天然气地球科学 >

2021 , Vol. 32 >Issue 3: 393 - 404

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2020.12.012

天然气地质学

柴达木盆地北缘冷湖七号地区下干柴沟组上段沉积—成岩特征

  • 潘世乐 , 1, 2 ,
  • 蒋赟 1, 2 ,
  • 朱文军 3 ,
  • 刘振宇 4 ,
  • 王晔桐 1, 2 ,
  • 孙国强 , 1, 5 ,
  • 张顺存 1, 5
展开
  • 1. 中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000
  • 2. 中国科学院大学，北京 100049
  • 3. 中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202
  • 4. 中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000
  • 5. 甘肃省油气资源研究重点实验室，甘肃 兰州 730000
孙国强（1977-），男，河南洛阳人，副研究员，博士，主要从事石油地质学和沉积储层研究.E-mail：.

潘世乐（1996-），男，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事含油气盆地石油地质学研究.E-mail：.

收稿日期: 2020-07-28

  修回日期: 2020-12-18

  网络出版日期: 2021-03-22

收起

Sedimentary-diagenetic characteristics of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region， North Qaidam Basin

  • Shi-le PAN , 1, 2 ,
  • Yun JIANG 1, 2 ,
  • Wen-jun ZHU 3 ,
  • Zhen-yu LIU 4 ,
  • Ye-tong WANG 1, 2 ,
  • Guo-qiang SUN , 1, 5 ,
  • Shun-cun ZHANG 1, 5
Expand
  • 1. Northwest Institute of Eco⁃Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
  • 3. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，China
  • 4. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，China
  • 5. Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Gansu Province，Lanzhou 730000，China

Received date: 2020-07-28

  Revised date: 2020-12-18

  Online published: 2021-03-22

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(41872145)

The Talent Training Plan of “Light of the West” of Chinese Academy of Sciences(Y304RC1SGQ)

The Natural Science Foundation of Gansu Province(17JR5RA293)

The Key Laboratory Project of Gansu Province(1309RTSA041)

Fold

本文亮点

综合岩石学、矿物学和元素地球化学等研究方法，对柴达木盆地北缘冷湖七号地区下干柴沟组上段（E3 2）碎屑岩的岩石学特征、成岩作用、沉积微相以及沉积环境进行了综合研究。结果表明：冷湖七号地区下干柴沟组上段碎屑岩以长石质岩屑砂岩为主，其次为岩屑质长石砂岩；孔隙类型多为原生粒间孔和粒间溶蚀孔，胶结物多为方解石；黏土矿物含量平均为15.0%，伊利石含量较高，绿泥石与伊/蒙混层含量次之，成岩环境为碱性环境。碱性成岩环境有利于成岩阶段早期绿泥石包膜和方解石胶结物的形成，前者增加了岩石的机械强度，抑制了硅质胶结作用，有利于原生粒间孔隙的保存；后者含量小于12%时，有利于后期酸性流体介入，发生溶蚀作用而形成一定量的次生溶孔，从而对储层起到一定的改善作用。冷湖七号地区下干柴沟组上段发育水下分流河道、河口坝和远砂坝等砂体，优质储层发育于远砂坝以外的砂体中，成分成熟度和结构成熟度均较高。元素硼、“相当硼”含量和钴元素综合分析结果显示沉积水体为陆相淡水—半咸水，水体深度整体较浅，水动力作用较强。

本文引用格式

潘世乐 , 蒋赟 , 朱文军 , 刘振宇 , 王晔桐 , 孙国强 , 张顺存 . 柴达木盆地北缘冷湖七号地区下干柴沟组上段沉积—成岩特征[J]. 天然气地球科学, 2021 , 32(3) : 393 -404 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.12.012

Highlights

Based on the methods of petrology， mineralogy and elemental geochemistry， petrological characteristics， diagenesis， sedimentary microfacies and sedimentary environment of clastic rocks of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation （E3 2） of Lenghu No.7 in the northern margin of Qaidam Basin were comprehensively studied. The clastic rocks are mainly feldspathic lithic sandstones， followed by lithic arkose； the pore types are mainly primary intergranular pores and intergranular dissolution pores， and the cement is mostly calcite； the average content of clay mineral is 15.0%， the content of illite is high， followed by chlorite and illite/montmorillonite mixed layer and the diagenetic environment is alkaline environment. Alkaline diagenetic environment is conducive to the formation of chlorite coating and calcite cement in the early diagenetic stage， the former increases the mechanical strength of the rock， inhibits the siliceous cementation， and is conducive to the preservation of primary intergranular pores； when the content of the latter is less than 12%， it is conducive to the intervention of acid fluid in the late diagenetic stage， resulting in the dissolution and formation of a certain amount of secondary dissolved pores， thus playing a certain role in improving the reservoir. Underwater distributary channel， distal bar and estuarine bar are developed， high quality reservoirs are developed in sand-bodies outside distal bar with high maturity of composition and structure. The comprehensive analysis results of element B， “equivalent B” and Co show that the sedimentary water body is continental fresh-brackish water with shallow water depth and strong hydrodynamic effect.

