湖盆水文地质条件分析

湖盆的简介~

湖盆（lake basin），地表上汇集水体的相对封闭的洼地。形似盆状。湖盆可以由5部分组成：湖岸、沿岸带、岸边浅滩、水下斜坡、湖盆底。湖泊面积的大小，湖盆地质条件和水流动态不同，湖盆的形态也有差异。研究湖盆的形态及其变化，有助于了解湖泊的起源、发展；湖泊的容积、湖水的理化性质和水文形势的变化。

油气藏的形成受生、储、盖、圈、运、保等基本地质条件的制约，它们是油气藏形成的必备要素。
( 一) 烃岩源
烃岩源是油气藏形成的最基本地质条件之一，一个盆地 ( 坳陷、凹陷) ，要是不具备烃岩源，即没有油源存在，也就不可能形成油气藏。烃岩源为油气藏形成提供物质基础。烃源岩分析要与盆地沉降埋藏史、热史和古气候分析相结合。盆地的持续沉降是沉积物充填的前提，盆地只有持续下沉，才能保持相对稳定的还原环境，形成巨厚的沉积物，有利于烃源岩的形成和向油气的转化; 盆地热史决定了烃源岩的成熟程度，高地温场有利于源岩有机质的成熟，但成熟度是温度、时间共同作用的结果; 古气候对沉积盆地中水体介质条件和有机质丰度有重要影响，一般在潮湿—半潮湿气候下，生物十分繁盛，大气降水充沛，海 ( 湖) 盆水体稳定，有利于烃源岩的形成。例如，在我国北方早、中侏罗世和早白垩世，都是典型的潮湿气候带，因而中、下侏罗统和下白垩统盆地中都有丰富的烃源岩发育。我国最典型的勘探实例是天山的尤尔都斯和焉耆盆地，其中，尤尔都斯盆地没有残存的侏罗系烃岩源，其油气勘探没有获得成效，而焉耆盆地存在残存侏罗系烃岩源，其勘探获得了成功。
( 二) 储集层
评价储集层储集性的参数，主要是孔隙度和渗透率。孔隙度的大小决定储集层能够储集油气的数量，渗透率的高低则决定了油气在其中运移的效率和油气的最终产能。储集层的发育与盆地沉积体系和沉积相有密切联系，后者又与盆地的古地形及古气候有关，储集层研究要与沉积体系、沉积相及古气候研究结合起来。
( 三) 盖层
盖层的好坏直接影响油气的聚集和保存条件。常见的盖层类型有: 页岩、泥岩、盐岩和石膏等，其中，页岩、泥岩盖层常与碎屑岩储集层相伴生，出现于沉积盆地的海 ( 湖)进层序中; 蒸发岩盖层常常与碳酸盐岩共存，形成于海 ( 湖) 退层序中。前者在我国中新生代陆相沉积盆地中十分常见; 后者主要分布于古生代海相或中新生代盐湖盆地中，如四川盆地三叠系、江汉盆地白垩系至第三系等。
盖层的形成与盆地的埋藏史和成岩后生作用历史有关。在成藏条件分析中，要区分和确定直接盖层和区域盖层，尤其是区域盖层，常常决定油气运聚的分布范围。
( 四) 油气运移
与油气藏形成最直接的作用是油气二次运移，其与盆地的构造活动、断裂及不整合的分布、水动力条件等，具有十分密切的关系。因此，对盆地的构造运动期次及古水文地质条件的研究是重点。疏导体系的存在和型式对油气的运移和分布具有控制作用。例如在裂陷型含油气盆地中，由于剖面上断裂十分发育，油气往往以垂直运移为主，油气多分布于纵向上与断裂有关的圈闭中，形成断块或断鼻油气藏。在克拉通含油气盆地中，由于构造比较平缓和单一，断裂不发育，因此，油气以侧向顺层运移为主，主要分布于地层不整合及有关的构造、地层圈闭中。
( 五) 圈闭
圈闭是油气聚集的场所，圈闭必须是储集层的一部分，圈闭的大小、规模是决定油气富集程度的前提，也决定盆地的勘探远景。
圈闭的类型有多种，构造圈闭，尤其是背斜构造圈闭，常常是最有利的圈闭。世界上迄今已发现的特大型油气田，多为背斜圈闭。然而，随着油气勘探的深入和发展，非构造圈闭也可形成特大型油气田。地层圈闭的研究，应与盆地的构造运动史、古地理变迁及沉积成岩作用研究紧密结合起来。圈闭的形成、调整及破坏作用，是圈闭研究的重要内容。
( 六) 保存条件
油气藏保存条件系指已经形成的油气藏，在漫长的地质历史时期中，圈闭条件是否改变，以及圈闭中的油气聚集是否遭到破坏等。

