鄂尔多斯盆地上二叠统石千峰组岩相古地理及时空演化_张翔.pdf

第 36 卷 第 2 期 成都理工大学学报 自然科学版 Vol 36No 2 2009 年 4 月JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Science 石千峰组 沉积体系 岩相古地理 时空演化 分类号 TE121 31 文献标识码 A 鄂尔多斯盆地为一富含油气的大型叠合盆 地 经过 20 多年的勘探实践 先后在下古生界以 及上古生界太原组 山西组 下石盒子组都发现了 具有相当规模的气藏 气田 而石千峰组由于为 炎热氧化环境条件下形成 一般认为其不利于油 气藏的形成 但是 近年来随着鄂尔多斯盆地天 然气勘探的进一步深入 2000 年首次在榆 17 井 石千峰组地层中获得了工业性气流 此后 又在该 区先后发现了神 8井区 盟 5 井区石千峰组气藏 这些发现打破了上石盒子组以上地层中无天然气 藏的历史 也因此提出了新的研究课题 1 4 与 此同时 在其他盆地陆相 红色地层 中亦获得了 重要的油气成果 如四川盆地侏罗系洛带气田和 新场气田 就鄂尔多斯盆地石千峰组的研究现状 来看 众多学者对上古生界太原组 山西组和石盒 子组沉积相 岩相古地理等方面已做过详细研究 并且在沉积相 层序地层学 岩相古地理以及油气 勘探等领域取得了丰硕的成果 5 10 而对上二叠 统石千峰组的研究相对较少 且缺乏系统性 鉴于上述重大的现实研究意义和存在的研究 程度低的问题 本文以鄂尔多斯盆地石千峰组为 研究对象 通过对盆地西线 11 条野外剖面和东线 12 条野外剖面的详细观测 图 1 并对盆内钻井 岩心进行了详细的观察和描述 以沉积学为理论 基础 11 14 探讨鄂尔多斯盆地石千峰组沉积体系 类型 古地理展布规律和时空演化特征 研究成 果的取得 将会为上古生界砂岩气藏勘探寻找新 的勘探区带与层系提供科学依据 为鄂尔多斯盆 地油气勘探部署提供更为准确的依据 1 沉积体系 上二叠统石千峰组最早于 1922 年由那琳创 图 1 研究区范围及野外剖面位置图 Fig 1 Study area and section location 名于山西太原市西山石千峰山 称石千峰系 原始 定义为 太原石千峰山 关头村一带 石盒子组以 上的巧克力色 暗红色砂岩层 石千峰组为鄂尔 多斯盆地上古生界最顶部的地层 为紫红色含砾 砂岩和紫红色砂质泥岩互层 地层总厚度为 250 m 左右 至下向上可以划分为 5 段 分别简称为 千5 千4 千3 千2 和千1 段 与下伏上石盒子组 和上覆刘家沟组均呈假整合接触关系 图 2 1 1 沉积体系划分 根据区域沉积格局和沉积作用特点 通过对 研究区野外露头剖面及盆内钻井资料的综合分 析 将研究区上二叠统石千峰组划分为辫状河 曲 流河 三角洲和湖泊沉积体系 在此基础上进一步 划分出众多的亚相 微相 表 1 1 2 沉积体系发育特征 1 2 1 辫状河体系 辫状河与高弯度曲流河的最大区别是河道顶 部的堤泛沉积很不发育 河道在整个辫状河沉积 中占有极为重要的地位 可划分出河床滞留和心 滩微相 图 3 该类沉积体系广泛见于宁夏苏峪 口剖面千 3 段 黑岱沟剖面千 4 段以及伊 11 井千 5段中 主要的储集砂体类型为心滩砂体 河床 图 2 汝箕沟剖面石千峰组地层划分及沉积相剖面图 Fig 2 The stratigraphic division and sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation in Rujigou 表 1 鄂尔多斯盆地石千峰组沉积体系划分方案 Sedimentary system of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 沉积 体系 沉 积 体 系 构 成 亚 相微 相 辫状河 曲流河 三角洲 湖 泊 河道 堤泛河床滞留 心滩 河道 堤泛 河床滞留 边滩 天然堤 决口扇 泛 滥平原 三角洲平原 分流河道 天然堤 决口扇 分流间洼 地 泛滥平原 三角洲前缘 水下分流河道 