鄂尔多斯盆地是一个多构造体系、多旋回演化、多沉积类型的大型盆地(陈飞等, 2012), 根据盆地的地质演化史及中生界地质构造特征, 可划分为伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、晋西挠褶带、天环坳陷和西缘逆冲带 6个构造单元(罗建强和何忠明, 2008)。鄂尔多斯盆地在晚三叠世延长期沉积了一套由湖相— 三角洲相组成的厚约1000m的碎屑岩。根据岩性及古生物组合, 可将延长组分为5段, 并根据油层纵向分布规律自上而下划分为长1— 长10等10个油层组(图 1)。长10沉积时期湖盆初始形成阶段, 长9— 长7沉积时期湖盆扩张阶段, 长6— 长1沉积时期湖盆萎缩充填阶段, 组成了湖盆从发生、发展到消亡的全过程。

图1

Fig.1

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	图1 鄂尔多斯盆地三叠系延长组综合柱状图 (据邹才能等, 2009)Fig.1 Comprehensive column of the Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin (after Zou et al., 2009)

晚三叠世的构造活动造成盆地西陡东缓、东北高西南低的古地理特点, 沉降沉积中心位于环县以南, 湖岸线大致沿北纬38° 摆动, 在此以北为河流三角洲相, 以南为湖泊相(陈飞等, 2012), 延长组展布为西倾单斜(倾角小于1° )。研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南部的富县地区(图 2), 距离秦岭造山带南缘约200km, 延长组长8— 长6油层组岩心中见类眼状构造发育(图 3), 现详细介绍如下。

图2

Fig.2

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	图2 鄂尔多斯盆地富县地区位置及井位分布(据田媛等, 2015)Fig.2 Sketch map and well distribution of Fuxian area, Ordos Basin (after Tian et al., 2015)

图3

Fig.3

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	图3 富县地区长8— 长6油层组岩心中类眼状构造发育概况Fig.3 Eye-like structures in cores of the Chang 8-6 intervals in Fuxian area

结合岩心观察及前人研究结果(黄龙等, 2008; 刘春燕等, 2010), 类眼状构造出现于三角洲前缘— 半深湖、深湖环境(图 3)。整体构造分为2部分:外部规则或不规则环形圈层和内部核心团块。环形圈层表现为细砂岩和泥岩薄互层, 呈现清晰的圈层结构; 内部核心团块为块状或混杂结构的砂质团块。岩心观察中发现, 根据类眼状构造圈层状构造不同的闭合形态, 将其分为以下3类:

1)类眼状构造出现段自下而上具以下发展序列:底部毫米级滑脱面、下部未变形层、褶皱变形层、上覆未变形层。其中, 底部毫米级滑脱面表现为黑色页岩, 纹层发育良好; 下部未变形层, 表现为砂泥细薄互层, 顶部由于上部剪切作用可能发生撕裂现象; 褶皱变形层底部见小型平卧褶皱、撕裂构造和变形纹层, 向上发育类眼状构造, 其圈层结构见不同的几何形态, 外部圈层向上渐变为未变形层。自核心向外, 圈层结构封闭性和规则性变差, 最外部圈层为软褶皱变形于转折端破裂后包裹闭合而成, 且破裂两翼在剪切作用下发生倒转变形, 从而形成小型平卧褶皱, 在软褶皱侧翼见有次一级褶皱变形。类眼状构造顶部向上渐变为未变形层(图 4-a)。

图4

Fig.4

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	图4 富县地区长8— 长6油层组类眼状构造及相关构造Fig.4 Eye-like structures and relative structures of the Chang 8-6 intervals in Fuxian area

2)圈层结构封闭性好, 最外部未见褶皱两翼破碎包裹情况, 外部圈层见明显液化变形现象, 在类眼状构造的顶部和右侧部发育砂岩层肿缩现象(图 4-b)。岩心中与类眼状构造面垂直方向上见一小型剪切构造(图 4-d)。

