内蒙古雅布赖盆地红柳沟中侏罗统沉积相及沉积环境研究

钟福平,钟建华,由伟丰,王 勇,张 磊,边 强,艾合买提江·阿不都热和曼,高玉飞,王金华

(1.中国科学院广州地球化学研究所,广东广州 510640;2.中国科学院研究生院,北京 100049; 3.中国石油大学地球资源与信息学院,山东东营 257061;4.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083;5.中国人民解放军空军95338部队1大队,湖南衡阳 421200)

内蒙古雅布赖盆地红柳沟中侏罗统沉积相及沉积环境研究

钟福平1,2,钟建华1,3,由伟丰4,王 勇1,张 磊3,边 强5,艾合买提江·阿不都热和曼3,高玉飞3,王金华3

(1.中国科学院广州地球化学研究所,广东广州 510640;2.中国科学院研究生院,北京 100049; 3.中国石油大学地球资源与信息学院,山东东营 257061;4.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083;5.中国人民解放军空军95338部队1大队,湖南衡阳 421200)

野外考察发现,雅布赖盆地红柳沟发育一套较完整的中侏罗统扇三角洲沉积地层。其中沉积亚相有扇三角洲平原、扇三角洲前缘及前扇三角洲亚相;沉积微相包括辫状河道、天然堤、决口、沼泽、水下分流河道、水下分流河道间、河口坝、席状砂等沉积微相。从沉积构造特征分析可以看出,河道沉积发育于水动力条件较强的沉积环境,扇三角洲前缘河口坝沉积发育于强与弱水动力条件交替出现的沉积环境,而前扇三角洲则在比较稳定的水动力条件下沉积。对野外6个泥岩样品的微量元素化验结果用蜘蛛图解分析处理,得到样品所含微量元素V、Sr、Rb、B相对富集,而Zr、Cr、Ni相对亏损。通过对该地区样品w(Fe2+)/w(Fe3+)及气候指数计算表明,当时为弱氧化、半干旱的沉积环境。

中侏罗统;沉积相;沉积环境;青土井组;雅布赖盆地;红柳沟

0 引言

雅布赖盆地位于内蒙古阿拉善地区,大地构造位置处于阿拉善地块北部活化带,南部以北大山北缘推覆断裂带为界,北以雅布赖—阿拉善右旗北—羊圈沟断裂为界[1-2]。研究区红柳沟(图1)位于雅布赖盆地内萨尔台拗陷东北部,该地发育了一套较

图1 红柳沟在雅布赖盆地西部拗陷的位置Fig.1 Position of Hongliugou in the West

图2 雅布赖盆地LY89-53线地震解释结构剖面Fig.2 Seism ic Interpretation Section of L ine LY89-53 in Yabulai Basin

Depression of Yabulai Basin完整的中下侏罗统沉积地层[3]。吴茂炳等[1]通过单井相与地震相对拗陷中下侏罗统青土井群进行划分;笔者立足野外观测及野外样品化验结果,对该地的沉积相、亚相、微相及沉积环境进行了研究,认为青土井组为雅布赖盆地一套有利的烃源岩,萨尔台拗陷是一个有利的潜在油气勘探区。

1 雅布赖盆地构造演化特征

雅布赖盆地是早侏罗统形成的小型断陷盆地[1,4]。早侏罗世,北大山北缘断裂活动加剧,盆地南部急剧下降,出现了南深北浅的构造格局和南断北超的沉积特征,沿北大山形成了沉积中心(图2);中侏罗世,北大山北缘断裂持续活动,强度不断增大,沉积范围和沉降速率加快,沿此断裂的下降盘形成了萨尔台和小湖子沉积凹陷带,在萨尔台凹陷中沉积了巨厚的中侏罗统青土井组地层,与此同时,雅布赖山南缘断裂也开始了活动[1,5-7]。

雅布赖盆地在形成演化过程中,受区域构造环境变化的影响及盆地形成主控因素的差异,导致侏罗纪盆地与白垩纪盆地在空间上不重叠,构成错列式叠加方式(图2)。

雅布赖盆地在地质演化过程中受燕山期、喜山期构造运动的影响,所遭受的伸展作用逐期减弱,而挤压作用逐期增强,原型盆地的结构、构造及沉积相系也相应经受了改造、破坏和叠合,最终形成了现今的残余盆地[1,5]。