陆相盆地层序形成主要受构造与气候两个因素控制。由盆地构造演化和形成的层序地层特点看，构造活动不但决定着湖平面变化，而且决定着蓄水空间的形成与消亡，它直接控制着地层基准面和可容空间的变化，导致地层旋回形成，最终决定或控制着不同级别的层序形成、发育与演化；气候的变化对湖平面升降起着决定性影响，也影响着沉积物类型，两者共同作用影响着沉积物供给，并控制着层序格架样式。

湖盆按水文地质条件，可具体分为敞流湖盆和闭流湖盆两种类型。两类湖盆具有不同的相对湖平面变化特征，分别控制了不同的地层沉积格架。敞流湖盆，按水文地质学的含义是注入湖盆的水量大于蒸发量和地下渗流量之和，湖平面的位置维持在与湖盆的最低溢出口相同的高程上，多余的水则通过泄水通道流出湖盆，如现代的部阳湖、洞庭湖，一般在较潮湿气候条件下易于形成闭流盆地是注入湖盆的水量小于蒸发量和地下渗流量之和，湖平面的位置常低于盆地溢出口的高程，一般干旱气候条件易于这类盆地形成。尽管这两类盆地在地史中可相互转化，但鄂尔多斯盆地与江汉盆地、苏北洪泽凹陷等不同（张国栋等， 2001），在湖盆演化的过程中，敞流湖盆一直是最主要形式，甚至最大敞流期与今定西南部盆地，即西秦岭－祁连造山带之北缘中晚三叠世海盆相通（柯保嘉，1988；陈孟晋等，2004）。上述两类湖盆中，构造与气候因素对湖平面变化或层序形成的控制与影响是不同的（纪友亮等，1996）：盆地基底构造沉降是导致敞流湖盆湖平面相对上升主要因素，构造沉降的速率决定着湖平面上升的速率，盆地构造抬升导致湖平面下降，即构造沉降的距离等于相对湖平面上升距离，构造沉降曲线与湖平面上升曲线互呈镜像关系；而盆地基底的整体构造事件对闭流湖盆的相对湖平面变化无影响（图2.6）。气候的变化对湖平面相对升降的影响与构造相反，对敞流湖盆，一般潮湿的气候对其湖平面不再产生直接影响，而在干旱气候条件下对闭流湖盆则是导致湖平面下降的主要因素。基于上述情况，有人将前者（敞流湖盆）形成的层序称构造层序，而后者闭流湖盆形成的层序称气候层序。

图2.6 构造沉降对敞流湖盆及闭流湖盆湖平面变化的影响

敞流湖盆中随构造沉降的增加（A-B-C），相对湖平面上升；闭流湖盆中构造沉降距离的增加，相对湖平面不受影响

根据上述湖盆水文地质条件的分析，晚三叠世鄂尔多斯盆地划入敞流湖盆，其层序特征阐述如下。

（1）Ⅱ级层序特征

晚三叠世延长组相当于一个超长期基准面旋回或一个Ⅱ级层序，其顶底由印支运动形成两个重要的层序界面，并构成一个完整的构造层序。顶部与上覆侏罗系之间存在长时间的沉积间断，呈假整合或局部角度不整合接触。间断时间据袁效奇等（2003）对北方侏罗系研究，盆地内部最早沉积的侏罗系富县组仅代表早侏罗世晚期的产物（相当晋林斯巴赫阶—图阿尔阶），而早期（相当赫·唐阶—西涅缪尔阶）由于印支运动持续上升造成沉积间断约12Ma，与其同时，延长组顶部广遭侵蚀，局部下切深度200m～300m，并在陇东地区侵蚀面上形成典型的杂色古风化壳层，表现在地震剖面上呈现出明显的侵蚀深切古地；顶部界面上下古生物表现出古生物不连续或断代现象，即界面之上的富县组孢粉组合以本沙椤科光面三角孢类Deltoidospora—原始松泊类Protoconiferus—苏铁类单沟花粉Cycadopites组合为特征，古植物以银杏纲、松柏纲占优势，缺少苏铁纲及种子蕨纲植物，而界面之下延长组孢粉则为离层单逢孢Aratrisporites—皱球粉Psophosphaera—光面单逢孢Laeriguosprites组合，古植物群以丹尼蕨Danacopsis—贝脑蕨Bernoullia组合为特征。

