李 華，何幼斌

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100; 2.長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100;3. 長(zhǎng)江大學(xué) 沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100)

深水區(qū)水動(dòng)力復(fù)雜多樣，重力流、等深流、內(nèi)波及內(nèi)潮汐等較為活躍[1]。其中，重力流是受重力流作用順斜坡向下運(yùn)動(dòng)的密度流[2]。等深流是由地球自轉(zhuǎn)而形成的溫鹽循環(huán)底流，其大致平行海底等深線運(yùn)動(dòng)[3-4]。而內(nèi)波是在海洋內(nèi)部密度不均勻水層間發(fā)生的一種波動(dòng)。它存在于兩個(gè)不同密度的水層的界面上，或存在于具有密度梯度的水層之內(nèi)[4]。在地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，同時(shí)同地存在的重力流、等深流及內(nèi)波等不同性質(zhì)的水動(dòng)力勢(shì)必相互影響，進(jìn)而產(chǎn)生不同類型的交互作用沉積[5-7]，而等深流改造(早期)重力流沉積是交互作用沉積的主要類型。在實(shí)際研究工作中，也常稱為“改造砂”或“底流改造砂”(reworked sand, reworked turbidites)[5-10]。

目前，在墨西哥灣[1, 8-9]、南海北部鶯歌海盆地[11]及珠江口盆地[10]、巴西Campos盆地[12]與西非[13]等均有改造砂研究報(bào)道。我國(guó)南海[10-11]、鄂爾多斯盆地[14-15]與揚(yáng)子地臺(tái)周緣[16]等地區(qū)廣泛發(fā)育重力流和等深流沉積，但是在改造砂研究方面極少。鑒于改造砂物性較好，可成為優(yōu)質(zhì)的油氣儲(chǔ)層；同時(shí)，地層記錄中的改造砂蘊(yùn)含重力流及等深流等古水流信息，對(duì)古地理、古氣候及古海洋等研究有重要作用，使得其逐漸成為全球深水沉積研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。1993年，Shanmugam等[8-9]基于巖心資料，認(rèn)為改造砂以細(xì)砂及粉砂為主，成熟度較高，發(fā)育不同類型及規(guī)模的牽引流沉積構(gòu)造，厚度相對(duì)較薄。Gong等[10]在2016年對(duì)南海北部珠江口盆地改造砂沉積研究具有類似的特征。然而，對(duì)改造砂沉積特征相對(duì)較全的是Stow和Faugères，其在產(chǎn)狀、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、成分及沉積序列方面與等深流沉積進(jìn)行了對(duì)比[17]。但與深水沉積中的重力流和等深流沉積研究相比，改造砂相關(guān)研究無論是在成果還是研究力度方面都極為薄弱，存在鑒別標(biāo)志不完善、形成過程及機(jī)理研究尚待深入等問題。鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系平?jīng)鼋M沉積時(shí)期，重力流、等深流及內(nèi)波、內(nèi)潮汐活躍，可形成海底扇、等深流沉積及內(nèi)潮汐沉積等[18-20]，這為改造砂研究提供了理想場(chǎng)所。本研究基于鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)露頭資料，利用薄片、古生物、古水流恢復(fù)及地球化學(xué)測(cè)試等資料研究改造砂沉積特征，探討其形成過程，分析其油氣勘探意義。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于中國(guó)西部華北克拉通，地理位置處于陜西、甘肅、寧夏、及內(nèi)蒙古部分地區(qū)，盆地面積約25×104km2，為中國(guó)第二大沉積盆地，也是典型的多旋回疊合含油氣盆地[21-23]。盆地西南緣位于祁連山造山帶、秦嶺-大別山造山帶與華北克拉通連接地區(qū)，北部為鄂爾多斯古陸，西部為西華山古陸、祁連山-秦嶺海槽、祁連地塊、北祁連造山帶及阿拉善地塊，南部為秦嶺-大別山造山帶，東部富平地區(qū)為富平裂塹，整體呈“L”形[18]。隴縣地區(qū)位于秦嶺-祁連海槽東北部，且在“L”形拐點(diǎn)處(圖1)。

鄂爾多斯盆地面積較大，經(jīng)歷了多次大構(gòu)造事件。盆地南緣奧陶系從下至上可分為麻川組、水泉嶺組、三道溝組、平?jīng)鼋M及背鍋山組[21]。奧陶系沉積時(shí)期相對(duì)海平面整體上升[21]。隴縣地區(qū)平?jīng)鼋M厚度約500 m，整體為深灰-灰黑色泥巖夾薄層粉砂巖、砂巖、石灰?guī)r及凝灰?guī)r。根據(jù)巖性及沉積構(gòu)造可大致劃分為三段(表1)[19]。本研究以隴縣地區(qū)平?jīng)鼋M第三段為研究對(duì)象，并對(duì)其部分露頭進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量。下部(LX1)22.4 m，多為深灰色泥巖與砂巖互層。從下至上，砂巖含量減少，泥巖含量增加。沉積構(gòu)造發(fā)育，常見波痕、交錯(cuò)層理、槽模，另見Helminthorhaphe(蠕形跡)等生物擾動(dòng)構(gòu)造。中部被覆蓋，約20 m。上部(LX2)48.7 m，巖性主要為深灰色泥巖及砂巖，發(fā)育板狀、波狀及透鏡狀層理、平行層理及雙向交錯(cuò)層理，生物擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育(圖2)。

