陆相断陷湖盆旋回沉积机理与成岩系统物质耦合关系研究——以济阳坳陷孔店组为例

摘要

在众多前人研究成果的基础上，以地层学、沉积学、地球化学、成岩学理论为指导，充分利用薄片观察、扫描电镜分析、稀土元素、常量元素、微量元素、流体包裹体、阴极发光、粘土矿物X衍射、镜质体反射率等分析测试资料，系统深入开展了济阳坳陷古近系孔店组旋回沉积机理与成岩系统物质耦合关系研究。取得如下成果认识:
　　1.利用矿物成分、重矿物、岩石类型、沉积构造、矿物及碎屑、测井、地球物理等资料，在物质来源及沉积充填类型研究的基础上，详细研究孔店组各沉积时期坳陷中的物质宏观充填方式及规律，结果表明:1）孔店期物质来源重点为南北方向，其次为东西方向，具有多物质来源的特点。2）孔店组沉积物质充填类型主要包括冲积扇、河流-洪泛平原、近岸水下扇、扇三角洲、湖泊（盐湖-咸水湖）、滩坝、浊积扇等7种类型;3）孔店组地震相具有孔三段在各分区的相序都呈现相似的单向递变的规律，即由前积相过渡到充填，然后过渡到席状相，孔二段地震相平面分布在济阳坳陷湖心区以充填相和席状平行相为主，在断层处发育有前积相、杂乱相和波状相，孔一段地震相的平面分布的主要特点是以席状平行相为主，与孔二段相比较，孔一段在各洼陷湖心区的充填相范围明显缩小。4）孔三时期，惠民凹陷主要发育扇三角洲（冲积平原）-湖泊沉积组合，在局部地区发育冲积扇，东营凹陷的北部发育近岸水扇-湖泊沉积体系，而在博兴凹陷发育冲积平原;孔二时期，裂陷发育期，初期以玄武岩喷发为典型特征，局部地区有火山岩发育，到孔二段后期沉积时期湖盆基本形成。广泛发育冲积扇、辫状水系为，在东营凹陷和惠民凹陷，发育近岸水下扇-湖泊和扇三角洲-湖泊沉积体系组合;孔一时期，沉积充填类型主要为冲积扇、河漫、洪积平原沉积体系为主。最后，建立了孔店组沉积模式图。
　　2.通过对大量录井资料及岩心观察，详细研究了不同尺度岩性地层旋回特征。研究表明，孔店组宏观尺度上颜色旋回具有红色-灰色-红色的地层旋回，微观尺度颜色旋回主要包括岩性变化与颜色同时变化、跨越多种岩性旋回变化、相同岩性的颜色自旋回变化三种类型;宏观尺度岩性旋回变化主要表现为正旋回岩性叠置和反旋回岩性叠置;微观旋回变化表现为砂岩和泥岩互层、粒度旋回变化、膏质泥岩与泥岩互层三种类型。旋回变化与沉积环境具有一定的相关性，指示不同的沉积环境变化，颜色变化指示水介质和物质来源的变化;利用地球化学手段，详细探讨了不同旋回沉积的形成机理。宏观旋回变化反应了干旱少雨的震荡性湖泊-相对潮湿的旋回，干旱少雨的震荡性湖泊。岩性变化与颜色变同时变化主要为干旱条件下的碎屑物质震荡变化，跨越多种岩性旋回变化主要跟沉积水介质和气候条件有关，相同岩性的颜色自旋回变化主要跟水介质条件和气候条件有关;宏观旋回变化跟沉积环境的改变有关，砂泥岩互层一般出现于滨浅湖，跟震荡水流作用和物质来源有关，膏岩与泥岩互层与间歇性盐湖的物质来源和气候条件有关。
