鄂爾多斯盆地西南緣延長(zhǎng)組地震響應(yīng)的沉積學(xué)響應(yīng)

鄂爾多斯盆地西南緣延長(zhǎng)組地震響應(yīng)的沉積學(xué)響應(yīng)

西北三角洲沉積相經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的研究，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組取得了優(yōu)異的成績(jī)。上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組是盆地最早發(fā)現(xiàn)石油的地層,也是目前石油勘探的主要目的層。延長(zhǎng)組主要發(fā)育東北和西南兩大三角洲,學(xué)者對(duì)東北部三角洲類型的看法基本一致,均認(rèn)為是典型的曲流河三角洲,物源主要來(lái)自陰山古陸;而西南部三角洲類型,有扇三角洲、水下扇、辮狀河三角洲、曲流河三角洲之說(shuō),物源主要來(lái)自于隴西古陸。對(duì)于西南部三角洲的類型,之所以有不同的認(rèn)識(shí),主要是由于對(duì)延長(zhǎng)組沉積期西南緣所處的構(gòu)造屬性存在爭(zhēng)議,是穩(wěn)定的克拉通盆地,還是前陸盆地?目前盆地大部分油氣分布于這兩個(gè)三角洲前緣砂體中,但隨著石油勘探的逐漸加深,與濁積巖有關(guān)的油藏越來(lái)越引起石油地質(zhì)工作者的重視,特別是盆地長(zhǎng)7段濁積巖油藏勘探取得一定的突破后,下一步在哪兒找濁積巖油藏是擺在石油地質(zhì)工作者面前的一個(gè)非常緊迫的問(wèn)題。本文試圖通過(guò)對(duì)盆地西南緣延長(zhǎng)組沉積相研究(圖1),分析關(guān)鍵時(shí)期(長(zhǎng)7期)前后沉積微相類型,半深湖—深湖的一系列規(guī)律性變化,結(jié)合長(zhǎng)7期發(fā)生的事件沉積,探討延長(zhǎng)期特別是長(zhǎng)8—長(zhǎng)6期盆地南緣湖盆底形的演化規(guī)律,為下一步的濁積巖油氣勘探提供理論依據(jù),該成果也可從沉積學(xué)的角度為延長(zhǎng)期盆地西南緣的構(gòu)造屬性研究提供理論支撐。1砂體碎片風(fēng)格1.1水下分流河道砂體研究區(qū)長(zhǎng)8段主要為三角洲前緣沉積,局部發(fā)育淺湖相,砂巖以水下分流河道砂體為主,含少量的決口扇砂巖,遠(yuǎn)砂壩及河口壩砂巖不發(fā)育。分流河道砂巖分布穩(wěn)定,尤其是長(zhǎng)81層,砂體厚10～15m,砂體寬3～5km。通過(guò)大量的巖芯觀察,該套分流河道砂巖成分和粒度變化不大,以巖屑長(zhǎng)石和長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖為主,石英含量30%～50%,長(zhǎng)石含量略大于巖屑含量。厚層砂巖為多個(gè)水下分流河道砂體的疊置,在主河道發(fā)育區(qū),多個(gè)水下分流河道頻繁切割、相互疊置,形成無(wú)泥巖夾層的一套厚砂巖(圖2a);而在河道邊緣,由于水動(dòng)力變?nèi)?多個(gè)河道砂巖相互疊置,但砂巖與砂巖之間常保留有泥巖分布(圖2b),這些泥巖向主河道呈透鏡狀尖滅。偶爾也可以在分流河道的底部見(jiàn)厚度不大的河口壩進(jìn)積體(圖2c)。一般來(lái)說(shuō),長(zhǎng)8段頂部見(jiàn)一套灰黑色的致密粉(細(xì))砂巖,之上為分布穩(wěn)定的張家灘頁(yè)巖,這套致密粉砂巖為湖平面快速上升階段所形成的淺湖砂巖。