曹 潔, 張永生, 宋天銳

1)中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心, 北京 100029; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037; 3)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037

黑龍江東部盆地群早白堊世早期海侵作用續(xù)探
——以雞西盆地雞D7井為例

曹 潔1), 張永生2), 宋天銳3)

1)中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心, 北京 100029; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037; 3)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037

黑龍江東部盆地群是我國東部重要的中生代陸相含油氣區(qū), 屬東北含油氣亞區(qū)的一部分。早白堊世以陸相湖泊沉積為主, 但有多次規(guī)模不等的海侵事件發(fā)生, 本次研究進(jìn)一步對(duì)雞西盆地雞D7井下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組砂巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物排列、碎屑巖組分、膠結(jié)物、綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)、重礦物等特征進(jìn)行了綜合分析研究: 在早白堊世地層發(fā)現(xiàn)了具典型濱海潮下帶特征的雙粘土層構(gòu)造; 該層位砂巖多為少石英或者石英含量在25%左右的長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖; 膠結(jié)物以碳酸鹽為主; 受海侵作用影響, 城子河組砂巖綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)平均值為20.16, 穆棱組平均值為46.65, 表明穆棱期比城子河期受海侵影響更為明顯; 并且在砂巖中發(fā)現(xiàn)重礦物20余種, 呈條帶狀富集, 尤其是特征礦物海綠石、自生獨(dú)居石、莓狀黃鐵礦及自然金等具明顯海侵相特征。本次研究為黑龍江東部盆地群海侵的存在提供了一系列沉積學(xué)證據(jù)。

黑龍江; 盆地群; 白堊紀(jì); 海侵; 雙粘土層

黑龍江東部盆地群(圖1)是指牡丹江斷裂以東,佳依斷裂與敦密斷裂之間分布的一系列中、新生代盆地, 是我國東北主要產(chǎn)煤區(qū)之一, 也是松遼盆地外圍重點(diǎn)油氣探區(qū)。其早白堊世早期地層十分發(fā)育,雞西群就是這些地層的主要代表之一, 雞西群自下而上共分為3個(gè)組: 滴道組、城子河組和穆棱組。早白堊世早期, 大慶外圍各盆地均開始裂陷沉積,并伴隨火山活動(dòng), 從滴道組至穆棱組, 該地區(qū)以數(shù)個(gè)相互孤立的斷陷盆地逐漸合并成為統(tǒng)一的近海沉積盆地。

在相對(duì)短的地史時(shí)期內(nèi), 因海面上升或陸地下降, 造成海水對(duì)大陸區(qū)侵進(jìn)的地質(zhì)現(xiàn)象叫做海侵,又稱海進(jìn)。通常, 海侵是海水逐漸向時(shí)代較老的陸地風(fēng)化剝蝕面上推進(jìn)的過程, 因此, 在礦物特征、沉積構(gòu)造、巖石特征及古生物等方面都有不同的表征(孫革等, 1999; 程金輝等, 2001; 沙金庚, 2002; 楊小菊等, 2003; 李榮西等, 2005; 曹潔等, 2010)。本次研究對(duì)黑龍江東部盆地群大量鉆井進(jìn)行了精細(xì)巖心編錄, 尤其對(duì)雞西盆地雞D7井進(jìn)行了詳細(xì)的沉積環(huán)境綜合分析, 發(fā)現(xiàn)了海侵存在的大量證據(jù)。

圖1 黑龍江東部盆地群分布及鉆井位置圖Fig. 1 The distribution of basins and drilling wells in eastern Heilongjiang Province

1 海侵存在的沉積學(xué)證據(jù)

1.1 沉積構(gòu)造標(biāo)志

雙粘土層是潮緣環(huán)境中潮下帶的特征沉積構(gòu)造,是由一個(gè)潮汐周期的兩個(gè)平潮期形成一對(duì)細(xì)層組成的層理構(gòu)造(何起祥, 2006), 厚度一般為幾毫米到幾厘米。雞D7井717.05~723.05 m井段, 城子河組地層中可見雙粘土層構(gòu)造(圖2), 其平行層理由灰色砂巖和黑色泥巖組成, 但每隔不到1 cm出現(xiàn)一對(duì)由黑色泥巖組成的細(xì)層, 代表一個(gè)潮汐周期, 黑色泥巖細(xì)層是在憩水期由懸浮泥質(zhì)沉降覆蓋形成。本次研究首次在研究區(qū)確認(rèn)了該沉積構(gòu)造, 為白堊系沉積地層中存在海相夾層提供了新的沉積學(xué)證據(jù)。

