（海洋地质专业论文）鄂尔多斯盆地上三叠统延长组油藏成藏模式研究.pdf

摘要 摘要 本文以鄂尔多斯盆地上三叠系延长组为研究对象，运用沉积学、石油地质 学等基础理论，以大量野外地质资料为基础，综合运用大量钻井和测井资料， 引进油气地质研究的一些新理论、新方法，系统分析了鄂尔多斯盆地上三叠统 延长组的沉积体系类型及其展布特征；总结了延长组主要产油层的孔隙类型以 剩余粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、浊沸石溶孔( 西南辫状河三角洲没有浊沸石 溶孔) 、晶间孔等为主，并分析了各种成岩作用对储集层物性的影响；深入分析 了鄂尔多斯盆地上三叠统延长组油藏形成的地质条件，得出盆地内油藏类型主 要受沉积体系控制的岩性油藏。按照油藏圈闭的成因，可将盆地延长组油藏进 一步细分为岩性上倾油藏、岩性透镜体油藏和构造一岩性油藏三类，并在此基 础上总结了盆地内缓坡带和陡坡带的油藏分布模式以及延长组油藏控制因素： ( 1 ) 延长组油藏( 尤其是长6 q 油藏) 分布受烃源岩中的富油气洼陷控制；( 2 ) 有利沉积相带是延长组油藏形成的基本地质条件，三角洲前缘亚相中的水下分 流河道往往是油气富集的最有利场所；( 3 ) 次生溶孔的形成影响了延长组油藏 的规模；( 4 ) 低幅鼻褶构成了油气富集的关键因素。 关键词：鄂尔多斯盆地上三叠统延长组沉积体系成藏模式控制因素 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ey a n c h a n gf o r m a t i o no ft h eu p p e r - t r i a s s i cs y s t e mi n o r d o sb a s i n ，u s i n gb a s i c a l l yt h e o r i e sa ss e d i m e n t o l o g y , p e t r o l e u mg e o l o g ye ta 1 b a s e do na b u n d a n to u t c r o ps e c t i o n s w e l ld r i l l i n g sa n ds e i s m i cd a t aa n di n t r o d u c e d s o m en e w l yt h e o r i e sa n dn e w l ym e t h o d so ft h eo i la n dg a sr e s e a r c h t h i sp a p e r s y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e p o s i t i o n a ls y s t e m si ny a n c h a n g f o r m a t i o na n di t sd i s t r i b u t i o n s ，g od o w nt or e s e a r c ht h ei n t e r s t i c e si nt h em a j o r i t y r e s e r v o i rs a n di n c l u d e s ：i n t e r g r a n u l a rp o r o s i t y , f e l d s p a ri n t e r s t i c e ，l i t h i c f r a g m e n t s o l u t i o nh o l e ，l a u m o n i t es o l u t i o nh o l e ( w h i c hd o e sn o ta p p e a ri nb r a i d e dr i v e r - d e l t ai n t h es o u t h w e s oa n di n t e r c r y s t a lp o r o s i t yt h a ti st h em a i na c c u m u l a t i n gs p a c e a n d d e t a i la n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fr e s e r v o i ra f r e c t e db yt h ed i a g e n s i s ；a c c o r d i n gt o t h ef o r m a t i o nc o n t r o l l i n gf a c t o ro fp e t r o l e u md e p o s i t , t h ey a n c h a n gf o r m a t i o ni s f u r t h e rd i v i d e di n t oc o n s i s t st h r e es p e c i e s ，i e 1 i t h o l o g i cp i n c ho u to i lr e s e r v o i r s ， l e n t i c u l a rs a n