河口坝 水下天然堤 水下决口扇 分流间湾 滨湖滨湖砂坝 滨湖泥 浅湖浅湖砂坝 浅湖泥 166 成都理工大学学报 自然科学版 第 36 卷 图 3 鄂尔多斯盆地北部石千峰组沉积体系类型及分布特征 Fig 3 The sedimentary system category and distribution of Shiqianfeng Formation in the north of Ordos Basin 滞留微相以砂 砾物质为主 滞留于河床底 心滩 微相主要由砂质组成 流速大时带来一些砾石或 砾石夹层 具各类槽状交错层理 板状交错层理或 楔状层理 1 2 2 曲流河体系 曲流河水流较平稳 以低流态的牵引流为主 河道弯曲 由于河床的侧向迁移 形成特征的边 滩沉积 构成曲流河沉积的主体 如呼鲁斯太剖 面千 3 段 扒楼沟剖面千 2 段和鄂 6 井千 1段等 可进一步划分为河道和堤泛亚相 河道亚相主要 由边滩微相组成 堤泛亚相由天然堤 决口扇和泛 滥平原等微相组成 图 3 该类沉积体系主要的 储集砂体为边滩砂体 由中 粗粒砂岩组成 发育 中 大型板状 楔状和槽状交错层理 自下而上层 系厚度变小 砂体形态多呈席状或透镜状 1 2 3 三角洲体系 三角洲环境位于河流入湖盆的河湖交界处和 混合处的区域 由河湖共同作用形成的锥状沉积 体系 研究区三角洲沉积广泛发育 如三里河剖 面千 5 千 3 段及陕 92 井石千峰组 可进一步划 分出 2 个亚相 分别为三角洲平原和三角洲前缘 亚相 图 3 a 三角洲平原亚相 是三角洲沉积的水上部 分 位于三角洲沉积层序的最上部 俗称顶积层 可识别出分流河道 天然堤 决口扇 分流间洼地 和泛滥平原等微相 图 3 研究区内三角洲平原 亚相见于不同层段中 如二道沟 三道沟剖面千 5 段 陕 65 井千 5 千 4 段 主要的储层段为分流 河道砂体 分流河道主要由含砾粗砂岩 粗砂岩 及中砂岩组成 发育板状交错层理 槽状交错层理 和平行层理等 b 三角洲前缘亚相 可进一步细分为水下分 流河道 水下天然堤 水下决口扇 分流间湾和河 口坝等微相 图 3 见于成家沟剖面石千峰组 陕 15 井千 5 段 千 4 段以及富深 1 井千 5 段 千 4 段中 主要的储集砂体为水下分流河道和河 口坝 水下分流河道为三角洲平原分流河道的水 下延伸部分 从岩性特征上看主要由含砾粗砂岩 中粗粒砂岩 中粒砂岩所组成 在沉积构造上具有 底冲刷 粒序层理 平行层理 板状交错层理等 在 相序上与河口坝密切共生 河口坝是三角洲前缘 中最为典型的微相 在研究区内广泛发育于众多 167 第 2 期张 翔等 鄂尔多斯盆地上二叠统石千峰组岩相古地理及时空演化 钻井的不同层段中 如口镇剖面千 2 段 千 1 段 陕 96 井千 3 段 岩性上主要为中粗粒 中粒砂 岩组成 常见的沉积构造有 滑移变形构造 变形 及包卷层理 球状及枕状构造等 砂体常呈透镜 状 砂岩孔隙度高 渗透率好 故常成为好的储层 为主要的含油气或产油气相带 1 2 4 湖泊体系 研究区湖泊体系主要发育于三里河和石川河 剖面千 1 段以及庆深 1井 黄深 1 井石千峰组中 根据湖泊的水深和沉积物特征可进一步划分为滨 湖和浅湖亚相 图 3 研究区的滨湖亚相发育滨 湖砂坝和滨湖泥微相 浅湖亚相发育浅湖砂坝和 浅湖泥微相 湖泊体系中重要的储层为滨湖砂坝 和浅湖砂坝沉积 滨湖砂坝微相岩性为棕红 紫色粉 细粒砂 岩 具底冲刷 低角度板状交错层理 中小型交错 层理 浪成沙纹层理 平行层理 常形成砂岩与泥 岩互层 浅湖砂坝以细砂岩 粉砂岩与泥质岩互层为 特征 砂体厚度及粒度较滨湖砂坝薄和细 常见 水平层理 脉状层理 透镜状层理 波状层理及对 称波痕等 2 岩相古地理及时空演化特征 石盒子晚期 鄂尔多斯盆地气候较为干燥 植 被减少 以紫红色 黄绿色沉积物为特征 进入石 千峰组沉积期 秦岭海槽向北的俯冲消减 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 海水撤出华北地区 鄂尔多斯 盆地演变为内陆湖盆 沉积环境完全转化为陆相 以发育河流 三角洲和湖泊沉积体系为特征 