄂博梁Ⅰ 号构造带, 是主要的物源区, 后者穿过葫芦山构造带到达鄂博梁Ⅱ 号构造带; 冷湖三号构造带物源来小自赛什腾山西北部, 潜山地区和冷湖四、五号构造地区物源来自小赛什腾山; 来自赛什腾山方向的物源穿过冷湖六号和七号构造带到达鄂博梁Ⅲ 号构造带, 是鄂博梁Ⅲ 号构造带的主要物源; 南八仙地区存在独立的物源, 该物源不能到达鄂博梁Ⅲ 号构造带。
柴达木盆地鄂博梁地区新近系沉积物源比较复杂, 存在多个物源供给区, 通过对研究区碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合、砂地比、阴极发光特征及地震资料等研究, 可最终得出如下结论:
1)东坪地区物源主要是来自阿尔金山中部地区, 此方向物源不能到达鄂博梁Ⅰ 、Ⅱ 号构造带。
2)鄂博梁Ⅰ 号构造带物源主要来自阿尔金山东部; 鄂博梁Ⅱ 号构造带的物源来自2个方向, 分别是北部的阿尔金山方向和东北部的冷湖一、二、三号构造带和小赛什腾山方向, 前者穿过鄂博梁Ⅰ 号构造带到达该地区, 是主要的物源区, 而后者穿过葫芦山构造带到达鄂博梁Ⅱ 号构造带。
3)鄂博梁Ⅲ 号构造带物源来自赛什腾山方向, 其是沿NE-SW向横穿冷湖六号、七号构造带而最终到达鄂博梁Ⅲ 号构造带的, 未受到来自南八仙方向 “ 古鱼卡大型古河流三角洲” 物源的影响。
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