鄂尔多斯盆地上三叠统延长组干湿交替气候控制的沉积模型及油气勘探意义

本文系统研究了鄂尔多斯盆地上三叠统延长组在干湿交替气候控制下的沉积演化特征，创新性提出干旱气候主导的河流扇（fluvial fan）沉积体系与湿润期湖-三角洲-重力流体系的耦合模式，揭示了卡尼期洪积事件（CPE）对优质烃源岩发育的关键控制作用，为陆相盆地沉积理论完善和非常规油气勘探提供了新视角。

　　

引言

鄂尔多斯盆地作为中国最重要的陆上油气盆地之一，其中-上三叠统延长组以多层系产油和三维分布的多样化油气资源著称。传统观点认为延长组沉积主要受湖平面波动控制，形成浅水三角洲主导的沉积体系。然而最新研究表明，气候变化与构造活动的协同作用塑造了更复杂的沉积格局，特别是卡尼期洪积事件（Carnian Pluvial Episode, CPE）这一中生代重大气候事件对沉积过程产生了深远影响。

地质背景

盆地地处华北地块西部，三叠纪时位于特提斯域北缘约30°N。延长组沉积厚度达1000-1300米，自下而上分为10个段（Chang 10～Chang 1）。古气候重建显示，延长组经历了三个阶段的气候分异：早期（Chang 10～Chang 8）和晚期（Chang 3～Chang 1）为干旱期，中期（Chang 7～Chang 4+5）受CPE事件影响转为湿润气候。锆石U-Pb测年证实Chang 7底界（228-234 Ma）对应中-上三叠统界线，与全球CPE事件（234-232 Ma）同步。

沉积相类型与特征

河流扇体系

干旱环境下发育的典型沉积单元，由季节性洪水驱动形成。岩心显示砂岩与泥岩突变接触（图2），自然伽马曲线呈箱型或钟型（表2）。区别于三角洲，河流扇沉积终止于湖岸线之上，发育河道、天然堤和决口扇微相（图3a）。统计表明从西北缘（盐池-定边）至东南部（铜川-黄龙），单砂体厚度递减而决口扇频率增加，与美国上三叠统Chinle组河流扇体系具有可比性。

三角洲体系

湿润期主导的沉积系统，包括曲流河三角洲和辫状河三角洲。三角洲平原亚相发育分流河道（图3c）和分流间湾（图3i），前端亚相以水下分流河道和河口坝为特征（图3b）。CPE期间湖盆扩张至最大范围，三角洲前缘砂体与深湖相优质烃源岩（图3d-f）形成良好储盖组合。

湖泊体系

半深湖-深湖亚相以黑色页岩和油页岩为主（表1），常与浊积岩互层。Chang 7段发育的富有机质细粒沉积体系，成为页岩油勘探的重要目标层段。

沉积相演化规律

干旱期沉积格局

Chang 10～Chang 8期湖盆范围有限，西北部发育辫状河三角洲，东部形成大面积河流扇（图5A）。古土壤和地球化学指标（CIA值72.43，Sr/Ba比值高）指示强蒸发环境。Chang 9期构造活动引发湖侵，三角洲沉积范围扩大（图5B）。

湿润期沉积响应

CPE事件导致Chang 7段出现负碳同位素偏移（δ¹³C_org）和黑色页岩沉积（图8）。湖盆中心发育三角洲-重力流复合体系（图6A），有机质类型以藻类为主。元素比值（Sr/Cu）和火山物质输入证实温暖湿润气候条件。

晚期干旱化改造

Chang 3～Chang 1期湖盆收缩，河流扇体系再次占据主导（图7B）。构造抬升造成顶部地层剥蚀，残余浅湖沉积呈碎片化分布。

讨论

控制因素解析

CPE事件通过改变风化速率和沉积物供给影响盆地充填。火山活动（秦岭造山带相关）释放的CO₂增强温室效应，与三叠纪季风协同导致降雨量激增。构造-气候耦合作用形成独特的"振荡式"湖平面变化模式。

沉积模型创新

建立干旱期河流扇（图9A）与湿润期三角洲（图9B）的二元模式：干旱环境下洪水事件形成席状砂体，湿润期稳定水流塑造三角洲朵叶体。该模型突破了传统浅水三角洲理论的局限。

油气勘探意义

CPE相关优质烃源岩（TOC>5%）与上下相邻的河流扇砂体构成"三明治"式生储组合。需注意干旱期河道频繁改道导致的储层非均质性。全球对比表明，重大地质事件（如CPE）往往控制烃源岩发育层位，这对非常规油气选区具有普适性指导价值。

结论

1. 1.

   延长组沉积受控于CPE事件引发的干湿气候旋回，干旱期发育河流扇体系，湿润期形成三角洲-深湖体系

2. 2.

   锆石年代学证实Chang 7段对应卡尼阶，其黑色页岩为CPE事件的区域响应

3. 3.

   创新沉积模型为陆相盆地理论提供新认识，河流扇-优质烃源岩组合拓展了勘探新领域