柴达木盆地新生界湖盆咸化特征及沉积响应

陈能贵, 王艳清, 徐峰, 杨体源, 夏志远. (2015)柴达木盆地新生界湖盆咸化特征及沉积响应[J]. 古地理学报, 17(3): 371-380
Chen Nenggui, Wang Yanqing, Xu Feng, Yang Tiyuan, Xia Zhiyuan. (2015)Palaeosalinity characteristics and its sedimentary response to the Cenozoic salt-water lacustrine deposition in Qaidam Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 17(3): 371-380. DOI:10.7605/gdlxb.2015.03.031 复制到剪切板

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柴达木盆地新生界湖盆咸化特征及沉积响应

陈能贵¹, 王艳清¹, 徐峰², 杨体源², 夏志远¹

1 中国石油杭州地质研究院,浙江杭州 310023

2 中国石油青海油田勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202

第一作者简介陈能贵,男,1963年生,1991年毕业于中国地质大学(北京),硕士,现为中国石油杭州地质研究院高级工程师,主要从事储集层研究。E-mail: chenng_hz@petroChina.com.cn。

收稿日期:2014-05-16

基金:中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“柴达木盆地建设千万吨油气田综合配套技术研究”(编号:2011E-03)资助

摘要

柴达木盆地新生界发育咸化湖盆沉积,但是对于湖盆的咸化程度一直没有详细论述,其沉积响应特征亦不清楚。文中利用系统测试得到的硼元素及黏土矿物资料来开展古水体盐度恢复,结果表明:(1)柴达木盆地新生界为咸化湖盆沉积,最高盐度大于20‰;(2)不同盐度地区的沉积响应特征不同,其中陆源碎屑物供给区古盐度小于12‰,滨浅湖区古盐度在10‰~18‰之间,半深湖区古盐度大于18‰。在中高咸化湖盆水介质的控制作用下,沉积物分布表现为单层厚度小(一般为1~3 m)、砂/泥岩互层频繁、三角洲沉积相带分布较窄、细粒沉积物分布范围较广、发育特有湖相碳酸盐岩和膏盐岩及与陆源细碎屑呈混积等特征。

关键词: 新生界; 古盐度; 咸化湖盆; 沉积响应; 柴达木盆地

中图分类号:P534.6 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2015)03-0371-10

Palaeosalinity characteristics and its sedimentary response to the Cenozoic salt-water lacustrine deposition in Qaidam Basin

Chen Nenggui¹, Wang Yanqing¹, Xu Feng², Yang Tiyuan², Xia Zhiyuan¹

1 PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,Hangzhou 310023,Zhejiang

2 Qinghai Oilfield Research Institute of Exploration and Development,PetroChina,Dunhuang 736202,Gansu

About the first author Chen Nenggui,born in 1963,graduated from China University of Geosciences(Beijing)with a master's degree in 1991. Now he is a senior egnineer in PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,and is mainly engaged in reservoir. E-mail: chenng_hz@petroChina.com.cn.

Abstract

The salt-water lacustrine deposition was developed during the Cenozoic in Qaidam Basin,but its salinity and sedimentary response have not been known. Based on boron and clay mineral data,palaeosalinities of the Cenozoic in Qaidam Basin were reconstructed by Couch formula,which testified that: (1) The Cenozoic sediments belonged to the salt-water lacustrine deposition with the maximum salinity over 20‰. (2) The zones with different palaeosalinities had different sedimentary responses,that is,the palaeosalinity values of terrigenous clastics supplying areas were commonly less than 12‰,while those of shore-shallow lake ranged from 10‰ to 18‰,and those of semi-deep lake exceeded 18‰. Under the control of salt-water with middle to high salinity, the salt water lacustrine deposition in Qaidam Basin has the following characteristics: single layer is thin usually with 1-3 m thickness, sand layer and mud layer are frequently interbedded, delta sedimentary facies belt is relatively narrow, fine grained sediments are distributed in a wide range, and typical lacustrine carbonate rocks, gypsum and terrestrial fine detritus are mixed.

Key words: Cenozoic; palaeosalinity; salt-water lacustrine basin; sedimentary response; Qaidam Basin

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柴达木盆地新生代气候干旱, 沉积物表现出层多、单层厚度小、细粒沉积物分布范围广、滨浅湖区广泛发育碳酸盐岩、半深湖区发育层状膏盐岩(单层最厚达10 m以上)等特征。该地区地层水矿化度较高, 氯离子含量多大于1× 10⁵ mg/kg, 自湖盆中心向盆地边缘逐渐降低, 被认为是咸化湖盆(苗军, 2000; 李浩等, 2002; 叶爱娟和朱扬明, 2006)。但是, 有关柴达木盆地新生界湖盆水体咸化程度及变化规律的研究却很少。另外, 前人通过对柴达木盆地新生界沉积特征研究(李浩等, 2002), 明确了该地区新生代发育冲积扇、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊及水下扇等沉积相类型, 建立了陡坡型扇三角洲、缓坡型辫状河三角洲及内源型碳酸盐岩、膏盐岩沉积模式, 并在盆地内划分出了祁连山、阿尔金东段、阿尔金西段、阿拉尔、昆仑山西段及昆仑山东段等6大主要物源体系及内部的多个分支物源, 明确了沉积相的展布特征及沉积体系的时空演化规律, 但关于湖盆咸化程度与沉积响应特征方面的研究基本上没有开展过。文中通过对柴达木盆地新生界厚层泥岩系统取样并进行相关测试, 采用相应的古盐度恢复公式(Walker and Price, 1963; Adams et al., 1965; Walker, 1968; Couch, 1971)对该地区新生代沉积物的古盐度进行恢复, 并结合沉积物特征及前人的模拟实验结果, 研究柴达木盆地新生代盐度变化及其与沉积物之间的响应关系。

