陕西富县地区晚三叠世延长期岩相古地理特征

陈彦庆, 陈洪德, 陈安清, 赵俊兴

(成都理工大学沉积地质研究院,四川成都 610059)

陕西富县地区晚三叠世延长期岩相古地理特征

陈彦庆, 陈洪德, 陈安清, 赵俊兴

(成都理工大学沉积地质研究院,四川成都 610059)

通过岩心观察、岩石薄片鉴定、古生物和测井曲线等资料的综合分析,对鄂尔多斯盆地富县地区延长组进行了详细的沉积相研究,认为研究区发育了湖泊三角洲、湖泊和浊积扇三种沉积相类型。在此基础上,编制的岩相古地理图显示,各时期的古地理面貌主要受湖盆演化阶段和湖平面升降变化的控制:长8长7期,为湖盆扩张强烈坳陷阶段,湖平面总体上升,以发育三角洲前缘、浅湖-半深湖和浊积扇为特征;长6长4+5期,为湖盆稳定坳陷阶段,湖平面缓慢下降,湖泊退缩至南部边缘地带,以发育三角洲前缘沉积为主;长3长2期,为湖盆缓慢沉降萎缩阶段,湖平面快速下降,岸线大幅度向南迁移,三角洲平原进入研究区,沉积范围与三角洲前缘相当。古地理研究揭示的砂体展布规律对陕北斜坡油气富集带东南缘富县地区的油气勘探部署具有重要的指导意义。

岩相古地理;沉积相;延长组;鄂尔多斯盆地;富县地区

鄂尔多斯盆地已成为我国第二大含油气盆地。其中,上三叠统延长组发育有大规模岩性油气藏,作为重点勘探对象已获得了巨大效益,先后其陕北斜坡油气富集区发现了安塞、靖安、华池和西峰等延长组的大型岩性油气藏。已有研究表明,这些油藏发育于湖盆周缘的三角洲及湖底浊积扇相带 (杨华等,2007;陈全红等,2006;付金华等,2005)。富县地区位于陕北斜坡油气富集区的东南缘,以发育三角洲和浊积扇为特征。因此,精细刻画富县地区延长组各时期的古地理面貌,深入认识沉积体系时空演化特征,对揭示储集砂体时空展布规律,指导油藏的勘探开发具有重要意义。

1 沉积相类型及特征

延长组是鄂尔多斯盆地晚三叠世所经历的一次内陆湖盆发生→发展→消亡沉积演化的产物 (谢正温等,2004)。目前,一般把鄂尔多斯延长组细分为 10个段:上部为灰—深灰色泥岩、砂质泥岩、页岩夹浅灰绿色细砂岩或略等厚互层,局部夹有煤线,少部分见斑状含油或油气显示;下部为灰色厚层块状中细砂岩、深灰色泥质粉砂岩、灰黑色泥岩及油页岩,底部为粗砂岩,局部见铝土岩。该组与上覆、下伏地层均呈不整合接触关系,研究区许多钻井均未钻至长9、长10。

结合区域构造背景及前人研究成果 (何自新,2003;蔺宏斌等,2001;卢龙飞等,2006;陈洪德等,2006;王居峰等,2009;倪新锋等,2007;郑荣才等,2009;赵俊兴等,2008),系统分析了该地区的沉积学、古生物学和地球物理等标志,认为研究区发育了湖泊三角洲、湖泊和浊积扇三种沉积相类型 (图1)。

1.1 湖泊三角洲

1.1.1 三角洲平原

分流河道。为三角洲平原的骨架砂体,厚度几米到几十米,纵向延伸可达百米。在断面上呈透镜状,底界具明显的冲刷面;垂向上呈正韵律,中下部以中砂岩为主,向上变为细—粉砂岩。分流河道内部以大型板状交错层理和平行层理为特征 (图 2A,B)。分流河道在建设期,往往形成复合叠积砂体。自然电位曲线上表现为钟型或圣诞树型。