d b o d yr e s e r v o i r sa n ds t r u c t u r a l l i t h o l o g i cr e s e r v o i r s b a s e do nt h e s e ， s u m m a r i z e dt h ed i s t r i b u t i o n a lm o d e lo ft h eo i lr e s e r v o i ri nt h eg e n t l es l o p ez o n ea n d s t e e ps l o p ez o n e a n da n a l y z e dt h ec o n t r o l l i n gf a c t o ro fp e t r o l e u md e p o s i ta r ep o i n t e d t o ：( 1 ) t h ed i s t r i b u t i o no fp e t r o l e u md e p o s i t ( e s p e c i a l l yo h 6 8p e t r o l e u md e p o s i t ) i s c l e a r l y c o n t r o l l e d b y t h e h y d r o c a r b o n r i c hd e p r e s s i o n ；( 2 ) t h ea d v a n t a g e s e d i m e n t a t i o nf a n c i e sz o n ei st h eb a s i cg e o l o g yc o n d i t i o no fd e l t ao i lr e s e r v o i r s ，t h e u n d e r w a t e ro fd i s t r i b u t a r i e sc h a p e lo fd e l t al e a d i n ge d g es u r f a c e si so f t e nt h em o s t f a v o rs t a t i o no fg a t h e r i n gp e t r o l e u m ；( 3 ) t h es c a l eo fo i lr e s e r v o i ra f f e c t e db yt h e s e c o n d a r yp o r e sb e l t s ；( 4 ) t h ep e t r o l e u ma c c u m u l a t i o n - d e g r e ea f f e c t e d b yt h e l o w - r a n g eo v e rf o l d k e yw o r d s ：o r d o sb a s i n ，u p p e r - t r i a s s i c ，y a n c h a n gf o r m a t i o n ，d e p o s i t i o n a l s y s t e m ，p e t r o l e u ma c c u m u l a t i o nm o d e l ，c o n t r o l l i n gf a c t o r i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：计按络 2 0 0 6 年1 月5 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在五年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：彰眵 学位论文作者签名：叶技雄 2 0 0 6 年1 月5e t2 0 0 6 年1 月5 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 庙本人承担。 签名：叶文体 2 0 0 6 年1 月5 日 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究目的及意义 随着我国陆上各大含油气区勘探程度的不断提高，岩性地层油气藏探明储 量所占比重越来越大，据统计2 0 0 3 年中石油探明石油储量4 3 9 1 0 8 t ，其中岩 性地层油藏为2 7 2 x1 0 8 t ，占6 2 。中石油贾承造副总裁( 2 0 0 3 ) 根据中国陆 上油气勘探形势，强调岩性地层油气藏潜力巨大，明确指出“今后相当长一个 时期内，岩性地层油气藏将是我国陆上最现实、最有潜力的油气勘探领域”。 鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，也是我国最早发现并进行石油勘探 开发的大型含油气盆地之一。其地质结构简单、构造平缓、地层整合，以其油 气储层的普遍低渗透、特低渗透特征闻名。面积2 5 1 0 k m 2 ，东以吕梁山，南以 金华山、嵯峨山、五峰山、岐山，西以桌子山、牛首山、罗山，北以黄河断裂 为界，轮廓呈矩形。位于东经1 0 6 。2 07 1 1 0 。