圖1 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)地理位置[18] Fig.1 Diagram showing the location of Longxian area,southwestern margin of Ordos Basin[18]

系組段厚度/m主要巖性特征奧陶系背鍋山組平?jīng)鼋M峰峰組439．49淺灰色、灰白色塊狀泥-粉晶灰?guī)r、藻灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、生物屑灰?guī)r，夾頁(yè)巖及角礫巖。三200．2以灰綠、深灰、灰黑色砂質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥頁(yè)巖為主，夾深灰色薄層礫屑骨屑團(tuán)粒灰?guī)r、粉-細(xì)晶灰?guī)r、砂巖、粉砂巖薄層，上部夾青灰色灰化晶屑凝灰?guī)r，中部部分被掩蓋；頁(yè)巖中含筆石化石和水平遺跡化石，可見黃鐵礦晶體，發(fā)育水平層理，砂巖、粉砂巖及部分顆粒灰?guī)r中發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理、波狀層理等二131．88深灰、灰綠、灰色砂質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾灰?guī)r、粉細(xì)晶礫屑骨針團(tuán)?；?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖，與灰綠色、淺灰綠色晶屑玻屑灰化層凝灰?guī)r互層，下部頁(yè)巖含筆石一162．18灰綠、灰色頁(yè)巖、含粉砂質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，中部夾淺灰色、灰色厚層粉-中晶礫屑灰?guī)r，具微波狀層理，含筆石淺灰色、灰色、深灰色厚層泥晶灰?guī)r、泥晶顆?；?guī)r、亮晶顆?；?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖

奧陶紀(jì)，北祁連造山帶、秦嶺-大別造山帶與華北板塊匯聚，形成板塊邊緣的溝-弧-盆體系，期間發(fā)育了3次大的海侵海退，整體呈海平面上升特征[21-23]。鄂爾多斯盆地西南緣由被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)化為主動(dòng)大陸邊緣，發(fā)育溝、弧及弧后構(gòu)造體系，火山活動(dòng)、地震活躍[24-25]。早奧陶世，盆地西南緣為水體深度較淺的廣海陸架沉積環(huán)境。中奧陶世，盆地西南緣呈“L”形的邊緣海，南部為末端變陡的繼承性碳酸鹽緩坡[23]。從北向南大致為古陸、斜坡及深水海槽/盆地。晚奧陶世，加里東運(yùn)動(dòng)開始，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度增大，火山及地震等事件加劇，華北地塊整體抬升，導(dǎo)致盆地部分地層缺失[24]。

2 沉積類型及特征

研究區(qū)平?jīng)鼋M巖性較為單一，以深灰色泥巖及灰綠色砂巖為主，發(fā)育交錯(cuò)層理、槽模及雙向交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，常見生物擾動(dòng)構(gòu)造。總體可分為3種典型巖相，主要特征如下。

2.1 水平層理泥巖相(巖相1)

2.1.1 巖相特征

深灰色泥巖厚度最薄不到10 mm，最厚可達(dá)30 cm，一般為10～20 cm，側(cè)向延伸穩(wěn)定(圖3a, b)，含豐富的筆石[19]。沉積構(gòu)造以水平層理為主，生物擾動(dòng)常見(圖3c, d)，如蠕形跡(Helminthorhaphe)(圖3c)。另見少量的黃鐵礦[19]。

2.1.2 地球化學(xué)特征

圖2 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)平?jīng)鼋M三段巖性柱狀圖Fig.2 Lithological column of the third member of the Pingliang Formation in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basin

巖相1在剖面上部及下部都極為發(fā)育(圖2)。11個(gè)泥巖樣品地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果如下：B，V，Cr，Ni，Cu，Ga，Sr，Th及U含量最大值分別為143，91.3，99.6，40.7，57.9，24.6，436，22.9及4.25 μg/g，最小值為9.7，6.96，8.56，6.38，6.92，2.44，64.9，3.66及0.865 μg/g，平均值為97.3，60.8，65.6，30.4，38.9，17.8，148，17.1及2.965 μg/g。Sr/Cu，V/(V+Ni)，Ce/La及Rb/Sr最大值分別為33.67，0.771 2，2.584 7及3.109，最小值為1.341，0.379 1，1.626 8及0.042，平均值為7.187，0.646 4，1.860 1及1.645。在B-V，B-Cr，B-Ga，B-Sr，Ga-Cu，V-Ni，U-Th，Sr/Cu-Ce/La及V/(V+Ni)-Rb/Sr等交匯圖上具有明顯的規(guī)律，與巖相2和巖相3明顯不同(圖4)。

