第一作者简介 崔龙涛,男,1988年生,2014年毕业于中国地质大学(北京),获硕士学位。现在主要从事沉积学、层序地层学方面研究。通讯地址:天津塘沽609信箱中海石油天津分公司渤海石油研究院;邮编:300452。E-mail: longtaocui@gmail.com。
结合岩心、测井等资料与 Shanmugam 重力流观点,将鄂尔多斯盆地镇原北部地区延长组重力流沉积物分为浊积岩、砂质碎屑流沉积和滑塌岩3类。以成因层序地层学为指导建立精细地层格架,采用优化后的回剥法定量恢复研究区古地貌。发现镇原北部地形以坡折带为主,长7底部湖侵范围最大,坡折坡度约0.45°,坡折下砂质碎屑流沉积和浊积岩连片展布,滑塌岩发育较少。长73—长72沉积时期,基准面下降,坡折带和沿岸线分布的河口坝砂体向湖区推进,坡折带逐渐变宽缓。长71沉积晚期,基准面上升,坡折带和砂体向陆退缩;长63—长61沉积时期,基准面略下降,三角洲向湖盆填充,坡折带坡度约0.1°,坡折下发育砂质碎屑流沉积和滑塌岩,浊积岩少见。
About the first author Cui Longtao,born in 1988,obtained his master degree from China University of Geosciences(Beijing)in 2014. He is mainly engaged in researches on sedimentology and sequence stratigraphy. E-mail: longtaocui@gmail.com.
Triassic Yanchang Formation is one of the main targets of oil and gas exploration in northern Zhenyuan area. The types and distribution of sandbody are controlled by the palaeogeomorphology. Based on cores,well log analyses,and sandy debris flow viewpoints proposed by Shanmugam,the gravity flow deposits can be divided into turbidites,sandy debris flow sediments and slump rocks. After building the high-resolution sequence stratigraphy framework,an optimized backstripping method is used to restore the deposited terrain,and the palaeogeomorphology map of the studied area is drawn by short-term base level unit. The study finds that the north of Zhenyuan situated near the depositional slope break zone,Chang 73 was of the maximum transgression,the degree of the slope is 0.45,turbidites and sandy debris flow sediments developed in the deep lake in the northeastern part of the study area. From Chang 73 to Chang 72 depositional periods,the base level decended,the mouth bar and the slope break zone gradually advanced to the lake,and the angle of the slope break zone began to decrease;from Chang 72 to Chang 71 depositional periods,the base level began to rise,the slope break and the sandbody gradually retreated to the shore. From Chang 63 to Chang 61 depositional periods,the base level decended,sediments deposited in the basin,the slope decreased to 0.1°,sandy debris flow sediments and slump rocks developed under the slope break.