0 引言

沉积岩的岩石学特征可以为岩石沉积成岩过程提供可靠的信息［1-2］，黏土矿物及其组合反映成岩环境的特征，再现成岩作用的过程［3-4］，微量元素含量的变化在一定程度上反映沉积物沉积时水体环境的变化［5-7］。柴达木盆地北缘（柴北缘）构造带是一个以侏罗系为烃源岩，古近系为储层的含油气系统［8］，前人研究表明冷湖地区下干柴沟组上段（E3 2）砂岩成分成熟度和结构成熟度均较高、埋藏较浅、储层物性较好，并且在冷湖四、五号古近系中获得了工业性气流［9］，表明冷湖地区具有巨大的勘探开发潜力。但冷湖七号地区因为靠近盆地沉积中心，下干柴沟组上段埋深较大，压实作用较强，储层物性普遍较差，所以寻找有效储集层是开拓深部勘探的关键［10］。前人对冷湖七号构造带储层发育的控制因素的研究较少，陈波等［11］、郭荣涛等［12］从水动力条件强弱、颗粒大小、杂基含量分析了不同沉积微相储层物性差异；郭佳佳等［13］从孔隙类型角度出发，认为异常高压是深部优质储层主控因素。总体来看，前人研究内容较单一，研究程度不高，缺乏从沉积成岩角度的综合分析。本文根据钻井岩心观察及铸体薄片鉴定结果，结合扫描电镜、测录井资料、XRD衍射以及地球化学数据对冷湖七号地区下干柴沟组上段的沉积成岩特征进行了综合研究，以期为该区油气勘探提供依据。

1 地质背景

柴达木盆地位于中国西北部，是青藏高原东北部最大的陆相盆地，总面积为12×104 km2。该盆地在整个新生代处于挤压构造环境［14-15］，盆地划分为柴西隆起、一里坪坳陷、三湖坳陷和柴北缘隆起4个一级构造单元［16］。柴北缘隆起位于南祁连山前，冷湖七号构造带位于柴北缘构造带腹部（图1），北邻赛什腾坳陷，南邻一里坪坳陷，东邻马海凸起。盆地北部根据以往的地层成果将古近纪和新近纪地层划分为6个地层单元，这6个地层单元分别为路乐河组（E1+2）、下干柴沟组（E3）、上干柴沟组（N1）、下油砂山组（N2 1），上油沙山组（N2 2）和狮子沟组（N2 3）［17-18］，本文研究对象为古近系下干柴沟组上段（E3 2），古近系广泛发育辫状河—辫状河三角洲—滨浅湖的沉积体系［19-21］，下干柴沟组上段以辫状河三角洲前缘沉积为主［22］。
图1 研究区构造位置特征

