引用本文

Zhang Shaomin,Cao Yingchang,Zhu Rukai,et al.The lithofacies and depositional environment of fine-grained sedimentary rocks of Xiaohu Subsag in Yabulai Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(2):309-319.[张少敏,操应长,朱如凯,等.雅布赖盆地小湖次凹细粒沉积岩岩相特征与沉积环境探讨[J].天然气地球科学,2016,27(2):309-319.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0309

雅布赖盆地小湖次凹细粒沉积岩岩相特征与沉积环境探讨

张少敏1,2 ,操应长1 ,朱如凯2,王尉1,涂建琪2,毛治国2,白斌2 

摘要  
通过岩心观察、薄片鉴定、X-射线衍射、有机碳分析等技术,综合矿物成分、有机质含量、沉积构造等因素,对雅布赖盆地小湖次凹新河组下段半深湖—深湖细粒沉积岩岩相进行研究,形成了细粒沉积岩四组分三端元的岩相划分方案。结果表明:新河组下段半深湖—深湖细粒沉积岩发育9种岩相类型,其中以贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩、贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩、贫有机质块状长英质黏土岩、中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩、中有机质纹层状长英质黏土岩、富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩等6种岩相为主。岩相类型与特征反映沉积环境和沉积机理的差异,在前三角洲—半深湖的环境中,波浪增强型沉积物重力流普遍发育,形成纵向上贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩—纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩—块状长英质黏土岩的叠置,反映水动力渐弱的过程;在半深湖—深湖环境中,水体相对安静,悬浮沉积为主,陆源碎屑输入少,碳酸盐和黏土较发育,形成中—富有机质纹层状混合细粒沉积岩和黏土岩。

关键词 细粒沉积       岩相特征       沉积环境       新河组       雅布赖盆地      

中图分类号:TE121.3+1      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)02-0309-11

The lithofacies and depositional environment of fine-grained sedimentaryrocks of Xiaohu Subsag in Yabulai Basin

Zhang Shao-min1,2 ,Cao Ying-chang1 ,Zhu Ru-kai2,Wang Wei1,Tu Jian-qi2,Mao Zhi-guo2,Bai Bin2 

Abstract  
Taking the fine-grained sedimentary rocks of the lower Xinhe Formation in Yabulai Basin as a research object,the lithofacies were subdivided using “four components-three endmembers” classification scheme with integrated analysis of minerals,structures and organic carbon content by core observation,thin section identification,X-ray diffraction and organic carbon test. The results showed that there were nine lithofacies types that could be identified in the fine-grained sedimentary rocks of the lower Xinhe Formation,and six of them are mainly developed,which were organic-lean massive clay-rich siltstone,organic-lean laminated siliceous mixed fine-grained sedimentary rocks,organic-lean massive felsic claystone,organic-contained laminated siliceous mixed fine-grained sedimentary rocks,organic-contained laminated felsic claystone and organic-rich laminated carbonate mixed fine-grained sedimentary rocks. The different lithofacies types and characteristics reflected the differences of sedimentary environment and depositional mechanism. In the prodelta to semi-deep lacustrine,the wave-enhanced sediment gravity flows are widely developed,which formed the superimposed deposition combination of organic-lean massive clay-rich siltstone-laminated siliceous mixed fine-grained sedimentary rocks-massive felsic claystone from bottom to top. In the semi-deep to deep lacustrine,the water was relatively quiet with a small amount of terrigenous clast input,and the carbonate and clays were more developed,forming organic-contained to rich laminated mixed fine-grained sedimentary rocks and claystones.

Key words Fine-grained sediments;       Lithofacies;       Depositional environment;       Xinhe Formation;       Yabulai Basin;      