1 区域地质背景

柴达木盆地位于青藏高原北部, 周边被昆仑山、阿尔金山和祁连山环绕, 盆地东西长850 km、南北宽150~300 km, 面积为121000 km²(图 1), 其中中新生界沉积面积为96000 km², 最大沉积厚度为17200 m。柴达木盆地新生界自下而上发育7套地层(图 2), 分别是:古近系古新统— 始新统路乐河组(E₁₊₂)、渐新统下干柴沟组(E₃), 新近系中新统上干柴沟组(N₁)、上新统下油砂山组( $\begin{matrix} N_{2}^{1} \end{matrix}$ )、上油砂山组( $\begin{matrix} N_{2}^{2} \end{matrix}$ )、狮子沟组( $\begin{matrix} N_{2}^{3} \end{matrix}$ )及第四系更新统七个泉组(Q₁₊₂)。不同地区的路乐河组下伏地层不同, 柴西地区主要为基岩, 而柴北缘地区则有中生界白垩系、侏罗系及基岩等。

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	图1 柴达木盆地构造分区Fig.1 Tectonic division of Qaidam Basin

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	图2 柴达木盆地新生界地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of the Cenozoic in Qaidam Basin

以基底性质与起伏、现今构造格局、地层展布、含油气系统分布等为依据, 可将柴达木盆地划分出柴西隆起、一里坪坳陷、柴北缘隆起和三湖坳陷共4个一级构造单元(图1)。该盆地新生界受控于6大主要沉积物源(李浩等, 2002), 形成多个分支物源体系: 祁连山物源体系控制柴北缘隆起及一里坪东侧的沉积, 在马北— 南八仙地区发育辫状河— 辫状河三角洲沉积, 在冷湖— 平台地区发育冲积扇— 扇三角洲沉积; 阿尔金东段物源体系控制柴西隆起东侧、一里坪坳陷北侧的沉积, 在牛鼻子梁、东坪、尖顶山、大风山、碱山等地区发育冲积扇— 辫状河— 辫状河三角洲沉积; 阿尔金西段物源控制柴西隆起的阿尔金山前带西段沉积, 在七个泉地区发育(近岸)水下扇沉积, 在狮子沟、咸水泉、红沟子及月牙山地区发育冲积扇— 扇三角洲沉积; 阿拉尔物源控制柴西隆起的沉积, 早期影响范围较小, 仅控制红柳泉地区, 发育辫状三角洲沉积, 而晚期控制范围明显增大, 几乎控制整体柴西南区的沉积, 在红柳泉、花土沟、尕斯等地区发育辫状河— 辫状河三角洲沉积; 昆仑山西段物源控制柴西隆起西南侧的沉积, 早期在昆北、乌南、东柴山等地区发育辫状河三角洲沉积, 晚期则在乌南地区发育滨浅湖相滩坝沉积; 昆仑山东段物源控制柴西隆起东南侧、三湖坳陷的沉积, 发育辫状河三角洲沉积。

2 样品采集与测试

本次工作由于研究区范围大、涵盖地层多, 故在样品采集上需要进行优化。根据研究区情况设计的取样原则是:平面上按井控程度进行取样井点的优选, 共设计取样井数达165口(重点地区加密取样口井点); 层位上从路乐河组至狮子组, 每个地层取样2~3块; 位置上主要是在厚层稳定泥岩段进行取样, 在砂岩、泥岩互层段中选取原生色的泥岩段; 样品性质上, 优先选择取心段的岩心样品, 在非取心段主要挑选泥岩岩屑样品。整体上, 本次研究共选取样品699块。

本次研究主要进行黏土矿物相对含量及微量元素的测试。其中, 黏土矿物相对含量测试是在中国石化江苏油田分公司地质科学研究院勘探开发实验中心完成, 测试仪器为X射线衍射仪Ultima Ⅳ (G03333-1), 检测依据为SY/T 5163-2010《沉积岩黏土矿物和常见黏土矿物X衍射分析方法》, 环境条件为温度25 ℃、湿度50%; 微量元素在国土资源部杭州矿产资源监督检测中心完成, 测试仪器为Thermi X SeriesⅡ 电感耦合等离子体质谱联用仪(SN01426C), 检测依据为DZ/T 0223-2001《电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法通则》, 环境条件为温度20 ℃、湿度45%。