Fig.1 Structural location of the study area

2 样品与实验

本文研究采集样品均来自柴达木盆地北缘冷湖七号地区仙西1井下干柴沟组上段（E3 2）4 111~4 117 m和4 208~4 215 m 2段岩心，井位见图1。在取样过程中，尽量选择风化蚀变及成岩作用弱的新鲜样品，在最大程度上减少机械分异和取样差异带来的影响。
铸体薄片观察是依据SY/T 5368—2000《岩石薄片鉴定》与SY/T 6103—2004《岩石孔隙结构特征的测定图像分析法》，利用ZEISS imager.A2偏光显微镜进行的；扫描电镜样品是依据SY/T 5162—2014《岩石样品扫描电子显微镜分析方法》和SY/T 6189-2018《岩石矿物能谱定量分析方法》，利用ZEISS EVO—18扫描电子显微镜进行观察的；X-射线衍射分析样品是依据SY/T5163—2010《沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X-射线衍射分析方法》，利用Empyrean锐影X-射线衍射仪进行的，样品经破碎后过筛，去除碎屑颗粒组分，分析对象为胶结物和黏土杂基。上述测试分析均在青海油田勘探开发研究院实验中心完成。
主量元素采用日本理学公司生产的荧光光谱仪3080E3X测定，微量元素和稀土元素分析时用 HF+HNO3密封溶解样品并用激光耦合等离子体质谱ICP-MS进行分析测试。所有测试样品用无污染碎样机研磨，并且过200 目筛，之后将样品在烤箱上烘烤样品3 h左右去除水分，以便准确称重。硼元素测试时称取50.00 mg左右样品置于聚四氟乙烯中，依次加入1.5 mL HNO3、1.5 mL HF和0.01 mL HCLO4，在70 ℃的电热板上蒸至湿盐状，再分别加入HNO3和HF各1.5 mL，加钢套封闭，于190 ℃烘箱中加热48 h，冷却后转移至干净的PET（聚酯）瓶中，加入Rh内标溶液并用去离子水稀释至80.00 g，使得Rh在溶液中的浓度为10 ng/mL，然后上机测定［23-24］。主微量元素和稀土元素分析测试在甘肃省油气资源重点实验室完成。

3 岩石学特征

冷湖七号地区下干柴沟组上段（E3 2）碎屑岩成分以石英、长石和岩屑为主，含量范围依次为18%~46%、16%~34%和22%~59%，平均含量依次为34%、25%和41%，根据赵澄林等［25］建立的砂岩类型分类三角图，岩性以长石质岩屑砂岩为主，其次为岩屑质长石砂岩（图2）。在镜下对铸体薄片进行观察分析，石英具波状消光，长石高岭土化、绢云母化，胶结物主要为方解石，其次为泥质胶结物，颗粒接触方式为点—线接触，磨圆度以次棱角状为主，分选中等，发育原生粒间孔，并存在次生溶蚀孔（图3）。
图2 冷湖七号地区下干柴沟组上段碎屑岩成分三角图（据赵澄林等[25]修改）

Fig.2 Triangle diagram of sandstone components of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region（modified by ZHAO et al.[25]）

图3 冷湖七号地区下干柴沟组上段碎屑岩结构特征

(a) 仙西1井，4 113.34 m，灰白色粗砂岩夹黑色粉砂岩；(b) 仙西1井，4 208.82 m，灰色细砂岩；(c) 仙西1井，4 212.82 m，灰色含砾粗砂岩；(d) 仙西1井，4 113.78 m，含灰中细粒长石质岩屑砂岩，早期碳酸盐胶结物；(e) 仙西1井，4 213.02 m，不等粒岩屑质长石砂岩，铁方解石胶结发育；(f) 仙西1井，4 116.70 m，含灰中粗粒长石质岩屑砂岩，方解石充填于次生溶蚀孔隙；(g) 仙西1井，4 111.51 m，丝状伊利石，伊/蒙混层等黏土矿物充填在颗粒间及颗粒表面；(h) 仙西1井，4 209.77 m，方解石填隙，石英自生加大，颗粒表面发育伊/蒙混层黏土矿物；(i) 仙西1井，4 212.14 m，蜂窝状自生绿泥石与伊/蒙混层矿物

Fig.3 Structural characteristics of clastic rocks of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region

砂岩样品全岩和<2 μm部分的X-射线衍射分析结果显示：冷湖七号地区下干柴沟组上段（E3 2）全岩矿物主要为石英、钠长石、方解石和钾长石，并含有少量的硬石膏。石英含量最低为36.5%，最高为70.2%，平均值为54.6%；方解石含量最低为2.9%，最高为20.3%，平均值为9.4%；黏土矿物含量介于6.6%~32.6%之间，平均值为15.0%。黏土矿物主要以伊利石、绿泥石和伊/蒙混层为主，其中伊利石含量介于18%~80%之间，平均为45.46%；绿泥石含量介于9%~58%之间，平均为33.85%；伊/蒙混层含量介于5%~21%之间，平均为9.65%（表1）。伊利石主要是在富K+碱性水介质中由钾长石、云母等铝硅酸盐矿物在弱淋滤作用下风化形成或是由Al3+和K+置换了蒙脱石中Fe2+和Mg2+，并脱水转化形成，其次可能是孔隙水在偏碱性介质条件下沉淀形成的［26-27］。绿泥石是在相对较高温度和较强碱性的环境中，由富Mg2+孔隙水沉淀而来［28］。伊/蒙混层的存在反映了在富K+的碱性环境中蒙脱石逐渐向伊利石转变［29］。根据碎屑岩孔隙结构、矿物组成、黏土矿物组合，冷湖七号下干柴沟组上段成岩环境为碱性环境，淋滤作用较弱。
表1 冷湖七号地区下干柴沟组上段全岩和黏土矿物X-射线衍射分析结果

