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鄂爾多斯盆地中東部本溪組砂體成因類型及發(fā)育模式

2023-04-29 00:00:00王集王峰戚林河王斌趙劍吳靜儀肖云宵徐明慧黎乾
沉積學(xué)報(bào) 2023年5期

摘 要 鄂爾多斯盆地中東部本溪組蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源,具有較好勘探開(kāi)發(fā)潛力,但沉積環(huán)境復(fù)雜,砂體橫向變化快、氣藏連續(xù)性差,成因不明確,探討這一時(shí)期內(nèi)的砂體成因類型及發(fā)育模式對(duì)于該地區(qū)油氣勘探及古地理重建提供有益的參考和借鑒。在野外露頭和巖心觀察的基礎(chǔ)上,結(jié)合巖石薄片、粒度分析以及測(cè)井資料分析,系統(tǒng)開(kāi)展了本溪組巖相及巖相組合特征研究,討論本溪組砂體成因類型,揭示砂體展布規(guī)律與沉積演化過(guò)程,建立了本溪組的沉積模式。鄂爾多斯盆地中東部本溪組沉積期發(fā)育12種巖相類型。砂體成因類型主要為水下分流河道、潮道、潮坪(砂坪—混合坪)、潮汐砂壩、障壁砂壩、潮汐風(fēng)暴—陸棚6種。其中,湖田段沉積期,華北板塊南北兩端處于小陸塊初始碰撞拼接階段,物源供給弱,不發(fā)育砂體;畔溝段沉積期,海平面快速上升,研究區(qū)東部地區(qū)被海水覆蓋,南北物源體系進(jìn)入盆地后,受到以大潮差背景為主的潮汐作用改造,砂體類型主要為潮汐砂壩砂體,同時(shí)發(fā)育小規(guī)模的水下分流河道砂體、潮道砂體和潮坪(砂坪—混合坪)砂體;晉祠段沉積期,南、北兩個(gè)方向的造山作用增強(qiáng),其中研究區(qū)北部物源供給充足,發(fā)育三角洲體系,三角洲砂體往盆內(nèi)不斷進(jìn)積,發(fā)育規(guī)模較大,但受到以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,以水下分流河道砂體為主,中南部受到以大潮差背景為主的潮汐作用改造,主要發(fā)育潮汐砂壩砂體,西部臨近中央古隆起水體相對(duì)較淺,受到了以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,發(fā)育障壁砂壩砂體、潮道砂體和潮坪(砂坪—混合坪)砂體。

關(guān)鍵詞 砂體成因;發(fā)育模式;巖相類型;本溪組;鄂爾多斯盆地

第一作者簡(jiǎn)介 王集,男,1997年出生,碩士研究生,地質(zhì)工程,E-mail: wangjicdut@163.com

通信作者 王峰,男,副教授,沉積學(xué)及儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué),E-mail: wangfeng07@cdut.cn

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

鄂爾多斯盆地發(fā)育于穩(wěn)定克拉通盆地上部,為多旋回疊合盆地[1?2]。鄂爾多斯盆地中東部上古生界分布廣泛,沉積厚度變化大,發(fā)育厚度穩(wěn)定的烴源巖[3?8],石英砂巖儲(chǔ)層物性好、單井天然氣測(cè)試取得了良好的效果,顯示出良好的勘探潛力[9?12]。鄂爾多斯盆地中東部上石炭統(tǒng)本溪組不但是該盆地重要的產(chǎn)氣層,也是在早古生代加里東運(yùn)動(dòng)之后形成的第一套沉積地層。因此近幾年,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)研究區(qū)本溪組的沉積特征進(jìn)行了大量的研究和討論。但受沉積模式認(rèn)識(shí)差異的影響,對(duì)該地區(qū)砂體成因類型的研究還存在不同的認(rèn)識(shí)。其中,部分學(xué)者認(rèn)為研究區(qū)本溪組是在開(kāi)闊陸表海背景下形成的潮控海灣—三角洲環(huán)境[13];也有學(xué)者認(rèn)為研究區(qū)本溪組是在障壁島—潟湖海岸沉積環(huán)境下形成的[14?19];少數(shù)學(xué)者提出,研究區(qū)本溪組發(fā)育于潮汐與河流共同作用下的潮汐砂壩—三角洲復(fù)合沉積環(huán)境,砂體的發(fā)育和分布同時(shí)受控于潮汐和河流的改造作用[20?21]。盆地中東部本溪組砂體具有橫向變化快、氣藏連續(xù)性差的特點(diǎn),而砂體成因類型研究可以詳細(xì)地描述本溪組砂體橫向變化特征,為本溪組油氣藏勘探提供新的研究思路。但目前對(duì)于盆地中東部本溪組砂體成因類型缺乏系統(tǒng)的研究,導(dǎo)致砂體成因類型及特征不明確,這嚴(yán)重制約了本溪組油氣資源的勘探與開(kāi)發(fā)。

