鄂尔多斯双山地区七里沟砂岩沉积特征及演化

宋雪娟,李壮福

(中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 221008)

近年来,鄂尔多斯盆地上古生界天然气勘探不断取得突破,神木千亿方气田的发现引起人们对该地区太原组砂岩储集体的重视。本文综合分析研究了太原组七里沟砂岩沉积特征,探讨了砂体沉积演化过程,建立沉积模式,恢复其古代沉积环境,有利地指导了下一步天然气勘探。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地可分为六大构造单元：陕北斜坡、伊盟隆起、晋西挠褶带、渭北隆起、天环坳陷和西缘逆冲构造带[1-2]。研究区位于鄂尔多斯盆地东北部,陕北斜坡之上,研究层位基底构造较简单,见图 1。研究区垂向具多套含气层系,包括太原组、山西组、石盒子组及石千峰组以及下古生界。太原组地层自下而上依次为庙沟灰岩、桥头砂岩、8#上煤、毛儿沟灰岩、马兰砂岩、7#煤、斜道灰岩、七里沟砂岩、6#煤、东大窑灰岩、海相泥岩。其中七里沟砂岩在三层砂岩中砂体规模较小。

2 七里沟砂岩沉积特征

2.1 岩石学特征

七里沟砂岩的岩石类型以岩屑石英砂岩为主,夹石英砂岩和岩屑砂岩,见图 2。

图 1 鄂尔多斯盆地构造单元划分与研究区位置图

碎屑成分中,单晶石英以花岗岩型为主;多晶石英则以变质岩型为主;属石英端元组分的燧石岩屑的结构不如桥头砂岩复杂多样,一般为具微粒结构的燧

2.2 粒度分析

碎屑岩的粒度特征是判别岩石沉积时的自然地理环境以及水动力条件的良好标志[3]。七里沟砂岩以粗粒、中粒为主。其概率累积曲线整体呈两段式,由跳跃总体和悬浮总体构成,见图 3。主要由跳跃总体组成,悬浮总体含量较少,常缺乏滚动总体,跳跃总体与悬浮总体之间发育过渡带,可能是受水能量突然降低或混合等影响的结果;跳跃组分分选中等—较差,悬浮组分分选差。细节点在 2.0～3.0φ之间,平均 2.3φ。跳跃总体含量平均 78.1%,悬浮总体含量平均 5.9%。磨圆度为次棱角—次圆,整体分选中等;频率曲线上表现为双峰或不对称单峰曲线,多为正偏态。

通过对太原组砂岩粒度参数的计算得出：标准偏差 (σ1)为 1.13～1.92,表明分选较差—差;偏度(SK1)变化范围较小在 0.29～0.68之间,具有正偏态;峰度 (KG)变化范围在 2.38～4.10,表明很尖锐—石。岩屑类型较为简单,以浅变质的绢云质板岩—千枚岩屑为主,次为变质粉砂岩和绢云片岩岩屑和沉积石英岩屑。可见少量完全高岭石化的碎屑。重矿物类型以稳定的锆石、电气石和金红石等为主。

岩屑含量随粒度而变化,粗砂岩中石英含量高,岩屑含量低,随粒度变细而岩屑含量逐渐增高而变为岩屑砂岩。由于砂岩中的岩屑多为浅变质岩屑,其硬度较低,在风化作用和搬运过程中的磨蚀作用下容易形成粒度较小的碎屑,经沉积环境中水力的自然分选而相对集中于细粒的岩石中。

研究区北部砂体的粒度粗,主要为细砾岩—含砾粗砂岩—粗砂岩;向南变细,南端以中—细砂岩为主,反映古河流流向为自北向南。非常尖锐。

图 2 七里沟砂岩岩石类型图

图 3 研究区七里沟砂岩粒度概率累积曲线图

由上可得出结论,七里沟砂岩整体粒度特点与三角洲沉积的粒度特点吻合。

2.3 沉积地球化学特征

本区的泥岩样品 Sr/Ba比值对环境变化有很好的响应,锶钡比值随向海远离海岸而逐渐增大,见表1。

表 1 研究区七里沟段泥岩的 Sr/Ba比值

从表 1可看出,七里沟段泥岩样品的锶钡比值范围为 0.18～1.30,主要范围 0.30～1.00,平均值为0.65,小于 1,可表明在沉积期水体的盐度是有变化的,频繁受到入侵海水的影响,属于海陆过渡相。

2.4 沉积构造特征与垂向层序

七里沟砂岩沉积构造类型主要为不对称波痕、冲刷—充填构造、平行层理、板状及槽状交错层理、沙纹层理、上攀层理等,层面富白云母与碳屑,见图 4。中—粗粒砂岩为主,粒度较粗,缓倾角的大—小型板状交错层理、槽状交错层理,为河道沉积;正粒序发育、下部大型板状交错层理、顶部上攀层理,为三角洲平原分流河道沉积;细粒砂岩发育为主,小型板状交错层理,层面云母片与碳屑富集,为三角洲前缘水下分流河道沉积。河口砂坝与前三角洲不发育,表现出浅水三角洲的性质。

七里沟砂岩垂直层序的典型特征为正粒序的多次旋回,每个旋回底部发育冲刷面,其底部粗粒砂岩均直接冲刷下伏灰黑色含植物叶部化石的分流间湾相泥岩或页岩,向上粒度逐渐变细,直至顶部变为细砂岩、粉砂岩或煤层、泥岩、页岩。每个旋回向上层理规模也相应变小。