Table 1 X-ray diffraction of whole rock and clay minerals of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region

深度/m

层

位

 矿物种类和含量/%

黏土总量

/%

 黏土矿物相对含量/% 混层比/%
石英 钾长石 钠长石 方解石 硬石膏 S I/S I K C I/S
4 111.51 下干柴沟组上段 68.2 6.0 9.4 3.8 / 12.6 / 32 44 / 24 6
4 111.75 47.6 6.0 16.2 20.3 / 9.9 / 19 47 / 34 10
4 112.11 47.4 9.5 10.3 11.4 / 21.3 / 11 72 / 17 12
4112.64 69.9 2.2 7.1 7.9 0.8 12.1 / 26 54 / 20 5
4 112.99 45.1 3.9 12.1 16.6 / 22.4 / 7 80 / 13 9
4 113.65 49.7 9.9 9.9 14.5 / 16.0 / 15 69 / 16 10
4 114.16 46.7 9.9 9.9 14.3 1.1 18.1 / 30 61 / 9 10
4 114.82 42.8 9.5 17.1 6.4 / 21.8 / 32 42 / 26 12
4 115.27 70.2 3.6 8.4 5.2 / 12.7 / 25 58 / 17 8
4 115.60 60.7 10.3 14.1 4.1 / 10.8 / 22 51 / 27 5
4 115.72 64.7 5.2 11.9 2.9 / 15.4 / 11 62 / 27 7
4 116.04 68.1 3.6 10.0 5.1 / 13.3 / 51 31 / 18 14
4 116.34 53.9 14.9 12.6 6.4 / 12.3 / 38 41 / 21 15
4 207.72 39.4 11.9 24.5 6.6 / 6.9 / 10 40 / 50 10
4 208.32 52.4 8.1 17.6 11.8 / 6.6 / 9 35 / 56 8
4 209.04 49.2 5.1 9.7 17.6 / 18.5 / 5 55 / 40 8
4 209.52 58.5 5.1 13.5 12.3 / 10.7 / 18 36 / 46 21
4 210.43 56.0 4.5 20.7 8.1 / 10.7 / 26 22 / 52 8
4 210.97 63.3 11.4 12.7 6.0 / 6.6 / 13 39 / 48 14
4 211.18 49.5 8.5 19.1 7.9 / 15.0 / 9 37 / 54 8
4 211.82 49.2 7.3 8.1 5.4 / 29.9 / 20 46 / 34 8
4 212.32 47.2 7.5 11.6 5.6 / 24.5 / 29 18 / 53 9
4 212.93 60.0 8.2 7.4 12.5 / 11.9 / 17 35 / 48 12
4 213.57 67.4 6.8 11.9 5.7 8.2 / 23 19 / 58 5
4 214.61 57.0 12.7 13.3 8.8 / 8.3 / 23 30 / 47 8
4 215.68 36.5 1.3 9.4 16.8 / 32.6 / 17 58 / 25 9
平均值 54.6 7.4 12.6 9.4 1.0 15.0 / 20.7 45.5 / 33.8 9.7

标准：SY/T5163-2010。S+I/S+I+K+C+C/S=101或99为小数修约为整数所致，非数据偏差。按有关标准规定，将混层比大于70％的I/S划入蒙脱石。说明：S代表蒙脱石；I/S代表伊/蒙混层；I代表伊利石；K代表高岭石；C代表绿泥石；C/S代表绿/蒙混层。混层比，例如20%，表明伊/蒙或绿/蒙混层中蒙脱石含量为20%

