基 鄂尔多斯盆地西南地区细粒沉积物特征分析

摘要：应用岩心观察、地球化学测试等方法，结合湖泊发育演化和古气候变化特征，探讨湖泊演化过程中水体盐度、氧化还原条件和生产力变化，研究湖盆细粒沉积体系分布规律及主控因素。鄂尔多斯盆地延长组长7沉积期，气候温暖潮湿，半深湖-深湖大面积发育，富有机质细粒沉积物发育。该期形成的富有机质页岩主要受湖盆底形影响，同时砂体沉积模式也影响细粒沉积分布。长73沉积期快速湖侵，湖水深度和范围急剧增加，湖泊表层水体与底层水体存在盐度分层，形成大面积缺氧环境，有利于富有机质页岩的大规模发育。深湖区平缓地带，陆源碎屑供给不足，有机碳含量高，有机质类型好以Ⅰ、Ⅱ型为主，斜坡带半深湖区，陆源碎屑影响明显，粉砂质泥岩发育，干酪根以Ⅱ型为主，同时发育Ⅲ型干酪根。

关键字：细粒沉积；有机质类型；延长组；深湖-半深湖

鄂尔多斯盆地致密油、页岩油资源丰富，具有很大的勘探开发潜力。主要发育于延长组长6-长7油层组，前人对延长组长7油层组沉积相、烃源岩评价、成藏特征等方面做过一系列研究。但对于细粒沉积物沉积特征等方面的研究比较薄弱。本次通过对长7油层组细粒沉积物的沉积体系进行综合研究，总结分布规律，探寻控制因素，同时对与其伴生的砂体成因机理进行分析，揭示湖盆细粒沉积与粗粒沉积的相互作用机理，为区带评价提供地质依据。

长7沉积期，鄂尔多斯盆地进入板块碰撞拼接、幕式构造运动最活跃的时期，湖盆强烈扩张，是盆地发展的最鼎盛时期[1]。该期沉积格局发生重大变化,盆地快速沉降,最大湖泛期半深湖、深湖区范围可以达到10×104km2以上,沉积了一套厚度大、有机质丰度高的细粒沉积物,俗称“张家滩页岩”。沉积中心向西南方向迁移至华池—正宁一带。这套细粒沉积具有典型的地球物理响应特征,测井曲线表现为高阻、高伽马、高时差、低电位、低密度的特征, 地震具有双相位或三相位、强振幅连续反射的特征。长7沉积期晚期,湖盆范围逐渐萎缩,砂体沉积作用明显。细粒沉积物集中体现在长7油层组下部长73亚油层组，长72亚油层组、长71亚油层组发育较局限。

1、细粒沉积特征

长7沉积期，湖盆快速沉降，湖侵作用明显。该时期主要以细粒沉积为主。本次从古水介质环境和古气候及生产力特征等方面展开研究，同时对其控制因素进行分析。

1．1古水介质环境

鄂尔多斯盆地三叠纪长7沉积时期作为最大湖侵期，其沉积背景与早中三叠世存在明显差异。伽玛蜡烷是来源于原生动物的五环三萜类生物标志物。目前研究表明伽玛蜡烷随着水体盐度升高而增加, 它的大量出现表征高盐度导致的水体分层[2]因此成为指示盐度分层的指标,常用伽玛蜡烷指数来表示。C30*相对丰度是一个良好的环境指标,高-很高的C30*指示较浅水的亚氧化环境,而低的C30*则指示了缺氧的的沉积环境[3]。升藿烷指数偏高一般表明具有限制性水体循环的缺氧沉积环境。图1表明，研究区长7油层组升藿烷指数分布在0.06-0.14之间，伽马蜡烷指数分布在0.11-0.65之间，其中长73亚油层组伽马蜡烷主要分布在0.55-0.65之间、长72亚油层组伽马蜡烷主要集中在0.2左右、长71亚油层组主要集中在0.12左右，长73亚油层组伽马蜡烷明显高于长72、长71亚油层组，表明水体分层明显，该期快速湖侵，表层水体与深层水体由于温度与盐度差异，导致水体循环受阻，造成底部缺氧环境[4]。C30*/C30藿烷长73亚油层组分布在0.08-0.15之间、长72亚油层组分布在0.64-0.72之间、长71亚油层组分布在1.0-1.2之间，长73-长71重排藿烷分布差异较大，表明长73段细粒沉积物沉积期，粘土沉积物的输入较少，陆源碎屑物质供给不足，沉积速率低，主要为相对封闭的深湖环境，长72-长71受陆源碎屑物质影响较大。