测试结果显示, 柴达木盆地新生界黏土矿物成分复杂, 主要以伊利石、高岭石和绿泥石为主, 还见有伊/蒙混层和绿蒙混层等, 其中伊利石含量变化较大, 相对含量在20%~85%之间, 高岭石含量多在15%以下。在进行微量元素测试时, 共进行了K、B、Ga、Sr、Ba、Co、Ni、V、Cr等元素的测试, 其中对盐度反映敏感的元素有B、Ga、Sr、Ba等, 文中选取B元素进行古水体盐度恢复。研究区B元素含量变化较大, 分布区间为0.7~650 μ g/g, 但多集中分布在50~90 μ g/g之间。

3 讨论

3.1 古水体盐度恢复

古盐度是地质历史时期中沉积环境变化的一个重要标志。前人建立了较多的古盐度判别和测定方法(李进龙和陈东敬, 2003; 羊向东和王苏民, 2003; 王敏芳等, 2005), 如应用古生物化石、岩矿学特征和古地理资料定性描述古水体盐度; 应用常量元素和微量元素方法半定量划分水体盐度; 应用间隙流体或液相包裹体直接测定盐度; 应用沉积磷酸盐(Nelson, 1967)或硼与黏土矿物资料定量计算古盐度(李宝利, 1995; 郑荣才和柳梅青, 1999; 文华国等, 2008; 伊海生等, 2009; 魏继生等, 2011)。其中应用硼和黏土矿物资料定量计算古盐度的方法比较常见, 其原因是黏土矿物对水体中的硼元素具吸附作用, 且硼元素含量不会随其含量的增大而分解, 与古盐度具对数线性关系。

柴达木盆地新生界地层中黏土矿物类型较多, 发育有伊利石、蒙脱石、高岭石、绿蒙混层、伊蒙混层等, 因此在古水体盐度恢复时, 考虑到黏土矿物对硼吸附的差异性, 利用不同类型黏土矿物相对含量进行硼较正, 校正公式为:

B'=B_样品/(4X_i+2X_m+X_k)

式中B'指“ 校正硼” 含量, X_i、X_m、X_k 分别代表样品中实测的伊利石、蒙脱石和高岭石相对百分含量。

采用科奇公式进行古盐度恢复计算:

S_p=(lgB'-0.11)/1.28

公式中S_p为古盐度; B'为“ 校正硼” 含量。

本次共完成了新生界7个组段地层的古盐度恢复(表 1), 古盐度变化区间为2.9‰ ~33.7‰ , 平均古盐度变化区间为9.3‰ ~15.4‰ 。根据吴萍和杨振强(1979)对湖盆水体盐度的划分方案(表 2), 柴达木盆地新生界湖盆为半咸水湖至咸水湖。根据文中大多数盐度数据大于10‰ , 并结合柴达木盆地水体盐度及沉积特征, 综合参考表2的划分方案, 将柴达木盆地湖盆水体划分为3种类型, 分别是:淡水— 半咸水型, 古盐度小于10‰ ; 半咸水型, 古盐度为10‰ ~18‰ ; 咸水型, 古盐度大于18‰ 。

表1 柴达木盆地新生代沉积物古盐度恢复数据 Table1 Palaeosalinity data of the Cenozoic sediments in Qaidam Basin

表2 湖盆水体盐度划分方案(吴萍和杨振强, 1979) Table2 Palaeosalinity classification of salt-water lacustrine basin(after Wu and Yang, 1979)

3.2 柴达木盆地古盐度分布特征

根据古盐度恢复结果分析发现, 柴达木盆地咸化湖盆水体盐度平面上分布具有一定的规律性, 文中以古近系下干柴沟组上段、新近系下油砂山组古盐度平面变化特征为例。

从柴达木盆地下干柴沟组上段古盐度平面分布(图 3)来看, 古盐度分布具有环带状特征, 在盆地边缘地区古盐度较低, 多小于10‰ , 属于淡水— 半咸水区; 在盆地内部古盐度较高, 多在10‰ ~18‰ 之间, 为半咸水区; 在盆地中心部位古盐度最高, 大于18‰ , 为咸水区。该时期盆地内发育2个高盐度区(大于18‰ ), 其中西部高盐度区分布在狮子沟地区, 这是柴达木盆地西部地区主要烃源岩发育区, 而东部高盐度区分布在一里坪地区, 亦为柴达木盆地潜在的生烃洼陷区。

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	图3 柴达木盆地下干柴沟组上段古盐度平面分布Fig.3 Palaeosalinity distribution of the Upper Member of Xiaganchaigou Formation in Qaidam Basin

下油砂山组古盐度分布具继承性发育特征, 与下干柴沟组上段古盐度分布类似, 呈环带状分布(图 4), 但其淡水— 半咸水区分布范围扩大, 半咸水区分布范围缩小, 西部的咸水区分布范围减小并被分成2个咸水区, 东部咸水区分布范围增大并向东、向南迁移。西部高盐度区分布在阿尔金山前的咸水泉以南地区和开特地区, 东部高盐度区仍分布在一里坪地区。

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	图4 柴达木盆地下油砂山组古盐度平面分布Fig.4 Palaeosalinity distribution of the Xiayoushashan Formation in Qaidam Basin

