石油勘探与开发 >

2023 , Vol. 50 >Issue 3: 516 - 529

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20230008

油气勘探

鄂尔多斯盆地西南部三叠系延长组长9段事件沉积类型、特征及地质意义

  • 王子野 , 1, 2, 3 ,
  • 毛治国 , 1, 2, 3 ,
  • 袁选俊 1, 2, 3 ,
  • 邓秀芹 4 ,
  • 惠潇 4 ,
  • 张忠义 4 ,
  • 崔景伟 1, 2, 3
展开
  • 1 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 2 国家能源致密油气研发中心，北京 100083
  • 3 中国石油天然气集团公司油气储层重点实验室，北京 100083
  • 4 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，西安 710018
毛治国（1977-），男，湖北长阳人，博士，中国石油勘探开发研究院高级工程师，主要从事沉积储集层与岩性地层油气藏综合研究。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心，邮政编码：100083。E-mail：

王子野（1992-），男，黑龙江大庆人，现为中国石油勘探开发研究院在读博士研究生，主要从事湖盆沉积储集层与页岩油选区评价研究。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心，邮政编码：100083。E-mail：

Copy editor: 黄昌武

收稿日期: 2023-01-04

  修回日期: 2023-03-17

  网络出版日期: 2023-05-25

基金资助

中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“多类型储集体发育机制与储集能力定量评价技术研究”(2021DJ0402)

收起

Types, characteristics and geological significance of event deposits of Chang 9 Member of Triassic Yanchang Formation in southwestern Ordos Basin, NW China

  • WANG Ziye , 1, 2, 3 ,
  • MAO Zhiguo , 1, 2, 3 ,
  • YUAN Xuanjun 1, 2, 3 ,
  • DENG Xiuqin 4 ,
  • HUI Xiao 4 ,
  • ZHANG Zhongyi 4 ,
  • CUI Jingwei 1, 2, 3
Expand
  • 1 PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
  • 2 National Energy Tight Oil & Gas Research & Development Center, Beijing 100083, China
  • 3 Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir, CNPC, Beijing 100083, China
  • 4 Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China

Received date: 2023-01-04

  Revised date: 2023-03-17

  Online published: 2023-05-25

Fold

摘要

通过岩心观察、薄片鉴定、测井及测试数据分析，对鄂尔多斯盆地三叠系延长组9段（简称长9段）事件沉积类型及特征进行剖析。研究表明，盆地西南部长9段存在地震、重力流、火山、缺氧等4类9亚类事件沉积。通过对不同类型事件沉积特征和分布规律分析，提出不同类型的事件沉积普遍存在共生或伴生关系，具有内在成因联系和分布规律。识别出事件沉积较发育的5种沉积（微）相，建立了事件沉积成因模式。震积岩主要发育在盆地幕式扩张的湖侵期，常见液化流动、重力作用及脆性剪切变形；重力流主要分布在高水位期，夹于前三角洲或半深湖细粒沉积中，形成条带状、朵状的滑塌浊积扇，震积岩层段之上相对发育；火山事件沉积见于长9段下部，呈顶、底突变接触，可反映同期火山活动；缺氧沉积一般形成于湖侵后期至高水位期。长9段高位期发育厚层富有机质泥页岩，沉积期事件沉积有利于形成油气潜在储集层。

关键词： 事件沉积; 震积岩; 重力流沉积; 缺氧事件; 三叠系延长组; 鄂尔多斯盆地

本文引用格式

王子野 , 毛治国 , 袁选俊 , 邓秀芹 , 惠潇 , 张忠义 , 崔景伟 . 鄂尔多斯盆地西南部三叠系延长组长9段事件沉积类型、特征及地质意义[J]. 石油勘探与开发, 2023 , 50(3) : 516 -529 . DOI: 10.11698/PED.20230008

Abstract

Through core observation, thin section identification, and logging and testing data analysis, the types and characteristics of event deposits in the ninth member of Yanchang Formation of Triassic (Chang 9 Member) in southwestern Ordos Basin, China, are examined. That there are 4 types and 9 subtypes of event deposits, i.e. earthquake, gravity flow, volcanic and anoxic deposits, in the Chang 9 Member in the study area. Based on the analysis of the characteristics and distribution of such events deposits, it is proposed that the event deposits are generally symbiotic or associated, with intrinsic genetic relations and distribution laws. Five kinds of sedimentary microfacies with relatively developed event deposits are identified, and the genetic model of event deposits is discussed. Seismites are mainly developed in the lake transgression stage when the basin expands episodically, and commonly affected by liquefaction flow, gravity action and brittle shear deformation. Gravity flow, mainly distributed in the high water level period, sandwiched in the fine-grained sediments of prodelta or semi-deep lake, or creates banded or lobate slump turbidite fan. It is relatively developed above the seismites strata. The volcanic event deposits are only seen in the lower part of the Chang 9 Member, showing abrupt contact at the top and bottom, which reflects the volcanic activity at the same time. Anoxic deposits are mostly formed in the late stage of lake transgression to the highstand stage. Very thick organic-rich shales are developed in the highstand stage of Chang 9 Member, and the event deposits in the depositional period of these shales are conducive to potential reservoirs.

