易定红, 刘应如, 李积永, 刘俊丰, 奎明清, 陈汾君, 吴颜雄, 张婷静, 李红哲, 倪帅. (2024). 柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组物源研究* [J]. 古地理学报, 26(3): 644-654.
YI Dinghong, LIU Yingru, LI Jiyong, LIU Junfeng, KUI Mingqing, CHEN Fenjun, WU Yanxiong, ZHANG Tingjing, LI Hongzhe, NI Shuai. (2024). Provenance features of the Quaternary Qigequan Formation in Sanhu area, Qaidam Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 26(3): 644-654.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2024.02.027
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柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组物源研究*
易定红1, 刘应如1, 李积永2, 刘俊丰2, 奎明清2, 陈汾君2, 吴颜雄2, 张婷静1, 李红哲1, 倪帅2
1 中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州 730020
2 中国石油青海油田分公司,甘肃敦煌 736202

第一作者简介 易定红,男,1975年生,硕士,高级工程师,主要从事储层沉积学研究。E-mail: dingyh2007@126.com。

收稿日期:2023-06-30 修回日期:2023-08-09
基金资助:*中国石油重大科技项目(编号: 2021DJ08,2021DJ1705,2016E-01),国家重大科技专项(编号: 2016ZX05003-006)联合资助
摘要

为了深入评价柴达木盆地东部三湖地区第四系七个泉组天然气勘探潜力以及预测有利岩性气藏勘探区带和目标,文中通过重矿物组合、ZTR指数、重矿物稳定系数以及砂岩碎屑组分等参数,系统分析了该地区七个泉组的物源组成,确定物源方向并恢复母岩类型。研究表明: (1)七个泉组沉积时期,三湖地区重矿物稳定系数和ZTR指数均由柴达木盆地边缘向盆地中央方向增大,大致呈环带状展布,不同物源区主要重矿物组合差异显著,不稳定重矿物含量变化明显。(2)格尔木物源主要流动方向为北偏西方向,向北影响涩北地区的南部; 乌图美仁物源规模小于格尔木物源,主要流动方向为北东方向,向北东影响台南地区的西南部和涩南3井区。(3)锡铁山—埃姆尼克山物源和绿梁山物源规模均较小,其中前者影响范围向南达察尔汗地区,而后者向南影响伊克雅乌汝北部和驼峰山地区。(4)台南—涩北地区主要为乌图美仁物源和格尔木物源的共同影响区。该研究首次明确了柴达木盆地三湖地区物源由乌图美仁物源和格尔木物源组成的昆仑山缓坡物源体系、由锡铁山—埃姆尼克山物源和绿梁山物源组成的祁连山陡坡物源体系以及盆地内部台南—涩北地区混合物源体系组成,可为该地区天然气勘探开发提供指导作用。

关键词: 重矿物; 物源方向; 七个泉组; 第四系; 三湖地区; 柴达木盆地
中图分类号:P531 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2024)03-0644-11
Provenance features of the Quaternary Qigequan Formation in Sanhu area, Qaidam Basin
YI Dinghong1, LIU Yingru1, LI Jiyong2, LIU Junfeng2, KUI Mingqing2, CHEN Fenjun2, WU Yanxiong2, ZHANG Tingjing1, LI Hongzhe1, NI Shuai2
1 PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Northwest,Lanzhou 730020, China
2 Qinghai Oilfield Company, PetroChina, Gansu Dunhuang 736202, China

About the first author YI Dinghong,born in 1975,a senior engineer,is mainly engaged in research on reservoir sedimentology. E-mail: dingyh2007@126.com.

