中国新生代咸化湖泊沉积环境与油气生成.pdf

中国 新生代 咸化湖泊 沉积 环境与 油气生成 孙镇城 杨 藩 张枝焕 李守军 李东明 彭立才 曾学鲁 徐钰林 茅绍智 王 强 等著 石 油 工 业 出 版 社 内 容 提 要 本书比 较系 统地研 究了中 国现 代内陆 盐湖 及西北 干燥 气候带 晚新生 代典 型的陆 相咸 化湖 泊沉 积中微 体水 生生物 、沉积 矿物 、地球 化学 指标等 特征 ; 对内 陆深水 湖泊 生态隔 绝环 境中 地方 性水生 生物 群形态 学、生 态学 特点进 行了 比较研 究;长期进 行了水 生生 物物种 传布 的空 中、 陆上通 道观 测试验 研究,提出 了以往 有把 陆相咸 化湖 泊沉积 、深水 湖泊 沉积误 划归 海侵 沉积 的倾向 。在 此基础 上进一 步研 究了我 国陆 相咸化 湖泊 沉积形 成的烃 源岩 的特点 , 认 为中 国东 部新生 代油 气区主 要烃源 岩不 是来自 海侵 , 而是 陆相 咸化湖 泊、深 水湖 泊沉积 , 这 也是 对中 国陆相 生油 地质理 论的有 力支 持。另 外,钙质超 微化 石在内 陆咸化 湖泊 沉积中 的发 现尚 属国 内外首 次,有其生 态学、 古地 理学等 的重 要价值 。 本书可 供石 油地质 学、沉 积学 、生态 学等 研究人 员及 院校有 关专业 师生 参考。 图书在版编目 CIP 数据 中国新生代咸化湖泊沉积环境与油气生成/ 孙镇城等著 . 北京 石油工业出版社, 1997.9 ISBN 7 - 5021 - 2020 - 3 Ⅰ. 中⋯ Ⅱ. 孙⋯ Ⅲ.A①新生代 - 湖相 - 沉积环境 - 中国②新生代 - 油气藏 - 矿床成 因论 - 中国 Ⅳ.P618.130.1 中国版本图书馆 CIP 数据核字 97 第 10535 号 石 油工 业出版 社出版 100011 北京 安定门 外安 华里 2 区 1 号 楼 石油 工业出 版社 印刷厂 排版 印刷 新华 书店 北京发 行所发 行 * 7871092 毫米 16 开 本 21印张 2 插页 541 千字 印 1 - 1000 1997 年 9 月北 京第 1 版 1997 年 9 月 北京第 1 次印 刷 ISBN 7 - 5021 - 2020 - 3/ TE 1701 定 价55.00 元 序 中国新生代油气盆地分布广泛, 迄今仍然是我国油气勘探和原油产量的一个重要目标, 也是陆相生油理论建立的基础支柱之一。以往由于对其中出现的海相世系化石 有孔虫、沟 鞭藻、钙质超微化石、介形虫、DKT 鱼类、特殊的指相矿物 海绿石、膏盐 和地球化学 特征 微量元素、稳定同位素、有机质类型 的成因机制和古地理环境存在不同见解, 涉及 到对这批重要油气盆地的原型盆地性质、烃源岩时空分布规律的正确认识以及油气勘探方向 的合理布署等重大问题, 无疑是一项既有重要科学意义又有实际应用价值的科学研究命题。 孙镇城教授等一批石油地质学家、古生物学家和沉积地球化学学家, 从事中国新生代 油气盆地工作已有多年经验。他们的 中国新生代咸化湖泊沉积环境与油气生成 著作的研 究成果比较全面地总结了我国新生代油气盆地丰富翔实的地层古生物、岩石矿物、地球化学 和油气地质有关资料, 提出了内陆咸化湖盆中可以出现海相世系化石、特殊指相矿物和地球 化学特征的系统见解。通过与现代海陆环境不同类型盆地对比, 指出了内陆咸化湖盆中海相 世系化石的特殊组合面貌, 对传统上作为海洋成因的指相矿物做了具体分析, 并对以往习用 的海陆环境地球化学差别标志做了重新厘定。在有机地球化学研究方面, 总结出既不同于淡 水湖盆又有别于海洋的油、岩有机质地球化学特征, 也指出在盐度增高影响下一些类似海相 油、岩有机质与陆相优势有机质并存的现象。联系中国新生代古地理、古构造格局特点, 指 出多数大型咸化湖盆与大型断裂活动有关, 应属湖泊发育中期的高山深盆模式, 并强调中国 东部早第三纪油气盆地湖平面升降与全球海平面升降并不相吻合。上述多方面研究成果都有 大量分析测试事实依据, 学术思想新颖, 论述系统严密, 提出了独到的见解, 对于提高中国 新生代咸化湖盆油气地质研究程度做出了重要的贡献。 正如作者在结语中指出 我国新生代陆相盆地的油气勘探已取得辉煌的成就, 面对众多 咸化程度不一的新生代湖盆, 查明哪一类咸化湖盆更有利于油气生成, 无疑是一项十分有意 义的工作。显然中国东西部众多的咸化湖盆具有不尽相同的构造古地理和古气候背景, 而新 生代又是地球的不同圈层之间以及地球与其它星体之间发生物质能量交换纪录较完整的时 代。