鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积特征及其模式

西北大学学报(自然科学版)

2004年6月,第34卷第3期,Jun.,2004,Vol.34,No.3JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition)

鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积特征及其模式

杨仁超1,2,韩作振1,2,李文厚3,樊爱萍3,李义军4

(1.山东科技大学地球信息科学与工程学院,山东济南　250031;2.山东省油气勘探开发工程技术研究中心,山东

青岛　266510;3.西北大学地质学系,陕西西安　710069;4.长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安　

710021)

摘要:目的　,的空间分布规律。方法　;室内薄片鉴定158件、扫描电镜和粒度分析样品各50件,建立了两种不同的三角洲沉积模式;,包括曲流河三角洲和辫状河三角洲;;三角洲平原部分迅速,成为砂层集中发育带,分流河道砂体是其砂体骨架;河口砂坝和前缘席状砂不发育,水下分流河道砂体构成三角洲前缘砂体骨架。结论　河流类型、盆地坡降、构造背景、水动力条件、水介质密度及喷流机制等是决定三角洲沉积类型的主要控制因素。关　键　词:二叠系;三角洲沉积;沉积模式;鄂尔多斯地区中图分类号:T558.2　　文献标识码:A　　文章编号:10002274Ⅹ(2004)0320340205　　鄂尔多斯地区位于华北克拉通西缘,北跨乌兰格尔基岩凸起与河套盆地相邻,南越渭北隆起与渭河盆地相望,东接晋西挠褶带与吕梁隆起相呼应,西经冲断构造带与六盘山、银川盆地对峙,面积约25万km2[1]。加里东运动使华北地台整体抬升,遭受长达130～150Ma的风化剥蚀。直至海西运动中期,华北地台在以拉张为主的构造背景下缓慢下沉接受沉积,海水从东西两侧越过纵贯盆地的中央古隆起,研究区形成了陆表海碳酸岩台地2碎屑堡岛2浅水三角洲共存的沉积格局[2]。在本溪期和太原期沉积后至海西运动末期,由于南北海槽的再次对挤,海水被迫从东西两侧退出[3],结束了鄂尔多斯地区海相沉积演化史,盆地性质由陆表海盆地演变为近海湖盆,东西向沉积分异格局基本消失,南北向差异沉降和相带分异增强。从早二叠世山西期开始,研究区进入了以河流2三角洲2湖泊沉积体系为主的陆相沉积阶段。关于湖泊三角洲,前人在研究中往往强调向上变粗的完整进积序列,把河口坝作为一种必备的成因相,认为它们是砂质沉积物聚集的主要

　　收稿日期:2002207228

　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(49872009);国家“973”资助项目(2003CB214602)

　　作者简介:杨仁超(19762),男,陕西商南人,山东科技大学助教,从事沉积学及层序地层学研究。

场所和最有利的储集相带。研究发现,鄂尔多斯盆

地主要发育缺乏完整进积序列的浅水台地型三角洲,这种三角洲以分流河道砂体为骨架,河口坝沉积不发育。

1　沉积特征

三角洲沉积体系是二叠系最为主要和常见的沉积类型之一,由于构造特征、河流类型、水体深浅、盆地坡度等因素的差异,使研究区二叠系三角洲沉积与经典三角洲沉积模式有所不同,而且存在着辫状河三角洲和曲流河三角洲两种类型。1.1　曲流河三角洲

鄂尔多斯地区二叠系曲流河三角洲沉积主要发育于银川、靖边、榆林、绥德及韩城等地,按照沉积特征的不同,主要可以识别出三角洲平原、三角洲前缘两种基本单元。1.1.1　三角洲平原相　研究区三角洲平原沉积以分流河道沉积最为典型,构成三角洲平原的骨架砂

第3期　　　　　　　　　　　　　杨仁超等:鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积特征及其模式—341—

