有机岩石学在古湖岸线确定中的应用——以鄂尔多斯盆地北部盒8期为例

张　辉，贾亚妮.

(1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安　710018； 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安　710018)

湖岸线是历史时期湖平面与古陆地的交线，是陆上和水下沉积的分界线，其位置与演化受到湖平面变化、邻近地貌、水动力环境及沉积物供给的综合控制，表现为一个动态平衡的界面。反映地质时期湖平面某一相对稳定时期的湖岸线即为古湖岸线。在油气沉积地质领域，古湖岸线控制着砂体类型、形态、组合及油气成藏[1-3]，确定古湖岸线的位置对于油气勘探起着重要的指导作用[4]。近年来，前人对鄂尔多斯盆地上古生界盒8期沉积环境、沉积相及其对砂体及储层的影响做了大量研究工作[5-8]，但是盒8期古湖岸线的位置仍难以确定，一种观点认为盒8期古湖岸线在盆地北部鄂托克前旗—榆林一带[9]，另一种观点认为其处于盆地南部靖边-绥德一线[10-11]。这是由于鄂尔多斯盆地盒8期为浅水三角洲沉积，具有构造稳定、沉降缓慢、坡缓、水浅等特点，受季节、气候等因素的影响，湖岸线频繁摆动，湖平面的垂向变化可以引起湖岸线横向上的大幅度迁移，因此，盒8期湖岸线并不局限于某一条线，而是一个摆动带。

有机岩石学是以光学显微镜为主要技术手段，应用透射光、反射光、荧光等综合研究沉积岩中有机质的成因、产状、组成、结构和演化等的一门学科。研究表明，沉积环境对原始有机质的性质有重要影响，一定沉积环境下可形成一定特性的有机岩石成分；反之，据某种特定的有机岩石成分则可推测其形成的特定环境[12]。因此，有机岩石学可用来开展有机相划分[13-15]，定量确定湖岸线的位置。笔者以有机岩石学理论为基础，研究盒8段暗色泥岩显微组分，划分有机相，结合盒8段泥岩颜色，综合限定古湖岸线位置及其摆动范围，以期为鄂尔多斯盆地北部盒8段天然气勘探目标优选提供借鉴。

1　地质背景

鄂尔多斯盆地北部北起鄂托克旗，南至环县—延安，东至榆林，西到石嘴山，面积约9×104km2(图1)。鄂尔多斯盆地作为华北地台西端的次级构造单元，其晚古生代的构造演化与华北地台相一致，主要受北侧的兴蒙海槽、南和西南缘的秦祁海槽的洋底扩张及大洋板块的俯冲、消减作用控制[16]，同时受到特提斯构造域和太平洋构造域的双重作用。早古生代盆地区主要为陆表海，周围被古陆和岛屿环绕，形成厚层碳酸盐岩沉积建造。中奥陶世后，盆地整体隆起遭受长期风化剥蚀，形成了极具天然气勘探意义的奥陶系顶部古风化面。晚石炭世华北地台整体缓慢下沉接受沉积，呈NNE向的隆坳构造格局，中部是中央古隆起，西侧为贺兰裂陷带，东面是克拉通内浅陷[17]，北缘为阴山古陆，西北缘是阿拉善地块，南缘有秦岭—中条古陆，并在风化壳之上形成碎屑岩与碳酸盐岩交互的含煤沉积，构成上古生界含油气系统。早二叠世东西部海水汇合，区域上形成碳酸盐台地、障壁岛、浅水三角洲交互的含煤沉积。中—晚二叠世，随地台抬升、海水退缩，演变为近海内陆坳陷充填，形成冲积扇、河流、三角洲、湖泊沉积；晚二叠世晚期陆表海消亡，转化为内陆坳陷，形成以湖泊沉积为主的河湖充填[16]。

图1　研究区位置Fig.1　The location map of study area

2　有机岩石学特征

2.1　显微组分特征

研究区暗色泥岩干酪根显微组分分析结果表明，暗色泥岩显微组分组成可分为三类：a类以富含镜质组、贫腐泥无定形体为特征，镜质组与惰性组含量在90%以上，无定形体含量<7%，表明其母质来源于陆源高等植物；c类以腐泥无定形体为主，含量大多在64%以上，镜质组与惰性组含量在36%以下，表明其母质为以藻类为主的低等水生生物；b类为过渡型，镜质组与惰性组含量介于52%～80%，腐泥无定形体含量介于20%～47%，表明其母质主要为陆源高等植物，且混有低等水生生物。该类中位于南部的陕339井具有较高的镜质组含量(78%)，这可能是由于沼泽泥炭中的腐殖物质受流水搬运，在南部再沉积，从而导致泥岩中镜质组含量较高。高福红等[18]对鸡西盆地早白垩世烃源岩显微组分特征研究后认为，在三角洲平原—泛滥平原沉积中，镜质组与惰性组含量大于70%；在滨浅湖—沼泽沉积中，镜质组与惰性组含量为20%～70%；而深湖—半深湖沉积中镜质组与惰性组含量小于20%。研究区三类显微组分组成的变化指示泥岩沉积从陆上到深水环境的演化(表1)。

表1　盒8段暗色泥岩显微组分分析Table 1　The compositions of the micro-components of dark mudstones of He-8