今后如能对不同内陆咸化湖盆中的海相世系化石迁移途径、有机地球化学中亲海洋成分 的成因机制、湖盆水体咸化与古气候变迁关系以及盆地演化与新生代已知地外陨击事件联系 等方面继续开展研究, 必将对陆上咸化湖盆生油理论的发展和中国新生代油气勘探前景做出 有意义的贡献。 前 言 目前我国原油产量的绝大部分来自东部, 依照中国石油天然气总公司“稳定东部, 发展 西部”的战略方针, 进一步加强东部的油气勘探, 不断增加其储量是稳定我国原油产量的关 键。产自东部下第三系的原油将近占我国原油总产量的一半, 而且今后仍然是我国油气勘 探、增加储量的重要目标之一。有关下第三系烃源岩属于海相或者海陆过渡相或者陆相的讨 论, 已进行了 20 多年, 这些讨论促进了相关学科的发展, 既有其理论意义, 也有其应用价 值。因为, 以海相或海陆过渡相烃源岩为油气勘探目标的方向, 与陆相沉积凹陷深水湖泊或 咸化湖泊烃源岩为目标的方向是不一致的, 或至少有很大的区别。陆相石油地质理论, 归根 到底就是内陆盆地找油的理论, 它的基本点就是油、气在内陆沉积盆地中形成, 不同类型的 盆地各自有着不同的油气分布规律, 生油凹陷控制着油气田的分布, 即“源控论” , 深水湖 盆、咸化湖盆的油气钻探井就是围绕着各盆地自身的生油凹陷为中心, 按深水湖相、咸化湖 相沉积及构造特征来部署, 而不是象海侵湖盆那样, 瞄准海侵方向、次数和范围, 根据海水 进退形成的沉积特征来部署。因此本书是直接为油气勘探部署服务的应用基础研究。 我国西部地区新生界大规模油气勘探工作已进行了 40 多年, 积累了大量陆相咸化湖盆 沉积的资料, 其中包括微体古生物学与古生态学、沉积学与岩相古地理学、无机地球化学、 有机地球化学等方面的丰富数据与资料, 而且, 在几十年的西北油气勘探实际工作中锻炼了 一支比较熟悉咸化湖盆沉积的地质研究队伍。这支队伍从 1993 年向中国石油天然气总公司 申请立项, 开始了比较系统的研究, 由石油大学 北京 与青海石油管理局勘探开发研究院 共同负责, 组织了包括中国地质大学、石油大学 华东、地质矿产部、中国科学院等单位 的专家、教授协同研究, 剖析了中国新生代咸化湖泊沉积环境与油气生成, 并探讨咸化湖泊 沉积与海相或海侵沉积的区别与相似点, 以便全面认识中国东部早第三纪的海侵, 这一认识 对中国东北白垩纪的海侵讨论也有其重要参考意义。 该项研究的思路是 1 在系统研究我国新生代和现代咸化湖盆地的类型与分布的基础 上, 以现实主义类比原则研究咸化湖盆的环境与沉积特征; 2 从咸化湖泊沉积中有孔虫、钙 质超微化石等的发现, 进而讨论对陆相湖泊沉积中“海侵指相化石”的重新认识问题; 3 咸 化湖泊矿物及其沉积的无机地球化学的特征; 4 在上述研究基础上讨论中国东部早第三纪 海侵问题, 并侧重解剖了济阳坳陷早第三纪的海侵问题; 5 在咸化湖泊沉积环境系统研究基 础上, 重点探讨了盐湖相烃源岩与油气生成和咸化湖环境沉积岩生油理论及其意义。 自 1994 年以来, 研究人员采集分析了现代咸化湖泊与新生代咸化湖盆沉积的生物与古 生物样品 2200 余块, 无机地球化学和有机地球化学标本 320 余块, 足迹遍及新疆、青海、内 蒙古、甘肃、山西、河北、山东、河南、广东、江苏等省, 查阅国内外文献资料 600 余篇, 进行了系统的研究, 提供了比较充分的证据。 本书写作分工如下 前言孙镇城; 第一章杨藩、孙镇城、马志强、张永华, 其中“运城 盆地”单元为王强、杨长辛、李彩光等执笔; 第二章杨藩、孙镇城、马志强、张永华、唐伦 和; 第三章 孙镇城、杨藩、李东明、杨平, 其中“内陆半咸水湖盆沉积中有孔虫的特征” 单元为曾学鲁执笔;“论非海相沟鞭藻”单元为茅绍智执笔;“钙质超微化石”单元为徐钰林 执笔;“运城盐湖及桑干汾渭断陷带海相世系微体生物的发现及其生存环境”单元为王强 执笔; 第四章 彭立才、李东明、孙镇城、杨藩、吴必豪、孙大鹏; 第五章 孙镇城、李东 明、彭立才、王敏; 第六章 李守军; 第七章 张枝焕、杨藩、方朝亮; 结语 孙镇城、杨 藩。 本书始终是在中国石油天然气总公司及总公司科技发展局领导的支持下进行的, 特别是 总公司总经理助理史训知、科技局关德范副总地质师对此科研项目的理论意义和在石油天然 气勘探实践中的作用以及研究方向、研究思路和方法等方面作了明确的指导和具体的帮助。 在研究过程中, 得到了青海石油管理局及石油大学领导的关怀与支持, 并提供宝贵资料, 石 油大学黄醒汉教授、青海石油管理局副总地质师范连顺等积极支持并提供宝贵意见。