1.2 碎屑排列趨勢

在對(duì)研究區(qū)鉆井薄片鑒定中, 對(duì)于碎屑的排列趨勢進(jìn)行了重點(diǎn)觀察, 如圖4所示, 端元組分有兩種排列趨勢, 一種為顆粒具定向排列趨勢; 另一種為顆粒無定向任意排列。不論是城子河組還是穆棱組沉積時(shí)期, 受火山作用影響的層位, 碎屑顆粒的排列較為雜亂無序, 而受海侵作用影響的層位, 由于水動(dòng)力條件得以改變, 砂巖中的碎屑定向排列性較好, 巖石長顆粒碎屑具有大致定向排列的構(gòu)造。尤其是重礦物, 具有較明顯的分帶性。

2 海侵存在的巖石學(xué)證據(jù)

圖2 雞D7井巖心中雙粘土構(gòu)造Fig. 2 Double-clay layers in core of JD7 Well

2.1 砂巖組分特征

最早的砂巖分類是由葛利普(Grabau)1904年提出的(夏文杰, 1979)。上百年來, 砂巖分類方案達(dá)50多種。目前主要采用三角形分類圖解(圖3), 三端元分別為石英(Q)、長石(F)和巖屑(R), 但是與以往分類不同, 本次巖石分類是將石英砂巖的分界線定到90%, 將長石砂巖和巖屑砂巖與石英砂巖之間的界限加上25%的虛線, 主要為了使用方便, 區(qū)分出多石英長石砂巖和少石英長石砂巖兩個(gè)小類別(曹潔, 2010)。

本次研究主要對(duì)城子河組(59塊)及穆棱組(53塊)共112塊薄片進(jìn)行了鏡下鑒定和礦物成分的分析統(tǒng)計(jì)(曹潔, 2010), 主要以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主, 長石含量較高, 以斜長石為主, 尤其是樣品JD7-9和JD7-10, 長石含量為71.14%和74.27%,以少石英或者石英含量在25%左右的長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主, 其中城子河組火山巖巖屑含量較穆棱組高。

2.2 砂巖膠結(jié)物

對(duì)雞西盆地雞D7井薄片進(jìn)行鏡下觀察, 發(fā)現(xiàn)多數(shù)砂巖膠結(jié)物以碳酸鹽為主, 可見少量凝灰質(zhì)膠結(jié)及菱鐵礦膠結(jié), 并且微觀及宏觀均可見大量方解石細(xì)脈充填, 更可見方解石熱液脈。

碳酸鹽膠結(jié)物一般是與碎屑物質(zhì)同時(shí)形成的原始沉積物, 這種同生沉積作用只有當(dāng)海水較長時(shí)期處于過飽和條件時(shí)才能發(fā)生, 這類環(huán)境在過去的海洋中可能是廣泛分布的。

2.3 砂巖綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)

本次研究嘗試用綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)T (宋天銳, 1991)對(duì)研究區(qū)內(nèi)部分砂巖進(jìn)行相關(guān)研究, 以推廣該公式的應(yīng)用。綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)用來反映砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度,在同一鉆井剖面上砂巖的分析對(duì)比, 可幫助沉積相劃分, 在相近的沉積體系中, 綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)的大小反應(yīng)水動(dòng)力條件的高低, 即T值越大, 表明水動(dòng)力條件越強(qiáng), 越靠近海或者湖; T值越小, 則代表水動(dòng)力條件弱, 離海(湖)岸線越遠(yuǎn)。綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)可按以下公式求得:

式中T是綜合結(jié)構(gòu)系數(shù), So?是分選指數(shù), P0是平均圓度, P?是顆粒分布指數(shù), C是膠結(jié)或雜基含量。

按照綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)的大小可區(qū)分出砂屑巖的四個(gè)結(jié)構(gòu)成熟度階段, 即不成熟、次成熟、成熟和超成熟。不成熟階段的特點(diǎn)是非常低的綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)(T<10), 表現(xiàn)為巖石中雜基含量高, 顆粒分選差, 棱角到次棱角狀的顆粒多; 次成熟的T值為10~40, 雜基含量相對(duì)減少, 顆粒的圓度和分選性增高; 成熟階段的特點(diǎn)是由較高的顆粒磨圓度、較好的分選性和很少的雜基含量反映出來, 其綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)值介于40~100之間; 超成熟階段表現(xiàn)為非常少的雜基,非常好的顆粒磨圓和分選性, 而且具有極高的綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)。