Key words： event deposit; seismite; gravity flow; anoxic event; Triassic Yanchang Formation; Ordos Basin

0 引言

事件沉积是具有突发性、瞬时性和一定空间延展性的沉积作用和地层记录[1]，是在相对长期、缓慢、渐变沉积过程中发生的短期、快速、突变沉积，常见类型有震积岩、海啸岩、重力流沉积、缺氧事件沉积和界线黏土层等。作为沉积学分支，事件沉积一直是沉积学研究的热点。研究事件沉积，一方面对研究全球环境变迁、气候变化、古环境恢复和构造运动等具有重要意义，另一方面对油气等沉积型矿产资源形成和保存条件研究具有重要现实意义和应用价值，如分析沉积成因、储集体与烃源岩类型、规模分布等。
鄂尔多斯盆地三叠系延长组为一套大型坳陷湖盆背景的河流—三角洲—湖泊沉积，是盆地重点生油层和石油勘探的主力层系。越来越多的研究发现，虽然延长组沉积期盆地内部构造相对稳定且整体沉积并无明显间断，但事件沉积频繁且类型多样，如地震事件沉积[2]、重力流沉积[3]、火山事件沉积[4]、缺氧事件沉积[5]等，其对层序地层结构与沉积充填序列[6]、规模烃源岩与储集层发育[7]等均具有重要影响，前人从多角度进行了研究和探讨。目前，有关延长组事件沉积的研究主要集中于延长组8段（简称长8段，本文延长组其他层段简称类似）及以上层段，尤其是最大湖侵期的长7段和长6段。长9段对应湖盆快速扩张阶段，具有事件沉积发育的构造背景，但针对其事件沉积的研究较少，且研究大多是其中某一个类型，很少考虑长9段事件沉积之间的成因联系和分布规律。本文选取盆地长9段连续取心井C22、Y84井为对象，通过岩心、测井、薄片、XRD（X射线衍射光谱）、XRF（X射线荧光发射谱）、有机地球化学等方法，重点讨论盆地西南部长9段发育的事件沉积类型、特征，解释盆地坳陷演化早期阶段及初次湖侵过程中事件沉积成因并建立沉积模式，明确沉积的规模和分布，为盆地长9段石油勘探提供借鉴和参考。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，雏形形成于中三叠世纸坊组沉积期，是叠加在古生代华北克拉通之上的残余克拉通内盆地[8]。盆地北起阴山，南抵秦岭，西至贺兰山、六盘山，东达吕梁山，面积约25×104 km2。按现今构造形态和基底性质，分为伊盟隆起、渭北隆起、西缘冲断带、天环坳陷、晋西挠褶带及伊陕斜坡6个一级构造单元（见图1）。
图1 鄂尔多斯盆地中生界构造单元划分及延长组地层柱状图（据文献[13-14]修改）
中晚三叠世发生的印支运动使扬子板块沿勉略缝合带与秦岭地块和华北板块碰撞拼接，盆山耦合作用下形成鄂尔多斯大型内陆坳陷湖盆。盆地三叠系自下而上为刘家沟组、和尚沟组、纸坊组和延长组，其中延长组为一套以河湖相沉积为主的碎屑岩沉积，厚1 000~1 400 m。根据沉积旋回、标志层、含油性及电性特征，延长组自下而上分为长10—长1共10段。对应盆地初始沉降（长10）、快速扩张（长9—长8段）、强烈拗陷（长7段）、逐渐萎缩（长6—长3段）和消亡（长2—长1段）阶段，纵向上构成完整的湖盆演化旋回。长9段沉积期印支运动变强，盆地西南缘断裂及与其斜交的锯齿状次级断裂活动加剧，盆地沉陷速度加大。长9段与长10段岩性差异较大也说明盆地扩张是个突变过程，同时该时期气候不断向潮湿转变，长9段沉积期湖泊范围迅速扩大，并发育延长组首套规模富有机质泥页岩（李家畔页岩）。C22井、Y84井位于鄂尔多斯盆地西南部，构造属伊陕斜坡，其长9段岩性组合、沉积相及层序等反映其沉积期为湖侵背景的辫状河三角洲及湖泊沉积并发育滑塌浊积扇。

2 事件沉积类型及特征

通过对C22、Y84井近500 m的岩心厘米级观察，结合分析测试和前人研究，发现长9段发育地震、重力流、火山和缺氧等4类9亚类事件沉积（见表1）。
表1 鄂尔多斯盆地延长组长9段事件沉积类型及特征
事件沉积类型 亚类 常见岩性 沉积构造特征 成因机制
地震事件沉积 液化流动变形 粉砂岩、砂岩 碟状构造、液化脉、液化角砾、
液化卷曲、液化底辟		 振动使沉积层形成超孔隙水压力
沉积物液化流动
重力作用变形 密度差异的砂岩和泥岩 环状层理、砂岩负载及泥岩
挤入、球—枕构造		 重力驱动沉积物垂向位移与变形
脆性剪切变形 多种岩性 阶梯状断层、微错断 振动使沉积层破裂移动或液化后差异压实
重力流沉积 块体滑塌 多种岩性 滑动面、滑塌褶皱、突变结构 沉积物失稳
砂质碎屑流 厚层块状砂岩、含泥砾砂岩 厚层块状、顶底均突变、见漂浮状
或顺层分布泥砾		 滑塌体转变
浊流 细砂岩到泥岩 正粒序、底冲刷、顶渐变，平行、
流水波纹、水平层理		 碎屑流转变
火山事件沉积 火山灰沉积 凝灰岩 不明显水平层理 火山喷发
缺氧事件沉积 厌氧沉积 黑色页岩 纹层状 厌氧环境
贫氧沉积 灰黑色泥岩 层状、块状 贫氧环境