4 结果分析

4.1　成岩作用

研究区储层表现出强机械压实的特点：砂岩的孔隙损失约 60%是由压实作用造成的（图4）；岩屑存在变形和云母片发生弯曲，一些石英颗粒具波状消光说明它们是沉积之后在成岩过程中受力变形形成；部分长石颗粒解理发育（图3）。碳酸盐胶结物含量具有分布差异大，非均质性强的特点（表1）：碳酸盐胶结作用有2期，早期碳酸盐胶结物以泥微晶方解石为主，多以基底式胶结充填于砂岩颗粒周围以及粒间孔隙中，与碎屑颗粒之间界限清晰［图3（d）］；晚期胶结物以铁方解石为主，呈孔隙式胶结［图3（e）］，部分样品可见其充填于次生孔隙中［图3（f）］，对孔隙有明显的破坏作用。深部储层广泛发育自生黏土矿物的胶结作用，自生伊利石多呈丝状或搭桥状产出于颗粒包膜之外和孔隙中间［图3（g）］，伊/蒙混层较为发育，常见于颗粒表面或充填在颗粒之间［图3（g），图3（h）］，绿泥石主要呈蜂窝状（蜂巢状）［图3（i）］，少量见鳞片状。砂岩早成岩阶段，自生蜂窝状绿泥石包膜增加了储层的机械强度，抑制了自生石英成核数量和硅质胶结，偏碱性的成岩环境促进了一定量早期方解石胶结物的形成，抵抗了压实作用从而有利于原生粒间孔隙保存。溶蚀作用包括早期形成的碳酸盐胶结物（<12%）（图4）和长石的溶蚀，形成了一定量的粒内和粒间溶蚀孔隙，对储集层物性有一定程度的改善。
图4 压实及胶结作用与粒间孔隙损失关系

Fig.4 Relation between compaction with cementation and intergranular pore loss

4.2　沉积微相

冷湖七号地区下干柴沟组上段发育辫状河三角洲前缘沉积，碎屑岩分选磨圆较好，以灰白色中—细砂岩为主，主要发育块状层理，脉状层理，局部可见与暗色泥岩互层。根据岩心观察绘制出仙西1井下干柴沟组上段三角洲前缘砂体的沉积微相纵剖面（图5），其发育水下分流河道、河口坝和远砂坝等砂体。河道砂体多期叠置，以粗砂、含砾粗砂为主，块状构造，底砾岩常含有大量棱角状泥质团块，为较强的水动力卷入河道间的泥岩造成；河口坝砂体粒度偏细，有下细上粗的韵律特征；远砂坝砂体与薄层状泥岩互层，具有砂包泥的特点，发育脉状层理，粒度更细，以粉砂为主。
图5 冷湖七号地区下干柴沟组上段取心段沉积特征

Fig.5 The sedimentary characteristics of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region

通过薄片鉴定和物性分析结果（图6），对不同沉积微相砂体组成和结构进行详细分析。辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体具有较强的水动力条件，泥质杂基含量极少（<1%），钙质胶结含量较高（5%~10%），其孔隙度非均质性强；河口坝砂体与水下分流河道砂体水动力条件类似，其物性受胶结物含量控制；远砂坝砂体具有中等含量的泥质杂基（2%~4%），高含量的钙质胶结（>10%），限制了后期溶蚀作用改造，储层物性较差。因此，优质储层主要发育在辫状河三角洲前缘水下河道中，河口坝砂体次之，而远砂坝砂体最差。
图6 沉积作用对储层物性的影响

Fig.6 The influence of sedimentation on reservoir

4.3　沉积环境

岩心样品大多以中砂岩和细砂岩为主，类比泥岩的元素分析方法讨论沉积环境时需要考虑样品中的元素是否以自生为主，即保持了沉积时初始含量［30］，而且排除后期成岩作用的影响，因此对样品的测试数据进行了评价筛选。KAUFMAN等［31］通过大量数据分析认为粉末状样品中的w（Mn）/w（Sr）<10、碳酸盐矿物的δ13C值与δ18O值相关性越小，则表示样品受到碎屑物质影响较小，基本未受到成岩作用的影响；陈波等［32］以冷湖地区上干柴沟组为例对该方法进行了分析和应用。
而冷湖七号地区样品去除了明显重结晶的样品，w（Mn）/w（Sr）值介于4.02~9.92之间（表2），小于10；碳酸盐胶结物中的δ13CV-PDB值介于-8.81‰~-3.51‰之间，平均值为-5.00‰，δ18OV-PDB值介于-17.36‰~-8.77‰之间，平均值为-13.72‰。δ13C值与δ18O值相关系数为0.019 1（图7），呈强离散性，表明研究区碎屑岩中微量元素以自生为主，仅有少量的陆源碎屑物质加入，可以用于原始沉积环境的分析。
表2 冷湖七号地区下干柴沟组上段元素测试分析结果