3)底部与块状砂岩突变接触, 顶部为砂泥薄互层。类眼状构造与顶部接触处明显可见砂岩液化所引发的砂泥薄互层的撕裂现象(图 4-c)。

研究认为以上3种类眼状构造成因机制不同, 分别为侧向挤压褶皱变形、鞘褶皱和垂向液化成因。形成于挤压褶皱变形的类眼状构造在岩心中最为常见, 并可见其发育过程(图 4-e, 4-f)。在挤压褶皱变形中, 背斜和向斜部分由于递进剪切变形, 发生褶皱进而破裂, 外层纹层将内部纹层及砂岩团块包卷、封闭, 从而形成类眼状构造; 鞘褶皱一般作为强剪切作用的产物, 但是实验发现在弱剪切作用下也可形成鞘褶皱(McClelland et al., 2011), 鞘褶皱轴向平行于剪切方向, 沿鞘褶皱轴向发育相关剪切变形构造。根据岩心中类眼状构造内外圈层完好的封闭性及其同一岩心垂直侧面处发育的小剪切构造判断为剪切方向与类眼状构造相垂直, 从而判断为鞘褶皱产物(图 4-b, 4-d); 液化作用形成的类眼状构造可见明显的液化及流化现象, 上部纹层在下部液化砂岩的流动下被撕裂、翻转, 形成类眼状构造, 并常见相关类眼状构造凹面向上。这种成因机制的类眼状构造国内被解释为环状层理(袁静等, 2006), 但是与前人所研究的环状层理具有明显的不同之处。经典的环状层理不具有核心砂质团块, 且为侧向拉伸作用下产物, 类似于石香肠构造(Jose et al., 1998)。

此外, 根据前人研究成果, 类眼状构造还具有其他成因, 如发育于曲脊波痕波峰和波谷处的包卷层理似结核化作用, 同沉积时期由于砂泥岩互层底部底辟作用形成类眼状构造(图5)。关于类眼状构造的其他成因机制, 仍需进一步研究探讨。

图5

Fig.5

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	图5 富县地区长8— 长6油层组类眼状构造和环状层理成因机制简图Fig.5 Genetic mechanism of eye-like structures and loop beddings of the Chang 8-6 intervals in Fuxian area

作为软沉积变形的一种产物, 研究区的类眼状构造既有侧向挤压变形所致, 又有垂向液化作用所致, 代表了一种滑塌变形过程。而这种滑塌变形过程的触发机制值得进一步探索。Owen等(2011)提出了3阶段法来判断软沉积变形的触发机制(图 6左)。结合前人认识及研究区实况, 从变形触发机制直接作用体出发, 认为研究区滑塌变形的触发机制可以从盆底、沉积体、水体3个方面来考虑, 从而进一步划分相关识别标准(图 6右), 并藉此对研究区类眼状构造所代表的软沉积变形触发机制进行分析。

图6

Fig.6

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	图6 富县地区长8— 长6油层组软沉积变形触发机制识别(左图据Owen等, 2011)Fig.6 Recognition of triggers for soft-sediment deformation of the Chang 8-6 intervals in Fuxian area(left from Owen et al., 2011)