2.1 地震事件沉积与震积岩

“seismites”由Seilacher研究美国加州中新统Monterey组页岩露头中的阶梯状断层（fault-graded beds）时提出，表示由地震引起的软沉积变形层[9]，国内由龚一鸣[1]最初引用并译为“震积岩”。地震发生时首先是对沉积物原地改造，之后如果引发海啸或重力流，则部分沉积物搬运到异地并伴生变形构造[10]。
本文震积岩为狭义震积岩，指地震作用形成的、原地的沉积物变形层，层内无震积不整合且层底无侵蚀面，不包括准原地和异地部分（如震浊积岩）。目前，公认的震积岩判别标志为阶梯状断层和液化均一层。除此之外，震积岩还常见液化脉、液化卷曲、自碎屑角砾和手风琴式褶皱等沉积构造，虽然单独某一种可能有其他成因，但多种组合对判别震积岩有重要意义。通过岩心观察，识别出3种与地震作用有关的同生变形，按成因机制分为液化流动、重力作用和脆性剪切变形。

2.1.1 液化流动变形

受地震震动（特别是地震剪应力作用），沉积物机械不稳定，饱和沉积层形成超孔隙水压力，沉积物液化并向邻层流动，促使孔隙流体排出[11]。液化作用是地震产生破坏和导致沉积物变形的主要原因[12]。
上述两井岩心观察到的液化流动变形特征明显，类型多样，包括碟状构造（见图2a）、液化脉（见图2b—图2e）、液化角砾（见图2f—图2h）、液化卷曲（见图2i）及液化底辟（见图2j、图2k）等。
图2 鄂尔多斯盆地延长组长9段震积岩典型特征图版

（a）Y84井，2 289.63 m，泄水脉两侧纹层向上弯曲呈碟状；（b）C22井，2 323.36 m，砂层液化向泥质层流动侵位；（c）图b的另一面；（d）Y84井，2 306.00 m，砂层液化侵位，上覆泥质层错断；（e）Y84井，2 312.56 m，砂层液化侵位，下伏粉砂层错断且牵引弯曲；（f）C22井，2 362.50 m，泥质层错断，表现为砾状；（g）Y84井，2 205.72 m，砂层液化刺穿上覆泥质层并形成泥砾；（h）Y84井，2 226.45 m，液化形成的泥砾短距离搬运，大小不一，多棱角状带刺，部分可拼接；（i）C22井，2 342.28 m，砂层液化流动并形成卷曲变形；（j）Y84井，2 299.80 m，底辟构造；（k）图j的另一面；（l）Y84井，2 207.18 m，环形层理；（m）C22井，2 414.78 m，灰色细砂脱离母岩层下沉陷入到深灰色泥质粉砂层中；（n）C22井，2 411.31 m，灰色粉砂岩负载及深灰色泥质粉砂岩挤入；（o）C22井，2 409.71 m，球—枕构造，砂岩球枕破碎，部分呈砾状，经多次地震或强震形成；（p）C22井，2 366.42 m，阶梯状断层，断距小于10 mm；（q）C22井，2 380.38 m，液化砂沿断裂流动充填，断距约10 mm

2.1.2 重力作用变形

重力作用变形为地震过程中重力驱动的沉积物垂向位移与变形，常见环状层理、负载构造和球—枕构造。长9段环状层理多与液化流动变形伴生，为上覆砂泥薄互层塌落到下伏变形层中形成且较好保留纹层卷曲变形（见图2l）。“负载构造”由Kuenen[15]提出，表示在振动及重力作用下，上覆粗颗粒沉积物下沉陷入到下伏细颗粒层中。球—枕构造相当于负载构造的进一步位移变形，为负载体脱离上覆层完全陷入到下伏层中。负载构造（见图2m、图2n）和球—枕构造（见图2o）的形态表明，上覆沉积物密度较大且下伏层也发生流动变形。

2.1.3 脆性剪切变形

脆性剪切变形为地震引起的固结岩石或沉积层顶部未固结沉积层中的断裂与节理[11]，长9段岩心中的脆性变形主要为阶梯状断层和微错断，常见于薄层泥质岩中。
阶梯状断层为一系列近平行的、呈阶梯状排列的断层（见图2p），多为断距小于15 mm的微型正断层，倾角较陡；微错断在岩心中一般单独出现，断距多大于10 mm（见图2q），正断层为主。阶梯状断层和微错断均为层内变形，不影响上覆及下伏层，是区分后期构造断层的重要特征。

2.2 重力流沉积

三角洲前缘未固结沉积物常发生滑动滑塌，若继续搬运并不断稀释可变为砂质碎屑流、浊流等，并在斜坡或深水区沉积[16]，形成过程已被鄢继华等[17]的震浊积岩水槽模拟证实，实例如1929年加拿大Grand Bank地震后海底电缆折断为地震引发的滑塌和浊流造成[18]。

