鄂爾多斯盆地東緣韓城剖面下石盒子組沉積相

肖云宵

（成都理工大學沉積地質研究院，四川成都 610000）

鄂爾多斯盆地作為我國第二大盆地，盆地上古生界天然氣資源總體豐富，以石炭系本溪組、二疊系山西組、下石盒子組盒8段含氣層系為主的勘探，成為中國石油天然氣勘探增儲上產的主要戰場[1-2]。陸相沉積盆地中的三角洲的砂體是良好的油氣儲集體，其大小和分布范圍在一定程度上決定著油氣的富集程度和面積[3-4]。鄂爾多斯盆地東緣下石盒子組砂體厚度大，勘探潛力較大，為此本文以韓城剖面下石盒子組為研究對象，通過對剖面測量，結合顏色、碎屑組分、粒度分析等巖石學特征、主微量元素特征等地球化學特征、古生物特征、巖相特征等相標志，對下石盒子組進行沉積環境討論，為鄂爾多斯盆地東緣地區天然氣勘探提供基礎地質資料。

1 區域地質概況

1.1 區域地質特征

鄂爾多斯盆地能源礦產資源豐富，是中國最重要的油氣產區之一，作為大型克拉通多盆地，面積達25×104km2。賀蘭山脈、六盤山脈、秦嶺山脈、呂梁山脈和陰山山脈分別為四個方向上的邊界，整體為南北矩形結構。研究區位于鄂爾多斯盆地東南緣，渭北隆起東段、晉西撓皺帶下段，是盆地東緣一條典型的上古生界剖面。該剖面出露較好，地層總厚度約為 700 m，從上到下地層為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組，本次研究目標層位為下石盒子組，下石盒子組與下伏地層山西組呈整合接觸，如圖1所示。

圖1 鄂爾多斯盆地地質簡圖

1.2 實測剖面特征

對陜西省韓城市城關鎮竹園村韓城剖面下石盒子組進行野外實測。野外實測將下石盒子組地層分為14個小層，累積厚度111.48 m。剖面巖石地層自下而上分為4段：盒5 段、盒6 段、盒7段、盒8段。盒8段下部為厚層中砂巖，中部為一套泥巖–粉砂質泥巖夾薄層粉砂巖，上部為厚層砂巖與泥巖互層；盒7段下部為含礫粗砂巖，上部為灰綠色–紫紅色泥質粉砂巖夾中層含礫砂巖；盒6 段底部為厚層含礫砂巖夾薄層中砂巖，上部為厚層泥巖夾薄層粉砂巖，泥巖中可見植物化石；盒5段底部為厚層細砂巖，上部為灰綠色泥巖與紫紅色泥巖互層混雜薄層粉砂巖。

2 沉積相標志分析

每種沉積環境都有自己相對應的沉積相標志，作為分析沉積環境的基礎，通常把顏色、巖性、沉積構造等作為沉積相標志，本文通過對韓城剖面精細刻畫，結合剖面顏色、結構等巖石學標志、古生物標志及主微量元素等標志識別下石盒子組的沉積相類型。

2.1 巖石學特征

2.1.1 顏色

通常情況下剖面泥巖顏色呈淺色或氧化色，反應泥巖多形成在水體較淺或氧化的沉積環境中。如果泥巖的顏色較深一般為黑色或深灰色，反應泥巖形成于水體較深或還原環境中。下石盒子組泥巖顏色多呈氧化色，以紫紅色與灰綠色泥巖互層為主，同時夾雜被還原的灰色泥巖，表明水位頻發下移上升，反映出下石盒子時期古環境為干旱氣候。