同时姥鲛烷和植烷也是常用的表征古环境的生物标志化合物之。一般认为,强还原、高含盐环境的沉积物中常具有强烈的植烷优势,而在还原环境中,植烷丰度明显减弱,但仍保持一定的优势；在沼泽环境中则往往具有强烈的姥鲛烷优势。在Pr/nC17-Ph/nC18图解中（图1），研究区细粒沉积物样品点分布较窄，位于氧化和还原环境的交汇区域以及还原区域，但三个亚油层组分界较明显。这说明研究区长73-长71亚油层组虽然均形成于淡水湖泊相还原-弱还原环境，但各亚油层组之间氧化还原存在明显差异，长73亚油层组在Pr/nC17-Ph/nC18图中主要分布在强还原、海相盐湖相区间，结合前人研究认为，长73亚油层组是最大湖进时期，大规模的湖水补给来源于陆地降水而并非海侵，该沉积期研究区只是濒临南部的古特提斯海,受海洋性气候的影响，形成了近海湖泊环境，而且湖泊缺乏与海域的连通[5]。因此长73亚油层组沉积期属于逐渐被大气降水冲淡的泻水湖泊.水体分层明显，为强还原泻水湖泊环境。 在重点利用有机地化参数判断古水介质的同时，对与之共生的无机沉积物进行分析总结。泥质岩中微量元素的分配及比值的变化、组合都在一定程度上指示着古环境的变化特征。沉积物中元素的分配一方面取决于元素本身的物理化学性质，另一方面又受到古环境的极大影响。因此选取一些泥质岩中对古环境反映比较敏感的微量元素及有关比值，分析其含量、分布规律，探讨古环境变化。

前人研究通过元素地球化学参数对长7沉积环境进行了相关研究[6]。利用Sr/Ba值、V/Ni等地球化学指标作为判识标志（图2）,对鄂尔多斯盆地延长组长7

油层组沉积环境水介质条件进行了分析。Sr/Ba值小于0.6为陆相环境，0.6-1之间为半咸水环境，大于1为咸水环境。V/Ni大于1为还原环境，小于1为氧化环境。图2表明研究区长7油层组沉积期陆相淡水还原环境。

00.20.40.60.800.511.5伽马蜡烷/C30藿烷C30*/C30藿烷长71长72长730.10.20.30.40.50.60.70.80.050.10.15伽马蜡烷指数升藿烷指数长71长72长730.11101000.010.1110Ph/nC17Ph/nC18长71长72长73氧化还原陆相(Ⅲ混合相(Ⅱ/Ⅲ型)海相和盐湖相(Ⅰ/Ⅱ型)

图1 延长组长7层不同层段生标参数图

Fig1. Cross plot of different biomarker of the Yangchang Formation

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

长71长72长73Sr/Ba最小值平均值最大值0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

V/Ni

图2 延长组长7层不同层段Sr/Ba、V/Ni比值图

Fig2. Cross-plot of correlation between Sr vs. Ba、V vs. Ni for the Chang7 member

of YangChang Formation

综合利用伽马蜡烷、重排藿烷、升藿烷指数及姥鲛烷和植烷等典型地化参数的同时，结合无机地球化学分析手段，综合分析认为，长7油层组沉积时期为陆相淡水还原沉积环境，其中长73亚油层组受构造影响明显，处于最大湖进期，碎屑物质供给严重不足，主要为适宜水体生物大量发育的泻水环境，受物源区粗粒物质影响较小，长72、长71湖盆有所萎缩，物源供应逐渐增加，粗粒沉积物比例逐渐加大的淡水弱还原环境。

1．2古气候及生产力特征

长73期，受印支运动影响，湖水大面积发育，半深湖-深湖面积显著增加。宏观上沉积环境的变化，对古气候及生产力也产生明显影响。反映在孢粉组合中，与前期存在明显差异，主要表现在松科、松柏类、种子蕨类及分类位置不明的Walchiites花粉含量明显增高，而蕨类孢子类大大降低[7-8]。结合前人研究认为[6]，长7期湖进导致的深水沉积环境是孢粉类沉积物大量富集的主要因素，尤其是长73亚油层组，研究区基本均处于半深湖-深湖环境，碎屑物质供给不足，浮游生物大量发展，同时深水地区接受异地的孢粉沉积，大量组分单一的孢粉经过搬运分选，随细粒沉积物在湖泊沉积中心沉积。但在长73沉积期之前，研究区主要为浅水环境，坡度缓，湖岸线频繁变化，有利于蕨类植物的发育，缺乏较安静的深水环境，孢粉等细粒生物体不易沉积保存。图3中显示，与长8油层组相比，长73亚油层组蕨类植物孢子相对含量逐渐减少，而裸子植物花粉逐渐增多。同时无论是简单分异度还是复合分异度始终保持较高的分异度值，侧面说明长7沉积期处于持续的温暖潮湿适宜期，植被繁茂，属种繁多，而且没有发生明显的气候波动和植被更替，贡源生物蓬勃发展，后期沉积保存较丰富。。