引言

细粒沉积物(Fine-grained sediments)主要指粒径小于0.062 5mm且含量大于50%的颗粒沉积物,主要由黏土矿物和粉砂等陆源碎屑颗粒组成,也包含少量盆地内生碳酸盐、有机质、生物硅质、磷酸盐等[1-4]。细粒沉积物在埋藏过程中经压实固结形成细粒沉积岩。细粒沉积岩分布广泛,约占全球各类沉积岩的70%[5],但是由于细粒沉积岩粒度细以及受微观实验条件的制约,与砂岩和碳酸盐岩相比,细粒物质的沉积和成岩作用仍是沉积学界研究的薄弱领域[4]。国内目前对湖相细粒沉积岩的研究多集中在作为烃源岩的地球化学特征和湖盆演化特征等方面[6],针对岩相的系统分类及特征的研究相对匮乏。与原始沉积特征相关的细粒沉积岩岩石组分类型、含量及结构特征对岩石经历后期埋藏成岩作用而发生岩石特性演化具有重要影响,而细粒沉积岩岩石组分复杂,岩石类型划分和命名尚存在较大争议,这直接制约着致密细粒岩石“源储一体”型油气的勘探和开发[7],随着泥页岩油气勘探不断深入,深化研究细粒沉积岩相特征及成因,对明确细粒沉积岩分布规律、落实有利勘探目标具有重要的指导意义。 近年来,国内外学者对细粒沉积进行了一系列研究。在岩石学方面,姜在兴等[4]主要以组分粉砂、黏土和碳酸盐为三端元,将细粒沉积岩划分为粉砂岩、黏土岩、碳酸盐岩和混合型细粒沉积岩四大类。对于岩相类型,不同学者主要根据矿物成分、碎屑、生物、有机质和结构特征等划分泥页岩岩相[8-15]。对于细粒沉积物的搬运流体,主要包括波浪增强型泥质沉积物重力流[16]、洪水形成的异重流[14-17]、远端风暴形成的重力流[14]、浊流[18]以及易发育波纹层理的牵引流[12]等;而细粒沉积物的沉降方式主要为悬浮沉降[19]、絮凝沉降[3-16-20]以及层流沉积[21]

1 区域地质概况

雅布赖盆地位于内蒙古阿拉善地区,是阿拉善地块之上发育的中新生代沉积盆地,呈NEE向展布,南以北大山为界与潮水盆地相连,东以巴彦乌拉山为界与巴彦浩特盆地相隔,西北以雅布赖山为界与银根—额济纳旗盆地相邻(图1),面积约为1.5×104km2[22,23]。盆地中部的小湖次凹是主要的生烃凹陷,自下而上发育中侏罗统青土井组、中侏罗统新

图1     雅布赖盆地构造单元(修改自文献[23])
Fig.1     The structural division of Yabulai Basin(modified from reference[23])

河组、上侏罗统沙枣河组、白垩系、古近系—新近系和第四系。中侏罗统新河组烃源岩发育,目前雅布赖盆地所钻15口探井均在新河组发现良好的油气显示,主要为油气源内或近源自生自储的致密油成藏模式 涂建淇,董义国,李成建,等.外围盆地油气成藏条件研究及目标优选.阶段报告,2013. 。经过前期沉积研究,小湖次凹新河组沉积时,为湖盆主断陷期[22],半深水—深水环境广泛分布,为次洼中部的三角洲前缘和前三角洲相及半深湖—深湖相的细粒沉积岩提供有利的发育条件。新河组发育一套760~800m厚的深灰色、灰黑色泥岩、灰色粉砂岩、细砂岩互层的旋回性沉积,细粒沉积物厚度大,特征明显。

2 细粒沉积岩岩相划分依据

雅布赖盆地小湖次凹勘探中,雅探11井新河组下段取心200m,薄片、X-射线衍射、有机地球化学等分析测试类型齐全,样品丰富,为开展研究区细粒沉积岩岩相类型划分及特征研究提供了丰富的基础资料保障。

2.1 矿物组分

针对雅布赖盆地小湖次凹细粒沉积岩,以雅探11井为例,选取107个样品点进行了X-射线衍射(XRD)分析。结果表明,雅探11井新河组下段细粒沉积岩矿物成分多样,包括长石、石英等长英质矿物,方解石、白云石、铁白云石等碳酸盐矿物及伊利石等黏土矿物,此外含少量黄铁矿、方沸石、菱铁矿等矿物(表1)。长英质陆源碎屑含量较高,主要范围为20.9%~49%,平均为40.4%[图2(a)];其中,长石含量高,平均为24.0%,且以斜长石为主,其次石英平均含量约为16.4%,长石和石英多为粉砂级颗粒,呈条带状或分散状分布。黏土矿物相对含量以11.7%~39.0%为主[图2(b)],平均为31.4%,这低于海相泥岩和传统对泥岩的认识,可能与陆相湖盆面积较小且距物源较近有关[24];研究区黏土矿物以伊利石、伊/蒙混层、绿泥石和绿/蒙混层为主,少量高岭石,基本不含蒙脱石。碳酸盐矿物含量范围为0~46%,主要集中在10.0%~38.9%之间[图2(c)],平均为23.8%,以方解石和铁白云石为主,主要为隐晶结构,有时可见粉晶状。方沸石较为常见,但是含量低,且分布具有分段性。

