王 勇， 宋國(guó)奇， 劉惠民， 郝雪峰， 姜秀芳， 銀 燕， 楊萬(wàn)芹

( 1. 中國(guó)石化勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015； 2. 中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257001 )

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濟(jì)陽(yáng)坳陷細(xì)粒沉積巖形成環(huán)境及沉積構(gòu)造

王 勇1， 宋國(guó)奇2， 劉惠民1， 郝雪峰1， 姜秀芳1， 銀 燕1， 楊萬(wàn)芹1

( 1. 中國(guó)石化勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015； 2. 中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257001 )

根據(jù)膏巖鹽、碳酸鹽巖分布規(guī)律和地層水特征，結(jié)合鍶同位素、碳同位素和薄片資料，研究濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下亞段高灰質(zhì)泥頁(yè)巖細(xì)粒巖沉積形成環(huán)境.結(jié)果表明：沉積巖屬于封閉半咸化—咸化安靜湖盆的產(chǎn)物，不僅發(fā)育大量代表靜水條件的紋層，還發(fā)育代表水動(dòng)力較強(qiáng)環(huán)境的交錯(cuò)層理、沖刷面等沉積構(gòu)造.紋層主要包括波狀鈣質(zhì)紋層、水平隱晶鈣質(zhì)紋層、水平亮晶鈣質(zhì)紋層、水平泥質(zhì)紋層和水平含粉砂泥質(zhì)紋層，形成主要受氣候、鹽度、水深及物源供給等因素控制；交錯(cuò)層理和沖刷面為該地區(qū)最為特殊的沉積構(gòu)造，成因與風(fēng)暴、泥質(zhì)濁流和絮凝作用有關(guān)；脊突構(gòu)造與泥巖中水快速排出有關(guān).這些沉積構(gòu)造在一定程度上影響細(xì)粒沉積動(dòng)力機(jī)制研究，也為細(xì)粒沉積體系劃分、細(xì)粒沉積層序地層等研究提供依據(jù).

細(xì)粒沉積巖； 紋層； 交錯(cuò)層理； 沖刷面； 脊突構(gòu)造； 濟(jì)陽(yáng)坳陷

0 引言

細(xì)粒沉積巖指粒級(jí)小于0.1 mm的、顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的沉積巖，主要由黏土和粉砂級(jí)的陸源碎屑顆粒組成，包含少量的盆地內(nèi)生的碳酸鹽、生物硅質(zhì)和磷酸鹽等顆粒[1].細(xì)粒沉積巖中滯留大量的可利用油氣資源，不僅包括大量的頁(yè)巖油氣，也包括大規(guī)模的致密油氣，這種巨大的工業(yè)價(jià)值和對(duì)細(xì)粒沉積巖認(rèn)知程度的反差，推動(dòng)該類(lèi)沉積體的研究進(jìn)程.2011年以來(lái)，濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油氣勘探全面展開(kāi)，主要針對(duì)泥頁(yè)巖細(xì)粒沙三下和沙四上亞段沉積，完鉆羅69、牛頁(yè)1、利頁(yè)1和樊頁(yè)1等4口系統(tǒng)取心井，累計(jì)取心長(zhǎng)度為1 010.26 m，分析化驗(yàn)22 121塊/次，為該地區(qū)細(xì)粒沉積系統(tǒng)研究提供依據(jù).在4口系統(tǒng)取心井和80余口分段取心井巖心觀察過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積中發(fā)育大量的紋層、交錯(cuò)層理、沖刷面和脊突構(gòu)造等沉積構(gòu)造，其中交錯(cuò)層理、沖刷面為該地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)，與“深湖—半深湖為靜水環(huán)境，不應(yīng)該發(fā)育反映動(dòng)力學(xué)強(qiáng)的交錯(cuò)層理、沖刷面的構(gòu)造”[2-4]的認(rèn)識(shí)存在矛盾.根據(jù)泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積中不同沉積構(gòu)造的精細(xì)觀察和X線巖心掃描分析結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)細(xì)粒沉積形成環(huán)境，筆者分析泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積構(gòu)造成因，為完善細(xì)粒沉積動(dòng)力學(xué)研究提供依據(jù).

