中国含油气盆地沉积研究主要科学问题与发展分析

沉积相研究发展与人类的生存和矿产资源勘探开发密切相关。该文在简单回顾了近200年的沉积学发展历史的基础上,分析了国际和中国沉积学关注的学科热点问题。国际沉积学会重点关注的问题主要包括国际大洋钻探计划、深-时气候变化与全球海平面变化、源-汇系统、碳酸盐岩沉积环境、混合沉积、微生物岩、陆架边缘三角洲、重力流、细粒沉积、构造-沉积学、火山沉积学和地震沉积学。中国的沉积学家的研究则主要着眼于陆相沉积、陆相盆地沉积模型、南海沉积、不同类型盆地沉积过程差异、浅水三角洲与陆架边缘三角洲、不同尺度与不同地质年代源-汇系统、中国南部小型克拉通盆地内的碳酸盐岩沉积等问题。总体上,当前研究热点主要包括:(1)陆相沉积环境;(2)滨岸与浅水沉积;(3)深水沉积与事件沉积;(4)碳酸盐岩沉积;(5)沉积过程与新方法。开展多类型盆地沉积动力学研究、创建具有中国区域特色的陆相沉积学理论体系、多学科交叉渗透、开展综合定量沉积学研究、创新沉积学研究方法和高效油气勘探开发是未来中国沉积研究的主要发展态势,沉积学这一重要的地质学分支学科将会更有效地指导油气资源勘探和开发。     

金沙江“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用和沉积特征

古堰塞湖溃决洪水事件的重建是当前地学研究的热点问题之一,寻找足够的可参考的现代溃决洪水事件案例是顺利开展这项工作的基础。2018年11月13日发生在金沙江干流的白格堰塞湖超万年一遇的溃决洪水事件(学术界称之为“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件)就是一个难得的样本。这次溃决事件发生在枯水期,洪峰完全由溃决洪水产生,没有叠加其他来源,对评估流域地貌和沉积体系对堰塞溃决事件的响应有很好的参考价值。本文以溃决洪水事件受灾最为严重的奔子栏—石鼓段为研究区,通过详细的野外调查和初步的水力学估算发现“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用主要表现为洪水淹没区的岸坡塌岸和沉积物堆积,未发现明显的基岩侵蚀。沉积物主要由分选良好的具水平纹层的砂组成。受金沙江较低的河床比降影响,洪水产生的基底剪切应力较弱在27~142 N/m²,不能悬浮和搬运直径5 cm以上的砾石,也不能产生明显的磨蚀和冲(撞)击作用。在发生塌岸的部分段落,洪水沉积物中有砾石坠入,甚至会出现类似浊流沉积的层序。这些现象的发现对深入理解堰塞湖溃决洪水的复杂地貌过程和沉积特征有重要参考意义。     

冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡古近系沙河街组一段浅水三角洲和滩坝的沉积环境*

浅水三角洲和滩坝不仅是当今沉积学研究热点,也是油气勘探重要的沉积类型,沉积环境控制着浅水三角洲和滩坝沉积体系的发育及演化。基于岩心、钻井、测井数据及孢粉化石、微量元素等分析化验资料,对渤海湾盆地冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡古近系沙河街组一段(简称“沙一段”)的沉积体系类型及沉积环境进行了综合研究。研究表明: (1)沙一段主要发育浅水三角洲和滩坝沉积。其中,沙一下亚段尾砂岩沉积时,以浅水三角洲内前缘、外前缘沉积为主;沙一下亚段特殊岩性段沉积时,湖平面上升,浅水三角洲退积,以滨浅湖滩坝为主;沙一上亚段沉积时,湖平面下降,三角洲向湖盆中心持续推进,沉积主体转变为浅水三角洲。(2)浅水三角洲和滩坝的沉积演化受控于沉积环境。沙一下亚段尾砂岩沉积时,处于较为干旱的亚热带气候,沉积水体较浅,为微咸水—半咸水的氧化环境,有利于浅水三角洲的发育;沙一下亚段特殊岩性段沉积时,发生大规模湖侵,水体加深,物源供给少,气候相对湿润,且盐度增加,过渡为还原环境,有利于滨浅湖滩坝的形成;沙一上亚段沉积时,物源供给充足,整体处于相对湿润的温带、亚热带气候,湖盆收缩,水体变浅,盐度相对较低,处于氧化条件下的淡水环境,有利于浅水三角洲的沉积。     

