葛毓柱，鐘建華，曲俊利，孫寧亮，王桂林

(中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

深水沉積具有重要的研究價值和經(jīng)濟(jì)價值，越來越受到沉積學(xué)家和石油學(xué)家的關(guān)注。關(guān)于深水沉積的研究工作始自19世紀(jì)70年代，主要研究成果表現(xiàn)為:鮑馬序列的建立及基于鮑馬序列的多個深水沉積扇模式。但是隨著深水沉積研究的進(jìn)一步發(fā)展，深水沉積的成因變得多元化，一些沉積學(xué)家對經(jīng)典的深水鮑馬序列及深水扇模式提出了質(zhì)疑和否定，以Shanmugam.G為代表的沉積學(xué)家提出了砂質(zhì)碎屑流的新認(rèn)識，用以解釋深水區(qū)發(fā)育的砂體沉積［1-2］。上三疊統(tǒng)延長組沉積期，鄂爾多斯盆地南部發(fā)育三角洲-半深湖、深湖沉積，形成了延長組主要烴源巖，而且鄂爾多斯盆地深水砂體發(fā)育，為油氣聚集和成藏提供了有利條件。鄂爾多斯盆地深水砂體的認(rèn)識和研究，有效地指導(dǎo)了西峰、鎮(zhèn)原、姬塬及華慶等油田的發(fā)現(xiàn)。但前人針對深水砂體的研究多集中在濁積巖方面［3-6］，近年來研究認(rèn)為，深水砂體為砂質(zhì)碎屑流沉積產(chǎn)物，李相博、鄒才能、陳飛等［2，7-10］先后對鄂爾多斯盆地砂質(zhì)碎屑流的沉積特征、沉積模式、油氣意義等進(jìn)行了研究。綜合前人研究成果和旬邑地區(qū)巖心觀察，本文認(rèn)為研究區(qū)長8-長6油層組沉積巖中明顯發(fā)育有砂質(zhì)碎屑流沉積，并且認(rèn)為系風(fēng)暴成因?qū)е?，這對研究區(qū)長8-長6油層組的重力流沉積認(rèn)識和油氣勘查具有參考價值。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個多構(gòu)造體系、多旋回演化、多沉積類型的大型盆地［11］，根據(jù)盆地的地質(zhì)演化史及中生界地質(zhì)構(gòu)造特征，可劃分為伊盟隆起區(qū)、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西褶曲帶、天環(huán)坳陷和西緣逆沖帶6個構(gòu)造單元。鄂爾多斯盆地在上三疊統(tǒng)延長組時期沉積了一套由湖相-三角洲相組成的約1000m的碎屑巖建造。根據(jù)巖性及古生物組合，可將延長組分為5段，并根據(jù)油層縱向分布規(guī)律自上而下劃分為長1-長10等10個油層組(圖1)。長10湖盆初始形成階段，長9-長7期為湖盆擴(kuò)張階段，長6-長1期為湖盆萎縮充填階段，構(gòu)成了湖盆從發(fā)生、發(fā)展到消亡的全過程［7］。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部，構(gòu)造單元上屬于渭北隆起(圖2)。前人研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地南部地區(qū)在長8-長6油層組沉積時期為曲流河三角洲-半深湖、深湖沉積［12-14］。結(jié)合前人研究成果及本區(qū)巖心觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沉積特征為三角洲前緣-半深湖沉積。沉積物為細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和大段黑色泥頁巖，巖石組分中包含大量的白云母和炭屑，可見黃鐵礦。重力流沉積特征發(fā)育，且保存情況良好。

圖1 鄂爾多斯盆地綜合柱狀圖［10］Fig.1 Generalized stratigraphic column through the Yanchang Formation in the Ordos Basin(Zou Caineng et al.，2009)

2 砂質(zhì)碎屑流沉積特征

圖2 鄂爾多斯盆地旬邑地區(qū)位置簡圖Fig.2 Location of the Xunyi region，Ordos Basin

砂質(zhì)碎屑流代表粘性流和流體流之間的連續(xù)作用過程，從流變學(xué)特征來看屬于塑性流。沉積物支撐機(jī)制包括基質(zhì)強(qiáng)度、分散壓力和浮力，頂部具有或不具有紊流云團(tuán)。流動特征表現(xiàn)為層狀流，顆粒濃度中等至較高，泥質(zhì)含量低至中等，沒有準(zhǔn)確的顆粒濃度和基質(zhì)含量數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈冸S著顆粒粒度和組分的變化而變化［15-16］，沉積物呈連續(xù)的塑性塊體狀態(tài)被搬運(yùn)，并呈“凍結(jié)式”沉積。