天然堤和决口扇。是河水越岸后于分流河道两侧发生悬移载荷垂向快速加积作用的产物。其中天然堤大多直接覆盖在分流河道砂体或泛滥平原泥岩之上,沿分流河道两侧呈带状分布,岩性以粉砂岩、粉—细砂岩为主,发育小型流水波纹层理及波状层理,常含有钙质结核,堤岸的顶部常见植物化石碎片。决口扇为一种突发性事件,多与洪水有关,是分流河道向前推进过程中堤岸发生决口作用的产物。砂体以直接覆盖在泛滥平原和分流间湖泊或沼泽微相的炭质泥岩和煤层之上为主,平面上沿分流河道两侧呈扇状和舌状分布,粒度较天然堤粗,主要由粉砂-细粉砂岩组成,逆粒序,向上可见爬升沙纹层理、波状层理,常含有钙质结核。自然电位呈中—低幅漏斗形。

图 1 陕西富县地区中富 30#延长组沉积相标状图Fig.1 Sed imentary facies hietogram of Yanchang Form ation in the Fuxian of Shanxi Province

图 2 陕西富县地区延长组的沉积特征及典型沉积构造Fig.2 Deposit ional feature and typical sed imentary structures of Yanchang for mat ion in the Fuxian area of shanxiprovince A.分流河道的浅灰色细砂岩,板状斜层理,中富 47井,长3,338.00 m;B.分流河道的浅灰色中砂岩,平行层理,含碳砾,中富 47井,长3,335.60 m;C.三角洲前缘的灰色粉砂岩,滑塌变形构造,中富 27井,长4+5,873.27 m,D.分流间湾的灰黑色泥岩,水平层理,层面上见植物茎杆化石,中富 43井,长6,644.32 m;E.灰黑色泥岩与粉砂岩韵律互层,鲍玛序列 DE段,中富 32井,长7,746.85 m;F.浊流沉积的细砂岩冲刷在灰黑色湖相泥岩之上,底部见泥砾,中富 26井,长8,923.40 m.

分流间洼地。为分流河道之间局限低洼的蓄水或湿地沉积环境,主要由泥质沉积物组成,夹少量薄层状粉砂岩,部分泥岩有机质含量高,为黑色泥岩、炭质泥岩或煤层,水平层理发育,生物扰动构造普遍。

泛滥平原。为洪水期被淹没而平时暴露的宽阔平坦沉积环境,以接受洪水期悬移沉积的泥岩为主,夹少量灰色和灰绿色粉砂质泥岩,部分有机质含量很高,为黑色泥岩或炭质泥岩。层理发育,生物扰动构造普遍,常含有钙质结核。由于该类沉积主要为泥质沉积,因而在测井曲线上以低幅的平直曲线或微齿化曲线为特征。

1.1.2 三角洲前缘

三角洲前缘为油气富集的主要相带,分布在研究区的中部,包括水下分流河道、水下分流间湾、河口坝、水下天然堤、水下决口扇、远砂坝、前缘席状砂等微相。

水下分流河道。是平原分流河道入湖后沿湖底水道向湖盆方向做惯性运动并向前延伸的部分,具有一般河道沉积物的特征,粒度较平原部分偏细,以细砂岩及中细粒砂岩为主,正粒序结构,砂体常呈宽带状或网状,是三角洲前缘的骨干砂体。砂岩结构成熟度相对较高,在底面具不明显的冲刷面,可见板状交错层理、平行层理、块状层理和滑塌变形构造 (图 2C)。常见多个分流河道砂体相叠置、互相截切,或在与河口砂坝沉积叠置。砂体粒度概率累积曲线多为三段式,其中跳跃次总体比重达 95%。自然伽玛呈钟形或箱形,地震反射特征为中振幅、中-差连续性、S形前积反射。

