中国典型陆相盆地细粒沉积环境和岩相特征

doi:10.11743/ogg20240401

摘要/Abstract

摘要：

细粒沉积环境和岩相时-空分布规律是控制页岩油富集高产的主要因素。在前人细粒沉积环境和岩相研究的基础上，分析研究了松辽、渤海湾、鄂尔多斯和准噶尔等中国典型陆相盆地的细粒沉积环境及主要特征。研究认为：①淡水-微咸水湖盆发育粉砂质纹层、黏土质纹层、有机质纹层的黏土岩、粉砂岩以及二者之间过渡岩性，咸水湖和盐湖多发育具方解石（白云石）纹层及黏土级灰泥纹层的细粒碳酸盐岩和细粒混积岩。②陆相湖盆不同演化阶段发育不同细粒岩相组合。裂陷期细粒沉积岩以富碳酸盐矿物的岩相组合发育为特征，拗陷期形成的富有机质页岩层系则以长英质+黏土质沉积岩相组合为主。③湖盆泥页岩沉积机制主要为悬浮沉降、风成输入、浊流、异重流和泥质碎屑流。④中国陆相页岩油类型多样且资源丰富，松辽、鄂尔多斯、准噶尔、渤海湾等中生代—新生代陆相盆地是中国页岩油勘探开发的重要领域。⑤未来细粒沉积环境和岩相研究重点发展方向：开展天文旋回研究，建立系统有效的沉积古环境判识参数及标准；建立陆相湖盆页岩型、夹层型和混合型细粒沉积岩岩相分类和沉积模式，有效地预测细粒沉积岩岩相时空分布；开展细粒沉积成因过程物理和数值模拟，研究细粒沉积物物理、化学和生物沉积耦合过程和形成发育机理；关注数据集成与深度挖掘、人工智能大数据与计算机辅助技术，研究细粒沉积物分布规律。

关键词: 沉积模式, 岩相特征, 沉积环境, 细粒沉积, 页岩油, 中国陆相湖盆

Abstract:

The sedimentary environments of fine-grained sediments and the spatio-temporal distribution patterns of the fine-grained lithofacies are identified as primary factors governing the enrichment and high yield of shale oil. Starting from previous relevant studies， we investigate the sedimentary environments and primary characteristics of fine-grained sediments in typical continental basins in China， including the Songliao， Bohai Bay， Ordos， and Junggar basins. The findings suggest that：（1） Fresh-to-brackish-water lacustrine basins typically contain claystones， siltstones， and transitional lithologies between them， showing the presence of silty， clayey， and organic laminae. In contrast， the lagoon and saline lakes mostly develop fine-grained carbonate rocks and mixed fine-grained sedimentary rocks， characterized by calcite （dolomite） laminae and the laminae of clayey marls. （2） Different evolutionary stages of continental basins developed the occurrence of varying assemblages of fine-grained lithofacies. Fine-grained sedimentary rocks formed during rifting are characterized by lithofacies assemblages rich in carbonate minerals， while organic-rich shale layers formed during depression are dominated by the assemblage of feldspathic and clayey sedimentary rocks. （3） Primary mechanisms for shale deposition in lacustrine basins include suspension settling， aeolian input， turbidity flows， hyperpycnal plumes， and muddy debris flows. （4） Continental shale oil in China exhibits diverse types. It boasts abundant resources in the Mesozoic-Cenozoic continental basins such as Songliao， Ordos， Junggar， and Bohai Bay basins serving as important targets for shale oil exploration and exploitation. （5） Future research on the sedimentary settings and lithofacies of fine-grained sediments should be focused on astronomical cycles to establish systematic and effective parameters and criteria for identifying paleosedimentary environments. Furthermore， it is essential to develop classification schemes and sedimentary models for the fine-grained sedimentary lithofacies of shale， interbedded， and mixed types in continental basins to effectively predict the spatio-temporal distributions of these lithofacies. Physical and numerical simulations of the sedimentary origin and processes of fine-grained sediments are recommended to examine the sediments’ coupled physical， chemical， and biological depositional processes， as well as its formation and development mechanisms. Additionally， it is necessary to pay attention to data integration， in-depth data mining， artificial intelligence （AI）， big data， and computer aided technology to investigate the distribution patterns of fine-grained sediments.

Key words: sedimentary pattern, lithofacies characteristics, sedimentary environments, fine-grained sediment, shale oil, continental lacustrine basin in China

中图分类号:

TE121.3

朱筱敏,王晓琳,张美洲,等. 中国典型陆相盆地细粒沉积环境和岩相特征[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(4): 873-892. doi: 10.11743/ogg20240401 Xiaomin ZHU,Xiaolin WANG,Meizhou ZHANG,et al. Sedimentary environments and lithofacies characteristics of fine-grained sediments in typical continental basins in China[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(4): 873-892. doi: 10.11743/ogg20240401

图/表 11

表1

陆相盆地细粒沉积古环境恢复方法和环境特征"

