子长油田延长组长4+5、长6地层古流向及物源方向分析

唐建云，殷　文，宋红霞，师　剑，王彦龙

(1.克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 834000；2.克拉玛依理工学院(筹)，新疆 克拉玛依 834000；3.中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 哈密 839009；4.延长油田股份有限公司，陕西 延安 257091)



子长油田延长组长4+5、长6地层古流向及物源方向分析

唐建云1，2，殷文2，宋红霞3，师剑4，王彦龙4

(1.克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 834000；2.克拉玛依理工学院(筹)，新疆 克拉玛依 834000；3.中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆 哈密 839009；4.延长油田股份有限公司，陕西 延安 257091)

[摘要]通过野外典型剖面古水流方向实测、野外剖面样品及室内钻井岩芯样品的重矿物测定、显微镜下薄片中轻矿物组分的定量统计以及地层砂/地比值等室内研究方法，对子长油田杨家园则区延长组长4+5、长6地层沉积期的古流向及物源方向进行了综合分析研究。研究结果表明：研究区延长组沉积期间，古水流方向以西南方向为主，研究区及其外围地区的物源主要来自盆地东北缘的阴山和吕梁山地区的结晶基底的变质岩、变质中-基性火山岩、花岗岩和变质碎屑岩及其上的古生界碎屑岩和碳酸盐沉积盖层。

[关键词]子长油田；古流向； 物源

由于许多盆地受构造运动的改造，使盆地现今的面貌与当时盆地的面貌有很大差异。古流向分析可以为古地理恢复提供定量数据，为相分析提供重要资料，并为解决现今被改造过的盆地与古盆地之间的关系提供依据。根据古水流和沉积物分散体系，可以判断各盆地是否具有共同的物源区，也可以确定沉积物的补给方向[1-6]。

本研究通过野外典型剖面古水流方向实测、野外剖面样品及室内钻井岩芯样品的重矿物测定、显微镜下薄片中轻矿物组分的定量统计以及地层砂/地比值等室内研究方法，对子长油田杨家园则探区长4+5、长6地层沉积期的古水流方向进行了综合分析研究，目的在于查明该区长4+5、长6地层的古水流方向及物源方向，为沉积相的研究奠定基础。

1研究区延长组沉积期古流向测定及其分析

沉积岩的许多沉积构造都可以作为古水流的标志，这些沉积构造称为指向构造。一些指向构造如交错层理、波痕、槽模等反映水流方向(方位)，另一些沉积构造如冲刷构造、水道构造、滑塌褶曲构造等只反映水流的流经途径(走向)。在沉积构造中，最有用的古流向标志式交错层理、砾石最大扁平面的排列方向及底面构造[7-9](表1)。

1.1野外露头剖面古水流方向测定

对研究区东北部、东部与东南部外围地区出露的子洲大理河剖面、绥德淮宁河长4+5-长6地层露头剖面、延长县延河长4+5-长8地层露头剖面、宜川仕望河延长组地层露头剖面、铜川金锁关-漆水河延长组地层露头剖面、韩城薛峰川-白马滩延长组剖面和旬邑三水河露头剖面(图1)中的交错层理等沉积指向构造进行了实地观察和测定。在上述几个剖面中共测古流向点23处，获得408个古流向数据，用其绘制成玫瑰花图，计算出古水流方向值，并得出古水流型式。

水流型式一般有四种：单峰型式(有一个主要流向)、双极双峰型式(两个相反流向)、斜交双峰型式(两个流向相差不到180度)及多峰型式(有几个主要流向)。不同沉积环境中的古水流(古风流)型式有其不同的特点，河流、三角洲、浊积沉积的古水流与局部的或区域的古斜坡有关。但浊积沉积的水流可沿盆地轴流动。滨浅海陆棚环境和沙漠中的古水流和古风流方向与区域古斜坡无关。

表1　主要沉积环境的古水流型式和指向构造

图1　研究区外围野外露头剖面位置示意图

1.1.1子洲大理河剖面

子洲大理河剖面的观察以延长组长4+5和长6为主，涉及部分长3地层，其古流向的测定主要应用砂岩中的槽状层理。通过实测数据绘制的古水流玫瑰图表明，该区古水流型式主要为双峰型式，少量多峰型式。各古流向百分比分布图表明，古流向主要以南西190°～259°方向为主，占42%；北西280°～349°方向次之，占30%(图2)。