早白堊世早期該區(qū)沉積以三角洲相沉積為主,對(duì)雞D7井全井段19個(gè)砂巖樣品進(jìn)行綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)計(jì)算(圖4), 其中城子河組砂巖綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)在9.05~38.38之間, 平均值為20.16; 穆棱組砂巖綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)在13.30~80.93之間, 平均值為46.65, 結(jié)合鏡下觀察, 由于母巖特征及近源沉積, 城子河組礦物成熟度較穆棱組高, 但是, 穆棱組綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)較城子河組高, 顯示其較高的結(jié)構(gòu)成熟度, 這就表明, 該時(shí)期受海侵影響, 水動(dòng)力條件較強(qiáng), 經(jīng)波浪淘洗作用, 使得巖石的綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)較正常三角洲沉積砂巖偏高, 并且上覆穆棱組和下伏城子河組之間其綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)有明顯的差別, 也表明穆棱期比城子河期接受了更廣泛的海侵作用。

圖3 城子河組(a)及穆棱組(b)砂巖分類Fig. 3 The classification of sandstones in Chengzihe(a) and Muling(b) Formation

3 海侵存在的礦物學(xué)證據(jù)

3.1 重礦物

通過顯微鏡下鑒定及探針分析, 在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)重礦物20余種, 包括自然金、自生獨(dú)居石、碎屑獨(dú)居石、海綠石、黃鐵礦、黃銅礦、磷釔礦、鋯石、方鉛礦、閃鋅礦、金紅石、鈦鐵礦、磷灰石、黑云母、綠泥石、白鈦石、榍石、褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、鐵錳礦、勃姆石、氧化鈾礦、自然銅和自然銅-鋅金屬等, 均可與已發(fā)表海侵或海相環(huán)境中的重礦物進(jìn)行比較, 尤其是海綠石、自生獨(dú)居石及莓狀黃鐵礦, 具有明顯的海侵相特征。

圖4 黑龍江雞西盆地雞D7井下白堊統(tǒng)多種參數(shù)對(duì)比示意圖(據(jù)大慶油田原始鉆井資料)Fig. 4 Comparative schematic diagram of some parameters in Cretaceous sandstone of JD7 well within Jixi basin of Heilongjiang Province(according to drilling data of Daqing Oilfield)

顯微鏡下觀察, 可見重砂富集條帶, 具微層理,呈黑色, 相間3~5 mm不等, 呈彎曲狀; 這種沉積構(gòu)造與現(xiàn)代海岸沉積特點(diǎn)相似, 可能反映海水漲潮和退潮的現(xiàn)象, 與觀察到的雙粘土層相對(duì)應(yīng)。

3.2 特征礦物

3.2.1 海綠石

雞西盆地多口鉆井的巖心薄片中見有具海侵特征海綠石(圖5A), 單偏光下為深綠-墨綠色, 少部分為淺綠色, 在正交偏光下具集合偏光, 仍呈現(xiàn)為綠色, 探針分析結(jié)果表明, 本區(qū)海綠石的基本成分與我國其它地區(qū)的海綠石大致相同, 具高鋁低鐵的特征(陳瑞君, 1980; 陳麗蓉等, 1982; 陳麗蓉, 1994;黃凱芬等, 1981; 丁述理, 1991; 宋天銳等, 2003; 梅冥相等, 2008)。

3.2.2 自生獨(dú)居石

掃描電鏡下觀察, 可見兩種類型的獨(dú)居石, 即碎屑獨(dú)居石和自生獨(dú)居石, 前者為碎屑來源, 而后者為生物成礦作用的產(chǎn)物, 在濱海砂巖中多見, 形狀多呈不規(guī)則狀, 具鳥形、人形等(宋天銳等, 2003),本次研究所見自生獨(dú)居石(圖5B), 多呈不規(guī)則海綿狀、或多孔狀, 電子探針分析結(jié)果表明, 該獨(dú)居石Ce2O3含量較高, 達(dá)35.47%, P2O5含量19.06%, 與海綠石相同, 也反映其海相來源的特征。

3.2.3 莓狀黃鐵礦

圖5 掃描電鏡下黑龍江東部盆地白堊系砂巖中的特征礦物Fig. 5 SEM characteristics of characteristic minerals in Cretaceous sandstone of eastern Heilongjiang basins

莓狀黃鐵礦亦被認(rèn)為是生物礦化的產(chǎn)物, 多與海綠石共生(宋天銳等, 2000; 宋天銳, 2007), JD7-9所見莓狀黃鐵礦(圖5C), 粒徑較小, 約±0.01 mm,形狀呈圓球狀, 受海水侵入的影響, 尤其是海陸過渡相中, 由于大陸和海洋同時(shí)提供了具有豐富微生物、動(dòng)植物碎塊、鐵質(zhì)和硫酸鹽類的沉積物, 加之水體鹽度增高, 在還原硫細(xì)菌的作用下, 鐵離子與H2S反應(yīng)易生成莓狀黃鐵礦。