在该书 的编写中还得到邵宏舜研究员、郑绵平教授、廖世芳高级工程师、衡锦涛高级工程师和王少 君、李君等的大力帮助, 我们在此表示衷心感谢。 中国新生代咸化湖泊沉积环境与油气生成研究, 是随着石油勘探工作的发展和需要而开 展的, 研究工作还处于初始阶段, 资料不够系统, 工作中不足之处在所难免, 尤其是我们的 水平有限, 也会有不少缺点与错误, 敬请批评指正。 著 者 1996 年 10 月 目 录 第一章 咸化湖盆地的类型与分布 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 类型 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 分布 2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 实例 16 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二章 咸化湖盆的环境与沉积特征 39 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 气候条件 39 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 构造环境 51 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 地貌特征 55 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 四、 沉积物类型与组成 55 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第三章 陆相湖泊沉积中“海侵指相化石”的重新认识 69 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 咸化湖泊中的有孔虫 69 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 论非海相沟鞭藻 79 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 钙质超微化石 84 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 四、 指示“海侵”介形类的重新认识 90 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 五、 其他门类化石 94 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 六、 运城盐湖及桑干汾渭断陷带海相世系微体生物的发现及其生存环境101⋯⋯⋯ 七、 咸化湖泊中海相世系生物的来源108⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第四章 咸化湖泊矿物及无机地球化学特征115⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 陆相咸化湖泊矿物115⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 陆相咸化湖泊沉积的无机地球化学特征125⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 同位素142⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第五章 中国东部早第三纪海侵的讨论150⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 早第三纪海侵讨论与油气勘探150⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 第三纪中国古地理古构造轮廓154⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 全球海平面升降与中国第三纪海侵158⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 四、 陆相湖盆的成盐物质来源167⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 五、 