鄂尔多斯盆地延长期发育典型的坳陷湖盆沉积, 该盆地边缘存在斜坡带, 盆地西部斜坡较陡(刘化清等, 2007), 坡折下发育厚层块状砂体, 前人对砂体成因存较大争议, 夏青松和田景春(2007)认为是厚层块状浊积岩, 郑荣才等(2006)认为是滑塌浊积扇, 邹才能等(2009)、李相博等(2009)认为是砂质碎屑流与浊积沉积为主, 还有观点认为是叠置的分流河道砂体。本次研究使用优化的回剥法半定量恢复研究区沉积时的地貌, 总结长7— 长6地貌特征及演化规律, 根据岩心、测井资料明确砂体成因类型, 探索古地貌特征与砂体展布规律之间联系, 为厘定盆地内沉积相类型及预测有利含油气地区提供依据。
镇原北部地区地处鄂尔多斯盆地的西南缘(图 1-a), 北至环县, 南达镇原, 西到彭阳, 东至庆阳, 面积近8000km2。三叠世延长期, 镇原北部地处湖盆边缘, 地形单一, 未发育大型隆起或断层。物源来自西侧及西南侧的高地剥蚀区, 后近距离搬运入湖, 形成了大规模分布的辫状三角洲— 重力流沉积体系(图 1-b)(庞军刚等, 2012)。三角洲持续的进积作用, 使在湖盆边缘(镇原— 环县一带)常发育沉积坡折带(李树同等, 2009)。坡折处的可容纳空间变化决定了沉积物的体积分配及其相分异作用, 继而影响了砂体的成因及其展布(邓宏文等, 2000), 尤其对于辫状三角洲前缘较深水湖区重力流沉积的形成起重要作用。
研究区沉积体系以三角洲— 湖泊为主, 发育了分流河道、河口坝、席状砂、重力流等微相(刘自亮等, 2013)。作者赞同前人对三角洲平原和三角洲前缘砂体成因类型的观点, 不做过多赘述。然而对于重力流砂体成因类型, 前人有较大争议:多数学者认为深水区全部为浊流, 发育厚层块状浊积岩或滑塌浊积岩或滑塌浊积扇或滑塌浊积扇与坡移浊积扇等(陈全红等, 2007; 傅强等, 2008)。随着砂质碎屑流概念(Shanmugam, 2000)引入中国陆相盆地深水砂体成因解释中, 新观点认为研究区以砂质碎屑流沉积为主, 如邹才能等(2009)认为在鄂尔多斯盆地白豹地区长6油层组的三角洲前缘发育大面积的砂质碎屑流。
通过对镇原北部延长组长7— 长6油层组岩心观察, 基于Shanmugam的重力流研究成果, 将重力流沉积物分为3种成因类型:浊积岩、砂质碎屑流沉积物和滑塌岩。不同类型重力流沉积构造差异明显。
浊积岩是由浊流形成的沉积岩, 以湍流支撑颗粒进行悬浮状态搬运, 浊流沉积仅形成呈正递变粒序的砂岩(Shanmugam, 2002)。作者也以此标准来进行浊积岩的识别。研究区长7— 长6油层组发育的浊积岩主要由粉砂岩、粉细砂岩构成, 底部或见沟模(图 2-a)、槽模等底面构造, 发育正粒序, 薄互层(图 2-b, 2-c), 砂岩厚度通常小于0.6m。上覆偶见底流作用改造的平行层理、波纹交错层理等(一般厚度小于0.1m)。
砂质碎屑流为塑性沉积物流, 其内部是线性层流, 沉积物整体呈冻结的样式发生沉积, 可以富泥、富砂或者两者混合(Shanmugam, 1996)。研究区砂质碎屑流的主要沉积物为:含漂砾砂岩与无任何层理的块状砂岩。岩性主要为细砂岩、粉砂岩, 整体呈块状叠置, 部分夹泥砾, 泥砾直径 3~5cm, 呈漂浮状分散于细砂岩中, 泥砾呈棱角状(图 2-d, 2-e, 2-h)。偶见流动的长条状泥质撕裂屑(图 2-g)。表明碎屑流内部是呈层状流动的、非紊乱状态的浊流。
滑塌岩是三角洲前缘沉积物失稳后, 在自身重力作用下沿上凹滑动面运移, 经滑动旋转发生内部形变的过程(廖纪佳等, 2013)。识别特征是其内部发育的同沉积变形构造。岩性一般为砂岩和粉砂岩, 常见包卷层理、泄水构造、砂质注入体等(图 2-f)。
湖盆地形的恢复方法较多:回剥法、印模法、以及沉积学分析等是较常用的几种方法(许多年等, 2010)。先前针对镇原北部古地形的研究多着重于延长组沉积末期, 采用印模法等恢复古地形, 而对于延长期早期的古地貌研究较少, 缺乏深入定量化工作(李树同等, 2011)。
