百色盆地东部坳陷北部陡坡带东段那读组砂岩碎屑组分及物源分析

武文慧 侯明才 李智武

(成都理工大学沉积地质研究院,成都610059)

百色盆地是一个受北西向构造控制的、在中三叠统褶皱基底上形成的新生代内陆断陷盆地,属湖相沉积,其大地构造位置处于华南褶皱系之印支(右江)褶皱带[1,2]。对于内陆湖泊沉积而言,碎屑岩相对粗粒级碎屑的成分和标型组合特征是确定物源的直接依据[3,4]。砂岩中石英及硅质岩屑属于稳定组分,搬运距离越远其相对含量越高。不同母岩来源的石英具有不同的标型特征,因此,可以通过石英的含量及其标型特征推断物源。岩屑的成分同样可以反映母岩的性质,随着搬运距离的增加,不稳定岩屑的含量逐渐减少。此外,碎屑岩中各种重矿物之间存在着相对固定的共生关系。重矿物组合是物源搬运距离和岩性变化的极为敏感的指示剂[5]。在同一沉积盆地中,同一时期、同一物源的沉积物的重矿物组合特征基本一致,因此,可利用同时期重矿物组合推断沉积物来源的方向。一般而言,搬运距离越远,岩石中的稳定组分含量越高;越靠近物源不稳定组分含量越高。

对于百色盆地东部坳陷古近系那读组的砂岩而言,以往的研究主要集中于沉积特征、储层成岩作用特征和孔隙演化特征等方面[2,6～9],而对物源分析则涉及甚少。为此,本文以百色盆地东部坳陷北部陡坡带东段古近系那读组砂岩作为研究对象,根据薄片鉴定结果,从骨架颗粒、重矿物的组成特征和结构特征入手,对其物源进行详细研究。

1 区域地质背景

百色盆地位于广西壮族自治区西南部,属百色、田阳、田东等县辖区;分布在东经 106°34′～107°2l′和北纬23°23′～ 23°47′之间 ;呈北西向长条状展布,盆地长 109 km,宽 2～14 km,面积 830 km2[1]。

百色盆地属新生代(E-N)内陆断陷盆地,新生界厚度约为3.4 km。其中可划分出两个一级构造单元：东部坳陷和西部坳陷;5个二级构造单元：头塘凹陷、那笔凸起、田东凹陷,三塘凸起和六塘凹陷;12个三级构造单元[1,10,11].研究区位于东部坳陷北部陡坡带东段(样品主要采自田东凹陷北东部,图1)。古近系那读组为一套深灰-褐灰色泥岩、钙质泥岩夹砂岩、砂砾岩组合,厚度为67～900 m,与下伏红色岩组呈平行不整合接触,或超覆不整合于中三叠统之上[1]。根据岩性组合、沉积旋回、电性特征等可将那读组分为3段,其中第一段又分为2个亚段。具体分为：那读组第一段第一亚段(1-1)、那读组第一段第二亚段(1-2)、那读组第二段(2)、那读组第三段(E2n3)。

2 砂岩碎屑组分特征与物源关系

从薄片鉴定结果来看,那读组的岩石类型主要由细砂岩和粉砂岩组成,其次是砾岩、粗粉砂岩和泥岩。砂岩类型(刘宝珺,1984)[12]主要是长石石英砂岩和岩屑石英砂岩,还有少量长石砂岩、岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、石英砂岩和岩屑砂岩(图2)。砂岩碎屑组分主要由石英和长石、各类岩屑、重矿物等构成,填隙物主要是伊利石、高岭石、绿泥石等杂基和方解石胶结物、菱铁矿胶结物、硅质胶结物。碎屑颗粒的粒度较细,以细粒砂状结构为主,磨圆度以棱角状-次棱角状和次棱角状为主,其次为次圆-次棱角状、次棱角-次圆状,次圆状及圆状的砂粒极少;胶结类型以基底式、基底-孔隙式、孔隙-基底式为主,其次为孔隙式、接触-孔隙式。由以上特征可看出,那读组砂岩的成分成熟度较高,结构成熟度较低。