图2　子洲大理河剖面古流向及其百分比图

1.1.2绥德淮宁河剖面

绥德田庄-淮宁河-义合剖面的观察以延长组长4+5和长6为主，其古流向的测定主要应用砂岩中的交错层理，通过测得的数据绘制成的古水流方向玫瑰图表明，古水流型式主要为双峰型式和单峰型式，次为多峰型式。各古流向百分比分布图显示，主要的古水流方向为南西190°～259°方向，占40%；其次北西280°～349°(占27%)和近正西260°～279°方向(占17%)(图3)。

图3　绥德淮宁河剖面古流向及其百分比图

1.1.3延长县延河剖面

对延长县延河剖面主要测定了长2-长8地层的古流向，其古流向的测定主要应用砂岩中的交错层理，其古水流方向玫瑰图表明，古流向为单峰型式和双峰型式。古流向百分比主要为北西280°～349°方向为主, 占58%，少量南西190°～259°占12%)和正北350°～9°方向(占13%)(图4)。

图4　延长县延河剖面古流向及其百分比图

1.1.4宜川仕望河延长组剖面

宜川仕望河延长组地层剖面出露较完整，包括了长1到长10地层。其古流向的测定主要应用砂岩中的楔状层理。得出的古流向玫瑰图，显示该区古水流型式为单峰型式和多峰型式。古流向百分比分布图显示，古流向主要以北东10°～79°方向为主(占43%)，南西190°～259°(占20%)和北西280°～349°方向次之(占17%)(图5)。

1.1.5韩城薛峰川-白马滩剖面

韩城薛峰川-白马滩地层剖面主要测定了长4+5-长6地层的古流向，其古流向的测定主要应用砂岩中的板状层理等，通过测得的数据制成的古水流方向玫瑰图表明，古流向以单峰和多峰型式为主。古流向以北东10°～79°方向为主(占44%)， 北西方向280°～349°次之(占25%)(图6)。

图5　宜川仕望河剖面古流向及其百分比图

图6　韩城薛峰川-白马滩剖面古流向及百分比图

1.1.6铜川金锁关-漆水河剖面

铜川金锁关-漆水河延长组剖面主要测定了长6-长10地层的古流向，其古流向的测定主要应用砂岩砂层的交错层理。该剖面的古水流方向玫瑰图表明，古流向为单峰和多峰型式。古流向以北西方向280°～349°为主(占40%)，南西方向190°～259°(占21%)和北东方向10°～79°次之(占18%)(图7)。

图7　铜川金锁关-漆水河剖面古流向及其百分比图

1.1.7旬邑三水河剖面

旬邑三水河地层剖面主要测定了长4+5-长10地层，其古流向的测定主要应用砂岩中的交错层理，由测得的数据制成的古水流方向玫瑰图表明，古流向为单峰型式和双峰型式(图3-8)。古流向百分比图显示，古流向以北西方向280°～349°为主(占42%)，正北方向350°～9°(占17%)和南西方向(190°～259°)(占17%)次之(图8)。

1.2研究区延长组沉积期古流向分析

野外地质调查露头剖面子洲大理河剖面和绥德淮宁河剖面位于子长油田外围的东北部，离研究区较近；东部为延长县延河剖面，但距离研究区较远；宜川、韩城、铜川和旬邑地区的其它几个露头剖面距离研究区更远，由这些剖面代表的古流水方向提供给研究区的物源的可能性较小。因此，子洲大理河剖面和绥德淮宁河剖面西南方向的主要古流水方向代表了子长油田杨家园则探区延长组沉积期的主要物源方向，即研究区延长组沉积期间，古水流方向以西南方向为主。

图8　旬邑三水河剖面古流向及百分比图

2砂岩中的轻、重矿物及其平面分布特征

2.1砂岩中的轻矿物成分及其平面分布规律

2.1.1砂岩的轻矿物特征

长4+5油层组与长6油层组砂岩中的碎屑组分即轻矿物成分及其百分含量基本相近，主要为长石(平均占碎屑总量的53%～55%)、石英(平均占碎屑总量的38%～39%)和少量岩屑与云母碎屑(平均占碎屑总量的9%～15%)(表2)。砂岩粒度多为细粒，分选性较好，磨圆度多为次棱状-次圆状，颗粒支撑，粒间以线、点-线接触为主，孔隙式胶结。

