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鄂尔多斯盆地沉积及构造

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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鄂尔多斯盆地沉积——构造演化及油气勘探新领域2002 年 9 月目 录前言一.地质背景与构造演化(一)地质背景……………………………………………………………1(二)构造演化……………………………………………………………2二.鄂尔多斯盆地古生代—中生代沉积演化(一)奥陶系沉积体系划分及岩相古地理演化…………………………4(二)石炭—二叠纪沉积体系划分及岩相古地理演化…………………10(三)中生界沉积体系划分及岩相古地理演化…………………………18三.鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系生、储、盖特征及天然气富集规律(三)烃源岩特征…………………………………………………………25(四)储集岩特征…………………………………………………………33(五)盖层特征……………………………………………………………44(六)天然气富集规律……………………………………………………四.尔多斯盆地上古生界生、储特征及天然气富集规律(一)烃源岩特征…………………………………………………………55(二)储集岩特征…………………………………………………………56(三)天然气富集规律……………………………………………………69五.鄂尔多斯盆地中生界生、储特征及石油资源评价(一)烃源岩特征…………………………………………………………(二)储集岩特征…………………………………………………………(三)石油成藏规律………………………………………………………前 言本课题以新理论、新思路为指导,以收集、综合分析和 总结已有成果为主,重点野外调查和岩芯观察为辅,深化、综合、总结前人研究成果,研究盆地沉积演化历史,确定生储盖组 合、 结合研究和总结石油地 质规律和油气勘探新领域。为 了 完 成 有 关 研 究 内 容 ,课 题 组 成 员 自 合 同 鉴 定 之 后 进 行 了 大 量 的 资 料 收集 ,露 头 剖 面 观 测 ,钻 井 岩 芯 观 察 等 工 作 ,完 成 了 大 量 工 作 量 ,具 体 见 表 1。表 1 完成工作量一览表序号 项目 单位 数量 序号 项目 单位 数量1 前人研究报告资料收集 本 20 7 蒲片鉴定 片 5002 前人学术论文 篇 30 8 粒度分析 片 2003 露头剖面收集 条 50 9 物性分析 件 1004 钻井岩心剖面收集 条 200 10 报告插图 幅5 野外观测剖面 条 30 11 岩相古地理图 幅6 钻井岩芯观测 井 200 12 研究报告 份 1通过一年的工作取得了如下认识1.确定了奥陶系、石炭—二叠系、中生界三叠 —侏 罗系沉积体系类型,其中奥陶系主要为碳酸岩沉积,包括 4 大沉积体系,石炭—二叠系主要为陆源碎屑岩沉积,包括 6 大沉积体系,中生界侏罗系包括三大沉积体系。2.详细讨论了各时期岩相古地理特征及演化3.深入论述了奥陶系、石炭—二叠系及中生界生储留特征,特 别是详细讨论了各时代储集岩特征4.在上述基础上分别讨论了奥陶系、石炭 —二叠系及中生界的油气有无勘探目标区,认为今后不同 时代油气勘探具有重要的指导意义。—1—一、地质背景与构造演化(一)地质背景鄂 尔 多 斯 盆 地 位 于 华 北 地 区 的 西 部 , 地 理 位 置 处 于 东 径 10620~11030,北 纬 35~4030, 横 跨 陕 、 甘 、 宁 、 蒙 、 晋 五 省 区 , 构 造 位 置 处 于 我 国 东 部 构造 域 和 西 部 构 造 域 的 过 度 带 。 东 部 以 晋 西 挠 褶 带 与 吕 梁 古 陆 相 接 , 西 部 经 掩 冲构 造 带 与 六 盘 山 、 银 川 盆 地 相 邻 ; 南 部 以 渭 北 隆 起 带 与 渭 河 地 堑 分 隔 , 北 部 以乌 兰 格 凸 起 带 与 河 套 地 堑 云 带 , 南 、 北 长 700东 西 宽 400总 面 积 25万 图 1根 据 盆 地 的 地 质 演 化 史 及 其 中 生 界 地 质 构 造 特 征 , 将 盆 地 划分 为 伊 盟 起 区 、 渭 背 挠 褶 区 、 伊 陕 斜 坡 、 天 环 坳 陷 和 缘 掩 冲 带 六 个 构 造 单 元( 图 1。