2.2.1 块体滑塌

滑动体为地震、火山等附加应力或重力沿斜坡分力大于抗剪强度，沉积物失稳沿剪切面向坡下滑动形成[19]。由于旋转剪切力作用，滑塌体内常见同沉积变形构造，如滑塌褶皱。滑动滑塌对下伏层一般不产生影响，不见擦痕或冲刷构造，但通过滑动面（见图3a、图3b）、滑塌褶皱（见图3c、图3d）可识别块体滑塌。
图3 鄂尔多斯盆地延长组长9段重力流沉积典型特征图版

（a）Y84井，2 201.50 m，块体滑塌形成的滑动面；（b）Y84井，2 311.05 m，滑动面；（c）C22井，2 385.72 m，滑塌褶皱；（d）C22井，2 328.60 m，滑动面及滑塌褶皱；（e）C22井，2 324.57 m，砂质碎屑流沉积整体块状；（f）C22井，2 325.61 m，整体块状；（g）Y84井，2 245.74 m，整体块状；（h）C22井，2 368.02 m，砂质碎屑流沉积顶部泥砂突变；（i）C22井，2 368.31 m，底部砂泥突变；（j）Y84井，2 243.98 m，砂质碎屑流沉积中的漂浮状泥砾，棱角状带刺，部分可拼接；（k）图j的另一面；（l）Y84井，2 288.72 m，砂质碎屑流中的泥砾逆粒序；（m）Y84井，2 225.90 m，碎屑流中的泥砾正粒序；（n）Y84井，2 245.43 m，部分泥砾保留原始沉积结构；（o）Y84井，2 259.23 m，浊流沉积的底部冲刷；（p）C22井，2 371.52 m，浊流沉积的底部泥砾；（q）Y84井，2 263.45 m，浊流沉积的正粒序；（r）C22井，2 367.47 m，浊流沉积的正粒序；（s）Y84井，2 258.02 m，浊流沉积的平行层理；（t）C22井，2 389.87 m，中下部流水波纹层理，上部平行纹层；（u）Y84井，2 265.42 m，灰色粉砂与深灰色泥质粉砂组成韵律层，纹层状水平层理；（v）C22井，2 379.83 m，下部水平层理，上部流水波纹层理

2.2.2 砂质碎屑流

砂质碎屑流为Shanmugam[20]根据浊流底部的流动颗粒层和细碎屑颗粒流等提出。砂质碎屑流是具塑性流变性质的、层流状态的重力流，支撑机制主要为基质强度、分散压力和浮力[20-21]。在滑动滑塌体顺物源方向，砂质碎屑流呈整体“冻结式”搬运及沉积，通常不发生按粒级沉降，可见形状、大小、磨圆差异大的砾石分散“漂浮”在砂层中或顺层分布，多为块状层理，不显粒序，顶、底界面突变。长9段砂质碎屑流沉积岩性为砂岩或含泥砾砂岩，单层砂体厚度一般大于0.5 m，多层叠置厚度可超10 m。整体块状（见图3e—图3g），顶、底界面突变且近平直（见图3h、图3i），常见分选、磨圆差的“漂浮状”泥砾，边缘呈刺状可拼接（见图3j、图3k），说明存在角砾化且为整体“冻结式”搬运沉积；顺层分布的泥砾，呈不明显叠瓦状，可能为砂质碎屑流向浊流过渡；见层内泥砾逆粒序和正粒序（见图3l、图3m），可能为强砂质碎屑流和弱砂质碎屑流沉积；偶见保留原始沉积结构的泥砾（见图3n），岩性与上覆及下伏泥层岩性接近，判断为短距离搬运的内源泥砾。

2.2.3 浊流

砂质碎屑流在流动过程中可不断稀释，强度降低而流动性增加，变为弱砂质碎屑流甚至浊流[22]。浊流是具牛顿流变性质的紊乱流动状态的重力流，以湍流向上分力为支撑[20-21]。由于浊流沉积是在流速不断降低，悬浮载运沉积物逐级沉降形成，因而常见底突变（如侵蚀构造、底砾）、正粒序、顶渐变，发育平行层理、流水波纹层理、水平层理等沉积构造。长9段浊积岩粒度总体比砂质碎屑流细，岩性为细砂岩到粉砂岩或泥岩，单层厚度一般小于0.3 m，多层叠置厚度可超5 m。底部见冲刷构造（见图3o）、底砾（见图3p），说明紊流状态对下伏泥质沉积层有侵蚀。总体或局部表现为向上变细正粒序（见图3q、图3r），发育平行层理（见图3s）、流水波纹层理（见图3t）及水平层理（见图3u、图3v），反映流速降低按粒级减小依次沉降，浊流中上部出现牵引流特征；鲍马序列一般不完整且呈多期叠置，如ABAB、CDCDE组合。