体。其基底具冲刷面,内部具向上变细的沉积序列(见图1,A),底部砂岩常含有零星分布的砾石或泥质滞留沉积,向上为中-细粒砂岩。颗粒多呈次棱角-次圆状,分选中等,多为孔隙式胶结。漫滩沼泽沉积物以深灰色泥岩为主,偶尔夹有决口扇或漫流沉积成因的薄层砂岩。早二叠世山西期,气候温暖潮湿,分流河道间洼地广泛发育沼泽,适宜的古气候、古地理条件在三角洲平原漫滩沼泽环境中形成了区域稳定的煤层,是盆地重要的成煤期,山西组煤层与石炭系本溪组、二叠系太原组煤层一起,构成上古生界的主要气源岩[2,3]。1.1.2　三角洲前缘相　三角洲前缘由水下分流河道、分流间湾和少量前缘席状砂组成。水下分流河道是研究区三角洲前缘的主体,河道类似,],物粒级细,颜色深,,度变细的沉积序列,,水体变浅,水动力条件减弱(见图1,B)。分流间湾沉积主要为深灰色泥岩、粉砂质泥岩组成,研究区二叠系三角洲是一种典型的河控建设性浅水三角洲,波浪作用较弱,因此前缘席状砂很少发育。1.2　辫状河三角洲

研究区二叠系辫状河三角洲沉积主要发育于银川、盐池、苏里格庙、靖边、绥德等地区,发育层位是中二叠统石盒子组底部。

1.2.1　辫状河三角洲平原　主要包括分流河道和

性[5],泛滥平原不太发育或大部分由于后期河道冲

刷而最终难以保存下来。由于辫状河体系不稳定,河道不断的迁移,洪水期形成的砂坝在数天内可被亏损流(waningflow)所切割[6]。在以数年为尺度的时间范围内,辫状河道内的沉积过程是沿着河道分布方向非常随机的[7]。如果泛滥平原是加积的,则

沉积体加积在冲积平原上,与原来砂坝形态相吻合。然而在切割期,切割作用将沉积体从平原向下游搬运,河道砂坝的四周被侵蚀切割[8]。辫状分流河道沉积特征与辫状河道相似,叉并对早期沉积物进行,,而多期,使分流河道砂体,纵向上厚度可达20～30m,呈现宽厚比很大的宽平厚板状。分流河道沉积物由颗粒支撑的砂、砾岩组成,碎屑颗粒一般为棱角-次圆状,分选中等。

1.2.2　辫状河三角洲前缘　主要发育水下分流河

道和分流间湾沉积。水下分流河道常侵蚀下伏沉积物,造成河口砂坝被冲刷减薄或者根本不发育。水下分流河道沉积物主要为含砾砂岩、粗砂岩及少量细砂岩薄层,分选中等-好,次棱—次圆状,孔隙式2接触式胶结。水下分流河道沉积物由下至上具有粒度变细、泥质含量增加的正粒序特点(见图1,D)。分流间湾沉积物以深灰色、灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹少许细砂岩薄层,泥质岩不具有水上暴露标志,为水下沉积。

