2.1.1 岩石组分及类型

通过对石千峰组储集层段300余块岩石薄片鉴定结果统计分析, 石千峰组岩石组分表现为石英含量普遍偏低、长石含量高、变质岩岩屑类型多样的特征, 长石类型有钾长石、斜长石、微斜长石, 岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、长石砂岩(图 2), 填隙物含量一般低于15%, 成分主要为泥质、钙质, 胶结物主要为黏土胶结, 有铁质和方解石, 储集空间以粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔为主, 平均孔隙度为8.9%, 平均渗透率为2.15× 10^-3μ m²。

图 2

Fig.2

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	图 2 鄂尔多斯盆地及周缘石千峰组岩性分区图(N=313)Fig.2 Lithology partition of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

2.1.2 岩石粒度分布特征

沉积岩的粒度分布主要受水动力条件、搬运介质, 搬运方式和沉积环境所控制, 是反映沉积环境的一个重要指标。盆地石千峰组砂岩以中粒砂岩和粗粒砂岩为主, 颗粒磨圆度较差, 多呈次棱角状, 少见次圆状, 反映其结构成熟度较低; 通过粒度分析, 并结合现代和古代沉积物的粒度特征对比分析, 对盆地沉积环境进行详细研究, 粒度分析结果显示判别函数值小于-7.4190为三角洲, 盆地大部分地区石千峰组以三角洲沉积体系为主(表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组砂岩粒度分析结果 Table 1 Analytical results of the Shiqianfeng Formation sandstone grain size in Ordos Basin and its adjacent areas 井号/剖面 平均值 (MZ) 标准 偏差 (δ 2) 偏度 (Skg) 尖度 (Kg) 判别函数 (Y) 环境 判别 昕水河 3.28 0.71 1.83 8.47 -10.07843 三角洲 三里河 2.27 0.94 2.58 11.40 -14.68585 三角洲 孙家沟 1.92 1.15 2.28 9.21 -16.22888 三角洲 黑岱沟 0.59 1.22 2.65 13.09 -17.14683 三角洲 薛峰川 0.93 1.25 2.79 12.45 -18.22432 三角洲 薛峰川 1.65 1.29 2.35 8.90 -17.97234 三角洲 成家庄 1.69 1.15 2.26 9.55 -15.97487 三角洲 成家庄 1.37 1.49 2.48 8.31 -20.72738 三角洲 洛河 2.37 0.92 2.64 11.45 -14.70473 三角洲 洛河 3.08 1.02 1.51 5.44 -12.79796 三角洲 S18井 1.15 0.78 1.11 8.89 -7.59841 三角洲 S9井 1.16 1.06 2.08 11.12 -13.65464 三角洲 Y22井 0.87 1.52 2.36 8.87 -20.22309 三角洲 Y22井 1.50 1.34 2.34 8.77 -18.46729 三角洲 S25井 0.81 1.44 2.29 9.57 -18.89751 三角洲

表 1 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组砂岩粒度分析结果 Table 1 Analytical results of the Shiqianfeng Formation sandstone grain size in Ordos Basin and its adjacent areas

2.1.3 岩石颜色

颜色是沉积岩石的重要特征, 与自身的成分和形成环境密切相关, 深灰色、灰黑色沉积岩表示还原或强还原沉积环境, 红、棕、黄色往往表示沉积岩沉积时为氧化或强氧化环境。区内多见大套紫红色、棕红色泥岩, 砂质泥岩, 在合阳地区石千峰组上部地层发现石膏沉积(图 3-a), 紫灰色、暗紫红色、浅灰色中粗粒砂岩(图 3-b), 表明石千峰沉积期气候干燥炎热。

图 3

Fig.3

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	图 3 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组沉积相标志 a— 合阳地区HY-1井岩心, 石千峰组, 548 m, 棕红色泥岩夹石膏; b— S8井, 石千峰组, 1714.5 m, 浅灰色含砾粗粒砂岩; c— M29井, 石千峰组, 1790.48 m, 三角洲分流河道底部滞留沉积的泥砾; d— 澄城县洛河剖面, 石千峰组, 三角洲分流河道砂体中的板状层理、平行层理; e— 平凉二道沟剖面石千峰组, 三角洲前缘砂体中的变形层理; f— 山西太原, 石千峰组, 三角洲分流河道平行层理Fig.3 Lithologic characteristics of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