2.3 火山事件与凝灰岩

凝灰岩为粒径小于2 mm的火山喷发物质经大气、水流等搬运在相对静水环境沉积形成，反映构造活动背景。研究区长9段凝灰岩为浅绿灰色（见图4a），薄层状夹于厚层黑色页岩中，顶、底界面均突变。薄片见晶屑、玻屑及玻璃质（见图4b），玻屑呈撕裂状、棱角状和港湾状，见条状黑云母晶屑和碎棱角状石英晶屑，基质为玻璃质，见蚀变呈伊利石。XRD全岩、黏土显示主要为石英（质量分数为56.8%，下同）、斜长石（6.3%）和黏土矿物（35.2 %），含少量钾长石，黏土矿物主要为伊蒙混层和伊利石。虽然凝灰岩层厚较薄，但测井响应明显，表现为高自然伽马、高声波时差、低密度。Y84井长9段下部见麻斑砂岩（见图4c），薄片显示为中粒长石岩屑砂岩，磨圆差，浊沸石呈连晶的孔隙充填使颗粒嵌于其中（见图4d），见微斜长石和条纹长石，偶见石膏胶结物。XRD全岩显示石英（18.2%）、长石（29.0%）、黏土矿物（26.5%）和浊沸石（26.3%），XRD黏土矿物以绿泥石为主。与凝灰岩相似，测井为自然伽马高值。浊沸石有多种成因，如火山物质蚀变[23]、斜长石蚀变[23]、方解石与高岭石反应[24]，考虑到麻斑砂岩分布在长9段下部（且层位与C22井凝灰岩相当），形成温度远低于方解石与高岭石反应热力学条件，初步确定浊沸石为火山喷发物质成岩期水化蚀变形成。
图4 鄂尔多斯盆地延长组长9段凝灰岩、麻斑砂岩和泥页岩图版

（a）C22井，2 382.25 m，浅绿灰色凝灰岩；（b）C22井，2 382.25 m，凝灰岩，单偏光；（c）Y84井，2 288.63 m，麻斑砂岩，顺层分布泥质撕裂屑；（d）Y84井，2 288.63 m，麻斑砂岩，单偏光；（e）Y84井，2 196.50 m，灰黑色泥岩；（f）Y84井，2 194.48 m，黑色页岩；（g）Y84井，2 196.50 m，泥岩呈块状，单偏光；（h）Y84井，2 194.48 m，页岩呈纹层状，单偏光；（i）C22井，2 382.30 m，页岩纹层状，单偏光；（j）C22井，2 316.05 m，纹层卷曲变形，单偏光；（k）C22井，2 349.45 m，纹层及页层状砂泥互层夹薄层粉细砂，多个直径约1 cm倾斜40°~50°的虫孔