結(jié)合前人研究成果與認(rèn)識，研究區(qū)巖心觀察中發(fā)現(xiàn)了大量砂質(zhì)碎屑流沉積特征，從而認(rèn)為旬邑地區(qū)沉積物中發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積，其沉積特征主要表現(xiàn)為:

(1)巖心中多見大套塊狀砂巖(圖3a)，巖性為巖屑長石細(xì)砂巖，雜基含量高，可達(dá)20%，高雜基含量體現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流的高濃度和重力流特征;(2)塊狀砂巖底部可見沖刷面，沖刷面上分布有泥礫，泥礫直徑最大可達(dá)8cm，多呈定向排列，部分泥礫呈“S”形展布(圖3b)。沖刷面指示在砂體底面上曾發(fā)生高速滑動和強(qiáng)烈侵蝕作用，“S”形泥礫表明了塊狀流體運(yùn)動過程中對下伏沉積物的剪切作用;(3)塊狀砂巖層底部附近有漂浮的泥礫和泥巖撕裂屑集中存在現(xiàn)象(圖3c)，指示搬運(yùn)流體具有很高的基質(zhì)黏度和屈服強(qiáng)度，且向上富集的泥礫及泥巖撕裂屑具有逆粒序性，可代表原始沉積物整體“凍結(jié)式”沉積過程。此外巖心中常見巨大的漂礫(圖3d)，體現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流高密度和塑性特征;(4)定向分布的板條狀泥巖撕裂屑和泥礫的存在(圖3b、c)，表現(xiàn)了層狀流動的特征;(5)塊狀砂巖與上、下泥巖呈突變接觸，接觸面平整(圖3e、f)，為“凍結(jié)式”沉積特征;(6)測井曲線上可見塊狀砂巖所對SP、GR曲線處呈箱型展布，聲波時差值240μs/m左右(圖4)。地震剖面上砂質(zhì)碎屑流沉積呈丘狀體形態(tài)，內(nèi)部呈混亂或圓丘狀反射，側(cè)向尖滅［15］。巖心中砂質(zhì)碎屑流特征總結(jié)如圖5所示。

圖3 長8-長6段巖心砂質(zhì)碎屑流沉積特征Fig.3 Sandy debris flow deposits in the cores from the Chang-8 to Chang-6 oil reservoirs of the Yanchang Formation

圖4 N42井塊狀砂巖測井曲線特征Fig.4 Well logs for the massive sandstones from the N42 well

圖5 研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流巖心特征Fig.5 Outline of the cores of the sandy debris flow deposits

3 砂質(zhì)碎屑流成因機(jī)制探討

作為重力流的一種類型，砂質(zhì)碎屑流的產(chǎn)生需要一定的觸發(fā)機(jī)制。巖心觀察中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)同時期沉積物中有許多風(fēng)暴成因的沉積特征，故認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流沉積為風(fēng)暴誘因?，F(xiàn)將巖心觀察中有關(guān)風(fēng)暴沉積特征詳述如下。

3.1 準(zhǔn)同期侵蝕構(gòu)造

風(fēng)暴流具有很強(qiáng)的沖刷、侵蝕作用，因此會在沉積物中形成豐富的侵蝕構(gòu)造。本區(qū)常見的侵蝕構(gòu)造包括渠模構(gòu)造、沖刷面構(gòu)造、截切構(gòu)造和底模構(gòu)造。

3.1.1 渠模構(gòu)造

在風(fēng)暴高潮期，強(qiáng)大的風(fēng)暴渦流和風(fēng)暴沖刷流在下伏沉積物中侵蝕形成類似“口袋”形狀的構(gòu)造，稱為渠模構(gòu)造，又叫口袋構(gòu)造。在形成的“口袋”中，會沉積粗粒沉積物，如粗砂、泥礫等。巖心觀察中可見渠模構(gòu)造，內(nèi)部填充灰白色中砂，渠模壁深約為3cm，坡度約為60°～70°(圖6a)。渠模渠壁的深度和坡度可用來判別風(fēng)暴能量的強(qiáng)弱［17］。