—2—图 1鄂尔多斯盆地古生界构造区划图—3—(二)构造演化本区的地质发展史按其构造演化可划分为如下几个阶段。1.盆地在中晚元古代时,正处于坳拉谷发育阶段,由于晋宁运动的影响,贺兰、秦晋坳拉谷充填粒合而关闭,从而奠定了盆地发展演化的基础。古构造反映为东北高,并向西南倾斜,中部相对平缓,发育隆坳相间分布的格架,接受了厚达 1000m 的裂谷沉积。此时的盆地实际上是一个被夹持于南北大洋与贺兰裂谷之间的陆块。2.早古生代,盆地处于浅海台地发展阶段,由于南北受加里东地槽制,东西被残存的坳拉谷夹持,中部则发育一醒目的正向构造单位,即中古隆起。据不同学者研究(赵重远 1993,张军 1994,张庆龙 1997) ,该隆起雏形于寒武纪,发育于奥陶纪,分布于盐池、定边、庆边、庆阳、黄陵一带,北端走向近南北,向南变为北西西,南端在宁县一带向东转折至黄陵,平面呈“L”型,面积 5000形成,普遍认为是由于奥陶纪裂谷扩张引起的均衡作用,导致裂谷肩处发生翘升而形成的一个大型隆起。相应在其东侧因均衡调节 而 伴 生 一 南 北 向 边 侧 坳 陷 , 二 者 相 互 协 调 , 长 期 并 存 , 不 仅 控 制 了 下古 生 界 的 沉 积 , 而 且 对 古 岩 深 的 发 育 及 非 构 造 气 藏 的 形 成 也 具 有 重 要 的 影 响( 图 1。—4—图 1裂谷发育过程中裂谷肩的均衡翘升及补偿性边侧盆地形成模式图(引自张吉森等,1995)3.晚古生代时,盆地进入滨海平原发展阶段。其古构造特征,基本继承了奥陶纪时的面貌,仍为西隆东坳格局,但构造细节变化较大,不同时期的隆起形态,规模及分布均有差异 ( 图 1。 石 炭 纪 南 北 隆 起 较 高 ,而 定 边 至 铁 格 苏 庙 之 间 , 由 于 西 侧 坳陷 的 楔 入 , 相 应 出 现 鞍 状 特 征 。 二 叠纪 , 盆 地 转 入 陆 相 沉 积 , 南 部 和 北 部的 沉 隆 代 替 了 前 期 ( 石 炭 纪 ) 东 部 和西 部 的 沉 降 , 中 部 古 隆 起 亦 趋 于 消 亡 。4.中生代时,盆地处于内陆盆地 发 展 阶 段 , 古 构 造 特 征 仍 然 保 持 了西 隆 东 坳 格 局 。 晚 三 叠 世 未 , 盆 地 西 部 发 生 了 强 烈 的 由 西 向 东 逆 冲 推 覆 , 并 在其 前 渊 形 成 坳 陷 。 相 应 在 盆 地 东 部 形 成 志 丹 —铜 川 坳 陷 , 表 现 出 隆 、 坳 形 态 的位 置 明 显 西 移 。 中 侏 罗 世 , 强 烈 的 燕 山 运 动 使 盆 地 西 冲 东 抬 , 南 北 隆 升 , 内 部则 平 缓 向 西 倾 斜 的 构 造 特 征 一 直 延 续 至 今 , 构 成 了 现 今 区 域 构 造 的 基 本 格 局 。图 1鄂 尔 多 斯 盆 地 中 央 古 隆 起 从 奥 陶 纪至 二 叠 纪 剖 面 几 何 形 态 图 (引 自 张 吉 森 等 ,1995)—5—三、鄂尔多斯盆地古生代—中生代沉积体系及岩相地理(一)奥陶系沉积体系及岩相古地理演化1.沉积体系类型依据沉积层序及岩石、古生物标志,结合测井、地震及区域地质特征,将本区奥陶系沉积体系划分为 4 大类,并可进一步划分为 7 亚类和 40 个微相类型(表 2。并在此基础上重塑了各期岩相古地理面貌。表 2奥陶系沉积体系类型划分沉积体系 沉积相 亚 相 微 相滨 岸 砾质滨岸 白云质砾质滨岸滨岸体系潮 坪 砾质潮坪 白云质乐质潮岸砂屑浅水滩、生屑浅水滩、砂粒浅水滩、介壳浅水滩砂屑较深水滩、生屑较水滩、砂盐盐盆地、石膏石盐盐盆地盆缘云泥坪、盆缘灰泥坪、盆缘泥质坪、盆缘石膏坪泥质洼地、灰泥洼地、云泥洼地、石膏洼地清水陆棚风暴滩碳酸盐缓坡 浅缓坡、深缓坡、生物礁、砂屑滩、生屑滩、砂暴滩陆棚体系陆棚混积陆棚 颗粒质浅滩、泥质浅滩、砂质浅滩、云质浅滩、灰质浅滩斜坡体系 斜坡 斜坡部扇、中部扇、下部扇、灰质斜坡盆地体系 海槽槽质海槽、灰泥质海槽2.岩相古地理演化1)早奥陶世岩相古地理(1)早奥陶世岩相古地理—6—寒武纪末的兴凯运动,使鄂尔多斯地区抬升为陆,直以早奥陶世冶里期,海水才从东、南、西三个方向入侵,开始了奥陶纪的沉积。但由于海侵范围仅局限在原先裂谷系的基础上,而鄂尔多斯广大地区仍为一个统一的古陆(附图 214) 。