柴北缘西段古近纪物源体系分析

2018-08-06刘伟明孙国强郭佳佳

沉积与特提斯地质 2018年1期

刘伟明，孙国强，郭佳佳，王牧，何湘，沙鹏，李浩

(1.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州 730000；2.中国科学院大学，北京 100049；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃敦煌 736202；4.中国石油青海油田公司采油二厂，青海海西 816400；5.中国石油大庆油田有限责任公司第二采油厂地质大队，黑龙江大庆 163257；6.大庆石油化工有限公司，黑龙江大庆 163453)

引言

沉积物来源及沉积物分散体系的研究对揭示盆地沉积过程和地质演化历史具有非常重要的作用[1-2],也是沉积环境及砂体展布规律研究的基础[3]。前人曾对柴北缘物源体系进行分析研究，认为其主要受阿尔金山和祁连山两大物源的控制[4-7]，但缺乏对不同沉积单元物源体系的具体分析，制约了该区砂体对比及展布规律的精细研究。本文从古近系碎屑岩的重矿物组合、碎屑组成及岩屑成分等特征入手，结合前人的研究成果，对柴北缘古近纪不同沉积单元的物源方向和变化规律进行了详细的对比和划分，以期为柴北缘油气勘探寻找有利目标区提供地质依据。

图1 柴北缘西段构造带分区图

Fig.1 Tectonic division of the western part of northern Qaidam Basin

柴达木盆地北缘构造带西段(简称“柴北缘西段”)位于南祁连山前，西至阿尔金山东段(图1)，主要由昆特依凹陷、赛什腾凹陷、马海凸起和冷湖构造带4个二级构造单元构成[8-9]，是盆地内重要的含油气区之一。古近纪以来受阿尔金山和祁连山的共同控制主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系[9-16]，古近系发育路乐河组(E1+2)和下干柴沟组(E3)，是盆地内重要的含油气层系[17-20]。其中路乐河组为一套紫红色及棕褐色厚层状砾岩夹含砾粗砂岩、砂岩及泥质粉砂岩和泥岩；下干柴沟组为一套黄绿色层状粗粉砂岩、灰色中厚层泥岩和浅灰色层状含砾中砂岩互层为主的碎屑沉积[21]。沉积物源主要受到阿尔金山和祁连山两大主力物源共同影响，物源供给呈现出多物源、多区域分布的特征。

1 重矿物特征

重矿物是碎屑岩中的含量不超过1%、相对密度大于2.86g /cm3的陆源碎屑矿物[22-23]，是连接物源区和沉积单元的重要纽带[2,23-24]。重矿物组合特征会随着沉积物搬运距离的增加而发生相应的变化，可以用来指示沉积区的物源方向[25-26]。通过对柴北缘西段50多口探井的2000多块样品的分析(表1)，结果显示该区物源在平面上具有明显的分带性。

1.1 重矿物分布规律

由于矿物之间严格的共生关系，含量的变化代表源区岩性的变化[27-28]。因此，根据不同地区重矿物组合特征及含量的变化将柴北缘西段划分为5个主要的物源区(图2)。

1.1.1 牛东物源区

牛东地区重矿物组合以磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石+白钛矿为主，含有少量的电气石和角闪石。重矿物中磁铁矿平均含量超过45%，说明其物源区岩性以中基性的岩浆岩为主，较高含量的石榴石和绿帘石也说明源区含有一定量的深变质岩。

1.1.2 冷北物源区

冷湖四-五号地区的重矿物以磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石+白钛矿+电气石+赤铁矿为主，含有一定量的榍石和较高含量的赤铁矿是其主要特征。榍石是本区主要的标型矿物，主要来自酸性岩浆岩。石榴石和磁铁矿含量也较高，累计超过55%，说明源区发育变质岩类源岩。

1.1.3 赛西物源区

平台-冷湖六号地区重矿物组合以磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石+白钛矿+电气石为主，与邻区冷北物源主要的区别是不含榍石。不稳定重矿物中的绿帘石和角闪石随远离老山含量逐渐减少，至冷90井区含量几乎为零，说明在该区沉积物经过了较长距离的搬运和沉积过程。

1.1.4 赛东物源区

圆顶山-冷湖七号地区探井较少，测得的重矿物数据也以冷湖七号的3口钻井为主，磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石+白钛矿为该地区主要的重矿物类型，几乎不含电气石和高含量的白钛矿，这是其主要特征，也是划分与赛西物源区别的主要依据。酸性岩浆岩和碎屑岩是其主要的母岩类型。

1.1.5 九龙山物源区

主要的沉积单元是马海凸起，包括了马北和南八仙地区。重矿物组合以磁铁矿+石榴石+锆石+绿帘石+白钛矿为主，与西侧赛东物源的区别主要是其超高含量的石榴石，和较低含量的磁铁矿。石榴石平均含量33%，说明物源区主要以变质岩类为主。