Fund:Co-funded by China Petroleum Science and Technology Major Project(Nos. 2021DJ08,2021DJ1705,2016E-01)and the National Science and Technology Major Project(No.2016ZX05003-006)
Abstract

To assess the potential for natural gas exploration in the Quaternary Qigequan Formation in the Sanhu area of the eastern Qaidam Basin and identify favorable lithologic gas reservoir exploration zones and targets,this paper systematically analyzes the provenance composition of the Qigequan Formation in the area. By examining parameters such as heavy mineral assemblage,ZTR index,stability coefficient of heavy mineral sand sandstone clastic composition,the study determines the provenance direction and reconstructs the parent rock type. The findings reveal that the stability coefficient and ZTR index of heavy minerals in the Sanhu area increased from the margin to the center of the Qaidam Basin during the sedimentary period of the Qigequan Formation,which was roughly distributed in a ring belt. The study identifies different main heavy mineral assemblages in various source areas and significant variations in the content of unstable heavy minerals. The study indicates that the Golmud provenance flows in a north-west direction,influencing the southern part of the Sebei area,while the Wutumeiren provenance has a smaller scale and flows northeast,impacting the southwestern part of the Tainan area and the Senan 3 well area. Additionally,the study shows that the provenance scale of Mt. Xitieshan-Emnik and Mt. Lvliang is limited,with distinct effects on surrounding regions. The Tainan-Sebei area is primarily influenced by the Wutumeiren provenance and Golmud provenance. This study establishes that the Sanhu area in the Qaidam Basin is characterized by the Wutumeiren provenance and Golmud provenances. The Kunlun Mountain gentle slope provenance system,the Qilian Mountain steep slope provenance system made up of the Xitieshan-Emnike Mountain source and the Lvliang Mountain source,and the blended source system in the Tainan-Sebei area within the basin can offer direction for natural gas exploration and development in this region.

Key words: heavy minerals; provenance direction; Qigequan Formation; Quaternary; Sanhu area; Qaidam Basin

沉积物源分析是分析物源区位置和性质、沉积物搬运路径、盆地大地构造背景及古环境恢复的重要依据(和钟铧等, 2001; 付玲等, 2013; 易定红等, 2020), 在分析沉积盆地与造山带的相对位置、演化过程及相互作用等方面意义重大(易定红等, 2010; 付玲等, 2013; 李林林等, 2015)。沉积物源的研究方法较多, 常规的方法包括重矿物组合法、碎屑岩类法和沉积学方法等(赵红格和刘池洋, 2003), 其他如裂变径迹法、地球化学和同位素分析等方法在物源分析中亦显示出了广阔的应用前景, 也越来越受到关注和重视。

前人针对柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组物源已做了许多有益的、探索性的研究工作, 取得了比较好的成果(田继先等, 2009; 郭泽清等, 2010; 刘群明等, 2011; 贾怀存等, 2018), 为本次研究奠定了良好的基础。但是, 限于已有资料较少, 前人的工作存在重矿物资料偏少、钻井分布不均匀等问题(田继先等, 2009; 郭泽清等, 2010; 刘群明等, 2011; 贾怀存等, 2018), 难以真实有效地反映三湖地区物源体系及其规模; 其次是受制于盆地勘探程度和研究程度, 柴达木盆地山前带钻井数量少, 钻井主要集中分布在盆地中央部位的台南—涩北等气田区, 砂岩厚度等值线图难以精细刻画物源方向; 另外, 由于北部祁连山前第四系大部分已被剥蚀, 导致位于该区域的伊克雅乌汝、南陵丘和驼峰山等地区第四系是否发育还一直存在争议(党玉琪等, 2004; 田继先等, 2009; 郭泽清等, 2010; 杨玲等, 2010)。近年来, 三湖地区生物气勘探由湖盆中心的台南—涩北地区向湖盆边缘的伊克雅乌汝、驼峰山和察尔汗等地区扩展, 滩坝砂体发育程度及延伸方向的研究成为推动三湖地区岩性气藏勘探的有力手段, 而物源是滩坝砂体发育的物质基础, 因此研究三湖地区物源体系及其规模对岩性气藏勘探意义重大。

本次研究在系统梳理前人研究成果的基础上, 基于23口钻井重矿物数据和10口钻井碎屑组分数据, 分析了三湖地区七个泉组(Q1+2)重矿物类型及组合特征、ZTR指数分布、重矿物稳定系数分布、碎屑组分变化特征, 恢复了其母岩类型, 结合区域古地理背景, 确定了七个泉组沉积时期三湖地区的物源体系和物源方向。