3.1.2 沖刷面構(gòu)造

巖心觀察中，沖刷面構(gòu)造多見。風(fēng)暴作用下，當(dāng)強(qiáng)水流經(jīng)過沉積物表面時會形成各類沖刷構(gòu)造?；谒鳑_刷作用的強(qiáng)弱，沖刷面表現(xiàn)為波狀、槽狀、沖坑及其它復(fù)雜形狀。此外，巖心中沖刷面以上的泥礫可見“V”字形分布(圖6b)，表現(xiàn)為風(fēng)暴特征，這不同于單一定向水流下泥礫的定向排列特征。

3.1.3 截切構(gòu)造

截切構(gòu)造是指一種看起來好像是“泥沖砂”的構(gòu)造(圖6c)。砂泥接觸面不平整，一側(cè)高出而另一側(cè)向下變平，看起來好像泥質(zhì)沉積物對砂質(zhì)沉積物發(fā)生了侵蝕作用。實(shí)際上砂泥接觸面是泥質(zhì)沉積物沉積之前，風(fēng)暴對砂質(zhì)沉積物侵蝕、沖刷所致。后期風(fēng)暴作用停止，在較深水條件下，泥質(zhì)沉積物沉積覆蓋在早期侵蝕面之上，形成截切構(gòu)造。這是風(fēng)暴流影響湖底沉積物的證據(jù)［17］。

3.1.4 底模構(gòu)造

底模構(gòu)造多見溝膜和槽模(圖7a，c)。還可見金尼亞構(gòu)造［18］(圖7b)，產(chǎn)生于粉砂質(zhì)泥巖表面，形態(tài)類似“微型波痕”，其形態(tài)規(guī)模和發(fā)育巖性不同于溝膜構(gòu)造。發(fā)育的底模構(gòu)造為風(fēng)暴作用侵蝕、沖刷成因。

圖6 準(zhǔn)同期侵蝕構(gòu)造Fig.6 Penecontemporaneous erosional structures

圖7 底模構(gòu)造Fig.7 Sole cast structures

這類侵蝕構(gòu)造形成于風(fēng)暴作用早期的剪切性水流和非定向底流條件下，表現(xiàn)了風(fēng)暴流較強(qiáng)的剪切力，使風(fēng)暴前的沉積物遭受強(qiáng)烈的沖刷侵蝕，反映了風(fēng)暴高潮期較強(qiáng)的水動力條件［17，18］。

3.2 風(fēng)暴滯留層段

風(fēng)暴滯留層段形成于風(fēng)暴攪動作用。風(fēng)暴作用下，風(fēng)暴流侵蝕下伏沉積物形成，形成沖刷面。同時，將下伏的未固結(jié)或弱固結(jié)的沉積物(沙、泥等)攪動起來，形成砂泥混積的攪動層(圖8)。

圖8 風(fēng)暴滯留層段，N41井，1012.5mFig.8 Storm lag deposits，1012.5 m，N41 well

3.3 丘狀交錯層理與浪成沙紋層理

巖心觀察中見丘狀交錯層理與浪成沙紋層理。其中，丘狀交錯層理層系紋層上凸下凹，上下紋層兩端收斂相交，上下紋層中夾有透鏡狀砂體，自下向上紋層傾角逐漸減小(圖9a)［19］;浪成沙紋層理層系界面波狀起伏，層系內(nèi)部細(xì)層之間相互平行，相鄰層系之間前積層傾向相反(圖9b)，形成于風(fēng)暴作用減弱期振蕩的水體環(huán)境中。

3.4 波痕和生物逃逸跡

波痕是波浪活動最常見的鑒別標(biāo)志，是風(fēng)暴砂巖頂部的典型構(gòu)造之一。Aigner(1982)所提出的理想風(fēng)暴層序與濁流層序的主要區(qū)別就在于此［17，20］。巖心中可見波痕構(gòu)造(圖10a、b)，波長為4～6cm，波高為0.4～0.6cm，呈“峰尖谷圓”特征。此外，泥巖中多見蟲孔構(gòu)造，開口處垂直層面，被粉砂質(zhì)充填(圖10c、d)，垂向上可見呈“U"字形構(gòu)造。這類生物遺跡反映了風(fēng)暴作用下沉積物快速堆積條件下生物的逃竄作用，即生物逃逸跡。