本文基于研究區(qū)柳林成家莊、興縣關(guān)家崖等6條野外露頭剖面的勘察研究,以及對(duì)雙74井、麒20井等19口井位巖心觀察基礎(chǔ)上,結(jié)合65件巖石薄片和60件粒度分析以及大量測(cè)井資料分析,系統(tǒng)開(kāi)展了本溪組巖相及巖相組合特征研究,討論本溪組砂體成因類型、砂體展布規(guī)律及沉積演化過(guò)程,以期為鄂爾多斯盆地中東部油氣遠(yuǎn)景勘探及古地理重建提供有益的參考和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地為我國(guó)第二大沉積盆地[22?24],面積約30萬(wàn)平方千米,處于35°00′~40°30′ N,106°20′~110°30′ E,整體呈現(xiàn)北高南低的不對(duì)稱矩形狀,沉積厚度5 000~10 000 m。盆地內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,可劃分6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[25?26],研究區(qū)位于盆地中東部,北部達(dá)府谷,南部至安塞—延長(zhǎng)地區(qū),西至吳起,東部以府谷—柳林一帶為界,橫跨伊陜斜坡及晉西撓褶帶[27?28](圖1a)。

早古生代由于受到加里東運(yùn)動(dòng)的影響,華北板塊整體抬升,盆地接受風(fēng)化剝蝕。晚古生代,盆地整體沉降接受沉積,其中晚石炭世,海水進(jìn)入盆地內(nèi)部,于晚石炭世本溪組時(shí)期在盆地中東部形成海侵背景下的海陸過(guò)渡相沉積[15,29?34](圖1b)。本溪組地層主要以鋁土質(zhì)鐵質(zhì)巖為底界,頂部為8#煤層[32],地層產(chǎn)狀較平緩,厚度由西南向東北逐漸增大,介于10~110 m。按照巖性差異可將本溪組劃分為3個(gè)亞段,依次分別為:湖田段、畔溝段和晉祠段[35]。湖田段主要發(fā)育含鐵鋁巖層的泥巖、頁(yè)巖,多呈紫色。該段鐵鋁巖,是經(jīng)歷了數(shù)次沉積與侵蝕后形成,與下伏馬家溝組灰?guī)r地層呈平行不整合接觸,為研究區(qū)內(nèi)最顯著的巖性標(biāo)志層[36],該時(shí)期地層厚度薄,連續(xù)性差,呈零星狀,最大厚度僅為12 m左右,受到西部中央古隆起的控制,鐵鋁巖層主要沿馬家溝組古溝槽分布(圖1b)。畔溝段主要由砂巖、頁(yè)巖、粉砂巖以及煤層、灰?guī)r組成,層內(nèi)可見(jiàn)海、陸生動(dòng)植物化石,指示其形成于海陸交互環(huán)境,頂部發(fā)育少量薄層煤,中部發(fā)育的灰?guī)r多以單層或多層或透鏡狀出現(xiàn)在砂頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖或煤層中,該時(shí)期地層海平面快速上升,東部被海水覆蓋,對(duì)馬家溝古溝槽填平補(bǔ)齊,形成了本溪組首個(gè)主力砂巖層,沉降中心為延安—安塞一帶以及榆林—神木一帶,地層最大厚度超過(guò)40 m(圖1a,b)。晉祠段底部發(fā)育一套厚度較大的砂巖,將其稱為“晉祠砂巖”[31],主要巖性為灰白、灰綠及灰褐色石英砂巖,含有凝灰質(zhì)(砂巖)火山物質(zhì),在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育;中部發(fā)育深灰色灰?guī)r,將其命名為“吳家峪灰?guī)r”,層內(nèi)可見(jiàn)透鏡狀層理、脈狀層理等沉積構(gòu)造,含有大量蜓類等海相動(dòng)物化石[36];上部發(fā)育下煤組,其中8號(hào)煤層在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育較為廣泛,但煤層質(zhì)量較差,該時(shí)期地層總體呈現(xiàn)西薄東厚的特征,相比于畔溝段沉積范圍擴(kuò)大,沉降中心為神木—子洲一帶,最大厚度超過(guò)40 m(圖1a,b)。