2.1.3 成因

綜合顏色、古生物、沉積構(gòu)造及地化等特征推測(cè)巖相1為深水原地沉積。①深灰色代表沉積環(huán)境多為還原環(huán)境。②大量筆石反映滯留還原環(huán)境[19]。③遺跡化石Helminthorhaphe等多發(fā)育在深水沉積環(huán)境。④水平層理發(fā)育代表沉積環(huán)境水動(dòng)力較弱。⑤泥質(zhì)沉積物多為垂直降落為主。⑥由于泥巖具有較強(qiáng)的吸附性，其在深水安靜環(huán)境中可吸附B,V,Cr,Ga等元素，進(jìn)而導(dǎo)致其相對(duì)富集[26]。同時(shí)，B,V,Cr,U,Mo,Ni,Co及V/(V+Ni)等對(duì)氧化還原環(huán)境極為敏感，其含量(比值)與還原強(qiáng)度呈正相關(guān)[27-28]。另外，B元素還與鹽度密切相關(guān)；鹽度越高，B含量越高[29]。而Ce/La比值大于2反映沉積環(huán)境為厭氧環(huán)境，比值在1.5～1.8為貧氧環(huán)境[30]。巖相1巖性為深水泥巖，其吸附作用可導(dǎo)致微量元素富集(圖4a—g)。Ce/La為1.626 8～2.584 7，高V/(V+Ni)指示沉積環(huán)境為強(qiáng)還原環(huán)境(圖4h, i)。因此，泥巖的吸附作用及強(qiáng)還原環(huán)境共同作用導(dǎo)致原地沉積微量元素含量高。

2.2 交錯(cuò)層理砂巖相(巖相2)

2.2.1 巖相特征

巖相2巖性為灰綠色砂巖，界面多平直，多為層狀，側(cè)向分布穩(wěn)定，單層厚度為1～39 cm，一般為5～15 cm(圖5a—c)。古生物化石少見。顆粒多為石英，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主(圖5d)。顆粒粒徑Φ值為1.8～3.5，以2.48～2.96最為常見(圖5e)，分選系數(shù)為0.56～0.79，棱角狀-次棱角狀(圖5d)。累計(jì)百分比曲線斜率較陡，概率累計(jì)曲線呈1段式(圖5f, g)。沉積構(gòu)造豐富，常見交錯(cuò)層理、平行層理、波痕、粒序?qū)永?、變形?gòu)造、溝模及槽模，底部見侵蝕面(圖5a—c)?？傮w為下粗上細(xì)正序列(圖5a—c)。槽模指示古水流優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镋，而交錯(cuò)層理反應(yīng)古水流方向?yàn)镾E。綜合認(rèn)為古水流優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镾EE向(圖6a)。

圖4 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)巖相1,2,3地球化學(xué)特征Fig.4 Geochemical characteristics of lithological facies 1 to 3 in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basin

2.2.2 地球化學(xué)特征

在該巖相24個(gè)樣品地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：B，V，Cr，Ni，Cu，Ga，Sr，Th及U含量最大值分別為116，98.2，99，39.7，59.5，24，598，23.1及4.44 μg/g，最小值為5.05，4.48，4.99，8.07，4.24，1.5，68.4，2.47及0.639 μg/g，平均值為18.5，18，18.6，16.6，13.6，4.77，303，6.1及1.357 μg/g。Sr/Cu，V/(V+Ni)，Ce/La及Rb/Sr最大值分別為133.1，0.717 1，2.820 8和3.246，最小值為1.244，0.258 6，1.447 4，0.01，平均值為51.15，0.409 6，2.216 9，0.397。在B-V，B-Cr，B-Ga，B-Sr，Ga-Cu，V-Ni，U-Th，Sr/Cu-Ce/La及V/(V+Ni)-Rb/Sr等交匯圖上與巖相1明顯不同(圖4)。

2.2.3 成因

綜合巖性、沉積構(gòu)造、沉積序列和地球化學(xué)等資料,認(rèn)為巖相2為濁流沉積。①巖性為砂巖，顆粒以石英為主，其分選較差，棱角-次棱角狀，說明沉積物為異地搬運(yùn)，且搬運(yùn)距離較短，快速堆積;②古生物及生物擾動(dòng)不發(fā)育，說明沉積環(huán)境較為動(dòng)蕩，不適合生物生存;③顆粒粒度多在2.48～2.96 φ，指示物源相對(duì)單一;④概率累計(jì)曲線呈1段式，反應(yīng)沉積物存以懸移搬運(yùn)為主，其水動(dòng)力性質(zhì)為重力流;⑤槽模及溝模等多出現(xiàn)在重力流沉積之中;⑥巖性及沉積構(gòu)造組成不完整的鮑瑪序列，如Tabcd，Tabc，Ta，為濁流沉積典型特征;⑦槽模及交錯(cuò)層理反應(yīng)古水流方向?yàn)镾EE向，單向流體且大致沿斜坡向下，在深水沉積環(huán)境中，其可能為濁流;⑧由于濁流沉積物源主要來自東北部鄂爾多斯古陸及淺水區(qū)，沉積物形成環(huán)境為氧化環(huán)境，微量元素富集程度整體比巖相1(原地沉積)低,同時(shí)巖相2主要為砂巖，其吸附性能明顯低于巖相1的泥巖，進(jìn)而導(dǎo)致微量元素含量較低。