早第三纪中国东部深水 咸化 湖泊沉积的主要特点172⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第六章 论济阳坳陷早第三纪陆相湖泊沉积 以沙四段上亚段沉积时期为例179⋯⋯⋯ 一、 水生生物与沉积环境179⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 地球化学特征与沉积环境193⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 沉积环境与沉积特征的综合分析208⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 四、 结论213⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第七章 咸化湖相烃源岩油气生成216⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一、 咸化湖环境有机质聚集216⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二、 新生代咸化湖相沉积岩有机质丰度与类型225⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 三、 咸化湖相烃源岩及原油地球化学特征242⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 四、 咸化湖相烃源岩生油气特征271⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 五、 咸化湖环境沉积岩生油理论及其意义297⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 结语304⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 参考文献308⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第一章 咸化湖盆地的类型与分布 一、类 型 地球表面被大气圈、水圈和岩石圈所包围。水圈是地球上以液体、固体、气体三种状态 存在于地表、地下、大气和生物体中水的总称。对于地球来说, 水圈是很薄的, 只占地球平 均半径的 1/ 1630, 但它的表面积却很大, 几乎占地球表面的 3/ 4。 水是与人类生活密切相关的生物圈中最为丰富的单独物质, 因此,对总体积约 15 亿 km 3 的水圈的研究, 是自然科学许多研究领域的重要课题。 水圈中最大、最连续的水体是海洋, 约占总水量的 97。而其余的 3中, 3/ 4 是两极 地区以固体形态存在的冰盖和冰川, 1/ 4 则分布在陆地的地下和地面。 地面水主要分布在湖泊、特别是在世界各大湖中。 关于湖泊的定义, 前人曾有过多种表述 Forel 1892 把不与海相连的深水盆地都叫做 湖泊; Muffkowski 1918 认为湖泊与池沼的区别在于水体的大小与深浅;Reeves 1968 认 为湖泊是深度过 大以致不容许除水下 植物而外的植 物穿过整 个水层而 扎根水底 的水体; Kelts 1988 把湖泊定义为占据地壳洼陷、比池沼大的静水体 汪品先等编译, 1991。南 京大学等单位编写的 地理学辞典 1983 则称湖泊为“陆地表面洼地积水形成比较宽广 的水域” 。 尽管不同的作者在对湖泊特征进行描述时的侧重点有所差别, 但有一点则是得到公认 的, 即湖泊是大陆表面水体中同时具备较深 与沼泽比、较静 与溪泉或河水比 和较大 与池塘比 等特征的唯一类型。作者认为, 把具这一特征的陆地表面洼地积水形成的水域 表述为湖泊的定义也许能更确切些, 这也正是湖盆沉积环境与油气生成的关系日益受到石油 地质工作者关注的原因。 湖泊的类型很多, 从各种学科自身的研究目的出发可以有不同的分类标志, 常用的有湖 泊所处的自然地理位置、湖泊的成因、湖水的深度、物理化学性质、湖泊的生物群与生产力 等等。其中, 湖水的含盐量直接影响以至决定着湖泊沉积物与湖泊生物的面貌 种类与数 量。因此, 通常把湖泊分成淡水湖和咸化水湖两个基本类型。 水分子的偶极矩小, 离子化弱, 几乎可以溶解其他所有物质。水的介电常数大于任何其 他物质, 被水溶解的物质能够在水中保留。