2 红柳沟沉积相类型

红柳沟剖面位于雅布赖盆地南部萨尔台凹陷内东北部(图1)。野外露头实地考察发现,该地主要发育扇三角洲相沉积,自下而上发育前扇三角洲亚相、扇三角洲前缘亚相和扇三角洲平原亚相,岩性为紫红色、紫色、灰绿色及灰色砾岩、含砾砂岩、中—细砂岩、粉砂质、粉砂质泥岩及泥岩(图3)。

2.1 扇三角洲平原亚相

图3 雅布赖盆地红柳沟中侏罗统地质状况Fig.3 Geological Condition of M iddle Jurassic in Hongliugou of Yabulai Basin

该相为扇三角洲水上部分,其结构和构造表现为冲积扇的沉积特征。其最重要标志是共生的泥岩多为氧化色;发育槽状交错层理、递变层理及斜层理。砂砾岩在垂向上以块状韵律层叠置为特征,底部见冲刷构造[8]。根据岩性组合、结构、构造特征等,细分为辫状河道[9-10]、天然堤沉积微相、决口扇沉积微相及沼泽沉积微相。

2.1.1 辫状河道沉积微相

辫状河道沉积微相主要为浅红色、灰白色砾岩、砂质砾岩和砾状砂岩所构成。砾石成分复杂,大小不等,杂乱分布,呈次棱角—棱角状,分选差。砾岩多为碎屑支撑,砾石间为混合杂基充填,发育槽状交错层理及递变层理,底部见冲刷面(图4、5)[8]。

2.1.2 天然堤沉积微相

天然堤沉积微相发育在分支河道的两侧,以细砂和粉砂沉积为主,远离河床变细,泥质增多。其具有波状交错层理、水平层理及流水波痕。

2.1.3 决口扇沉积微相

决口扇沉积微相主要由细砂岩、粉砂岩构成,具有小型交错层理。

图4 发育槽状交错层理的河道沉积微相Fig.4 M icrofacies of Channel Which Develop Trough Cross Bedding

图5 发育槽状交错层理及递变层理底冲刷面的河道沉积微相Fig.5 M icrofacies of Channel Which Develop Trough Cross Bedding,Graded Bedding and Erodsion Surface

2.1.4 沼泽沉积微相

沼泽沉积微相位于分支河道间低洼地区,其表面接近平均高潮线,主要由炭质泥岩、泥岩、煤层组成,具有水平层理。

2.2 扇三角洲前缘亚相

该亚相是扇三角洲沉积的主体,也是砂体最发育的部位,处于水下,分布范围最大,可进一步划分为水下分流河道、河道间、河口坝及席状砂等沉积微相[8]。

2.2.1 水下分流河道沉积微相

水下分流河道沉积微相沉积物主要为砾状砂岩、含砾砂岩和砂岩,砾岩量少,分选及磨圆中等[8]。以小型槽状交错层理为主,中间有时见泥质条带,底部见冲刷面(图6、7)。

图6 发育槽状交错层理及冲刷面的水下分流河道沉积微相Fig.6 M icrofaciesof Underwater Distributary Channel Which Develop Trough Cross Bedding and Erodsion Surface

图7 发育冲刷面的水下分流河道沉积微相Fig.7 M icrofacies of Underwater Distributary Channel Which Develop Erodsion Surface

2.2.2 水下分流河道间沉积微相

水下分流河道间沉积微相位于水下分流河道的两侧,岩性主要为含砾砂岩、砂岩、粉砂岩和泥岩,砂岩与泥岩互层。砂岩中常发育火焰状构造和递变层理,泥岩中发育有水平层理,与大套水下河道沉积相接触的河道间泥质常发生变形,但变形深度延伸不大,层间常夹有砂和砾(图8、9)。

2.2.3 河口坝沉积微相

河口砂坝受河流和湖泊的双重作用,它实际上是水下分流河道向盆地方向的延伸。其粒度以分选较好的粉砂—中砂为主;沉积粒序主要显示反韵律,常伴有季节性泥质夹层;受湖水改造,有小型波状层理(图10)。