因此早奥陶世冶里期的沉积,主要分布于鄂尔多斯东、南缘和西部的贺兰山地区。其中东、南缘沉积厚度 30~60m,最大 120m;西部贺兰山地区厚度 110m。沉积物主要以黄灰色,灰色薄层泥晶云岩、粉 —细晶云岩为主,间夹砂屑白云岩透镜体。底部起伏不平,代表了海侵初期的沉积特征。可分为三个主要相带,东部为白云岩陆棚环境,南部为向南倾斜的白云岩缓坡环境。西部贺兰山地区则为云灰坪环境,发育叠层石及水平纹层。(2)早奥陶世亮甲山期早奥陶世亮甲山期,几乎完全承袭了冶里期的古地理面貌。海侵范围大体相同,但水体深度略有增加,鄂尔多斯古陆依然存在,分布范围与冶里期基本一致(附图 26) 。东部沉积厚度 50~140m,南部沉积厚度20~160m 并且由古陆向海槽方向依次增厚;西部贺兰山地区沉积厚度约150m 左右。岩性以含燧石和硅质条块为主要特征,沉积环境与治里期相似,东部为白云岩陆棚,南部为白云岩缓坡,西部贺兰山地区则为云灰坪环境。2)中奥陶世岩相古地理(1)中奥陶世马家沟一期亮甲山组沉积后,由于怀远运动的影响,使亮甲山期的沉积区露出水面而遭受风化剥蚀,至马家沟一期,又开始了奥陶纪的第二次海侵。这次海侵较前期规模增大,其前缘已延伸到鄂尔多期中东部地区的陕参 1 井,陕 15 井一带(附图 28) 。海侵主要来自东南方向,次为正东向。由于鄂尔多斯东侧补偿盆地的西部和北部均为陆地包绕,南部的宜探 1 井马一段底部白云岩中夹多层薄层砂岩,东边的柳林三川河剖面夹十多层薄层和透镜状细砂岩,粉砂岩和页岩,砂岩成份除石英和硅质岩屑外,亦含一些再沉积的白云岩砂。向北至榆 9 井和向西到陕 15 井,富探 1 井和陕 139 井,马一段底只存在泥质白云岩或泥质含灰云岩。由此反映出砂和泥是向北和向西减少的。表明砂和泥的分布,是寒武纪未兴凯运动抬升后,造成的风化残余物。马一期—7—再底海侵,这些残余物被改造、聚集成层或混入白云岩沉积物中的。这一现象也指示了海侵的主要方向是来自东南。但从整个鄂尔多斯地区的海侵特点来看,马一期仍然承袭了寒武纪以来的西、南、东等三个主体方向,尤以东南部海侵规模较大。古气候的研究表明,马一期整个华北地台为极度干旱炎热期,海水含盐度高。越向华北地台西部的鄂尔多斯地区,含盐度更趋增高,除白云岩沉积外,由于中央古隆起的阻隔和消能作用,使进入边侧盆地的海水盐度不断浓缩,沉积了大量的硬石膏岩和盐岩。形成了含白云岩的硬石膏岩、盐岩盆地。而在边侧盆地的东侧偷 11 井、柳林一带,海水含盐度相对较低,发育为盆比硬石膏白云岩坪。环陆的北部和西部,由于海水循环受阻,虽在局部可有来自古陆的少量大气淡水注入,但不足以使海水含盐度有较大的改变,因此发育为盆缘白云岩硬石膏坪。鄂尔多斯西缘,紧贴古陆边缘,发育白云岩陆棚,其外侧为紧邻贺兰海槽的斜坡带。南部渭北地区仍然继承了缓坡环境。此地干旱炎热的古气候,使该区也形成了含硬石膏的白云岩缓坡。(2)中奥陶世马家沟二期在马家沟一期海侵的基础上,马家沟二期海侵更加扩大,鄂尔多斯古陆也相应缩小(附图 20) 。海水入侵方向与马一期一致,主要以东南方向为主。沉积中心位于米脂—清涧一带,厚度为 100m 左右,其余地区则为50~60m。淳探 1 井区沉积厚度 92m,是马二时第二个沉积较厚的区带。马二时边侧盆地内海水的含盐度远比马一时低,但与华北地台区相比,仍属相对较高的地区。由于此时,来自开阔洋盆的海水因较长距离的运动而被沉积底质消能,使循环对流减弱。与华北地台其它地区相比,本区马二段中白云岩的含量增多,甚至在榆 9 井区含有硬石膏岩和盐岩。边侧盆地东侧的柳林剖面发育石灰岩及生物(屑)灰岩,夹少量白云岩及云质灰岩,为盆缘含白云岩的石灰岩坪环境。而边侧盆地的南部宜探 1 井、陕 139 井一带为盆缘含硬石膏的白云岩—石灰岩坪。边侧盆地西部的陕参 1 井、陕 15 井、富探 1 井一带,白云岩比例增大,并且硬石膏岩夹层增多,表明该区较东部海水含盐度增大,形成盆缘含硬石膏的石灰岩—白云岩坪。榆 9 井位于(内)—8—陆棚盆地中心位置,水体较深,循环较差,部分时期闭塞,从而发育为含膏、盐石灰岩—白云岩盆地。鄂尔多斯西缘地区,三道坎组底部发育薄层砾岩和砂岩、任 1 井、任 3井也在相应层位见到薄层砂岩,表明该区在马二沉积早期存在砂、砾质滨岩环境,尔后演变为混积陆棚和石灰岩陆棚环境、外侧则为石灰岩斜坡及贺兰海槽沉积。鄂尔多斯南缘即渭北地区,与马一时沉积环境一致,仍为含硬石膏的白云岩缓坡。