（地球化学专业论文）鄂尔多斯盆地古地温演化与多种能源矿产关系的研究.pdf

摘要 本论文按照盆地分析整体、动态、综合的原则，在综合应用地质、地球物理 及地球化学资料的基础上，应用镜质体反射率、包裹体均一温度法及裂变径迹等 分析方法，对鄂尔多斯盆地古今地温场及热演化历史进行了深入的研究，取得了 一些新的认识。 根据大量的测温资料回归分析，鄂尔多斯盆地现今平均地温梯度约为2 9 l o o m ，全盆地平均大地热流值约为6 1 8m w 加2 ，接近于全球平均热流的中值， 属中温型地温场。鄂尔多斯盆地现今地温梯度与大地热流的展布受盆地不同构造 单元地壳厚度、岩石圈厚度变化控制。 应用镜质体反射率、包裹体测温、磷灰石裂变径迹等多种古地温研究方法， 结合盆地构造演化史，恢复了鄂尔多斯盆地热演化史。古生代到中生代地温梯度 都较低( 2 2 3 0 l o o m ) ，中生代晚期地温梯度升高到3 3 4 1 1 0 0 m ，新生 代以来逐渐降低到2 8 1 0 0 m ，平均古地温梯度在4 o l o o m 左右，明显高于 现今地温梯度。 鄂尔多斯盆地在中生代晚期存在一期构造热事件。构造热事件主要发生在中 生代晚期早白垩世约1 4 0 1 0 0 m a ，构造热事件持续时间约在1 0 4 0 m a 之间。构 造一热事件对油气、煤的形成、演化、成藏有多方面的控制作用。燕山晚期是笳 地油气运移和聚集的主要时期，也是石炭一二叠系、三叠系及侏罗系的煤化作用 的主要时期。 鄂尔多斯盆地后期经历了大规模的抬升剥蚀，首次应用热导率与深度关系进 行了剥蚀厚度的恢复。根据镜质体反射率与深度关系等资料恢复了不同构造单元 的剥蚀厚度。剥蚀程度按天环向斜一西缘断褶带一伊盟隆起一伊陕斜坡一晋西挠 褶带一渭北隆起顺序依次加大。 鄂尔多斯盆地热演化史控制了油气、煤的形成和演化，也控制了铀矿的形成 时期。根据盆地热史模拟结果，地层经历的最大古地温是在早白垩世达到的，早 白垩世构造热事件发生的时期是古生代煤系地层的主要生气期，也是东胜地区会 属铀矿成矿时期。早白垩世生成的油气向伊盟隆起东胜地区运移，对铀矿的形成 起到了还原剂的作用。 关键词：鄂尔多斯笳地；古地温；热演化史；构造热事件；会属铀矿 t h en s 姐r c ho nm i a t i o n s h i pb e t w e e np a i 如g 蜘t h e r m a l e v o l u t i o n a ih i s t o r ya n dv a n o u sm i n e r a ld e p o s i t si no r d o sb a s i n a b s t r a c t b yp j n c j p l e so fj n t e 酎a t e d ，d y n 枷j c 锄dc o m p f e h 皿s i v eb a s j n 蛐a l y s i s ，r c s c a r c h w e r em a d ei l l0 r d o sb a s i nu s i n gv i t r i n i t cr e n e c t 跚c e 、h o m o g e n i z a t i o nt e m p e 飓t u r e so f n u i di n c l u s i o na n da p a t i 把f i s s i o nt r a c ko nb a s eo fg e o l o g i c a i ，g e o p h y s i c a la n d g e o c h e m i c a lm e t h o d s p r o 掣e s s e sa r cm a d ea c c o r d i n gt of e s e a r c ho fp a l e o g c o t h e n i l a l f i e l da n dp i t s e n tg e o t h e 珊a lf i e l da n dt h e 姗a le v o l u t i o n a lh i s t o r yj nt h eo r d o sb a s i n - o nt h ef e g r e s s i o na n a l y s i sf 而ml a r g e u m b e r so ft h e 珊o m e t f i cd a t a ，f c s u l t ss h o w t h a tt h eo r d o sb a s i ni sam i d d l e - t e m p e r a t u r cs t y l eg e o t h e 珊a lf i e l d ，p r c s e n ta v e r a g e g e o t h e n n a l 伊a d i e n t si s 2 9 1 0o l l l ，a v e r a g ev a l u eo ft h e 册a ln u xi sa b o u t 6 1 8 m w m 20 ft h ew h