延长组长8— 长6沉积阶段, 正是鄂尔多斯盆地扩张— 收缩转换期, 受同期秦岭造山带运动影响, 构造运动活跃(杨友运, 2004; 罗建强和何忠明, 2008), 容易产生构造地震活动。而岩心观察中长8— 长6段未见火山物质, 已有研究表明长8— 长6段火山活动微弱(杨华等, 2012)。且类眼状构造主要发育于长7及其附近, 当时湖盆处于高水位期, 盆地处于欠补偿状态, 陆源物质供给不足, 河漫滩发育, 导致沉积物粒度细, 植屑明显增多, 且当时沉积坡度不足1° , 因此不利于沉积体快速堆积, 进而发生重力滑塌作用(姜在兴, 2003)。据研究, 三叠世延长期鄂尔多斯盆地处于北纬30° ~25° 附近, 相当于现在的江浙地区(马醒华等, 1993), 因此具有风暴作用发生的可能性, 但是岩心观察中没有发现相关特征沉积构造和沉积序列。由于地震活跃, 地震涌浪也有可能发生。综上分析认为, 类眼状构造最有可能为地震或地震— 涌浪活动所致, 此外同期岩心观察中可见阶梯状小断层、紊乱沉积、逆粒序、液化砂球— 砂枕等构造(图 7), 也支持这种推断。具体情况仍需进一步研究、分析。

图7

Fig.7

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	图7 富县地区长8— 长6油层组岩心中地震— 涌浪作用沉积现象Fig.7 Earthquake-surge wave sedimentary phenomena in the Chang 8-6 intervals in Fuxian area

由图3可知, 类眼状构造主要发育于三角洲前缘— 半深湖、深湖砂泥岩突变接触处, 应为事件性沉积产物。岩心中观察可见, 类眼状构造及其他软沉积变形构造多与块状砂岩共生, 块状砂岩中具逆粒序、漂浮状和定向排列状砾屑等构造(图 4-d; 图7-b, 7-c), 表现为一种具屈服强度和层状流动的流体行为。近年来, 针对深水块状砂岩有了新的解释, 以Shanmugam等(1975)和Shanmugam(2013)为代表的沉积学家认为其是砂质碎屑流的产物, 而非普通意义上具鲍马序列的浊流沉积。在鄂尔多斯盆地有人也针对砂质碎屑流沉积展开了相关研究, 并且研究表明富县地区也为砂质碎屑流沉积区(邹才能等, 2009; 李相博等, 2011; 陈飞等, 2012)。作为砂质碎屑流的产物, 块状砂岩为深水岩性油气藏的良好储集空间, 但其沉积相展布并非经典的扇相模式, 为相应的勘探开发带来很大的难度。鉴于软沉积变形与块状砂岩共生, 深入研究二者横向和纵向共生特征及沉积展布关系, 可能为砂质碎屑流的沉积相分布及相关勘探工作带来帮助。另外在研究区内需注意的是, 上述2种沉积类型(类眼状构造和块状砂岩)出现于湖水高水位期, 而根据层序地层学的观点, 高水位深水沉积由于距陆源较远, 供给不足, 沉积物粒度较细, 深水沉积不太发育(Octavian et al., 2011), 但是短期触发机制(地震、火山、大风浪等)及构造活动的存在可以导致深水沉积体的形成, 其发育并不受海平面变化所控制, 这也许是形成本区软沉积变形和块状沉积特征的另一种原因, 同时也表明了层序地层学预测及指导发现多成因的深水沉积的局限性。

1)富县地区长8— 长6油层组发育类眼状构造, 其由外部规则或不规则环形圈层和内部核心团块组成。岩心观察中见3种不同形态的类眼状构造, 分析判断其成因机制分别为侧向挤压褶皱变形、鞘褶皱和垂向液化。结合沉积环境认为, 大多数类眼状构造的形成与较深水砂质碎屑流沿滑动面剪切作用有关。

2)作为一种软沉积变形构造, 对类眼状构造进行触发机制研究。结合当时的古地理及古构造环境, 从变形触发机制直接作用体出发, 认为长8— 长6油层组沉积期构造活跃、地震频发, 地震及地震涌浪作用是类眼状构造形成的原因。

3)类眼状构造与块状砂岩相伴生, 沉积在湖水高水位期, 而根据层序地层学观点认为深水沉积主要发育在湖水低水位期。研究认为, 除受海平面控制之外, 深水沉积与短期触发机制及构造活动也有密切联系, 表明了层序地层学预测及指示发现多成因的深水沉积体的局限性。