延长组底部界面与下伏中三叠世纸坊组接触，也存在明显的沉积间断，并假整合接触，代表中三叠世末印支运动强烈挤压上升剥蚀界面。界面之下可见发育典型的古风化壳层式古土壤层，该层位于纸坊组顶部厚约50cm～70cm，其颜色由下而上为棕红—灰绿—土黄色，而顶为铁质褐色薄膜，显示出整体的退色现象；其岩性下部为质地成层性较好的泥岩岩层，向上岩石逐渐破碎，呈松散的粉粒状，至顶部则变为铁质薄膜覆盖下的土壤层；其剖面结构具有明显经风化淋滤作用形成的多个钙质结核体（一般为6cm×3cm）垂直发育。延长组和纸坊组分界面，既是岩性上的突变面，其界面之上的长10段油层组为厚层灰绿－棕红色中粗粒砂岩，大型槽状－板状交错层理发育，而界面之下则与纸坊组顶杂色泥页岩相接触，亦是岩相上的转换面，同时从古孢粉反映的古气候状况方面又是由纸坊组干燥气候向延长组潮湿气候的转折点。由此可见，延长组与纸坊组分界线作为层序界面（SB₁）也是一个长期的结构假整合面。

总之，晚三叠世延长组Ⅱ级层序的顶底界均以不整合面与之分开，显示了基准面下降造成的大陆剥蚀，反映在地震剖面上顶部剥蚀，底部上超现象明显存在，特别在顶部形成规模较大的深切谷充填型河道，下切深度50m～200m，构成一完整的构造型Ⅱ级层序。

（2）Ⅲ级层序特征

Ⅱ级层序中包括5个Ⅲ级层序，由下而上分别描述如下。

1）层序Ⅲ₁（长10段）

底界面SB.为印支早期形成的延长组（T₃）y与下伏中三叠统纺坊组平行不整合面，对应地震剖面上的T₈反射波组，在盆地区域性的追踪对比中，属Ⅱ级层序边界。该界面之上发育大型切割叠置的河道砂体，基底冲刷起伏较大。据测井曲线和野外露头剖面和岩心观察认识到，在盆地南部铜川、柳林和长武一带确有湖泛面存在，并可达到开阔浅湖的性质，据柳林剖面观察代表湖泛面的泥岩为灰绿－深灰色质纯，厚度大（> 20m）；泥页岩水平纹理局部较发育，虽含植物碎片丰度不高，但保存相对较完整；含典型的菱铁矿结核，并沿层面大量分布；泥页岩中夹有厚度不等的（一般厚5cm～15cm）泥灰岩透镜体；在碎屑粉砂质泥岩中见Skolithos类遗迹化石，并在长20井相应层位发现双壳类动物化石。这说明长10期盆地南部存在着一定范围湖盆，至于盆地腹部由于过去钻井揭露较少，有待新资料证实，盆地北部少有钻井揭露和岩石观察均未见类似湖相泥岩的存在。因此有理由推断长10期湖盆或湖泛面主要发育在盆地南部。