o l eb 硒i nn e a r l ot h em i d d l ev a l u eo ft h ca v e 忍g et h c 瑚a ln u xa u t h ew o r l d p r e s e n tg e o t h e 珊a lg r a d i e n t 锄dg e o t h e 肌a 1n u xo ft h eo r d o sb a s i ni s c o n 仃0 l l e db yt h et h i c i 【l l e s so ft h ee a f t hc r u s ti nt h ed i f f e r e n tt e c t o n i ce l e m ta n dl h e t h i c l 【i l e s so fl i t h o s p h e r e n et l l e 锄a le v o l u t i o n a lh i s t o r yi sr e v e r c db ym e a i l so fm a i l yl 【i n d so f p a l e o t h e r i i l o m e t r i cm e t i l o d si n t e 铲a t i n gt e c t o n i ce v o l u t i o n a lh i s t o r yo ft h eb a s i n b o t h p a l 扯o z o i ce r ag e o t h e 肌a lg r a d i e n t sa n dm e s o z o i ce r ag e o t h e 姗a lg r a d i e n t sa r e1 0 w ( 2 2 3 0 1 0 0 m ) g e o t h e 珊a lg m d j e n t si se l e v e t o r yt o3 3 4 1 1 ( ) o mi nt h e a f t e 册o o no fm e s o z o i ce r a ，g e o i h e 瑚a l 掣a d i e n t sf a l l e dt o2 8 1 0 ( h nl i t t l eb yl i l t l e s i n c ec e n o z o i ce a f ，t h ea v e 伯g ep a l e o g e o t l l e 珊a lg r a d j e n “sa b o u t4 0 1 0 0 l n ，w h i c h i so b v i o u sh i g l l e r t h a np r c s e n tg e o t h e r n l a l 伊a d i e n t t 1 l eo r d o sb a s i no nl a t e m e s o z o i ce x i s to nat e c t o n i ch e a te v e n t 1 ti sd e c i d e dt h a t t e c l o n i ch e a te v e mo c c u r r c do n1 0 0 1 4 0 m ao fe a r l y c r e t a c e o u s p e r i o d i n l a t e - m e s o z o i c ，c o n t i n u o u st i m eo ft e c t o n i ch e a te v e n ti sa b o u t1 0 4 0 m a t e c t o n i ch e a t e v e n th a v ef u n c t i o ni nc o n 圩o l l i n gf 0 舰a t i o n 、e v o l v e m e n ta n dt h ef o m l a t i o ns t a g e so f o i i g a sr c s e r v o i r sa n dc o a l l a t e ro f y a n s h a j lm o v e m e n ti sm a i np e r i o do fo i l g a s m i g r a t i o n a n d c o n g r e g a t i o n ，i t i sa l s om a i n p e r i o d o fc o a l i f i c a t i o n i n p e n o o 盯b o n i f e r o u ss y s t e m 、t r i a s s i cs y s t e ma l l dj u r a s s i cs y s t e m ， b f g es c a l eo fe l c v a t i o n 强dd e n u d a t i o nh a p p c n e dl a t e ri no r d o sb a s i n ，i ti sf i r s t r e v e r yo fd e