内蒙古索伦地区中二叠统哲斯组砂岩段粒度分析与对比

2017-05-25赵丁名刘招君孙平昌

中国锰业 2017年2期

赵丁名，刘招君，胡菲，孙平昌，万涛

(1. 吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061；2. 吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室，吉林长春 130061；3. 油页岩与共生能源矿产成矿及勘查开发重点实验室，吉林长春 130061)

赵丁名1,2,3，刘招君1,2,3，胡菲1,2,3，孙平昌1,2,3，万涛1,2,3

内蒙古索伦地区中二叠统哲斯组水下扇主要划分出外扇、中扇和内扇等沉积亚相。水下扇沉积多为杂基支撑，自下而上展现出远源沉积、辫状沟道、沟道间到主沟道充填等沉积微相，杂基呈现逐渐增多的趋势。粒径表现为自下而上由细变粗的反粒序特征，沉积物分选变差，标准偏差递增，频率曲线尖度减小。概率累计曲线由较高斜度两段式逐步过渡为中—低斜度两段式，说明砂岩体是在海水退积过程中形成，其间水介质能量逐渐增强。弗里德曼离散分布图投射区域为水下重力流区域，水下扇CM图像表现为与C=M线平行的长条状重力流沉积特征。

索伦地区；二叠世；哲斯组；砂岩；粒度分析

0 前言

松辽盆地西部外围区域晚古生代的海相烃源岩日趋成为人们的关注焦点，前人的研究表明二叠系曾发生过油气的生成—运移过程[1-3]，其中索伦地区好仁苏木哲斯组剖面暗色泥岩系发育最好，厚度最大。好仁苏木剖面主要以暗色泥岩或暗灰色泥质粉砂岩等细粒沉积物为主，但该剖面的中上部发育一套砂岩体，而厚层暗色泥岩系中的砂岩体可作为油气的良好储层，查明本套砂岩体的地质形成原因对于进一步的油气勘探显得尤为重要[4-7]。通过对砂岩体进行粒度分析可以确定沉积物中碎屑颗粒粒度、形态和含量，粒度分析能有效地分析沉积物的搬运方式、沉积环境和水动力条件等。本文应用粒度分析方法分析砂岩体的粒度特征，识别出水下扇沉积特征。

1 地质背景

索伦地属兴安盟科尔沁右翼前旗，位于乌兰浩特市西北约120 km处，地理坐标为东经121(°)20(′)～23(′)，北纬46(°)30(′)～33(′)。索伦位于佳蒙地块南缘，晚古生代沉积物主要为佳蒙地块的大陆边缘沉积相，沉积环境是一个规模巨大、南与古亚洲洋相连的海相沉积盆地，整体为海相沉积岩为主，二叠系整体展布北北西向狭长条状[8-10]。

实测好仁苏木剖面1条，长度为2 300 m，真厚度414 m，岩性主要为灰色泥岩、灰黑色泥质粉砂岩、灰色粉砂质泥岩及灰色粉砂岩，底部偶见酸性岩浆岩侵入，构造扰动强烈，中上部局部地区发育灰黄色细砂岩、浅色中砂岩、粗砂岩及砾岩等，顶部被第四系所覆盖。砂岩段坐标约为东经121(°)22(′)47.7(″)，北纬46(°)32(′)1.9(″)，每隔约0.5 m系统采集一个砂岩样品，样品编号从下往上依次为B01至B30，共采集30块砂岩标本(见图1)。本次研究对所有样品进行磨片并进行镜下鉴定及粒度统计，然后制作频率分布图、概率累计曲线图、粒度参数特征图及CM图等进行分析。

2 水下扇粒度特征

水下斜坡的普遍特点相对，具重力流发生的地形条件[11]。斜坡松散沉积物遇到大规模的洪流和波浪等强水动力条件时，或遇到地震等地质灾害时，上述条件使沉积物不稳定，会触发沉积物与水体相混合而形成高密度流体(见图2)。水下扇形成的主要方式主要是重力流的搬运及沉积[12]。

图1 粒度综合分析

图2 水下扇沉积体系展布模式

2.1 远源浊积岩微相

远源浊积岩位于水下扇的最前端，主要岩性为灰白色或灰色粉砂岩，并夹于暗色泥岩中或暗色泥岩夹于粉砂岩等细粒沉积物中，远源浊积岩沉积主要是为杂基支撑类型。

野外露头中远源浊积岩粒度整体细，可看做鲍马序列中的D-E段，分选较好，反映出水介质能量较低，主体为悬浮搬运，具有重力流的沉积特征。由于细粒沉积物破碎严重，未能磨制薄片。

2.2 辫状沟道微相

辫状沟道微相是在内扇主水道分叉后继续延伸形成的辨状沟道中沉积的灰白色砂砾岩。辫状沟道微相分选性极差，杂基含量约为20%左右，结构成熟度和成分成熟度都低，磨圆呈棱角状—次棱角状，呈杂基支撑形式(见图3a)。

a 辫状沟道微相B02；b 沉积舌微相B10；c 主沟道充填微相B28

粒度曲线上，辫状沟道微相表现为：频率曲线呈“平铺式”，在不同的沉积粒径中，沉积物均有分布且各自含量无较大差异；B03的概率累计曲线呈现出低斜度的一段式的弧线，斜率为0.56。平均粒径为1.77Φ，偏度为0.22，尖度为0.81(见图4a和4b)。B03的平均粒径相较于B02更大，说明时期为水退式沉积。粒度曲线反映出辫状沟道微相沉积物粒径较粗，分选差，杂基含量高，水介质能量呈现逐渐增强的趋势高。沉积物为搬运方式为悬浮式搬运，表现为重力流沉积的特征。

a 辫状沟道微相B02频率分布直方图；b 辫状沟道微相B02和B03概率累计曲线；c 沉积舌微相B10概率累计曲线；d 主沟道充填微相B28概率累计曲线；e 主沟道充填微相B29概率累计曲线