七里沟砂岩的宏观沉积构造特征与垂向层序反映了沉积环境为浅水三角洲。

图 4 研究区七里沟砂岩沉积构造图

图 5 研究区七里沟砂岩沉积古地理图

3 七里沟砂岩砂体展布及沉积古地理

3.1 七里沟砂岩展布特征

研究区七里沟砂岩为一套海退背景下的浅水三角洲沉积,砂体发育的规模比下伏桥头砂岩、马兰砂岩小,厚度一般 2～6m。

规模大的厚砂带沿常家沟—米脂、阿拉伯—双山及榆林—响水三条条带区域展布。厚砂体集中分布在研究区中部的双山井区及南部的官庄—镇川堡井区,随着砂体向研究区南部的推进,砂体开始分叉呈鸟足状向研究区南部延伸,在绥德地区附近发育孤立的障壁砂坝砂岩。

3.2 七里沟砂岩沉积相空间分布特征

研究区主要为三角洲相区所占据,区域上形成了浅水三角洲—碳酸盐潮坪共存的沉积古地理格局,平面上从北向南发育三角洲前缘、障壁砂坝—泻湖及陆表浅海[4],见图 5。浅水三角洲相在研究区内仅发育三角洲前缘亚相,三角洲前缘亚相以水下分流河道微相为主,河口砂坝微相和分流间湾微相不发育;障壁砂坝—泻湖相发育障壁砂坝亚相、泻湖亚相和潮坪亚相。

研究区主要为三角洲前缘沉积,砂岩在平面上呈南北向延伸的条带状分布,反映了主河道的位置,因此对应自西而东依次发育保德三角洲、榆林三角洲、双山三角洲和神木三角洲;四条河道自东向西分别为府谷—保德、常家沟—米脂、阿拉伯—双山及榆林—响水,研究区内均为三角洲前缘水下分流河道沉积。其中尤以神木三角洲发育规模大、分布范围广,延伸至研究区南部米脂地区。研究区西南东南区域均为陆表海沉积,三角洲与陆表海过渡地带为三角洲前缘分流间湾、泻湖、潮坪沉积,在绥德附近有小面积的障壁砂坝沉积。

由于陆表海水浅、基底平缓,三角洲表现为浅水三角洲性质,其特点是三角洲平原发育分流河道沉积,三角洲前缘发育水下分流河道,河口砂坝相对不发育,前三角洲不发育。

4 七里沟砂岩沉积演化及沉积模式

晚古生代鄂尔多斯盆地的构造演化和沉积充填主要受控于北侧的兴蒙海槽、南缘和西南缘秦祁海槽大洋板块的俯冲和挤压作用,晚石炭世末,北方西伯利亚板块向南“推土机”机制的作用,使华北地台发生的强烈的翘板式构造运动,鄂尔多斯盆地属于晚古生代华北地台的一部分,受其影响鄂尔多斯地区形成北高南低的地形地貌格局[5-6]。早二叠世早期,海侵规模扩大,海水主要由东南方向侵入,海相沉积不断向北超覆,北缘隆起带成为物源,研究区太原期四次海平面升降循环,形成了太原组剖面上与平面上海相与陆相相互交错的含煤沉积[7-8]。

七里沟期沉积物总体来说在垂向上叠置于斜道灰岩之上,是在斜道期海侵之后的海平面下降期间形成的陆源碎屑沉积充填,斜道期海侵是晚古生代规模最大的一次海侵。在海退期的陆表海背景下,在北高南低的地形格局中,北缘隆起带成为物源,来自北缘隆起带的陆源碎屑物质被河流源源不断向南搬运充填入盆地中,并向南分叉推进,最终随三角洲建设作用消减而尖灭于南部海相沉积物中。水下分流河道常强烈冲刷下伏沉积物,切割河口砂坝沉积物乃至先期形成的海相沉积物,使得河口砂坝相对不发育。由于蓄水盆地水体浅、沉积基底平缓、丰富的物源供给、沉积过程中构造活动的相对稳定,为浅水三角洲发育奠定了基础。由此建立七里沟砂岩的浅水三角洲沉积模式,见图 6。

图 6 七里沟砂岩沉积模式图

七里沟砂岩的沉积明显受古构造背景、差异沉降、沉积物供给及海平面升降等因素控制[9]。由于北部物源区的抬升,三角洲向研究区南部延伸较远,砂体展布受海侵规模、古地形及下伏地层差异性压实作用控制,七里沟砂岩的空间展布大体继承了桥头砂岩、上马兰砂岩的沉积格局,但其发育规模明则因前期砂岩沉积充填之后南北的地表高程差减小而制约。

5 结束语

鄂尔多斯盆地神木—双山地区太原组七里沟砂岩主要以岩屑石英砂岩为主,成分成熟度及结构成熟度均为中等。研究区七里沟砂岩主要为三个相对富砂条带自北向南分叉展布,为一套海退背景下相对海平面下降时期的浅水三角洲沉积,三角洲前缘、障壁砂坝—泻湖潮坪、陆表浅海在空间上共存,陆相砂岩与海相灰岩的指状交错分布,由此建立其浅水三角洲沉积模式。

[1] 陈全红.鄂尔多斯盆地上古生界沉积体系及油气富集规律研究[D].西安：西北大学,2004.

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