表1     雅探11井细粒沉积岩全岩矿物组成
Table 1     Mineral composition of fine-grained sedimentary rocks from well YT-11
成分/%非黏土矿物质量分数/%黏土矿物 质量分数/%
石英钾长石斜长石方解石白云石铁白云石黄铁矿方沸石
最小值3.708.70.800006.4
最大值39.68.140.532.938.841.23.919.465.2
平均值16.41.922.111.34.28.40.24.131.4

图2     雅探11井细粒沉积岩不同矿物组分类型及含量分布特征
Fig.2     Distribution characteristics of different minerals of fine-grained sediments

2.2 有机质组分

细粒沉积岩中普遍发育有机质,其在细粒物质的沉积动力学、成岩作用及储层形成中具有十分重要的作用[4],但是不同岩石类型的有机质含量相差较大。通过岩心样品有机地球化学测试,结果显示小湖次凹新河组下段细粒沉积岩中,有机碳含量(TOC)整体中等,基本分布在0~4.0%之间,生烃潜量(S1+S2)多数大于6mg/g,达到陆相烃源岩评价中好烃源岩标准(TOC>1.0%,S1+S2>6mg/g)[25]。根据TOC的含量及分布特征,以TOC含量1.5%和2.5%为界,将细粒沉积岩划分为贫有机质(TOC<1.5%)、中有机质(TOC=1.5%~2.5%)和富有机质(TOC>2.5%)3类,其中研究区以贫有机质细粒沉积岩为主,约占76.39%,中有机质细粒沉积岩约占16.14%,富有机质细粒沉积岩约占7.47%[图3(a)]。在岩心和薄片观察的基础上,结合TOC测试和X-射线衍射结果,可以看出随着有机碳含量增加,岩石颜色由灰色逐渐变为黑色,并且不同有机碳含量的岩石中有机质的分布状态存在明显差异,当TOC<1.5%时,岩石以块状构造为主,镜下为少量分散状有机质碎片或断续的长条状有机质碎屑;当TOC值为1.5%~2.5%时,岩石明显以纹层状为主,少量为块状构造,有机质呈分散斑块状至断续薄纹层状分布;当TOC>1.5%时,岩石基本全为纹层状,有机质呈断续纹层状或断续排列的斑块状[图3(b)]。 总体上,新河组下段有机质富集段主要位于湖泛面附近,多为深湖—半深湖沉积,陆源碎屑输入少,以含碳酸盐黏土岩和含碳酸盐混合细粒沉积岩为主。

2.3 沉积构造

研究沉积岩的原生构造,可以确定沉积介质的应力及流动状态,是分析沉积成因和环境的重要依据[26]。小湖次凹新河组下段细粒沉积岩中纹层状构造非常发育,通过镜下薄片观察,总结出小湖次凹新河组细粒沉积岩主要发育以下4种纹层类型。 (1)富有机质纹层:为富含有机质的黏土矿物纹层,镜下颜色偏暗,单个纹层厚度为0.01~0.05mm,有机质碎片或斑块呈断续定向排列,分散在黏土矿物颗粒之间[图4(e),图4(g)],是在湖盆缺乏陆源粗碎屑输入时,由藻类大量死亡形成的有机质缓慢沉淀而成[27]。 (2)隐晶碳酸盐纹层:主要由密集的隐晶方解石、白云石、铁白云石构成,混有少量粉晶方解石[图4(d),图4(f)]。隐晶方解石普遍发育微弱的重结晶[28],并随埋深增大而越来越显著。

图3     小湖次凹雅探11井新河组下段细粒沉积岩有机碳含量(TOC)分布特征
Fig.3     TOC distribution features of fine-grained sedimentary rocks of lower Xinhe Formation in well Yatan 11 in Xiaohu Subsag