2 巖相類型及巖相組合

2.1 巖相特征

巖相通常是指在某種水動(dòng)力條件下形成的巖性和沉積構(gòu)造組合[37],可以根據(jù)巖相特征來(lái)判斷沉積物的搬運(yùn)方式,并對(duì)該時(shí)期的水動(dòng)力條件以及沉積作用機(jī)理等進(jìn)行分析[38],是砂體成因研究的重要部分。通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地中東部本溪組野外剖面觀測(cè)、巖心觀察,在研究區(qū)內(nèi)共識(shí)別出以下12種巖相類型(表1、圖2)。

2.2 巖相組合特征

巖相組合是指不同巖相的垂向組合,反映的是某種特定的水動(dòng)力條件連續(xù)變化的狀態(tài)及過(guò)程,是判別沉積環(huán)境的重要手段[39]。按照巖相在剖面上的共生關(guān)系,本文以12種巖相類型和每種巖相所代表的環(huán)境意義將研究區(qū)巖相劃分為6種巖相組合。

2.2.1 FA1:Gm?St?Sp

巖相組合FA1,以正粒序?yàn)橹鳎ǔ5撞烤邲_刷面,沖刷面之上廣泛發(fā)育塊狀礫巖相(Gm),其中礫石呈高度磨圓,疊瓦狀排列,且具有定向性,其上被槽狀交錯(cuò)層理砂巖相(St)、板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp)覆蓋,砂體間見(jiàn)灰黑色泥巖,該巖相組合反映了潮控三角洲前緣水下分流河道的沉積特征。

2.2.2 FA2:Gp?St/Sp?Sf?M

巖相組合FA2,具有正粒序結(jié)構(gòu),底部多見(jiàn)不規(guī)則沖刷面,沖刷面之上發(fā)育板狀交錯(cuò)層理礫巖相(Gp),中部發(fā)育紋層向下收斂的槽狀交錯(cuò)層理砂巖相(St)或者板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp),上部發(fā)育雙向的羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)以及泥巖相(M),該巖相組合反映了潮道沉積特征。

2.2.3 FA3:Sp?Fd?Sf?Sl

巖相組合FA3,巖性多為灰白色中—細(xì)粒石英砂巖,其頂?shù)捉佑|面相對(duì)平整,底部發(fā)育板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp)和變形層理粉砂巖相(Fd),上部發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)和沖洗交錯(cuò)層理砂巖相(Sl)。在砂巖中可見(jiàn)潮汐流作用形成的泥質(zhì)披蓋層和泥礫碎片,泥礫沿著層系分布,該巖相組合反映了潮汐砂壩沉積特征。

2.2.4 FA4:Sp?Sf?Fc?C

巖相組合FA4,正粒序,整體以深灰色粉—細(xì)砂巖為主,單層砂體厚度較薄。在下部發(fā)育板狀交錯(cuò)層理細(xì)砂巖相(Sp)和羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf),而在上部常出現(xiàn)脈狀層理粉細(xì)砂巖相(Fcf)、波狀層理粉細(xì)砂巖相(Fcw)、透鏡狀層理泥質(zhì)粉砂巖相(Fcl)的變化規(guī)律,部分可見(jiàn)薄煤層(C),該巖相組合反映了潮坪(砂坪—混合坪)沉積特征。