研究区砂岩的碎屑组分总体上以高长石、低石英和低岩屑含量为特点，砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较低，表明研究区距离物源区相对较近。此外，石英的波状消光、长石中大量钾长石的出现以及岩屑以浅变质岩岩屑和沉积岩岩屑为主等特征反映出，源区母岩多为变质岩和沉积岩。

2.1.2砂岩中轻矿物的平面变化规律

1)长4+5油层组

研究区由于长4+5地层取芯井较少，只取到子150、子156、子158、子161和子153五口井、28个砂岩样品。根据砂岩薄片显微镜下骨架矿物成分的定量统计结果显示，位于研究区东南部子156―子150―子158井北东-南西向砂体展布带砂岩中长石与岩屑的含量由北东向南西方向逐渐降低，平均长石含量由63%降为60%，平均岩屑含量由18%→13%；砂岩中石英的平均含量则逐渐增加，由21%→22%→27%。位于该带西北部呈北东-南西向展布的高砂地比值带砂岩中长石含量也显示出类似的变化规律，但岩屑与石英含量的变化不明显。

2)长6油层组

研究区长6油层组取芯井较多，本研究获得了13口井、71个样品的长6地层砂岩的轻矿物镜下定量统计数据，研究区呈北东-南西向展布的两个高砂地比值带，长6砂岩中长石含量表现出由北东方向向西南方向逐渐降低的趋势，平均长石含量一般由东北部的65%～70%降低为西南部的60%～50%；岩屑的平均含量也基本表现出类似的规律，由东北部的15%～17%降低为西南部的14%～12%；石英的平均含量则由东北部的17%～25%逐渐增加为西南部的26%～35%。

长6与长4+5砂岩中轻矿物在平面上的分布规律十分一致，在研究区呈北东-南西向展布的高砂地比值带，不稳定的轻矿物长石与岩屑的平均含量由北东向西南方向逐渐降低，而稳定轻矿物石英的平均含量则由北东向西南方向逐渐增加，暗示了长4+5与长6沉积期间物源方向来自北东方向。该研究结果与野外剖面测定的北东-南西向古水流方向结论吻合。

2.2砂岩中的重矿物成分及其平面分布规律

2.2.1砂岩的重矿物特征

对研究区及其外围野外露头剖面延长组长4+5和长6油层组50个砂岩(其中野外样品25个，杨家园则岩心样品25个)中重矿物的测定结果表明，研究区东北部野外露头剖面(子洲大理河剖面、绥德淮宁河剖面、延长县延河剖面和宜川仕望河剖面)中延长组砂岩中的重矿物成分及其相对含量比较相近(表3)。砂岩中的重矿物主要为淡红色石榴石，平均占重矿物总量的44.3%，其次，为无色石榴石(平均占重矿物总量的16.3%)，少量榍石(平均占10.3%)，绿帘石(占8.6%)、锆石(占6.3%)和微量白钛矿(占1%)。个别砂岩中可见粒状磁铁矿和柱状板钛矿和重晶石。石榴石为淡红色或无色石榴石，以具有贝壳状断口为特征。绿帘石和榍石以粒状为特征，锆石全部为自形锆石，多呈短柱状，可见生长环带状结构，为典型的岩浆成因锆石。