图8 发育火焰状构造的水下分流河道间沉积微相Fig.8 M icrofacies of Underwater Distributary Interchannel Which Develop Flame Structure

图9 发育冲刷面及变形构造的水下分流河道间沉积微相Fig.9 M icrofaciesof Underwater Distributary Interchannel Which Develop Erodsion Surface and Deformation Structure

图10 发育小型波状层理的河口坝沉积微相Fig.10 M icrofacies of Mouth Bar Which Develop Small Wavy Bedding

2.2.4 席状砂沉积微相

席状砂沉积微相位于河口砂坝的侧方或前方,紧临前扇三角洲。当波浪和沿岸流作用加强时,使水下分流河道或河口砂坝受到改造并重新分布。其沉积物经过反复淘洗、簸选,分选变好,在扇三角洲前缘地带形成分布广、厚度薄的席状砂体。其岩性特征为粒较细,岩性为灰色含砾砂岩、粉砂岩,成熟度较高;反韵律粒序,表现为砂泥互层(图11)。

2.3 前扇三角洲亚相

前扇三角洲亚相位于扇三角洲的最前缘并与湖泊相过渡,是扇三角洲沉积最厚的地区,沉积物大部分在波基面以下深度范围内形成,主要由暗色黏土和粉砂质黏土组成,可含少量细砂,具水平层理,页理发育,也可见块状层理(图12)。

图11 席状砂沉积微相Fig.11 M icrofacies of Sheet Sand

图12 前扇三角洲沉积微相Fig.12 M icrofacies of Pre-fan Delta

3 沉积环境分析

3.1 基于化验数据的沉积环境分析

对红柳沟中侏罗统青土井组野外样品进行筛选,选送了6个泥岩岩样进行了分析(样品分析由西安地质矿产研究所实验测试中心完成),笔者对化验结果进行了分析处理。控制沉积岩的微量元素成分的地质过程可以用蜘蛛图解进行研究[11-13]。野外6个岩样(编号为YBL-0701～YBL-0706)微量元素与平均大陆地壳成分标准化如图13。样品的微量元素分析数据见表1。

图13 雅布赖盆地红柳沟泥岩地壳平均标准化微量元素分布模式Fig.13 Chondrite-normalized Trace Elements Patterns in Hongliugou of Yabulai Basin

从图13及表1中可以看出,在6个泥岩样品中,微量元素V、Sr、Rb、B相对富集,而Zr、Cr、Ni相对亏损。

表1 雅布赖盆地红柳沟微量元素分布Tab.1 Distribution of Trace Elements in Hongliugou of Yabulai Basin

微量元素含量与氧化/还原条件,w(Fe2+)/ w(Fe3+)可以反映当时沉积岩沉积时的氧化和还原条件。w(Fe2+)/w(Fe3+)远远大于1,为还原条件,w(Fe2+)/w(Fe3+)大于1,为弱还原条件, w(Fe2+)/w(Fe3+)等于1,为中性环境;w(Fe2+)/ w(Fe3+)远远小于1,为氧化环境,w(Fe2+)/ w(Fe3+)小于1,为弱氧化环境[14]。根据统计分析结果,雅布赖盆地红柳沟青土井组w(Fe2+)/ w(Fe3+)为0.53,当时的沉积环境为弱氧化环境。

在潮湿气候条件下,沉积岩中Fe、M n、Cr、V、Ni、Co等元素含量较高,而在干燥气候条件下由于水分的蒸发,水介质的碱性增强,Ca、M g、Sr、Ba、Na被大量析出形成各种盐类沉积在水底,所以其含量相对增高,故可以利用这两类元素的比值计算出气候指数(C)[15]。雅布赖盆地红柳沟6个样品的C值平均值为0.343,为半干旱气候。

3.2 基于野外沉积构造的沉积环境分析

对原生沉积构造特别是层理的研究,有助于恢复古代沉积物沉积时的水动力状况[16]。本次野外考察发现了许多沉积构造。图4、5中,在扇三角洲平原亚相河道沉积中的槽状交错层理;在图6中,扇三角洲前缘的槽状交错层理;图10中扇三角洲河口坝的小型波状层理;图12中前扇三角洲的水平层理;它们都很好的指示了当时地层沉积时的水动力条件。