1.2細(xì)砂巖儲(chǔ)集法長(zhǎng)7段在研究區(qū)主要為淺湖、半深湖—深湖沉積,砂巖以濁積巖為主。濁積巖以粗粉砂為主,含部分細(xì)砂巖,石英含量50%～55%,長(zhǎng)石含量略大于巖屑含量。濁積巖厚度差別較大,單層厚度在數(shù)厘米到10余米,疊置厚度可達(dá)40～60m。鮑瑪序列常不完整,組合類型為ABE,ACD,BCD,BC及CDE,序列中各段的變化較大。1.3砂體及分布特征長(zhǎng)6段在盆地內(nèi)主要為三角洲前緣和半深湖沉積,砂巖以水下分流河道砂巖、河口壩和決口扇砂巖為主,含少量的遠(yuǎn)砂壩,在半深湖還可見(jiàn)大量的濁積巖。作為主要儲(chǔ)層類型的分流河道砂巖和河口壩砂巖,在縱向上和橫向上分布極不穩(wěn)定,厚層砂巖可以是多期河道的疊置(圖2d),也可以是多期河口壩的疊置(圖2e),甚至可以出現(xiàn)分流河道和河口壩的相互疊置(圖2f)。砂巖以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,但根據(jù)石英含量的多少,可以明顯識(shí)別出貧石英的巖屑長(zhǎng)石砂巖和富石英的巖屑長(zhǎng)石砂巖,前者石英含量40%～50%,后者石英含量可達(dá)60%～80%,而且富石英的巖屑長(zhǎng)石砂巖主要發(fā)育的長(zhǎng)6段的中部及上部,說(shuō)明長(zhǎng)6晚期,物源區(qū)母巖的類型發(fā)生了變化。盆地周緣的汭河剖面長(zhǎng)6段砂體明顯較盆地內(nèi)發(fā)育,且砂巖中見(jiàn)少量2～4mm的礫石,礫石成分為灰?guī)r、白云巖、石英砂巖和石英巖。長(zhǎng)6段砂體明顯呈進(jìn)積的形式向湖盆中心推進(jìn),在靠近物源區(qū),砂體規(guī)模大,而向湖盆中心方向,砂體規(guī)模逐漸變小。長(zhǎng)6早期,砂體延伸近,砂體主要堆積在盆地邊緣;而晚期,砂體向湖盆中心推進(jìn),其分布面積和分布范圍明顯增加(圖3)。從圖3可以看出,砂體主要分布在準(zhǔn)層序的上部,與湖平面的變化有著密切的關(guān)系,湖平面下降期是三角洲砂體發(fā)育的主要時(shí)期。在研究區(qū)西部,如紅河1057–3井,半深湖—深湖沉積明顯減薄,在這套半深湖—深湖沉積之上,直接覆蓋著一套數(shù)米厚的塊狀礫巖,礫石成分以泥巖為主,見(jiàn)大量的炭化植物碎片,侵蝕沖刷明顯(圖4),分析認(rèn)為是三角洲平原直接覆蓋在淺湖—半深湖沉積之上,三角洲前緣欠發(fā)育,也說(shuō)明湖盆底形較陡。2半深湖—半深湖—深湖的遷移規(guī)律半深湖—深湖位于正常浪基面以下,地處缺氧的弱還原—還原環(huán)境,河流作用已經(jīng)很難影響此區(qū)域。巖石類型以頁(yè)巖為主,半深湖常見(jiàn)粉砂巖的薄夾層或透鏡體,而在深湖區(qū)則發(fā)育濁積巖。本次工作是在大量巖芯觀察的基礎(chǔ)上,進(jìn)行單井相分析,如果該層段為半深湖—深湖亞相,則半深湖—深湖線向陸方向偏移;如果該層段為三角洲相,則半深湖—深湖線向湖盆中心方偏移。如果該層段既有三角洲前緣亞相,又有深湖—深湖亞相,則那種亞相占優(yōu)勢(shì),半深湖—深湖線向相應(yīng)的方向略作偏移。通過(guò)長(zhǎng)9期—長(zhǎng)6期的半深湖—深湖分布圖(圖5),可以看出,長(zhǎng)9期,半深湖—深湖主要分布在志丹—富縣地區(qū);長(zhǎng)8期,由于湖平面略有下降,三角洲向湖盆中心推進(jìn),半深湖—深湖范圍明顯縮小,且向西南方向略有遷移,遷移至環(huán)縣—華池—正寧一帶,呈“廠”字型分布;長(zhǎng)7期,隨著湖平面的上升,半深湖—深湖范圍達(dá)到最大值,西南邊界分布于環(huán)縣—鎮(zhèn)原—長(zhǎng)武,而東北邊界可達(dá)華池—富縣—黃陵一帶,向東南方向開(kāi)口。