因此, 自然界中的水总是或多或少溶解着一定量 的盐类, 像蒸馏水那样的化学纯、不含溶解盐类的水在生物圈里是不存在的。 处于闭流或半闭流状态的湖泊水体, 通过大气降水、地面径流和地下潜流得到淡水或低 含盐量水的补给, 通过蒸发遭受浓缩。当后者的作用超过前者时, 湖水在原有含盐量的基础 上盐类浓度增加, 开始了咸化的进程。 湖泊的含盐量变化幅度很大, 矿化度最低的淡水湖其盐度仅有 0 . 01‰, 而矿化度最高 的盐湖 青海柴达木盆地北部的牛郎织女湖 , 其盐度已高达 555 . 06‰ 于升松, 1984。 关于水体含盐度类型的划分, 在 1958 年威尼斯国际会议水体盐度分类系统正式出版以 前, 一直缺乏统一的标准。而该分类系统的提出, 为湖水按盐度划分创造了定量划分的基 1 础, 但由于现存古盐度测定方法的局限性 详见本书第六章 ,威尼斯系统应用古湖泊盐度 分类时仍有不少困难, 故本文仍沿用传统的分类标准, 将湖泊 包括古湖泊在内 水体划分 为淡水、半咸水、咸水和盐水四大类, 后三类水体统称为咸化湖水, 它们与威尼斯系统及有 关分类系统间的对照关系见表 11。 表 11 水体盐度类型对照表 威尼 斯系 统 1958h淡 水少盐 水中 盐水多 盐水真盐 水超 盐水 于 升松 1984淡水半 咸水咸水盐 湖卤 水 黄杏珍 等 1993淡 水微咸 水半咸 水咸水盐水 本文淡 水半 咸 水咸 水盐 水 盐 度, ‰0J～0.50.5～11～55～1818～3030V～3535～4040～5050.～60 60 和淡水湖一样, 咸化湖还可进一步划分 如按湖盆构造成因的不同, 可分为断陷咸化湖 如中国青海湖 和坳陷咸化湖 中非乍得湖 ; 按湖泊与海洋间的关系或距离的不同, 可分 为近海咸化湖 如委内瑞拉马拉开波湖 和内陆咸化湖 如柴达木盆地察尔汗湖 ; 按营养水 平的不同, 可以分为贫养咸化湖、中养咸化湖 如青海湖、富养咸化湖 如扎伊尔基伍湖 和超养咸化湖 如图尔卡纳湖和大盐湖; 按水体深度的不同,可以分为浅水半深水咸化 湖 如新生代柴达木湖 和深水咸化湖 如早第三纪渤海湾湖 ; 按水体咸化程度的不同, 可 分为半咸水湖 如 S 1 . 578‰的新疆博斯腾湖,S 29 . 804‰的西藏达则错湖等、咸水 湖 如 S 35.380‰的西藏兹格塘湖等 和盐 水 湖 如 S 59.090‰的新疆巴里坤湖,S 486‰的青海柴达木盆地尕斯库勒湖等。 众所周知, 湖盆 陆地表面积水成湖的洼地 类型的研究对石油地质工作者具重要意 义, 因为油气生成不仅与湖泊水体及湖底有关, 也与湖泊所在湖盆的特性 包括湖水面以上 的湖岸带地貌、植被、径流及其沉积以至湖盆边缘的山体规模等 有关。 作为地质历史中某一特定时期的产物, 每一个新生代古湖盆都各自经历了发生、发展和 衰亡的过程或正处于该过程之中。在它存在的时期内, 在构造活动、气候波动和生物进化的 影响下, 湖水的深度、盐度、水化学类型和生物群面貌也都处于变动之中。考虑到这一实际 情况, 本书在述及我国新生代咸化湖盆的沉积特征及其与油气生成的关系时, 采用多种类型 划分的方案, 即在讨论不同性质的问题时, 采用不同的分类系统。 二、分 布 中国新生代初期的咸化湖泊是在白垩纪咸化湖泊的基础上发展起来的。咸化的过程始于 早古新世, 经历了发生发展衰退再发展的过程,直至全新世, 存在于新生代各时期 中。 一 古新世 我国古新世的咸化湖盆主要分布在南方及西北,除福建、西藏外,遍及苏、浙、皖、 赣、鄂、湘、粤、桂、滇等九省区, 其次是河南南部和新疆、青海、内蒙古三省区 表 1 2; 图 11。南方各湖盆中, 苏北、周口、江汉、合肥和南襄盆地的面积较大, 其余的都 较小。 柴达木、 准噶尔两盆地虽然面积巨大 , 但其湖泊范围比较狭窄 , 只见于柴达木盆地西 2 3 图 11 中国古新世咸化湖盆分布图 4 部狮子沟和准噶尔盆地南缘四棵树至昌吉间的局部地区, 内蒙古的二连盆地也只在四子王旗 至苏尼特右旗间有咸化湖泊沉积零星分布。 二 始新世 与古新世相比, 始新世的咸化湖泊无论是在湖盆的数量和地域分布上, 还是在湖泊的规 模上, 都有了很大的变化。 如表 13 及图 12 所示, 位于广西最南部的合浦盆地, 咸化湖泊已被淡水湖泊所替 代, 在其西北方的南宁盆地, 湖水明显咸化,再往西北, 出现了咸化的百色湖盆。在湖南、 广东和江西, 位置靠南的三水、南雄、永丰、衡阳、湘乡等盆地中, 咸化湖泊已经消失, 只 剩下赣北的波阳、清江盆地, 依然发育着咸化湖泊沉积。在河南, 原有的南襄盆地西北和东 南, 分别出现了淅川和桐柏两个咸化湖盆, 往北, 沿着黄河两岸, 出现了咸化了的三门峡盆 地、垣曲渑池盆地和面积巨大的渤海湾咸化湖盆。 