3.5 同生變形構(gòu)造

巖心觀察中常見火焰構(gòu)造、包卷層理、滑塌構(gòu)造、泄水構(gòu)造，砂巖脈等同生變形構(gòu)造(圖11)。同生變形構(gòu)造在各種重力流沉積中常見，其中包卷層理被認(rèn)為可能與風(fēng)暴浪和沉積物相互作用有關(guān)。

3.6 風(fēng)暴流發(fā)生的條件

三疊世延長組沉積時，鄂爾多斯盆地處于北緯30°～25°附近，相當(dāng)于現(xiàn)在的江浙地區(qū)。在寶雞所發(fā)現(xiàn)的三疊世海相化石說明晚三疊世早期本區(qū)與海有一定的連通，中晚期雖然與海有一定的距離(約100km)，但受到強(qiáng)臺風(fēng)或風(fēng)暴作用完全是可能的［21］。而且，長8-長6沉積期，鄂爾多斯盆地湖體發(fā)育正值頂峰，湖廣水深，有利于風(fēng)暴作用的發(fā)生及其沉積物的保存。

圖9 丘狀交錯層理和浪成沙紋層理Fig.9 Hummocky cross-beddings and wave ripple laminations

圖10 波痕和生物逃逸跡Fig.10 Wave marks and biological escape traces

圖11 同生變形構(gòu)造Fig.11 Contemporaneous deformational structures

圖12 研究區(qū)巖心中風(fēng)暴沉積特征Fig.12 Sedimentary characteristics of the storm deposits in the study area

3.7 垂向序列特征

根據(jù)巖心觀察，研究區(qū)巖心風(fēng)暴作用沉積特征總結(jié)如圖12所示。結(jié)合前人研究成果［22-24］，研究區(qū)長8-長6段風(fēng)暴垂向序列概括為以下5個組成部分:塊狀層理段(A);粒序?qū)踊驕舫练e段，有侵蝕的底(B);平行層理段(C);丘狀或洼狀交錯層理及浪成交錯層理段(D);泥巖段和頁巖段，構(gòu)成似鮑馬序列層序(E)。通常，風(fēng)暴沉積是一個向上變細(xì)的旋回，由于后期的破壞作用和保存條件的限制，難以見到完整的風(fēng)暴沉積旋回，往往只能見到旋回部分發(fā)育。上述風(fēng)暴巖的5個組成部分在巖心中表現(xiàn)為以下3個沉積序列組合(圖13):

(1)序列1:由塊狀層理段(A)和泥頁巖段(E)組成。塊狀層理段主要發(fā)育在砂巖中，砂巖內(nèi)部泥礫的分布既有定向分布、平行層面或與層面相交，也有“V”字形分布。砂巖底部見沖刷面，頂部與泥巖接觸處突變，接觸面平直或?yàn)榻厍袠?gòu)造。該序列代表風(fēng)暴渦流作用-風(fēng)暴過后的快速沉積形成的沉積序列，屬原地風(fēng)暴巖沉積。

(2)序列2:由塊狀層理段(A)或滯留沉積段(B)、平行層理段(C)和泥頁巖段(E)組成。塊狀層理段或滯留沉積段底部見沖刷面或渠模構(gòu)造，此段內(nèi)部泥礫多平行層面分布，平行層理段見于細(xì)砂巖中，含炭質(zhì)紋層。該序列代表風(fēng)暴渦流-風(fēng)暴剪切侵蝕形成的沉積序列，屬近源風(fēng)暴巖沉積。

(3)序列3:由塊狀層理段(A)、丘狀層理或浪成沙紋層理段(D)和泥頁巖段(E)組成。塊狀層理段發(fā)育特征同序列1。丘狀層理見于粉砂巖中，規(guī)模小，應(yīng)為大型丘狀層理的一部分，浪成沙紋層理見于細(xì)砂巖和粉砂巖中。該序列代表風(fēng)暴渦流-風(fēng)暴浪作用-風(fēng)暴懸浮沉積形成的沉積序列，屬近源風(fēng)暴巖沉積，但相對序列2，水體深度加大。