该 时期较石盒子期气候变得更为干燥 从而形成了 一套紫红色沉积建造 下面就石千峰各期的岩相 古地理特征分述如下 2 1 千 5 段岩相古地理特征及演化 千 5 期是石千峰期盆地北缘构造碰撞最强的 时期 同时也是石千峰期位于盆地南缘的秦岭海 槽向北俯冲削减最强的时期 该时期继承了上石 盒子组的古地理格局 总体具有南 北物源的特 征 北部受到物源区抬升和湖平面迅速下降的影 响 三角洲快速向湖推进 图 4 其古地理展布 特征具体表现为 北部达拉特旗 伊 11 井区以及 乌达地区北西部发育三个规模较大的冲积扇体 图 4 鄂尔多斯盆地千 5段岩相古地理图 Fig 4 The lithofacies paleogeographic map of Member 5 of Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 石炭井 马拉盖图 杭锦旗 伊 23 井 黑岱沟 剖面一线 为冲积平原发育区 向南逐渐进入三 角洲平原沉积区 分布于任 1 井 苏 18 井 陕 82 井 台 4 井 米 1 井一线 三角洲前缘沉积 区位于发东 1 井 定探 1 井 陕 92 井 陕 110 井 榆 6 井 成家沟剖面一线 其中中支水下分 流河道往南延伸与南部的三角洲于陕 251 井 陕 112 井井区附近相连 将湖泊分隔为东 西两个浅 湖区 西侧浅湖区位于庆探 1 井 西峰 黄深 1 井一线 东侧浅湖区位于延深 1 井往东延伸区 盆地南部发育的三角洲体系 位于三道沟 永参 1井 三里河 薛峰山一线 2 2 千 4 段岩相古地理特征及演化 千 4 期继承了千 5 期的沉积格局 物源仍来 自于盆地南 北缘 该期古地理展布特征 图 5 表 现为 北部近物源区发育三个规模较大的冲积扇 体 于盆地北部石炭井 杭锦旗 黑岱沟一线和 银川 苏里格庙一线为冲积平原 三角洲平原沉 积区 在该区域来自冲积平原的河道进入三角洲 平原后 河道分支明显 三角洲平原分流河道进 168 成都理工大学学报 自然科学版 第 36 卷 图 5 鄂尔多斯盆地千 4段岩相古地理图 Fig 5 The lithofacies paleogeographic map of Member 4 of Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 一步向湖泊推进 进入三角洲前缘沉积区 分布于 芦参 1 井 定探 2 井 陕92 井 陕 101 井 榆6 井 成家沟剖面一线 盆地中部的水下分流河道 延伸最远 与来自盆地南部的水下分流河道于延 安 陕 112 井附近汇合 并将湖泊分为东西两个 浅湖区 其中 东侧浅湖区位于延安 延深 1 井 一线往东地区 西侧浅湖区位于庆深 2 井 庆深 1井 黄深 1 井一线 盆地南部发育的三角洲沉 积体系于二道沟 周公庙 口镇 薛峰山一线为 三角洲平原沉积区 于西峰 宁探 1 井 三里河 洛河一线为三角洲前缘沉积区 该时期湖平面 较前期有所上升 受物源供给减少的影响 三角洲 平原沉积区向陆退缩 2 3 千 3 段岩相古地理特征及演化 该时期鄂尔多斯盆地北方物源区和南方物源 区隆升活动减弱 总体继承了前期的沉积格局 盆 地北部仍为冲积扇 冲积平原 三角洲平原 三 角洲前缘 浅湖沉积 盆地南部为三角洲平原 三角洲前缘 浅湖 图 6 千 5 和千 4 期被分隔 的浅湖沉积区 于该时期东 西连通 湖泊面积大 图 6 鄂尔多斯盆地千 3段岩相古地理图 Fig 6 The lithofacies paleogeographic map of Member 3 of Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 盆地北缘 冲积扇沉积体系自东向西 依次发育于 达拉特 杭锦旗和乌达 向南进入冲积平原体系 水上的冲积平原和三角洲平原区依次发育于石炭 井 马拉盖图 苏 26 井 胜 1 井 黑岱沟一线 和银川 鄂 12 井 苏里格庙 统 4 井 榆 2 井 榆 4 井一线 三角洲前缘位于发东 1 井 李 1 井 城川 陕 54 