扇三角洲平原亚相河道沉积中槽状交错层理是在沉积物供应相对不足的情况下,在波痕背流面前积纹层形成的同时,迎流面不断遭受侵蚀造成波痕迁移的结果。它的层系界面呈弧状,纹层各下倾方向收敛并与之斜交(图4、5),在横切面上,层系界面及纹层是槽状,在高流态时(水的冲刷力强)形成。扇三角洲前缘河口坝小型波状层理是在压扁层理和透镜层理之间的过渡类型,为砂、泥交互的波状层理,一般在粉砂岩、粉砂质泥岩或泥岩互层地层中出现(图10),其沉积环境为泥、砂都有供应,而且强弱水动力条件交替。水平层理的特点是纹层呈直线状互相平行,并且平行于层面(图12),一般认为这种层理是在比较稳定的水动力条件下,物质从悬浮物或溶液中沉淀而成。

4 结语

雅布赖盆地红柳沟发育一套中侏罗统扇三角洲沉积,沉积亚相有扇三角洲平原、扇三角洲前缘及前扇三角洲,沉积微相有扇三角洲水下分流河道,水下分流河道间,河口坝、席状砂及前扇三角洲相沉积。对野外采集的泥岩样品微量元素分析表明,微量元素V、Sr、Rb、B相对富集,而Zr、Cr、Ni相对亏损;对气候指数及w(Fe2+)与w(Fe3+)在样品中质量分数的比值分析表明,当时地层的沉积环境为半干旱、弱氧化环境沉积。从野外沉积构造特征分析可以看出,河道沉积发育于水动力条件较强的沉积环境,扇三角洲前缘河口坝沉积发育于强、弱水动力条件交替出现的沉积环境,而前扇三角洲则在比较稳定的水动力条件下沉积。

本文实验数据由西安地质矿产研究所实验测试中心完成,成文中得到中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院郑孟林高级工程师的指导,审稿专家给予本文提出了宝贵意见,在此一并表示感谢!

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Study on Sedimentary Faciesand Environment of M iddle Jurassic in Hongliugou of Yabulai Basin,Inner Mongolia

ZHONG Fu-ping1,2,ZHONG Jian-hua1,3,YOU Wei-feng4,WANG Yong1,ZHANG Lei3, B IAN Qiang5,Ahmatjan ABDURA HMAN3,GAO Yu-fei3,WANG Jin-hua3

(1.Guangzhou Institute of Geochem istry,Chinese Academ y of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2.Graduate University of Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100049,China;3.School of Geo-resources and Information,China University of Petroleum,Dongying 257061,Shandong,China;4.Research Institute of Oil Exp loration and Development,China Petroleum and Chem ical Corporation,Beijing 100083,China;5.Team 1, Troop 95338,the Air Force of the Chinese Peop le's L iberation A rm y,Hengyang 421200,Hunan,China)

Based on the field investigation in Hongliugou of Yabulai Basin,the results indicate that the main sedimentary facies is Jurassic fan delta,w hich can be divided into three subfacies including fan delta plain,fan delta f ront and p re-fan delta and six microfacies including braided channel,natural levee,crevasse,marsh, underwater distributary channel,underwater distributary interchannel,mouth bar,sheet sand,and so on. Acco rding to the field characteristicsof sedimentary structures,the channel deposits developed in the condition of strong hydrodynamic,mouth bar deposits of fan delta front developed in the condition of alternating dynamic of strong and weak,and the p re-fan delta developed in the condition of relatively stable hydrodynamic.According to the analysisof trace elements in six samp lesof mudstone w ith spider diagrams,the results show that the contents of V,Sr,Rb,B are relatively high,but Zr,Cr,Niare relatively low.Calculationsof climate index and the ratio of mass factions of Fe2+and Fe3+show that the sedimentary environment was weak oxidation and semi-arid inM iddle Jurassic.

M iddle Jurassic;sedimentary facies;sedimentary environment;Qingtujing Fo rmation;Yabulai Basin;Hongliugou

P586;P588.2

A

1672-6561(2010)02-0149-06

2009-07-23

国家重点基础研究发展计划项目(2006CB202406);中国石油化工股份有限公司项目(07370502000130)

钟福平(1978-),男,江西分宜人,理学博士研究生,从事油气成藏研究。E-mail:zhongfp-2022@163.com