(3)中奥陶世马家沟三期马三时贺兰裂谷扩张作用增强,裂谷脊也随之急据抬升,西翼倾角变陡,中央古隆起带基本定型,边侧盆地下陷成坳陷盆地。中央古隆起的屏障作用,在马三时更为明显,海水主要来自东部、次为西部,古气候干旱炎热,边侧坳陷盆地内海水含盐度增高,特别是东部深坳陷中心更为闭塞。榆 9 井位于盆地深坳陷中心,沉积了硬石膏岩、盐岩、夹少量白云岩的蒸发岩类组合,形成了含白云岩的硬石膏岩、盐岩盆地。但在该盆地的南部陕 139 井中已出现石灰岩薄层,且白云岩增多,表明膏盐盆地边缘含盐度有所降低。环绕硬石膏岩、盐岩盆地的北、东、南部,从召探 1 井、柳林剖面、宜探 1 井、富探 1 井可以看出,由于海水主要来自东方和东南方向,含盐度相对较低,发育为盆缘硬石膏岩、白云岩坪,而边侧盆地的西部海水循环差,成为盆缘白云岩硬石膏岩坪,并且向西扩大到定探 1 井—鄂 6 井一带。中央古隆起带西侧,由于近临贺兰海槽,发育了相带较窄的白云岩陆棚和斜坡环境,而桌子山地区继马二之后处于混积陆棚环境(附图 22) 。鄂尔多斯南缘,仍发育硬石膏岩—白云岩缓坡环境,沉积中心位于淳探1 井区。(4)中奥陶世马家沟四期马四时,鄂尔多斯盆地在承袭马三时的古地理面貌基础上,海侵规模达到了奥陶纪以来的最大期。该期庆阳古陆被海水淹没,仅北部的伊盟古陆仍出露水面(附图 24) 。此时,古气候湿热,全区除庆深 2 井—陕 139—9—图 2定探 1 井一带马家沟期晚时浅滩圈闭分布示意图井以南为白云岩、含膏白云岩外,普遍为石灰岩沉积。在“L”形古隆起带转折处,即宁探 1 井区,缺失马四段地层,用未沉积来解释尚欠合理。因为该区处于南北向和东西向裂谷脊交汇处,隆起幅度较大,沉积厚度较薄。马家沟期末的太康运动抬升后被剥蚀的结果。马四时,海水除北面伊盟古陆外,由东、南、西三个方向入侵。但对盆地西部而言,海水主要来自东部,其次为西部。在(内)陆棚盆地的坳陷中心,即榆 9 井、牛 1 井、榆 3 井、榆 6井一带,由于水体深度大,循环差,含盐度亦相对较高,除石灰岩外,也有相当数量的白云岩沉积,发育了白云岩—石灰岩盆地。在其外缘发育含白云岩的石灰岩坪及盆缘石灰岩坪。中央古隆起北端发育石灰岩滩,而南端庆阳、黄陵一带为含膏的白云岩坪环境。对于滩环境的形成,通常认为容易造成隆起边侧沉积厚度相对增大,形成岩隆(侯方浩 1991) 。本区马四段地层在定探 1 井、定探 2 井、盟 6 井、城川 1 井等沉积厚度普遍大于 300m,定探 1 井最厚达到 410m。而边侧盆地中心的镇川 1 井仅 183m。这种沉积厚度明显剧增的原因,只能从颗粒沉积与生物建隆作用分析。根据薄片鉴定结果。取芯段颗粒石灰岩约占地层厚度的20~30%,腕足类化石的定探 1 井保存完整,壳背均朝上,反映出滩相古生态特征。通过该区 12 条东西向地震剖面解释,均有滩相反射特—10—征,滩体长度一般 2~3等,由南向北呈雁行排列(图 2。由此可以认为该区发育白云岩—石灰岩滩隆带,该带两侧为石灰岩陆棚和斜坡环境。南部渭北地区仍然为白云岩缓坡环境。(5)中奥陶世马家沟五期马五时,鄂尔多斯盆地仍然继承了马三、马四时的古地理面貌。区内整体表现为振荡性海退,海水明显变浅、中央古隆起又重新露出水面(张吉森,1987,冯增昭 1991) 。由于华北台地海平面整体降低,沉积底质对海水的消能,使鄂尔多斯盆地主体部位补给的海水相对较少,循环性差,含盐度增高。西部祁连海水,只因古隆起阻隔,向边侧盆地的补给十分有限,南部由于白云岩缓坡的存在,向盆地内补给的海水量亦不大,且含盐度也高。盆地内的蒸发量又大,海水不断浓缩,导致海水含盐度不断升高,造成(内)陆棚盆坳陷中心沉积了硬石膏岩、盐岩及少量白云岩,发育为含白云岩的硬石膏岩盐岩盆地,沉积厚度达到 350m 以上,成为马五时沉积厚度最大的区带(附图 26) 。沿坳陷中心周边环绕膏盐盆地形成盆缘含盐岩的白云岩硬石膏岩坪,其外侧随着海水含盐度的降低,而形成盆缘含石灰岩的硬石膏白云岩坪。该相带的城川 1 井以西,由于受来自古隆起带的大气降水作用,淡化了海水的含盐度,而使该区在沉积期尚未保留原生石膏,仅见石膏假晶及膏晶溶蚀后被充填的溶斑。在此较窄的“L”型古隆起带,根据钻井和地震资料都反映出缺失马五段地层。通过剖面对比,马五段地层在古隆起北端的定边一带是应有沉积的。而造成缺失的原因,显然是后期隆起带不均衡抬升而造成风化剥蚀的结果。中央隆起以西发育了石灰岩陆棚和石灰岩斜坡,此时的海槽区在任 1 井、青龙山一线以西,与马三、马四期基本一致。盆地南部仍然发育硬石膏—白云岩缓坡环境。