1 区域地质概况

位于青藏高原东北缘的柴达木盆地是中国7个大型内陆含油气盆地之一, 面积约12.1×104 km2, 盆地周缘被昆仑山脉、祁连山脉和阿尔金山脉所环绕, 历经中生代断陷、古近纪—新近纪拗陷和第四纪差异沉降3个构造演化阶段(王信国等, 2006; Yin et al., 2008)。上新世末期, 受青藏高原剧烈隆升的影响, 柴达木盆地中西部地层大幅度隆升剥蚀, 沉积中心向东迁移至三湖地区(朱筱敏等, 2003; 郭泽清等, 2009, 2012; 陈能贵等, 2015)。

三湖地区习惯上是指位于柴达木盆地中部的那北—落雁山一红三旱四号地面构造一线以东、南北霍布逊湖以西、陵间—埃南断裂带以南、昆仑山前边界断裂以北所辖区域, 且因该区域内分布着东西台吉乃尔湖、涩聂湖和达布逊湖3个大型盐湖而得名(党玉琪等, 2004)。该地区因发现世界上储量规模最大的第四系生物气田而备受关注, 面积约4×104 km2, 可划分为中央凹陷、南斜坡和北斜坡3个二级构造单元(图 1)。

图 1 柴达木盆地东部三湖地区地理位置Fig.1 Geographical location map of Sanhu area, eastern Qaidam Basin

上新世末期, 柴达木盆地东部古地貌具东高西低、南北高、中间低的特征, 沉积中心位于台吉乃尔—台南—涩北一带。三湖地区南侧昆仑山前为南高北低的缓坡背景, 以靠近东段的中灶火—大灶火—格尔木市—诺木洪一带的地形最缓(坡度平均为0.61°), 靠近西段的船形丘—那北—乌图美仁一带地形稍陡(坡度平均为1.46°)。北侧祁连山前则为北高南低的陡坡背景(坡度平均为5.26°)(古地形坡度根据钻井地层厚度之差与井距之比计算得出, 计算公式: α=180/π * arctan(△h/L, 其中α表示地表与水平面之间的夹角, 单位: 度(°); △h表示2口井Q1+2地层视厚度之差, 单位: m; L表示2口井之间的水平距离, 单位: m)。

第四纪柴达木湖盆经历了早更新世湖盆形成期、中更新世湖盆扩张至鼎盛期、晚更新世湖盆萎缩期3个演化阶段, 自盆地边缘的山前带至盆地中心依次发育冲积扇、河流三角洲和湖泊沉积, 其中台南—涩北地区为滨浅湖环境, 滩坝砂体发育, 最大沉积厚度超过2700 m(党玉琪等, 2004; 杨玲等, 2010)。

第四系可划分为七个泉组、达布逊组和盐桥组, 其中七个泉组是三湖地区天然气勘探开发的重要目的层, 以湖泊沉积为主, 从上至下识别出K0到K13共14个岩电标志层(表 1; 党玉琪等, 2004)。目前该地区已发现的天然气全部集中于七个泉组, 由于时代新、成岩作用弱, 七个泉组正处于早期成岩压实阶段(郭泽清等, 2012)。

表 1 柴达木盆地东部三湖地区第四系划分(据党玉琪等, 2004整理) Table 1 Division of the Quaternary in Sanhu area, eastern Qaidam Basin(according to Dang et al., 2004)
2 物源分析

依据23口钻井重矿物数据, 分析了柴达木盆地三湖地区七个泉组的重矿物分区、ZTR指数和稳定系数特征, 并结合10钻井的碎屑组分数据, 分析了可能的物源方向。

2.1 重矿物分区特征

重矿物通常是指陆源碎屑岩中密度大于2.86 g/cm3的碎屑矿物, 其在碎屑岩中的含量很少, 一般不超过1%, 可进一步分为稳定重矿物和不稳定重矿物2个大类(表 2)(朱筱敏, 2008)。重矿物分析是判别物源方向的有效手段, 这是由于沉积物在搬运过程中, 随着搬运距离的增加, 不稳定重矿物含量逐渐减少, 稳定重矿物含量相应增加, 重矿物的类型及其组合特征也相应发生改变(付玲等, 2013; 李林林等, 2015; 易定红等, 2020)。因此, 通过分析重矿物组合及其相对百分含量的变化趋势, 就能大致确定主物源方向。