圖13 研究區(qū)長8-長6段風(fēng)暴巖垂向序列及其沉積模式Fig.13 Vertical sequences and sedimentary models for the tempestites from the Chang-8 to Chang-6 oil reservoirs in the study area

(4)序列4:由平行層理粉細(xì)砂巖段(C)和泥頁巖段(E)組成。此時由于位于風(fēng)暴浪基面附近，風(fēng)暴流能量減弱，向風(fēng)暴濁流轉(zhuǎn)化，該序列代表風(fēng)暴濁流形成的沉積序列，屬遠(yuǎn)源風(fēng)暴巖沉積。

4 研究意義

相對于濁流沉積體，一般認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流沉積環(huán)境相對較淺，所形成的塊狀砂巖雖然具有較好的孔隙度和滲透性，而且?guī)r心觀察中也常見到塊狀砂巖含油，含油級別為油侵，但砂質(zhì)碎屑流作為塑性流體，無固定水道，形成的砂體往往不如濁積砂體連續(xù)，常形成局部不規(guī)則的朵葉狀，因此其勘探難度相對濁流砂體較高而且經(jīng)濟(jì)價值也不如人們早先的預(yù)期［18］。但隨著勘探程度的不斷加大，砂質(zhì)碎屑流所形成的巖性油氣藏不斷被發(fā)現(xiàn)，其地域?yàn)橹匾挠蜌饪碧胶桶l(fā)展目標(biāo)。砂質(zhì)碎屑流的發(fā)現(xiàn)和時空分布特征對研究區(qū)油氣產(chǎn)量的突破和提升具有重要意義。另外，風(fēng)暴作用的發(fā)現(xiàn)表明，旬邑地區(qū)當(dāng)時處于低緯度風(fēng)暴作用帶內(nèi)，這可以為分析華北板塊的向北遷移提供證據(jù)［25］。風(fēng)暴作用和砂質(zhì)碎屑流多認(rèn)為發(fā)生在水下斜坡處，這可能與秦嶺-大別造山作用及渭北隆起的早期發(fā)育有關(guān)［26］。因此，風(fēng)暴作用的研究對于研究區(qū)古地理、古氣候的研究和恢復(fù)具有重要意義［27］。

5 結(jié)論

(1)旬邑地區(qū)延長組長8-長6沉積時期發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積。

(2)研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流沉積表現(xiàn)以下特征:大套塊狀細(xì)砂巖、面狀碎屑組構(gòu)、頂?shù)淄蛔兘佑|、漂礫、底部剪切帶及滑塌變形構(gòu)造等，這些沉積特征體現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流高密度、層狀流動、整體“凍結(jié)式”沉積的特征。且砂質(zhì)碎屑流相應(yīng)測井曲線特征以箱型為主，地震剖面特征表現(xiàn)為丘狀體形態(tài)，內(nèi)部呈混亂或圓丘狀反射，側(cè)向尖滅。

(3)認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流為風(fēng)暴誘因，風(fēng)暴沉積特征表現(xiàn)為:①準(zhǔn)同期侵蝕構(gòu)造，包括渠模構(gòu)造、沖刷面構(gòu)造、底模構(gòu)造;②風(fēng)暴滯留層段;③丘狀交錯層理或浪成沙紋層理;④波痕和生物逃逸跡。長8-長6沉積期，鄂爾多斯盆地湖體發(fā)育正值頂峰，湖廣水深，有利于風(fēng)暴沉積物的保存。

(4)研究區(qū)理想的風(fēng)暴沉積序列自下向上總結(jié)為:A.塊狀層理段;B.滯留沉積段;C.平行層理段;D.丘狀交錯層理或浪成沙紋層理段;E.泥頁巖段。根據(jù)巖心觀察，研究區(qū)風(fēng)暴沉積可歸納出3個序列:序列1:由塊狀層理段(A)和泥頁巖段(E)組成;序列2:由塊狀層理段(A)、丘狀層理或浪成沙紋層理段(C)和泥頁巖段組成;序列3:由塊狀層理段(A)或滯留沉積段(B)、平行層理段(D)和泥頁巖段(E)組成。

(5)砂質(zhì)碎屑流的成因研究對研究其時空分布特征及相關(guān)油氣勘探具有指導(dǎo)意義，且風(fēng)暴作用的發(fā)現(xiàn)對研究當(dāng)時的古地理和古氣候具有重要意義。

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