(6)中奥陶世马家沟六期(峰峰期)马六时(峰峰时) ,华北地台古气候又转为湿热,并再度出现小规模海侵,盆地广大地区水体明显比马五时加深。从目前残留的地层厚度可以看出,盆地南部地层厚度可达 500m 以上,西部 90~200m,中东部仅在局部残存4~17m 深灰色泥 —粉晶石灰岩。据此判断,马六时,鄂尔多斯盆地除伊盟古—11—陆和庆阳古陆外,盆地广大地区应均有沉积。其中边侧盆地内为石灰岩陆棚环境。西缘在石灰岩陆棚外侧发育深水斜坡环境,并在桌子山、任 3 井一带形成钙屑浊流沉积。此时由于贺兰海槽的扩张,盆地西部石灰岩陆棚范围由马四、马五时的任 1 井、青龙山一线,向东退缩到李华 1 井一带。南部仍为白云岩—石灰岩缓坡环境(附图 28) 。3)晚奥陶世岩相古地理(1)晚奥陶世平凉期马六沉积后,遍及华北的加里东运动,使鄂尔多斯盆地整体抬升为陆,遭受风化剥蚀。晚奥陶世凉期,鄂尔多斯本部已成为一个统一的古陆,唯在西缘和南缘仍然接受沉积。其中西缘桌子山至环 14 井一带沉积厚度一般256~700m,贺兰山中段沉积厚度最大可达 1000 余 m。南缘铁瓦殿一带沉积厚度达到 800m 以上,淳探 1 井一带为 400~500m。根据岩相特征,西缘桌子山至环 14 井一带,为深水斜坡和海槽环境,发育钙屑重力流和碎屑岩水下扇沉积,并有辉绿岩局部侵入。平凉一带则有碳酸盐岩的等深岩丘发育。南缘为一继续性浅水碳酸盐岩缓坡(附图 20) 。早期以泥晶灰岩,颗粒灰岩沉积为主,晚期发育规模不大的生物滩,点礁和补丁礁为特征。造礁生物主要有苔藓虫、层孔虫及珊瑚组成。推测长武和淳探 1 井一带存在规模不大的珊瑚礁体,对于碳酸盐储集空间的形成具有意义。(2)晚奥陶世北锅山期背锅山期是晚奥陶世海退的继续,西缘地区因华北地台的持续抬升而消失。仅在南缘继续接受沉积,目前残留厚度一般 40~80m,永参 1 井为353m,最厚在陇县背锅山地区达到 积环境主要为石灰岩缓坡,铁石殿、干阳以南则为深水斜坡(附图 22) 。背锅山期末,海水全部退出鄂尔多斯地区,从而结束了奥陶纪的沉积。长期的风化剥蚀,不仅使奥陶系不同层位与上覆石炭、二叠系假整合接触,而且在奥陶系侵蚀面,塑造了分布广泛的风化壳,从而为古岩深的发育创造了良好的条件。(二)石炭—二叠系沉积体系及岩相古地理演化1.沉积体系类型划分根据区域沉积格局和沉积作用特点,在众多前人研究成果的基础上,通—12—过对盆地周缘 28 条野外露头剖面的系统观测及盆内 110 余口取芯井段的岩芯观察,结合对盆内 400 多口钻井的测井资料的综合分析,鄂尔多斯盆地石炭—二叠系可识别划分出 3 个沉积体系组和 6 个沉积体系(表 2。—13—表 2鄂尔多斯盆地石炭—二叠系沉积体系划分沉积体系组沉积体系 沉积相 亚相 微相 分布地区 分布层位冲积扇 扇根、扇中、扇端 盆地古陆边缘 二叠系河道冲积冲积平原 辫状河曲流河 河漫滩河床滞留、心滩、边滩、决口扇,天然堤、沼泽、洪泛平原盆地古陆边缘 二叠系三角洲平原 分流河道、河道间洼地、沼泽、洪泛湖泊三角洲前缘水下分流河道、水下天然堤、河口砂坝、分流间湾、远砂坝、席状坝湖泊三角洲 曲流河三角 洲网状河三角洲辫状河三角洲 前三角洲湖盆边缘 二叠系大陆沉积体系组湖泊 近海湖泊大陆湖泊滨 湖浅 湖深 湖盆地中南部 地区 二叠系三角洲平原 分流河道、河道间洼地、洪泛平原、平原沼泽三角洲前缘 水下分流河道、河口砂坝、分流间湾、远砂坝海陆过渡体系组三角洲三角洲前三角洲湖盆边缘太原组本溪组羊虎沟组潮 坪 潮上、潮间、潮下 泥坪、砂坪、混合坪泻 湖 盆地大部地区太原组本缓组障壁海岸障壁岛 后滨、前滨、近滨、冲溢扇 盆地大部地区 太原组本缓组海洋体系组陆棚 碳酸盐陆棚 内陆棚、中陆棚、外陆棚 微晶灰岩、生屑灰岩、藻灰岩等 盆地大部地区 太原组本缓组2.岩相古地理演化1)晚石炭世本溪期鄂尔多斯盆地受中央古隆起的控制,分为东西两个海域,中央古隆起沿新召苏木—鄂托克前旗—西峰一线呈南北向展布(附图 74) 。东部海域,华北海由东由西、向北入侵,沉积作用向西向北超覆,形成总体上东厚西薄的楔状体。海域分布范围限于哈 2 井—伊深 1 井—鄂 2 井—定探 1 井—黄陵—洛河以东地区,整个沉积面貌以潮坪—泻湖—障壁—浅水陆棚环境为特征。东胜—城川 1 井—黄龙一带为潮上—潮间带沉积,沿盟 8 井—靖边—安塞一—14—线则发育潮下砂坪,榆林—延安一带为泻湖沉积,向东沿神 3 米一米脂—清涧—蒲县发育障壁岛,东部兴县、汾西地区发育浅水陆棚沉积,另在北部杭锦旗地区有一小型三角洲发育。