n u d a t i o nt h i c l n l e s sb yu s i n gt h er c l a t i o b e 柳e e ns p c d f i ct h e 珊a l c o n d u c t i v i t ya n dd e p t h 1 ti sf e c o v e r yo fd e n u d a t i o nt h i c k n e s so ft h ed i f f e r e n tt e c i o n i c e l e m e n to nb a s eo ft h er c l a t i o nb e t w c e nv i t r i n i t er e f l e c t 鞠c ea l i dd e p t l l d e n u d a t i o n t h i c k i l e s st a k ct u m st oi n c r c a s ea c c o r d i n gt ot h es e q u e n c eo ft i a n h u a ns y n c l i n e f a u i t - f o l db e l to fw e s tm a r g i n 、y i m e n gu p l m 、y i s h a ns l o p c j i l l x if a u l t f o l db e l t 、 w e i b e iu p l i f l t h e n t l a le v o l l l t i o n a ih i s t o r yi no r d o sb a s i nc o n t r o l st h ef o m a t i o na n de v o l v e m e n t o fo i la n dg a s 粕dc o a l ，i ta l s oc o n t m l st h ef o m a t i o np e r i o do fu r a i l i u m t h em a x p a l e o g e o t h e 瑚a lv a l u e s0 fs 仃a t u mw e 咒r e a c h c di nt h ce a n y c f e t a c e o u sp e r i o d a c c o r d i r l gt ot h es 豳u l a t i o nf e s u no fb a s i nt h e 珊a lh i s t o r y ，t h ep e r i o do ft e c t o n i ch e a t e v e n th 印p e n e di nt h ee a r l y - c r e t a c e o u sp e r i o di st h em a i nf b 硼a t i o np e r i o do fg a si n c o a ls t r a i u m0 fp a l a e o z o i ce r a ，i ti sa l s ot l l ef 0 珊a t i o np e r i o do fm e t a lu r 卸i 啪i n d o n g s h e n ga f e a 。0 i la n dg a so ft h ee a n y c r e t a c e o u sf 0 哪a t i o nm i g m t e df r o my i m e n g u p l i f tt oi ) 0 n g s h e n ga e r a ，i th a dr e d u c i n ga g e n tf u n c t i o no t l l ef o 朋a t i o no fu m n i u m 鬟田w o r d ：o f d o sb a s i l l ；p a l e o g e o 出e n n a l 蛔n p e r a t u r e ：t h e m a le v 0 1 u t i o n a lh i s f o f y ； t e c t o n i ch e a te v e n t ；m e t a lu 瑚i u m 西北大学学位论文知识产权声明书 y 8 9 3 8 0 8 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 丛垒指导教师签名：堡丝亟12 了伊眸6 月r 日脚占月厂日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：勿长丝 w 0 6 年6 月8 日 前言 沉积盆地内蕴藏着丰富的石油、天然气、煤炭及铀矿等资源，沉积铉地热演 化史不仅直接控制和影响着油气生成运移和聚集，而且在大陆动力学、盆地动力 学恢复方面日益显示出其重要性。盆地热演化史是含油气盆地研究的热点问题。 l 、论文选题 鄂尔多斯盆地位于华北陆块西部，处于蒙古一兴安造山带与祁连一秦岭造山 带之间，是一个比较稳定的大型克拉通盆地，面积约为3 2 万k m 2 。