長(zhǎng)6期,湖平面下降,東北三角洲和西南三角洲向湖盆中心推進(jìn),半深湖—深湖分布區(qū)明顯縮小。一般來(lái)說(shuō),水體愈深,沉積速率愈低,越有利烴源巖的發(fā)育,從長(zhǎng)9段到長(zhǎng)7段,湖盆中心明顯向西南方向發(fā)生遷移,遷移距離近100km。3事件積累研究3.1凝灰?guī)r的地質(zhì)特征延長(zhǎng)期,盆地南緣火山活動(dòng)強(qiáng)烈,在延長(zhǎng)組中夾有大量的薄層凝灰?guī)r,巖芯和測(cè)井上特征明顯,凝灰?guī)r多呈薄層狀、紋層狀,顏色有淺灰色、淡黃色。延長(zhǎng)組凝灰?guī)r主要出現(xiàn)在長(zhǎng)8段以上地層,從長(zhǎng)7段開(kāi)始,自下而上發(fā)育多套凝灰?guī)r。長(zhǎng)7段底部的凝灰?guī)r是盆地分布最廣泛的一套,累計(jì)厚0～2m,夾于長(zhǎng)7段底部的油頁(yè)巖中,或分布于油頁(yè)巖底部,特征明顯。該套凝灰?guī)r自西、西南向東、東北,具有減薄的趨勢(shì),查區(qū)域地質(zhì)資料可知,凝灰?guī)r在周止板房子一帶最厚,說(shuō)明晚三疊世盆地南部構(gòu)造不穩(wěn)定,火山噴發(fā)很有可能位于盆地南部的秦嶺造山帶。張文正對(duì)長(zhǎng)7段油頁(yè)巖中的薄層凝灰?guī)r進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡測(cè)定,分別為242～220Ma和220～205Ma兩組,242～220Ma這組年齡與華北和揚(yáng)子板塊的主要碰撞時(shí)代(245～220Ma)、大別山超高壓變質(zhì)時(shí)代(245～221Ma)一致;年齡較小的一組數(shù)據(jù)則與長(zhǎng)7段湖泛活動(dòng)發(fā)生的地質(zhì)時(shí)間更為接近。由此可以看出,凝灰?guī)r的出現(xiàn)與秦嶺的造山和湖泛存在時(shí)間上耦合。3.2升礦地層及積巖晚三疊世的濁積巖主要發(fā)育在長(zhǎng)7—長(zhǎng)6段中,在長(zhǎng)1段中也有報(bào)導(dǎo),但不常見(jiàn)。長(zhǎng)7期,湖平面達(dá)到最大值,盆地西南部發(fā)育辮狀河三角洲,東北部發(fā)育曲流河三角洲。由于湖盆西南緣底形較陡,辮狀河三角洲前緣沉積在重力及地震等因素誘發(fā)下發(fā)生滑塌,形成大量的滑塌濁積巖,這些滑塌濁積巖正是近年來(lái)長(zhǎng)慶油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的一個(gè)重要領(lǐng)域。而與此相對(duì)的是盆地東北部,由于湖盆底形相對(duì)平緩,濁積巖并不發(fā)育。3.3儲(chǔ)層與儲(chǔ)層野外露頭和巖芯觀察中,見(jiàn)大量的砂巖脈,砂巖脈通常規(guī)模較小,有許多分支,分支逐漸變薄成細(xì)絲的侵入體,也有人稱這種砂巖脈為砂巖侵入體、成巖脈等。研究區(qū)砂巖脈通常產(chǎn)出于大套泥巖夾薄層砂巖的地層中,呈不規(guī)則狀延伸,常切穿上覆地層的水平層理。通常情況下,飽含水的沉積物是穩(wěn)定的,但如果存在以下情況,沉積物將發(fā)生失穩(wěn)。