表 2 常见的稳定重矿物和不稳定重矿物统计表(据朱筱敏, 2008整理) Table 2 Statistics of common stable heavy minerals and unstable heavy minerals(according to Zhu, 2008)

通过对三湖地区的那北、船形丘、格尔木、埃南、察尔汗、南陵丘、驼峰山、伊克雅乌汝、台吉乃尔、台南、涩北、涩南、金达和盐湖地区共计23口井重矿物数据统计分析, 发现研究区七个泉组中重矿物种类较多, 主要重矿物有磁铁矿、锆石、石榴石、白钛矿和角闪石5种, 次要重矿物有绿帘石、电气石、赤铁矿、榍石5种, 含量很少且不稳定的重矿物有十字石、蓝晶石、硅灰石、褐铁矿、绿泥石、黝帘石、透闪石、辉石、金红石和黑云母10种(表 3), 平面上分为5个区(图 2)。

表 3 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组重矿物组合 Table 3 Heavy mineral assemblages of the Qigequan Formation in Sabhu area, eastern Qaidam Basin

图 2 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组重矿物组合分区Fig.2 Planar zoning map of heavy minerals of the Qigequan Formation in Sanhu area, eastern Qaidam Basin

I-1区: 船形丘—那北—乌图美仁地区, 包括那北1井、船1井和涩南3井。主要重矿物组合为石榴石+角闪石+磁铁矿+白钛矿+锆石, 主要特点是石榴石含量高(11.68%~28.01%, 平均19.69%)和不稳定矿物含量高(15.19%~31.64%, 平均25.82%), 其中角闪石含量高(14.78%~30.94%, 平均24.63%), 绿帘石含量低(0.07%~2.43%, 平均1.07%)。

I-2区: 大灶火—格尔木地区, 包括格参1井和涩南1井。主要重矿物组合为绿帘石+角闪石+白钛矿+磁铁矿+锆石, 主要特点是石榴石含量低(质量分数介于2.43%~7.52%之间, 平均4.97%)和不稳定矿物含量高(质量分数介于26.27%~59.9%之间, 平均43.08%), 其中, 角闪石含量高(15.70%~26.37%, 平均21.03%), 绿帘石含量高(10.57%~33.07%, 平均21.82%)。该分区以石榴石含量低和绿帘石含量高区别于I-1区。

Ⅱ-1区: 察尔汗—埃南地区, 包括察地1井、察地2井和埃南1井。主要重矿物组合为石榴石+角闪石+绿帘石+磁铁矿, 主要特点是石榴石含量高(10.35%~18.93%, 平均13.78%)和不稳定矿物含量高(51.00%~75.03%, 平均65.85%), 其中, 角闪石含量高(34.63%~52.36%, 平均44.25%)和绿帘石含量高(16.37%~23.13%, 平均19.87%)。该分区位于锡铁山—埃姆尼克山前, 位于湖盆的北岸, 而I-2区位于昆仑山前, 处于湖盆的南岸, 2个分区之间隔着湖盆。该分区以石榴石含量高区别于I-2区。

Ⅱ-2区: 伊克雅乌汝—驼峰山地区, 包括伊克1井和驼峰1井。主要重矿物组合为角闪石+白钛矿+磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石, 主要特点是石榴石含量高(12.09%~14.12%, 平均13.11%)和不稳定矿物含量高(34.01%~36.35%, 平均35.18%), 其中, 角闪石含量高(15.50%~23.78%, 平均19.64%)和绿帘石含量高(11.08%~17.53%, 平均14.31%)。该分区以不稳定重矿物总含量和角闪石含量明显低于Ⅱ-1区相区别。