Table 2 Elements analysis results of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region

深度/m 岩性 Mn /10-6 Sr /10-6 K2O /% Al2O3/% B /10-6 Ga /10-6 La /10-6 Co /10-6 K2O /Al2O3 校正硼 /10-6 相当硼 /10-6 Sp /‰ Mn/Sr B/Ga h/m ICV
平均值 866.34 116.68 2.23 9.81 31.07 10.64 23.52 6.71 0.23 98.16 76.00 1.43 7.66 2.44 19.74 1.20
4 111.49 深灰色中砂岩 942.40 132.00 1.66 7.90 13.37 7.25 11.78 4.85 0.21 68.46 46.86 1.35 7.14 1.84 13.23 1.09
4 111.64 深灰色细砂岩 872.40 108.07 1.80 8.88 16.56 8.31 15.21 5.71 0.20 78.18 54.27 1.39 8.07 1.99 15.87 1.16
4 114.04 灰白色含泥砾中砂岩 980.00 131.46 2.03 10.07 29.05 11.00 38.25 9.57 0.20 127.26 89.59 1.56 7.45 2.64 36.50 1.52
4 114.50 灰白色含泥砾中砂岩 808.50 114.03 1.94 9.68 36.09 12.15 23.41 9.10 0.20 121.26 90.80 1.54 7.09 2.97 30.11 1.06
4 115.44 灰白色中砂岩 961.60 97.58 2.53 11.99 13.41 7.32 26.29 4.04 0.21 64.77 44.78 1.33 9.85 1.83 9.04 1.08
4 116.24 灰白色粗砂岩 943.10 95.79 1.76 7.91 12.62 6.13 11.47 3.16 0.22 66.65 45.40 1.34 9.85 2.06 6.06 1.15
4 116.99 灰白色含泥砾中砂岩 666.30 139.52 1.61 7.08 74.86 18.41 21.44 11.47 0.23 183.91 153.07 1.68 4.78 4.07 33.69 1.25
4 207.82 灰白色含砾粗砂岩 931.50 100.94 3.46 15.37 11.02 6.80 9.34 4.56 0.23 56.78 38.83 1.28 9.23 1.62 10.83 1.26
4 208.57 青灰色中砂岩 858.60 86.53 1.65 7.00 20.80 9.54 42.17 5.56 0.24 86.24 61.39 1.43 9.92 2.18 12.43 1.13
4 209.32 青灰色粉砂岩 458.20 111.11 2.05 9.18 138.66 28.25 12.92 13.67 0.22 248.13 244.30 1.78 4.12 4.90 46.07 0.86
4 209.92 灰白色中粗砂岩 904.70 120.43 4.75 21.02 9.71 5.91 18.81 3.54 0.23 47.45 32.74 1.22 7.51 1.64 6.42 1.63
4 210.32 灰白色中粗砂岩 899.80 90.99 1.74 6.74 10.97 5.73 48.05 3.99 0.26 59.41 40.31 1.30 9.89 1.91 9.05 1.50
4 210.92 灰白色粗砂岩 971.20 114.90 1.57 6.25 20.42 9.30 11.76 6.36 0.25 82.67 59.16 1.41 8.45 2.20 18.60 1.06
4 211.32 灰白色中粗砂岩 986.10 114.38 2.10 8.92 10.48 6.14 11.00 5.06 0.24 51.20 35.33 1.25 8.62 1.71 14.33 1.47
4 211.87 灰白色粗砂岩 944.20 118.42 1.74 6.80 15.01 7.61 17.01 4.12 0.26 67.51 47.28 1.34 7.97 1.97 7.84 1.25
4 212.22 灰白色泥砾中砂岩 616.60 112.31 1.89 7.67 88.68 21.87 11.97 13.91 0.25 186.11 166.69 1.69 5.49 4.06 49.28 0.90
4 212.82 青灰色砾质中砂岩 764.80 117.80 4.05 16.72 34.76 14.13 14.07 6.97 0.24 100.84 78.91 1.48 6.49 2.46 15.47 0.96
4 213.22 灰白色含砾粗砂岩 973.00 205.56 2.93 12.99 11.41 5.93 47.06 3.41 0.23 57.71 39.58 1.29 4.73 1.92 6.31 1.23
4 213.82 灰白色含砾粗砂岩 1080.80 115.86 1.68 6.74 12.74 6.88 26.29 4.20 0.25 63.68 43.76 1.32 9.33 1.85 9.13 1.38
4 214.02 青灰色中砂岩 762.90 105.90 1.70 7.22 40.76 14.00 10.88 10.89 0.24 144.97 106.94 1.60 7.20 2.91 44.47 0.99
图7 冷湖七号地区下干柴沟组上段碳酸盐胶结物碳氧同位素相关性 （数据引自王晔桐等[22]）