圖5 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)巖相2沉積特征Fig.5 Sedimentary characteristics of lithological facies 2 in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basina—c. 灰色薄層-中層砂巖，發(fā)育槽模、平行層理及變形構(gòu)造等，組成不完整的鮑瑪序列;d.顆粒主要為石英，鈣質(zhì)膠結(jié)，分選較差，棱角狀-次棱角狀;e—g.顆粒粒徑較為集中，百分比累計(jì)曲線斜率較陡，概率累計(jì)曲線為1段式

2.3 雙向交錯(cuò)層理砂巖相(巖相3)

2.3.1 巖相特征

巖相3巖性主要為灰綠色中-薄層砂巖及粉砂巖，界面平直或波狀，單層厚度5～50 cm，以15～25 cm為主(圖7a, b)。沉積構(gòu)造豐富，常見雙向交錯(cuò)層理、單向交錯(cuò)層理、平行層理及波狀層理等，生物擾動(dòng)較為發(fā)育(圖7a—c)。顆粒以石英為主，另見少量粉屑及生屑，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，部分為硅質(zhì)膠結(jié)，粘土基質(zhì)為2%～8%(圖7d)。粉屑成分多為泥晶方解石，生屑主要為介形蟲、海綿骨針及三葉蟲碎屑。顆粒粒徑Φ值呈現(xiàn)兩個(gè)總體為2.1～3和4～5(圖7e)，分選系數(shù)為0.52～0.58，次棱角狀-次圓狀(圖7d)。累計(jì)百分比曲線斜率有大有小(圖7f)，概率累計(jì)曲線1～3段，多為1段及2段式(圖7g)。沉積序列多為下粗上細(xì)正旋回。單向交錯(cuò)層理指示古水流方向?yàn)閃和SE向，雙向交錯(cuò)層理反應(yīng)古水流方向?yàn)閃及NEE向。綜合分析，古水流方向大致為W和SE向(圖6b)。

圖6 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)古水流特征Fig.6 Paleocurrent features of Longxian area,southwestern margin of Ordos Basina.古水流優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镋向；b.古水流具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)方向，分別為W和SE向①，②，③，④.層系編號(hào)

2.3.2 地球化學(xué)特征

該巖相20個(gè)樣品地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：B，V，Cr，Ni，Cu，Ga，Sr，Th及U含量最大值分別為120，51.1，50.4，29.8，27.3，16.6，676，12.8及2.53 μg/g，最小值為7.44，7.91，3.63，2.68，3.69，3.47，192，1.88及0.552 μg/g，平均值為55.1，19.9，13，15.8，9.82，9.47，404，7.16及1.579 μg/g。Sr/Cu，V/(V+Ni)，Ce/La及Rb/Sr最大值分別為183.2，0.868 3，2.078 4，0.557，最小值為12.16，0.297 6，1.457 3，0.014，平均值為60.11，0.576，1.824，0.176。在B-V，B-Cr，B-Ga，B-Sr，Ga-Cu，V-Ni，U-Th，Sr/Cu-Ce/La及V/(V+Ni)-Rb/Sr等交匯圖上與巖相1及巖相2差異明顯(圖4)。

圖7 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)改造砂沉積特征Fig.7 Sedimentary characteristics of reworked sands in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basina, b.灰色中層石英，發(fā)育雙向交錯(cuò)層理；c.生物擾動(dòng)，砂巖；d. 石英顆粒，分選較好，次棱角狀-次圓狀；e—g. 顆粒粒徑兩個(gè)總體，累計(jì)百分比曲線斜率大小不一，概率累計(jì)曲線1—3段，以見1段及2段式為主