一種是坡度較陡,沉積物沿陡坡發(fā)生滑塌;另一種情況是地震發(fā)生時(shí),沉積物在振動(dòng)條件下發(fā)生液化,引起內(nèi)部“沸騰化”,因而降低了沉積物的穩(wěn)定程度。如果上下已固結(jié)巖層因振動(dòng)破裂,就會(huì)產(chǎn)生噴砂冒水現(xiàn)象,在上覆地層中形成液化砂巖脈。通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地南部近萬(wàn)米的巖芯觀察,發(fā)現(xiàn)砂巖脈出現(xiàn)在長(zhǎng)6—8段,但長(zhǎng)73小層出現(xiàn)的頻率最高(圖6),說(shuō)明長(zhǎng)73小層沉積時(shí),研究區(qū)地震活動(dòng)最為活躍。4盆地西南緣沉積相西南緣上三疊統(tǒng)長(zhǎng)8期,前人均認(rèn)為是辮狀河三角洲或扇三角洲,因?yàn)樵诹P(pán)山西緣大斷裂附近發(fā)育有沖積扇沉積,但通過(guò)本次研究,認(rèn)為長(zhǎng)8期盆地周緣并不存在明顯的沖積扇。安深1井在長(zhǎng)7段出現(xiàn)礫巖,長(zhǎng)7段之下未見(jiàn)礫巖沉積;汭水河剖面的長(zhǎng)8段為一套中—細(xì)砂巖;普陀河剖面的長(zhǎng)8段為細(xì)砂巖;龍2井長(zhǎng)8段粒度最粗為含礫粗砂巖,而長(zhǎng)7段以上見(jiàn)大套礫巖沉積。對(duì)于崆峒山附近的礫巖,越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為可能屬于長(zhǎng)7段以上地層,如果是這樣,盆地西南緣在長(zhǎng)8期,周緣并不存在明顯的沖積扇或辮狀河沉積。以盆地長(zhǎng)8段發(fā)育的鎮(zhèn)涇三角洲為例,長(zhǎng)8段砂巖的平均粒度在汭河剖面為0.29mm,鎮(zhèn)涇—涇川地區(qū)為0.21mm,西峰地區(qū)為0.18mm,城壕—華池地區(qū)為0.14mm,該三角洲如果從汭河剖面算起,延伸近150km,粒度變化并不明顯,與常見(jiàn)的扇三角洲或辮狀河三角洲并不一致。從砂體的疊置樣式來(lái)看,長(zhǎng)8段砂巖以多期河道疊置為主,順河道方面,砂體分布極為穩(wěn)定,濁積巖及決口扇并不發(fā)育(圖3)。結(jié)合粒度的變化及構(gòu)造背景,認(rèn)為長(zhǎng)8期,湖盆底形平緩,不具備發(fā)育辮狀河三角洲的條件,應(yīng)該為曲流河三角洲。上三疊統(tǒng)長(zhǎng)7期,盆地西南緣地區(qū),如崆峒山、策底坡、安深1井、龍2井等地區(qū)出現(xiàn)礫巖沉積。長(zhǎng)7段底部發(fā)育一套非常穩(wěn)定的凝灰?guī)r,且見(jiàn)大量與地震活動(dòng)有關(guān)的砂巖脈,均說(shuō)明秦嶺西端的造山運(yùn)動(dòng)在此時(shí)表現(xiàn)非常強(qiáng)烈。長(zhǎng)73期,深湖—半深湖區(qū)迅速向湖盆西南方向遷移,越過(guò)鎮(zhèn)原、涇川地區(qū)達(dá)到?jīng)I水河、普陀河以西,長(zhǎng)72—長(zhǎng)71沉積期,深湖—半深湖區(qū)略有收縮,基本維持在環(huán)縣—鎮(zhèn)原—長(zhǎng)武一帶。整個(gè)長(zhǎng)7期,西南緣三角洲分布極為有限,基本限制在汭水河到鎮(zhèn)原—涇川一帶,而鎮(zhèn)原—涇川以東主要為濁積巖,大量濁積巖的發(fā)育說(shuō)明此時(shí)西南緣的湖盆底形較長(zhǎng)8期明顯變陡;而湖盆的東北部,三角洲平原和三角洲前緣發(fā)育,深湖區(qū)濁積巖并不發(fā)育。