2.1.2 碎屑組分及粒度分析

根據薄片鑒定，水下分流河道巖性主要為中粗粒巖屑砂巖和長石巖屑砂巖，石英含量68%~77%，長石含量9%~13%，含少量高嶺石，粒度整體較粗，可見粒間溶孔和粒內溶孔，說明有較好油氣儲集層；河口沙壩巖性主要為中細粒巖屑砂巖，石英含量68%~71%，長石含量11%~13%，部分長石被溶，可見長石溶孔；水下天然堤以泥巖為主，砂體厚底低，孔隙不太發育，不是油氣良好儲層；濱淺湖砂壩以細粒長石巖屑砂巖為主，石英含量78%~79%，長石含量8%~10%，膠結物以高嶺石為主，孔隙類型主要為巖屑溶孔，可見少量的高嶺石晶間孔。

通過對下石盒子組粒度統計，水下分流河道以中砂–粗砂為主，碎屑粒度在0.5~1.2 mm，個別為1.5 mm，碎屑磨圓中等–較好，多呈次棱角圓-次圓狀，可見少量圓狀。粒度概率曲線呈兩段式，跳躍總體發育明顯，少量發育懸浮總體，粒度截點3.3φ，整體斜率較高，說明水動力條件較強，攜帶砂體能力強；河口沙壩微相以細砂–中砂為主，碎屑粒度在0.3~0.7 mm，碎屑磨圓中等–較好，多為次棱角圓-次圓狀，粒度概率曲線呈兩段式，懸浮總體發育較多，少量跳躍總體，粒度截點3.9 φ，整體斜率中等，反應水動力條件較弱的沉積環境；水下天然堤微相主要發育泥巖，其中粉砂巖粒度較細，分選性中等，磨圓度為次圓-次棱狀；濱淺湖砂壩以細砂–中砂為主，碎屑粒度在0.2~0.5 mm，碎屑磨圓中等–較好，多為次棱角圓-次圓狀。

2.2 主微量元素特征

2.2.1 古氧化-還原環境

U 元素化學性質較活躍，以+4價和+6價形式存在，在氧化環境中+4價的U 易氧化為+6價，在還原環境中反之；Th 元素為惰性元素，一般以+4價存在，不變價也不容易遷移，一般在細粒沉積物中出現。利用 U/Th 判斷古沉積環境的氧化 還原條件，通常U/Th<0.75 處于氧化環境中，0.751.25處于還原條件中[6]。下石盒子組U/Th 為0.25、0.29、0.16、0.38，U/Th 均小于0.75，表明下石盒子組處于完全氧化環境中。V 容易富集在缺氧環境中，Ni 元素以S 化物的形式存在于還原環境中。通常厭氧環境中V/（V+Ni）>0.84：在水體分層不強的氧化到還原的過渡環境中，0.60

2.2.2 古水深

Rb/Zr 可以判別古環境的水體深度，鋯（Zr）元素是一種化學性質很穩定的元素，鋯石等重礦物是其在自然界中的存在形式，通常在相對較淺的水域很容易直接沉積[8-9]，下石盒子組樣品Rb/Zr 為 0.37、0.56、0.21、0.66，整體數值偏低，表明整體水體環境較淺。

2.3 巖相特征

巖相是表現在某種特定沉積環境條件下形成的具有特定的沉積構造和巖石特性的總和，是分析沉積環境和水動力條件的基礎。對于韓城剖面石盒子的野外觀察和描述能夠發現主要的9種巖相。盒5、盒6、盒7 段主要發育水平層理泥巖相、板狀交錯層理含礫砂巖相、水平層理泥質粉砂巖相、板狀交錯層理砂巖相，砂體巖性粒度較粗，序列發育大型沖刷面，反應水動力強的辮狀河三角洲前緣沉積環境；盒4段發育砂紋層理粉砂巖相、水平層理泥巖相、平行層理砂巖相，砂體整體巖性較細，反應水動力條件較弱的濱淺湖沉積環境。

2.4 古生物標志

古生物化石作為億萬年來生物在地球上的證明，每個時代都有獨特的物種存在，利用古生物化石可以判別地層的地質年代，同時古生物化石可以證明古環境水動力條件強弱。在盒 7、6 段上部可見有大量植物化石存在于泥質粉砂巖中，植物莖干在細砂巖中保存完好，判斷此處沉積環境可能為由陸地攜帶而來，發育在水下分流河道微相中，或者水動力較弱的分流間灣微相中。