图4     小湖次凹新河组下段半深湖—深湖细粒沉积岩发育的主要沉积构造及岩相类型
Fig.4     Major structural typesand main lithofacies of fine-grained sedimentary rocks of lower Xinhe Formation in Xiaohu Subsag

(a)YT11井,2 542.1m,贫有机质波纹状黏土质细粒长英沉积岩(-); (b)YT11井,2 560m,贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩(-),黏土纹层和粉砂级长英质纹层,粒序变化明显; (c)YT11井,3 033.7m,贫有机质块状长英质黏土岩(-),整体块状构造,有机质略显定向排列; (d)YT11井,2 584.9,中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩(-),混合有机质的黏土纹层、粉砂级长英质纹层和断续状隐晶碳酸盐纹层; (e)YT11井,2 837.2m,中有机质纹层状长英质黏土岩(-),富有机质黏土纹层发育,透镜状纹层; (f)YT11井,2 586.9m,富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩(-),黏土纹层和碳酸盐纹层发育,长英质碎屑分散分布; (g)YT11井,2 818.8m,富有机质纹层(-),有机质碎片断续排列; (h)YT11井,2 824m,中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩(-),泥岩撕裂屑; (i)YT11井,2 587.1m,富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩(-),纹层扰动变形断开 (3)黏土纹层:主要由黏土矿物和少量极细粉砂 级长英质碎屑组成,常含少量隐晶碳酸盐矿物 [图4(b),图4(d),图4(f)]。黏土纹层底部突变或渐变接触,顶部多与上部纹层呈突变接触,为物源季节性向湖盆进积的产物[28]。 (4)粉砂级长英质纹层:主要由细粉砂级长英质陆源碎屑颗粒组成,其次为黏土矿物,常含自生碳酸盐矿物[图4(b),图4(d)]。该类纹层底部多为突 变,与上部纹层呈突变或渐变接触,可见粒序变化, 常受水动力较强的底流或沉积物重力流的影响。

3 细粒沉积岩岩相类型及特征

3.1 岩相划分方案

岩相类型划分的基本原则是用于分类的岩石组分为岩石最重要的组分类型,并能通过常用的手段定量识别和鉴定,同时能反映岩石的成因特征,并且分类结果具有较强的实用性和可操作性。因此,对于雅布赖盆地小湖次凹新河组下段深灰色—黑色为主的湖相细粒沉积岩,应以岩石矿物组分为最重要的岩相划分依据,研究区细粒沉积岩中复杂的矿物成分基本可以总结为3类主要组分类型,即长英质矿物、黏土矿物和碳酸盐矿物,这3类组分易于鉴别,含量分布广泛,且与岩石成因特征相联系,能够作为岩石类型划分的端元组分;同时,鉴于细粒沉积岩中有机质普遍发育,而且有机质在细粒物质的沉积动力学、成岩作用及储层形成中具有十分重要的作用[4],因此,采用四组分三端元的划分方案,结合沉积构造特征进行岩相划分。 四组分为有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物,三端元指长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物。首先,以TOC值1.5%和2.5%为界,将小湖次凹新河组下段细粒沉积岩划分为贫有机质(TOC<1.5%)、中有机质(TOC=1.5%~2.5%)和富有机质(TOC>2.5%)3类。然后,以主要矿物类型碳酸盐(方解石、白云石和铁白云石)、黏土矿物和长英质矿物(石英和长石)作为三端元,计算3个端元矿物的相对含量,遵循“三级命名”原则(以含量10%、25%和50%为界),以3种主要矿物的相对百分含量50%为界,将细粒沉积岩划分出四大类,分别是碳酸盐岩(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)、黏土岩(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)、细粒长英沉积岩(Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ)和混合细粒沉积岩(Ⅹ、Ⅺ)。对于三端元组分含量都小于50%的混合细粒沉积岩,根据姜在兴等[4]提出的方法,以硅质碎屑(长英质矿物和黏土)含量65%、碳酸盐含量35%为界,分为硅质碎屑型混合细粒沉积岩(硅质碎屑含量>65%)和碳酸盐型混合细粒沉积岩(碳酸盐含量>35%)(图5)。 通过岩心观察、薄片鉴定和X-射线衍射结果分析,小湖次凹新河组下段细粒沉积岩以黏土岩、细粒长英沉积岩和混合细粒沉积岩为主,不发育碳酸盐岩。综合考虑岩石类型、沉积构造、TOC含量等特征,研究区可识别出9种细粒沉积岩岩相类型(表2)。