鄂尔多斯盆 地作为一个大型的复合含油气瓮地，经过近一个世纪的勘探和研究，石油及天然 气等多种能源矿产的勘探都取得了很大的成果，并充分显示了盆地具有良好的勘 探前景。 鄂尔多斯稼地发育三套烃源岩，瓮地热演化史控制着油气生成、运移与成藏， 也控制了煤、金属铀矿等固体矿产的成矿过程。鄂尔多斯盆地集多种能源矿产于 一盆，油气、煤、会属铀矿资源丰富，是我国重要的能源工业基地。 鄂尔多斯笳地是国家9 7 3 多种能源项目多种能源矿产共存成减( 矿) 机理与富 集分布规律研究的主要瓮地，论文选题为国家多种能源9 7 3 项目二级课题多种能 源矿产共存成藏( 矿) 一定位过程中的流体一热动力学作用研究内容。 2 、研究现状及问题 在国家八五攻关以前对鄂尔多斯盆地热演化史的研究程度较低，根据盆地现 今地温梯度较低的事实研究者普遍认为在历史时期鄂尔多斯盆地地温梯度基本 稳定，为较低的地温梯度值。在国家八五攻关期间梁恕信等鄂尔多斯盆地现今地 温场进行了详细研究，之后孙少华等也对鄂尔多斯盆地现今地温场进行了研究， 得出了相似的结论。即鄂尔多斯盆地现今地温较低，约为2 8 0 1 0 0 m ，大地热 流值较低，约为6 0 6 3 m w m 2 ，属于中温型盆地( 任战利，1 9 9 9 ) 。 对鄂尔多斯盆地热演化史研究不同学者用不同的方法，从不同的角度进行了 探讨，加深了盆地热史研究的深度( 任战利、赵重远、张军等，1 9 9 4 ；任战利， 1 9 9 5 、1 9 9 6 、1 9 9 9 ；赵孟为、hjb e h f ，1 9 9 6 ：周江羽、吴冲龙、韩志军，1 9 9 8 ) 。 对鄂尔多斯盆地古地温高于今地温，属抬升冷却型笳地，现今地温梯度不高，属 中温型盆地已达成共识。从已有的成果来看，在构造热事件发生的期次、时间、 影响范围及机理方面有不同认识。 油气及多种能源矿产的成藏受盆地构造一热演化史的控制，虽然对鄂尔多斯 盆地热演化史、构造热事件等的研究已经取得很大的进展，但是在热事件形成的 机制和分布范围以及热事件对油气等多种能源矿产的形成、分布的控制作用等方 面研究薄弱，仍需进一步的研究。 3 、论文研究内容 研究内容主要包括以下方面： 1 ) 鄂尔多斯盆地现今地温场研究：在对分析资料研究的基础上，确定盆地 不同构造单元地温场分布特点，分析盆地热结构及不同层次的热流贡献，探讨盆 地现今地温场与盆地深部结构的关系及盆地热机制 2 ) 古地温恢复研究：采用镜质体反射率、包裹体测温、磷灰石裂变径迹等 多种古地温研究方法，对鄂尔多斯盆地中生代晚期古地温场进行研究。 3 ) 鄂尔多斯盆地中生代晚期构造热事件发生的证据及事件发生的机理的研 究：研究燕山晚期一鄂尔多斯靛地重要的构造热事件发生期间，着眼于油气生成、 成藏关键时期的热活动状况，结合区域研究成果，分柝中生代晚期盆地地温场形 成的地球动力学背景及机制。 4 ) 鄂尔多斯贫地热演化史与油气、煤及多种能源矿产关系研究：主要研究 中生代以来盆地热动力作用对油气等多种矿产的成藏( 矿) 、定位的控制作用。 4 、研究方法 以大陆动力学及叠合盆地的研究成果为基础，采用古、今地温并重，盆地构 造演化，岩浆活动，后期改造与热演化相结合，及地质、地球物理和地球化学相 结合的技术路线。 在对前人研究成果与基础资料分析、楚理与交流的基础上，在鄂尔多斯盆地 范围内系统进行了现场地质调查与关键地区样品的采集工作。 通过裂变径迹、包体测温、镜质体反射率、火成岩同位素及元素分析，恢复 和重建中生代晚期瓮地地温场，结合区域研究成果，分析中生代晚期箍地地温场 形成的地球动力学背景及机制。 应用多种古地温研究方法，恢复箭地构造热演化史，探讨构造热演化史与油 气等多种能源矿产生成、运移、储集、富集的关系。 5 、完成工作量 为了全面、系统、深入地研究鄂尔多斯盆地地热史与成藏史，系统收集和整 理了研究报告3 0 多份，查阅学术论文7 0 多篇、专著1 0 余部。针对研究内容目 标进行了相关图件编制和以古今地温场特征及热演化史研究为重点的样品数据 收集、整理与测试分析、综合研究。论文涉及的主要工作量： 1 ) 野外观察剖面1 1 条，野外观察以榆林一神木一东胜一包头剖面为主路线， 同时还观察了榆林一山西临县割面。通过野外的观察对各个时代出露地层沉积、 构造现象以及四种能源矿产进行了较详细的观察，对各个时代地层岩性、空间展 靠，以及地层之间的接触关系进行了观察及记录。采集了大量岩样，并对各种地 质现象进行了拍摄和详细的描述。 2 ) 分析测试情况如下：镜质体反射率样品3 0 块，岩石生热率样品5 5 块，包 裹体测温2 0 块，磷灰石裂变径迹9 块，热导率1 5 块。制作普通薄片3 5 块。 3 ) 编制各类图件8 0 多幅，系统编制了镜质体反射率与深度关系图、不同层位 镜质体反射率平面分布图、古地温与深度关系图及热演化史图等。 第一章区域构造概况 一、区域构造位置 鄂尔多斯盆地位于中国大陆中部，是华北克拉通的一部分，现今盆地周边被 山系环绕，面积3 2 1 0 4 l 【m 2 。