以上現(xiàn)象說(shuō)明從長(zhǎng)7段開(kāi)始,湖盆的底形由平緩的對(duì)稱型變?yōu)闁|北緩西南陡的不對(duì)稱型,由于湖盆底形的變化,湖盆西南部的曲流河三角洲也過(guò)渡為辮狀河三角洲,這也反過(guò)來(lái)說(shuō)明盆地西南緣的崆峒山礫巖很有可能就是長(zhǎng)7段以上地層。上三疊統(tǒng)長(zhǎng)6期,盆地西南緣的礫巖更加發(fā)育,隨著湖平面的下降,三角洲迅速向湖盆中心推進(jìn),從長(zhǎng)63—長(zhǎng)61,岸線和深湖—半深湖不斷向湖盆中心遷移。河口壩和濁積巖發(fā)育,但分布極不穩(wěn)定,說(shuō)明此時(shí)湖盆西南緣的底形仍較陡,三角洲延伸不遠(yuǎn)(圖3),而坡度較陡使三角洲前緣砂體在不穩(wěn)定誘發(fā)因素下極易發(fā)生滑塌形成濁積巖砂體,地震資料也證實(shí)長(zhǎng)6期湖盆底形北緩南陡。綜上所述,長(zhǎng)8期,湖盆東北部和西南部三角洲均非常發(fā)育,深湖—半深湖區(qū)分布面積小,湖盆為近對(duì)稱型,東北部和西南部均發(fā)育曲流河三角洲。長(zhǎng)7期,受秦嶺造山運(yùn)動(dòng)的影響,西南緣物源區(qū)發(fā)生大規(guī)模的隆升,湖盆中心快速向西南方向遷移,形成東北緩西南陡的不對(duì)稱型湖盆底形,強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)使盆地西南緣發(fā)育粗碎屑物質(zhì)和大量的砂巖脈,由于西南緣湖盆底形較陡,發(fā)育辮狀河三角洲,三角洲前緣沉積物易受不穩(wěn)定因素的誘發(fā)而引成滑塌濁積巖,而盆地東北部仍為曲流河三角洲。盆地西南緣沉積環(huán)境從曲流河三角洲向辮狀河三角洲的轉(zhuǎn)變正是秦嶺造山的響應(yīng);長(zhǎng)6期,隨著湖平面的下降,三角洲以進(jìn)積的形式向前推進(jìn),由于西南緣湖盆底形較陡,發(fā)育典型的辮狀河三角洲,三角洲延伸距離近,陡的湖盆底形使?jié)岱e巖較為發(fā)育。湖盆中心向西南緣的遷移,沉積環(huán)境從曲流河三角洲向辮狀河三角洲的轉(zhuǎn)變,正是揚(yáng)子板塊與華北板塊剪刀狀拼合、秦嶺造山的直接產(chǎn)物,也反映出長(zhǎng)7期為一分水嶺。長(zhǎng)7期前,構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定,盆地西南緣可能處于克拉通沉積;而長(zhǎng)7期后,秦嶺造山,盆地西南緣卷入前陸盆地沉積階段。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),三角洲前緣朵葉體由于地震作用引起的震動(dòng)可以將朵葉體斷開(kāi),如果陡度較陡,被斷開(kāi)的前緣沉積物在重力的作用下整體滑動(dòng),在三角洲前緣形成滑塌濁積體。所以,對(duì)于濁積巖的勘探,應(yīng)該重視長(zhǎng)7—長(zhǎng)6段位于西南部三角洲前緣的華池—慶城—正寧一帶,這些區(qū)域位于辮狀河三角洲前緣外側(cè),在坡度陡的條件,非常容易形成濁積巖。從上面的分析可知,研究區(qū)濁積巖的形成受三角洲前緣的控制,從西部的汭水河到東部的華池,濁積巖分布層位由長(zhǎng)73上升到長(zhǎng)71,甚至達(dá)到長(zhǎng)6,越靠近湖盆中心,濁積巖的發(fā)育層位越上?？紤]到良好的生儲(chǔ)蓋組合,這些濁積巖