3 0 ，北纬3 5 。4 0 。3 07 地 区，跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区。是一个古生代地台及台缘坳陷与中新生代 台内坳陷叠合的大型拗陷盆地。 鄂尔多斯盆地中生界上三叠统延长组油藏是盆内勘探开发历史悠久的层位 之一，前人对其油藏形成的沉积环境和沉积相进行了大量的研究工作，特别是 陕北地区的长2 、长6 油层组的研究取得了很多成果，但随着目前勘探形势的要 求，对盆地内延长组其他层段的研究也有必要深入，特别是对可能发育在深湖 中浊流沉积砂体的研究有待系统研究。尽管对于三叠系油藏的油源问题已基本 搞清，但对于盆地内上三叠统延长组各层段沉积砂体的展布目前仍存在争议。 自2 0 世纪9 0 年代以来，随着沉积体系理论的不断完善和陆相层序地层理论逐 渐在盆地沉积地层和油气勘探中广泛推广，很多专家学者对盆地内延长组各油 层的认识不断深入，但由于延长组地层沉积时受湖平面的频繁波动以及沉积物 源多样性的影响，使得延长组长1 0 长l 沉积体系及其展布复杂多变，迁移性 强。导致有关盆地内长8 长4 + 5 油层组的沉积体系类型和空间展布规律；成岩 作用对主要砂体储集性能的影响以及生、储、盖组合规律与油气富集成藏的关 系需要深入的系统的研究。另外，对于整个延长组的油藏类型和成藏模式还未 进行过较为系统的研究。 第1 章绪论 本次本作从“实践、认识、再实践、再认识”这一研究油气地质规律的经 验，在前人研究基础上，试图从沉积体系的角度入手，从延长组油藏的沉积背 景出发，并与时俱进的引入新的油气成藏理论如含油气系统及成藏动力学思想、 富油气凹陷“满凹含油 论以及借鉴断陷盆地内提出的“坡折带”理论等，对 延长组低渗透油藏的成藏进行较系统研究，特别是对发育在湖盆较深处的浊流 沉积砂体的系统研究，以期能对进一步的油气勘探具有重要的指导意义。 1 2 国内外研究现状 在国外，从2 0 世纪6 0 年代开始，北美、西欧等一些国家由于石油储采比 的急剧下降，迫使人们加强隐蔽圈闭中找油。浴室寻找和捕捉以岩性和地层圈 闭为主的隐蔽圈闭成为在勘探成熟盆地中挖掘油气潜力的主要目标。隐蔽油气 藏最早由卡尔在1 8 8 0 年提出，威尔逊在1 9 3 4 年提出了非构造圈闭是“由于岩 层孔隙度变化而封闭的储集层 的观点。莱复生1 9 3 6 年提出了地层圈闭的概念， 并发表了题为“地层型油田”的论文。1 9 7 2 年哈尔伯蒂将地层圈闭、不整合圈 闭、古地形圈闭所形成的油藏统称为隐蔽油气藏。近3 0 年来，随着世界石油勘 探方法与技术的发展和科学研究工作的深入，人们将隐蔽油气藏的定义进一步 扩大为“在现有勘探方法和技术条件下，较难识别和描述的油气藏类型”，它涵 盖了地层油气藏、岩性油气藏、复杂断块油气藏和低幅度平缓背斜油气藏等油 气藏类型。但是岩性地层油气藏的形成地质背景、圈闭机制以及勘探的思路和 技术方法都是有别于其他隐蔽油气藏的，同时由于具有巨大储量和广阔的资源 前景，因此有必要对岩性地层油气藏进行单独的思考。 在国内，隐蔽油气藏从2 0 世纪7 0 年代末期开始逐步得到重视，相关的论 文和专著陆续发表，如中国隐蔽油气藏勘探论文集( 1 9 8 4 ，大庆石油地质 与开发编辑部编写) ，非构造油气藏( 胡见义，1 9 8 6 ) ，中国隐蔽油气藏论 文集( 潘元林等，1 9 9 8 ) ，渤海湾盆地隐蔽油气藏勘探( 高瑞琪等，2 0 0 1 ) ， 陆相盆地高精度层序地层学一隐蔽油气藏勘探基础、方法与实践( 蔡希源等， 2 0 0 3 ) 以及岩性地层油气藏勘探理论与实践( 中石油勘探与生产分公司主编， 2 0 0 5 ) 。在这些论著中，国内学者根据国内油气藏的特点，对隐蔽圈闭的概念、 分类、特征以及分布规律等方面进行了比较系统的界定和描述。2 0 0 3 年，贾承 造在中国岩性地层油气藏资源潜力与勘探技术一文中，为了明确研究对象、 2 第1 章绪论 避免概念混淆以及与国际接轨，建议不使用“隐蔽圈闭一词；明确提出岩性 地层油气藏的概念。基于国内油气的分布与勘探形势，大部分隐蔽圈闭的研究 主要集中在东部的含油气盆地中。 在这过去的几十年中，岩性油气藏的形成条件与分布规律一直是国内研究 的重点，很多专家学者从不同的角度和不同层面进行了论述。 ( 1 ) 从圈闭形成的角度，胡见义等( 1 9 8 6 ) 将岩性地层圈闭形成的基本要 素高度概括为三条线和三个面的有机配置，并对非构造油气藏圈闭进行了详细 的分类。三条线是岩性尖灭线、地层超覆线和构造等高线，三个面是地层不整 合面、顶底板面和断层面。通过这个限定，可以在岩性尖灭带、岩相变化带、 地层超覆带以及不整合面的附近寻找岩性地层油气藏。 ( 2 ) 从层序地层的角度，运用层序地层学理论划分地层等时格架，根据生 储盖组合来预测有利带。在层序界面附近常容易发育地层油气藏，在最大湖泛 面附近容易形成岩性上倾尖灭油气藏和岩性透镜体油气藏，而在有着类似被动 大陆边缘斜坡结构的断陷湖盆的斜坡下部，低位体系域期间形成的各类扇体是 形成地层岩性圈闭的有利目标。 ( 3 ) 从盆地结构的角度，这主要在研究断陷湖盆时，断陷湖盆陡坡带、镶 坡带和深坳带三带结构特征明显。