1 沉積環(huán)境

沉積構(gòu)造的發(fā)育程度受沉積環(huán)境控制.沉積環(huán)境包括自然地理?xiàng)l件、湖盆類(lèi)型、氣候條件、沉積介質(zhì)的物理和化學(xué)條件等要素，是揭示沉積構(gòu)造成因的重要依據(jù)[5].濟(jì)陽(yáng)湖盆位于渤海灣盆地東南部，面積為25 510 km2，是在華北地臺(tái)基底上發(fā)育的中、新生代斷陷—拗陷疊合盆地，是渤海灣盆地中發(fā)育油氣最多的盆地之一.濟(jì)陽(yáng)斷陷湖盆在始新世早期進(jìn)入斷陷鼎盛期，其內(nèi)部被青城、濱縣、陳家莊和義和莊等凸起分隔成東營(yíng)、惠民、沾化和車(chē)鎮(zhèn)4個(gè)凹陷(見(jiàn)圖1)，主要發(fā)育沙四上亞段、沙三下亞段及沙一段3套泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積，均為優(yōu)質(zhì)烴源巖[3-4].

1.1 湖盆類(lèi)型

湖盆的沉積特征和水體特征能夠反映湖盆的類(lèi)型及演化過(guò)程.濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下段從湖盆中心向湖盆邊緣，鹽類(lèi)礦物鹵化物、膏鹽巖和碳酸鹽巖呈環(huán)帶狀的沉積演化特征，膏鹽巖與泥巖、油頁(yè)巖呈頻繁互層的特點(diǎn)(羅19、羅14等井沙四上亞段)，以及沉積地層水富Na+、K+和Cl-離子的水質(zhì)特點(diǎn)[6-8]，表明濟(jì)陽(yáng)古湖泊在泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積發(fā)育期沙四—沙三下沉積期為封閉的湖盆.

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)域位置Fig.1 The regional location map of Jiyang depression

1.2 古氣候

濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下亞段泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積巖主要為泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖，碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體偏高，在5.0%～80.0%之間，平均為51.2%(見(jiàn)圖2).由于碳酸鹽巖與氣候關(guān)系密切[9-10]，因此可以通過(guò)碳酸鹽巖的成因間接指示古氣候.渤南洼陷周緣古碳酸鹽巖發(fā)育(提供沙三下物源)，且渤南洼陷沙三下灰質(zhì)整體偏高(相對(duì)濟(jì)陽(yáng)其他洼陷)的現(xiàn)象表明，碳酸鹽巖來(lái)自湖盆周緣古碳酸鹽巖(見(jiàn)圖2)；濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上亞段碳酸鹽巖、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)頁(yè)巖w(87Sr)/w(86Sr)比值在0.710～0.712之間，分布于周緣古碳酸鹽巖w(87Sr)/w(86Sr)比值在0.709～0.718之間，明顯高于同時(shí)代海水w(87Sr)/w(86Sr)比值的范圍(0.707～0.708)[11]，說(shuō)明該地區(qū)碳酸鹽巖主要來(lái)自周邊碳酸鹽巖.由氣候干濕指數(shù)與碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系(見(jiàn)圖3)可以看出，隨氣候由干熱向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)化，蒸發(fā)作用減弱，碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，湖盆水質(zhì)明顯受氣候控制，碳酸鹽巖是蒸發(fā)作用的產(chǎn)物；研究區(qū)目的層段碳酸鹽的δ13C同位素整體偏重，幾乎都分布在蒸發(fā)碳酸鹽δ13C同位素值域范圍[12](見(jiàn)圖4[13])，表明該地區(qū)碳酸鹽巖主要是蒸發(fā)作用的產(chǎn)物.研究區(qū)目的層段細(xì)粒沉積中的灰質(zhì)組分自下而上減少，表明氣候從干熱向潮濕轉(zhuǎn)化.