在西北地区, 塔里木盆地北部的库车坳陷出现咸化湖泊; 准噶尔盆地的咸化湖泊扩展到 整个盆地的南缘; 柴达木盆地的咸化湖泊在扩展到整个盆地西部甚至是阿尔金山中段山间小 盆地 李天德等, 1982 的同时, 还向北扩展到盆地北部的冷湖地区。值得注意的是, 青海 南部的囊谦、玛沁、民和一线的山间盆地里, 已在多处见到咸化湖盆的沉积。 总的来看, 从古新世到始新世, 我国咸化湖泊分布的演变特征是 南方的咸化湖泊在收 缩、变淡或消失, 北方的咸化湖泊在扩展和增多, 从而形成由南向北的转移。该时期是新生 代的第一个咸化湖发展期。 三 渐新世 渐新世咸化湖盆的分布特征是 曾经广泛出现于南方各省区的咸化湖泊大多已经消失, 只剩下江汉、南襄和周口等盆地还见有咸化湖泊的沉积, 但其范围已比下伏始新世咸化湖沉 积缩小; 与此形成鲜明对照的是, 咸化湖泊在我国北方分布十分广泛, 在西起塔里木盆地西 部的克孜洛依地区、东至渤海湾盆地间的广大地区内, 都有咸化湖泊沉积出现, 其中, 除塔 里木盆地北部、准噶尔盆地南部、柴达木盆地西部和北部有大面积咸化湖沉积外, 分布面积 较大的还有新疆吐鲁番哈密盆地、内蒙古和宁夏的河套盆地及银川盆地等 表 14; 图 13。 上述资料表明, 我国北方是渐新世咸化湖泊的主要分布区。 四 中新世 进入中新世以后, 全国咸化湖盆的数目锐减, 南方各省基本上已无咸化湖盆分布, 仅在 湖北江汉盆地见有少量中新世早期的咸化湖泊沉积。在我国东部, 引人注目的变化是, 一度 始新世 曾有咸化湖泊大量发育的渤海湾盆地已不再是主要咸化湖泊的分布区。而在我国 西部, 咸化湖泊也已只局限于少数几个大型盆地 塔里木、柴达木等盆地 中分布 表 1 5; 图 14。 从全国范围来看, 中新世是咸化湖泊的衰退期或淡化期。 五 上新世 这一时期我国咸化湖泊的分布与中新世大致相似, 但后期在青海高原东部及山西高原中 部分别出现一群新的咸化湖盆, 前者如共和盆地及巴颜喀拉山间盆地 甘德、达日、曲麻莱 等地 , 后者如晋中盆地、榆社武乡盆地等。这一变化趋势预示了上新世末以后,又一个 咸化湖泊的发展期即将到来 表 16; 图 15。 5 6 图 12 中国始新世咸化湖盆分布图 7 8 图 13 中国渐新世咸化湖盆分布图 9 01 图 14 中国中新世咸化湖盆分布图 11 21 图 15 中国上新世咸化湖盆分布图 31 41 图 16 中国第四纪咸化湖盆分布图 51 六 第四纪 进入第四纪以后, 沿大兴安岭太行山秦岭昌都山南一线以西的广大地区内, 咸 化湖泊十分发育, 它们不仅广布于塔里木、准噶尔、柴达木、二连等几个大型盆地中, 也见 诸于区内各大山山间许多小盆地。天山山间的博斯腾湖、巴里坤湖, 祁连山山间的青海湖 等, 都是这种类型湖泊的著名代表。在西藏高原及内蒙古高原, 包括现代盐湖在内的咸化湖 泊星罗棋布。以西藏为例,全区面积大于 40km 2 的 36 个主要湖泊中, 咸化湖就达 30 个。 内蒙古高原更为突出, 区内的湖泊绝大部分都已咸化, 大面积的盐湖广布。有些盐湖中至今 还在沉积着石膏、芒硝、天然碱和石盐 表 17; 图 16。 很明显, 第四纪是我国继始新世之后的又一个咸化湖泊发展期。 三、实 例 在我国众多新生代咸化湖泊中, 柴达木盆地、渤海湾盆地和江汉盆地的咸化湖盆具典型 意义, 它们都有着持续时间长、分布面积广、湖水盐度与水质类型多样等特征,且有多门类 与湖水咸化有关的化石产出, 研究这些盆地内咸化湖泊的特征及其演变, 可以起到良好的借 鉴作用。 此外, 位于山西南部的运城盆地, 虽然面积不大, 而且咸化湖泊发育的时间也比较晚, 但它地处我国内陆第四纪现代半干燥气候与半湿润气候带的过渡带之中, 盆地内现代盐湖 的发育及海相世系微体化石的产出具特殊意义, 故在此也列出进行讨论。 一 柴达木盆地 柴达 木 盆 地 四 周 被 阿 尔 金 山、祁 连 山 和 昆 仑 山 山 脉 所 环 绕 图 17 ,总 面 积 112000km 2 , 是一个中、新生代内陆盆地。新生代咸化湖盆的发生、发展和衰亡过程贯穿于 整个新生代, 但各时期湖泊的分布、沉积物特征和化石面貌都有明显差异。 1. 古新世 路乐河组下段沉积期 咸化湖 新生代柴达木盆地咸化湖泊的出现始于古新世, 但范围不大, 仅见于盆地西部狮子沟地 区。 在狮子沟构造井下, 古新世地层 路乐河组下段 是一套由暗色 灰色、黑灰色 泥岩、 泥灰岩和泥云岩分别以不同比例关系组成的混积岩, 夹硬石膏薄层和芒硝岩,岩样中见有 大量的白云石、石膏、硬石膏、钙芒硝和芒硝等蒸发矿物。