3.2 岩相类型及特征

从岩石分类三角图上看(图5),雅布赖盆地小湖次凹新河组下段细粒沉积岩以黏土岩、细粒长英沉积岩和混合细粒沉积岩为主,主要发育以下6种岩相类型。 (1)贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩. 该岩相是细粒沉积岩中粒度较粗的一种,主要发育在大套细粒沉积岩的底部。总体为灰色、深灰色,以粉砂级长英质碎屑颗粒为主,多为较均匀的块状,或呈波状层理,由云母断续定向排列显示弱层状[图4(a)],单个纹层底部与下伏沉积物突变接触,有时会伴随小型冲刷面,顶部向上突变为富黏土沉积物。有机质含量低(0~1.5%),少量有机质碎片与黏土矿物组成的碎屑团块呈分散状分布。

图5     小湖次凹新河组下段细粒沉积岩三端元岩石类型划分
Fig.5     Ternary diagram of three units to divide fine- grained sedimentary rocks in Xiaohu Subsag

Ⅰ碳酸盐岩; Ⅱ含黏土(长英)碳酸盐岩; Ⅲ黏土(长英)质碳酸盐岩; Ⅳ黏土岩; Ⅴ含长英(碳酸盐)黏土岩; Ⅵ长英(碳酸盐)质黏土岩; Ⅶ细粒长英沉积岩; Ⅷ含黏土(碳酸盐)细粒长英沉积岩; Ⅸ黏土(碳酸盐)质细粒长英沉积岩; Ⅹ碳酸盐型高度混合细粒沉积岩; Ⅺ硅质碎屑型高度混合细粒沉积岩 (2)贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩. 该岩相以灰色—深灰色为主,长英质矿物、黏土矿物和碳酸盐矿物混合,且主要为硅质碎屑(长英质和黏土矿物),有机质含量低,炭屑略显定向分布。纹层较为平直,单个纹层组厚度较大,约为0.4~0.6mm,底部与下伏沉积物突变接触,可见粒序变化,向上粉砂级长英质颗粒减少,黏土含量逐渐增多[图4(b)]。 (3)贫有机质块状长英质黏土岩. 该岩相主要发育在大套泥岩的顶部,颜色以深灰色为主,较均匀的块状,以细粉砂级长石、石英颗粒在富黏土基质中随机分布为特征,偶见较模糊的长英质和黏土形成的亚毫米级纹层,黑—棕褐色有机质碎片分散分布,略显断续的定向排列[图4(c)]。
表2     雅布赖盆地小湖次凹新河组下段细粒沉积岩岩相综合分类方案
Table 2     Comprehensive classification of fine-grained sedimentary rock lithofacies of lower Xinhe Formation in Xiaohu Subsag
岩石类型TOC/%矿物成分/%沉积构造岩相类型
碳酸盐长英质黏土矿物
细粒长英沉积岩0~1.5<10>5025~50块状贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩
黏土岩0~1.5<1025~50>50块状贫有机质块状长英质黏土岩
1.5~2.5<1025~50>50纹层状中有机质纹层状长英质黏土岩
>2.525~50<10>50纹层状富有机质纹层状碳酸盐质黏土岩
混合细粒 沉积岩0~1.5<35<50<50块状贫有机质块状硅质碎屑型混合细粒沉积岩
0~1.5<35>65纹层状贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩
1.5~2.5<35<50<50纹层状中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩
>2.535~50>65纹层状中有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩
35~50<50<50纹层状富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩
>65
<50<50
<65
<50<50
<65
(4)中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩. 该岩相以深灰—灰黑色为主,有机质含量中等,纹层发育,由混合有机质的黏土纹层、粉砂级长英质纹层和断续状隐晶碳酸盐纹层组成,纹层界线明显,底部为粉砂级长英质纹层,向上长英质减少、黏土含量增多,并出现碳酸盐纹层[图4(d)]。 (5)中有机质纹层状长英质黏土岩。 该岩相以深灰色—灰黑色为主,纹层特征明显,混合有机质的黏土纹层和隐晶碳酸盐纹层互层,浅色隐晶碳酸盐纹层较薄,一般小于0.1mm,粉砂级长英质颗粒含量较高,分散分布,颗粒定向性不明显,当受较强的水动力搅动时,可见泥岩撕裂屑及断续、杂乱的纹层[图4(e)]。 (6)富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩。 为研究区有机质最发育的岩相类型,TOC值大于2.5%,主要发育在岩相组合的顶部。岩石整体为灰黑色—黑色,深色的有机质纹层和黏土纹层与浅色隐晶碳酸盐纹层互层,常见黄铁矿及有机质团块呈透镜状,并显定向分布特征,粉砂级长英质颗粒呈分散状分布[图4(f)]。 雅探11井位于小湖次凹中部,新河组下段两次连续取心显示整体粒度较细,发育细粒沉积岩和细砂岩(图6),为前三角洲—半深湖相及深湖相沉积。细粒沉积物非均质性强,岩相类型转换快,各类岩相由于水动力等条件的变化而具有显著不同的颜色、岩石组分、TOC含量和结构特征;有机质含量主要分布在0~4%范围内,具有明显的旋回性特征。