1.3 氧化—還原性

濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下亞段時(shí)期，受鹽度分層及物源供給速率低等因素的影響，湖區(qū)大部分地區(qū)屬于安靜的環(huán)境.在前期巖心和鏡下薄片觀察中，常遇見(jiàn)大量的黃鐵礦，且多呈莓球狀產(chǎn)出，有的成層分布，有的呈分散狀分布，有的沿裂縫帶分布，說(shuō)明該時(shí)期為穩(wěn)定的還原性水體環(huán)境.一般沉積巖在S/Fe>1時(shí)可推斷為強(qiáng)還原環(huán)境，在0.61，該時(shí)期為強(qiáng)還原環(huán)境(見(jiàn)圖5).

濟(jì)陽(yáng)古湖泊主要泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積發(fā)育段沙四下—沙三下亞段沉積期，整體上屬于封閉的、蒸發(fā)較為強(qiáng)烈的、安靜的還原性半咸化—咸化湖盆環(huán)境.

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下亞段泥頁(yè)巖巖石組成三元圖Fig.2 Rock components triple graph of shale in the formations of Paleogene upper Es4-lower Es3, Jiyang depression

圖3 羅69井沙四上—沙三下亞段氣候干濕指數(shù)與碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.3 The relationship graph between climate dry-wet index and carbonate content in the Shahejie formation of upper Es4-lower Es3 of well luo69 well

圖4 碳同位素在碳酸鹽和有關(guān)物質(zhì)的分布

圖5 牛頁(yè)1井3 374.80 m灰質(zhì)油頁(yè)巖黃鐵礦分布(背散射,×40)

2 紋層類(lèi)型及成因

陸相斷陷湖盆細(xì)粒沉積紋層是在水體分層條件下，由內(nèi)源和外源的沉積物在季節(jié)性變化的條件下形成的[15-17].研究區(qū)細(xì)粒沉積巖普遍發(fā)育水平層理，局部發(fā)育微波狀層理，主要表現(xiàn)為組分、顏色和厚度變化，一般由黏土紋層(包括有機(jī)質(zhì))和灰質(zhì)紋層組成層偶顯層；紋層厚度一般在0.02～0.20 mm之間，該地區(qū)頁(yè)巖沉積速率約為0.10 mm/a[18]，目的層段主要發(fā)育季節(jié)性年紋層.根據(jù)紋層的組分和結(jié)構(gòu)，研究區(qū)主要發(fā)育5種類(lèi)型的紋層(見(jiàn)圖6)，即波狀鈣質(zhì)紋層、水平隱晶鈣質(zhì)紋層、水平亮晶鈣質(zhì)紋層、水平泥質(zhì)紋層和水平粉砂泥質(zhì)紋層.

圖6 濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上—沙三下亞段細(xì)粒沉積紋層類(lèi)型及特征Fig.6 Types and characteristic of laminae in the formations of Paleogene upper Es4-lower Es3, Jiyang depression

2.1 波狀鈣質(zhì)紋層

波狀鈣質(zhì)紋層碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，多為泥晶結(jié)構(gòu)，在層偶中質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)80%，多呈連續(xù)的透鏡狀分布，通常與很薄波狀泥質(zhì)紋層組成一個(gè)完整的層偶，灰質(zhì)透鏡體與泥質(zhì)之間多呈凸凹接觸，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，指示沉積時(shí)期水體相對(duì)較淺，水體蒸發(fā)強(qiáng)度大，水體具一定動(dòng)蕩的沉積環(huán)境，動(dòng)蕩的水體容易導(dǎo)致剛沉積松散、之間缺乏聯(lián)結(jié)力的隱晶碳酸鹽呈透鏡狀分布，紋層往往夾白云巖、細(xì)粉砂和鮞粒超薄層(一般在500 μm左右)(見(jiàn)圖6)，也說(shuō)明形成環(huán)境為較淺水相對(duì)高能高鹽度環(huán)境.波狀鈣質(zhì)紋層主要發(fā)育在渤南洼陷沙三下亞段13層組羅家鼻狀構(gòu)造帶和東營(yíng)凹陷沙四上純下亞段的純化—花官水下低凸起帶.