Ⅲ区: 台吉乃尔—台南—涩北—盐湖—金达地区。该区域内重矿物组合差异显著、不稳定矿物含量变化明显, 可根据不稳定矿物含量高低分为2类。第1类是不稳定矿物含量低, 包括台吉深1井、台深1井、气钾1井和金达2井, 主要重矿物组合为磁铁矿+石榴石+锆石, 主要特点是稳定矿物含量高(95.34%~99.10%, 平均97.04%), 石榴石含量变化大(3.42%~20.76%, 平均11.83%)、角闪石含量低(0~1.91%, 平均0.92%)和绿帘石含量低(0.90%~4.66%, 平均2.03%)。第2类不稳定矿物含量高, 包括陵深2井、台南8井、台南2井、台试2井、涩4-16井、涩6-3-3井、涩新深1井和涩科1井, 主要重矿物组合为白钛矿+石榴石+磁铁矿+角闪石+锆石, 主要特点是石榴石含量较高(8.80%~23.10%, 平均14.73%)和不稳定矿物含量高(14.78%~48.24%, 平均29.46%), 其中角闪石含量高(7.26%~38.60%, 平均19.96%), 绿帘石含量变化大(0~23.50%, 平均8.64%)。

研究表明, 柴达木盆地边缘昆仑山前和祁连山前不稳定重矿物含量(30.64%~75.03%, 平均48.76%)高于盆地中央的台南—涩北地区(0.9%~48.24%, 平均19.58%), 特别是角闪石含量(15.50%~52.36%, 平均32.18%)和绿帘石含量(0.7%~33.07%, 平均15.56%)普遍高于盆地中央地区(13.24%和5.86%), 表明重矿物在经过一定距离的搬运和湖水波浪作用下, 不稳定重矿物含量变少, 稳定重矿物含量相对增加。三湖地区七个泉组重矿物组合平面分区性明显, 主要重矿物组合差异明显, 变质矿物含量较高, 不稳定重矿物含量普遍较高, 特别是角闪石。

2.2 ZTR指数特征

ZTR指数是指锆石、金红石和电气石在透明重矿物中所占的百分含量, 是判别重矿物成熟度的重要指标, 其值越大成熟度越高, 离物源区越远(和钟铧等, 2001; 付玲等, 2013; 易定红等, 2020)。重矿物的成熟度主要受搬运距离和古气候的影响, 是反映主要物源方向的重要参数(赵红格等, 2003; 王艳清等, 2012; 李林林等, 2015)。三湖地区七个泉组的重矿物ZTR指数变化规律明显, 由盆地边缘的山前带向盆地中心递增, 呈环带状展布, ZTR值变化较大(2.0%~38.5%, 平均14.5%), 位于湖盆中心的船形丘—台南—涩北—盐湖一带ZTR值均较大(15.0%~38.5%, 平均28.5%)(表 3; 图 3)。

图 3 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组重矿物ZTR指数等值线图Fig.3 ZTR index contour map of heavy minerals of the Qigequan Formation in Sanhu area, eastern Qaidam Basin

2.3 重矿物稳定系数特征

稳定系数是指稳定重矿物的相对含量与不稳定重矿物相对含量的比值, 该系数是判断沉积物搬运距离远近的重要参数, 其值越大稳定性越强, 离物源区越远(和钟铧等, 2001; 赵红格和刘池洋, 2003; 易定红等, 2010)。稳定系数的计算公式为: 稳定系数=(磁铁矿+锆石+石榴石+电气石+白钛矿+赤铁矿+榍石+十字石+金红石+蓝晶石)/(角闪石+透闪石+绿帘石+硅灰石+绿泥石+黑云母+辉石+黝帘石)。三湖地区七个泉组重矿物稳定系数与ZTR指数变化规律类似, 由盆地边缘的山前带向盆地中心递增, 呈环带状展布, 稳定系数变化较大(0.3~105.1, 平均10.9), 其中位于湖盆中心的台吉乃尔—台南一带(20.5~105.1, 平均62.8)以及盐湖—金达一带(29.0~33.6, 平均31.3)稳定系数均较大(表 3; 图 4)。需要说明的是, 鉴于稳定系数值差距过大, 文中等值线值大于4的区域代表高稳定系数区域, 等值线值小于4的区域代表低稳定系数区域。

图 4 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组重矿物稳定系数等值线图Fig.4 Heavy mineral stablity coefficent contour map of the Qigequan Formation in Sanhu area, eastern Qaidam Basin