井 陕 65井 榆 6 井 成家沟 一线 盆地南部三角洲平原发育于盘浅 2 井 二 道沟剖面 三道沟剖面 周公庙剖面 口镇剖面 薛峰山剖面一线 三角洲前缘位于庆深 2 井 永参 1 井 三里河一线 于南北三角洲之间为广 阔的浅湖沉积区 位于后洼 庆深 1 井 宁探 1 井 黄深 1 井 富探 1井 延深 1 井一线 该时 期三角洲平原沉积区进一步向陆退缩 湖泊面积 进一步扩大 为石千峰期的最大湖泛期 2 4 千 2 段岩相古地理特征及演化 千 2 期盆地南北部均具有与前期一致的古地 理展布特征 随着盆地周边构造活动减弱 三角 洲平原沉积向湖推进 对于盆地北部地区 由北 向南具有冲积平原 三角洲平原 三角洲前缘 169 第 2 期张 翔等 鄂尔多斯盆地上二叠统石千峰组岩相古地理及时空演化 浅湖的古地理展布特征 图 7 冲积扇的分布与 前期基本一致 冲积平原主要分布于石炭井 马 拉盖图 苏 26 井 胜 1 井 黑岱沟一线和银川 鄂 12 井 苏里格庙 统 4 井 榆 2 井 榆 4 井一线 该时期三角洲前缘相带往陆地方向退缩 至芦参 1 井 定探 1 井 陕 51 井 陕 13 井 陕 219 井 榆 6 井 成家沟剖面 在盆地南缘往湖 盆中心依次为古剥蚀区 三角洲 浅湖沉积 该 时期湖泊分布于环 14 井 庆深 1 井 黄深 1 井 富探 1 井 延深 1 井一线 图 7 鄂尔多斯盆地千 2段岩相古地理图 Fig 7 The lithofacies paleogeographic map of Member 2 of Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 2 5 千 1 段岩相古地理特征及演化 千 1 期与前期古地理格局一致 但是控制盆 地物源供给的周边构造活动已经处于张性阶段 沉积物源相对较少 河道规模及砂体厚度均较前 期变小 湖水面积亦进一步缩小 图 8 冲积扇 发育于达拉特 杭锦旗和乌达 冲积平原位于石 炭井 马拉盖图 苏 26 井 伊 14 井 黑岱沟剖 面 三角洲平原位于苏峪口剖面 色 1 井 鄂 6 井 统 4 井 神 9井一线 三角洲前缘发育于发 东 1 井 定探 1 井 盟 6 井 陕 54 井 陕 137 图 8 鄂尔多斯盆地千 1段岩相古地理图 Fig 8 The lithofacies paleogeographic map of Member 1 of Shiqianfeng Formation in Ordos Basin 井 陕 219 井 洲 2 井 榆 5 井 成家沟剖面一 线 浅湖沉积位于庆探 2 井 庆探 1 井 宁探 1 井 旬探 1 井 黄深 1井 富探 1 井 吉 1 井一 线 盆地南部为三角洲平原 三角洲前缘沉积 3 结 论 总的来看 从千 5 期到千 1 期 古地理特征和 沉积相的展布及演化特征是一致的 均表现为物 源来自北部阴山古陆形成于北高南低的环境中 但是 早期受构造抬升的影响表现为三角洲体系 明显进积作用 随着湖盆面积的扩大 三角洲前缘 向北迁移 三角洲平原收缩 千 3 期湖泊面积最 大 相应出现最大湖泛沉积 后期湖泊逐渐萎缩 三角洲平原和三角洲前缘逐渐向南推进 由此可 见 千 5 期到千 1 期的古地理演化过程 不仅体现 了相带的展布特征 同时也体现了一个完整的湖 平面上升和下降的过程 鄂尔多斯盆地上二叠统石千峰组千 5 期 千 1期古地理展布特征 也体现了盆地石千峰组各 期砂体展布特征 揭示了储集砂体平面分布及时 170 成都理工大学学报 自然科学版 第 36 卷 空演化特征 为在鄂尔多斯盆地寻找石千峰组次 生气藏提供了基础地质资料 参考文献 1 杨华 姬红 李振宏 等 鄂尔多斯盆地东部上古生界 石千峰组低压气藏特征 J 地球科学 2004 29 4 413 419 2 张清 孙六一 黄道军 等 鄂尔多斯盆地东部石千峰 组浅层气成藏机制 J 天然气工业 2005 25 4 12 13 3 闫小雄 胡喜峰 黄建松 等 鄂尔多斯盆地东部石千 峰组浅层气藏成藏机理探讨 J 天然气地球科学 2005 16 6 736 