　　3.通过对旋回沉积矿物变化、常量元素变化、微量元素变化、稀土元素分配进行分析，重点选取样品完整的王100和郝科1井，详细研究了旋回变化过程中的物质聚集规律和分配方式。结果表明，总体上颜色旋回变化过程中，存在一定规律的矿物聚集响应特征。王100井纵向演化上，石英含量逐渐逐渐增加，钾长石含量逐渐增加，斜长石逐渐减少，方解石含量有所减少，硬石膏含量逐渐增加等变化，矿物变化旋回与颜色旋回的变化具有较好的耦合关系。部分矿物含量不稳定可能是由于后期成岩流体的改造作用。两口重点井位旋回变化研究表明旋回变化与元素富集也具有一定的耦合关系，郝科1井研究表明，元素变化除与颜色有关外，还跟岩性有关系。王100井研究表明，纵向演化上，常量元素中Al、Ca、Fe、Mg含量有增加的趋势。微量元素中Sr、Ba、Ga、Co四种元素有增加的趋势。旋回变化与元素比值也有较好的耦合关系，特别是Fe/Mn和V/Ni比值，呈现出多级次旋回变化的特征。微观颜色旋回变化与稀土元素配分方式也具有一定的耦合关系，王46井、王100井典型旋回与稀土元素配分方式显示，灰色粉砂岩总体较紫红色粉砂岩元素含量高，呈现正异常;紫红色粉砂岩或泥岩总体比灰色岩石稀土元素配分含量高，呈现正异常。
　　4.利用薄片镜下鉴定、粘土矿物X颜色、岩石热解峰温、扫描电镜、流体包裹体等手段对孔店组成岩系统进行研究。结果表明:1）不同地区物质组成有差异，湖盆中央主要为长石砂岩、南部缓坡带主要为岩屑长石砂岩;2）成岩作用现象具有压实作用不明显、碳酸盐胶结物比较发育并呈基底式胶结、硬石膏发育湖盆中央、石英次生加大不发育、溶蚀作用较发育并发生填溶;3）成岩作用具有差异性，主要体现在地区成岩现象表现填隙物、压实作用、成岩环境方面，岩性旋回变化也具有成岩现象差异，尤其是岩性旋回变化导致的成岩作用差异。4)利用成岩演化阶段划分依据，对孔店组成岩阶段进行了划分，主要处于中成岩A期，不同埋藏深度和地区具有不同差异，并对孔店组成岩演化过程进行了恢复。5）孔店组具有局部地区为开放成岩环境，总体为封闭成岩环境的特征，成岩演化受原始沉积流体、深埋藏环境、构造-岩浆活动的影响;6）探讨孔店组岩石的水-岩作用机理和方解石胶结物、硬石膏胶结物、硅质胶结物、粘七矿物的沉淀机理。
　　5.通过对不同旋回沉积机理及成岩系统进行研究，分析了旋回变化与成岩物质耦合关系。旋回变化与矿物的耦合:岩性旋回变化具有两种情况，第一种分选较差、结构成熟度较差的旋回地层由于成岩流体难以流动，导致物质继承性较好，与原始沉积物质耦合性较好;第二种分选较好、结构成熟度较好的砂岩，由于成岩流体改造相对较容易，流动性较好，旋回沉积的物质耦合性较差;颜色引起的地层旋回变化成因不同，但一般埋藏条件下旋回变化的原始沉积物质分配与当今岩石的物质耦合较好。旋回变化与元素的耦合关系主要跟岩性和成岩系统封闭性有关，砂岩耦合性较差、泥岩耦合性较好，开放系统耦合性较差，封闭系统耦合性较好。成岩流体对原始沉积机理和成岩系统物质耦合性具有关键的作用。