在区域构造位嚣中，鄂尔多斯盆地北以河套地堑系 北缘断裂为界紧邻阴山褶皱带；南以渭河地堑南界断裂为界与秦岭造山带相接； 东侧以离石断裂与吕梁山隆起带相邻；西缘分别以桌子山东麓断裂和青铜峡一固 原断裂为界，北边隔银川地堑与贺兰山褶皱带相望，南边和六盘山盆地相依，是 夹持于周边活动带之间的一个多旋回叠合含油气盆地( 图1 1 ) 。 北部阴山褶皱带，位于华北地块北缘，紧邻鄂尔多斯搞地，是一个在燕山旋 回时期，受西伯利亚板块以及滨太平洋构造域的影响，产生了强烈而频繁的构造 运动形成的陆内造山带。主要出露以上集宁群、乌拉山群和色尔腾山群为代表的 结晶基底岩系，沉积盖层特征与华北地台的同期沉积基本类似，岩浆活动频繁， 发育海西晚期、印支期、燕山期花岗岩及喜马拉雅期玄武岩。 河套地堑系，位于鄂尔多斯盆地北缘，是新生代形成的由若干断陷组成的大 型地颦系。基底主要为太古界乌拉山群及下元古界阿拉善群，其上的沉积岩系主 要为白垩系、第三系及第四系，总厚3 0 0 0 1 7 5 0o i ，其中新生界厚2 5 0 0 1 4 0 0 0 m 。 南部的秦岭褶皱带，是夹持于华北地块和扬子地块之问的地壳强烈变动的活 动构造带，经历了加里东期大洋俯冲造山，印支期俯冲碰撞造山及燕山一喜马拉 雅期陆内造山的不同阶段，为复合型大陆碰撞造山带，现今仍处于隆升状态。秦 岭褶皱带的形成、发展和演化对鄂尔多斯笳地南部的沉积构造演化具有显著的影 响。 渭河地堑，南缘紧邻秦岭造山带，近东西走向，向东与汾河地颦相连，构成 汾渭地堑系，整体成向东南突出的弧形。其最深处可达6 0 0 0 7 0 0 0 m ，主要为第 三系和第四系所充填。 吕梁隆起位于鄂尔多斯盆地的东侧，形成于燕d i 运动中期，从北向南依次发 育一系列呈雁行排列的复背斜、复向斜构造，复背斜核部均出露太古界，翼部则 为下古生界，复向斜核部出露侏罗系。 贺兰山褶皱带位于盆地西缘北段，南段为六盘山盆地，它是一个在侏罗纪末 的燕山中期运动中大规模抬升的，现今呈现为一个主要由中生界和部分古生界组 成的复向斜构造。 银川地堑西接贺兰褶皱带，东连鄂尔多斯盆地西缘冲断带，地堑走向与贺兰 山褶皱带方向一致，长约1 7 0 k m ，宽约3 0 5 0 k m ，面积约6 8 0 0 k m 2 。银川地堑是 在新生代由北东一北北东向断裂拉张作用形成的地顼。在银川古复背斜的基础七 形成的，现钻井资料表明银川地絮基底主要为古生界。 六盘山笳地，位于衙地西缘南段。构造位置上，该弧形构造带恰好位于鄂尔 多斯地块与秦岭一祁连褶皱带的结合部位，所以它也是全区构造运动最频繁，活 动最强烈的地区之一。以叠瓦状向北东逆冲的一系列大型弧形逆冲断裂为主组成 逆冲构造带，毛要卷入地层为下门垩统。 鄂尔多斯盆地近似矩形展布，与周边褶皱、造由、构造活动非常强烈或周缘 地堑强烈断陷相比，它主要以断裂和局部构造不甚发育，以接体升降为特色，翁 地内以岩性、地层及岩性一地层复合油气藏为主，为较稳定的大型克拉通含油气 盆地。 二、盆地沉积地层及岩性 鄂尔多斯盆地沉积盖层较为齐全( 仅志留系、泥盆系缺失) ，平均沉积岩厚 表1 1 鄂尔多斯盆地地层划分表( 据干鸿祯，1 9 8 5 ；汤锡元，1 9 9 2 ) 新 三趾马红土层 生 ：| | i 皿i l 皿| f 皿。皿。皿 i 皿| l 皿| | 皿i i 皿皿0 皿。皿0 皿0 皿皿i | 皿i l 皿i 界 第三系 清水营组 e 咖而而l l 既i i 呻嚅i i i i 啊肌f | f l 吨n 1 1 邪抓呻n 而i k u 8 i 【l | | | 叫0 阻1 l 凹i i 叫0 l l l j 叫l i 叫0 叫叫0 叫| | 叫l l i j 叫0 叫| | l l 【| l 自哦系 忐丹群 k 。 叫皿0 皿。皿i i 皿| i 皿| l 皿皿。皿皿l i 圈| | l l 皿 | 口 旧。皿。皿i 安定组 侏罗最 jz 直笋组 中 延安组 生j t 捍 一一声墨生一一一一一 t ； ： t z 二叠系， t l l i ： p j l p 1 一叠系 l 目 p 】 i gl 枉炭系 c l d 3 泥笸系吼 d s 3 忠留系s 古 s l 生 0 j 群0 奥陶系 二二二二：甄 f 弓束淘组 亮甲组 冶母组 风l lj 组 托山组 崩i l t 组 张夏绀 寒武乐 穗庄组 毛f ln l 馒头组 胁f f f | i i 呻i i 旧u f | | l i i f | | | | i | | i l i | l | 肌i | | 1 1 1 | | f | i | 那呻皿皿皿| | f f f i | | | f | i | 链h 系 l 【1 l | 1 l | | | | | i | l l | | | f l | l 【| f l | | | j j i l 界 井1 1 l l 乐 叫0 叫叫i 叫l | 叫i 哪! | u 0 叫0 | 【| | | l 【i i | l | l | 1 叫| | 【| | | | | u | | | 叫i l | l 【| l | 叫0 酌县系p l蓟县襄 巾m 再 k 城最llk城采 1 、冗d 弊滹沱系1l滹沱系 f l 台系 h7 i 台系 k l 界 r 系a r1 f 系 度5 0 0 0 m 。