2.4 缺氧事件与烃源岩

相比长10段细粒沉积的暗色泥质岩呈薄层夹于三角洲砂岩中，C22、Y84井长9段岩心见大量中厚层泥页岩（见图4e、图4f）。对长9段泥页岩取样分析，镜下见层状或块状泥岩和纹层状页岩（见图4g—图4j）。XRD全岩及黏土分析显示主要为石英、斜长石和黏土矿物，含少量黄铁矿，其中黏土含量多为52%~58%，平均为54.4%，以伊蒙混层和伊利石为主，相对含量多为78%~85%，平均值为81.6%。岩石热解显示长9段泥页岩TOC值主要为3%~6%，平均值为4.8%；生烃潜量主要为4~8 mg/g，平均值为8.6 mg/g；类型指数多分布在30~80。较高的有机质丰度、生烃潜量和类型指数（见表2），初步判断长9段沉积期存在缺氧沉积条件。
表2 鄂尔多斯盆地延长组长9段泥页岩氧化还原及热解参数
井号 深度/m 岩性 V/(V+Ni) TOC/% (S1+S2)/(mg•g-1) S2/S3 HI/(mg•g-1) Tmax/℃
C22 2 316.01 黑色页岩 0.75 4.76 8.03 45 151 447
C22 2 323.96 黑色页岩 0.69 9.55 26.01 134 252 442
C22 2 331.18 灰黑色泥岩 0.64 2.63 4.12 29 141 442
C22 2 339.23 黑色页岩 0.68 4.93 7.85 45 145 446
C22 2 344.06 黑色页岩 0.64 8.03 18.40 114 213 443
C22 2 348.92 灰黑色泥岩 0.64 3.22 5.88 54 168 442
C22 2 351.80 灰黑色泥岩 0.71 2.61 4.45 34 155 442
C22 2 359.36 黑色页岩 0.84 8.06 20.44 104 232 441
C22 2 361.25 灰黑色泥岩 0.69 2.17 3.07 21 127 444
C22 2 382.30 黑色页岩 0.80 3.98 9.66 90 226 443
C22 2 384.81 黑色页岩 0.73 4.10 6.20 52 139 445
C22 2 396.50 粉砂质泥岩 0.55 0.26 0.15 1 51 459
C22 2 400.97 灰黑色泥岩 0.61 3.40 3.75 20 101 447
C22 2 401.78 灰黑色泥岩 0.71 1.09 0.74 5 60 453
C22 2 412.26 灰黑色泥岩 0.68 3.64 6.12 37 152 443
Y84 2 191.05 黑色页岩 0.90 14.14 31.48 145 205 458
Y84 2 194.48 黑色页岩 0.65 4.16 5.95 32 124 459
Y84 2 196.50 灰黑色泥岩 0.51 2.99 3.19 16 92 463
Y84 2 198.66 黑色页岩 0.82 4.69 5.67 30 107 462
Y84 2 214.95 灰黑色泥岩 0.63 2.20 2.65 13 92 462
Y84 2 216.60 黑色页岩 0.61 5.59 7.88 33 123 458
Y84 2 226.55 灰黑色泥岩 0.61 2.54 2.59 13 89 462
Y84 2 249.02 粉砂质泥岩 0.68 2.29 2.16 6 81 463
Y84 2 260.40 灰黑色泥岩 0.66 2.19 2.20 13 82 462
Y84 2 301.72 灰黑色泥岩 0.65 4.03 4.11 23 91 462
Y84 2 305.02 灰黑色泥岩 0.65 3.83 4.13 31 97 462
根据水中溶解氧浓度，水体环境可分为厌氧（anaerobic，氧浓度小于0.1 mL/L）、贫氧（dysaerobic，氧浓度0.1~1.0 mL/L）和有氧（aerobic，氧浓度大于1.0 mL/L）环境[25]。溶解氧浓度与水深密切相关，从浅水到深水通常依次出现有氧带、贫氧带和厌氧带，其中贫氧带和厌氧带在研究区长9段主要分布在前三角洲/漫溢沉积和半深湖/外扇。前三角洲/漫溢沉积水动力较弱，细粒沉积主要为层状或块状灰黑色泥岩，夹薄层粉砂岩或与粉砂组成薄互层；半深湖/外扇水动力进一步减弱，主要为纹层页层状黑色页岩，局部见泥质粉砂岩或粉砂质页岩层。生物扰动强度随含氧量下降而减弱，富氧水体中底栖生物短期即可破坏沉积构造，而生物活动受限的缺氧水体中沉积构造（如纹层）多较好保留。长9段部分泥岩发育虫孔构造但层理可识别（见图4k），说明有生物活动但不强烈，应为缺氧和有氧过渡环境，而部分泥岩及大多数页岩未观察到生物活动痕迹，为缺氧环境。氧化环境中有机质不易保存，因而TOC高值一定程度上可反映缺氧环境。V/（V+Ni）（钒与钒镍含量的比值）值常用来恢复水体氧化还原条件，大于0.54为较强分层的厌氧水体，其值为0.46~0.60为较弱分层的贫氧水体[26]。长9段泥页岩V/（V+Ni）值多大于0.60，确定长9存在缺氧沉积。由图5可见，TOC值小于4.0%的样品V/（V+Ni）值多为0.55~0.75，而TOC值大于4.0%的样品V/（V+Ni）值多大于0.65，即贫氧条件TOC值为1.0%~4.0%，V/（V+Ni）值为0.55~0.75，厌氧条件的TOC值大于4.0%，V/（V+Ni）值大于0.65。同时S2/S3与TOC关系图也反映长9段存在厌氧和贫氧不同缺氧条件，其指标见表3。
图5 鄂尔多斯盆地延长组长9段缺氧事件沉积类型关系图
表3 鄂尔多斯盆地延长组长9段缺氧事件沉积类型及特征
类型 氧浓度/(mL•L-1) 沉积环境 分层情况 细粒部分 沉积构造 生物扰动 TOC/% V/(V+Ni) S2/S3 有机质类型
缺
氧		 厌氧 <0.1 半深湖/外扇 较强分层 黑色页岩 纹层、页层状 无 >4.0 >0.65 >30 Ⅰ和Ⅱ1
贫氧 0.1~1.0 前三角洲/漫溢沉积 较弱分层 灰黑色泥岩 薄层、块状 可见 1.0~4.0 0.55~0.75 10~40 Ⅱ1和Ⅱ2
有氧 >1.0 三角洲前缘—平原 不分层 泥质岩 强烈 <1.0 <0.55 <10