2.2.5 FA5:M?Lm?Fr/Sf?Sl?Sf

巖相組合FA5,整體上具有向上變粗的趨勢(shì),沉積序列底部為泥巖相(M)以及局部可見(jiàn)塊狀層理泥灰?guī)r相(Lm)向上過(guò)渡為沙紋交錯(cuò)層理粉砂巖相(Fr)或者羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf),上部可見(jiàn)沖洗交錯(cuò)層理砂巖相(Sl)和羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)。頂部可見(jiàn)細(xì)礫巖沉積,礫石顆粒的直徑為1~2 cm,分選磨圓較好,為高能波浪環(huán)境所形成,該巖相組合反映了障壁砂壩沉積特征。

2.2.6 FA6:Sf?Fc

巖相組合FA6,砂體以中—細(xì)砂巖為主,由于風(fēng)暴的強(qiáng)烈影響,部分泥巖礫被卷起,呈紊亂狀分布,發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)和潮汐層理砂巖相(Fc),該巖相組合反映了潮汐風(fēng)暴—陸棚沉積特征。

3 砂體成因類型及特征

根據(jù)野外剖面及巖心中識(shí)別出的巖相及巖相組合特征,同時(shí)結(jié)合巖石薄片、粒度分析以及測(cè)井資料分析,在研究區(qū)內(nèi)識(shí)別出水下分流河道砂體、潮道砂體、潮坪(砂坪—混合坪)砂體、潮汐砂壩砂體、障壁砂壩砂體、潮汐風(fēng)暴—陸棚砂體6種砂體類型。

3.1 水下分流河道砂體

該類砂體主要發(fā)育于潮控三角洲前緣,是分流河道延伸到水下部分[40],主要受到河流作用影響、潮汐作用影響有限,在研究區(qū)北部神21井一帶晉祠段中具有典型的特征。砂體以中—粗粒砂巖為主,厚5~15 m,多發(fā)育槽狀、板狀等交錯(cuò)層理(圖3a,b,d~f),由于受到潮汐作用,局部可見(jiàn)潮汐層理(圖3c,g)。垂向上整體呈現(xiàn)正粒序結(jié)構(gòu),向上沉積構(gòu)造發(fā)育規(guī)模減小,底部多見(jiàn)沖刷面,礫石以疊瓦狀定向排列,指示單向水流特征。碎屑組分以石英、巖屑為主,分選性較好,磨圓為次棱角—次圓狀(圖4a),粒度概率累積曲線顯示跳躍總體占比大,斜率值較高,說(shuō)明水流能量中等—相對(duì)較強(qiáng)的特點(diǎn)(圖5a)。與巖相組合FA1相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:塊狀層理礫巖相(Gm)—槽狀交錯(cuò)層理砂巖相(St)—板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp)(圖3h)。

3.2 潮道砂體

該類砂體主要發(fā)育于河口灣和潮下帶,是潮汐作用向陸方向的延伸,屬于高能水動(dòng)力環(huán)境[19],在研究區(qū)北部雙74井一帶畔溝段中具有典型的特征。下部以含礫粗砂巖為主(圖6d,f),具有沖刷面及泥礫,泥礫多呈定向排列,與層理面平行,指示水流方向,多見(jiàn)泥披層(圖6a)。由于潮汐水道水流能量較強(qiáng),砂體內(nèi)部發(fā)育多種交錯(cuò)層理,如槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理等(圖6b,c,e,g),其中羽狀交錯(cuò)層理作為雙向水流標(biāo)志層理指示存在潮汐雙向水流作用,該類砂體厚2~5 m。整體呈現(xiàn)正粒序結(jié)構(gòu),多發(fā)育泥巖。碎屑組分以石英、巖屑為主,分選性較差,磨圓為次棱角狀(圖4b),粒度概率累積曲線顯示跳躍總體所占比例大,粒度偏粗,斜率值較高,懸浮總體次之,說(shuō)明潮道水流能量強(qiáng)(圖5b)。與巖相組合FA2相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:板狀交錯(cuò)層理礫巖相(Gp)—槽狀/板狀交錯(cuò)層理砂巖相(St/Sp)—羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)—泥巖相(M)。多期潮汐水道可在垂向上疊加,進(jìn)而形成巖相序列的疊加,如常見(jiàn)序列Gm-St/Sp-Sf-M-St/Sp-Sf-M 的疊加樣式(圖6h)。