在沉积区内,沉积相带近南北向展布,邻近中央古隆起及其东侧边缘,发育潮坪(潮上—潮间) 、泥炭坪沉积,在中东部地区,随着海侵扩大,形成与华北海沟通、循环良好的泻湖和障壁岛和浅水陆棚沉积。泻湖相主要是一套灰黑色铁铝上质泥岩、铝土岩,含凝灰质。障壁岛为中细—中粗粒的砂岩。随着本溪早期的充填沉积,沟谷纵横的奥陶系风化侵蚀基底基本上被填平补齐,到本溪晚期,区域海平面下降,潮坪相向东迁移,局部地区沼泽化,沉积一套砂质泥质,并发育根土岩和泥炭层。此外,砂泥质中含铁质结核和碳质团块。该期经历了泻湖—障壁—潮坪的海井海退演化过程。由于海侵规模小,环境局限,砂体规模小,厚度薄,分布范围小,而且规律性较差。并且由于潮汐作用弱,砂体中泥质含量高,储集条件差。西部海域限于布拉格苏木—大水坑以东地区,总体面貌与东部有较大差异,以裂陷海湾沉积为特征,发育近南北向延伸的潮坪—泻湖沉积,但在北部乌达和中部吴忠地区发育三角洲沉积,地层厚度与砂体厚度都较大,表现出快速堆积特点。2)早二叠世太原期继晚石炭世沉积之后,随着盆地沉降,海水自东西两侧分别向中央古隆起和向北扩大,潮坪、泻湖和滨岸沉积逐渐超覆于中央古隆起的奥陶系古侵蚀面之上,使中央古隆起沦于水下,东西两侧形成一个统一的海域(附图75) 。但古隆起地形仍对沉积有一定程度的控制,东部地区以陆表海沉积为主,西缘地区转化为裂后坳陷,成为相对陆表海沉积中的坳陷带。该期古地理格局总体表现为冲积扇、三角洲、潮坪—浅水陆棚碳酸盐岩、障壁岛等沉积体系共存,并形成陆源碎屑与碳酸盐岩的混合沉积。北部杭锦旗—东胜一带发育总和扇和冲积平原沉积,乌达地区以三角洲沉积为主,沉积厚度达 300 多米。中北部、中部和南部地区主要发育潮坪,其中伊金霍洛旗—保德地区为三角洲沉积。中东部地区(临县—安塞—吉县地区)为滨岸和浅水陆棚环境的微晶灰岩、生物屑灰岩和煤层沉积,夹厚度不大的三角洲砂体。西缘坳陷区为海湾泻湖沉积,有障壁岛发育。—15—在盆地中部勘探区,太二时期主要为潮坪沉积环境,它占据了原中央隆起所在的广大地区,且以泥炭坪—混合坪为主体,其中在靖边、米脂和安塞为三处具有一定规模的砂坝。北部地区为三角洲和冲积平原环境,在三角洲平原和前缘上,沿伊 6 井—乌审旗和伊金霍洛—榆林向南延伸形成两个各自独立充填的(水下)分流河道砂体。该区西侧和东南侧分别为泻湖和浅海陆棚相(附图 84) 。太一期与太二期沉积相特征基本相似,但三角洲体系中两条(分流)河道的侧向迁移与汇合更加明显(附图 85) 。3)早二叠世山西期太原期沉积后,区域构造环境和沉积格局发生了显著变化。因华北地台整体抬升,海水从鄂尔多斯盆地东西侧迅速退出,盆地性质由陆表海盆演变为近海湖盆,沉积环境由海相转变为陆相,东西差异基本消失,而南北差异沉降和相带分异增强,总体沉积面貌为以吴旗、富县、宜川、延长地区为盆地沉降中心,发育浅湖沉积,周缘滨湖区则以三角洲沉积为特征(附图76~78) ,可分为盆地北部、西北部、西部—西南部和东南部五个三角洲沉积体系,砂体具向湖盆强烈进积的层序结构。盆地北部乌达—东胜一带为冲积扇和冲积平原分布区,冲积平原内主要为河道和河漫滩沉积,向南到呼鲁斯台—鄂托克旗—伊金霍洛旗发育呈东西向展布且分布宽广的三角洲平原,银川—靖边—米脂地区则发育三角洲前缘沉积。盆地西南部固原—平凉地区为三角洲平原发育区,环县—西峰一带为三角洲前缘沉积。盆地东南区蒲城—澄城区发育三角洲平原,向北到旬探 1 井—黄龙—韩城区则以三角洲前缘沉积为特征。该期总体上可划分出五个三角洲体系,分别为保德—米脂三角洲、乌审旗、靖边三角洲、石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲、固原—平凉三角洲和铜川—韩城三角洲。山西期沉积特征主要表现为:①三角洲相取代潮坪—浅水陆棚相;②沉积相带呈南北相带分异,由北向南,由冲积平原、三角洲平原、三角洲前缘过渡到浅湖沉积;③海相碳酸盐建造演变为陆源碎屑含煤建造。三角洲平原规模大,分布范围广。岩相古地貌特征,以分流河道和洪泛平原或平原沼泽(河间洼地)两个—16—古地理景观最为突出。分流河道侵蚀、冲刷,并不整合于太原组的海相地层上。山二早期,由于其北部物源区的不断抬升,侵蚀速度加快,河流作用不断向南推进,分流河道砂体发生强烈的进积作用,形成多个正粒序,构成总体上向上变粗的进积砂体。此外由于网状水系或分流河道常常发生快速、频繁的废弃与复活,因而砂体间的冲刷、切割和垂向叠置加积现象十分普遍,从而导致砂体规模大,单个砂层可厚达十几米。