目录

声明

摘要

第1章 前言

第2章 地质背景

2．1 区域构造背景

2．2 地层特征

2．2．1 地层划分

2．2．2 地层分布

第3章 旋回沉积宏观物质充填

3．1 物质来源

3．1．1 碎屑组分

3．1．2 岩屑分布特征

3．1．3 重矿物特征

3．2 沉积充填类型指示标志

3．2．1 岩石类型对沉积环境的指示

3．2．2 岩性组合及空间叠置关系

3．2．3 沉积构造综合信息对沉积环境的指示

3．2．4 古生物标志

3．2．5 地震响应对沉积环境的指示

3．2．6 测井响应对沉积环境的指示

3．3 沉积充填类型及特征

3．3．1 冲积扇

3．3．2 河流—洪泛平原相

3．3．3 近岸水下扇相

3．3．4 扇三角洲

3．3．5 湖泊相

3．3．6 盐湖—咸水湖相

3．3．7 滩坝

3．3．8 浊积扇(湖底扇)

3．4 沉积充填方式

3．4．1 沉积充填地震响应

3．4．2 不同时期沉积充填格局

3．4．3 不同时期沉积充填时空模式

研究小结

第4章 旋回沉积方式及成因机理

4．1 旋回沉积方式

4．1．1 颜色旋回变化样式

4．1．2 岩性旋回变化样式

4．2 旋回物质充填与沉积环境

4．2．1 岩性地层旋回与沉积环境

4．2．1 颜色地层旋回与沉积环境

4．3 旋回沉积机理探讨

4．3．1 不同尺度颜色旋回成因机理

4．3．2 不同尺度岩性旋回成因机理

研究小结

第5章 旋回沉积物质聚集规律及分配方式

5．1 旋回变化与碎屑物质响应规律

5．1．1 旋回沉积与岩屑颗粒聚集分配规律

5．1．2 旋回沉积与矿物聚集分配规律

5．1．3 旋回沉积与胶结物聚集分配规律

5．2 旋回变化与元素富集规律

5．2．1 旋回沉积与常量元素聚集分配规律

5．2．2 旋回沉积与微量元素聚集分配规律

5．2．3 旋回沉积与元素比值分配规律

5．2．4 旋回沉积与稀土元素分配规律

研究小结

第6章 成岩系统

6．1 成岩物质组成特征

6．1．1 成岩物质组成总体特征

6．1．2 不同构造区带成岩物质组成特征

6．2 成岩作用类型及现象

6．2．1 压实作用的相关现象

6．2．2 碳酸盐矿物胶结的微观表征

6．2．3 硬石膏胶结及指示意义

6．2．4 粘土杂基与粘土矿物胶结物的研究意义

6．2．5 石英次生加大现象

6．2．6 矿物的交代-穿插切割现象

6．2．7 多种矿物溶蚀及填溶现象

6．3 差异成岩现象及变化规律

6．3．1 典型地区成岩现象差异性

6．3．1 旋回沉积作用与成岩现象差异

6．4 成岩演化系统

6．4．1 现今成岩演化阶段划分及差异分析

6．4．2 成岩演化过程

6．4．3 成岩环境讨论

6．4．4 成岩演化控制因素

6．5 流-岩相互作用及胶结物沉淀机理

6．5．1 碳酸盐矿物的溶解与沉淀

6．5．2 粘土矿物的转化与新生粘土矿物的形成

6．5．3 硬石膏的溶解与沉淀机理

6．5．4 硅质溶解与沉淀机理

研究小结

第7章 旋回沉积机理与物质耦合关系讨论

7．1 旋回沉积机理与矿物之间的物质耦合关系

7．1．1 岩性旋回沉积机理与矿物之间的物质耦合

7．1．2 颜色旋回沉积机理与矿物之间的物质耦合

7．2 旋回沉积机理与元素之间的物质耦合关系

7．2．1 岩性旋回沉积机理与元素之间的物质耦合

7．2．1 颜色旋回沉积机理与元素之间的物质耦合

7．3 旋回沉积机理与成岩物质耦合关系

7．3．1 旋回沉积-矿物-元素耦合体系

7．3．2 成岩流体改造是物质耦合的关键因素

研究小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果