2.2 水平隱晶鈣質(zhì)紋層

隨水體的加深，水體能量減弱，受季節(jié)性懸浮和化學(xué)沉積交替發(fā)育的控制，形成水平隱晶鈣質(zhì)紋層，碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，通常與薄層水平泥質(zhì)紋層組成一個(gè)完整的層偶，在層偶中碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%，多呈泥晶結(jié)構(gòu)，也有少量呈粉晶結(jié)構(gòu)(粉晶碳酸鹽之間具有較多的泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及與隱晶碳酸鹽共生的特點(diǎn)，說(shuō)明粉晶碳酸鹽為原生沉淀的產(chǎn)物)，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較低，與水體鹽度過(guò)高，不利于大量藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)等生物生長(zhǎng)，有利于藍(lán)細(xì)菌、硫酸鹽還原菌存在等有關(guān).因?yàn)樵诹蛩猁}被還原細(xì)菌還原的同時(shí)，發(fā)生有機(jī)質(zhì)的氧化作用，有機(jī)質(zhì)被氧化成CH3COO-進(jìn)入水體，使沉積物中的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少.該類(lèi)紋層發(fā)現(xiàn)少量的鈣質(zhì)超微化石，未發(fā)現(xiàn)較大藻類(lèi)化石，紋層中球狀黃鐵礦極為發(fā)育，有的甚至成層產(chǎn)出(見(jiàn)圖6).該類(lèi)紋層分布與波狀鈣質(zhì)紋層分布區(qū)帶和層位基本一致，只是發(fā)育范圍增加，層系上位于波狀鈣質(zhì)紋層上部，與波狀鈣質(zhì)紋層呈漸變接觸.

2.3 水平亮晶鈣質(zhì)紋層

隨水體的進(jìn)一步加深，水體鹽度降低，藻類(lèi)生物大量繁殖形成富有機(jī)質(zhì)亮晶鈣質(zhì)紋層，在層面上見(jiàn)到介形蟲(chóng)、顆石藻、溝鞭藻化和大量的魚(yú)類(lèi)化石.夏季水溫升高，日照與光合作用增強(qiáng)，藻類(lèi)生長(zhǎng)繁茂并不斷從水中萃取CO2，誘發(fā)表層水中碳酸鹽的沉淀，即由生物—化學(xué)作用形成淺色的水平亮晶鈣質(zhì)紋層.冬季水溫下降，浮游生物死亡，湖水分層加強(qiáng)，水流通暢性差，湖底寧?kù)o而缺氧，懸浮在湖表層的細(xì)粒黏土物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)下沉，形成薄的水平富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層或有機(jī)質(zhì)薄層.這種亮晶鈣質(zhì)紋層形成還與有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程有關(guān).在有機(jī)質(zhì)埋藏演化過(guò)程中，產(chǎn)生大量有機(jī)酸，沖洗泥晶方解石中Mg2+，使碳酸鹽泥晶重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я?，形成水平亮晶鈣質(zhì)紋層，重結(jié)晶程度很高，在顯微鏡下呈柱狀晶出現(xiàn)，晶體相當(dāng)干凈、明亮，且粗大晶粒孔隙內(nèi)通常充填瀝青(見(jiàn)圖6).該類(lèi)紋層分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，除在波狀鈣質(zhì)紋層、水平隱晶鈣質(zhì)紋層發(fā)育區(qū)分布外，東營(yíng)凹陷的中央隆起帶也大量發(fā)育.