2）层序Ⅲ₂（长9段—长8₂亚段）

该层序底界面SB₂为长9段油层组与长10段油层组的分界线，是一个冲刷切割十分明显的界面，局部地段冲刷起伏可达5m以上。界面之上主要由多期河道砂体频繁切割叠置，界面之下则发育三角洲平原细粒漫滩沉积，反映界面在相序或相组合上是一个转换点，测井曲线上为突变点。该层序的低位体系域由长8段三角洲砂体组成，准层序叠置方式为加积－进积式；湖侵体系域位于长9₁亚段中上部，主要为深灰色、灰黑色的泥岩及页岩，俗称“李家畔页岩”，属于开阔浅湖相，野外露头剖面和多口井取心井的观察，确认长9期中上部湖侵是仅次于长7期最大湖泛面的一次规模较大的湖侵，它是在基准面不断上升、可容空间逐步增大的总背景下形成的，其基底下陷的幅度和相对湖盆扩张强度远比长（4+5）期湖侵大得多，因而其发育的开阔浅湖、半深湖亚相所反映的湖泛面更是长（4+ 5）期湖侵（主要为含沼泽的滨浅湖亚相）所无法比拟的。经观察长9期半深湖亚相主要分布湖盆腹地的东北与东南，厚度最大25m～35m，主要为灰色泥页岩夹凝灰岩薄层，水平纹理发育，并含有完整鱼类化石及鱼类骨片、低等水生植物和藻类（或似藻包体）；开阔浅湖亚相，主要为深灰色粉砂岩泥岩类泥质粉砂岩条带，除含有植物碎片外，并采获较丰富的介形虫、双壳类、叶肢介和鱼类等化石，以及各种动物居所、觅食和爬行遗迹化石。电性特征为高自然伽马，高自然电位，低电阻、低密度，尖刀状，大井径；高位体系域，由一至两套薄层砂岩组组成，并夹有灰棕色泥岩，属三角洲平原或前缘，准层序叠置方式呈进积式。

3）层序Ⅲ₃（长8₁亚段—长6_，亚段）

该层序底界面SB₃为长6_，亚段油层组与长6₂亚段油层组分界线。在盆地边缘，界面之上发育多期曲流河道叠置砂体，界面之下则为三角洲平原相为主，发育孤立的河道砂体，并以细粒漫滩沉积占主体，界面之上自然电位曲线呈箱状，与下伏地层呈突变关系；在盆地内部，界面之上常为三角洲前缘亚相，而界面之下则为深－半深水泥岩夹浊积岩沉积，显示相组合的明显转换。该层序的低位体系域主要由长81亚段和长6，亚段油层组三角洲前缘亚相带组成，准层序的叠置方式前者呈退积式，后者呈进积式；湖侵体系域主要由长7段油层组中下部的黑色泥岩、页岩或油页岩，凝灰质泥岩或碳质泥岩组成，属半深湖－深湖相沉积，在电性上主要表现为高时差，高伽马，自然电位偏正等特点，为全盆地延长组中分布最稳定，对比性最强的区域性标志层（俗称“张家滩页岩”），它是湖盆发展到鼎盛时期形成的主要凝缩层段，也是中生代最主要的生油岩，准层序叠置方式为典型的退积式；高位体系域主要由长7段油层组上部三角洲前缘砂体（包括水下分流河道与河口坝为主砂体），其准层序的叠置方式呈进积式。

4）层序Ⅲ₄（长6₂亚段—长3₃亚段）

该层序的低位体系域主要由长6₂亚段和长（4+ 5）段油层组三角洲前缘亚相带组成，准层序的叠置方式呈进积式；湖侵体系域主要由长（4+ 5）段中上部滨浅湖泥岩或三角洲平原泥沼组成，表明湖泊水体继长7期最大湖侵之后又一次湖平面波动，形成第二次较大湖泛面，准层序的叠置方式以退积式为主；高位体系域主要由长（4+ 5）段上部一至两套砂岩与泥岩互层组成，属三角洲平原－前缘细粒沉积，准层序的叠置为退积－进积式。

5）层序Ⅲ₅（长3₂亚段—长1段）

该层序低界面SB₄为长3₂亚段油层组与长3₃亚段油层组的分界面，界面之上为多期辫状或曲流河道冲刷叠置沉积，界面之下为一套泥质和粉沙质细粒沉积并夹煤线，测井曲线呈特征的“细脖子”段，代表三角洲平原与前缘亚相沉积，界面既是相序或相组合转换点，又是冲刷间断面；顶部界面SB₅为延长组与上覆侏罗系构造不整合面属一级层序界面。根据测井曲线并结合岩性剖面分析，该层序主要由低位体系域组成，准层序的叠置方式为加积－进积式，即强烈的河流回卷作用形成的砂岩进积楔状体直抵湖盆的腹部，使湖盆受分割进一步萎缩，并淤积发生沼泽化，转变为非湖泊沉积。

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