沉积构造是沉积物沉积时水动力条件的直接反映, 是碎屑岩最重要的成因标志之一。鄂尔多斯盆地石千峰组层理发育清晰, 层面构造直观, 为分析其沉积环境提供了依据, 常见的沉积构造类型有水平层理、沙纹层理、平行层理、槽状交错层理、板状交错层理(图 3-d)、泥裂、冲刷面、同生变形构造(图 3-c)等, 整体表现为湖泊— 三角洲沉积环境, 水动力条件强, 主要为牵引流沉积。

沉积岩元素分析可以用来判断古水介质的物理、 化学性质、 古气候及物源区, 通过利用泥岩的元素方法来研究盆地及周缘地区水体的盐度特征, 来定量计算水体的古盐度(邓宏文和钱凯, 1993; 王敏芳等, 2006)。 通过Sr/Ba值分析(表 2), 盆地北部Sr/Ba值的变化范围较小, 为0.0125~0.5132, 平均为0.1729, 而盆地南缘0.22~0.63, 平均为0.51, 陈洪德等(2011)认为鄂尔多斯盆地ω (Sr)/ω (Ba)小于0.5为淡水环境, 0.5~0.8为混合水, 大于0.8为海水环境。 从表2数据分析, 盆地北部为淡水环境, 而盆地南缘以淡水为主, 但存在海水入侵的现象。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 鄂尔多斯盆地石千峰组泥岩锶钡测试分析结果 Table 2 Analytical results of strontium and barium test of the Shiqianfeng Formation mudstone in Ordos Basin 区域 盆地南部 盆地北部 后周公庙 紫石崖 紫石崖 紫石崖 二道沟 三道沟 昕水河 成家庄 成家庄 黑岱沟 桥头镇 海则庙 海则庙 Sr/10-6 146 216 158 181 7 93 105 89 82 40 144 40 78 Ba/10-6 320 343 351 345 586 604 322 468 501 299 311 456 381 Sr/Ba值 0.46 0.63 0.45 0.52 0.01 0.15 0.33 0.19 0.16 0.13 0.46 0.09 0.20

表 2 鄂尔多斯盆地石千峰组泥岩锶钡测试分析结果 Table 2 Analytical results of strontium and barium test of the Shiqianfeng Formation mudstone in Ordos Basin

晚二叠世石千峰组沉积时期, 秦岭海槽再度发生向北的俯冲消减, 北缘兴蒙海槽因西伯利亚板块与华北板块对接而消亡, 阴山古陆抬升, 物源供给充足, 盆地北部石嘴山— 鄂托克旗— 伊金霍洛旗— 准格尔旗带广泛发育冲积平原, 冲积平原主要表现为辫状河沉积, 河道浅且宽, 流速大, 流量变化大, 床沙载荷量大, 水动力能量强, 心滩发育, 河床不固定, 岩性上主要为中— 细砾岩、含砾粗砂岩、中粗砂岩, 多见槽状、板状交错层理、平行层理等, 河道底部可见滞留沉积(图4, 图 5), 总体显示向上变细的特征。同时由于河床不固定, 河漫滩不太发育, 常被为上覆河道沉积所侵蚀, 主要为一套砂质泥岩夹粉砂岩组成, 厚度薄(图 6)。

图 4

Fig.4

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	图 4 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组冲积体系沉积特征 a— 葫芦斯台剖面, 石千峰组, 辫状水道沉积细砾岩; b— 葫芦斯台剖面, 石千峰组, 辫状水道沉积细砾岩、粗砂岩Fig.4 Sedimentary characteristics of alluvial system of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

图 5

Fig.5

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	图 5 宁夏苏峪口石千峰组沉积相类型Fig.5 Types of sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation in Suyukou, Ningxia