Fig.7 Correlation between stable carbon and oxygen isoto-pes of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region （data cites from WANG et al.[22])

4.3.1　古盐度

古盐度是指保存于沉积物之中的所有可溶盐的质量分数，是区别海相和陆相环境的主要标志，古盐度的定量计算方法有同位素法、微量元素法等［33-34］。砂岩主要采用微量元素法对古盐度进行定性描述和定量计算［35］。在微量元素中，硼元素对于盐度较为敏感，古水体介质中的硼元素被黏土矿物吸收固定后，无论它呈吸附状态还是进入黏土矿物晶格，都不会因后期理化条件的改变而发生迁移［35］。
运用硼含量评价古水体的盐度（古盐度）时，必须要把岩石样品中的黏土矿物提纯出来进行硼含量的测试，如果仅测量全岩的硼含量，然后用钾含量进行硼校正，这样计算出来的古盐度可信度非常低，一般不宜作为科学结论，需要结合其他的方法共同确定。成分变异指数（ICV）广泛应用于估计碎屑岩的原始成分变化，ICV值大于1，说明碎屑岩中含很少的黏土矿物，为活动带首次沉积；而ICV值小于1，说明含有大量黏土矿物，在强烈风化条件下的初次沉积［36］，研究区样品ICV值均大于或接近1，平均值为1.2（表2），说明黏土矿物含量（平均值为15.0%）相对较少。同时K2O3/Al2O3值介于0.20~0.26之间，平均值为0.23（表2），小于0.3，说明样品中钾长石等碎屑矿物含量很少，钾元素的变化主要受黏土矿物影响。通过薄片分析可知，研究区碎屑岩以方解石胶结为主，黏土矿物以伊利石为主（表1），因此可以通过硼元素来反映该区古盐度特征。
海相环境下硼含量为（80~125）×10-6，而陆相环境下硼含量小于60×10-6［37］。“校正硼”含量是通过伊利石理论含钾量的8.5%来计算：校正w（B）＝8.5×［w（B）（10-6）／K2O（%）］，“相当硼”含量是指计算出的相当于K2O含量5%的硼含量［38］，将“相当硼”含量与“校正硼”含量用线性内插法换算成公式：相当w（B）＝11.8×校正w（B）/｛1.70×［11.8-K2O（%）］｝，“相当硼”含量大于400×10-6时古水体为高盐度环境，（300~400）×10-6为正常海水环境，（200~300）×10-6为半咸水环境，而“相当硼”含量小于200×10-6时是低盐度环境［38］。样品中存在多种黏土矿物，考虑了其对硼吸附作用的影响，采用Couch法来定量计算古盐度［39］：Sp=（LgB－0.11）/1.28，式中，Sp为古盐度（‰）；B为“校正硼”含量。
研究区硼含量大部分介于（9.71~74.86）×10-6之间，平均值为31.07×10-6，“相当硼”含量大部分小于200×10-6（表2），表明冷湖七号下干柴沟组上段古沉积水体为陆相淡水—半咸水且古盐度平均值为1.43‰（表2），局部层位盐度相对较高（图8）。
图8 冷湖七号地区下干柴沟组上段微量元素判别比值

Fig.8 Geochemical indicates of trace elements ratios of the upper section of the Lower Ganchaigou Formation in Lenghu No.7 region

B比Ga的迁移能力要强，B在湖相中富集，Ga在河流相中富集，因此B/Ga值可以作为区分河流相、湖相的标志［40］。B/Ga值的沉积相判别标准：0.5<B/Ga<1.0指示河流—三角洲相，1.5<B/Ga<2.5指示远岸开阔湖相，4<B/Ga<5.5指示闭塞湖相，5<B/Ga<7.5指示非闭塞咸水湖相沉积［41-42］。研究区B/Ga值集中在2.44左右，部分样品超过4（表2），指示冷湖七号地区下干柴沟组上段存在远岸开阔湖相沉积，这可能与沉积体系的演化存在一定的关系。
硼含量、“相当硼”含量及古盐度分析结果显示冷湖七号地区下干柴沟组上段为淡水—微咸水的沉积环境，而B/Ga值指示其沉积相为远岸开阔湖相。由于冷湖七号地区地质条件复杂，古环境是一个开放体系，各个标准的划分范围仅据参考意义，通过Ga—B—Rb微量元素三角图［43］，从大环境上看，其为内陆淡水湖泊，局部层位水体盐度值较高（图9），与上述的硼含量、“相当硼”含量及古盐度分析结果具有一致性。
图9 Ga—B—Rb含量三角关系图解