本研究使用一种经优化后的回剥法:根据地震及测井等资料对地层进行精细解释后, 定量恢复地层原始沉积厚度和沉积时水深, 继而恢复沉积时地貌, 与地质综合分析相验证, 减少古地貌恢复的多解性。地层厚度恢复包含如下几个步骤:剥蚀厚度恢复、地层视厚度恢复及去压实校正。
古地貌恢复之前首先要建立精细的层序地层格架, 然后识别本区地貌分布及演化特征。
研究层段是上三叠统延长组中下部的长7— 长6油层组。结合岩心、测井、地震资料, 根据成因层序地层学理论(Galloway, 1989), 将研究层位划分了2个中期旋回(图 3)C7和C6(分别对应为延长组长7及长6油层组), C7进一步划分出5个短期旋回(自下而上依次命名为C75、C74、C73、C72、C71), C6划分出4个短期旋回(自下而上命名为C64、C63、C62、C61), 反映了由最大湖泛(C75底)开始的一套物源逐渐向湖盆进积的过程(C74-C61)。中间经历短暂湖侵, 发育加积— 退积地层叠加样式(C72-C71)。
过工区北部的东西向剖面(位置见图1-b), 自H54至L52井, 依次沉积了三角洲平原亚相— 三角洲前缘亚相— 湖泊相, 地层厚度产生“ 薄— 厚— 薄” 的趋势, 其中三角洲前缘的厚度较大(图3 中C64旋回)。三角洲前缘和深湖间常有坡度变化明显的坡折带, 坡折下发育重力流沉积。垂向上, 自C75至C73期间, 地层旋回从下降半旋回为主渐渐变成对称旋回, 再至上升期为主的半旋回。厚层三角洲前缘持续向湖中心进积, 与此同时, 坡折带向湖中心方向迁移, C73末期基准面降至最低。至C72后基准面开始上升, 然而物源供给速率仍大于湖面上升速率, 故研究区仍主要为三角洲沉积。C71后湖面发生快速上升, 坡折相应的向陆回撤, 地层旋回变成上升半旋回为主(图 3)。C64— C62沉积期间, 地层厚度总体变化不大, 坡折带相对不明显, 总体略显进积特征。基准面整体呈下降趋势, 三角洲继续向湖盆推进, 于C62末期基准面下降至最低, 之后基准面短暂上升。C61地层发育加积— 退积的地层叠加样式, C61末期又经历一次湖侵, 沉积一套薄层湖相泥岩。
现如今观测的地层是在其最初沉积后, 经过沉降压实、后期剥蚀、构造挤压等地质作用后的残留地层, 与初始沉积时的地层样式差别较大。地层真厚度恢复就是对残余地层进行多方面校正, 逐步恢复到初始沉积时的厚度(久凯等, 2012)。研究区局部后期遭受剥蚀缺失部分地层, 用趋势延伸法对地层剥蚀厚度恢复后进行厚度校正。
5.1.1 地层视厚度校正
由于沉积之前的地形存在起伏或者后期构造变形的影响, 地层和井轨迹显示为一定角度斜交, 因此钻遇的地层厚度并非地层真实厚度, 须进行视厚度的校正(姜正龙和邓宏文, 2009), 使用几何方法来恢复真厚度, 计算比较方便, 适用本工区:假设t是倾斜地层的真实厚度, t* 是钻井所显示地层的视厚度, α 是t和t* 之间夹角, 则
5.1.2 去压实校正
本次研究采用孔隙度指数模型, 利用镇原北部孔隙度测试数据拟合砂泥岩的孔隙度(Φ )— 埋深(H)变化曲线, 得到泥岩、砂岩Φ -H方程(图 4):
恢复地层厚度前提是地层的骨架厚度不变, 采用骨架厚度积分公式推演出地层的原始厚度(Sciunnach and Garzanti, 2012)。
据岩心录井统计地层不同岩性百分比, 再根据公式恢复镇原北部延长组长7— 长6油层组的100余口井原始地层厚度。实验结果表明, 地层压实率一般是0.3~0.4(表 1)。
现今的残余地层进行去压实校正后, 需要校正古水深, 否则较难准确恢复构造沉降量。多数情况下, 盆地的古水深参数是根据地层中的遗体化石或遗迹化石来推测(Yin and Wan, 1996), 然而当这些标志缺乏时, 或地层中分布较少时, 古水深参数可通过岩相分析推测(张世奇和任延广, 2003)。
岩相分析是通过分析沉积构造、岩石颗粒粒度与地化标志等来推测水深数据。镇原北部长7— 长6沉积时期为浅湖— 三角洲的细粒沉积, 由平原至湖中心, 砂砾沉积减少, 泥质含量增加, 因此根据岩石的颗粒粒度能够大致反映原始沉积时的水深, 例如中粗砂及砾岩沉积发育时的水深一般是1~10m, 而粉砂岩和细砂岩沉积发育时的水深为5~20m, 暗色泥岩发育水深大于20m, 油页岩对应水深大于60m(郭少斌和孙绍寒, 2006)。