4 细粒沉积岩沉积环境探讨

沉积环境是控制细粒沉积岩岩相及分布特征的主要因素,传统观点认为泥岩等细粒沉积物主要以悬浮物垂直沉降沉积于近海或深水的静水低能环境中,但是随着不同学者[3-20-29,30]通过野外观察、微观研究、实验验证等方法对细粒沉积物深入的研究,其复杂多样的岩石组分和结构构造表明细粒沉积岩的沉积环境并不只是简单的安静水体,有可能受多种类型流体的影响而代表了不同的水动力条件和沉积机制。 细粒沉积序列中非均质性强,整体上稀释的沉积物密度和缓慢的沉降速率常形成厚度较薄(<10mm)的单层叠置序列,通常为事件性沉积,而非连续沉降的沉积物,其主要搬运机制包括波浪增强型沉积物重力流(Wave-enhanced sediment gravity flows of mud)[16]、洪水形成的泥质异重流(Muddy hyperpycnal flow)[14-17]、浊流(Turbidity flow)[18]、泥质密度流(Mud density flow)[31]以及波纹发育的牵引流(Tractive flow)[12]等。细粒沉积物的沉降机制主要包括静水中单颗粒悬浮沉降[19]、在一定水动力条件下絮凝作用形成絮凝体的沉降[3-16-20]以及悬浮黏土浓度较高时的层流沉积[21]。其中,絮凝作用对黏土级颗粒的沉积非常重要,因为黏土颗粒的沉降速度非常低(10-4~10-6m/s),只有在非常安静的环境中才会出现单颗粒沉降[3]。一些学者认为一般小于10μm的细粒黏土、有机质等颗粒通过絮凝作用形成粒径约0.1~1mm的絮凝体[3-20],能够在搬运和沉积砂质颗粒的流速中(0.1~0.3m/s)搬运和沉积,因此絮凝作用大大提高了细粒沉积物的沉积速率,可达10-2~10-3m/s,扩展了细粒沉积物的沉积范围[16-20-32]。 细粒沉积环境的差异导致细粒沉积岩在岩石组分、沉积构造、有机质类型及含量、岩相组合特征等方面存在较大差异。从岩心和薄片观察入手,以细 粒沉积岩岩石类型及岩相特征为基础,综合水动力条件、流体类型、事件沉积等因素,探讨细粒沉积岩

图6     雅布赖盆地雅探11井新河组下段细粒沉积岩组构特征综合分析
Fig.6     Complex diagram of fine-grained sedimentary rocks fabric of well Yatan 11 in Yabulai Basin