其中，中上元古界以海相、陆相的裂谷沉积为特征，厚度2 0 0 3 0 0 0 恤； 下古生界以海相碳酸盐岩为主，厚度4 0 0 1 6 0 0 m ；上古生界以沼泽、三角洲、 河流相为主，厚度6 0 0 1 7 0 0 m ，中生界主要以内陆河流、湖泊沼泽相沉积为主， 厚5 0 0 3 0 0 0 m ；新生界在盆地内部较薄，一般厚度大约为3 0 0 m ( 表1 1 ) 。 鄂尔多斯盆地沉积盖层多旋回性十分明显。通过海陆环境变迁、地层层序、 接触关系、地壳升降、沉积分异、岩相变化和储盖组合等方面的综合分析，对其 沉积的多旋回性已有深刻的认识( 图1 2 ) 。 ；世艟时代 0 利1 1 j讽拙 抽垃海f 砰， 泓椒 * 盐弛 “扎 叶 械i ij 蜚趔 碰9 一i 船 辩 殳 船叫州 o 数i i l j 耘 n i 谧 ， s l h n酬 断 j f m f l z n 蜥 ；j ； 铺圮 。i 犁虻 k 岢 _ 一 f互d i l 、 陆 儿i 缓 撼 j 、 ： l j k 儿l 湃i 韭缓 、 + 味 ；k 街 n 一 荔 】4 雨一 ：m j l l 持 l k 拱 乡 5 根据不同构造单元镜质体反射率资料。作r o 恢复古地湿与深度关系圉( 璺3 1 2 、3 一1 3 ) ，各构造单元r o 恢复古地温与深度关系曲线形态形似，恢复的古 地温梯度高于现今地温梯度，表明随盆地沉降而逐渐增温是主要的热机制。 r j ol t c l 2抽b 图3 一1 2 伊盟隆起r 。恢复古鲍温与深度芙系图图3 主萎喜翥篙雩器 2 、流体包裹体恢复古地温结果 流体包裹体是成岩矿物结晶时所捕获的部分成矿流体。流体包裹体的成分、 相态、丰度、均一温度及赫度等指数，能够反映不同成矿阶段的地球物理化学条 件。作为一种新手段，流体包裹体在研究石油地质方面可应用于测定古温度和恢 复盆地热历史：确定油气演化程度和形成阶段；研究油气形成时的物理化学条件： 确定油气运移时间、方向和通道；研究恢复埋藏史及确定构造形成时期和序次等 方面。 在对包裹体进行显微镜详细鉴定的基础上，确定要测的包裹体，应用均一法 测量包裹体的均一温度。均一温度是捕获流体的晟低形成温度。目前均一温度数 4 0 据是在常温条件下获得的，而包裹体却是在成岩成矿时的温度、压力及成分等一 定条件下被捕获的。因此，对目前所测均一温度，应进行压力的校正，以便接近 当时被捕获的物理化学条件，获得包裹体形成时的温度。 在确定了包裹体形成期次厚，对不同期次的包裹体分别进行均一温度测定， 包裹体均一温度经过一定的压力校币，即可获得矿物形成时或油气聚集时的古地 温，从而获得所在岩层的最大古地温，进一步可以确定古地温梯度、埋藏深度及 剥蚀厚度，恢复盆地热演化史。 鄂尔多斯盆地流体包裹体可以分为多期，其中早期原生包裹体多分布于石英 自生加大边中或早期方解石胶结物中。此类包裹体数量较少，个较小，所测温度 代表了所测矿物的形成温度。晚期包裹体主要分布于石英等碎屑颗粒微裂缝中或 成岩晚期的胶缩物中，这类包裹体均一温度明显高于早期包裹体的均一温度，这 类包裹体是在成岩晚期地层在接近或达到最大埋深时形成的，主要反映了中生代 晚期地层在接近或达到最大埋深时的古地温状况及成岩环境。 对伊盟隆起地区的包裹体均一温度校正值( 即捕获温度) 做频率分布直方图 ( 图3 一1 4 ) ，可从中大致得到三个温度区间：l o o 1 2 5 、1 2 5 1 4 5 、1 5 0 1 6 0 ，其中主峰温度为1 3 0 1 4 5 。白垩系的剥蚀厚度取为1 3 4 0 m 时，再作出钻 井样捕获温度与埋藏深度之间的关系图( 图3 一1 5 ) 。图中通过镜质体反射率恢复 的吉地温与包裹体捕获温度对比来看，捕获温度普遍大于镜质体反射率恢复的古 温度，说明在成岩阶段( 中生代晚期) 产生地热异常，大地热流值升高。 i l o坤锝度，c 业o! _ 一j 囊雠最叶耋吊作霉蔑 一包电鲫i 囊霉盅 图3 一1 4 伊盟隆起厦包裹体圈3 一1 5 伊盟隆起尔胜地区 均一温度频率分布幽均一温度与埋深关系 鄂尔多斯盆地包裹体的均化温度维8 0 1 9 0 ，其形成温度为9 0 2 4 0 ， 其古地温梯度校正值在3 3 4 5 1 0 0 m ( 表3 3 ) 。与上述的r o 值恢复的古地 m嚣善；蚋= 温梯度对比有，较好的对应性。 表3 3 鄂尔多靳盆地沉积岩自生矿物包裹体测试结果及地质解释表 时深度自生矿均化温度( )形成温度( )古地温梯度( 1 0 咖) 井号 代 ( m )物成分 选问值区间值校i f 值 庆3 6t j y 1 2 6 2 石英 8 0 9 0 9 0 1 0 0 3 5 庆3 6t y 1 2 8 z方解石8 0 l j o9 0 1 2 04 3 耀参l o m1 3 2 0 方解石 1 7 4 5z 2 4 54 5 耀参l o 珊1 5 0 0方解石1 8 2 02 2 7 044 天深l p 2 s3 3 4 5石英1 1 0 1 4 01 5 0 1 8 03 5 天深lp ，s 3 3 4 5 方解石u 0 1 4 01 5 0 i 8 0 3 9 陕参1 o 。