Cl - 含量下限大于 1500mg/ kg, 多数在 2200～4500mg/ kg 之间, 部分样品高达 8613～43480mg/ kg。 曹春潮等在 研究 了暗 色泥 岩氯 离子 含量 与 古盐 度值的相 互关 系后 提出 当 Cl - 260‰ 杨藩等, 1994。按照这一关系推算, 狮子沟地区古新统的 古盐度下限值高于 32‰, 多数样品在 70‰～170‰间, 个别样品的古盐度值已高于 260‰。 61 关于 古盐 度值的 测定 , 迄今 尚无 一公认 而较理 想的 计算方 法。 由于受 引用 资料来 源的限 制, 本文所 列 古盐 度 值数 据除第 六章 及专门 注明者 外, 均采用 钱凯 对考奇 法修 正后 提 出的 计 算方 法 即 “东 营 法” 的 计 算 结 果。 有关 对 东 营 法使 用 效果的 评价 , 详见 本文 第六章 第二部 分古 盐度计 算方 法的讨 论。 泥 岩、泥 灰岩 、泥云 岩间无 明显 界线, 互相 过渡、 嵌入 。 图 17 青海省柴达木盆地地理位置 主要新生界钻井剖面位置图 71 该井段中轮藻化石绝迹, 也没有找到介形类化石, 只见有异地来源的以旱生植物麻黄为 主的孢粉化石组合, 这表明古环境对轮藻、介形类等极为不利, 很可能是盐度过高所致。 上述资料表明, 狮子沟地区的这一古新世咸化湖是一个矿化度很高的盐湖。 2. 始新世 路乐河组上段上干柴沟组下段沉积期 咸化湖 1 分布 进入始新世, 特别是中始新世晚期 下干柴沟组上段沉积期 以后, 咸化湖泊扩展到整 个柴达木盆地的西部, 向北还延伸到北部的赛什腾山山前地区。在西起干柴沟、东至油泉子 东柴山一线, 南起切克里克地区, 北至红三旱一号至三台平台一线间的广大地区内, 都 有咸化湖沉积物分布。另据王明儒的地震地层学研究成果 杨藩等, 1994 , 湖泊的范围可 达格尔木涩聂湖一线附近, 虽然没有岩样及化石资料可供验证, 但从全盆地咸化湖沉积物的 变化趋势看, 这些湖泊已经咸化的可能性是很大的。 2 岩石与矿物 沉积中心为暗色粉砂岩、泥岩、钙质泥岩、云质泥岩、泥灰岩、泥云岩和灰岩组成的混 积岩, 富含石膏、芒硝和岩盐。在狮子沟构造的狮 20 井, 视厚度为 1747m 的下干柴沟组 中, 灰岩视厚度为 59.5m, 占 3.4 ; 泥灰岩及泥云岩视厚度为 224.7m, 占 12.9 ; 膏盐层 集中段厚达 500m, 超过全组井段的 1/ 4。其中,石膏岩 12 层, 累厚 23.5m; 芒硝岩 31 层, 累厚 159m; 盐岩 17 层, 累厚 96m。边缘地区的岩性变粗、变红, 成为红、灰相间, 粉砂岩、 砂质泥岩、泥岩为主的互层, 夹泥灰岩, 见有少量石膏, 局部地区见杂色泥岩。 3 盐度标志与水化学类型 在沉积中心的狮深 25 井, 始新统各组段 Cl - 含量平均值在纵向上有由小变大又变小的 趋势, 下干柴沟组下段 中始新统 为 5151mg/ kg; 下干柴沟组上段 上始新统下部 为 22728mg/ kg; 上干柴沟组下段 上始新统上部 为 1358mg/ kg。这一变化不仅表现在沉积中 心各剖面, 还同样存在于全盆地各咸化湖区所在地的剖面中。全盆地 49 个稳定湖相沉积层 段氯离子含量值中, 下干柴沟组下段 3 个剖面 平均为 3735mg/ kg,下干柴沟组上段 20 个剖面 平均为 5860mg/ kg, 上干柴沟组下段 26 个剖面 平均为 1148mg/ kg。这一结果也 与上述变化趋势一致。 在平面上由沉积中心向非沉积中心区降低盐度的变化十分明显。在西部, 处于沉积中心 的狮 25 井, 中、上始新统 Cl - 含量平均为 9746mg/ kg, 在其东、西、南、北四个方向不足 50km 以外的南 3 井、狮深 15 井、建 1 井和咸 8 井, Cl - 含量平均值分别降为 883.5mg/ kg, 3177mg/ kg, 2658mg/ kg 和 2134mg/ kg。到了湖盆边缘, 在接近河流三角洲相的绿草滩 南乌斯东柴山切克里克地区, Cl - 含量的减低就更加明显,绝大多数层段样品的 Cl - 含 量值在 300～500mg/ kg 间, 部分样品还低于 200mg/ kg, 仅个别样品含量较高 如切 2 井、 乌 8 井 , 但也未超过 1600mg/ kg。值得注意的是, 该地区的始新世地层 路乐河组上部至上 干柴沟组下段 也都是各井下第三系剖面碳酸盐含量最高、泥灰岩泥云岩最为集中的层 段。 