图3 陇东地区长8-长7段孢粉分异度曲线及所反映的古水深变化（据文献6，改）

Fig3 Curve differentiation degree of sporpollen in Chang7-Chang8 of the Yangchang Formation

古生产力是指古生物在能量循环过程中固定能量的速率，即单位面积、单位时间内所生产出有机物的总量[9]。湖水中营养元素的丰度决定了水体中藻类的繁盛程度，水体中浮游藻类化石的丰度也是古湖泊水体生产力的直接证据，其数量的多少可以直接反映古湖泊生产力的大小[10]。前人通过对陇东地区的取芯观察，在延长组中发现丰富的藻类化石,其中主要集中在长7油层组[5]。以西44井为例，西44井位于研究区内，长73亚油层组底部开始出现藻类，至长73中上部藻类迅速发育，呈指数增长。长73顶部藻类又突然下降，出现明显转折，至长72呈平稳态势发育。即该井长7整体发育藻类，但由下至上，出现明显的两个转折趋势，长73底部至中部出现第一个转折，藻类迅猛发育，长73顶部出现第二个转折，藻类迅速下降。

图4 藻类地层分布图(据文献5，改)

Fig4. Distribution of acritarch from well core of Yangchang Formation in eastern Gansu Province

综合分析认为长7油层组沉积期，以藻类为主的贡源生物迅速发育，古生产力十分高，其中长73为贡源生物主要发育期，但受到构造及沉积影响，长73植物发育出现明显波动，其中部为主要发育期，顶部开始明显下降，之后变化平缓。该沉积期处于深水环境，底部水体主要为缺氧还原环境，是富有机质的细粒沉积物保存、聚集转化的有利场所，在强大的古生产力前提下，形成了至今以长73亚油层组为主要层段的一套富有机质黑色页岩。

1.3 细粒沉积物有机地球化学特征

有机质的地球化学指标通常涉及有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度，丰度与类型受沉积环境影响明显。浅水环境下，水体动荡，水体中含氧量高，高等植物比较发育，贡源物质较丰富，但有机质保存能力比半深湖—深湖环境下差，通常该环境下，腐殖质相对发育。深湖环境中，水体安静缺氧，陆源碎屑供给不足，沉积速率低，底栖生物不发育，是有机质最优的保存环境。两种环境不同造成有机质的丰度、类型和分布的不同。

图5中长7油层组由下至上，有机质丰度存在明显差异，其中长73亚油层组有机质丰度主要为优质烃源岩，长72亚油层组有机质丰度主要为好烃源岩，长71亚油层组主要为差-好烃源岩。岩性分析认为，长73亚油层组主要为油页岩、暗色泥岩，长72亚油层组主要为暗色泥岩，长71亚油层组主要为粉砂质泥岩、暗色泥岩。而不同的岩性其有机质丰度存在明显差异，以油页岩有机质丰度最高，toc普遍大于10%，暗色泥岩次之，粉砂质泥岩丰度较低。同时将取样点按地区归类，在图5中显示，以马岭为界，马岭以东的样品有机质丰度明显优于马岭以西地区的样品。推测两地区的沉积环境存在一定差异，导致其丰度变化较大。

图6表明，就有机质类型而言，长73亚油层组主要为Ⅰ、Ⅱ1型为主，长72亚油层组，有机质主要以Ⅱ型为主，长71亚油层组有机质类型较差，主要分布在Ⅱ2-Ⅲ型。结合岩性分析认为，长73亚油层组主要为油页岩，有机质类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主，长72亚油层组主要为暗色泥岩，有机质类型以Ⅱ1-Ⅱ2型为主，长71亚油层组主要为暗色泥岩、粉砂质泥岩，其有机质类型主要为Ⅱ型，部分样品为Ⅲ型。同样将样品按地区分类，马岭以东、以西两区，有机质类型分界明显，东部主要为Ⅰ、Ⅱ1型，西部主要为Ⅱ型及Ⅲ型。进一步表明西部细粒沉积物受物源区碎屑影响较大，有机质丰度不如西部，同时有机质类型也主要为Ⅱ-Ⅲ型。

0.010.111010010000.010.1110100Pg mghc/g TOCTOC %长71长72长73好烃源岩中等烃源差烃源岩非烃源岩最好烃源岩优质烃源岩0.010.111010010000.010.1110100Pg mghc/g TOCTOC %粉砂质泥岩暗色泥岩油页岩0.010.111010010000.010.1110100Pg mghc/g TOCTOC %马岭以西马岭以东

图5 长7油层组有机质丰度分布图

Fig5. Features of TOC of Chang7 member of YangChang Formation