表2　研究区长4+5、长6砂岩轻矿物组分百分含量统计表

表3　研究区长4+5、长6砂岩重矿物组分百分含量统计表

研究区东部韩城薛峰川-白马滩剖面长6砂岩中的重矿物与东北部野外剖面和研究区不同。重矿物主要为磁铁矿，占重矿物总量的76%，少量无色石榴石(占11%)和锆石(占8%)和淡红色石榴石(占5%)。石榴石以无色石榴石为主，锆石为自形的岩浆成因锆石。研究区南部铜川金锁关剖面和旬邑三水河剖面长6砂岩中的重矿物也与东北部野外剖面和研究区不同。重矿物以无色石榴石为主，占重矿物总量的79%，其次为自形的岩浆成因锆石(占14.5%)和少量白钛矿(占6%)。铜川金锁关长6砂岩中还有少量粒状绿帘石(占1%)。杨家园则探区长4+5和长6砂岩中的重矿物成分及其相对含量与盆地东北部野外露头剖面(子洲大理河剖面、绥德淮宁河剖面、延长县延河剖面和宜川仕望河)中延长组砂岩中的重矿物具有较强的一致性，以淡红色石榴石为主(平均占重矿物总量的44%)，无色石榴石平均占重矿物总量的21%，榍石(平均占10%)，绿帘石(占9.5%)、锆石(占9%)，微量白钛矿(占1.5%)和磁铁矿(占1.5%)，相比而言，研究区砂岩中的锆石与无色石榴石含量稍高，这一事实说明，与盆地东北部相比，杨家园则探区离物源区稍远，砂岩中的稳定重矿物锆石含量应该略高；无色石榴石含量稍高显示，研究区可能也受到来自东部或东南部物源的影响。

由以上叙述可以看出，研究区东北部、东部和东南部分别来自三个不同的主物源方向和物源区，并分别与鄂尔多斯盆地东部地区延长组沉积期间来自东北部、东部和东南部的三个古水流方向和物源方向相对应。子长油田延长组沉积期间，主要物源来自东北部物源方向和物源区，研究区南部与西南部可能有来自盆地东部或东南部物源的加入。

2.2.2砂岩中重矿物的平面变化规律

研究区由于长4+5地层取芯井较少，只获得一口井(子163)、6个砂岩样品的重矿物分析数据；长6地层获得4口井、16个重矿物分析数据。根据重矿物分析结果显示，不稳定重矿物中淡红色石榴石由北东向西南方向逐渐减少，而无色石榴石在南部有增加的趋势，稳定重矿物锆石则由北东向西南方向逐渐增加，绿帘石在东北部含量稍高于西南部，其它重矿物榍石、白钛矿与磁铁矿无明显分布规律。野外露头剖面与研究区钻井岩心砂岩样品的重矿物对比研究结果以及研究区重矿物平面分布规律表明，长4+5与长6地层沉积期间，研究区主要来自东北方向的物源，研究区南部可能有来自盆地东南部或东部方向次要物源的加入。

3地层砂/地比值平面分布规律

通过对研究区22口钻井长4+5和长6地层的砂岩与地层厚度统计结果所作的砂/地比等值线平面分布图显示，长4+5和长6地层的砂/地比值及其变化规律表现出良好的一致性，各油层组之间、各亚油层组之间砂/地比值平面展布特征具有很好的继承性，砂/地比高值带与低值带呈北东-南西向相间展布，由西北方向向东南方向呈现出三个砂/地比高值带与三个砂/地比低值带。

三个高值带分别位于西北部神树沟-杨家园则(即子71-子72井)一线以西北地区，中部子184-子184-庙山-石口子沟-湫滩沟-严家屹-王家庄沟(即子187-子186-子184-庙山为该带的西北部边界，子139-子142-子161-石口子沟为该带的东南部边界)所围的北东-南西向带状分布区，东南部子156-任家沟-子158-子160-小湫滩-子165-子150-辛庄所围的北东-南西向带状分布区。三个北东-南西向砂/地比高值带之间为三个北东-南西向砂/地比低值带分布区。呈北东-南西向相间展布的砂/地比高值带与低值带显示了研究区长4+5和长6地层沉积期的主要古流向和物源方向为北东-南西方向。

4研究区物源方向与源区性质讨论

沉积盆地与物源区的分布格局受大地构造控制，因此沉积盆地内沉积物碎屑组分和结构特征与物源区大地构造性质必然有着密切联系[10-20]。延长组沉积期，子长油田及其东部地区属于安塞三角洲与延安三角洲的一部分，而安塞三角洲与延安三角洲及其外围地区靖边、子洲、绥德、延长及宜川地区延长组的物源区主要来自盆地北缘的阴山和东缘吕梁山地区。