柴达木盆地新生代气候具炎热干旱→ 温暖半干旱→ 寒冷干旱→ 较寒冷半干旱→ 寒冷干旱的变化特征。将该地区新生界咸化湖盆纵向上的盐度变化与该地区新生代气候演化(图 4; 表1)对比来看, 发现受干旱的古气候变化影响(图 5), 从路乐河组沉积时期到狮子沟组沉积时期, 柴达木盆地湖盆水体古盐度平均值从9.3‰ 增加到15.4‰ , 呈现出逐渐的、持续的咸化过程。

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	图5 柴达木盆地新生界古盐度与古气候变化特征Fig.5 Characteristics of palaeosalinity and palaeoclimate of the Cenozoic in Qaidam Basin

3.3 咸化湖盆沉积响应特征

柴达木盆地新生代气候整体上较干旱、降水量较小、湖盆水体蒸发量远远大于补给量, 导致该地区湖盆水体盐度较高。同时因为盐水密度大于淡水, 使得湖水具下部盐度高、上部盐度较低的分层结构, 这造成了该地区沉积物具有不同的特征。

柴达木盆地新生界咸化湖盆除了发育碎屑岩(砾岩类、砂岩类和黏土岩类)外, 受咸化水体及干旱的古气候控制, 还发育2类咸化湖盆特有的沉积物(于兴河, 2009), 即湖相碳酸盐岩和膏盐岩(硬石膏、芒硝、盐岩)(张敏等, 2004)。

3.3.1 碳酸盐岩类型及分布特征

碳酸盐矿物的出现标志着湖盆咸化。柴达木盆地发现的新生界碳酸盐岩发育层位为古近系下干柴沟组至新近系狮子沟组, 说明柴达木盆地湖盆初始咸化期为古近纪下干柴沟组沉积时期。盆地内碳酸盐岩类型丰富, 分布较广, 厚度一般很薄, 多在5~30 cm之间, 但在局部地方可达到一定的规模。

柴达木盆地新生界主要发育7种类型碳酸盐岩, 分别是藻纹层灰岩(图6-A)、藻叠层灰岩、藻团块灰岩、藻泥晶灰岩、亮晶鲕粒灰岩、亮晶生屑灰岩(图6-B)和陆屑(藻)泥晶灰岩。受陆相湖盆构造活动较强、沉积稳定性较差的控制, 其岩性特征突出表现在岩石类型多、混积岩发育、单层厚度小及厚度和物性变化较大等方面。

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	图6 柴达木盆地新生界碳酸盐岩类型Fig.6 Carbonate rock types of the Cenozoic in Qaidam Basin

柴达木盆地新生界碳酸盐沉积物主要分布于滨浅湖区, 但由于滨湖与浅湖的沉积环境不同, 因此这2个相带的碳酸盐岩产状也不同。浅湖相带水底氧气充足、营养丰富, 是水生生物最繁盛的地方, 且水动力条件主要是波浪和湖流的作用、没有拍岸浪的影响, 属于高能环境, 同时很少受到陆源碎屑物质的影响, 因此主要发育藻丘灰岩, 岩石类型包括藻叠层灰岩、藻团块灰岩和藻泥晶灰岩, 在纵向上表现为藻丘灰岩和灰岩、泥灰岩及泥岩互层分布。滨湖相带的水动力条件比较复杂, 由于拍岸浪和回流的作用, 湖水对于沉积物的改造和冲洗都非常强烈, 故主要发育藻坪灰岩, 岩石类型包括藻纹层灰岩和藻泥晶灰岩, 在纵向上表现为藻坪灰岩和砂坪、泥坪沉积呈互层状分布。

目前已有的钻探资料揭示, 下干柴沟组上段藻灰(云)岩分布于厚层碳酸盐岩中, 除藻泥晶灰岩外, 还发育藻叠层灰(云)岩、藻纹层灰(云)岩和藻团块灰(云)岩, 陆源碎屑很少, 藻灰(云)岩厚度较大, 最大单层厚度为3~5 m, 平均单井累计厚度达10.9 m, 占地层厚度的2.3%; 上干柴沟组藻灰(云)岩夹于灰色、浅绿灰色砂、泥岩甚至紫褐色砂、泥岩中, 陆源碎屑含量有所增加, 主要发育藻泥晶灰(云)岩和藻纹层灰(云)岩, 可见含粉砂或含泥藻灰(云)岩, 单层厚度为1.0~2.5 m, 平均单井累计厚度约3.4 m, 占地层厚度的0.61%。油砂山组藻灰岩以藻泥晶灰岩、藻叠层灰岩和藻团块灰岩为主, 藻灰岩与暗色泥晶灰岩、泥灰岩及各种过渡岩类呈极薄互层状, 陆源碎屑含量明显增加, 常形成含粉砂或粉砂质藻叠层灰岩和藻泥晶灰岩, 单层厚度多薄于1.0 m, 绝大多数薄于0.5 m, 平均单井累计厚度约1.6 m, 占地层厚度的0.63%。

3.3.2 膏盐岩类型及分布特征

在干旱的古气候背景下, 柴达木新生界湖盆水体矿化度较高, 除发育湖相碳酸盐岩外, 还发育有膏盐岩沉积, 包括石膏、盐岩和芒硝等沉积物(图 7-A, 7-B)。

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	图7 柴达木盆地新生界膏盐岩沉积Fig.7 Gypsum and halite of the Cenozoic in Qaidam Basin