泛滥平原微相(见图1,C),并以分流河道最具代表

图1　鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积序列图

Fig.1　MapofsedimentarysequenceofdeltasfromPermiansysteminOrdosarea

1.3　两类三角洲特征对比

该地区二叠系的两类三角洲沉积,由于受构造背

景、河流类型、腹地坡度、水动力条件及水介质密度等

因素的控制,沉积结构、沉积构造、沉积物特征、砂体

形态、剖面结构、基底冲刷面形态等沉积特征有明显的差异(见表1)。

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表1　两类三角洲沉积特征对比

Tab.1　Comparisonofsedimentaryfeaturesfromtwotypesofdeltas

对比项目构造背景河流类型腹地坡度喷流机制沉积结构沉积构造砂泥含量砂体分布剖面结构基底冲刷面水动力条件以及水介质密度

曲流河三角洲相对稳定曲流河较平缓侧散作用较强

沉积物粒度较细,分选、磨圆较好大型槽状、板状交错层和沙纹层理砂泥含量相当,比率接近1∶1豆荚状、透镜状,分布局限

具河道二元结构,,10%;跳跃总体占90%,分选好,水介质密度小

辫状河三角洲活动背景辫状河坡降较大喷流作用强

沉积物粒度较粗,分选、磨圆较差

板状交错层理、席状,,缺乏二元结构和细粒沉积

基底冲刷面平坦

水动力条件相对较强,粒度概率累积曲线为三段式,由滚动、跳跃和悬浮总体组成,分选差,水介质密度大

1.4　与经典三角洲沉积的差异

下分流河道经过多期叠加,剖面上可以形成较厚的多层楼式前缘砂体,纵剖面上水下分流河道砂体与滨浅湖相泥岩呈指状交叉过渡。

辫状水系与曲流水系之间由于水介质密度、水动力条件的差异,形成的三角洲也不同,尤其是前缘沉积差别明显。

1)辫状水系水介质密度大于湖盆水介质密度,喷流作用强,侧向扩散微弱[10],且由于坡降大、水动力条件强,使辫状分流河道进入蓄水盆地后,纵向延伸距离较长。另外,由于辫状水系不稳定,河口的往返侧向迁移使沉积物较为分散,单层砂体厚度较薄,前缘亚相可以含有较多的泥质夹层。其碎屑颗粒以滚动、跳跃和悬浮作用方式被搬运,沉积物粒度相对较粗,分选较差。

2)曲流水系水介质密度相对较小,进入蓄水盆地后两种水介质密度相差不大,两种水体容易混合,使侧散作用增强,且由于盆地坡降相对较小,水动力条件相对较弱,曲流河三角洲前缘水下分流河道纵向延伸距离不远。而且,曲流河常有比较稳定的河口,水下分流河道经多期砂体叠置可以形成比较集中的砂体。曲流河水系水动力较弱,碎屑颗粒主要以跳跃方式被搬运,沉积物粒度相对较细,分选较好。

鄂尔多斯地区二叠系两类三角洲与经典的三角洲存在较大差别:①无论是陆表海沉积背景,还是陆相湖泊沉积背景,水体都较浅,波浪作用微弱,水下分流河道对下伏沉积物冲刷改造强烈,河口砂坝和前缘席状砂均不发育;②由于水体较浅,三角洲体系在纵向上向前推进很快,表现为河控作用为主的浅水三角洲[9],因此平原亚相向前推进很快,分布广泛,成为砂层集中发育带;③前缘部分主要发育水下分流河道和分流间湾沉积,水下分流河道砂体构成前缘骨架砂体,大部分具向上变细的沉积序列;④垂向相序不完整,三层结构不明显,前三角洲沉积很难与滨浅湖沉积区分开来。

2　成因机理

无论是陆表海,还是在其基础之上发展起来的陆相湖泊沉积背景,盆地腹地坡度都比较平坦,且属于稳定克拉通盆地,盆地内部缺乏大型断陷构造,而且沉积物的持续充填使水体逐渐变浅。当三角洲平原部分迅速向前推进时,盆地腹地坡度进一步降低,水动力条件减弱,以滚动和跳跃方式携带的碎屑颗粒逐渐沉积下来,使三角洲平原部分成为砂层集中发育带。当分流河道越过平原部分进入水下时,对有限河口坝进行冲刷、改造,致使其很难保存下来。同时由于水体浅,波浪作用微弱,很难对已有沉积物进行侧向迁移改造,因此前缘席状砂少有发育。水

3　沉积模式

在沉积特征分析、对比和成因探讨的基础上,建

第3期　　　　　　　　　　　　　杨仁超等:鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积特征及其模式—343—

立了以下两种三角洲沉积模式。3.1　曲流河三角洲

其沉积模式(见图2)的主要特点为:①是一个相带发育完整的沉积体系,从山前冲积扇群到活跃在冲积平原上的辫状水系,随着坡度的减小辫状河流转化为曲流河,最后进入蓄水盆地形成三角洲沉积;②三角洲平原向前推进很快,平原部分分布广泛,河漫滩沉积发育,具河道二元结构,在适宜的古气候条件下,漫滩沼泽可以形成区域稳定的煤层;③三角洲前缘在纵向上延伸距离较短,侧散作用强,有较固定的河口,砂层较集中,但砂体规模较小,