2.2　有机岩石学特征

Hacguebard[19]在对大量现代沼泽研究的基础上，提出了有机质生成环境的岩相图解。岩相图解的划分原则及三角图(图2)所代表的意义如下：①低等水生生物和高等植物的生成环境差异较大，以此作为岩相图解中上下三角形区分的依据，低等水生生物以藻类体为代表，多与湖相深水沉积有关。相的划分首先以腐泥无定形体含量的10%为限。腐泥无定形体含量大于10%的泥岩为水下湖相沉积，岩相图的划分以下部的三角形为准；腐泥无定形体含量小于10%的泥岩为陆地沉积，岩相图以上部三角形为准。②上部的三角形代表比较干燥的条件，愈向A端元顶端愈干燥。当分析结果D端元小于10%时使用这一图解，需将C与D组元合并；同样，当分析结果D端元大于10%时，需将A与B组元加在一起，将数据绘在下面的三角形中，即代表比较潮湿条件下的三角形。

图2　P.A.Hacgueburd岩相图解Fig.2　Hacgueburd lithofacies diagrams

按照岩相图解的划分原则，将暗色泥岩显微组分数据投到P.A.Hacgueburd岩相图解，分析结果(图2)显示，研究区盒8段暗色泥岩发育三种有机相，第一种是河间洼地沼泽带的陆地森林沼泽相，形成于水上环境，镜质组是主要的显微组分，含有少量的腐泥无定形体组分；第二种形成于近岸浅湖区的覆水森林沼泽相，为水下浅水环境，镜质组占优势，但腐泥无定形体组分明显富集。第三种是形成于湖泊环境中的开阔水体相，为深水环境，以腐泥无定形体组分富集为特征。

3　古湖岸线恢复

依据盒8段暗色泥岩有机相平面分布特征(图3)，苏38井-苏327井-陕9井一线以北为河间洼地沼泽带的陆地森林沼泽相，以南以惠探1井-苏110井-陕301井一线为界分别为近岸覆水森林沼泽相和开阔水体相。从图3中可以看出，研究区北部苏38井和苏40井盒8期暗色泥岩形成于水上和近岸水下浅水两种沉积环境，反映其位于湖岸线附近，受湖平面波动的影响。因此，将苏38井-苏327井-陕9井一线作为盒8期湖泊的湖岸线(最大洪水期与陆地的交界线)。但是，鄂尔多斯盆地盒8期古地形平缓，古沉积坡度小于2°，在此古地形背景下，气候、构造沉降等变化易造成短期水进水退频繁发生，致使湖岸线不停地来回摆动。华北板块在石炭纪—二叠纪不断地自赤道附近向北漂移，伴随着气候升温和干燥带向赤道扩张，其主体逐渐脱离热带雨林气候带，到石盒子期研究区进入热带—亚热带干旱气候，决定了石盒子组盒8期河水补给以间歇性的大气降水为主，湖岸线受季节性降水影响，洪水期湖水水位上升，湖岸线前进；枯水期湖水水位下降，湖岸线后退，湖盆在洪水期与枯水期之间的湖岸线频繁摆动，导致大面积地区在洪水期处于水下，在枯水期处于水上。在湖岸线以南区域存在杂色泥岩和暗色泥岩混合区(图4)，且暗色泥岩干酪根显微组分分析结果呈现出镜质组与腐泥无定形体均势的特征，反映其沉积环境变化频繁。

图3　盆地北部地区盒8暗色泥岩有机相分布Fig.3　Distribution of organic facies of He-8 in northern Ordos Basin

图5　陕344井盒8段综合柱状图Fig.5　Comprehensive histogram of He-8 from well S344

研究区三角洲前缘相陕344井盒8段综合柱状图(图5)显示，在盒8下段有漏斗状结构的河口坝砂体，暗色泥岩干酪根镜鉴结果也显示为水下前缘相沉积，但至盒8上段突变为杂色泥岩，暗色与杂色泥岩的交替出现反映泥岩沉积时经历了频繁的水上、水下变化，湖泊水体发生过频繁的湖进、湖退波动，湖岸线经历了反复摆动的过程[20]。因此，认为湖岸线向南最大摆动大致在定边-莲4井-陕344井-子洲一线，与北部苏38井-苏327井-陕9井一线共同构成了盒8期湖岸线摆动带(图4)。按照浅水三角洲类型划分方案[21]，盒8期苏38井-苏327井-陕9井一线以北为三角洲平原(洪水线之上)，定边-莲4井-陕344井-子洲一线以南(枯水线之下)为三角洲外前缘沉积，长期处于水下。湖岸线摆动带(枯水线—洪水线之间)为三角洲内前缘沉积，沉积区时而水上时而水下，砂体厚度大、粒度粗、横向连片分布、储集物性好，是天然气勘探的有利目标区。

4　结论

(1)鄂尔多斯盆地北部盒8期发育河间洼地沼泽带的陆地森林沼泽相、近岸浅湖区的覆水森林沼泽相、开阔水体相三种有机相，暗色泥岩显微组分和有机相从北往南呈规律性变化，指示泥岩沉积从陆上到深水环境的演化。

(2)鄂尔多斯盆地北部盒8期古湖岸线为一个摆动带。苏38井-苏327井-陕9井一线以北为三角洲平原(洪水线之上)，定边-莲4井-陕344井-子洲一线以南(枯水线之下)为三角洲外前缘沉积。湖岸线摆动带(枯水线—洪水线之间)为三角洲内前缘沉积，砂体厚度大、粒度粗、横向连片分布、储集物性好，是天然气勘探的有利目标区。

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