石膏主要发育于柴达木盆地最大湖泛期, 即下干柴沟组沉积时期。该时期湖盆水体较深, 石膏晶体常与灰色、深灰色的泥岩、砂质泥岩和盐岩相伴生, 狮子沟地区尤为明显, 如狮23井的取心井段发育近35处石膏岩, 其厚度在1~20 m之间。

芒硝集中分布在狮子沟地区(狮23井的下干柴沟组下段和狮31井的下干柴沟组上段), 一般同石盐、硬石膏和石膏等共生。

盐岩在柴达木盆地西部新生界中分布有限, 仅在狮子沟构造和土林堡构造的钻井资料中有所发现, 常与暗色泥岩、页岩共生, 属于深水环境沉积。盐岩发育层位恰好对应柴达木盆地新生界的2个盐湖形成期, 即发育于湖盆全盛时期( $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ -N₁)的狮子沟盐湖和湖盆衰亡期( $\begin{matrix} N_{2}^{2} \end{matrix}$ - $\begin{matrix} N_{2}^{3} \end{matrix}$ )的西部北区盐湖。

整体上, 柴达木盆地膏盐岩主要分布在半深湖— 深湖中, 新生代古气候干旱、降水量较小, 河流带来的砂质沉积向盆地边缘退缩, 湖水不断浓缩就形成硫酸盐或氯化盐与泥质岩互层式的沉积。

3.3.3 沉积响应特征

柴达木盆地新生界沉积受咸化水体环境的控制, 沉积物类型多样, 碎屑岩表现出“ 薄、多、散、杂” 的特征。

首先, 从沉积相对比剖面图(图 8)中古盐度变化特征来看, 在陆源碎屑物供给发育区, 水上部分沉积物的古盐度多小于5‰ , 为淡水— 微咸水区; 而水下部分沉积物的古盐度均小于10‰ , 为微咸— 半咸水区。湖盆内滨浅湖区沉积物的古盐度在10‰ ~18‰ 之间, 为半咸水区; 半深湖区沉积物的古盐度大于18‰ , 为咸水区。

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	图8 柴达木盆地红柳泉地区红参2井至尖顶山地区尖5井新生界沉积相对比与盐度变化剖面Fig.8 Profile of sedimentary facies and salinity of the Cenozoic from Well Hongcan 2 of Hongliuquan area to Well Jian 5 of Jiandingshan area in Qaidam Basin

其次, 以下干柴沟组下段沉积相与古盐度(图 9)为例, 沉积相变化对古盐度的响应具有2个特征:(1)古盐度平面分布表现出“ 三高一低” 的特征, 即陆源碎屑物供给区古盐度低、湖盆沉积中心区古盐度高、湖湾区水体较闭塞古盐度高、陆上泛滥平原区局部古盐度高; (2)不同沉积相带古盐度变化特征不同, 即陆源碎屑物供给区古盐度小于12‰ , 滨浅湖发育区古盐度在10‰ ~18‰ 之间, 半深湖至深湖发育区古盐度大于18‰ 。由此可以看出, 在不同的盐度分布区, 沉积响应特征是不同的。

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	图9 柴达木盆地古近系下干柴沟组下段沉积相与古盐度Fig.9 Sedimentary facies and palaeosalinity of the Lower Member of Paleogene Xiaganchaigou Formation in Qaidam Basin

3.3.4 不同水介质中沉积物的差异性

根据柴达木盆地新生界咸化湖盆沉积物分布特征, 并结合青海湖现代盐湖沉积特征及水槽模拟实验(苟迎春等, 2014), 初步分析了在咸化水介质及淡水介质条件下沉积物分布特征的差异性。

1)沉积物类型的差异性。在柴达木盆地新生界咸化湖盆沉积中, 沉积物表现出以下几方面的特殊性:

第一, 发育湖相碳酸盐岩及膏盐岩, 反映处于干旱、蒸发的古气候环境中;

第二, 在高咸化湖水介质控制下, 沉积物表现为单层厚度较小, 多数在1~3 m, 单期旋回最薄、仅有几厘米, 砂岩层层数多, 砂岩与其他岩性呈薄互层;

第三, 岩性分异性差, 砂岩中常见到砾石、泥质团块等, 泥岩多含粉砂岩、灰质, 少见质地较纯的泥岩, 在湖盆内则多常见砂岩与泥岩、灰岩等呈混积的沉积物。

而在正常的淡水湖盆沉积中, 如松辽盆地白垩系泉头组沉积时古气候相对较干旱, 钻井揭示资料未见到湖相碳酸盐岩及膏盐岩, 单层砂岩厚度相对较大, 多在5~10 m, 砂岩层层数少, 岩性分异性好, 可见到质纯的泥岩及砂岩等, 与咸化湖盆沉积物表现出明显的差异性。

2)沉积物分布的差异性。在柴达木盆地新生界咸化湖盆沉积中, 沉积物分布具有3个特点:

第一, 在三角洲沉积区, 表现为三角洲平原的分布面积远远大于三角洲前缘的分布面积。根据阿拉尔物源控制下的辫状河三角洲统计, 二者分布面积的比例为3︰2, 而前人(苟迎春等, 2014)通过对青海湖现代盐湖沉积的三角洲考察, 三角洲平原的分布面积所占的比例最高可达80%, 与柴达木盆地三角洲的分布比例相似, 由此可见咸化湖盆三角洲分布表现为“ 大平原小前缘” 的特征。根据前人所做的模拟实验(刘忠保和赖志云, 1994; 赖志云等, 2006; 张春生和刘忠保, 2009), 并与淡水湖盆沉积砂体相比发现, 咸化水体背景下的三角洲砂体长宽比明显大于淡水背景, 砂坝较为发育, 而其宽厚比则反之, 明显小于淡水背景。

第二, 河口处砂岩发育。在河口处由于湖水密度大于注入水体的密度, 从而在该处发生顶托作用使砂体沉积, 形成砂坝沉积。因河道摆动迁移频率较大, 密度的不同和水动力条件作用使河口坝较之淡水条件下更为发育, 故剖面上多呈现出多层较薄的河口坝砂体和较厚的水下分流河道砂体相互叠置的复合河道沉积。而在正常的淡水湖盆沉积中, 由于河流作用强, 推移质与悬移质比值较大, 三角洲的水下分流河道较为发育, 分流河道进入湖盆后并不马上发生沉积作用, 而是在水下继续延伸一段距离, 故河口砂坝多发育于距湖岸线较远处的水下分流河道末端。

第三, 细粒沉积物分布范围较广。由于高密度湖盆水体对沉积物起顶托的作用, 使细粒沉积物在距离物源区更远的地方沉积, 导致呈现出“ 满盆砂” 的特征。一方面, 呈局部富集状态, 形成一系列的滩坝微相, 砂岩单层厚度多在1 m左右; 另一方面, 呈薄层状广泛分布于湖泊相带内, 在浅湖亚相带内砂岩单层厚度多在几十厘米以内, 与湖相泥岩、碳酸盐岩呈互层状分布, 形成湖相砂岩广布式分布区。

4 结论

1)柴达木盆地新生界古盐度变化区间为2.9‰ ~33.7‰ , 平均古盐度变化区间为9.3‰ ~15.4‰ , 为咸化湖盆沉积。柴达木盆地湖盆水体可划分为3种类型:淡水— 半咸水型, 古盐度小于10‰ ; 半咸水型, 古盐度为10‰ ~18‰ ; 咸水型, 古盐度大于18‰ 。

2)柴达木盆地新生界古盐度变化表现出“ 三高一低” 的分布特征, 即陆源碎屑物供给区古盐度低、湖盆沉积中心区古盐度高、湖湾区水体较闭塞致古盐度高及陆上泛滥平原区局部古盐度高。古盐度与沉积相带具有良好的响应特征, 表现为陆源碎屑物供给区古盐度小于12‰ , 滨浅湖区古盐度在10‰ ~18‰ 之间, 半深湖— 深湖区古盐度大于18‰ 。

3)受咸化水体及干旱的古气候控制, 柴达木盆地新生界发育2类咸化湖盆特有的沉积物, 分别是湖相碳酸盐岩和膏盐岩(硬石膏、芒硝、盐岩)。

参考文献

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3	李宝利. 1995. 硼元素古盐度计算方法的改进[J]. 复式油气田, 6(1): 55-58. [文内引用:1]
4	李浩, 徐艳萍, 黄海宁, 等. 2002. 柴达木盆地西部地区第三纪古湖泊研究[J]. 断块油气田, 9(2): 27-30. [文内引用:3]
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2014

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... 根据柴达木盆地新生界咸化湖盆沉积物分布特征,并结合青海湖现代盐湖沉积特征及水槽模拟实验(苟迎春等,2014),初步分析了在咸化水介质及淡水介质条件下沉积物分布特征的差异性 ...

... 根据阿拉尔物源控制下的辫状河三角洲统计,二者分布面积的比例为3︰2,而前人(苟迎春等,2014)通过对青海湖现代盐湖沉积的三角洲考察,三角洲平原的分布面积所占的比例最高可达80%,与柴达木盆地三角洲的分布比例相似,由此可见咸化湖盆三角洲分布表现为#cod#x0201c ...

2006

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... 赖志云等,2006 ...

1995

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... 应用沉积磷酸盐(Nelson,1967)或硼与黏土矿物资料定量计算古盐度(李宝利,1995 ...

2002

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... 李浩等,2002 ...

... 另外,前人通过对柴达木盆地新生界沉积特征研究(李浩等,2002),明确了该地区新生代发育冲积扇、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊及水下扇等沉积相类型,建立了陡坡型扇三角洲、缓坡型辫状河三角洲及内源型碳酸盐岩、膏盐岩沉积模式,并在盆地内划分出了祁连山、阿尔金东段、阿尔金西段、阿拉尔、昆仑山西段及昆仑山东段等6大主要物源体系及内部的多个分支物源,明确了沉积相的展布特征及沉积体系的时空演化规律,但关于湖盆咸化程度与沉积响应特征方面的研究基本上没有开展过 ...

... 该盆地新生界受控于6大主要沉积物源(李浩等,2002),形成多个分支物源体系: 祁连山物源体系控制柴北缘隆起及一里坪东侧的沉积,在马北#cod#x02014 ...