在东部的勘探实践中，形成了坡折带( 断坡 控砂) 理论，即陡坡带以及缓坡带因为地形突变或断层形成的坡折带，往往是 控制沉积的重要因素，坡折带附近因湖岸线摆动形成多期岩性尖灭和地层超覆j 又因为紧邻生烃中心，所以坡折带常是地层岩性圈闭集中发育的地方。深坳带 作为生烃中心，其中的砂岩透镜体可以形成岩性油气藏。 ( 4 ) 从沉积体系、沉积相带、岩相的角度，根据不同的沉积体系、相带的 物性特征、侧向变化情况，预测岩性地层油气藏。从勘探实践来看，发育在湖 盆的沉积体系中，三角洲沉积体系是最有利于岩性地层油气藏的发育，其中三 角洲前缘的水下分流河道、河口坝等又是其中的“甜点”。一些专家学者根据沉 积相、岩相及流体势在岩性地层油气藏中的作用和互动关系，提出了“相势耦 合控藏”论( 蔡希源等，2 0 0 3 ) ，即在油气藏充满度和成藏的诸多控制因素中， 运移条件( 流体势) 、接受条件( 岩相) 是控藏的主要因素。流体势与沉积相带 呈负相关关系，势能高，孔隙度下限低：势能高，孔隙度下限高。势能大小与 沉积相带的耦合决定储层的含油性。在异常压力形成的封存箱中，压力封存箱 内形成高势岩性油藏区，压力封存箱外形成常势地层、岩性油藏区。 3 第l 章绪论 ( 5 ) 从盆地发育的角度，赵文智等( 2 0 0 4 ) 在富油气凹陷“满凹含油 论一内涵与意义一文中提出，盆地的发育受构造幕式运动的影响，常形成多 个旋回。陆相沉积多水系与频繁的湖盆振荡，导致湖水大面积收缩与扩张，使 砂体与烃源岩不仅间互，而且大面积接触，从而使得各类储集体有最大的成藏 机会，因而含油范围超出二级构造带，并在斜坡区和深坳部位有油气藏的形成 和分布。因此认为，岩性地层油气藏可以在盆地的各个部位以及盆地发育的各 个阶段形成。 ( 6 ) 从盆地类型的角度，贾承造( 2 0 0 3 ) 在中国岩性地层油气藏资源潜 力与勘探技术一文中对中国陆上岩性地层油气藏形成与分布特征进行了分析， 认为中国各大油区的主要含油气盆地都经过复杂的构造演化史，岩性地层油气 藏形成条件与分布特点有较大差异。并根据古气候、砂体类型和聚油背景等宏 观控制因素，分析了不同盆地类型岩性地层油气藏形成与分布规律。认为我国 主要含油气盆地包括四种类型：一是陆相坳陷盆地，如松辽盆地：二是陆相断 陷盆地，如渤海湾盆地；三是陆相前陆盆地，如库车；四是古生界海相盆地， 如塔里木盆地，四川盆地。每种类型盆地的形成演化历史、地质结构特点、古 气候背景、沉积区与周围隆起区( 物源区) 空间配置及相互作用特点等方面的 差异，导致各盆地的层序发育特点、主要砂体类型及其三维空间分布。有利圈 闭存在显著差异，由此控制了不同的岩性地层油气藏类型。 1 3 研究技术路线 在板块构造理论的指导下，对整个鄂尔多斯盆地区域地质背景或盆地地球 动力学类背景进行分析，在此基础上对陕北地区上三叠统延长组的沉积背景从 沉积体系的角度进行分析，并引入富油气凹陷“满洼含油 论和系统论的思想 对研究区内的油藏形成地质条件进行分析，建立起构造沉降影响较小的盆地内 低渗透岩性油藏的成藏模式以及鄂尔多斯盆地上三叠统延长组缓坡带和陡坡带 的油藏分布模式，并总结延长组油藏形成的主控地质因素。 论文开展的技术路线如图1 1 。， 4 第1 章绪论 1 4 完成工作量 l 统一的时、空范围 上 i 油气藏类型、模式 图1 1 论文研究技术路线 自2 0 0 4 年8 月项目正式启动，开始着手前人研究资料的收集、整理以及有 关油气藏成藏研究方面文献的查阅及整理，总计8 0 余篇。 2 0 0 4 年8 月，前往中石油长庆油田分公司观察岩心并采集样品； 2 0 0 4 年1 2 月，论文开题； 2 0 0 5 年3 月至6 月，利用收集来的分层数据以及相关测试数据，对研究区 内单个取心井和岩屑录井资料进行系统的沉积学研究，划分沉积微相，确定各 层位具代表的沉积微相类型，并在此基础上，通过不同单井沉积微相对比，确 定不同沉积时期各沉积微相的垂向演化特点，进而绘制出研究区内延长组各亚 期沉积体系发育与展布； 5 第1 章绪论 2 0 0 5 年7 月至9 月，利用铸体薄片、x 衍射、孔隙结构等测试结果，分析 延长组主要目的层段的物性特征、成岩特征，并分析总结了延长组储集砂体的 主要成岩作用： 2 0 0 5 年1 0 月至1 2 月，对研究区延长组油藏的成藏地质条件进行了分析， 并总结了延长组岩性油藏的成藏模式及其分布规律，论文撰写工作基本完成； 2 0 0 6 年1 月，论文答辩。 论文工作量统计如下( 表1 1 ) ： 表1 1 论文工作量统计 项目 资料数量 中外文献阅读8 0 余篇( 册) 观察描述岩心笔记及照片若干 岩石薄片鉴定2 4 8 余式 各种测试数据3 万余个 扫描电子显微镜分析9 口井、照片4 4 张 各类成果图5 0 余张 论文报告一份 5 万多字 6 第2 章区域地质背景 第2 章区域地质背景 晚三叠世鄂尔多斯盆地属于大华北盆地的一部分，早古生代由于地幔上拱， 拉开了秦( 岭) 祁( 连) 海槽，使中国古陆解体，分裂成塔里木地块、华北地 块及扬子地块。华北板块在中生代侏罗纪末之前始终是一个统一的整体，直至 白垩纪末由于山西地区的隆起，使得鄂尔多斯地块从华北板块分离，遂形成独 立的沉积盆地。 