m3 4 6 3方解石】6 2 52 0 7 53 9 陕参l 0 j m3 4 8 0方胄翠石1 5 3 52 1 3 54 o 陕参l 0 1 m3 5 5 0 方解石1 6 3 92 1 3 7 3 9 陕参1 0 i 口 3 6 6 7白云村1 7 782 2 7 84 1 天深l p l s3 7 3 7石英1 1 0 h 01 5 0 l a 03 3 灭深2 o ，k4 0 7 2 自云石 1 3 0 1 8 01 8 0 2 3 03 6 天深2 o k4 1 8 2 白云石1 3 0 1 8 01 8 0 2 3 0 3 6 天深2o l z4 2 7 l方解石1 2 0 1 5 01 7 0 2 0 03 5 天深2 0 1 z4 2 7 l自云石1 2 0 1 6 01 7 0 2 1 03 3 天深1 0 24 2 9 l 方解石 1 4 0 1 9 01 9 0 2 4 03 。g 天深1 4 4 7 1白云石l l o 1 6 01 6 0 2 l o3 7 天深l 24 6 1 5方解石1 2 0 1 6 01 7 0 2 1 03 5 天深l e ?4 6 6 8 方解石 1 2 0 1 7 01 7 0 2 2 03 4 沣：陕参l 井资料据郑镍，其余据蒯盂为 3 、裂交径迹分析结果及抬升冷却事件的确定 磷灰石裂变径迹分析是研究沉积盆地热历史的一种有效的新方法，近年来在 油气资源评价及盆地热历史恢复中取得了引人注目的结果。n a e s e r 最先讨论了地 层处于最大埋藏温度和受到一次冷却条件下应用裂变径迹资料研究盆地地热史 的理论模式，描述了在这两种情况下裂变径迹与温度图上可能出现的裂变径迹年 龄与温度关系及分带情况。如果地层在达到最大埋城温度之后冷却下来( 如受到 抬升剥蚀或地温梯度减小) ，裂变径迹年龄与温度图上应出现五个带：未退火 带；部分退火带；冷却带；部分退火带；完全退火带。 1 ) 天环向斜 天l 井1 6 2 5 m 深度的样品裂变径迹年龄1 0 4 m a ，小于地层年龄。径迹长度分 布在6 1 5u m 之间，平均为j 1 3 2 1um ，小于诱发径迹程度( 1 6 2 7 0 9 0um ) 。 长度分布宽度较大，分佰中短径迹( o 7 ) 的时日】，各个构造单 元不相同，南部最早，北部晟晚，中西部居中。南部旬探1 井进入成熟门限的时 间较早，约为2 1 0 m a ，门限深度约为3 4 0 0 m ：北部伊盟隆起地区胜1 井进入生烃 主期的时问则较晚，门限深度约为3 1 0 0 m ，为距今1 0 5 m a ；中部及西部地区进入 成熟门限时间约为1 4 0 1 8 0 m a ，门限深度约为3 2 0 0 l i l l 。石炭一二叠系烃源岩进 入高成熟门限( r o = 1 3 ) 的时间约在1 1 0 m a ，中南部最早，北部最迟，两部 和东部居中，门限深度约在3 9 0 0 4 5 0 0 之间。烃源岩进入过成熟门限( r o = o 2 ) 的时| 日j ，中南部约为9 5 m a ，门限深度约为4 5 0 0 m ( 图5 1 ，5 2 ，5 3 ， 5 4 ) 。 ”嘲( m a 图5 1 旬探1 井占地温演化史图及有机质成熟度演化图 闰5 2 胜1 并古地温演化史图及有机质成熟度演化图 图5 3 犬1 升占地温演化史图及有机质成熟度演化幽 叫( m a )州：州m aj 图5 4 陕参1 井古地温演化史| 茎i 及有机质成熟度演化图 由以上论述及上古生界石炭一二叠系r o 等值线图( 图3 8 ) 可以看出，除 了盆地北部部分地区烃源岩处于成熟一高成熟阶段( r d 1 - 3 ) 以外，其它大部 分地区的烃源岩皆已达到高成熟或过成熟阶段，并且中南部地区的烃源岩成熟的 最早，北部地区成熟的最晚，东部及西部居中。 2 ) 上三叠统烃源岩 上三叠统烃源岩主要以低成熟度为主，在中部以南地区，r o 等值线从o 8 逐渐增加到盆地中南部的1 0 。r o 高值区在吴旗、富县、庆阳一带，最高值可 达1 o 以上( 图3 9 ) 。 上三叠统烃源岩进入成熟门限( r o o 7 ) 的时间，南部最早，北部最晚。 南部渭北隆起地区进入成熟门限的时间约是1 2 0 m a ，门限深度约为2 7 0 0 m ，中西 部地区进入成熟门限的时间约为1 0 7 m a ，门限深度为3 2 0 。嚏n ( 图5 1 ，5 2 ，5 3 ，5 4 ) 。 3 ) 下侏罗统烃源岩 下侏罗统烃源岩整体比较低，r o 值等值线从俞地北部边缘大约0 1 0 6 逐渐增加到盆地中南部的0 8 ，主要在志月一庆阳一富县范围内，盆地大部 分地区已达到了低成熟一成熟生油阶段( 图3 1 0 ) 。 总之，对于石炭一二叠系、三叠系及侏罗系烃源岩而言，最高热演化程度是 在早白垩世达到的。