2.3.3 成因

基于巖性、古生物及地球化學(xué)等特征，認(rèn)為巖相3為等深流改造重力流沉積，即改造砂沉積。與巖相2(濁流沉積)相比，其典型特征較多。①顆粒主要為石英，見粉屑，粘土基質(zhì)相對(duì)較多，既有鈣質(zhì)膠結(jié)，又有硅質(zhì)膠結(jié)，其結(jié)構(gòu)與濁流沉積明顯不同。②古生物及生物擾動(dòng)常見。介形蟲在淺水及深水沉積環(huán)境中較為常見。海綿骨針在深水環(huán)境中較為發(fā)育。而三葉蟲多為淺水環(huán)境生物，其碎屑可能為重力流從淺水地區(qū)搬運(yùn)至深水環(huán)境沉積而成。生物擾動(dòng)發(fā)育說明沉積環(huán)境在某段地質(zhì)時(shí)期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，便于生物生長(zhǎng)發(fā)育。③顆粒粒度有兩個(gè)總體，反應(yīng)可能具有多種搬運(yùn)方式及沉積機(jī)制。④概率累計(jì)曲線以1段及2段式為主。1段式反應(yīng)沉積物以懸浮搬運(yùn)為主。2段式以推移及跳躍為主，多為牽引流搬運(yùn)方式。⑤雙向交錯(cuò)層理反應(yīng)雙向水流的存在，說明沉積環(huán)境中存在1種雙向水流，或2種不同方向的水流。⑥沉積構(gòu)造指示古水流方向?yàn)閃及SE向。其中，SE向大致沿斜坡向下，與重力流方向相同，代表濁流運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢(shì)方向，與巖相2大致相同。而W向大致平行斜坡。由于研究區(qū)等深流活動(dòng)極為活躍[14]，因此W向可能為等深流運(yùn)動(dòng)方向。⑦沉積序列多為下粗上細(xì)，與鮑瑪序列有所不同的是，上部或頂部常見侵蝕面，反應(yīng)早期沉積物受后期水流侵蝕改造程度較高。⑧巖相3巖石結(jié)構(gòu)與巖相2相比，粘土基質(zhì)較多，同時(shí)還夾有粉砂巖及泥巖，其具有較好的吸附性，可導(dǎo)致微量元素B，V，Ni等相對(duì)富集。其次，等深流在對(duì)濁流改造的過程中，一方面其自身可搬運(yùn)深水原地的細(xì)粒沉積物進(jìn)而產(chǎn)生沉積(顆粒粒徑Φ值為4～5)，而形成微量元素相對(duì)富集現(xiàn)象(富集程度低于巖相1的原地沉積泥)；另一方面，等深流改造作用通常會(huì)造成水團(tuán)中含氧量的增加和鹽度變化[31]。含氧量相對(duì)變化，但程度遠(yuǎn)低于淺水環(huán)境，微量元素含量與巖相2相比較高。而鹽度的增加可促使微量元素B等富集。綜上，改造砂微量元素B等富集程度總體小于巖相1，而略高于巖相2。

2.4 沉積演化

根據(jù)巖性及組合等特征，研究區(qū)平?jīng)鼋M從下至上，可分為2個(gè)長(zhǎng)期旋回，5個(gè)中期旋回及17個(gè)短期旋回(圖2)。各旋回從下至上，砂巖總體含量減少，泥巖及粉砂巖增多，總體為下粗上細(xì)沉積旋回。下部沉積構(gòu)造多為粒序?qū)永?、單向交錯(cuò)層理、平行層理、波痕、槽模、溝模及水平層理，以巖相1及巖相2為主；而上部發(fā)育單向交錯(cuò)層理、雙向交錯(cuò)層理、平行層理及生物擾動(dòng)構(gòu)造等，巖相1及巖相3相對(duì)發(fā)育。研究區(qū)平?jīng)鼋M沉積時(shí)期，相對(duì)海平面總體上升[21]，而巖性旋回特征與區(qū)域相對(duì)海平面升降規(guī)律大致吻合。在平?jīng)鼋M早期，由于相對(duì)海平面較低，深水原地沉積(巖相1)及濁流沉積(巖相2)較為發(fā)育；而平?jīng)鼋M晚期相對(duì)海平面逐漸上升，濁流沉積規(guī)模減小，等深流作用逐漸顯著，其可對(duì)早期濁流沉積進(jìn)行改造，形成改造砂。而在各個(gè)次級(jí)巖性旋回中也較為類似，相對(duì)海平面較低時(shí)發(fā)育原地沉積和濁流沉積；相對(duì)海平面升高時(shí)，原地沉積和改造砂較為發(fā)育。

3 討論

3.1 濁流沉積與改造砂沉積特征對(duì)比

研究區(qū)3種典型巖相分別代表深水原地沉積、濁流沉積及改造砂，其在巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、沉積序列等方面明顯不同(表2)。其中，濁流沉積與改造砂的有效鑒別是開展地層記錄中研究工作的前提和基礎(chǔ)。改造砂在巖性、結(jié)構(gòu)、粒度及古水流方向等特征與濁流沉積明顯不同，這些特征可作為地層記錄中改造砂的鑒別標(biāo)志，其主要有以下6個(gè)方面：①結(jié)構(gòu)明顯不同，顆粒分選相對(duì)較好；粒徑分布存在兩個(gè)或多個(gè)總體；②概率累計(jì)曲線呈1～3段式，既有濁流沉積特征，又有牽引流沉積特征；③雙向交錯(cuò)層理發(fā)育，古水流具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)方向；④生物化石及生物擾動(dòng)較為常見；⑤下粗上細(xì)正粒序沉積序列，頂部見侵蝕現(xiàn)象；⑥微量元素相對(duì)富集，其含量低于原地沉積而高于濁流沉積。