沉积环境特征。 (1)在重力流发育的前三角洲—半深湖区,波浪增强型沉积物重力流非常普遍[16-33],主要为沉积物再悬浮成因的异重流[34],其沉积物记录了3个演化阶段,包括底部波浪作用引起的紊流形成底部突变的 波纹状粉细砂岩,中部过渡流体形成的层状粉砂岩和黏土岩,上部能量减弱后的悬浮沉降形成的块状泥岩。这与贫有机质的细粒沉积岩由块状或波纹状黏土质细粒长英沉积岩演化为硅质碎屑型混合细粒沉积岩,再到块状长英质黏土岩的组合叠置特征类似。 波浪增强型沉积物重力流发育早期为相对高能的紊流,流体中悬浮黏土矿物相对较少,粉砂级颗粒含量高,有机质不易保存,同时陆源碎屑的输入使有机质遭到稀释,形成贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩,该类岩相TOC含量以小于1.0%为主,具有颗粒支撑、底部突变、侵蚀面以及波纹层理等特征。中期过渡态或准层流形成的贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩,常覆在块状或波纹状黏土质长英细粒沉积岩之上,黏土纹层和粉砂级长英质纹层交替出现,纹层状混合细粒沉积岩中单层底部具有突变,粉砂级颗粒含量高,并且具有粒序层理,当下伏沉积物为黏土岩时,底部会发生明显的侵蚀作用,并可见冲刷形成的泥岩撕裂屑[图4(h)]。晚期能量减弱,流体中泥质含量高,流速低,转化为高泥质含量的碎屑流,紊流受阻,具有准层流或层流的性质,高沉积物浓度的层流底层形成受阻沉降,颗粒凝聚导致流体凝胶化作用,整体快速沉积[14-21-31],形成的贫有机质块状长英质黏土岩,以粉砂级长英质颗粒在黏土中分散分布为特征,纹层不明显。 从底部块状或波纹状粉砂岩向上演化为黏土岩暗示了流体特征的显著变化,从底部以紊流为主,向上过渡为准层流,后者具有相对高悬浮的黏土浓度,使其有足够大的黏结力以抑制湍流[14]。 (2)在水动力相对较弱的半深湖—深湖区,水体相对安静,黏土含量高,陆源碎屑供给不足,沉积速率较低,季节性纹层发育,有机质纹层、黏土纹层和有机质纹层交替沉积,发育富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩、中有机质纹层状长英质黏土岩和中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩等岩相类型。由气候、盐度、水体深度等多因素控制形成的湖水分层环境中,常沉积纹层状泥页岩[35],有机质、黏土、碳酸盐等形成连续或断续状的纹层,碎屑颗粒定向性不明显。碳酸盐纹层常与有机质纹层组合出现,可能是由于碳酸盐与湖水化学沉淀有关,或是藻类勃发产生的生物化学作用。当受到底流[36]或浊流的影响时,纹层遭到破坏,长英质碎屑颗粒增多,有机质遭到稀释,并可见杂乱的断续状纹层[图4(i)],说明深湖区也并不是非常安静。 因此,在大套细粒沉积岩发育的前三角洲、半深湖、深湖环境中,水动力条件存在差异,受沉积物来源、湖底重力流等因素的影响而呈规律性分布(图7)。

图7     细粒沉积物搬运和沉积模式(修改自文献[14])
Fig.7     Transporting and deposition model of fine-grained sediment(modified from reference[14])

总体上,在深洼中心水体相对安静,向岸水动力逐渐增强;局部地区受底流或浊流等事件的影响而水动力增强。

5 结论

(1)雅布赖盆地小湖次凹新河组下段细粒沉积岩主要发育9种岩相类型,其中主要包括贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩、贫有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩、贫有机质块状长英质黏土岩、中有机质纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩、中有机质纹层状长英质黏土岩、富有机质纹层状碳酸盐型混合细粒沉积岩等6种岩相类型。 (2)细粒沉积物通过悬浮沉降和絮凝作用等方式搬运和沉积,同时细粒沉积岩岩相类型与特征反映沉积环境和沉积机理的差异,在前三角洲—半深湖的环境中,波浪增强型沉积物重力流普遍发育,陆源碎屑输入多,有机质遭到稀释,形成纵向上贫有机质块状黏土质细粒长英沉积岩—纹层状硅质碎屑型混合细粒沉积岩—块状长英质黏土岩的叠置组合;在半深湖—深湖环境中,水体相对安静,陆源碎屑输入少,碳酸盐和黏土较发育,有机质含量高,形成中—富有机质纹层状混合细粒沉积岩和黏土岩。 (3)雅布赖盆地小湖次凹新河组下段细粒沉积岩相类型及特征的精细分析、沉积环境的探讨,是进一步开展研究区细粒沉积平面展布特征和储层特征研究的基础,有利于明确有利岩相(有利烃源岩和有利储层)的发育和分布规律,对细粒沉积岩的油气勘探开发具有现实意义。

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