图 6

Fig.6

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	图 6 鄂尔多斯盆地Y27井千三段至千五段沉积相类型Fig.6 Types of sedimentary facies from the Member 3 to Member 5 of Shiqianfeng Formation in Well Y27 in Ordos Basin

石千峰组沉积时期, 三角洲是盆地及周缘地区主要的沉积, 可进一步分为三角洲平原和三角洲前缘。三角洲平原主要分布在吴忠— 鄂托克前旗— 靖边— 横山— 佳县一带, 分流河道砂体发育, 主要为含砾粗砂岩、中粗砂岩, 成分成熟度和结构成熟度都较低, 粒度分布概率累积曲线为二段式, 以发育跳跃总体为主(图 7), 含量5%~80%, 斜率高, 分选好, 次为悬浮总体为25%~20%, 滚动总体不发育, 而且分流河道砂体往往多次反复叠加成一个厚砂体, 构成复合正韵律, 往往具有辫状性质的分流河道(图 8)。由于湖平面频繁升降、物源供给量的变化, 导致平原的分流河道沉积纵向上多层叠置, 横向上复合连片, 石千峰组底部砂体发育, 厚度大、分布稳定。

图 7

Fig.7

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	图 7 鄂尔多斯盆地石千峰组分流河道砂岩粒度分布概率曲线图 a— S18井, 井深1784.3 m, 千5段, 中细粒长石砂岩; b— S18井, 井深1783.6 m, 千5段, 中细粒长石砂岩; c— S11井, 井深1698.3 m, 千4段, 细粒长石砂岩; d— S11井, 井深1696.3 m, 千4段, 中细粒长石砂岩Fig.7 Grain distribution of distributary channel sandstone of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin

图 8

Fig.8

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	图 8 鄂尔多斯盆地S9井石千峰组沉积相类型Fig.8 Types of sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation of Well S9 in Ordos Basin

三角洲平原分流河道进入湖盆内的水下沉积区成为三角洲前缘, 主要分布在定边— 延安— 石楼带, 发育水下分流河道、水下分流间湾、远沙坝、席状砂等。从岩性特征上看主要由含砾粗砂岩、中粗粒砂岩、中粒砂岩所组成, 在沉积构造上具有底冲刷、粒序层理、平行层理、板状层理等, 在相序上与三角洲前缘河口坝、远沙坝密切共生, 粒度分布特征与三角洲平原分流河道相似, 以跳跃总体发育为特征(图 8), 区内水下分流河道延伸较远, 规模较大。

从盆地南北向沉积相剖面来看(图 9), 盆地发育南、北两大三角洲沉积体系, 北部沉积古地形相对平缓, 三角洲沉积在分布广泛, 规模较大, 复合连片, 延伸远, 可达150~300 km, 砂体主要分布于石千峰组底部, 自西向东发育石沟驿三角洲、靖边三角洲、绥德三角洲等。盆地南部三角洲规模相对较小, 自西向东依次发育固原三角洲、铜川三角洲等, 砂体规模较小。从纵向上看, 石千峰沉积期, 湖平面不断上升, 三角洲逐渐退积, 到沉积晚期, 湖相沉积分布广泛。

图 9

Fig.9

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	图 9 鄂尔多斯盆地Y74— S155井石千峰组沉积相剖面图Fig.9 Sedimentary facies profile of wells Y74-S155 in the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin

石千峰组中湖泊沉积体系主要分布于鄂尔多斯盆地中南部庆城、富县、延安南、大宁一带, 沉积水体较浅, 主要以浅湖亚相为主, 在纵向演化上, 表现为与三角洲沉积呈韵律互层。岩性主要以细、粉砂岩与泥质岩互层为特征, 常见水平层理、脉状、透镜状层理、波状层理及波痕等(图 10), 到石千峰组沉积晚期, 湖相沉积范围扩大, 形成大面积分布的湖相泥岩, 为后期形成区域盖层奠定了基础。