到山地中后期,北部物源区抬升相对减弱,河流进积作用也相应减弱,普遍发生分流河道砂体的加积—退积,即河流朔源堆积。砂体规模小,泥质含量增加。随着河流作用的逐渐减弱,研究区中南部网状水系大部被废弃而沼泽化。作为该期另一大古地理景观的洪泛平原或平原沼泽,实为网状水系或分流河道间的洼地,在潮湿气候下普遍沼泽化,主要是一套纯泥质沉积或泥质与砂质互层沉积。其间的次级水系(分流河道) ,在洪泛期常决口,在洪泛平原或平原沼泽中形成透镜状的决口河道或决口扇,但规模较小,垂向上表现为一种泥包砂的特征,其分布在研究区北部以洪泛平原为主,而研究区南部则平原沼泽相对发育。由于这两大古地理景观的存在以及自身的特点(附图) ,导致该区砂体分布的集中性较强,即发育砂体的地方,砂体规模大,单砂层厚度大。而在泥质出现地方,砂体不发育,规模小,单层厚度较薄,在自然伽玛曲线有时很难反映出来。因此,该区砂体两极分化的特征比较显着,这对储集砂体的发育极为有利。山二期,鄂尔多斯盆地处于海盆向湖盆转化和区域活动的重新分化与组合的过渡时期,区域构造活动较为强烈。与太原期相比,伴随着盆地性质的转化,沉积盆地中心向南有较大迁移,由海相逐渐转变为陆相沉积环境,除在盆地北部形成具进积特征的保德—米脂三角洲体系、乌审旗—靖边三角洲体系和石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲沉积体系外,在盆地西南部、南部—东南部地区也分别形成了固原—平凉三角洲和铜川—韩城三角洲体系。在三角洲体系中,三角洲平原和前缘与分界特征明显,表现在沉积构造特征和碎屑颗粒大小的分布变化上;三角洲之间尤其是盆地北部乌审旗—靖边三角洲与石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲体系分流河道与水下分流河道侧向分—17—枝与复合作用加强。西南部三角洲与南部—东南部三角洲之间以滨浅湖沉积分隔,湖泊沉积分布于石楼—富县—泾川一线,呈北东—南西向展布。山—期冲积平原、三角洲体系和湖泊的分布,继承了山二期的特征,在盆地沉积中心以北,砂体分布较厚的地区仍然位于三角洲平原与三角洲前缘过渡地区,但是随着区域构造活动的日趋稳定,物源供给减小,盆地进入相对稳定沉降阶段,发生了较大规模的湖侵。在盆地北部地区,伴随着湖侵作用的不断扩大,三角洲体系向北收缩,沉积相带相应北移,尤以三角洲平原与前缘的分界线北移表现明显,三角洲平原相区缩小,三角洲前缘相区扩大。在研究区南部,由于区域构造抬升和物源供给充足,三角洲体系向盆地略有推进,三角洲前缘相区扩大至泾川)中二叠世下石盒子期进入中二叠世,气候由温暖潮湿变为干旱炎热,植被大量减少,从而沉积一套灰白—黄绿色的纯的陆源碎屑建造。初期,北部古陆进一步抬升,物源丰富,季节性水系异常活跃,沉积物供给充分,相对湖平面下降,河流—三角洲体系向南推进,三角洲沉积异常发育。随后,伴随着北部物源区抬升的再次减弱,沉积物补给通量减小,湖平原上升,河流作用减弱,湖泊作用增强。该期岩相古地理格局与山西期有一定的继承性,但亦发生了较大变化(附图 79) 。伴随区域构造活动继续加强,北部物源区继续抬升,丰富的陆源碎屑导致相对湖平面的迅速下降,三角洲体系快速向湖中推进,致使三角洲平原相带向南迁移,平原相区缩小,前缘相区增大。北部鄂 2 井和吴探 1 井区发育两个规模较大的冲积扇,石嘴山—杭锦旗—准格尔旗一带为冲积平原发育区,在冲积平原区主要有 4 条主水系河道分布,向南逐渐演变为三角洲平原的分流河道。中北部银川—乌审旗—神木地区为三角洲平原,中东部分流河道复合明显,该相带与山西期相比明显变窄,而三角洲前缘则相对发育,分布于鄂托克前期—榆林以南地区,最南端可延伸至甘泉一带。中部吴旗—富县—粉西地区为浅湖沉沉积区,西南部和东南部有两个三角洲体系分布。与山西期基本相同的是在盆地周缘同样发育北部、西北部、西南部、东南部五个主要的三角洲体系。—18—盒九期(附图 80) ,北部的三个三角洲体系中,分流河道则向分叉、迁移汇合较为明显,砂体在横向上具有较好的连同性。石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲沉积体系在石炭井—鄂 7 井一带,以分流河道、水下分流河道砂体为主,河道被洼地或分流间湾隔开。