Fig.9 Triangle of gallium, boron, rubidium content

4.3.2　古水深

元素在沉积物的聚集和分散与离岸距离有一定的关系［44］，运用这一性质可以判断古水深。通过岩石样品中钴元素的含量来推算当时岩石的沉积速率，进而计算样品沉积时的水体深度［45-46］。计算公式如下：
h=3.05×105/（Vs 1.5）
Vs=V0×NCo/（SCo－t×TCo）
t=SLa/NLa
式中：h为古水深，m；V s为样品当时的沉积速率；V 0为湖泊当时沉积速率，0.2~0.4 mm/a［45］；N Co为湖泊沉积物中钴的丰度，20×10-6；S Co为样品中钴的丰度，10-6；t为物源钴对样品的贡献值；T Co为陆源碎屑岩中钴的丰度，4.68×10-6；S La为样品中镧的丰度，10-6；N La为陆源碎屑岩中镧的平均丰度，38.99×10-6。各项的值均为已知或可以通过实验测试得到。因此，在没有可进行直接对比的标准样品的情况下，可运用上述关系式计算出样品的沉积速率，进而求出水体深度［45］。
不同相带沉积物的沉积速率不同，滨浅湖沉积速率0.2 mm/a，三角洲前缘沉积速率0.3 mm/a，河流沉积速率0.4 mm/a［47］，研究区主要发育辫状河三角洲前缘沉积，因此按照沉积速率0.3 mm/a来计算古水深。计算结果表明研究区下干柴沟组上段古水深为6.06~62.36 m，大部分介于6.06~36.50 m之间，平均水深19.74 m（表2，图8），一般小于25 m，说明研究区古地形平坦开阔，水体深度较浅，水动力作用较强。
综上所述，冷湖七号地区下干柴沟组上段沉积水体为陆相淡水—半咸水，局部层位盐度相对较高，水动力作用较强。盐度与储层关系密切，较高的盐度有利于黏土矿物的演化，并且成岩环境呈碱性，加上河流入湖Fe2+产生絮凝沉淀为蒙脱石向绿泥石转变提供了丰富的铁来源，有利于同沉积—成岩早期自生绿泥石的形成，使得研究区黏土矿物以绿泥石和伊利石为主（表1）。水动力条件控制了决定储层物性条件的碎屑颗粒大小、分选性及泥质杂基含量等主要因素，水动力高的沉积环境使得研究区碎屑岩具有良好的成分成熟度和结构成熟度，泥质含量低（图6），是形成优良储层的基础条件。

5 结论

（1）冷湖七号地区下干柴沟组上段碎屑岩以长石质岩屑砂岩为主，其次为岩屑质长石砂岩；孔隙类型多为原生粒间孔和粒间溶蚀孔；胶结物多为方解石；黏土矿物含量平均为15.0%，伊利石含量较高，绿泥石与伊/蒙混层含量次之，无高岭石与蒙脱石，成岩环境为碱性环境。
（2）研究区储层压实作用较强，受碱性成岩环境的影响，蜂窝状自生绿泥石包膜大量产出，增加了岩石的机械强度，抑制了硅质胶结作用，而且大量早期方解石胶结；方解石胶结物（<12%）和长石受后期溶蚀作用的影响，形成了一定量的粒内和粒间溶蚀孔隙，对储集岩物性有一定程度的改善。
（3）冷湖七号地区下干柴沟组上段发育水下分流河道、远砂坝和河口坝等砂体，优质储层为具块状构造的中—细砂岩，具有良好的成分和结构成熟度，泥质含量低，主要发育在辫状河三角洲前缘水下分流河道中，河口坝砂体次之，而远砂坝砂体最差。元素硼、“相当硼”含量及古盐度分析结果显示冷湖七号地区下干柴沟组上段沉积水体为陆相淡水—半咸水；沉积微相和钴元素综合分析显示其水体深度整体较浅，水动力作用较强。

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