3.3 潮汐砂壩砂體

該類砂體主要發(fā)育于潮下帶,為高能水動(dòng)力環(huán)境,主要受到潮汐作用影響[41],在研究區(qū)中部麒20井一帶晉祠段中具有典型的特征。砂體以中砂巖為主,厚5~20 m,泥披層較發(fā)育(圖7d),多見(jiàn)板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理、沖洗交錯(cuò)層理及變形層理等(圖7b,c,e,g),其中,研究區(qū)內(nèi)雙向交錯(cuò)層理的廣泛發(fā)育表明潮汐雙向水流的存在及主導(dǎo)作用。頂部可見(jiàn)泥礫,部分被風(fēng)暴改造后呈撕裂狀,反映出潮汐能量的增強(qiáng),整體顯示出向上厚度變厚,水動(dòng)力增強(qiáng)的潮汐沉積特征(圖7a,f)。一般來(lái)說(shuō),在垂向上呈粒度變粗的反粒序結(jié)構(gòu),有時(shí)也為均質(zhì)或不發(fā)育粒序?qū)覽42]。碎屑組分以石英為主,分選性較好,磨圓為次圓狀(圖4c),粒度概率累積曲線顯示跳躍總體占比最大,斜率較高(圖5c)。與巖相組合FA3相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp)—變形層理粉—細(xì)砂巖相(Fd)—羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)—沖洗交錯(cuò)層理砂巖相(Sl)(圖7h)。

3.4 潮坪(砂坪—混合坪)砂體

該類砂體包括砂坪及混合坪砂體,主要發(fā)育于潮間帶,潮汐水體能量相對(duì)較高,主要受到潮汐作用影響,在研究區(qū)中部陜365井一帶晉祠段中具有典型的特征。下部多為砂坪砂體,以中—細(xì)砂巖為主,發(fā)育板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理等(圖8e,f),雙向交錯(cuò)層理的出現(xiàn)指示潮汐雙向水流作用,在砂巖中也可見(jiàn)潮汐流作用形成的泥質(zhì)披蓋層和泥礫碎片,部分泥礫碎片在風(fēng)暴攪動(dòng)后呈撕裂狀(圖8d,g)。向上過(guò)渡為混合坪砂體,粒度變細(xì),以細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖為主,夾薄層泥巖,形成典型的潮汐韻律,是在漲退潮期與停潮期接替出現(xiàn)背景下而形成,因砂泥供應(yīng)量的不同而發(fā)育不同類型潮汐層理,包括脈狀層理、波狀復(fù)合層理、透鏡狀層理(圖8a~c)。該類砂體厚2~20 m,垂向上整體呈現(xiàn)正粒序結(jié)構(gòu)。碎屑組分以巖屑、雜基為主,分選性中等,磨圓為次棱狀(圖4d),粒度概率累積曲線跳躍總體占比大,斜率較高,懸浮總體占比少,斜率較低(圖5d)。與巖相組合FA4相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:板狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sp)—羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)—脈狀層理粉細(xì)砂巖相(Fcf)—波狀復(fù)合層理粉細(xì)砂巖相(Fcw)—透鏡狀層理泥質(zhì)粉砂巖相(Fcl)—煤層(C)(圖8h)。