3 事件沉积地质意义

3.1 古环境与沉积相

前人研究盆地西南部长9段主要为辫状河三角洲及湖泊沉积，本次研究发现在上述总体沉积环境下还发育多种类型事件沉积，如深水重力流沉积，且常与正常沉积在纵向频繁互层，平面上形成具一定规模的条带状或朵页状沉积体。通过C22、Y84井厘米级岩心描述、测井资料及地球化学分析，识别出研究区事件沉积较发育的5种沉积微相（见图6）。
图6 鄂尔多斯盆地延长组长9段事件沉积垂向序列沉积特征
①内扇主水道。砂质碎屑流为主，单层厚度多为1.0~3.0 m，多层叠置厚度超过10 m（见图6a）。多为厚层块状砂岩，局部见少量植物炭屑；次为含泥砾砂岩，泥砾大小混杂（粒径为0~80 mm）、岩性变化（灰黑色泥岩到深灰色粉砂岩）、磨圆差异（次圆状到棱角状带刺），含泥砾层段整体无粒序特征，但内部常见多个泥砾向上变大的反粒序层（见图6a）。如前文所述，重力流可由地震触发，主水道沉积之下几米内常见地震事件沉积，如液化砂岩脉、液化角砾。
②中扇辫状水道及水道间。浊流为主，常见向上变细正粒序。相比经典浊积岩序列，总体上粒度更粗、厚度也更大，增加了砂质碎屑流段和叠覆冲刷砂岩段。底部砂质碎屑流段，由砂岩组成，不显粒序，可见多个厚度十几到几十厘米的含砾砂岩层（层内泥砾大小混杂、磨圆较差、岩性变化）；下部高密度浊流段，岩性变化大（中砂到粉砂），与A段快速渐变，见叠覆冲刷砂岩，单层厚度几厘米到十几厘米（层内显正粒序，从块状层理到平行层理，类似鲍马层序AB段）；中部鲍马层序C段，粉细砂为主，常见流水波纹层理；上部鲍马层序D段，粉砂为主，可含大量泥质，常见水平层理（见图6b）。同主水道沉积，部分辫状水道序列之下见震积岩及滑动变形。
③中扇水道间—漫溢沉积。由粉砂、泥质粉砂和粉砂质泥组成，夹大量粉细砂页层或薄层，部分砂岩夹层含顺层分布的棱角状泥砾，局部有软沉积变形，见流水波纹层理和水平层理，即鲍马层序CD段夹AB段（见图6c）。
④外扇/半深湖及漫溢沉积。主要为灰黑色泥页岩和深灰色泥质粉砂岩，含植物炭屑，纹层、页层状及层状，局部夹粉细砂岩（突变或不明显正粒序），即鲍马层序DE段夹C段（见图6d）。
⑤三角洲前缘及前三角洲。水下分流河道主要为浅灰、灰色中细砂岩，单层厚度多为0.3~1.0 m，层内向上粒度变细，块状为主，局部平行、交错层理；多层叠置厚1.5~5.0 m，多为总体向上变粗反粒序；向前三角洲延伸，水下分流河道流速减缓，沉积物粒度变细同时层厚减薄；前三角洲以泥质沉积为主，几乎无陆源粗碎屑，常见几厘米到十几厘米反粒序，见水平层理、缓波状层理，局部粒度较粗见透镜状粉砂（见图6e）。地震过程中尤其在砂泥层面附近可形成软沉积物变形构造，如液化脉、液化卷曲、负载及挤入构造。

3.2 构造活动强度及期次

中晚三叠世，随着盆地南缘秦祁海槽的关闭以及西缘南北向逆冲带活动增强[27]，盆山耦合作用下鄂尔多斯湖盆形成。长9段沉积期湖盆为快速扩张阶段，盆缘强烈的幕式活动为事件沉积（如震积岩）提供构造条件。地震发生强度和期次与构造活动有直接联系，震积岩研究可揭示盆地构造沉降史。目前，根据震积岩类型确定地震震级及震中距离主要基于数据统计，如变形类型法[28]、最大液化距离法[29]等。Rodrguez- Pascua等[28]认为震积岩类型与震级存在一定对应关系，震级由小到大可见变形为液化底辟（M5.0~6.5）、液化卷曲（M5.5~6.5）、液化脉（M5.0~8.5）、滑塌褶皱（M6.0~8.0）、球—枕构造（M6.0~8.0）和液化角砾（M7.0~8.0）等。未固结沉积物发生明显液化变形需满足震级大于5，小于5级时一般只形成扰动层理及震动卷曲[30-31]。根据刘颖和谢君裴总结的液化与震中距离及震级关系[29]，液化范围随震级增加而显著变大，6级时液化范围为10~50 km，8级时达200 km。长9段岩心常见液化砂岩脉、液化角砾、球—枕构造及阶梯状断层，说明长9段沉积期多次发生震级M5.5~8.0地震，意味着震中距离10~200 km范围内都可能有同一期地震活动记录。C22、Y84井相距约50 km，延长组长9段均有5个震积岩较发育层段（见图7），且表现为聚类间隔特征（即乔秀夫等[32]地震幕）。结合构造背景，长9段沉积期盆地西南缘断裂及与其斜交的锯齿状次级断裂活动加剧，地震周期性原因可能为边界及内部断层的周期性“活化”（力学解释为相邻断层之间的相互作用周期变化[33]），反映盆地的构造活动强度和期次。
图7 鄂尔多斯盆地延长组长9段事件沉积垂向分布及沉积相柱状图

3.3 事件沉积地层对比

受物源供给和容纳空间变化等影响，相近沉积环境可能有完全不同的岩性组合，给地层划分对比带来不确定性。事件沉积是在长期渐变沉积过程中的短期突变沉积（一定等时性），相比正常沉积有明显差异（如沉积构造、地球化学参数），加上横向广度（如英国上三叠统Cotham组2~4 m厚震积岩在25×104 km2范围内可追踪[34]，美国Delaware盆地二叠系Castile组硬石膏-方解石层中的微褶皱可对比113 km[35]），可为地层对比提供等时依据。
C22、Y84井延长组长9段震积岩纵向分布基本一致可用于地层对比，如两井长9段中下部均发育厚层叠置砂岩，分别厚8 m和25 m，两套砂岩能否对比及如何对比无法通过岩性直接确定，在缺少其他证据条件下，地震活动期次和强度明确了C22井深度2 370~2 378 m的砂岩与Y84井深度2 265~2 277 m的砂岩可以对比。
C22井长9段下部见薄层浅绿灰色凝灰岩，顶、底界面突变接触夹于厚层泥页岩中，Y84井长9段下部见薄层麻斑砂岩，与上、下砂岩同样为岩性突变，前文已阐述胶结物浊沸石为火山物质水化蚀变形成，代表一期火山喷发活动。由于长9段其他层位（仅在长9段下部且层位大致相同）未观察到与火山喷发有关的岩层，因而判断二者指向同期火山事件，可用于地层对比。
缺氧沉积与水深密切相关，发生在快速湖侵及高水位期，对应层序内（半）深湖细粒沉积最发育段，可辅助地层对比。虽然C22、Y84井岩性存在较大差异（C22井细粒沉积岩占比近70%，全段均分布，Y84井细粒沉积岩占比约45%，主要分布在长9段上部），但二者层序及湖平面变化基本同步：长9段对应三级层序下部，可细分为4.5个四级层序（见图7），整体湖侵过程中有多个次级湖侵，分布在长9段底部、中部和上部。以长9段顶部泥页岩为例，高水位期缺氧事件沉积，具高自然伽马、高声波时差和低密度特征，是盆地延长组重要标志层。