2003

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... 前人建立了较多的古盐度判别和测定方法(李进龙和陈东敬,2003 ...

1994

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... 根据前人所做的模拟实验(刘忠保和赖志云,1994 ...

2000

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... 10⁵ mg/kg,自湖盆中心向盆地边缘逐渐降低,被认为是咸化湖盆(苗军,2000 ...

2005

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... 王敏芳等,2005),如应用古生物化石、岩矿学特征和古地理资料定性描述古水体盐度 ...

2011

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... 魏继生等,2011) ...

2008

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... 文华国等,2008 ...

1979

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2003

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... 羊向东和王苏民,2003 ...

2006

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叶爱娟, 朱扬明. 2006. 柴达木盆地第三系咸水湖相生油岩古沉积环境地球化学特征[J]. 海洋与湖沼, 37(5): 472-480.

The Tertiary saline lacustrine source rocks in oil-gas resources were sampled from exploration wells in western Qaidm Basin (90°10'–92°40'E, 37°20'–38°50'N) in the northwest China, to which chemical and mineralogical analyses were performed on trace-element, organic or inorganic matters, pyrite abundance and clay mineral composition. Geochemical indicators were used to determine the sedimentary environment during the age in the region. The concentrations of Cl - , B and gammacerane show that the water mass was semi-brine to brine. The deposition center was moved northward with a gradual change in salinity. In terms of Fe 2+ /Fe 3+ ratio, Pr/Ph ratio, the amounts of S 2- and pyrite, and hopane distribution, the local Tertiary sedimentary environment featured strong reduction. The geochemical and mineral composition of clay suggests that the sedimentary facies of the source rocks was between marginal and central salt lake facies.

在系统分析柴达木盆地西部第三系咸水湖相生油岩样品的微量元素、有机物、粘土矿物组成的基础上,揭示了研究区生油岩的无机元素和有机质组成特征;并结合沉积环境的无机与有机地球化学指标,重建了生油岩沉积时的古沉积环境。生油岩的B、Cl - 及伽玛蜡烷含量表明,沉积时的水介质条件是半咸水—咸水环境,并伴随湖盆沉积中心北迁过程各层位地层的盐度发生规律性时空]化;生油岩的Fe 2+ /Fe 3+ 、S 2- 、Pr/Ph比值、藿烷碳数分布模式及黄铁矿含量反映其沉积时的沉积环境为强还原性;粘土矿物组合特征及含量揭示这些生油岩的沉积相带介于中心咸湖相和边缘咸湖相之间。

... 叶爱娟和朱扬明,2006) ...

2009

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伊海生, 时志强, 朱迎堂, 等. 2009. 利用泥岩硼含量重建过去湖相古盐度和湖面变化历史[J]. 湖泊科学, 21(1): 77-83.

根据封闭湖泊古盐度与湖面变化之间具有反向变化的特点,以沱沱河地区通天河剖面为例,利用泥质岩的硼元素含量作为古盐度计,重建了青藏高原北部地区晚渐新世-早中新世湖泊沉积的古盐度变化曲线,讨论了应用湖水古盐度变化曲线追踪过去湖平面变化历史的适用范围和局限.结果表明:雅西错组上部古湖泊水体的盐度一般处于咸水湖分布区,盐度变化于微咸水到超咸水范围内,指示渐新世晚期气候干燥,湖平面长期处于低水位期;但中新世早期五道梁组沉积期,高原气候开始向湿润方向发展,湖水古盐度明显下降,湖水位快速上升.

... 伊海生等,2009 ...

2009

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... 柴达木盆地新生界咸化湖盆除了发育碎屑岩(砾岩类、砂岩类和黏土岩类)外,受咸化水体及干旱的古气候控制,还发育2类咸化湖盆特有的沉积物(于兴河,2009),即湖相碳酸盐岩和膏盐岩(硬石膏、芒硝、盐岩)(张敏等,2004) ...

2009

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... 张春生和刘忠保,2009),并与淡水湖盆沉积砂体相比发现,咸化水体背景下的三角洲砂体长宽比明显大于淡水背景,砂坝较为发育,而其宽厚比则反之,明显小于淡水背景 ...

2004

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张敏, 尹成明, 寿建峰, 等. 2004. 柴达木盆地西部地区古近系及新近系碳酸盐岩沉积相[J]. 古地理学报, 6(4): 391-400.

Lacustrine carbonate rocks of the Paleogeneand Neogene in western Qaidam Basin are mainly distributed from the upper member of the Xiaganchaigou Formation to Youshashan Formation,and more developed in the upper member of the Xiaganchaigou Formation and Shangganchaigou Formation There are three types of carbonate rocks,including micrite limestones,algal limestones and grain limestones in western Qaidam BasinThe diamictites resulting from the mixing of lime,dolomite and terrigenous clastics are widely distributed Carbonate sedimentary facies include lime mud flats and algal flats in littoral lake,grain banks in shallow lake,algal mounds in shallow lake and marls in semideep lakeetc The typesof carbonate rocks of limemud flats in littoral lake mainly include micritic limestones,micrite limestones with terrigenous clastics and marls with terrestrial clasticsetc Those of algal flats in littoral lake mainly include algal micrite limestones and algal laminar limestones and algal micrite limestoneswith terrestrial clasticsThose of grain banks in shallow lake mainly include ooid limestones with spar or micrite,bioclastic limestones,intraclastic limestones and grain limestones Those of algal mounds in shallow lake mainly include algal stromatolitic limestones, algal clast limestones, algal micrite limestones and algalmicrite limestones with terrestrial clastics Those of marls facies in deep lake mainly include micrite limestones, marls, micrite limestones or marls with little mud and silt Carbonate sedimentary facies show a strong migration trend from southwest to northeast