其中东支与杭锦旗—乌审旗—靖边三角洲的西支在苏里格庙向南延伸达安边、靖边一线,形成盆地西北部地区砂体集中分布的地区,砂岩粒度粗,砂体厚度大,发育比较理想的储层。杭锦旗角洲前缘可达到延长和甘泉一带,其东支与神木 井、盟 5 井处汇合,也反映了三角洲砂体侧向迁移的特征。盆地南部的三角洲体系中,铜川- 韩城三角洲体系也向盆地延伸,表现为罗强烈的进积作用。盒八期(附图 81)在盒九期基础上连续沉积,岩相古地理格局与盒九期相似,但受盆地北侧区域性构造抬升的影响,发生较强的进积作用,且盆地西北部冲积平原和三角洲平原区河道位置有所变化。北部石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲体系中,来自冲积平原的水道流入三角洲平原后,分流河道的分支更加明显,形成了三个小的分支砂体。该三角洲体系在侧向上继承了盒九期的特征,向东与杭锦旗—乌审旗—靖边三角洲体系的分流河道交汇,在苏 18 井、苏 7 井处砂体分布宽、厚度大。杭锦旗—乌审旗—靖边三角洲体系自杭锦旗往南开始分叉,分流河道及水下分流河道在三角洲内部向南既有分支又有侧向连通,最远延伸至志丹和安塞。这一时期神木—米脂区为独立的三角洲体系,其前缘砂体分支明显,并延伸至清涧和石楼。西南部和南部的固原—平凉三角洲和铜川—韩城三角洲体系受物源供给减少影响,三角洲平原向南迁移,三角洲前缘分布范围略微扩大。在盆地中部重点地区,盒七期(附图 86)由北向南发育冲积平原、三角洲平原、三角洲前缘和湖泊四个相带。在东部,三角洲平原区河曲—神木分流河道向南(西)进入三角洲前缘后,分别向米脂—绥德和成家庄方向分叉。其西侧,沿分流河道自伊金霍洛向南延伸形成独立的砂体,砂体侧向迁移特征不明显,且延伸不远。来自冲积平原自伊 13 井向南经乌审旗延伸的水道,由于分流河道的迁移,砂体在乌审旗以南与来自北西部鄂托克旗的砂体汇合,砂体厚度增加,砂体向前缘推进的同时侧向形成指状小分支。—19—中部重点区内,盒六期相带特征与盒七期相似,但受北部物源供给增加和构造活动的影响,冲积平原向南略有推进,形成伊 9 井—苏 5 井分流河道,其砂体与北西向来源的伊 13 井—乌审旗水道砂体交汇后,向南延伸在靖边一带再与苏 1 井—城川 1 井水下分流河道砂体复合,进而向南延伸,形成复杂多变的砂体展布(附图 87) 。盒五期,主要发育三角洲平原、三角洲前缘和浅湖三个相带,三角洲体系向北迁移,反映退积作用的特征。分流河道和水下分流河道分叉与复合,导致了这一时期三角洲体系中,砂体复合与分支复杂多变,除东部三角洲砂体仍孤立分布外,来源于北部和(北)西部砂体在三角洲平原与三角洲前缘过渡区形成了三个向南延伸的砂体分支。其中西侧两砂体带向南延伸复合后,又与来源于西部(陕 56—城川 1 井)的水下分流河道砂体汇合,并向南延伸直达南部浅湖区(附图 88) 。5)中二叠世上石盒子期该期北部构造抬升作用减弱,冲积体系萎缩,湖泊沉积体系向北扩展,气候变得较为干燥,植被减少,从而形成以紫红色、黄绿色为主的沉积,岩相古地理格局为三角洲与湖泊沉积体系共存(附图 82) 。盆地北部冲积扇不发育,古嘴山—伊金霍洛旗以北为冲积平原和三角洲平原分布区,发育 4 条主河道,向南中部两条河道逐渐合为一体。三角洲前缘沉积分布于银川—马家滩、乌审旗—柳林地区,分布范围宽,浅湖沉积在中部扩展到鄂托克前旗,东部扩展到龙王沟地区。但南部地区构造抬升作用增强,三角洲沉积向北略有推进。西南部三角洲前缘向北扩展到庆深 1 井、宁县和黄深 1 井地区。南部麟游—淳化发育一个独立的三角洲,东南部三角洲前缘向北延伸至吉县一带。总体上,该时期盆地边缘可识别划分出六个三角洲体系。6)晚二叠世石千峰期海西旋回末期,秦岭海槽再度发生向北的俯冲消减,北缘兴蒙海槽因西伯利亚板块与华北板块对接而消亡,华北地台整体抬升,海水自此撤出华北大盆地,研究区由前期的近海湖盆演变为内陆湖盆,沉积环境完全转化为大陆体制,以发育河流、三角洲和湖泊沉积体系为特征。该期气候变得更为干燥,从而沉积了一套紫红色碎屑岩建造。岩相古地理格局总体特征为(附图 83):北部古嘴山—杭锦旗—准格尔—20—旗—带为冲积平原发育区,吴忠—鄂托克旗—兴县地区为三角洲平原沉积,马家滩—靖边—米脂一带发育三角洲前缘。西南部和东南
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本文标题:鄂尔多斯盆地沉积及构造
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