2.4 碎屑矿物组分分析

陆源碎屑岩的碎屑矿物组成可以反映源区的母岩性质, 是物源分析中最常用的一种方法(赵红格和刘池洋, 2003; 易定红等, 2010)。对台南—涩北地区共计10口井的碎屑组分统计表明, 台南—涩北地区七个泉组岩性复杂, 主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩, 含少量长石岩屑砂岩, 偶见岩屑砂岩, 砂岩成分成熟度指数(Q/(F+R))中等—低、变化大(0.3~1.7, 平均0.9)(表 4)。陆源碎屑组分中, 石英含量最高(体积分数介于22.7%~42.5%之间, 平均34.3%), 其次为长石(体积分数介于14.4%~44.8%之间, 平均29.9%), 岩屑含量最少(体积分数介于2.0%~33.4%之间, 平均13.1%), 且以变质岩岩屑含量最高(体积分数介于0~20.3%之间, 平均6.3%), 其次为火成岩岩屑(体积分数介于0~11.5%之间, 平均3.8%), 最少为沉积岩岩屑(体积分数介于0~8.6%之间, 平均3.0%)。

表 4 柴达木盆地东部台南—涩北地区七个泉组碎屑矿物含量 Table 4 Detrital mineral content of the Qigequan Formation in Tainan and Sebei area, eastern Qaidam Basin

台南—涩北地区七个泉组砂岩具岩性多样、碎屑组分含量变化大、岩屑成分复杂特征, 分选变化大(差、中等至好均有), 成分成熟度较低, 分选中等至好, 呈次圆至次尖, 磨圆度中等至较好, 以点、漂浮触为主, 具有中等至较高的结构成熟度, 反映台南—涩北地区七个泉组滩坝砂体具有混源特征。

综上所述, 柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组沉积时期, 重矿物组合平面上分为5个区, 说明该地区为多个物源影响区, 其中, Ⅰ-1和Ⅰ-2区位于盆地南部的昆仑山前, Ⅱ-1和Ⅱ-2区则位于盆地北部的祁连山前, Ⅲ区位于湖盆中央地区, 结合重矿物ZTR指数和稳定系数等值线分布特征以及碎屑组分含量特征, 认为Ⅰ-1区为乌图美仁物源影响区, 主要流动方向为北东向, Ⅰ-2区为格尔木物源影响区, 主要流动方向为北偏西向; Ⅱ-1区为锡铁山—埃姆尼克山物源影响区, 主要流动方向为西南向, Ⅱ-2区为绿梁山物源影响区, 主要流动方向为西南向; Ⅲ区为混合物源影响区。

3 讨论
3.1 母岩类型

重矿物类型及组合在一定程度上能反映母岩的类型, 不同类型母岩的风化产物含有的重矿物组分与含量不同, 相同或者相似重矿物组合通常被认为是来源于相同的母岩类型(朱筱敏, 2008; 付玲等, 2013; 李林林等, 2015)。通常, 酸性岩浆岩母岩区一般富集角闪石、榍石、金红石、锆石、磷灰石、黑云母和电气石, 中性和基性岩浆岩母岩区一般富集磁铁矿、钛铁矿、辉石和角闪石, 变质岩母岩区一般富集石榴石、绿帘石、绿泥石、黝帘石、蓝晶石和十字石等变质矿物(朱筱敏, 2008)。岩屑为母岩的碎块, 保留有母岩结构的矿物集合体, 是指示沉积物来源的直接标志(朱筱敏, 2008)。

本次研究主要依据重矿物组合与母岩岩性的关系, 结合三湖地区周缘老山出露岩性特征(青海省地质矿产局, 1991)和台南—涩北地区的岩屑特征, 恢复柴达木盆地三湖地区具有不同重矿物组合的5个区域的母岩类型(表 5)。

表 5 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组重矿物组合及母岩类型 Table 5 Heavy mineral assemblages and source rock types of the Qigequan Formation in Sanhu area, eastern Qaidam Basin