3.5 障壁砂壩砂體

該類砂體發(fā)育在潟湖與廣海之間,主要受到海洋波浪作用[43],在研究區(qū)南部陜438井一帶畔溝段中具有典型的特征。下部發(fā)育泥巖(圖9f),且局部可見(jiàn)塊狀層理泥灰?guī)r,其上以粉砂巖為主,發(fā)育沙紋層理(圖9e),向上粒度變粗,以中—細(xì)砂巖為主,發(fā)育沖洗交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理等(圖9c,g),頂部可見(jiàn)大量礫石(圖9b),該類砂體厚2~5 m,且砂體表現(xiàn)出顆粒分選性好和磨圓度好的特點(diǎn)(圖9a,d),反映受長(zhǎng)期的沖刷和淘洗作用,整體呈現(xiàn)逆粒序結(jié)構(gòu),且野外可見(jiàn)波痕,反映水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)的波浪作用環(huán)境。碎屑組分以石英為主,分選性較好,磨圓為次圓狀(圖4e),粒度概率累積曲線顯示跳躍總體占比大,斜率較高(圖5e)。與巖相組合FA5相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:泥巖相(M)—塊狀層理泥灰?guī)r相(Lm)—沙紋層理粉砂巖相(Fr)—沖洗/羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sl/Sf)(圖9h)。

3.6 潮汐風(fēng)暴—陸棚砂體

該類砂體發(fā)育于陸棚,主要受到海洋作用以及潮汐影響,在研究區(qū)南部米103井一帶晉祠段中具有典型的特征。砂體以中—細(xì)砂巖為主,厚5~15 m,砂巖中發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理、潮汐層理,以及由正常潮汐作用繼續(xù)改造形成風(fēng)暴沉積的典型標(biāo)志丘狀交錯(cuò)層理(圖10d),礫巖多為石英礫巖,磨圓好,分選差,形成扇狀、倒小字型或雜亂排列構(gòu)造(圖10a,b),由于風(fēng)暴的強(qiáng)烈影響,部分泥巖礫被卷起,呈紊亂狀分布(圖10c)。碎屑組分以石英為主,分選性較差,磨圓一般(圖4f),粒度概率累積曲線為三段式,斜率較小(圖5f)。與巖相組合FA6相對(duì)應(yīng),典型的巖相組合序列為:羽狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sf)—潮汐層理砂巖相(Fc)(圖10e)。

4 砂體展布及發(fā)育特征

4.1 砂體橫向展布及發(fā)育特征

基于研究區(qū)內(nèi)本溪組砂體的整體展布情況,優(yōu)選了一條近東西方向(橫向)與一條近南北方向(縱向)的剖面來(lái)對(duì)砂體展布規(guī)律進(jìn)行分析。

由東西向砂體剖面對(duì)比圖(圖11)可以看出,整體地層具有西薄東厚的特征,東側(cè)砂體主要發(fā)育于晉祠段,中、西部則以畔溝段為主。西部蘇41井地層厚度最小,且無(wú)砂體發(fā)育,中東部米35井處砂體沉積厚度最大,約為20 m,東部砂體發(fā)育程度優(yōu)于西部。砂體橫向連通性一般,主要為潮控三角洲前緣水下分流河道砂體,砂體呈“頂平底凸”形態(tài),單砂體厚4~6 m,寬1.5~3.2 km,長(zhǎng)4.8~9 km,由于河道改道常形成多期砂體疊置發(fā)育,沉積厚度較大,但砂體延伸距離較短。砂體在垂向上具有向東遷移的特征。

由南北向砂體剖面對(duì)比圖(圖11)可以看出,研究區(qū)整體地層具有北厚南薄的特征,砂體主要發(fā)育于晉祠段,中部雙70井、米46井、米73井區(qū)域發(fā)育程度較好,雙70井處地層厚度最大,指示沉積中心,砂體大量發(fā)育,單個(gè)砂體厚度可達(dá)10 m,砂體間夾有薄層泥巖,主要為潮控三角洲前緣水下分流河道砂體,單砂體厚3~5 m,寬2~6 km,長(zhǎng)6~12 km。南部砂體厚度相對(duì)較薄,且連通性較差、延伸距離短,表明受到潮汐作用明顯。砂體在垂向上具有從南北兩側(cè)共同向中部沉積中心遷移的特征。