2 1 鄂尔多斯盆地构造演化简史 晚三叠内陆盆地形成前，华北板块经历了结晶基底的形成与演化、早古生 代与晚古生代的地质构造演化。结晶基底的形成经历了三次造盾期，第一造盾 期为太古代原始陆核的形成，按板块构造的观点，可能有一个小陆核聚集阶段， 这一聚集过程可以通过地体碰撞形式加以实现，也不排除小规模俯冲带的出现， 晚太古代以来的绿岩带即处于这种陆核周边，推测以绿岩带为代表的活动带就 是小陆核的焊接带，最终形成了包括华北、阿拉善，秦岭等地块在内的统一原 始古陆( 张兆忠，1 9 8 0 ，何自新等，2 0 0 3 ) ；第二造盾期为早元古代陆壳的裂解 与拼合，该时期使太古代形成的统一原始古陆又复破裂，构造体制出现不同性 质的活动带同刚性地块并存的构造格局，在鄂尔多斯地块内部及周边发育了活 动大陆边缘增生带，并导致克拉通的垂向加厚和刚度增强，经过吕梁运动，从 而结束了第二造盾期，并最终形成了鄂尔多斯克拉通的结晶基底( 马杏垣等， 1 9 7 9 ，何自新等，2 0 0 3 ) ；第三造盾期为中晚元古代的裂陷充填，由于前期形成 的统一陆壳厚度薄，地温梯度高，刚性强度弱和固结程度低，因此局部的克拉 通化仍在进行，特别是受秦、祈、兴蒙海槽的开裂，扩张影响，在陆壳较薄的 克拉通陆地边缘地带，以地热幔点为三叉点，普遍发生断块破裂与陷落，相继 发生系列坳拉槽，如贺兰坳拉槽，晋陕坳拉槽，晋豫坳拉槽和白云鄂博一渣尔 泰坳拉槽等，标志着已形成的刚性地块在其边缘复活开裂、充填的新局面，经 晚元古代晋宁运动使包括鄂尔多斯在内的华北板块进一步褶皱、固结，结束第 三期造盾作用( 王同和，1 9 8 6 ，王楫等，1 9 8 7 ) 。 早古生代华北板块进入了克拉通盆地稳定发育时期，在多幕快速海进和缓 7 第2 章区域地质背景 慢海退演化过程中，沉积了一套全区稳定的并可追踪对比的寒武一奥陶系海相 碳酸盐夹碎屑岩沉积。华北板块南缘面l 临一个海洋，椐古地磁资料，那是一个 比较宽广的海洋，并不象今天这样的格局( 即南缘为秦岭造山带) ，再往南才为 扬子地块，而秦岭地区在造山前为一宽度有限的海槽，因为寒武一奥陶纪时， 华北与扬子两块体还分别位于古纬度的南纬3 6 4 2 0 至北纬3 9 5 0 之间与北纬 4 0 0 0 至8 2 8 0 之间( 吴汉宁等，1 9 9 0 ) 。地块北部以内蒙古陆与兴蒙加里东海槽 相隔，西以青铜一固原断裂为界与祁连海槽相邻，而西北则仍为继承性活动的 “再生 贺兰坳拉槽。当时的华北板块( 包括鄂尔多斯盆地) 是一个北高南低， 面向大洋、具有宽广大陆架的盆地，其盆地边缘活动经历了寒武一早奥陶世被 动大陆边缘，中奥陶世一晚奥陶世活动大陆边缘两期构造发育阶段( 陈刚等， 1 9 9 4 ) 。特别是加里东末期形成的沉积间断与奥陶系顶部侵蚀卜岩溶古地貌，对 盆内古生界天然气聚集与分布起着定位或重要控制作用。 晚古生代，华北板块( 包括鄂尔多斯盆地) 由于其南北两侧早古生代末的 弧一陆碰撞，褶皱山链阻隔了区内与外海的联系，从此逐渐进入了陆内盆地或 内克拉通盆地。早古生代的横亘于鄂尔多斯盆地中央的南北向古隆起不仅阻隔 了太原组沉积前的秦祁海与华北海连通，而且还形成了沉积上的东、西分异格 局，还对早二叠地层的岩性、岩相及其厚度变化等起着一定的控制作用，进而 这种格局逐渐被南北沉积分异的新格局取代，特别是在伊蒙隆起上发育了一组 叠加在上述南北构造之上的东西向微隆构造，其活动对山西组一石千峰组沉积 地层北高南低及岩相南北分带有明显控制作用；在此期间贺兰裂谷在石炭纪与 早二叠世又开始复活，促使其复活的原因可能来自北祁连加里东褶皱带形成时 的向北推挤作用，该作用先使其抬升，进而使原裂谷两侧断裂纵张复活，并在 后期沉积物重荷下再次下沉( 赵重远等，1 9 9 3 ，何自新等2 0 0 3 ) 。 中生代鄂尔多斯盆地的早、中三叠世内陆盆地是华北大型内陆盆地的组成 部分，它继承了二叠纪近东西向的构造格局和稳定的沉积特点，所不同的是沉 降速率有所加快。 2 2 晚三叠世盆地形成的动力学背景 盆地的形成、发展和消亡与构造旋回同步，对于不同时期的构造旋回来说， 盆地的类型和演化过程亦有所不同。晚三叠世鄂尔多斯盆地是印支构造旋回的 8 第2 章区域地质背景 产物。印支运动使华北板块进入全球构造的新阶段，也是华北板块地壳运动史 上的一个重大转折，具有划时代的重要意义。 印支期开始，华北板块受到不同方向、不同级别的板块作用，特别是南侧 古特提斯的闭合和新特提斯的开启，扬子板块的推挤及印度板块的碰撞，东侧 太平洋板块的形成、滑移和俯冲，即朱夏( 1 9 9 0 ) 指出的“两条峰线作用 ，加 上北侧西伯利亚板块限制性挤压，华北板块处于三面受挤压的构造环境中，盆 地的发育主要受大陆地壳缩合变形的控制，成为板内盆地，具体说，在晚海西 一印支期，华北板块南缘受古特提斯海扩张影响，夹于扬子板块与华北板块之 间的原始秦岭洋发生第三次汇聚作用，前两次汇聚分别发生在晋宁期和加里东 期( 奥陶纪开始俯冲) ，这次汇聚( p t 纠) 为主造山期，系由点、面接触碰撞 演变为全面碰撞，并最终隆升成山，奠定了秦岭造山带基本构造格架( 图2 - 1 ) ， 它是由两个强烈变形的古大陆边缘及古秦岭洋中的地块拼合成的，其中商丹断 裂带既是俯冲碰撞的主缝合带之一，又是南北秦岭构造带分界线，碰撞对接封 闭了残余的秦岭海槽之后并未平静下来，继之又发生中新生代强烈陆内隆升及 其相邻地块相向陆内俯冲作用，并导致南北边缘大陆块向南北大规模逆冲推掩， 在推掩最强烈时期( t 厂j 。) 