岩相组合类型	典型实例	研究方法和环境特征					文献来源
岩相组合类型	典型实例	古气候	古盐度	氧化-还原条件	古水深	古生产力	文献来源
夹层型	鄂尔多斯盆地长7段	孢粉化石、CIA、C值，润湿、多雨气候	Sr/Ba、Rb/K₂O、鱼类化石，微咸水-淡水湖盆	V/Cr、Mo_EF，缺氧环境	Sr/Cu、Rb/Sr、CaO/MgO·Al₂O₃，温暖湿润的温带-亚热带气候	Al、Ti/Al、P/Ti，古生产力较高，火山活动频发	刘翰林等，2023^［18］
夹层型	鄂尔多斯盆地长7段	Sr/Cu、Rb/Sr、CaO/MgO·Al₂O₃，温暖湿润的温带-亚热带气候	Sr/Ba、B含量、Rb/K₂O、Th/U，陆相微咸水-淡水环境	V/（V+Ni）、Th/U，强还原条件	沉积构造、介形虫化石，半深水	—	付金华等，2018^［37］
混积型	渤海湾盆地沙河街组	Sr/Mg、Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Sr、孢粉，干燥-半干燥-半潮湿	Couch公式，主要为咸水，少部分半咸水和盐水环境	Pr/Ph、Th/U，强还原-还原环境	Fe/Co，水深10 ~ 60 m，半水深-水深	—	杨万芹等，2015^［40］
	渤海湾盆地沙河街组	C值、孢粉，整体由干旱向潮湿转化	Sr/Ba，B/Ga，自下而上为盐水、咸化和半咸水环境	Ce异常、Ce/La、Ni/Co、Pr/Ph，缺氧还原环境	Th/U、Rb/K、Zr/Al，自下而上为浅湖、半深湖和深湖环境	生源元素埋藏通量MAR值（P_bio）	刘惠民等，2018^［41］；段玮等，2022^［42］
	准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组	C值、Sr/Cu，半干旱-半湿润	Sr/Ba、Sr/Cu、K/Na，半咸水环境	V/Cr、Cu/Zn、V/（V+Ni）、Ce异常，还原性较强，贫氧的还原环境	—	P/Ti，中-高古生产力	林晓慧等，2019^［20］
	准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组	CIA，半干旱-半湿润	Sr/Ba、B/Ga，中等-强分层、底部高盐度	V/Cr、V/（V+Ni），贫氧-厌氧环境	—	Cu/Al、Ni/Al，古生产力较高	张逊等，2018^［43］
纯页岩型	松辽盆地青山口组	CIA、C值，温暖湿润气候	Sr/Ba、B/Ga，淡水-微咸水环境	V/（V+Ni），还原环境	Co、La含量，半深湖-深湖沉积	P/Ti，青一段比青二段具有更高的古生产力	何文渊等，2022^［32］
纯页岩型	松辽盆地青山口组	—	Sr/Ba、B/Ga，大部分为微咸水-半咸水环境	Mo含量、Th/U、Rb/K，贫氧-氧化环境	—	—	王岚等，2019^［27］

表1

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图2

表2

图3

图4

表3

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图8

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研究层位	盆地类型	划分依据	岩相类型
鄂尔多斯盆地三叠系长7段	淡水湖盆	矿物组成、有机质含量	6种岩相：中有机质断续纹层泥岩、中有机质粒序层理粉砂质泥岩、富有机质模糊纹层含粉砂页岩、富有机质变形-微波页岩、富有机质凝灰质页岩等^［55］
松辽盆地古龙凹陷白垩系青一段	淡水-微咸水湖盆	矿物组成、沉积构造、有机质含量	7种岩相：高有机质页理黏土质泥岩、高有机质块状长英质泥岩、中有机质块状长英质泥岩等^［44］
渤海湾盆地东营凹陷古近系沙四上亚段	咸水湖盆	矿物组成、有机质含量	8种岩相：油页岩、高TOC钙质页岩、含碳酸盐粉砂质页岩、含白云石粉砂质页岩等^［56］
渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段	咸水湖盆	矿物组成、沉积构造	5种岩相：层状细粒长英沉积岩相、块状细粒混积岩相、纹层状细粒混积岩相、纹层状白云岩相和块状白云岩相^［47］
准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组	咸水-盐水湖盆	矿物组成、沉积构造、有机质含量	4种岩相：高碳块状粉砂质砂屑云岩、高碳纹层状粉砂质泥页岩、高碳块状粉砂质砂屑云岩和高碳块状泥质粉砂岩^［57］

盆地及次级构造		地层	盆地类型	组分含量/%
		陆源碎屑物质		盆内化学沉淀物质		火山碎屑物质	生物源物质
		黏土矿物	长英质矿物	碳酸盐矿物	黄铁矿	火山碎屑物质	生物源物质
渤海湾盆地	沧东凹陷	孔二段	咸水盆地	1 ~ 41（15.90）	0 ~ 100（35.70）	0 ~ 100（34.70）	0 ~ 17（0.60）	1 ~ 10	（3.26）
渤海湾盆地	济阳坳陷	沙三下亚段- 沙四上亚段	咸水盆地	2 ~ 59（21.07）	3 ~ 100（27.19）	1 ~ 97（49.60）	1 ~ 34 （3.20）	—	2 ~ 4
准噶尔盆地	玛湖凹陷	风城组	咸水盆地	22.80 ~ 66.20 （37.88）	33.33 ~ 99.18（57.40）	0 ~ 29.43（4.40）	0 ~ 3.11 （0.24）	5 ~ 25	（2.20）
鄂尔多斯盆地		长7段	淡水盆地	12.37 ~ 61.50（40.57）	19.28 ~ 90.52（50.21）	0 ~ 14.43（5.84）	—	5 ~ 30	3 ~ 16
松辽盆地	古龙凹陷	青一段	淡水盆地	6.10 ~ 39.30 （23.50）	16 ~ 90.20 （62.90）	1.10 ~ 72.50（7.20）	1 ~ 12.80 （5.90）	—	2.67

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