2.4 水平泥質(zhì)紋層

隨氣候進(jìn)一步向暖濕轉(zhuǎn)變，陸源供給量增加，不利于碳酸鹽大量發(fā)育，碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，鈣質(zhì)紋層發(fā)育較薄，主要發(fā)育水平黏土紋層.該類(lèi)紋層巖心肉眼觀察紋層不清晰，在顯微鏡下顯示明顯的紋層狀構(gòu)造，通常與淺色水平細(xì)粒鈣質(zhì)紋層組成一個(gè)完整的層偶；層偶同樣發(fā)育豐富的藻類(lèi)化石(最高100 mg樣品中有250個(gè)溝鞭藻化石[19])，以及大量的介形蟲(chóng)、角質(zhì)體等化石(見(jiàn)圖6)，且黏土礦物紋層質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于泥晶方解石紋層的.黏土紋層在正交光下呈連片消光，具有統(tǒng)一的消光位，表明黏土的沉積作用相當(dāng)緩慢.水平泥質(zhì)紋層在研究區(qū)全區(qū)大量發(fā)育，相對(duì)于其他紋層，分布更偏向于洼陷中心區(qū)帶，層系上相對(duì)更集中于上部層系，空間上與水平亮晶鈣質(zhì)紋層多呈漸變接觸.

2.5 水平粉砂泥質(zhì)紋層

在近物源處受湖盆水體的頂托作用，形成水平粉砂泥質(zhì)紋層，它由泥質(zhì)層與泥質(zhì)粉砂層組成，粉砂層細(xì)粒呈雜亂沉積，分選差(見(jiàn)圖6).受物源快速沉積的影響，雖然化石比較豐富，但是碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相對(duì)較低，與氧化作用有關(guān).這種紋層在靠近三角洲處或在淺湖一半深湖地帶粉砂質(zhì)泥巖中相當(dāng)常見(jiàn).

3 交錯(cuò)層理類(lèi)型及成因

交錯(cuò)層理是水體能量較強(qiáng)的牽引流作用的產(chǎn)物，在泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積中發(fā)現(xiàn)該類(lèi)構(gòu)造[20-21].Schieber J等通過(guò)水槽實(shí)驗(yàn)證明,粒度小于10 μm、呈絮狀物沉降的細(xì)粒顆?？梢员憩F(xiàn)為與粗粒碎屑水力等效的方式，形成交錯(cuò)層理[21].泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程復(fù)雜，研究區(qū)泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，具有陸源碎屑與碳酸鹽巖混積特征，無(wú)法用粗碎屑沉積動(dòng)力學(xué)進(jìn)行解釋.在濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖段發(fā)現(xiàn)大量交錯(cuò)層理，根據(jù)交錯(cuò)層理分布的巖性、沉積結(jié)構(gòu)和其他構(gòu)造的共生關(guān)系，認(rèn)為其成因與風(fēng)暴、濁流和絮凝作用等有關(guān).

3.1 風(fēng)暴作用

在風(fēng)暴作用高峰期，強(qiáng)大的風(fēng)暴流形成強(qiáng)大的震動(dòng)水流和無(wú)定向底流，底流在局部地區(qū)形成具有牽引流特征的交錯(cuò)層理和其他特殊沉積構(gòu)造(相對(duì)于靜水沉積).這種交錯(cuò)層理的規(guī)模相對(duì)較大，交錯(cuò)現(xiàn)象相對(duì)明顯，如牛頁(yè)1井3 375.51 m處發(fā)現(xiàn)的交錯(cuò)層理(見(jiàn)圖7(a)).Pederson G K等報(bào)道相關(guān)的細(xì)粒沉積構(gòu)造，認(rèn)為風(fēng)暴作用在細(xì)粒沉積內(nèi)可以形成交錯(cuò)層理、底部侵蝕和間斷波痕[22].