昆仑山前甘森—乌图美仁段, 包括那北和船形丘地面构造(I-1区), 重矿物中角闪石、石榴石、锆石、白钛矿和磁铁矿占主要地位, 绿帘石含量很少。推测母岩以中基性和酸性岩浆岩为主, 其次为中高级变质岩, 少量中低级变质岩。这与甘森—乌图美仁以南昆仑山区出露的岩性相吻合, 后者主要出露下元古界金水口群变质岩(Pt1jn)和燕山期和海西期花岗闪长岩和花岗岩, 其次为上奥陶统滩间山群(O3ts)变质岩以及少量的下石炭统灰岩相(青海省地质矿局, 1991)。

昆仑山前大灶火—格尔木段, 包括格尔木和涩南地区(I-2区), 重矿物以角闪石、绿帘石、白钛矿、锆石和磁铁矿占主要地位, 含有少量的榍石和电气石, 石榴石含量也较少。推测母岩以酸性和中基性岩浆岩为主, 其次为中低级变质岩, 少量中高级变质岩。这与格尔木以南昆仑山区出露的岩性相吻合, 后者主要出露大面积的元古界花岗岩(r2)和上奥陶统契盖苏组(D3qg)中酸性火山岩, 其次为上奥陶统纳赤台群(O3nc)砂岩夹少量千枚岩, 零星出露下元古界金水口群变质岩(Pt1jn)(青海省地质矿局, 1991)。

祁连山前锡铁山—埃姆尼克山段, 包括察尔汗和埃南地区(Ⅱ-1区), 重矿物以角闪石、绿帘石、石榴石和磁铁矿占主要地位。推测母岩主要为酸性和中基性岩浆岩, 其次为中低级和中高级变质岩。这与锡铁山和埃姆尼克山出露的岩性相吻合, 后者大面积出露元古界花岗岩(r2)、下元古界达肯大板群变质岩(Pt1dk)和上泥盆统牦牛山组(D3m)中酸性火山岩, 零星出露上奥陶统滩间山群(O3tn)中低级变质岩和早古生代闪长岩(δ 3)(青海省地质矿局, 1991)。

祁连山前绿梁山段, 包括伊克雅乌汝和驼峰山地区(Ⅱ-2区), 重矿物以角闪石、绿帘石、白钛矿、磁铁矿和锆石占主要地位。推测母岩主要为中基性和酸性岩浆岩, 其次为中高级和低级变质岩。这与绿梁山出露的岩性相吻合, 后者大面积出露元古界花岗闪长岩(rδ 2)和下元古界达肯大板群变质岩(Pt1dk), 零星出露上奥陶统滩间山群(O3tn)中低级变质岩(青海省地质矿局, 1991)。

盆地中央地区, 包括台吉乃尔—南陵丘—台南—涩北—盐湖—金达地区(Ⅲ区)。该区域内重矿物组合有2大类: 一类是以磁铁矿、石榴石和锆石占主要地位, 反映母岩以中基性岩浆岩为主, 其次为中高级变质岩, 含量少量中低级变质岩; 另一类是以白钛矿、石榴石、磁铁矿、角闪石和锆石占主要地位, 反映母岩以中基性和酸性岩浆岩为主, 其次为中高级和低级变质岩, 结合该区存在少量的沉积岩岩屑, 说明有少量沉积岩母岩的贡献。

3.2 物源体系划分

物源分析在研究盆地沉积作用、有利含油气区带划分和岩性油气藏勘探等方面均具有重要意义。前人对三湖地区不同区块第四系物源进行了研究, 取得了比较好的认识, 但是没有从区域上整体研究七个泉组物源分布格局。如党玉琪等(2004)认为更新世早期柴达木湖盆迁移至三湖地区, 湖盆中心位于台吉乃尔湖—涩聂湖一带, 湖盆边缘发育环状的滨湖沉积, 其中湖盆南缘以砂质湖岸为主, 北缘则以泥质湖岸和滨湖沼泽占多数, 冲积扇主要分布在南部的昆仑山前和东北部的锡铁山、埃姆尼克山前; 田继先等(2009)基于对驼峰山地区典型单井的沉积相分析, 结合常规地震剖面及瞬时相位剖面、地球化学资料和重矿物资料等, 认为驼峰山地区在七个泉组沉积早期存在小规模远源物源; 郭泽清等(2010)在野外踏勘的基础上, 结合现今水系分布状况, 通过对三湖地区储层的岩性、矿物组合、氯离子含量、重矿物、泥质含量、砂岩含量的平面分布特征以及地震前积反射特征等综合研究, 认为三湖地区第四系主要物源来自南部的昆仑山, 影响范围达伊克雅乌汝—驼峰山地区, 次要物源来自北斜坡东部锡铁山—埃姆尼克山; 刘群明等(2011)通过对三湖地区重矿物数据的统计分析, 认为南部昆仑山主要物源的控制范围以南斜坡区为主, 其中昆仑山—那北分支物源影响范围可达北斜坡台南—涩北气田一带, 东北埃姆尼克山次要物源影响范围局限在盐湖、哑叭尔及察尔汗一带, 北部祁连山弱物源对区内沉积影响微弱。