3.4 源储组合

盆地延长组烃源岩为湖相富有机质泥页岩，形成与分布受多因素作用，如缺氧条件、较高的生产力、适当的沉积速率。早三叠世古气候继承了晚二叠世末干旱炎热特征，至中三叠世向潮湿转变[36]，并在中晚三叠世出现多个全球范围的气候湿润事件，如卡尼期梅雨事件（CPE）[37-38]，对应鄂尔多斯盆地刘家沟组与和尚沟组红层，纸坊组紫红色泥岩局部夹灰黑色泥质岩，延长组发育多套黑色泥页岩。根据李相博等[39]近年“长7段黑色页岩与CPE事件（Julian亚期晚期至Tuvalian亚期）大致对应”成果，结合Stefani等[38]对意大利Dolomites地区三叠纪地层沉积与古气候研究，盆地长9段沉积期很可能与拉丁—卡尼潮湿间期（L-CHI）对应。潮湿气候加上扩张阶段的幕式活动，长9段沉积期发生初次湖泛并形成欠补偿还原环境，具备有机质保存条件。二叠纪末的生物灭绝至中三叠世安尼期中期（距今约245 Ma）完整复苏-辐射[40]，化学风化、火山喷发等不断向盆内输入P、Fe、S等元素[41-42]，长9段沉积期湖水营养物质增加，促使生物繁盛初级生产力提高。同时以泥质沉积为主的重力流如鲍马DE段，加快沉积速率可能导致局部的有机质异常。
综合分析构造背景、事件沉积类型、特征及分布，建立盆地西南部延长组长9段沉积期的事件沉积模式（见图8）。秦岭造山带强烈碰撞隆升，盆地南部沉降幅度较大，盆地底形总体呈东北宽缓、西南陡倾特征。盆地西南物源供给充足，发育辫状河及三角洲，受地震、火山、超负载等作用，三角洲前缘未固结沉积物可发生滑动滑塌，在斜坡脚附近形成如滑塌褶皱、液化脉及阶梯状断层等滑塌-液化变形。滑动滑塌体继续搬运，可转变为砂质碎屑流、浊流等，形成主要由叠置碎屑舌状体和外缘浊积层组成的三角洲前缘型滑塌浊积扇。研究区重力流砂岩储集层较致密，物性显示碎屑流砂岩孔隙度多为8%~12%，平均为9.8%，渗透率为（0.1~1.5）×10-3 μm2，平均为0.8×10-3 μm2；浊流砂岩孔隙度多为4%~10%，平均为7.6 %，渗透率为（0.05~1.50）×10-3 μm2，平均为0.4×10-3 μm2。虽然相比三角洲前缘砂质重力流储集层物性较差，但其深入湖盆与富有机质泥页岩接触，也有较好的生储盖组合。其中，厚度较大的碎屑流块状砂岩可能为致密油储集体，而单层较薄的浊流砂层可能是页岩油储集层。
图8 鄂尔多斯盆地西南部长9段沉积期事件沉积模式

4 结论

通过对鄂尔多斯盆地长9段震积岩、重力流沉积、凝灰岩和富有机质泥页岩观察分析，明确了盆地西南部长9段沉积期存在地震事件、重力流事件、火山事件和缺氧事件等4类9亚类事件沉积，反映盆地具较频繁的构造活动，加上初次湖泛背景，从三角洲到半深湖形成了一系列成因有联系且分布有规律的事件沉积组合。
5个可对比的地震幕反映长9段沉积期盆地至少有5次较大规模的地震活动，同时具有幕式活动特征。与正常沉积间或出现的震积岩、重力流等是相互联系的整体，是三角洲前缘沉积物受地震等触发滑动滑塌并转变为碎屑流、浊流等的产物。厚层灰黑色泥页岩与持续湖侵密切相关，同地震幕一样一定程度上具等时性，可用于地层对比。
三角洲前缘型滑塌浊积扇以砂质碎屑流、浊流等形式呈条带状、朵叶状等砂体或砂层深入湖盆，是致密油气、页岩油气潜在储集层，而形成于湖侵后期至高水位期的灰黑色泥页岩，具较高的有机质丰度和生烃潜量，是长9段重要烃源岩，二者垂向上的良好生储盖组合具有形成规模非常规油气储集层的条件。
符号注释：
GR——自然伽马，API；HI——氢指数，mg/g；Rt——电阻率，Ω·m；S2/S3——类型指数，无因次；SP——自然电位，mV；Tmax——最大热解峰值温度，℃；TOC——总有机碳含量，%；（S1+S2）——生烃潜量，mg/g；Δt——声波时差，μs/m。

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