3.2 濁流作用

該地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量泥質(zhì)濁流，具有交錯(cuò)層理的觸發(fā)機(jī)制.鄧宏文等研究半深水—深水細(xì)粒濁積形成過(guò)程，闡明粉砂質(zhì)濁流的形成過(guò)程[16].濁流成因的交錯(cuò)層理有兩種類(lèi)型：一類(lèi)是交錯(cuò)層理并非深湖沉積，是淺湖發(fā)育后整體下滑的結(jié)果，如牛頁(yè)1井3 468.24 m處發(fā)現(xiàn)的交錯(cuò)層理(見(jiàn)圖7(b))，交錯(cuò)層理黏土和砂質(zhì)成分(石英和長(zhǎng)石)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，平均分別為42.7%、32.0%，碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，平均為21.3%，有機(jī)質(zhì)豐度突變(從上下層系的平均3.00%突然降到0.34%)，交錯(cuò)層不平直，具有小型槽狀的特點(diǎn)，說(shuō)明形成時(shí)的水動(dòng)力較強(qiáng)，主要發(fā)育在含有機(jī)質(zhì)的塊狀泥巖相中.另一類(lèi)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)與上下層系呈明顯的突變，上下發(fā)育水平紋層，中間發(fā)育交錯(cuò)紋層，交錯(cuò)紋層的厚度一般很小，在1.5～3.5 cm之間，發(fā)育段泥質(zhì)組分和粉砂質(zhì)組分相對(duì)增加，如羅69井2 981.65 m處發(fā)育的交錯(cuò)層理(見(jiàn)圖7(c)).該類(lèi)交錯(cuò)層理主要發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)泥巖相中，與姜在興等有關(guān)東營(yíng)凹陷細(xì)粒沉積的交錯(cuò)層理成因一致[20].

圖7 濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積段交錯(cuò)層理Fig.7 The cross-bedding of fine-grained sedimentary rock in Jiyang depression

3.3 絮凝作用

還有一種交錯(cuò)層理成因解釋是絮凝作用.現(xiàn)代泥質(zhì)粒度分析表明，大多數(shù)直徑小于10 μm的細(xì)粒顆粒以絮凝物形式沉降，直徑大于10 μm的顆粒主要以單獨(dú)顆粒形式沉降.絮狀物形式沉降的細(xì)粒顆粒表現(xiàn)為與粗粒碎屑水力等效的方式，可以形成交錯(cuò)層理，如牛頁(yè)1井3 349.60 m處發(fā)現(xiàn)的交錯(cuò)層理(見(jiàn)圖7(d)).該類(lèi)交錯(cuò)層理表現(xiàn)為與下伏巖性呈超覆式接觸的特點(diǎn)，發(fā)育規(guī)模更小，交錯(cuò)紋層的厚度一般小于1 cm，表明水動(dòng)力相對(duì)較弱，主要發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r中.

4 沖刷面類(lèi)型及成因

沖刷面是指水體流速加大，對(duì)其下伏沉積物進(jìn)行沖刷所造成的凹凸不平的沉積面，說(shuō)明沖刷面下部地層沉積后有過(guò)強(qiáng)烈的沖刷過(guò)程，在半深湖—深湖穩(wěn)定的沉積環(huán)境中產(chǎn)生這種現(xiàn)象有兩種動(dòng)力學(xué)機(jī)制.

4.1 濁流作用

湖泊洪水期間入湖的洪水濁流和其他成因的重力流引起的濁流，在一定條件下可侵蝕下伏地層形成沖刷面，在牛頁(yè)1、樊頁(yè)1井巖心觀察中發(fā)現(xiàn)大量的泥質(zhì)濁流沉積是最好的證據(jù).最為典型的是牛頁(yè)1井3 467.40～3 475.50 m井段發(fā)育的泥質(zhì)濁流沉積，該段巖性為灰綠色灰質(zhì)塊狀泥巖，與上部的深灰色紋層狀灰質(zhì)泥巖和下部的深灰色紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r有極大的反差，具有碎屑質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，物性較好，發(fā)育小型槽狀交錯(cuò)層理、砂質(zhì)團(tuán)塊和蟲(chóng)孔等特點(diǎn)，在半深湖—深湖移動(dòng)過(guò)程中侵蝕下伏泥頁(yè)巖地層形成沖刷面.受水下地形、濁流移動(dòng)路徑及發(fā)育程度的控制，形成的沖刷面表現(xiàn)不同的沉積特征：在濁流過(guò)路段形成的沖刷面比較干凈，是濁流過(guò)后深水細(xì)粒物質(zhì)在沖刷面上沉積的產(chǎn)物，表現(xiàn)為沖刷面處巖性突變或地層傾角突變，如羅69井2 993.10 m處和樊頁(yè)1井3 269.10 m處發(fā)現(xiàn)的沖刷面(見(jiàn)圖8(a)、(b)).在濁流的沉積區(qū)附近形成的沖刷面表現(xiàn)為上覆地層在沖刷面處發(fā)生明顯的顏色、巖性突變，一些井段沖刷面下伏地層發(fā)生變形，沖刷面附近的上覆層一部分是濁流的產(chǎn)物，陸源碎屑組分增高，甚至有的局部層位還發(fā)育小型泥礫，如羅69井2 986.00 m處發(fā)育的沖刷面上碎屑組分相對(duì)明顯增加(見(jiàn)圖8(c)).Singh P等在barnett頁(yè)巖中也識(shí)別相關(guān)的沖刷面，并作為深水細(xì)粒沉積層序界面標(biāo)志[23].