河口坝。位于分流河道前端,与水下分流河道、分流间湾或远砂坝等微相密切共生,具有典型的逆粒序剖面结构。岩性主要为灰—灰绿色粉砂岩、粉-细砂岩组成。下部发育水平纹理及沙纹层理,上部发育板状斜层理、双向交错的楔形层理、平行层理及较多的滑塌变形构造和包卷层理。自然伽玛呈中幅漏斗形或多个漏斗形的叠加复合体。

分流间湾。常发育在三角洲前缘不同朵状体之间。以细粒沉积为主,岩性为泥岩夹灰、深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。具水平层理及波状层理,生物扰动构造及虫孔较发育,含植物化石较丰富,多呈茎干和叶片分离的碎片状产出 (图2D)。

远砂坝。又称末端砂坝,为河流所携带的粉砂质在三角洲前缘亚相的最前端沉积。主要由粉细砂岩及灰黑色泥岩薄互层组成,总厚度不大。受湖浪改造作用较弱,砂岩分选、磨圆中等至较好,常见水平层理、沙纹及变形沙纹层理及韵律层理等。

席状砂。是河口坝和远砂坝经湖浪改造,沿前缘末端岸线堆积而成的细—粉砂岩薄层。其特点是砂质纯、砂体分布面积广、砂层厚度薄。薄层砂岩与滨浅湖相泥岩呈互层。砂岩中发育沙纹层理、小型交错层理及水平层理、生物遗迹丰富,在相序上与河口坝、远砂坝、前三角洲泥或浅湖共生。自然伽玛表现为低幅微齿化曲线。

1.1.3 前三角洲亚相

前三角洲位于三角洲前缘与浅湖沉积的过渡的宽广平缓地带,占据浅湖位置,主要为一套深灰色—灰黑色的粉砂质泥岩、泥岩和薄层粉砂岩沉积,偶夹细砂透镜体,其沉积物不易与浅湖、分流间湾沉积区别。沉积构造以水平层理为主,也可见球状构造、枕状构造等变形沉积构造,偶见生物扰动。它与分流间湾或浅湖区分困难,相序上与席状砂、远砂坝、分流间湾、浅湖等共生,自然伽玛表现为低幅平直或微齿化曲线。

1.2 湖泊

主要分布于研究区南部,其中长7期的湖泊相分布最广,根据沉积物特征可进一步划分为浅湖亚相和半深湖—深湖亚相。

浅湖亚相包括浅湖砂坝和浅湖泥微相,主要为入湖河流带来的以悬浮沉降的泥及粉砂为主的细粒物质,一般为具有水平层理的暗色—深灰色泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩。

半深湖处于特大浪基面以下未受波浪和湖流搅动的静水区,为缺氧还原环境。主要发育在湖盆扩张进入全盛时期的演化阶段,以大面积分布时期为长7期的“张家滩页岩”为代表,岩性主要为黑色页岩、油页岩、泥岩夹薄层泥质粉砂岩,具水平层理等低能环境的沉积构造。自然电位曲线平直,地震反射特征为强振幅、中连续-较好连续的平行反射。

1.3 浊流沉积

关于鄂尔多斯盆地三叠系延长组浊流沉积已经取得了大量成果与认识。笔者通过岩心观察、剖面结构和粒度分析,认为究区西南部半深湖相区的中富 28井、中富 30井、中富 32井在长8长7油层组发育了典型的湖相浊积岩。在钻井岩心上标志性地以砂岩与半深湖-深湖相特有的黑色泥岩层互层产出,发育有典型的浊积岩鲍玛序列 (图 2E),CM图上,样品的点群平行于 C-M基线,反映为重力流沉积特点。按层系厚度、岩石组成、剖面序列、鲍玛层段及测井曲线形态特征,分为以鲍玛层序上段为主的薄层浊积岩和以鲍玛层序下段沉积为主的块状浊积岩两类岩石组合单元。薄层浊积岩一般厚度从几厘米到 30～40 cm,厚度小于 10 cm的又可以称为微层浊积岩。通常由下部的粉砂岩、泥质粉砂岩和上部的粉砂质泥岩和泥岩组成,砂泥比值小,底面不平整,与下伏岩层呈突变接触,底面有小型的槽模构造或皱纹及重荷模特征。剖面结构上表现为正粒序递变层理,即鲍玛序列,常见组合有 C,D,E段或 D,E段,下鲍马层段的 A,B段不发育,为不完整的鲍玛层序。块状浊积岩一般厚度较大,在 0.4～1 m以上,当几个浊积砂体连续叠置沉积时,其累积厚度可达到 10 m以上。块状浊积岩的岩性主要为细砂岩、粉细砂岩及粉砂岩为主,顶部见少量薄层泥岩,砂 /泥比值一般大于 3。砂岩底部具有明显的底蚀面 (图 2F),见槽模、重荷模及火焰构造。一个浊流沉积单元中一般保留了 ABCDE段、ABCD段、ABC段、AB段及 BCD段等。层理类型主要为块状、平行为主,在上部厚度不大的细碎屑沉积中具有沙纹层理和水平层理。