此外, 湖盆水深以及水动力强弱也影响沉积构造的发育, 如在水深5~20m的环境下, 波状、平行层理发育较多; 槽模、鲍马序列等发育深度大于30m。
延长期长7沉积早期, 受构造影响, 盆地西南缘逆冲作用致使湖盆突然沉降, 鄂尔多斯盆地沉降中心向西部移动(邓秀芹等, 2008)。如图5-A所示, 长73沉积时期, 全区基本被湖水所覆盖, 此时可容纳空间较大, 最大湖深处达到60m。坡折带大致位于彭阳一线, 坡度在10km内地形高度下降70m(平均坡度约0.45° )。坡折之上以三角洲分流河道砂体为主, 呈条带状分布在湖盆中心的外围地区; 坡折之下重力流砂体分布广阔, 较大的地形坡度使重力流成因主要是砂质碎屑流沉积和浊积岩。重力流沉积单个砂体面积一般较小, 剖面上呈透镜状, 平面上可呈片状、舌状等。
长73— 长71沉积时期(图 5-B), 基准面开始下降, 导致湖盆产生湖退的现象, 引起西南部和西部的沉积物前积于坡折下, 坡折带因此持续向湖中心方向迁移, 坡度每千米下降约6m(平均坡度约0.4° )。长71沉积早期基准面下降到最低, 坡折带逐渐推移到环县— 镇原一线, 该坡折带宽度约12km, 坡度约为0.3° 。砂体主要是分流河道、河口坝及重力流沉积, 河口坝常处于坡折带附近, 水深在0~15m之间。河口坝尾端坡折逐渐发育, 较陡地形下砂质碎屑流砂体及浊积岩发育, 其中浊积岩一般发育在砂质碎屑流前端。多次重力流事件致使砂体垂向叠置, 横向连片展布。
长71沉积晚期(图 5-C), 湖平面快速上升, 湖岸线开始向陆方向扩张, 长7结束后湖平面达到了又一次湖泛, 最大水深约45m。湖侵对砂体的冲刷作用使坡折带不断向陆回撤, 坡折带宽度变为15~20km, 坡度约0.22° 。受湖侵作用影响, 松散沉积物滑塌至坡折带下方形成重力流, 一般为线物源, 没有固定补给水道, 砂体延伸不远。
长63— 长61沉积时期(图 5-D), 基准面略下降, 湖盆发生湖退现象, 三角洲继续向湖盆充填, 沉积物不断前积于前期坡折之下, 坡折带坡度变缓, 宽度15~20km, 坡度下降为0.1° ~0.16° 。坡折与长7沉积末期相比差别不大, 较缓的坡折之下发育滑塌岩和部分砂质碎屑流沉积, 浊积岩少见, 其中滑塌岩的分布范围常常局限于前缘斜坡上或斜坡角处。较缓坡折带的存在使湖水扩张收缩影响范围增大, 三角洲平原沉积的河道砂体经常被湖流改造, 与湖盆扩张时期泥粒沉积垂向组合, 声波— 密度曲线上呈密集交错状(图3中H54井的C61时期)。长61沉积时期, 湖平面快速上升, 湖岸线开始向陆方向回撤, 末期又经历一次短暂湖侵。坡折带坡度变化不大, 一般为0.1° ~0.12° 。
研究区沉积体系分布受古地貌控制明显:坡折之上的河道砂体大规模分布; 河口坝常沿坡折带发育, 通常处在坡折带上, 水体深度0~15m; 三角洲前缘松散沉积物易在某种偶发机制引发下发育重力流砂体, 坡度小于0.2° 时砂体类型以滑塌岩为主, 见部分砂质碎屑流沉积, 浊积岩少见; 坡度大于0.2° 时, 以发育砂质碎屑流沉积和浊积岩为主。随基准面下降, 坡折带开始向湖心推移, 砂体渐渐向湖心充填, 随基准面上升, 砂体呈现退积, 坡折带略显向陆回撤; 湖泛面时期, 湖侵作用强烈, 重力流体系发育范围较大, 形成了有利岩性油气藏圈闭。
1)镇原北部延长组长7— 长6油层组主要为三角洲— 湖泊沉积, 根据岩心观察描述, 按成因类型不同, 将重力流沉积分为3类:浊积岩、砂质碎屑流沉积和滑塌岩。
2)镇原北部延长组发育沉积坡折带。长7沉积早期坡度约0.45° 。长73— 长71沉积时期, 坡折带逐渐向湖区推进, 变宽变缓; 长71沉积末期, 随基准面上升, 坡折带向岸退缩, 坡折坡度约0.22° 。长63— 长61沉积时期基准面略下降, 坡折带宽度15~20km, 坡度变为0.1° ~0.16° 。
3)沉积体系分布受古地貌控制明显:坡折之上的三角洲平原河道砂体大规模分布; 河口坝常沿坡折带发育, 通常在坡折带之上, 水体深度0~15m处; 坡折下重力流发育, 平面上呈舌状连片展布, 垂向呈透镜状叠置分布。其中长7沉积时期坡折下发育砂质碎屑流沉积和浊积岩为主, 长6沉积时期坡折变缓, 主要发育砂质碎屑流沉积和滑塌岩。
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