4.2 砂體平面分布特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)野外剖面進(jìn)行觀察,結(jié)合大量鉆井巖心的粒度分析、巖石薄片分析,以及大量的測(cè)井資料解釋結(jié)果,分別統(tǒng)計(jì)湖田段、畔溝段和晉祠段砂體厚度。基于大量鉆井厚度數(shù)據(jù),以及鉆井間的砂體對(duì)比,繪制鄂爾多斯盆地中東部本溪組不同沉積時(shí)期砂體平面展布圖。

其中,湖田段沉積期,研究區(qū)在區(qū)域拉張的構(gòu)造背景條件下,沉積基底沉降并開(kāi)始接受沉積充填,該時(shí)期華北板塊南北兩端處于小陸塊初始碰撞拼接階段,造山作用弱[29?32],物源供給不強(qiáng),表現(xiàn)為不發(fā)育砂體沉積,主要發(fā)育鐵鋁質(zhì)層。

畔溝段沉積期,北部古亞洲洋構(gòu)造域中的白乃廟等小板塊與華北板塊發(fā)生碰撞,形成小型造山帶,為研究區(qū)北部提供物源,發(fā)育了小型三角洲體系[44?46];而研究區(qū)南部受南北秦嶺與華北板塊的共同造山作用,形成了南部物源區(qū),也發(fā)育了小型三角洲體系[29?32]。但該時(shí)期由于海侵作用,海平面快速上升,研究區(qū)東部地區(qū)被海水覆蓋,南北物源體系進(jìn)入盆地后,在潮汐作用的強(qiáng)烈改造下,原有三角洲被破壞,其形態(tài)發(fā)生改變,砂體呈孤立補(bǔ)丁狀分布,空間連通性較差[20],其延伸方向呈現(xiàn)出較顯著的特點(diǎn),大多數(shù)均與岸線斜交或垂直,多呈北東—南西和北西—南東向展布,其與潮汐水流方向有關(guān),厚2~10 m。砂體類型主要為潮汐砂壩砂體,該時(shí)期以潮汐作用為主導(dǎo),河流作用受限(圖12)。

晉祠段沉積期,經(jīng)歷造山作用減弱后,南、北兩個(gè)方向的造山作用再次增強(qiáng),為本溪期物質(zhì)來(lái)源最豐富的時(shí)期[47?48],其中研究區(qū)北部再次發(fā)育三角洲體系。此時(shí)盡管海平面仍在持續(xù)升高,但可容納空間增長(zhǎng)速率顯著低于物源供給速率,北部三角洲往盆內(nèi)不斷進(jìn)積,三角洲沉積體系較畔溝段沉積范圍擴(kuò)大,形成了晉祠砂體[29?32],該砂體發(fā)育規(guī)模較大,也受到了潮汐作用的改造,但其連通性較好,呈南北向的條帶狀交織在一起。南部潮汐作用較強(qiáng),對(duì)砂體的改造程度較大,將其切割成孤島狀的砂壩形式,連通性較差[20],砂體展布整體具有沿南—北向特征,表明該時(shí)期潮汐水流在以南到北之間流動(dòng),北部受到潮汐作用影響相對(duì)南部較小,很大程度上保留了三角洲形態(tài)(圖13)。