图4 粒度统计曲线特征

2.3 沉积舌微相

沉积舌微相是发育于海底扇水道口或者其附近，底部不存在水道化现象。沉积舌微相分选较好，杂基为10%±，磨圆主要为次棱角—次圆状，颗粒支撑，杂基胶结(见图3b)。

沉积舌微相B10概率累计曲线为中高斜度的两段式曲线(见图4c)；频率分布直方图呈现单峰式，峰值出现在3.5Φ，平均粒径为3.17Φ，标准差为0.51，分选为好—较好，偏度为0.14，尖度为1.21。

2.4 主沟道充填

主沟道位于大陆斜坡根部的峡谷出口处，是浊积扇沉积物及沉积的主要通道。主沟道充填微相自下而上分别为紊乱层状砾岩、砂岩层及滑塌层粉砂岩、泥岩(见图4d)。

紊乱状砾岩层B28粒度曲线表现：概率累计曲线为三段式，包含滚动组分、跳跃组分及悬浮组分，说明水动力条件增强；平均粒径为1.63Φ，标准差为0.69，分选较好，说明该层非主沟道充填的最底层——泥石流层；偏度为0.14，尖度为1.02。反映沉积环境中水动力较强，沉积物分选差。

砂岩层主要岩性为灰白色细砂岩，杂基含量约为15%，沉积物分选较差，颗粒物为棱角状—次棱角状，结构成熟度低。B29的频率曲线呈单峰式，概率累计曲线呈较高斜度的两段式，截点为3.2Φ，跳跃组分占80%，斜率约为1；悬浮组分为20%，斜率约为0.15。粒度参数中，平均粒径为2.9Φ，标准偏差为0.58，偏度为0.16，尖度为1.01，说明主沟道充填的上部平均粒径减小，分选变好，水介质能量逐渐降低。

3 粒度参数弗里德曼离散分布

弗里德曼(1967年)建立了判断河流、三角洲和滨海滩砂的模式图，利用粒度参数(偏度和标准偏差)的对应值进行投点分析，表明所有的点均落在水下重力流区域，其中偏度为-0.01～0.21，标准偏差为0.47～1.09(见图5)。

图5 弗里德曼离散分布

其特点是粒度较粗，分选差，某些标本主峰粒径不明显，峰态多为正偏。岩石的结构成熟度和成分成熟度比较低。根据沉积环境的粒度散点图，在相同的沉积环境中，远离物源区相较于靠近物源区其相应图5 偏度对标准偏差离散图的标准偏差和偏度会相应减小[13]。从本文所作散点图来看，绝大多数标本分布于水下重力流区域的偏左下方即标准偏差和偏度相对来说较小，说明该沉积区离物源区相对来说较远。

4 水下扇CM图特征

水下扇CM图像散点分布区域为平行于C=M的长条带状(见图6)，沉积物最大粒径及粒度中值的变化幅度均较大。沉积物整体表现为递变悬浮搬运，是典型重力流特征[14]。

5 结论

1) 在本区水下扇中主要划分出远源浊积岩、辫状沟道、沟道间、沉积舌和主沟道充填等沉积微相。

图6 水下扇CM

2) 水下扇多数为杂基支撑，自下而上粒径和标准差增大，杂基含量增大，反映出水介质动力逐渐增强，砂岩体整体上为水进式沉积。

3) 水下扇弗里德曼离散分布图，主要是位于“水下重力流”区域偏左方向，整体而言，标准偏差和偏度相对较小，说明沉积区离物源区相对较远。

4) 水下扇CM图像为平行C=M线的长条带状重力流沉积特征。

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Middle Permian Zhesi Group Sandstone Grain Size Analysis and Comparison in Region of Inner Mongolia

ZHAO Dingming1,2,3, LIU Zhaojun1,2,3, HU Fei1,2,3, SUN Pingchang1,2,3, WAN Tao1,2,3

(1.CollegeofEarthScience,JilinUniversity,Changchun,Jilin130061,China; 2.KeyLaboratoryforOilShaleandCoexistingMinerals,Changchun,Jilin130061,China; 3.KeyLaboratoryofMineralExplorationandExploitationofOilShaleandSymbioticEnergyResources,Changchun,Jilin130061,China)

Suolun Middle Permian Zhesi group subaqueous fan is divided to fan, middle fan and inner fan subfacies in the Inner Mongolia area. The deposition of the underwater fan is mainly supported by matrix. There are far source deposition, braided channel deposition, the channel filling and main channel filling. From bottom to top of sandstone, we have found that the content of matrix increases, the size turns from fine to coarse,the selectivity gets bad, the standard deviation increases and the frequency curve decreases. The cumulative curve of probability is from the middle-low slope to the high slope of two sections, which indicates that the sand body is formed in the process of sea water accumulation and the energy of the water increases gradually. The projected area of the freedman discrete distribution map is an underwater gravity flow region. CM image of the underwater fan is characterized by a long strip gravity flow parallel to the C=M line.

Suolun area; Permian; Zhesi group; Sandstone; Grain size analysis

2017-03-02

中国地质调查局沈阳地质调查中心项目(DD20160163-05)

赵丁名(1991-)，男，河北保定人，在读硕士研究生，研究方向：沉积学及油气勘探，手机：15931469182，E-mail：zdm6900@163.com；通讯作者：刘招君(1951-)，男，教授，博士生导师，研究方向：沉积学、层序地层学、石油地质学及油页岩成矿理论，E-mail：liuzj@jlu.edu.cn.

P618.13

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.015