柴北缘西端的阿尔金山东段主要发育太古界、元古界变质岩和中酸性侵入岩体[29];小赛什腾山和赛什腾山则以元古界变质岩为主，在加里东期和华力西期发育侵入岩体，偶见碎屑岩[30-31]；九龙山和绿梁山地区主要发育元古界变质岩系和基性-超基性侵入岩体[32]。柴北缘西段周缘山系物源区母岩类型主要是以变质岩和火山岩为主，这与重矿物组合特征反应的母岩类型基本一致。

1.2 ZTR指数特征

锆石、电气石、金红石是碎屑矿物中最稳定的3种矿物。在研究中，常用锆石、电气石、金红石这3种重矿物在透明重矿物中所占的比例—即“ZTR”指数来判别碎屑岩成分成熟度，其值越大，则表明成熟度越高[33]。一般而言，来自相同蚀源区、同一地质年代、同一水系的样品，从上游至下游随着搬运距离的增加，样品中角闪石、绿帘石等不稳定重矿物数量逐渐减少，锆石、电气石等稳定重矿物的数量相对增多，“ZTR”指数也相应逐渐增大[34-35]。柴北缘主要的沉积单元从物源区到沉积区的连井剖面显示(图3，剖面位置见图1)，不同物源区由源区到沉积区“ZTR”指数逐渐增大。

表1 柴北缘古近系重矿物含量分布表

(接上表)

分区井号稳定重矿物(%)不稳定重矿物(%)锆石电气石石榴石赤铁矿榍石磁铁矿白钛矿绿帘石角闪石赛西物源区冷9032 21 220 91 7/32 811 4//冷9210 70 512 5//65 07 92 70 7平114 91 827 7/0 236 48 09 01 2平27 214 517 31 1/31 67 116 93 2平37 14 513 32 0/50 48 813 30 7平57 51 417 80 1/54 59 09 0/平712 99 416 6//35 28 015 81 8冷六130 80 210 0//45 013 8//腾19 33 37 10 4/63 713 12 9/赛深311 80 39 90 5/64 212 11 10 3东台14 70 215 92 5/58 58 59 10 8赛东物源区冷七129 90 713 52 416 232 00 42 8冷七216 60 415 41 84 815 721 19 64 7冷七310 41 510 9//56 015 85 10 4九龙山物源区龙16 00 412 40 2/70 58 32 4/龙40 50 590 4//3 20 23 1/马北115 62 041 10 40 215 421 73 30 6马北28 90 640 60 70 125 014 94 50 3马北313 82 332 00 80 126 714 98 90 7马北811 51 536 23 4/29 414 22 60 2马北917 81 824 63 5/34 216 41 6/马北108 74 917 23 01 239 019 66 6/马北1316 60 728 60 4/35 714 63 00 6马北1414 81 321 70 5/50 49 90 70 9马北1516 21 034 80 4/31 113 12 21 1马北10110 91 032 60 20 522 030 41 90 6马西413 11 431 41 2/38 811 91 90 2星19 91 224 72 20 246 012 60 92 4北112 21 817 36 31 79 324 021 53 3

2 岩石学特征

2.1 碎屑组分

陆源碎屑岩中的碎屑物质是母岩机械破碎的产物，石英、长石和岩屑含量的变化对物源区的分析具有重要的意义[34,36-39]。通过对柴北缘500多块岩心样品的薄片鉴定和分析测试，结果显示碎屑组分在平面上具有较大差异(图4)。(1)牛东地区以石英和高含量的长石组合为主，其中石英平均含量为34.3%，长石平均含量分别为50.3%，二者总计含量为84.6%，岩屑含量仅为15.4%；(2)冷湖三-五号地区以长石和高含量的岩屑为主，石英含量相对较低，平均为27.1%，长石平均含量为33.1%，岩屑含量最高平均达到了39.8%；(3)平台-冷湖六号地区以石英、长石和岩屑为主，三者平均含量分别为36.8%、39.4%和23.8%；(4)圆顶山-冷湖七号地区以高含量的石英和长石为主，其中石英平均含量达到50.9%，长石平均含量为34.5%，二者总计含量85.4%，岩屑含量较低，平均为17.1%；(5)九龙山-马海地区石英、长石和岩屑的平均含量分别为35.7%、35.8%和28.5%。

图2 柴北缘西段古近系重矿物及物源体系分布图

Fig.2 Distribution of the heavy minerals and provenance systems in the western part of northern Qaidam Basin

图3 柴北缘西段古近系ZTR指数变化趋势

Fig.3 ZTR index trend of the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