2 岩相古地理特征

在系统编制和分析单井沉积相、连井沉积相、地层厚度等值线图、砂体等厚图、和砂地比等值线图的基础上,编制了研究区长8-长2期六个时期的岩相古地理图,并分析了各个时期的相带展布特征及演化特点。

2.1 长8期岩相古地理特征

图 3 鄂尔多斯盆地富县地区长8期岩相古地理Fig.3 Lithofacies palaeogeography of Chang 8 period in the Fuxian area ofO rdos Basin

长8期,主要发育三角洲相的三角洲前缘、浅湖-半深湖及浊积扇沉积 (图 3)。三角洲前缘前端大致位于中富 25井-中陕 17井-中富 12井一线蜿蜒曲折,近北西南东向,其北东为三角洲前缘亚相,向南西为浅湖—半深湖沉积。从北东进入研究区的分流河道相互之间串联交汇,主源河道有三支,从西到东依次为泉 2井-富 2井分流河道、牛东 5井-富古 2井-中富 14井-吉 2井分流河道和中富 44井-中富 29井-中富 12井分流河道,河道砂体累积厚度可达 40余米,砂地比为 0.4。在南部黄深 1井-中富 28井-中富 32井一带发育湖相浊积扇,扇中砂体累积厚度可达 50余米,砂地比为 0.4。

2.2 长7期岩相古地理特征

长7期,沉积格局与长8期类似,全区自北东向南西依次发育三角洲前缘、浅湖-半深湖及浊积扇沉积 (图 4)。由于长7期的湖泛作用,湖域向北东方向扩展,三角洲向北东方向退缩,三角洲前缘前端与浅湖的分界线向北迁移至富 2井-吉2井-中富 29井一线。由于湖泛期的湖浪作用增强,使得前端次级分流河道较长8期明显增多,分流间湾沿北东方向延伸将分流河道隔开呈细条带状。泉 2井-张 3井分流河道延伸较远,砂体累积厚度一般在 25 m以上。中富 13井-中富 18井所处的分流河道延伸较短,沉积砂体厚度相对较大,最大处中富 13井甚至达 59 m。富古 2井-中富 14井分流河道砂体累积厚度在 30 m以上,但砂地却仅有 0.3左右。中富 48井-中富 6井-中富 29井分流河道形成的砂体常在 20 m左右,较中富 44井-富古6井分流河道砂体薄。南部的浅湖-半深湖沉积区面积增大。在中富 30井-富古 3井-中富 32井一带依旧发育湖相浊积扇,扇体累积砂厚一般大于 30 m,富古 3井处甚至达到 52 m。

2.3 长6期岩相古地理特征

长6期,湖盆沉降放缓,三角洲快速向南进积,使得三角洲前缘亚相几乎覆盖了整个富县地区,湖底浊积扇不再发育 (图 5)。主分流河道可分为三支,西部河道了流域覆盖富 20井-富 3井一带从正北进入研究区向南西流出,沉积砂体累积厚大于 40 m;中部分流河道流域面积最大,且跟东部分流河道在中富 14井-牛武 3井一带贯通,砂体累积厚度多在 45 m以上;东部分流河道延伸至中富 12井-中富 29井一带,砂体累积厚度也在 40 m之上。