饶阳凹陷蠡县斜坡古近系沙河街组一段物源特征研究

物源供应不仅影响了冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡地区沙河街组一段展布特征,而且控制了沉积类型和相带分布,进而决定了有利油气储层的发育。为了厘清蠡县斜坡地区的物源特征,从而指导进一步的沉积体系研究和勘探开发工作,本文基于饶阳凹陷蠡县斜坡3D地震资料、古近系沙河街组沙一段岩石学特征、重矿物组合及ZTR指数、碎屑锆石晶型及U-Pb年龄谱图,开展了沙一段沉积物源综合分析。研究结果表明:(1)蠡县斜坡北部、西部、南西部均发育有地震前积结构,且碎屑岩成分成熟度、ZTR指数分别向南东、东、北东方向增加,指示蠡县斜坡北部、西部、南西部各有一组水系携带物源注入。(2)依据岩屑组合和重矿物组合在平面上的展布特征,可以将蠡县斜坡地区划分出A、B、C 3个区域。其中A区地层具有来自基底隆起、切割岛弧环境的组分特征,且发育有一定的再旋回组分。岩屑组合为岩浆岩+沉积岩岩屑,重矿物组合为石榴石+锆石+磁铁矿+赤褐铁矿;B区地层具有来自基底隆起的组分特征,岩屑组合为岩浆岩+沉积岩+少量变质岩岩屑,重矿物组合为石榴石+锆石;C区地层具有来自基底隆起的组分特征,岩屑组合为岩浆岩+沉积岩+变质岩岩屑,重矿物组合为石榴石+锆石+钛铁矿。A、B、C区内沉积地层的发育依次由北部、西部、南西部水系控制,3组物源在西柳地区交汇。(3)锆石颗粒形态与年龄特征显示,工区内各物源对应的母岩区均为太行山隆起。其中注入工区北部的河流主要流经五台—忻州—涞源一带,携带的母岩主要为元古宇岩浆岩和古生界岩浆岩;携带西部物源的河流主要流经繁峙—涞源—阜平地区,对应的母岩主要为古生界岩浆岩;携带南西部物源的河流主要流经五台—阜平—定州一带,对应母岩主要为元古宇岩浆岩和古生界岩浆岩。相比沙二段,沙一段沉积时期西部物源供源能力有显著增强,南西部物源输入能力相对下降。(4)各组水系携带物源注入工区后形成浅水三角洲沉积体系,且距物源越近,物源供给强度越大,砂体发育情况越好。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统地分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和远源—长轴—湖泊三角洲型3种类型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为3种类型: ① 近源—短轴—浊积扇型、② 近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和 ③ 远源—长轴—湖泊三角洲型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

饶阳凹陷蠡县斜坡沙一下亚段混积滩坝沉积特征与发育模式

混积滩坝不仅发育于海相沉积盆地，也广泛发育于陆相断陷湖盆，特别是在缓坡带最为发育并与油气富集密切相关.以饶阳凹陷蠡县斜坡为靶区，基于岩心与测井资料，通过岩心与薄片观察、粒度分析、微量元素含量测定等手段确定了研究区沙一下亚段混积滩坝沉积和分布特征，建立了断陷湖盆缓坡混积滩坝的沉积模式.研究表明，可以依据岩性将蠡县斜坡发育的滩坝分为碎屑岩滩坝、碳酸盐岩滩坝和混积滩坝，其中混积滩坝又可以分为成分混积滩坝和层系混积滩坝.混积滩坝岩性以灰质砂岩、砂质鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩等为主，其发育与展布受控于古气候、古物源、古地貌、古水体等地质因素，在斜坡不同位置、不同沉积阶段构成了不同类型的滩坝沉积组合.斜坡近岸缓坡带发育层系混积滩坝以及碎屑岩滩坝，远岸缓坡带发育成分混积滩坝，远岸水下低隆带主要发育碳酸盐岩滩坝.      