在秦岭造山带北侧外缘与其南侧外缘形成前陆盆地 ( 如四川龙门山前) ( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。这类盆地可能就是殷鸿福等( 1 9 9 2 ， 1 9 9 6 ) 根据北秦岭外缘现今零星残存的某些上三叠统沉积所恢复的统一陆相盆 地。由于新生代以来的走滑改造和印支一早燕山期大规模的推掩，使其较难恢 复，但据秦岭造山带转变部分，即晚三叠世鄂尔多斯盆地西南缘残留巨厚的砾 图2 一l 秦岭造山带主造山期板块最后俯冲碰撞基本构造格架 n c 华北板块；y z 扬子板块；q l 秦岭微板块；mm o h o 面；s f 商丹缝合带； s f 2 勉略缝合带( 引张国伟等，2 0 0 1 ) 9 第2 章区域地质背景 岩沉积，和其沉积中心轴向偏南，并与处于挤压状态的秦岭造山带相连看，应 有耦合关系，鄂尔多斯盆地南部应属前陆盆地( 刘和甫，2 0 0 1 ) 。 与此同时，华北板块西缘、西南缘打破前期的相对平静状态，在贺兰山之 汝箕沟以及南边的石沟驿和安口窑形成一条近南北向的沉降带，在上述几个沉 降中心地区沉积了上三叠统以砾岩为主、厚达3 0 0 0 多米的粗碎屑岩，然而同期 沉积在鄂尔多斯盆地区的厚不过千米左右，这个沉降带预示其西侧有一个自印 支期开始形成的a 型俯冲逆掩构造带( 甘克文，1 9 8 3 ) ，其力量的来源则为当时 南秦岭盆地在三叠纪时的再次拉张，它通过巴颜喀拉三角区与古特提斯洋相接， 西秦岭三叠纪留凤关群浊积岩与巴颜喀拉群浊积岩组成统一的沉积域，导致古 特提斯海与秦祁裂谷沟通并向北、北东方向扩张与俯冲，产生的推挤作用的结 果，即逆掩构造带南端则主要受特提斯海向北东推挤形成近南北向的右形剪切 应力，北端受阿拉善地块向东推挤，两者使西缘逆冲带隆起，并构成盆地西部 边界，出现构造砾岩相带，并伴有前陆盆地形成，这已有不少文献从不同侧面 曾有过论述( 赵重远，1 9 8 3 、1 9 9 3 ，柯保嘉，1 9 8 8 ，郭忠铭等，1 9 8 9 ，靳久强， 1 9 9 0 ，李思田等，1 9 9 6 ，陈刚，1 9 9 9 ) 。与其同时，晚三叠鄂尔多斯盆地的北缘 和东缘，在继承早、中三叠世稳定的克拉通盆地古构造面貌的基础上，经印支 早期运动，差异性升降更加明显，在其北缘形成了北高南低并向南倾斜幅度较 大的斜坡，东缘由于华北板块东部受太平洋板块向北西西向俯冲和联合古陆解 体时欧亚板块顺时针旋转所产生的近南北向左行剪切应力下，华北东部逐渐挤 压隆起，使晚三叠世沉积边界相对于晚古生代一早、中三叠世大华北盆地向西 移至太行山东侧一带，形成东高西低向西南倾斜的古斜坡。 晚三叠世末( 即印支运动晚期) ，随着古特提斯海最终挤被压造山，褶皱关 闭，在亚洲西南部形成世界上规模最宏观的印支造山链，并由此产生向北东向 的挤压应力，导致扬子地块向北位移并与华北地块最终全面碰撞、对接，从而 形成秦岭一大别山加里东一印支复合造山带。在华北地块块东侧，扬子地块沿 郯庐左旋平移并形成五莲一荣城印支造山带( 王同和，1 9 8 6 ) ；在华北地块北部， 由于西伯利亚板块的向南挤压，形成了中亚一蒙古大型逆冲推覆构造( 郑亚东， 1 9 9 1 ) ，在此影响下，华北地块东部隆起西部坳陷的古构造格局逐渐形成，亦标 志着东部陆缘构造受古太平洋板块与东亚大陆之间的相互作用和相互影响增 强。而在此期间，位于华北地块西部的晚三叠世鄂尔多斯盆地变形主要表现在 盆地不均一抬升、地层遭受大面积剥蚀以及与上覆地层的角度不整合，尤其是 1 0 第2 章区域地质背景 在其顶面形成的沟谷纵横、残丘起伏、阶地层叠的古地貌景观，成为地质构造 演化史中最为醒目的一幕。 2 3 晚三叠世盆地古纬度，恢复及其变迁 利用华北地块上古地磁数据，参考古生物和古气侯资料，恢复华北地块在 地质历史中的平移、旋转以及它们当时的空间位置，从而为华北地块的构造演 化、盆地的沉积迁移以及造山提供了重要佐证。 古地磁分析数据表明( 表2 1 ) ，晚三叠世时，大华北盆地所在古纬度为北 纬3 1 0 3 0 ，比现在所处的纬度( 3 5 1o ) 偏南4o 多，也就是说盆地所在古空间位 置相当于现在的长江沿线一带，温度与湿度相对较高。从古生物资料看，古植 物与孢粉化石异常丰富，延长组上部( t 。y 。_ t 。y 。) 以苏铁类、银杏类和松柏类 为主，下部( t 3 y 广t s y ：) 以木贼类最为发育，是我国地质历史上重要造煤期之 。，有名的瓦窑堡煤系就发育在延长组顶部( t 。y ；) 。这表明在进入晚三叠世蜃； 气侯开始转向温暖潮湿，特别在长7 _ 8 时期，生物繁盛，有机质丰富，湖盆扩 张，湖水急剧加深( 图2 2 ) ，使有机质得以在还原环境下保存下来，这也就为 该期湖相沉积物成为鄂尔多斯盆地中生界重要生油岩系创造了良好的条件。 