油气生成高峰期基本都是在早白垩世达到的。 鄂尔多斯瓮地自中新世快速抬升剥蚀，地层地温降低，有助于天然气出溶成 藏。 2 、热演化史与煤的关系 对于石炭一二叠系、三叠系及侏罗系的煤化过程而言，其煤化作用主要发生 在晚侏罗一早白垩世，煤的最高热演化程度是在早白垩世达到的。煤的最高热演 化程度形成时期与油气生成高峰期基本一致。 中生代晚期，即在晚侏罗世一甲白垩世，受到匣域沉降和热演化的联合作用，地温梯度 升高，地层达到最大古地温，使奥陶系、石炭= 叠系的含煤地层达到生排烃的高峰期，煤 成气大规模生成期在中生代晚期的中侏罗世到早f 1 垩世，生烃高峰期晚，有利于天然气保存。 二、盆地热演化史与铀矿的关系研究 l 、盆地热演化史与铀成矿时间的关系 鄂尔多斯盆地的埋藏史、成藏史和热演化史表明( 据杨华，2 0 0 0 ；任文军。 2 0 0 0 ) ，盆地烃源岩的生烃开始于二叠纪晚期，并持续到现在；排烃时间与生烃 时间相差不大；早白垩世末期则是油气生成、运移和聚集成藏的主要时期，此时 古、中生代圈闭已经形成( 图5 5 ，图5 6 ) 。铀矿区以及含矿层中的圈闭作为 油气的有利指向区，具有油气运聚成藏的天然优势。 铀矿年代学研究表明，铀成矿发生在早白垩世至第三纪的上新世时期。可见， 盆地北部的油气充注时间和圈闭形成时问均早于( 或同步于) 铀的成矿期，也就 是油气成藏早于铀成矿，对于铀成矿而言区内具备充分的还原性物质基础。 幽5 5 盆地卜古生界青气系统事件幽酗5 6 盆地上古e 界含气系统事什图 2 、油气运移与铀矿形成的关系 鄂尔多斯盐地石油主要产r 中生界三叠系的延长组和侏罗系的延安组；下古 生界奥陶系顶部不整合面的古风化壳和上古q 二界二叠系山西组、石盒子组则是天 然气最主要的聚集场所：砂岩型铀矿产于侏罗系直罗组。天然气位于石油和铀矿 的下方，并紧邻莅炭一二叠系煤系的上下层位。在平面上，石浊和天然气位于盆 地中南部地区，偏重于盆地中央部位，铀矿位于岔地边部( 北部、西缘和南部) 。 盆地北部铀矿的形成需要大量的还原剂，所以铀矿的形成与油气的运移有密切的 联系。 根据热演化程度及热演化史研究结果，东胜地区侏罗系、三叠系热演化程度 低，不可大规模生油，石炭一二叠系煤系地层也不可能大规模生气，油气应来源 于热演化程度更高的中南部石炭一二叠系。 中生代晚期构造热事件发生时期，油气大量形成，来源于瓮地南部的温度较 高的盆地自生流体( 含油气流体) 通过断裂进入直罗组，沿着直罗组下部运移的 通道砂体孔隙发育带、裂隙及微裂隙发育带向盆地边部东胜地区流动，热流体的 活动有利于矿源层中铀发生活化及迁移， 在与瓮地表生流体相遇的均衡地带， 发生一系列的有机一无机相互作用，易于形成铀矿床。 近年来的盆地模拟研究表明 ( 据闵琪，2 0 0 0 ) ，鄂尔多斯盆地气 源充足，简地上古生界生气中心并 不局限于鸟审旗一带，其范围广阔， 中心位于岔地东部，油气主要向盆 地的北部运移( 图5 7 ) 。天然气 聚集程度很高，如此高的天然气聚 集程度充分反映了盆地北部位于生 气中心的上倾方向，是天然气运移 的主要方向。因此，大型生气中心 与圈闭的有利配置，加上断裂的导 通作用，对于铀成矿、成富矿有着 重要的意义。 鄂尔多斯深锰气与铀矿 化也有密切关系，上古生界气 源层铀含萤丰富、易浸出故也 囡回z 1 一生气强度( 1 0 8 m 弧呻2 ) 2 一灭然气运移方向 图5 7 鄂尔多斯盆地上山生界 生气中心与油气运移方向示意酗 ( 据浏碳，2 0 0 0 ，李良，2 0 0 1 ) 为铀源层。在铀源层成岩时所形成的压榨水( 即深层水) ，经燕山期热事件快速 增温增压，使铀的溶解度大大增加。此时也正是盆地生气高峰规。气压远远大于 水压，气体推动深层水沿断裂向上扩散。在上覆透水层，由于地表水的参与形成 复杂的气水地球化学垒，使铀沉积成矿。 气源岩烃演化大致可以分碾个阶段：第一阶段，扶晚三叠世至早白垩世末。 气源岩持续深埋，热演化逐渐加剧，特别是受燕山期热事件影响，上古生界气源岩 生气达到高峰。第二阶段，早白垩世末弦地抬升至今。由于盆地抬升剥蚀，加之 燕山期热事件逐渐消退，使温度压力逐潮降低，有机质生气作用减弱，但气源层中 的吸附气和溶解气大量释放，使气藏处于动态平衡状态。 从铀矿化时间上看，铀矿化最早年龄为1 6 0 m a ，最晚为8 m a ，主要成矿年龄为 9 5 1 2 0 m a ，相当于旱自垩世晚期。此时，正是燕山期热事件激烈活动期和生气 高峰期。由于气源层气压急增，深层水迁移也十分活跃，也即是铀的主成矿期。 总而言之，鄂尔多斯盆地蕴涵丰富的煤、石油、天然气和铀矿并不是偶然的， 而是盆地构造演化、沉积环境的空间配置、热演化史以及古气候变化综合影响的 结果。盆地的构造演化限定了盆地的性质以及盆地内部的沉积环境，其发育的盆 地基底断裂构造不仅影响着沉积盖层的分布，控制着煤、油气和铀的分布；同时 为油气运移提供了通道和聚集场所。沉积环境及沉积相在空问上的配置，是煤、 油气源岩、储层及盖层和铀矿化层的地质基础，决定着它们在盆地的分布。盆地 地热场及其热演化则是多种能源矿产共存富集和组合的