2.1 Q和F端元特征与物源的关系

偏光显微镜下,碎屑石英和硅质岩屑是构成那读组砂岩的主要成分,Q端元主要由石英、硅质岩岩屑和石英岩岩屑组成,其平均含量(岩石薄片上的面积比,下同)为63%。石英由单晶石英和多晶石英组成,其中单晶石英具波状消光;多晶石英呈拉长状,由多个石英晶体组成,石英颗粒之间呈缝合线接触,具波状消光,应为变质岩来源的石英。还有少部分多晶石英是由镶嵌状的石英晶体组成,波状消光不明显,可能是岩浆岩来源的石英。研究区各钻井各层段中Q端元的平均值分别为61.8%,59.6%,53.1%;变化范围分别为48%～86%,47%～80%,50%～55%之间(表1)。F端元主要由长石尤其是酸性斜长石构成,较为稳定的钾长石很少见;其含量(面积比)总体上普遍较低,平均为7%。大部分钻井中F端元的含量(面积比)都小于10%,有些砂岩中甚至不含长石。各层段中 F端元的平均值分别为5.6%,7.9%,7.4%;变化范围分别在1%～18%,1%～18%,3%～8%之间(表1)。但在B57井的E2n1-1层段中和L35-1井的E2n1-2层段中长石的含量(面积比)均大于10%,在12%～18%之间。

表1 那读组砂岩中Q端元和F端元的含量(面积比/%)Table 1 The average contents and variations of Q and F in sandstones of Nadu Formation

图1 百色盆地构造单元区划与研究区位置图Fig.1 Tectonic division of the Baise basin and the location of study area

图2 那读组砂岩的主要岩石类型Fig.2 T riangular QFL plot showing the types of sandstones from Nadu Formation

Q端元代表砂岩中稳定组分,因此,根据那读组各钻井中Q端元的平均含量(面积比)绘制了稳定组分的变化趋势图(图3)。可以看出,Q端元呈现出两种变化趋势,一个是受北西方向物源的影响,向南东逐渐变高;另一个是受北东方向物源的影响,向南西方向呈递增趋势。F端元在平面上的变化趋势不明显,但F端元以酸性斜长石为主,稳定的钾长石含量极少,由此说明,那读组砂岩搬运距离较近,属近物源沉积。

2.2 重矿物特征与物源的关系

图3 那读组Q端元平均含量(面积比/%)的变化趋势Fig.3 Isoline of the average content of Q in sandstones of Nadu Formation(arrows show the inferred paleocurrent direction)

砂岩中重矿物耐磨蚀、稳定性相对较强,能够较多地保留其母岩的标型特征。不同的母岩类型具有特定的重矿物组合及相对含量,因此重矿物在物源分析中占有重要地位[5]。通常情况下选取碎屑颗粒比例大于75%的砂岩薄片用于重矿物分析。根据薄片分析鉴定统计得出,研究区内重矿物含量并不高,其质量分数一般变化在0.5%～5.5%之间。重矿物主要由锆石、电气石、黑云母、白云母、磷灰石、黄铁矿、绿泥石、磁铁矿、锐钛矿等构成。重矿物的种类较多,同一个薄片中最多可达9种。其中出现频率最高的是电气石和锆石,其次为白云母、黄铁矿、黑云母、绿泥石、锐钛矿等(表2)。按重矿物的稳定性可将研究区砂岩中的重矿物划分为稳定重矿物、较稳定重矿物与不稳定重矿物[13～17]。其中,稳定重矿物包括锆石、电气石、白云母、白钛矿、石榴石、榍石、金红石,较稳定重矿物包括矽线石、钛矿、钛铁矿、锐钛矿,不稳定重矿物包括黑云母、磁铁矿、绿泥石、磷灰石、绿帘石、重晶石、黄铁矿、黝帘石。考虑到黑云母稳定性较差,经风化及成岩作用常被分解为绿泥石和磁铁矿,而区内岩石已经过成岩蚀变,故将磁铁矿归入不稳定重矿物(全文对重矿物的划分相同)。

表2 重矿物在岩石薄片中的出现频率Table 2 Appearance frequency of heavy minerals in all thin sections

薄片统计结果表明,那读组13口钻井中,重矿物总的质量分数在1.02%～4.33%之间内变化,平均为 1.65%。稳定重矿物的变化范围为0.99%～2.00%,平均为1.16%;较稳定重矿物的变化范围为0%～0.5%,平均为0.06%;不稳定重矿物的变化范围为0.03%～1.83%,平均为0.44%。稳定重矿物和较稳定重矿物质的变化幅度较小,而不稳定重矿物的变化幅度要大一些。根据各钻井那读组不稳定重矿物的统计结果得出,那读组砂岩中不稳定重矿物的平均含量由区内北东边向南西方向逐渐降低,反映出区内北东方向的物源对不稳定重矿物分布的影响(图4)。结合不同母岩的重矿物组合特征,可推断出那读组砂岩的母岩主要是沉积岩。

图4 各钻井那读组砂岩中不稳定重矿物质量分数(w/%)等值线图Fig.4 Content isoline of instable fragments and heavy minerals in sandstones of Nadu Formation