3 沉積序列和沉積相類型及特征

通過對前人研究的總結以及對韓城剖面的顏色、薄片鑒定、粒度分析、主微量元素特征、古生物特征、巖相特征等相標志分析，識別出盒5、盒6、盒7 段沉積環境為辮狀河三角洲沉積，發育分流間灣、水下分流河道、河口沙壩沉積微相；盒4 段沉積環境為湖泊沉積，發育濱淺湖沉積微相。

3.1 辮狀河三角洲前緣

3.1.1 水下分流河道

水下分流河道水辮狀河道水下的部分，砂體巖性和辮狀河道類似，但粒度細于辮狀河道。此微相主要發育在盒 8 段底部、盒 7 段上部和底部地區以及存在盒 6 段的底部，巖性主要發育大套厚層板狀砂巖及礫巖，含少量灰色細砂巖，整體巖性較粗，巖相發育板狀交錯層理砂巖相、平行層理砂巖相、板狀交錯層理砂礫巖相、楔狀交錯層理砂巖相。從剖面上看盒8段砂體具有上粗下細的正韻律特征，盒6段砂體具有兩邊窄中間厚的透鏡體形態，整個剖面砂體厚度較大，說明河道較寬，砂體互相疊加，形成一大套復合砂體，偶爾可見其粉砂巖和泥巖，說明該沉積環境水體較為動蕩。

3.1.2 分流間灣

作為水下分流河道之間比較低洼的地方，巖性粒度明顯較細，大部分為泥巖期間混雜粉砂巖，泥巖顏色較深呈氧化色，主要為紫紅色、灰綠色。該微相存在于盒 8 段和盒 7 段中部地區，剖面可見盒8段中部為褐灰色、綠灰色泥巖，上部為灰色泥巖夾雜少量砂巖，盒 7段中部為灰綠色-灰紫色粉砂質泥巖。相發育板狀交錯層理砂巖相、平行層理泥巖相、平行層理泥質粉砂巖相、砂紋層理粉砂巖相，砂巖中可見植物化石。

3.1.3 河口沙壩

河口沙壩微相位于水下分流河道微相的前緣和側緣，是河道入水后由于流速降低造成攜帶的碎屑物質沉積而成，砂巖粒度細于水下分流河道。該微相發育在盒 7 段底部，底部發育中粗粒砂巖，下部砂體直接過度為含礫粗砂巖，具有明顯下細上粗的逆粒序，巖相發育板狀交錯層理砂巖相、平行層理砂巖相、板狀交錯層理砂礫巖相。

3.2 濱淺湖

3.2.1 濱淺湖泥

該微相主要以泥巖為主，處于低能環境中，多以紫紅色與灰綠色泥巖沉積互層為主，發育在盒 5 段上部，巖性發育大套泥巖以灰綠色、灰紫色泥巖為主，同時夾雜被還原的灰色泥巖，泥巖經常處于氧化環境和還原環境中表明水位頻發下移上升，發育水平層理，具有波痕構造。

3.2.2 濱淺湖砂壩

該微相形成于洪水過后湖平面回落至下次洪水到來之前，處于枯水期附近的高能環境中，以薄層砂巖為主，由于河流作用的減弱，湖流作用的增強并對三角洲沉積砂體進行改造，碎屑物質隨湖流被帶到三角洲的側緣逐漸沉積而形成的砂體。發育于面盒 5 段底部，巖性發育薄層板狀中砂巖夾薄層粉砂巖，巖相發育小型板狀交錯層理砂巖相、砂紋層理粉砂巖相，可見沖刷構造。

4 結束語

通過對韓城剖面的深入探討識別出盒5、盒6、盒7 段沉積環境為辮狀河三角洲沉積，發育分流間灣、水下分流河道、河口沙壩沉積微相；盒4 段沉積環境為湖泊沉積，發育濱淺湖沉積微相。