北缘阴山断褶带结晶基底由太古界集宁群(Ar1)、乌拉山群(Ar2)和中元古界渣尔太群(Pt2)组成。集宁群以暗色麻粒岩和浅色片麻岩为主，含角闪岩、花岗岩、磁铁矿石英岩、变粒岩、长石石英岩；乌拉山群属于铁铝榴石角闪岩相。原岩为沉积碎屑岩、中基性火山岩、火山碎屑岩、基性-中基性火山岩和白云质灰岩；渣尔太群岩性主要为石英岩、长石石英岩、变质砾岩、碳质硅质板岩、白云质灰岩和白云岩。震旦系那什干群为石英岩、含燧石条带石灰岩夹泥岩，属于浅海相沉积；寒武系以碎屑岩为主，奥陶系以碳酸盐为主；早古生界海陆交互相与陆相碎屑岩沉积[1]。东缘吕梁山地区结晶基底由上太古界界河口群(Ar3)、下元古界吕梁群(Pt1)和岚河群(又称野鸡山群或黑茶山群)组成。上太古界界河口群为一套片麻岩系；下元古界吕梁群为铁铝榴石角闪岩相和麻粒岩相；下元古界岚河群为变质沉积岩和变质火山岩。盖层下古生界浅海台地相沉积，上古生界为海陆交互相含煤沉积和陆相煤系沉积[1]。

研究区古水流方向测定结果、地层的砂/地比值平面展布规律、砂岩中的轻、重矿物及其平面分布规律显示出良好的一致性，表明研究区延长组沉积期间主要受到东北方向古水流及其物源方向的影响。砂岩中的岩屑类型主要为变质岩岩屑和少量沉积岩岩屑，表明主要来自变质岩区和沉积岩区；重矿物以石榴石为主，含绿帘石、榍石岩浆成因锆石、磁铁矿等，显示源区岩石以变质岩和岩浆岩为主。鄂尔多斯盆地东北缘古陆形成于元古代吕梁运动之后，并长期处于隆起剥蚀状态，为盆地东北部地区有利的物源供给区。其结晶基底主要由前寒武系变质岩系组成，总厚度在26 km以上[4]，古生界沉积盖层则主要为沉积碎屑岩系和碳酸盐系，东北缘古陆的岩性特征与研究区砂岩轻、重矿物特征显示的源区岩性特征基本一致。由此推测研究区及其外围地区的物源主要来自盆地东北缘的阴山和吕梁山地区的结晶基底的变质岩、变质中-基性火山岩、花岗岩和变质碎屑岩及其上的古生界碎屑岩和碳酸盐沉积盖层。

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Provenance and Palaeocurrent Direction of Chang4+5、Chang6 Of ZiChang Oilfield

TANG Jian-yun1，2，YINWen2，SONG Wen-xia3，SHIJian4，WANG Yan-long4

(1.Karamay Vocational and Technical College，Karamay 834000, Xinjiang；2.Karamay institute of technology(Preparations) Hami 834000, Xinjiang；3.The Institute of exploration and development of Tuha Oilfield Petro China，Hami 839009, Xinjiang； 4.Yanchang Petroleum Group, Yan'an 716005, Shaanxi)

Abstract:By palaeocurrent direction field typical profile measurement, field profile samples and indoor drilling core samples of heavy mineral, light microscope chip in the mineral composition of quantitative statistics and sand/indoor research methods such as the ratio of Chang4+5、Chang6 formation sedimentary period of the ancient direction of flow and sediment source has carried on the comprehensive analysis and research. The results show that the study area during the Yanchang of sedimentary, palaeocurrent direction is given priority to with the southwest, the study area and peripheral area northeast of the source of minerals etc mainly comes from the basin mountain and lu-liang mountains region of the crystalline basement metamorphic rocks, metamorphic basic volcanic rocks, granite and metamorphic clastic rock and the upper Paleozoic clastic rock and carbonate sedimentary cover.

Key words:Zichang Oilfield；palaeocurrent direction and provenance

[收稿日期]2015-07-02

[基金项目]山东省自然科学基金(ZR2010DM016)

[作者简介]唐建云(1980-)，男，陕西宝鸡人，讲师，研究方向：储层地质学研究工作。

[中图分类号]TE121.3

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2015)01-0140-05