表2 1 晚三叠世延长组古地磁分析有关数据 样品位置 岩石地层 剩磁方向古地磁极位置 陬 k 古纬度 地区经度纬度 单元、年代 d i 纬度经度 元岗组 山西宁武 1 1 2 1 。3 9 1 。1 6 65 3 84 0 17 6 1 。2 1 4 6 。3 3 7 。 ( j ：) 延长组五段 陕西城 1 0 9 0 。3 5 1 。3 3 2 4 5 2 0 72 1 0 l6 6 9 5 。2 5 6 5 。 ( t s ) 延长组四段 陕西铜川 1 0 9 0 。3 5 1 。3 4 2 0 34 9 0 61 2 6 17 4 0 3 。5 2 9 。 ( t ，) 延长组三段 3 1 0 3 。 陕西铜川 1 0 9 0 。3 5 1 。3 3 7 94 6 2 44 0 6 86 9 7 。 3 2 。 ( t 3 ) 延长组一、 陕西铜川 1 0 9 0 。3 5 1 。3 3 7 4 4 7 5 0 5 36 8 4 2 。1 2 。 二段( t 3 ) 陕西铜川 1 0 9 0 。3 5 1 。 纸坊组( t 2 ) 3 3 1 13 6 0 54 6 86 0 3 。 3 5 5 3 92 0 4 。 ( 引吴汉宁等，1 9 9 0 ) 第2 章区域地质背景 棚对干 腰位 湖席线陆泓疆热热髑 滋变纯 j l 歹i c h i 、 c h ： l 潮湿 c h ， 乏 c h ：， 气l c h ：， ；l 潮湿 c h 。 l 潮漯 c h ， ( c h 。 ( ? c h e 带干卓 t z 十幂 图2 2 晚三叠世鄂尔多斯盆地延长组湖平面变化示意图 图2 - - 3 早寒武世一早白垩世华北地块运移图 ( a ) 据国家地震局，1 9 9 1 ： ( b ) 据吴汉宁等，1 9 9 0 古地磁资料亦反应了晚三叠世盆地在地质历史中的变迁轨迹。随着华北板 块的漂移，各时期的盆地迁移轨迹是：早寒武世华北地块上的盆地尚处于南纬 1 2 第2 章区域地质背景 3 0 l 4 0o ，四周和基底是以断裂为边界的独立地体；随后向北漂移，在中奥陶 世处于赤道附近，而后继续向北运动并伴以顺时针旋转；到早三叠世一晚三叠 世期间其运动逐渐变慢，晚三叠世一早侏罗世期间，地体北移终止并变为逆时 针旋转，约在白垩世就定格于现今位置( 马杏垣等，1 9 8 4 ) 。吴汉宁等( 1 9 9 0 ) 也通过古地磁分析，得出大体相同的漂移轨迹( 图2 3 ) 。这就为晚三叠世盆地 所在的古纬度恢复以及晚三叠世盆地内不同时期或阶段岩相古地理的重建提供 重要依据。 2 4 晚三叠世盆地的结构与属性 晚三叠世内陆盆地的沉积边界远超出现今鄂尔多斯盆地延长群残留的范 围，北缘至阴山隆起；西南缘及南缘可达祁连一秦岭隆起北侧；向东可分布到 晋豫冀地区，大致界线位于大同一五台一石家庄一邯郸一济宁一线，在该线以 东、以北地区地势较高，以隆升剥蚀为主；其沉积西界与六盘山地区及其西的 晚三叠世沉积区相通，因此可认为原始的晚三叠世盆地，虽不能与包括早、中 三叠世内的晚古生代大华北盆地相比，但它也是远远超出现今鄂尔多斯盆地范 围。 盆地的结构从整体来看，具有北高南低，沉积厚度北薄南厚，沉积物岩性 北粗南细的特点：坳陷中心偏向南部，大致位于铜川一三门峡一济源郑州一 带。但是盆地结构也具复杂性一面，如在鄂尔多斯盆地晚三叠世残留厚度图上 所见( 图2 4 ) ，除具向东开口、北翼宽缓、南翼较陡的广阔的北西一南东向吴 旗一铜川坳陷结构外，盆地内东西分异也较明显，从西向东依次为；强烈沉降 的平凉一石沟驿一汝箕沟近南北向大型沉降带，其中堆积粗粒碎屑沉积物，最 厚达3 0 0 0 米以上；向东为狭窄的鄂托克旗一盐池一环县一庆阳南北向潜隆带， 其上沉积厚度减薄至4 0 0 , - - , 6 0 0 米左右；再向东则为安塞一铜川坳陷，沉积厚度 达1 1 0 0 米以上，深水处是浊积岩广泛分布的地区。 根据盆地形成的构造背景或地球动力学过程、盆地的基底性质与盆地的结 构等分析，晚三叠世盆地的构造属性，即主要受控于古特提斯海的扩张向北、 北东部的推挤，导致扬子板块与华北板块汇聚，最终秦岭海槽关闭、挤压造山 所产生的逆冲作用形成前陆盆地特点外，又受到基底与基础层结构不均一的差 异沉降明显影响，故在较大范围内形成总体近东西向以及坳陷轴偏南的带有差 第2 章区域地质背景 异性沉降特点 的大型拗陷盆 地。按照孙肇才 等( 1 9 9 0 ) 表述， 这类盆地形成 处在东西构造 域之间或处于 东西部不同地 球动力学背景 的调节带上，受 两个构造域影 响，且在平面展 布上具有活动 馔、深坳带和稳 定前陆斜坡的 ? 结构特点，说明 这类盆地虽不 如四川龙门山 等前陆盆地典 型标准，但也具 前陆盆地的特点。 o 8 01 幻k m 1 1 ：j 一 图2 4 鄂尔多斯盆地上三叠统延长组等厚图( 引石油地质志) 2 5 研究区构造及其与油气的关系 前人根据现今的构造形态以及盆地的演化史，将盆地划分为：伊盟隆起、 渭北隆起、西缘冲断带、晋西挠褶带、天环坳陷、陕北斜坡等六个构造单元， 本次所研究区基本都位于陕北斜坡上，该斜坡呈向西倾斜，构造平缓，平均坡 降为1 l o o m ，倾角不到1 。由于斜坡受挤压应力微弱，斜坡内以发育面积小、 幅度低、无一定方向性的鼻状构造为主，这类构造多是由于沉积压实差异性、 或因古地貌高或因岩性差异压实所形成，为区内油气聚集的重要圈闭。 