3.2 改造砂形成過程及主控因素

3.2.1 形成過程

1) 濁流及濁流沉積

表2 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)深水原地沉積、濁流沉積及改造沉積特征Table 2 Sedimentary characteristics of deep water autochthonous,turbidity and reworked sediments in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basin

巖相2中石英顆粒粒徑Φ值集中在2.48～2.96，分選較差，棱角狀-次棱角狀，概率累計(jì)曲線為1段式，發(fā)育不完整的鮑瑪序列(圖5)，說明濁流在沿斜坡向下快速運(yùn)動(dòng)過程中，沉積物快速搬運(yùn)，堆積。隴縣地區(qū)平?jīng)鼋M早期，濁流沉積占主導(dǎo)，其可為改造砂提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2) 等深流及等深流沉積

鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系平?jīng)鼋M沉積時(shí)期，等深流較為活躍，其從東向西大致平行斜坡運(yùn)動(dòng)[20]，這使得等深流改造濁流沉積成為可能。巖相3中，石英顆粒粒徑Φ值主要有兩個(gè)總體(2.1～3，4～5)，分選系數(shù)0.52～0.58，次棱角狀-次圓狀；概率累計(jì)曲線1～3段式(圖7)，古水流方向?yàn)閃和SE向(圖6b)。其中，粒徑Φ值2.1～3，SE向古水流(順斜坡向下)，概率累計(jì)曲線1段式等特征與巖相2類似，可能為早期濁流沉積。但顆粒分選及磨圓相對(duì)較好，說明可能存在等深流對(duì)早期濁流沉積的淘洗、搬運(yùn)、再沉積作用。而顆粒粒徑Φ值4～5，W向水流(大致平行斜坡)，概率累計(jì)曲線2段式，其可能是等深流大致平行斜坡運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)細(xì)粒沉積物進(jìn)行搬運(yùn)及沉積作用而成。因此，巖相3包括了濁流沉積被改造殘余部分和等深流搬運(yùn)沉積，兩者綜合組成了等深流改造濁流沉積，即改造砂。

3) 改造砂形成過程

結(jié)合研究區(qū)沉積特征及類型大致推測(cè)改造砂形成過程主要經(jīng)歷3個(gè)階段。濁流爆發(fā)初期，其在沿斜坡向下(SE向)運(yùn)動(dòng)過程中，能量高，形成大規(guī)模的濁流沉積。而等深流能量遠(yuǎn)小于濁流，其對(duì)濁流沉積改造作用不明顯，基本可以忽略。此時(shí)，以濁流沉積為主。濁流爆發(fā)中后期，其能量逐漸降低，仍可形成大規(guī)模的濁流沉積。當(dāng)?shù)壬盍髂芰颗c濁流大致相當(dāng)時(shí)，等深流可影響濁流沉積，進(jìn)而形成狹義的濁流及等深流交互作用沉積。由于本研究不能有效對(duì)其進(jìn)行識(shí)別及研究，在此不對(duì)其沉積特征及過程進(jìn)行闡述。當(dāng)濁流作用末期或間歇期時(shí)，能量極弱。相反，向西運(yùn)動(dòng)的等深流開始占主導(dǎo)，其長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)作用可對(duì)早期的濁流沉積進(jìn)行簸選、搬運(yùn)及改造等作用，最終形成改造砂。

3.2.2 主控因素

研究區(qū)改造砂沉積規(guī)模直接取決于濁流和等深流相對(duì)能量的大小。而影響二者能量的間接因素相對(duì)較多，主要包括物源供給、相對(duì)海平面升降、地形及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等。

1) 物源供給

物源供給決定沉積體規(guī)模及類型，其是濁流及等深流沉積的物質(zhì)保障。隴縣地區(qū)濁流古水流方向大致為SEE，大致順斜坡向下(圖1)。研究區(qū)北部為鄂爾多斯古陸，古陸碎屑物質(zhì)通過波浪、岸流及海流等作用從淺水區(qū)搬運(yùn)至斜坡，進(jìn)而發(fā)育濁流沉積。同時(shí)，也可為等深流沉積提供物源供給。而無論是濁流沉積、深水原地沉積還是等深流沉積都可為改造砂提供物質(zhì)來源。