沉积地质学发展新航程——地震沉积学

地震沉积学是在地震地层学和层序地层学基础上发展起来的、沉积地质学与地球物理学相互交叉的新兴学科,在刻画薄层砂体、表征储集层和预测岩性圈闭等方面发挥了重要作用。在表述地震沉积学发展简史的基础上,介绍了地震沉积学的基本概念、基本原理和主要研究流程;在建立精细层序地层格架基础上,重点阐述了90°相移、分频处理与频谱分解、属性优选、地层切片、地球物理反演、地震岩性解释和RGB(红色、绿色、蓝色)地震属性融合等地震沉积学关键技术以及地震沉积相实例分析。认为中国地震沉积学应该围绕不同类型沉积盆地开展油气勘探阶段地震地貌学(地震沉积相模式)和复杂(多样)地震岩性学综合研究,在油气开发阶段,充分利用RGB地震属性融合等多种地球物理方法技术,开展多种成因类型砂体构型和储集层定量表征研究。综合研究表明,地震沉积学是沉积地质学发展的新航程。     

鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山西组—石盒子组母岩类型和构造背景

通过岩石学及地球化学分析方法,对鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系山西组1段—石盒子组8段碎屑岩物源区的母岩类型和构造属性进行分析。研究结果表明: 山1段和盒8段的砂岩碎屑组成相似,具有基本相同的物源区组成,它们在构造背景、物源及物源特征上具有很好的继承性;砂岩碎屑颗粒镜下特征及石英阴极发光颜色显示母岩主要为变质岩和火成岩;轻矿物特征反映物源与再循环造山带源区中的碰撞缝合线及褶皱—逆掩带物源区密切相关;研究区与北秦岭地区秦岭群和宽坪群斜长石种类一致;构造环境判别图解反映物源区长期受被动大陆边缘物源影响,到晚古生代后期有向主动大陆边缘转换的趋势;源岩判别图解显示物源区主要是长英质岩石;山1段、盒8段沉积岩的REE配分模式均呈右倾型且基本相互平行,与北秦岭地区秦岭群、宽坪群变质岩的稀土元素配分模式相似;锆石U-Pb同位素定年结果显示物源主要来自元古代,有少部分来自晚古生代。综合分析认为研究区主要受被动大陆边缘物源影响,其次为主动大陆边缘物源,母岩主要为北秦岭下元古界秦岭群的片麻岩、石英岩等和中、上元古界宽坪群的绿泥石片岩、阳起石片岩,其次为北秦岭造山带晚古生代岩浆岩。     

断陷湖盆浅水三角洲沉积体系

浅水三角洲不仅可发育在陆相坳陷盆地,也可在断陷湖盆初始期、萎缩期和断-坳转化期发育。浅水三角洲的形成受控于古构造、古地形、古水体、古气候及古物源等因素,在岩性、沉积结构、沉积构造、测井曲线、古生物及地球物理响应等6个方面具有与其他三角洲不同的沉积特征。基于物源体系可将浅水三角洲划分为浅水扇三角洲、浅水辫状河三角洲及浅水曲流河三角洲3种类型。断陷湖盆浅水三角洲的发育具有明显的阶段性和多变性,受构造影响较大。断陷湖盆初始期,由近岸向远岸,A/S值逐渐增加,河道砂体规模变小,连通性变差,席状化程度增强,平面砂体形态由毯状、坨状过渡为朵状、带状。断陷湖盆萎缩期,A/S值较小时,发育丝带状或鸟足状三角洲,水下分流河道推进速度快,单期砂体较厚,横向变化快;A/S值较大时,多发育扇形、舌形或伞状三角洲,水下分流河道不发育,河口坝和席状砂成片出现,砂体横向较稳定,单砂体厚度不大。通过上述研究探讨了断陷湖盆浅水三角洲的发育特征和沉积模式,为完善陆相湖盆浅水三角洲理论提供依据。