740 4 李振宏 王欣 鄂尔多斯盆地东部石千峰组天然气成 藏机理初探 J 天然气地球科学 2005 16 3 314 318 5 田景春 陈高武 窦伟坦 等 湖泊三角洲前缘砂体成 因组合形式和分布规律以鄂尔多斯盆地姬塬白 豹地区三叠系延长组为例 J 成都理工大学学报 自然科学版 2004 31 6 636 640 6 杨华 傅锁堂 魏新善 等 鄂尔多斯盆地上古生界层 序地层学研究进展 J 低渗透油气田 2006 11 1 2 5 12 7 杨华 傅锁堂 王晓方 鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩 成岩强度定量化系统的建立 J 成都理工大学学报 自然科学版 2007 34 4 424 428 8 付锁堂 田景春 陈洪德 等 鄂尔多斯盆地晚古生代 三角洲沉积体系平面展布特征 J 成都理工大学学 报 自然科学版 2003 30 3 236 241 9 李熙茹 张满郎 谢武仁 等 鄂尔多斯盆地上古生界 层序格架内的成岩作用 J 沉积学报 2007 25 6 923 933 10 杨奕华 包洪平 贾亚妮 等 鄂尔多斯盆地上古生界 砂岩储集层控制因素分析 J 古地理学报 2008 10 1 26 32 11 READING H G Sedimentary Environments and Fa cies M Oxford Blackwell Scientific Publication 1978 12 SELLY R C Ancient Sedimentary Environments M London Chapman and Hall 1985 13 刘宝珺 曾允孚 岩相古地理基础和工作方法 M 北京 地质出版社 1985 14 曾允孚 夏文杰 沉积岩石学 M 北京 地质出版 社 1986 The lithofacies paleogeographic and spatiotemporal evolution of Upper Permian Shiqianfeng Formation in Ordos Basin China ZHANGXiang TIANJing chun CHENHong de HOUMing cai HOUZhong jian State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exp loitation Chengdu University of Technology Chengdu610059 China Abstract T he degree of exploration for the Upper Permian Shiqianfeng Formation in Ordos Basin is on a low level and the fundamental geological study for instance sedimentary facies etc is not systematic precise and perfect enough Based on the modern sedimentology theory the rock type sedimentary structure sectionstructure and geochemistry indicators this paperdividesthe Shiqianfeng Formation into four sedimentary systems braided channel meandering stream delta and lacustrine Based on the 23 field section data on the basin margin and a mass of drilling data the authors systematically make a lithofacies paleogeographical map from Member 5 to M