2) 相對(duì)海平面升降

一般而言，濁流能量遠(yuǎn)高于等深流。相對(duì)海平面升降可間接影響濁流及等深流沉積等的規(guī)模。相對(duì)海平面較低，沉積物更容易運(yùn)達(dá)斜坡，使得濁流沉積發(fā)育，該時(shí)期內(nèi)濁流沉積規(guī)模遠(yuǎn)大于等深流沉積。同時(shí)，由于濁流具有較強(qiáng)的侵蝕破壞能力，其可破壞等深流沉積，導(dǎo)致濁流沉積發(fā)育。相反，相對(duì)海平面較高，沉積物運(yùn)至斜坡難度增大，濁流沉積相對(duì)減少，等深流沉積增加。隴縣地區(qū)奧陶系沉積時(shí)期，從早至晚相對(duì)海平面逐漸上升[21]，因此，早期相對(duì)海平面相對(duì)較低，濁流沉積發(fā)育。晚期相對(duì)海平面較高，濁流作用逐漸減弱，等深流活動(dòng)占主導(dǎo)。此時(shí)，占主導(dǎo)作用的等深流可對(duì)早期濁流沉積進(jìn)行改造，形成改造砂(圖2)。

3) 地形

隴縣地區(qū)奧陶系平?jīng)鼋M時(shí)期地形為“裂坡型”，地層厚度向西急劇增大，地形差異明顯[18]。其西北為鄂爾多斯古陸，西南為秦嶺-祁連海槽，地形差異明顯導(dǎo)致濁流沉積較為發(fā)育(圖1)。另外，隴縣地區(qū)位于秦嶺-祁連海槽末端，其東南部為開闊環(huán)境，西南進(jìn)入海槽(限制型環(huán)境)，等深流從東向西運(yùn)動(dòng)過程中，在隴縣地區(qū)從開闊環(huán)境進(jìn)入限制性環(huán)境，將導(dǎo)致其能量局部增大，進(jìn)而改造早期濁流沉積程度增大，可形成可觀的改造砂。同時(shí)，研究區(qū)位于鄂爾多盆地西南緣“L”形拐點(diǎn)，局部地形變化也有可能導(dǎo)致等深流在運(yùn)動(dòng)過程中速度局部提高，進(jìn)而有利改造砂的發(fā)育。

4) 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

早奧陶世，盆地整體表現(xiàn)為被動(dòng)大陸邊緣特征。中奧陶世，鄂爾多斯洋盆向北俯沖形成弧后盆地，盆地西南緣以深水沉積的海槽及斜坡環(huán)境為主[24-25]。由于構(gòu)造活動(dòng)加劇，地形高差明顯，使得隴縣地區(qū)發(fā)育大規(guī)模的濁流沉積。而等深流作用相對(duì)較弱，改造砂相對(duì)不發(fā)育。

4 油氣勘探意義

濁流沉積一直是深水油氣勘探的重點(diǎn)。但是，由于等深流可對(duì)濁流沉積進(jìn)行淘洗、篩選、再沉積，其可改變沉積物的結(jié)構(gòu)，提高其成熟度，最終使得改造砂具有優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集性能。墨西哥灣改造砂含砂率最高達(dá)80%，孔隙度25%～40%，滲透率100×10-3～1 800×10-3μm2[8]。南海鶯歌海盆地改造砂平均面孔率18.7%，平均孔隙度19.2%，平均滲透率106.9×10-3μm2，平均孔喉半徑8.34 μm[11]。另在巴西Campos盆地古近系-新近系[12]、西非白堊系-第三系斜坡[13]、中國(guó)南海珠江口盆地[10]均發(fā)育大規(guī)模的改造砂沉積，并逐漸成為油氣勘探的對(duì)象。同時(shí)，等深流沉積，特別是特殊環(huán)境中高能的等深流可形成粗粒的等深流沉積，其本身可成為潛在儲(chǔ)層。阿拉伯克拉通白堊系等深流沉積已具有數(shù)十年的油氣開發(fā)歷史[32]。而細(xì)粒等深流沉積可作為良好的烴源巖。因此，改造砂及粗粒的等深流沉積作為良好的儲(chǔ)層與細(xì)粒的等深流沉積及深水原地沉積伴生可形成優(yōu)質(zhì)的生儲(chǔ)蓋組合。

首先，鄂爾多斯西南緣奧陶系平?jīng)鼋M從東北向西南分別發(fā)育鄂爾多斯古陸、碳酸鹽臺(tái)地、斜坡及深水盆地。西緣斜坡區(qū)發(fā)育3個(gè)大型海底扇，蘆參1井砂巖厚度286 m，石英含量為36%～70%，次圓狀，分選中等。苦深1井砂巖厚度112 m，在井深3 923～3 927 m氣測(cè)全烴含量3 765×10-6～22 781×10-6，甲烷含量3 600×10-6～21 794×10-6[33]。而南部平?jīng)?、隴縣、岐山以及富平等區(qū)仍然發(fā)育大規(guī)模的重力流沉積[12, 28,34]，其可成為潛在油氣儲(chǔ)集體。