2.2 岩屑特征

碎屑岩中岩屑类型能直接指示沉积物的母岩类型，是提供沉积物来源区岩石类型的直接标志[6,33]。柴北缘西段地区30多口探井的岩屑成分鉴定结果显示出一定的规律，各沉积单元都表现出较高含量的变质岩岩屑(图5)。除了圆顶山-冷湖七号地区外,火成岩岩屑含量也较高(图6)。碳酸盐岩岩屑作为区分柴北缘各沉积单元主要的岩屑类型，可作为单独的岩屑类型，故文中所提的沉积岩岩屑指的是非碳酸盐岩类的沉积岩岩屑。

根据岩屑类型的不同初步划分为5个沉积单元：(1)牛东地区变质岩岩屑为主，其次为碳酸盐岩牛东物源：(a)牛2井岩心薄片，E3，1154 m，中-粗粒长石岩屑砂岩，岩屑以变质岩和火成岩为主，偶见碳酸盐岩岩屑(+)；冷北物源：(b)冷96井岩心薄片，E3，504.07 m，细-中粒长石岩屑砂岩，岩屑有石英岩、片岩、板岩等，变质岩岩屑含量较高(+)；(c)冷96井岩心薄片，E3，505.78m，不等粒长石岩屑砂岩，岩屑以变质岩和火成岩为主(+)；赛西物源：(d)平2井岩心薄片，E3，928.86m，粗-巨粒长石岩屑砂岩，岩屑主要有千枚岩、石英岩、板岩、花岗岩等 (+)；(e)平1井岩心薄片，E3，602.10m，不等粒岩屑长石砂岩，岩屑以火成岩为主，含部分碳酸盐岩岩屑(+)；(f)平2井岩心薄片，E3，929.86 m，粗-巨粒长石岩屑砂岩，岩屑以变质岩为主，含部分碳酸盐岩岩屑(+)；赛东物源：(g)圆探1井岩心薄片，E3，3815～3816m，含灰极细细粒长石砂岩，岩屑有石英岩等，含部分火成岩岩屑(+)；九龙山物源：(h)马北12井铸体薄片，E1+2，1382.72m，中粒岩屑砂岩，岩屑以变质岩为主，偶见砂岩岩屑(+)；(I)马北12井铸体薄片，E1+2，1381.96+3.68m，中粒岩屑砂岩，岩屑以变质岩为主，含少量流纹岩岩屑(+)。M.变质岩岩屑；I.火成岩岩屑；S.沉积岩岩屑；C.碳酸盐岩岩屑。

图4 柴北缘西段古近系碎屑组分平面分布图

Fig.4 Planar distribution of the clastic compositions in the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

图5 柴北缘古近系碎屑岩中岩屑成分特征

Fig.5 Lithic compositions in the Palaeogene clastic rocks from the western part of northern Qaidam Basin

岩屑和火成岩岩屑；(2)变质岩岩屑为冷湖三-五号地区主要的岩屑类型，其次为火成岩岩屑，含少量沉积岩岩屑；(3)平台-冷湖六号地区岩屑类型除以变质岩和火成岩岩屑为主外，还含少量的碳酸盐岩岩屑；(4)圆顶山-冷湖七号地区主要以变质岩岩屑为主，其次为火成岩岩屑和沉积岩岩屑；(5)九龙山-马海地区主要以变质岩岩屑为主，含量达到77.3%，其次为火成岩岩屑和沉积岩岩屑，还含有少量的碳酸盐岩岩屑。

前人研究结果显示，阿尔金山东段主要发育太古界、元古界变质岩和中酸性侵入岩体，古生界以来以灰岩、火山岩及碎屑岩为主[29]，与牛东物源发育的岩屑类型一致。小赛什腾山西部出露暗紫色玄武岩、灰绿色安山岩及安山质火山角砾岩，上部夹石英长石砂岩及砂质板岩；中部岩性主要为白色大理岩、灰岩、灰白色石英硬砂岩、夹板岩；东部主要出露元古界片岩、片麻岩[30]，代表冷北物源主要的岩石类型。赛什腾山古元古界达肯大坂群为深变质片岩、片麻岩及混合岩类，中元古界发育万洞沟群千枚岩、片岩及大理岩类.古生界以低变质的火山岩和火山碎屑岩组成，偶见碎屑岩，加里东期和华力西期发育侵入岩体[31]，与冷北物源和赛西物源的岩屑类型较为一致；九龙山和绿梁山主要发育元古界片麻岩、绿色石英片岩和黑云母片麻岩，花岗质片麻岩、花岗闪长岩、变质表壳岩、榴辉岩、变火山岩以及基性-超基性侵入岩[32]，代表了九龙山物源主要的母岩类型。