1 Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong  2 Hangzhou Institute of Geology，Hangzhou 310023,Zhejiang 3 Qinghai Oilfield Company,PetroChina，Dunhuang 736202,Gansu

柴达木盆地西部地区古近系和新近系湖相碳酸盐岩主要分布于下干柴沟组上段到油砂山组，其中，下干柴沟组上段和上干柴沟组的碳酸盐岩更发育。碳酸盐岩主要岩石类型有泥晶灰岩、藻灰岩和颗粒灰岩等三大类，此外，还普遍发育由石灰质、白云质和陆源碎屑等3种组分构成的混积岩。碳酸盐岩沉积相可划分为滨湖灰泥坪、滨湖藻坪、浅湖颗粒滩、浅湖藻丘以及半深湖泥灰岩相。滨湖灰泥坪的主要岩石类型有泥晶灰岩、含陆屑泥晶灰岩、陆屑泥晶灰岩以及陆屑泥灰岩等；滨湖藻坪为藻泥晶灰岩、藻纹层灰岩、含陆屑藻泥晶灰岩；浅湖颗粒滩有亮晶或泥微晶的鲕粒灰岩、生屑灰岩和内碎屑灰岩，其次为含陆屑颗粒灰岩；浅湖藻丘为藻叠层灰岩、藻团块灰岩、藻泥晶灰岩和含陆屑藻泥晶灰岩；而半深湖泥灰岩相的主要岩石类型为泥晶灰岩、泥灰岩以及含少量陆屑泥和粉砂的泥晶灰岩或泥灰岩。碳酸盐岩沉积相表现出很强的由西南向东北的迁移性。

1999

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郑荣才, 柳梅青. 1999. 鄂尔多斯盆地长6油层组古盐度研究[J]. 石油与天然气地质, 20(1): 20-25.

Take the geochemical indicators of boron,equivalent boron,adsorptive K + +Na + ,Sr and the ratio of Sr/Br etc.as palaeosalinity indicators,the palaeosalinity of Chang6 oil reservoir set in Ordos Basin is analysed and calculated by using the formula advanced by T.D.Adams and E.L.Couch.The results indicate that the Late Triassic Ordos Basin is not an inland fresh water lake as recognized for a long time,but a brackish water to semisalt water marginal lake caused by intermittent seawater ingression.The paleosalinity of water body of the reservoir set was 0.940%～01.016% during its deposition.The contents of K + +Na + and the ratio of K/Na in the above mentioned paleosalinity do not correspond with that of Chang 26 reservoir set;the contents of boron,equivalent borom, adsorptive K + +Na + ,Sr and Sr/Ba ratio are reliable identifying indicators of the paleosalinity.After the regression analysis of the identifying results of various indicators,it is suggested that the results calculated by E. L. Couch formula are more reliable.The identificatin of paleosalinity could not only distinguish the water type of paleolake,but also could know the evolution of source rock.

1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploiation, Chengdu College of Technology, Chengdu, Sichuan; 2. Goelogical Institute, Southwest Bureau of Petroleum Geology, CNSPC, Chengdu, Sichuan

以硼、“相当硼”、K+Na含量、K/Na比值、吸附K′+Na′、锶含量以及Sr/Ba比值等地化指标作为古盐度的判识标志,运用亚当斯和科奇古盐度计算公式,对鄂尔多斯盆地长6油层组沉积环境的古盐度进行分析和计算,结果表明长6油层组沉积时湖泊水体的古盐度为0.940%～1.016%,属富钠的微咸-半咸水环境。经分析比较,上述古盐度判识标志中,K+Na含量及K/Na比值与长6油层组的古盐度无明显对应关系,不能作为判识标志;而硼、”相当硼“、吸附K′+Na′、锶含量及Sr/Ba比值等地化指标较为灵敏,对古盐度的判识较为可靠。将多种指标判识的结果作回归分析后,认为科奇公式计算的结果最为可靠。古盐度的确定不仅可以判断湖泊水体类型,而且对了解生油岩系的发育情况和分析浊沸石化作用的钠组分来源都大有帮助。

... 郑荣才和柳梅青,1999 ...

1965

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... Adams et al ...

1971

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... Couch,1971)对该地区新生代沉积物的古盐度进行恢复,并结合沉积物特征及前人的模拟实验结果,研究柴达木盆地新生代盐度变化及其与沉积物之间的响应关系 ...

1967

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... 应用沉积磷酸盐(Nelson,1967)或硼与黏土矿物资料定量计算古盐度(李宝利,1995 ...

1968

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... Walker,1968 ...

1963

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... 文中通过对柴达木盆地新生界厚层泥岩系统取样并进行相关测试,采用相应的古盐度恢复公式(Walker and Price,1963 ...