2.4 长4+5期岩相古地理特征

图 4 鄂尔多斯盆地富县地区长7期岩相古地理Fig.4 Lithofacies palaeogeography of Chang 7 period in the Fuxian area ofO rdos Basin

长4+5期,为延长期的一个次级湖侵期。三角洲相与浅湖相的分界线略向北迁移至中富 30井-中富 32井一带,该分界线以北为大面积的三角洲前缘沉积,其北部有小范围的三角洲平原发育,南部仅小范围内为湖泊沉积 (图 7)。三角洲前缘亚相分流河道呈北东南西向带状展布,发育规模变小,被相对发育的分流间湾分隔为西部、中部、东部三个分支:前期一直为分流河道的泉 2井-牛西 5井一带转变为分流间湾,西支的分流河道向西迁移,其东缘位于张 4井-富 2井一线,沉积砂厚较大,特别是位于分流河道前端张 3井一带砂体累积厚度可达 75.5 m;中部中富 16井-中富 14井-吉1井-中富 28井分流河道流域面积不大,但延伸较远,前端达到了中富 28井一带,砂体累积厚度一般在 30 m左右,吉 1井处甚至达 42.3 m;牛武 3井-中富1井-中富 21井分流间湾以东为东部分流河道发育区,河道主体位于中富 43井-富古 6井一带,累积砂体厚度达 40 m。

2.5 长3期岩相古地理特征

长3期的沉积格局较之前有较大变化,研究区几乎全部演化为三角洲沉积 (东南角有后期剥蚀区),湖泊已经完全退缩出研究区,三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相平分秋色,湖岸线位于富 32井-富11井-中富 21井一线,蜿蜒曲折,该线以北为三角洲平原亚相,以南三角洲前缘亚相 (图 6)。主要发育三支 (水下)分流河道发育区。西部张 2井-富20井-中富 30井一带的分流河道流域面积最大,向南西延伸进入水下,进入三角洲前缘亚相区带,一直延伸至中富 30井、富 3井一带,河道砂体累积厚度一般大于 40 m,分流河道前端中富 30井砂厚较大 ,达 47 m;中富 16-中富 10井-富30井-吉1井-中富 32井一带为中部分流河道发育区,河道砂体累积厚度一般在 50m左右;东部分流河道位于中富47井-中富 43井-富古 6井-中富 12井一带,沉积砂体累积厚度较厚,在中富 43井可达 66 m。

2.6 长2期岩相古地理特征

长2期,沿袭了长3期的沉积格局,研究区内主要为三角洲相沉积 (东南角有后期剥蚀区),三角洲平原略向南推进至牛西 5井-富古 6井一带,其南为三角洲前缘亚相沉积 (图 8)。主要发育东、中、西三支三角洲朵体:西部分流河道位于张 4井-中富 30井一线,河道较宽,砂体累积厚度在 40 m之上;中富 16井-富30井-吉2井-中富 28井一线为中部分流河道发育区带,河道向南曲折延伸至研究区外,河道砂体累积厚度在 40 m以上,中陕 17井处甚至厚达 60.8 m;中富 43井-中富 29井一带为东部分流河道发育区,河道砂体累积达 40m以上,中富 43井处砂体累积厚度达到 72.83 m。