3.2.4 自然金

自然金未見完整晶形, 掃描電鏡下可看出其由納米級(jí)短柱狀集合體組成(圖5D), 幾乎不含其它雜質(zhì), 含金礦巖石為礦物成熟度很低、磨圓度較小、結(jié)構(gòu)成熟度不高的長石細(xì)砂巖, 單個(gè)薄片中可見多顆自然金細(xì)小顆粒, 由此推斷這些微細(xì)粒不可見自然金的來源可能是含金火山巖(張永生等, 2010), 與陸相水系含金砂礦不同, 受海侵作用影響, 雙向水流淘洗作用使金相對(duì)富集。

4 結(jié)論與討論

1)本次研究為黑龍江東部盆地白堊紀(jì)海侵存在提供了多方面的證據(jù)。

由于海侵事件的發(fā)生, 留下了各種具有指相意義的特征。雙粘土層是潮坪相的典型特征沉積構(gòu)造,在研究區(qū), 本次研究系首次確認(rèn); 砂巖組分特征、特征礦物、綜合結(jié)構(gòu)系數(shù)、碳酸鹽膠結(jié)物、礦物定向排列均顯示了與海侵有關(guān)的特征; 由于湖海相通,水體咸化, 本次研究發(fā)現(xiàn)白堊紀(jì)砂巖中有重礦物20余種, 尤其是海綠石、自生獨(dú)居石以及莓狀黃鐵礦等特征礦物明顯具海侵相特征。

2)為雞D7井沉積相劃分提供了充分依據(jù)。

綜合分析, 雞D7井單井揭露的城子河及穆棱組沉積時(shí)期, 以三角洲平原沉積為主, 在不同時(shí)期,受海侵作用影響和火山作用穿插影響, 穆棱期受海侵影響更廣泛, 城子河期受火山作用影響較大。

3)使黑龍江東部盆地群沉積發(fā)育史進(jìn)一步完善。

在陸相湖泊沉積的大背景下, 白堊紀(jì)沉積期間曾間歇性地發(fā)生了多次規(guī)模不等的海侵事件, 穿插于湖泊相沉積中。綜合區(qū)域地質(zhì)及相關(guān)巖相古地理研究, 滴道組期, 地層連續(xù)性差, 以沖積扇-(扇)三角洲-濱淺湖沉積體系為主; 城子河組時(shí)期, 形成了統(tǒng)一的匯水盆地, 但湖盆水深相對(duì)較淺, 形成了以濱淺湖沉積為主的辮狀河(曲流河)三角洲-濱淺湖相沉積體系, 并伴有海侵事件。穆棱組期湖盆面積擴(kuò)大, 水體相對(duì)變深, 形成了辮狀河和曲流河三角洲-濱淺湖-半深湖-湖底扇沉積體系, 海侵作用較城子河組更為廣泛。

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Further Study of Transgression in Eastern Heilongjiang Basins in the Early Cretaceous: A Case Study of JD7 Well in Jixi Basin

CAO Jie1), ZHANG Yong-sheng2), SONG Tian-rui3)
1) Oil & Gas Survey, China Geological Survey, Beijing 100029; 2) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 3) Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037

The Cretaceous basins in east Heilongjiang Province constitute a very important oil-producing region. In Early Cretaceous, lacustrine facies was the dominant facies, while different scales of transgression occurred at the same time. According to further study and comprehensive analysis of texture, structure, clastic constituents, comprehensive textual coefficient, cement and mineral arrangement of the Cretaceous sandstones, the double layers were found in Early Cretaceous strata, which constituted the typical structure in the subtidal zone. The main types of Cretaceous sandstones are debris-feldspar sandstones and feldspar-debris sandstones (quartz content ca. 25%), whereas cements are carbonate. Influenced by the transgression, the average value of comprehensive textual coefficient was 20.16 in Chengzihe period and 46.65 in Muling period, indicating that transgression influence was more obvious in Muling period. Moreover, more than 20 kinds of heavy minerals were found in Cretaceous sandstones, assuming banded enrichment. The characteristic minerals such as glauconite, authigenicmonazite, framboid pyrite and native gold all show transgression characteristics. All of these characteristics provide abundant evidence for the transgression in the Cretaceous basins of east Heilongjiang Province.

Heilongjiang Province; basins; Cretaceous; transgression; double clays layers

P534.53; P588.21; P588.22

A

10.3975/cagsb.2013.01.10

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質(zhì)綜合調(diào)查”(編號(hào): 1212010782004)和大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院委托開發(fā)項(xiàng)目“大慶探區(qū)外圍盆地基礎(chǔ)地質(zhì)研究”(編號(hào): DQYT-1201002-2008-JS-338)聯(lián)合資助。

2012-05-31; 改回日期: 2012-07-19。責(zé)任編輯: 張改俠。

曹潔, 女, 1982年生。博士后。主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號(hào)。E-mail: caojie0420@126.com。