4.3 沉積模式

根據(jù)本溪組砂體成因類型、形態(tài)及砂體展布特征,結(jié)合沉積環(huán)境分析,建立潮控三角洲—潮坪及障壁島復(fù)合沉積體系模式。眾所周知,海岸帶的潮汐作用,可以應(yīng)用潮差進(jìn)行約束,潮差為相鄰高潮潮高與低潮潮高的差,根據(jù)潮差規(guī)模可分為小潮差(lt;2 m)、中潮差(2~4 m)和大潮差(gt;4 m)三種類型[49?50]。障壁島—潟湖體系的形成是以小潮差為背景,具有與岸線近于平行的障壁砂壩。大潮差背景下,海岸為潮控環(huán)境,砂壩受潮流作用的控制,其走向與潮流方向一致。中潮差背景介于兩者之間,潮汐對(duì)砂體有一定的切割作用,但仍然能看出原始的形貌[20,32]。研究區(qū)北部砂體發(fā)育規(guī)模較大,但受到了以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,主要發(fā)育潮控三角洲前緣沉積,以水下分流河道砂體為主,巖性多為中—粗砂巖,底部可見(jiàn)大量礫石,分選、磨圓度較好,雜基含量較低,多發(fā)育槽狀、板狀等交錯(cuò)層理,由于受到潮汐作用,局部可見(jiàn)潮汐層理發(fā)育。單砂體橫剖面呈“頂平底凸”形態(tài),平面上呈條帶狀或連片狀展布。中南部受到以大潮差背景為主的潮汐作用改造,主要發(fā)育潮汐砂壩砂體,粒度主要為粗砂巖,部分含礫,砂壩側(cè)翼多為中—細(xì)砂巖,多見(jiàn)板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理及沖洗交錯(cuò)層理等。單砂體在橫剖面上呈“底平頂凸”形態(tài)。西部臨近中央古隆起水體相對(duì)較淺,受到了以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,在水下古隆起之上發(fā)育障壁砂壩砂體,多以孤島狀的砂壩形式分布(圖14)。結(jié)合前人的研究成果及本次的分析結(jié)果,認(rèn)為最有利砂體區(qū)處于研究區(qū)北部榆林—子洲一帶,該帶砂體受潮汐改造較強(qiáng),成熟度高,砂體厚度較大,成藏條件最好;南側(cè)靖邊—子長(zhǎng)地區(qū)略差,為次級(jí)有利區(qū)。該模式的建立對(duì)鄂爾多斯盆地中東部本溪組的砂體類型精細(xì)解剖,具有重要的地質(zhì)理論指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

(1) 研究認(rèn)為鄂爾多斯盆地中東部本溪組共發(fā)育12種巖相類型,研究區(qū)內(nèi)可識(shí)別出6種巖相組合,對(duì)應(yīng)水下分流河道、潮道、潮坪(砂坪—混合坪)、潮汐砂壩、障壁砂壩、潮汐風(fēng)暴—陸棚6類成因類型。

(2) 湖田段沉積期,華北板塊南北兩端處于小陸塊初始碰撞拼接階段,造山作用弱,物源供給不強(qiáng),表現(xiàn)為不發(fā)育砂體;畔溝段沉積期海平面快速上升,研究區(qū)東部地區(qū)被海水覆蓋,南北物源體系進(jìn)入盆地后,主要受到以大潮差為背景的潮汐作用改造,砂體類型主要為潮汐砂壩砂體,同時(shí)發(fā)育小規(guī)模的水下分流河道砂體、潮道砂體和潮坪(砂坪—混合坪)砂體;晉祠段沉積期,南、北兩個(gè)方向的造山作用增強(qiáng),為本溪期物質(zhì)來(lái)源最豐富時(shí)期,其中研究區(qū)北部物源供給充足,發(fā)育三角洲體系,此時(shí)海平面雖然持續(xù)上升但是可容納空間增長(zhǎng)速率顯著低于物源供給速率,北部三角洲往盆內(nèi)不斷進(jìn)積,使得砂體發(fā)育規(guī)模較大,但受到以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,主要為水下分流河道砂體,中南部受到以大潮差背景為主的潮汐作用改造,主要發(fā)育潮汐砂壩砂體,西部臨近中央古隆起水體相對(duì)較淺,受到了以中小潮差背景為主的潮汐作用改造,發(fā)育障壁砂壩砂體、潮道砂體和潮坪(砂坪—混合坪)砂體。

致謝 感謝成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院田景春教授在學(xué)習(xí)和生活中的指導(dǎo)與鼓勵(lì),感謝成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院余威博士、王志偉博士對(duì)本文提出的建議和幫助。感謝三位審稿專家提出的意見(jiàn)和建議以及編輯部老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的審校,使文章質(zhì)量得到顯著提升。

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