在狮子沟井下, 始新统中已鉴定出如下矿物序列 方解石 大量 白云石 较多 石膏硬石膏钙芒硝芒硝岩盐 氯化钠盐 黄杏珍等, 1993。 从整个盆地来看, 接近主要物源的东部地区, 其湖水的咸化程度比远离主要物源、缺乏 补给的西部地区低, 这从表 18 所列两地区间相当组段样品的古盐度值、B 含量、B/ Ga 值 和 Sr/ Ba 值的对比可以看得很清楚。 81 表 18 柴达木盆地始新世沉积盐度标志 层 位 标 志 地区 西 部东 部 S‰, 统 计样 品数平 均值 统计 样品数 S‰, 统 计样 品数平 均值 统计样 品数 32 B mg/ kgB/ GaSr/ Ba 32uB mg/ kgB/ GaSr/ Ba 始 新 统 上 干柴沟 组下 段 761497 2714.17 21 1.30 273K37100-74a.95 70.60 2 下 干柴沟 组上 段 5127125 30 15.30 30 0.66 147K7A6793 228L.25 220.15 5 下 干柴沟 组下 段 129146 610.68 61.04 41A1799 23a.18 2 32, 32, 32, 32; 17.49, 32, 32 和 21.09, 32。 后者也是适于中盐水真盐水湖泊的种类 青海石油管理局勘探开发研究院等, 1988。在 湖盆边缘及东部地区, 除上述三个介形类种分别在下干柴沟组下段顶部、上段中部和顶部出 现外, 下干柴沟组中产出大量的轮藻、广盐介形类、平卷螺类和少量瓣鳃类。轮藻组合以 Gyrogona qianjiangica 潜 江 扁 球 轮藻 ,Obtusochara jianglingensis 江 陵 钝 头 轮 藻 和 Maedlerisphaera chinensis 中华梅球轮藻 为代表, 在其产出岩样及层段中测古盐度共 5 个 样,S ‰ 值分别为 6.68, 8.75, 15.12, 17.48, 27.31。与上述轮藻共生的介形类组合 中, 除有大量适于淡水少盐水环境生活的 Candona 玻璃介 , Candoniella 小玻璃介 , Ilyocypris 土星介 ,Cyprinotus 美星介 等属的成员外,Eucypris lenghuensis 冷湖真星 介 的广布具有特征意义, 在其产出岩样中所测古盐度值为 6.22‰。 以上这些资料表明, 始新世古湖滨湖地带的盐度明显低于湖泊的沉积中心, 多为少盐水 至多盐水。这与上述据地球化学标志推断的盐度平面变化基本一致。 3. 渐新世 上干柴沟组上段沉积期 咸化湖 1 分布 渐新世古湖与始新世古湖的范围大致相同而略为东扩, 沉积中心向东北转移到盆地西部 的咸水泉南翼山油泉子间。 2 岩石与矿物 沉积中心以暗色的泥岩、灰质泥岩、云质泥岩、泥灰岩、泥云岩和粉砂岩为主, 在狮子 沟地区还见有少量石膏。向着湖盆边缘,朝南、北、西三个方向岩性变粗、颜色变浅、变 红, 成为红、灰相间的粉砂岩、砂质泥岩、灰质泥岩和泥灰岩互层, 常夹有泥裂、虫孔等次 生构造痕迹的杂色泥岩。 3 盐度标志与水化学类型 在沉积中心的咸 8 井、南 3 井, Cl - 含量分别为 8590mg/ kg、2234mg/ kg 和 5142mg/ kg, 向东方向减低; 大风山构造风 3 井已降为 520mg/ kg。这些数据表明, 渐新世湖的盐度比始 新世湖低。这一变化在 B, Ga 元素的测定值中也有所反映, 在盆地西部, 11 块样品的 B/ Ga 平均值为 12.42, 明显低于其下伏始新统上部的 14.17～15.30。而盆地东部则更低, 8 块样 品的 B/ Ga 平均值仅为 4.12, 同样也低于其下伏始新统上部的 4.95～8.25。 上述盐度变化与用 B/ Ga 值计算出的古盐度平面变化图 图 19 上的变化趋势是基本 一致的。 在沉积中心地区, 南翼山各井上干柴沟组上段的碳酸盐含量百分数在 20～30 间, 向北 增加到 30～60 间 黑梁子尖 6 井。 以上资料表明, 柴达木盆地渐新世咸化湖仍属硫酸盐型, 但其主体部分尚处于碳酸盐期 以内。 4 化石 沉积中心地区除有丰富的孢粉化石外 , 其他化石稀少 , 只见少量介形类 Hemicyprinotus 02 图 19 柴达木盆地渐新世古湖泊盐度平面变化图 据青 藏油 气区石 油地质 志编 写组, 1990 , 有修 改 valvaetumidus 隆壳半美星介 和个别 Youshashania sp. 油砂山介未定种。在湖泊边缘 的浅水地区, 除见有大量 Hemicyp