1 4 第3 章延长组油藏形成的沉积背景 第3 章延长组油藏形成的沉积背景 从目前对鄂尔多斯盆地三叠系油藏的勘探结果来看，延长组油藏多以岩性 油藏为主，而在本次研究区的油藏可以认为全是岩性油藏，即使是发育的小幅 鼻状构造，也多是由于沉积砂体的差异压实所致。一般认为，岩性油藏的形成 常与一定的沉积体系和沉积相带有关，因此本次研究从沉积体系的角度，对盆 地内上三叠统延长组油藏进行研究，搞清研究区内沉积体系的发育及其平面展 布情况，结合已发现油藏实际情况分析延长组油藏的分布与沉积体系的关系， 特别就研究区内深水中广泛发育的浊流沉积作一些尝试性的分析。 3 1 鄂尔多斯盆地延长组物源分析 物源分析是沉积盆地分析的一项重要内容，可为沉积盆地的大地构造背景 判别、古环境恢复提供重要依据。而比较准确地判断物源方向是沉积盆地岩相 古地理分析的首要内容，它不仅可判定注入水系的方向和河口位置，而且是确 定砂体展布规律的重要依据。借鉴现代沉积研究结果，凡属规模较大的三角洲 ( 如现代黄河、长江三角洲) ，必然有主水系和稳定的物源区作后盾。基于这一 认识，傅强等( 2 0 0 2 ，2 0 0 5 ) 选择了鄂尔多斯盆地延长组的长6 、长2 两主要油：。 层组作为分析对象，从盆地外围隆起区可能提供物源的基岩成分特征分析、盆 地周缘延长组露头区古水流向测定、盆内延长组砂岩主要组份与重矿物组合特 征对源区母岩类型的恢复与对比，得出：受控于印支构造形成的南、西部陡北 东部缓的晚三叠世鄂尔多斯盆地，具有多物源、多水系及其搬运来的碎屑组分 明显分区分带的特征( 图3 1 ) ，其中以阴山古陆和秦岭一祁连古陆作物源区， 由北东向和南西向两大主流水系所带来的巨量的碎屑物占据主体，并为北东向 缓坡大型复合正常三角洲沉积体系和南西向陡坡大型复合辫状三角洲沉积体系 发育提供了基础，其次由阿拉善、海源和陇西古隆等为物源区，分别通过北西 向、正西和正南向古水系携带来的碎屑物，为中小型陡坡扇三角洲沉积体系发 育提供了基础，这些三角洲沉积体系在同一时期发育或不同时期继承性发展， 甚至在它们相邻处互补形成浑水三角洲体系，共同组成沿湖盆边缘大致连片的 三角洲发育带。盆地内广为分布的三角洲发育带，在湖盆兴盛时期受各种因素 第3 章延长组油藏形成的沉积背景 诱导不断下滑形成大面积复合发育的浊积扇沉积体系，以致盆地内各类沉积体 系有规律地分布与结合，形成了盆地内基本的沉积格局。 图3 1 晚三叠世鄂尔多斯盆地不同物源沉积分区概略图 ( 傅强、张国栋等，2 0 0 2 ) 1 6 第3 章延长组油藏形成的沉积背景 3 2 沉积体系及其成因类型 自6 0 年代以来，沉积体系的概念在沉积盆地分析中得到了广泛应用，并形 成了沉积体系的盆地分析法。对于沉积体系的概念不同的人也给予了不同的理 解，f i s h e r ( 1 9 6 7 ) 认为，沉积体系就是指在成因上由现代或古代沉积过程和 沉积环境联系在一起的岩相的三维组合；g a l l o w a y ( 1 9 8 3 ) 把沉积体系定义为 “沉积体系是指空间上关联相的三维单元 ；张国栋( 2 0 0 2 ) 将沉积体系定义为一 组在沉积环境和沉积作用上有成因联系的沉积相的三维组合。对于沉积体系的 研究目的就是为了整体解剖沉积盆地( 地层) ，对沉积盆地( 地层) 进行全面系 统的分析。本次研究中就是以近代沉积学理论为基础，采用“将今论古 的现 实主义原则，结合盆地形成的构造背景，以沉积成因标志( 诸如岩性，沉积结 构与构造、古生物、地球化学特征和物理测井曲线组合等) 为线索，从剖面结 构着手，运用比较沉积学方法，对研究区内五大沉积体系及十几种亚相、三十 多种微相类型的发育特征作一个简单的分析总结，并着重对研究区内发育在深 水中的浊流沉积体系进行分析，总结归纳出其成因模式。 3 2 1 扇三角洲沉积体系及其成因类型 扇三角洲是指从附近高地推进到稳定蓄水体( 海或湖) 中的冲积扇。与三 角洲一样，它也具有三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三个亚相带。但与三 角洲不同的是，它濒临物源区，与物源区之间的坡降也较大，是由冲积扇直接 推进到蓄水体而成，并未经历曲流河或辫状河的相对长距离搬运。晚三叠世延 长组扇三角洲主要分布在盆地的西部与南部。前者发育在强烈的逆冲断裂活动 带的背景下，陡坡及其相邻的盆地基底伴随着逆冲事件大幅度沉降以及近源沉 积物在区域水位下快速的补偿、充填，这都为扇三角洲的发育创造了极有利条 件；后者是由于盆地边缘不均衡的走滑一拉张使得基底下陷，导致原来的斜坡 带发生一系列阶梯状断陷，使坡度更陡，沉降速度增大，即随着可容空间增大， 补给量的增强，也为扇三角洲粗碎屑楔状体的发育提供了极有利条件( 杨友运 等，2 0 0 4 ) 。 根据盆地西缘露头区平罗一汝箕沟、石沟驿剖面和环4 0 、庆2 1 等钻井揭示， 扇三角洲主要在长8 4 + 5 油层组中，其各亚相带的成因类型可归纳如下( 表3 1 ) ： 1 7 第3 章延长组油藏形成的沉积背景 表3 1 鄂尔多斯盆地内扇三角洲沉积体系及其微相类型 沉积体系亚相微相发育层位与分布