剖面上单层砂体呈现上平下凸的透镜状;④河口坝和前缘席状砂很少发育,三角洲砂体骨架;⑤盆地坡降小,,积物粒度较细,分选较好4　结　语

1)三角洲沉积体系是鄂尔多斯地区二叠系主

体沉积类型之一,包括曲流河三角洲和辫状河三角洲两种不同类型。

2)研究区二叠系三角洲沉积为以河流作用为主的建设性浅水三角洲。其平原部分向前推进很快,分布广泛,成为砂层集中发育带,分流河道沉积是其砂体骨架。

3)育,。

、构造背景、水动力条件、型的主要控制因素。

图2　曲流河三角洲沉积模式

Fig.2　Sedimentarymodelofmeanderingfluvialdeltas

图3　辫状河三角洲沉积模式

Fig.3　Sedimentarymodelofbraideddeltas

3.2　辫状河三角洲

其沉积模式(见图3)的主要特点为:①是一个

相带发育不完整的沉积体系,由活跃在冲积平原上的辫状河直接进入蓄水盆地形成的三角洲,其间缺失曲流河等陆上演化环境;②辫状河三角洲平原向前推进快,分流河道和心滩沉积微相发育,分流河道对下伏沉积物冲刷强烈,缺乏二元结构,泥质夹层少,一般不具成煤环境;③辫状河三角洲前缘延伸较远,河口不固定,砂层较分散,剖面上呈宽平板状;④河口坝和前缘席状砂不发育

,分流河道和水下分流河道沉积构成三角洲砂体骨架,尤其以分流河道沉积最为典型;⑤盆地坡降大,水动力条件强,沉积物粒度相对较粗,分选较差[11]。

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(编　辑　张银玲)

SedimentarycharacteristicsandmodelsoffromPermiansysteminYANGRen2chao1,2,HANZuo2zhen1,2,LI3,LIYi2jun4

(1.InstituteofGeoscienceandEngineering,Shandongnan250031,China;2.ShandongResearchCenterofEngineering&TechnologyofPetroleumand266510,China;3.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi′an710069,China;4.,ChangqingOilfieldBranch,X′ian710021,China)

Abstract:Aim　ToanddepositionalmechanismofdeltasfromPermiansystemintheOrdosarea.Findoutlawoffavorablegasreservoirs.Methods　13sectionsofoutcropand62drillcoreswereobservedanddescribed.158sliceswereidentified.50samplesofscanelectronmicroscopeand50samplesofgranu2larityanalysishadbeencompleted.Results　Formingmechanismsoftwotypesofdeltashavebeendiscussed.Differentdepositionalmodelsoftwotypesofdeltashavebeenconstructed.DeltassystemwasoneofthemainsedimentarytypesfromPermiansystemintheOrdosareawhereitcontainedtwodifferenttypes2meanderingfluvialdeltasandbraideddeltas.ThedeltassystemfromPermiansystemintheresearchedareawasakindofconstructiveshallow2water2deltascon2trolledmainlybyinpouringoffluvial.Theconcentrativedevelopedbeltsofsandbodies———Deltaicplainwasboosteda2headrapidlyanddistributedextensivelybecauseoftheshallowwater.Theskeletonsandbodiesofdeltaicplainweremadeupofdistributedchannelsandbodies.Insteadofbayousandbarsandfrontmattingshapedsandbodies,subaque2ousdistributedchannelsandbodiesweretheskeletonsandbodiesofdeltaicfront.Conclusions　Thedominatedfactorsofthetypesofdeltasarefluvialtype,groundslopeofthebasin,tectoniccontext,hydrodynamicscondition,densityofaqueousmedium,andspargemechanism,respectively.

Keywords:Permiansystem;deltas;depositionalmodels;Ordosarea