3 盆地演化特征

富县地区为鄂尔多斯盆地大型内陆坳陷盆地的一部分,沉积体系的时空演化和相带迁移揭示了湖盆在长8-长2期经历了三个演化阶段,每个阶段有着特有的沉积响应。长8-长7期,钻井剖面的沉积序列上以退积型三角洲为特征,古地理特征显示出三角洲向北退积,湖泊沉积作用逐渐增强,湖岸线向北迁移,在研究区南部半深湖区还发育有典型的湖相浊流沉积,长7油层组的张家滩页岩是湖盆发展的全盛时期湖泛作用的典型响应,反映了湖盆扩张作用以及湖盆从初始坳陷进入强烈坳陷期;长6-长4+5期,沉积序列以加积作用为特征,古地理特征显示该时期整个研究区几乎全为三角洲前缘沉积,南缘不再发育浊流沉积,湖岸线迁移不大,反映了湖盆处于稳定坳陷期;长3-长2期,沉积序列揭示该时期以发育进积型三角洲为特征,古地理平面展布显示该时期湖岸线快速向南迁移,大面积的三角洲平原沉积进入研究区,三角洲平原与三角洲前缘的沉积范围几乎平分秋色,湖泊沉积已经完全退出,表明湖盆进入缓慢沉降萎缩阶段。

4 结论

通过对鄂尔多斯盆地富县地区的沉积体系及古地理特征研究,得出以下结论和认识:

(1)研究区延长组发育的沉积相包括湖相三角洲、湖泊及浊流沉积。其中分流河道、水下分流河道和块状浊积岩是最有利的储层发育相带,湖泛期的暗色泥岩、油页岩是良好的烃源岩。

(2)编制的岩相古地理图显示,各时期的古地理面貌主要受湖平面升降变化控制:长8-长7期,湖平面总体上升,研究区以发育三角洲前缘、浅湖 -半深湖和浊积扇为特征;长6-长4+5期 ,湖平面缓慢下降,整个研究区以发育三角洲前缘沉积为主,湖泊退缩至南部边缘地带;长3-长2期,湖平面快速下降,湖岸线大幅度向南迁移,三角洲平原进入研究区,沉积范围与三角洲前缘相当。

(3)沉积体系的时空演化和相带迁移揭示了富县地区延长期经历了三个演化阶段:长8-长7期,以退积作用为特征,为湖盆扩张强烈坳陷阶段;长6-长4+5期,以加积作用为特征,为湖盆稳定坳陷阶段;长3-长2期,以进积作用特征,为湖盆缓慢沉降萎缩阶段。

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Lithofacies-Paleogeography Characteristics of Yanchang Formation in the Fuxian Area of the Ordos Bas in

CHEN Yan-qing, CHEN Hong-de, CHEN An-qing, ZHAO Jun-xing
(Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology,Chengdu,SC 610059,China)

According to the comprehensive analysis of core observation,identification of thin-section,paleobiogeographic and well logging curves,the article carried out a detailed study of sedimentary facies of Yanchang Formation in the Fuxian area of the OrdosBasin。The research area developed three types of sedimentary facies,which includes shallow lacustrine delta,lake and turbidite fan deposits.On the basement above,the lithofacies palaeogeographic maps plotted show the lithofacies paleogeography in different period ismainly controlled by lake basin evolution and lake-level change.Chang8-Chang7period,it’s the time of depressionwith strongly extension of lake basins.Lake level overall increases,with the characteristics is the development of delta front,shallow lake-semideep lake and turbidite fan deposits;Chang6-Chang4+5period,it’s the t ime of depression with lake basins steady.Lake level falls slowly and lake retreats to the southern edge of the basin,with the development of delta front;Chang3-Chang2period,it’s the time of slowly subsidence of lake basin shrinking.Lake level falls quickly,the shoreline substantiallymoves to the southern part,and then delta plain goes into the research area,with the considerable range to the delta front.The sandstone distribution revealed by palaeogeography has important guiding significance on the petroleum exploration arrangement of Fuxian area,the southeast edge of hydrocarbon-enriched accumulation belts of Shanbei slope.

lithofacies-paleogeography;sedimentary facies;Yanchang formation;Ordos basin;Fuxian area.

P531

:A

:1674-3504(2010)04-310-10

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.002

2010-09-26

国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地上古生界沉积体系与储层特征研究”(2008ZX05002-001-06HZ)

陈彦庆 (1986—),女,硕士研究生,沉积学专业。E-mail:12248359@qq.com