根据母岩类型、重矿物类型及组合、ZTR指数和稳定系数在平面上展布特征, 结合古地貌背景, 首次将柴达木盆地三湖地区七个泉组沉积物源体系划分为昆仑山缓坡物源体系(包括乌图美仁物源和格尔木物源)和祁连山陡坡物源体系(包括锡铁山—埃姆尼克山物源和绿梁山物源)2个相对独立的物源体系和1个混合物源体系(盆地中央的台南—涩北地区)(图 5)。其中, 格尔木物源主要流动方向为北偏西方向, 影响范围包括涩南1井区和涩北地区的南部, 规模最大; 乌图美仁物源主要流动方向为北东方向, 影响范围包括那北、涩南3井区以及台南地区的南部, 规模其次; 锡铁山—埃姆尼克山物源主要流动方向为东南方向, 影响范围包括察尔汗和埃南地区, 规模小; 绿梁山物源主要流动方向为东南方向, 分为2支, 一支影响范围达伊克雅乌汝地区的北部, 另一支影响范围达驼峰山地区, 规模小。位于盆地中央的台南地区, 其南部受乌图美仁物源影响明显, 东侧也可能受到格尔木物源的影响, 北部绿梁山物源对台南地区的影响较弱, 涩北地区主要受南侧的格尔木物源的影响和北侧绿梁山物源的共同影响。

图 5 柴达木盆地东部三湖地区七个泉组物源体系划分
Ⅰ-1: 乌图美仁物源影响区; Ⅰ-2: 格尔木物源影响区; Ⅱ-1:锡铁山-埃姆尼克山物源影响区; Ⅱ-2:绿梁山物源影响区; Ⅲ:混合物源区Fig.5 Provenance system division of the Qigequan Formation in Sanhu area, eastern Qaidam Basin

研究认为, 柴达木盆地中央台南—涩北地区七个泉组沉积时期受盆地南北物源共同影响的混合物源区, 这与前人所认为的该地区为乌图美仁物源的影响区有较大区别(党玉琪等, 2004; 田继先等, 2009; 郭泽清等, 2010)。总之, 柴达木盆地三湖地区七个泉组沉积时期物源发育具有明显的不对称性(郭泽清等, 2010), 发育于盆地南部昆仑山前缓坡背景上的乌图美仁物源和格尔木物源规模大, 延伸距离长, 而发育于盆地北部祁连山前陡坡背景上的锡铁山—埃姆尼克山物源和绿梁山物源规模小, 延伸距离短。

4 结论

1)柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组沉积时期盆地边缘山前带地层重矿物成熟度差、不稳定重矿物组分含量高、重矿物组合差异明显, 盆地中央台南—涩北地区稳定重矿物与不稳定重矿物含量差异显著, 成熟度变化大。

2)首次将三湖地区七个泉组沉积物源体系划分为2个相对独立的物源体系(昆仑山缓坡物源体系和祁连山陡坡物源体系)和1个混合物源体系(盆地中央的台南—涩北地区)。

3)三湖地区七个泉组沉积时期昆仑山前物源体系规模较祁连山前大, 其中格尔木物源规模最大、影响范围最广, 向北影响到涩北地区的南部; 乌图美仁物源次之, 向北东影响到台南地区的西南部。

(责任编辑 张西娟; 英文审校 刘贺娟)

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