2.3 岩屑特征与物源的关系

研究区内那读组砂岩中的岩屑含量较低,其平均质量分数变化范围一般在0%～15%之间,主要岩屑类型有硅质岩岩屑、碳酸盐岩屑、粉砂岩岩屑、泥岩岩屑、石英岩岩屑、千枚岩岩屑。那读组地层中喷出岩岩屑非常少,有些薄片中基本上不含喷出岩岩屑。按照岩屑的性质将硅质岩岩屑、碳酸盐岩屑、粉砂岩岩屑、泥岩岩屑归入沉积岩岩屑,喷出岩岩屑归入岩浆岩岩屑,石英岩岩屑和千枚岩岩屑归入变质岩岩屑。从那读组来看,沉积岩岩屑含量最高,其次是变质岩岩屑(有些薄片中几乎不含喷出岩岩屑)。而沉积岩岩屑中除硅质岩岩屑外,其他沉积岩岩屑如碳酸盐岩屑等的稳定性均不高。

由此判断,那读期属近物源沉积,且母岩性质主要是以沉积岩为主,其次为变质岩。按薄片统计,各钻井中那读组沉积岩岩屑的平均含量(面积比)在0.5%～7.9%之间变化,主要由硅质岩岩屑(属稳定组分)和碳酸盐岩屑(属不稳定组分)组成,这在平面上很难判断物源方向;而喷出岩岩屑和变质岩岩屑的含量较少,在平面上的变化趋势不明显。

3 结论

a.那读组砂岩中Q端元的平均含量呈现出两种变化趋势,一个是受北西方向物源的影响,向南东逐渐变高;另一个是受北东方向物源的影响,向南西方向呈递增趋势。石英的标型特征显示其母岩是变质岩。

b.根据那读组砂岩中重矿物的组合特征,选用不稳定重矿物的平均含量来分析物源方向,得出由研究区北东边向南西方向其含量逐渐降低,反映出研究区内北东方向的物源对不稳定重矿物分布的影响。

c.根据不同母岩重矿物的组合特征和岩屑的组合特征,可推断出那读组砂岩的母岩主要是沉积岩,其次为变质岩,且属近物源沉积。

[1]滇黔桂石油地质志编写组.中国石油地质志：滇黔桂油气区[M].北京：石油工业出版社,1992.

[2]彭军,陈果,郑荣才,等.百色盆地东部古近系那读组湖相灰岩储层特征[J].地球科学,2005,26(6)：557-563.

[3]孙永传,李蕙生.碎屑岩沉积相和沉积环境[M].北京：地质出版社,1986.

[4]田景春,康建威,林小兵,等.台盆沉积体系及层序地层特征研究[J].西南石油大学学报,2007,29(6)：39-42.

[5]赵红格,刘池洋.物源分析方法及研究进展[J].沉积学报,2003,21(3)：409-412.

[6]陈元壮,吴明荣,刘洛夫,等.百色盆地古近系那读组和百岗组层序地层划分与沉积演化[J].石油大学学报：自然科学版,2005,29(1)：1-6.

[7]陈元壮,姜在兴,吴景荣,等.百色盆地东部坳陷中央断凹那读组储层特征[J].江汉石油学院学报,2004,26(3)：59-60.

[8]尹燕义,刘灵芝,王国娟,等.百色盆地田东凹陷子寅油田那读组砂岩储层成岩作用与孔隙演化[J].大庆石油学院学报,1995,19(3)：26-29.

[9]胡东风.百色盆地第三系烃源岩热模拟特征研究[J].西南石油大学学报：自然科学版,2008,30(2)：41-44.

[10]赵俊兴、陈洪德,李仲东,等.百色盆地东部坳陷百岗组沉积特征与两侧构造活动的不同步性[J].矿物岩石,2004,24(4)：93-98.

[11]余宏忠,姜在兴,朱明春,等.百色盆地东部坳陷北部陡坡带岩性油气藏勘探研究[J].广西科学,2004,11(4)：385-388.

[12]刘宝珺.沉积岩石学[M].北京：地质出版社,1984.

[13]刘岫峰.沉积岩实验室研究方法[M].北京：地质出版社,1991.

[14]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].北京：石油工业出版社,2001.

[15]姜在兴.沉积学[M].北京：石油工业出版社,2003.

[16]李森明,李蓬,孙惠萍,等.利用储集砂岩微观特征进行物源分析——以吐哈盆地鄯勒地区为例[J].新疆石油地质,2005,26(6)：656-658.

[17]HILMAR V E,REINHARD G.Provenance of Cretaceous synorogenic sandstones in the Eastern Alps：constraints from framework petrography,heavy mineral analysis and mineral chemistry[J].Sedimentary Geology,1999,124(4)：82-110.