图 10

Fig.10

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	图 10 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组湖泊体系沉积特征 a— 临县招贤镇, 石千峰组, 湖相泥岩, 呈灰绿色, 反映出浅湖环境的弱还原条件; b— 铜川三里河, 石千峰组, 波痕反映滨湖环境下水动力复杂, 泥岩呈砖红色说明氧化作用强烈, 水位较浅Fig.10 Sedimentary characteristics of lake system of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

传统上, 盆地石千峰组往往认为是一套广泛分布的陆相沉积, 然而在盆地南缘渭北地区发育海陆过渡沉积, 最早是张文昭等在岐山后周公庙发现了海相层, 后又在麟游紫石崖发现海相化石层, 多年以来, 围绕海相层古生物特征、 层位归属等, 众多知名学者开展了深入研究与探讨(杨遵仪等, 1979; 殷鸿福和林和茂, 1979; 程政武等, 1983; 张抗, 1991), 对一些问题也有了比较清晰的认识, 麟游紫石崖石千峰组发育海相沉积层, 从岐山、麟游到铜川, 石千峰组海相层厚度逐渐变薄, 一定程度上海侵方向是自西向东的, 综上表明鄂尔多斯盆地自山西组沉积期海水退出后, 在石千峰期又发生了海侵, 沉积范围达到盆地南缘的渭北一带。

受海侵的影响, 盆地南缘的沉积环境以潮坪、潟湖为主, 麟游紫石崖、樊家磨场石千峰组砂体多为石英砂岩, 发育羽状交错层理, 表现为沙坝沉积特征, 顶部发育薄层灰岩夹层(图 11-a, 11-b, 11-c); 在韩城薛峰川石千峰组底部砂体发育羽状交错层理, 顶部发育海相夹层(图 11-e, 11-f), 一定程度上, 反映出韩城地区石千峰期可能发生过多次海侵, 同时在乡宁也发现石千峰组的海侵层(图 11-d), 海侵达到北部韩城— 乡宁一线, 局部有潮汐沙坝呈孤立状(图 12), 但受盆地内部实物资料限制, 还无法准确了解石千峰组向北海侵的范围, 有待进一步研究。

图 11

Fig.11

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	图 11 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组海陆过渡沉积标志 a— 麟游县紫石崖, 石千峰组, 羽状交错层理, 表现为潮汐沙坝沉积特征; b— 麟游县樊家磨场, 石千峰组底部, 厚层石英砂岩; c— 麟游县紫石崖, 石千峰组, 灰岩夹层反映发生过海侵; d— 乡宁台头镇北, 石千峰组, 硅质岩层反映发生过海侵; e— 韩城薛峰川, 石千峰组顶部, 硅质和灰岩薄夹层反映发生过多次海侵; f— 韩城薛峰川, 石千峰组底部, 羽状交错层理, 表现为潮汐沙坝沉积特征Fig.11 Indicator of sea-land transition deposition of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

图 12

Fig.12

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	图 12 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组沉积相Fig.12 Sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

晚二叠世石千峰期继承了中二叠世期以来的稳定克拉通盆地的沉积背景, 沉积地形相对平缓, 南陡北缓, 南深北浅的不对称箕状湖盆面貌, 内部缺乏大型断陷构造, 海水退出盆地主体部位后, 沉积环境完全转化为陆相, 古气候干燥炎热, 植物化石稀少, 在盆地北部延安— 榆林一带发育大型的辫状河三角洲沉积体系, 规模大, 三角洲延伸远, 大规模展布的三角洲平原分流河道砂体和三角洲前缘水下分流河道砂体, 厚度大, 一般15~30 m(图 13)。

图 13

Fig.13

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	图 13 鄂尔多斯盆地及周缘地区石千峰组沉积模式Fig.13 Sedimentary model of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

盆地西南部和东南部三角洲规模较小, 在南缘麟游— 韩城— 乡宁一带发育海相沉积, 海水从盆地南缘可能多次发生入侵, 南缘的沉积环境以潮坪和潟湖为主, 沙坝发育。