圖8 濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積段沖刷面

4.2 絮凝作用

水槽實(shí)驗(yàn)表明，絮狀顆?？梢员憩F(xiàn)為與粗粒沉積碎片水力等效的方式[22]，并作為高密度流或濁流的成分進(jìn)行搬運(yùn)，在搬運(yùn)的過(guò)程中不僅形成波痕、層理，同時(shí)也對(duì)下伏地層侵蝕而形成沖刷面，如羅69井2 922.49 m處發(fā)育的沖刷面(見(jiàn)圖8(d))，緊挨沖刷面的上覆顆粒表現(xiàn)更細(xì)、絮狀的特征.

5 脊突構(gòu)造及成因

脊突構(gòu)造并非是一個(gè)完整的定義，只是在前期泥頁(yè)巖段巖心觀察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一類(lèi)沉積構(gòu)造，形態(tài)很像泥裂，但與裂縫不同的是泥裂形態(tài)完全倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，如羅3井2 867.41 m處和羅53井2 670.46 m處發(fā)育的脊突構(gòu)造(見(jiàn)圖9).由于在發(fā)育的地層中缺乏沉積基底暴露的證據(jù)與相應(yīng)的沉積構(gòu)造，它不是由基底暴露和干裂形成的，屬于一種脊突構(gòu)造，是在上覆沉積物快速堆積下泥中的孔隙快速排水收縮形成的，被David W T等在美國(guó)蒙大拿州中元古代泥巖中發(fā)現(xiàn)[24].

圖9 濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積段脊突構(gòu)造(泥質(zhì)灰?guī)r)Fig.9 The keel structure of fine-grained sedimentary rock in Jiyang depression(Muddy limestone)

6 結(jié)論

(1)綜合鹽類(lèi)礦物分布、沉積水性質(zhì)、w(87Sr)/w(86Sr)、δ13C同位素值域分布特征、碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氣候干濕指數(shù)的關(guān)系，以及一些還原環(huán)境指標(biāo)，濟(jì)陽(yáng)古湖泊沙四上—沙三下亞段泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積時(shí)期為封閉的蒸發(fā)型還原的半咸化—咸化湖盆，水動(dòng)力相對(duì)較弱，泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積原始結(jié)構(gòu)、構(gòu)造保留較好，可為泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積成因動(dòng)力學(xué)機(jī)制、沉積環(huán)境和層序地層等研究提供依據(jù).

(2)在半深湖—深湖泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積中，濟(jì)陽(yáng)古湖泊沙四上—沙三下亞段不僅發(fā)現(xiàn)代表靜水環(huán)境的大量紋層，也頻繁發(fā)現(xiàn)代表水動(dòng)力較強(qiáng)環(huán)境的交錯(cuò)層理、沖刷面和脊突構(gòu)造等沉積構(gòu)造，指示在相對(duì)平靜的泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積環(huán)境中頻繁存在水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)過(guò)程，與陸相湖盆相對(duì)較小、構(gòu)造活動(dòng)頻繁和物源供給速率變化多樣等條件有關(guān)，表明泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積動(dòng)力機(jī)制極為復(fù)雜.這種復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)機(jī)制導(dǎo)致泥頁(yè)巖細(xì)粒沉積具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，為陸相頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)提出新的問(wèn)題.

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2015-03-19；編輯：任志平

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB239104)

王 勇(1977-)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事油氣勘探方面的研究.

TE121.3

A

2095-4107(2015)03-0007-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.03.002