其次，鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系平?jīng)鼋M沉積時(shí)期，等深流作用極為活躍，在盆地南緣其從東到西，大致平行斜坡運(yùn)動(dòng)。在盆地西緣，通過秦嶺-祁連海槽，轉(zhuǎn)而向北運(yùn)動(dòng)[20]，在此過程中形成了一系列的等深流沉積。如東部富平的粉屑及泥質(zhì)等深巖，西部平?jīng)龅纳靶嫉壬顜r，以及北部桌子山的泥晶及砂屑等深巖。其中，平?jīng)龅貐^(qū)砂屑等深巖側(cè)向厚度變化大，局部呈透鏡狀，層面多為波狀。砂屑0.1～0.5 mm，含量為35%～65%，粉屑及磨圓較好，亮晶及泥晶膠結(jié)，其具有較好的儲(chǔ)集性能。另外，等深流在運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)其進(jìn)入秦嶺-祁連海槽時(shí)，由于地形變化(限制型環(huán)境和盆地邊緣“L”形拐點(diǎn))，其能量會(huì)局部增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致其可能對(duì)隴縣及平?jīng)龅貐^(qū)的重力流沉積進(jìn)行簸選、改造，提高其成熟度，最終形成改造砂。

圖8 鄂爾多斯盆地西南緣隴縣地區(qū)平?jīng)鼋M有機(jī)質(zhì)特征Fig.8 Organic matter features of the Pingliang Formation in Longxian area,southwestern margin of Ordos Basina.條帶狀，沿泥質(zhì)條帶分布，泥晶灰?guī)r；b.條帶狀，沿縫合線分布，泥晶灰?guī)r；c.灰黑色團(tuán)塊狀，泥晶灰?guī)r；d.褐色團(tuán)塊狀，泥晶灰?guī)r

第三，鄂爾多斯盆地西緣奧陶系克里摩里組等深流沉積有機(jī)碳含量為0.10%～1.08%；總烴含量多大于60%，多數(shù)為腐泥型，可作為較好的烴源巖[35]。桌子山地區(qū)泥晶等深巖有機(jī)碳平均值約0.607%[36]。富平及平?jīng)龅貐^(qū)等深流沉積中常見灰黑色及褐色條帶狀及團(tuán)塊狀有機(jī)質(zhì)(圖8)。另外，張?jiān)虑傻葘?duì)鄂爾多斯盆地西南緣中上奧陶統(tǒng)克里摩里組合烏拉力克組(相當(dāng)于峰峰值和部分平?jīng)鼋M)中原地沉積烴源巖研究表明：盆地西南緣中上奧陶統(tǒng)烴源巖生氣強(qiáng)度高，約(2～10)×103/km2?？偵鸁N量約48×1012m2，排烴量約為38×1012m3，資源量約2.3×1012m3。在南部富平和隴縣之間的淳化存在一個(gè)生氣中心[37]。綜上所述，隴縣地區(qū)及周緣重力流、改造砂及粗粒的等深流沉積可作為潛在的油氣儲(chǔ)層，而細(xì)粒的等深流沉積和原地沉積具有較好的生烴能力，其相互疊置可形成理想的生儲(chǔ)蓋組合，進(jìn)而成為油氣勘探的潛在區(qū)。

5 結(jié)論

1) 研究區(qū)巖石類型較為單一，以砂巖及泥巖為主，沉積構(gòu)造豐富，常見波痕、交錯(cuò)層理、槽模、平行層理、水平層理、雙向交錯(cuò)層理及生物擾動(dòng)?？蛇M(jìn)一步分為3種典型巖相。巖相1為水平層理泥巖相，代表深水原地沉積；巖相2為交錯(cuò)層理砂巖相，為濁流沉積；巖相3為雙向交錯(cuò)層理砂巖相，為改造砂沉積。

2) 改造砂為等深流改造濁流沉積而成。與濁流沉積相比，其典型特征包括：①顆粒分選及磨圓較好，粒徑具有兩個(gè)或多個(gè)總體；②具有兩個(gè)古水流優(yōu)勢(shì)方向。一個(gè)與濁流運(yùn)動(dòng)方向相同，另一個(gè)大致平行斜坡；③生物擾動(dòng)較為發(fā)育；④概率累計(jì)曲線1～3段式，以1～2段為主，包含重力流和牽引流特征；⑤沉積序列多為下粗上細(xì)，頂部多見侵蝕特征;⑥微量元素相對(duì)較高。

3) 由于等深流持續(xù)、穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間對(duì)早期濁流沉積的簸選、搬運(yùn)、再沉積作用，導(dǎo)致改造砂結(jié)構(gòu)及成分成熟度明顯高，其具有良好的油氣儲(chǔ)集性能。同時(shí)，粗粒的等深流沉積可作為潛在的儲(chǔ)層，細(xì)粒等深流沉積是較好的烴源巖。因此，改造砂及其伴生沉積可以形成良好了生儲(chǔ)蓋組合，是油氣勘探的理想對(duì)象。

致謝：研究生張燦、王季欣、馮斌、蘇帥亦、郝烴及黃瑾參加了野外及部分室內(nèi)工作，編輯及審稿人提出了寶貴的意見和建議，在此表示衷心的感謝。

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