鄂尔多斯盆地延长组物源分析

鄂尔多斯盆地延长组物源分析

鄂尔多斯盆地是中国内陆最大的含油气盆地和最大的含煤盆地。它也是中国进行石油和勘探和开发的最古老地区。虽然它已经经历了近一个世纪的研究过程，但却取得了前所未有的成就。鄂尔多斯盆地油气勘探工作始于20世纪初(王竹泉及潘钟祥,1933),大规模的地质找矿工作是解放后开始的,。盆地内三叠系延长组不仅是中国陆相三叠系中研究最早、发育齐全的地层剖面,也是最早获得油气发现的地层,多年来一直是油气勘探的主要目的层。延长期在盆地湖泊的周围形成了以东北三角洲和西南扇三角洲-三角洲为代表的三角洲裙,其沉积的三角洲平原、三角洲前缘砂体大面积分布,这是形成大油田的基础。近年来对鄂尔多斯盆地延长组勘探取得了令人鼓舞的成果,特别是安塞油田、西峰油田的发现,都预示着在该盆地上三叠统具有很大的勘探潜力。目前,三叠系的油源问题已基本解决,但有关延长组各段的沉积储层砂体的具体展布尚存许多争议,三叠系湖盆范围及三角洲分布范围仍不十分明确,尤其是在几大沉积体系发育结合部位更为复杂,湖盆底形特点仍不完全清楚,这些都为进一步的石油勘探工作带来了困难。针对近年来盆地延长组油气勘探特点,有必要对盆地物源分布状况、湖盆底形特点、盆地东部三角洲(富县三角洲)存在与否等与油气勘探关系密切的实际问题展开研究、讨论,这必将有利于更清楚地认识沉积相展布特点,有利于重新评价认识该区的油气地质条件及勘探前景,对指导该盆地油气勘探具有重要意义。1远景区油气储层精细特征分析总体来讲,鄂尔多斯盆地延长组的沉积具有多源性,并且在整个延长组的发展历程中有较好的继承性。一是盆地周缘存在多个古陆,包括北部的阴山古陆、西北缘的阿拉善古陆、南部的祁连-秦岭古陆及西南的陇西古陆等,它们都是盆地碎屑沉积物的主要来源;另外,此时吕梁山北段(宁武以北)也开始隆起,也加大了东北方向物源的供给。弄清延长组早中沉积期的物源位置、阐明古物源与沉积体系的空间配置对远景区油气储层的准确预测具有重要意义。重矿物和岩屑是判断物源方向及物源分区的重要标志。从岩屑含量特征图上(图1)可以看出,盆地明显受到东北、西南两大物源供给方向控制,东北三角洲沉积体系的岩屑组合主要为“火成岩屑+变质岩屑”组合;西南三角洲沉积体系岩屑组合主要为“沉积岩屑+火成岩屑+变质岩屑”组合,西南地区以明显含沉积岩屑而区别于东北物源。这种分布特征在盆地表现得特别明显,对比清楚。通过重矿物组合分布特征研究认为,盆地主要存在东北、西部(西南)和南部(东南)三大物源沉积方向,并且还可以进一步划分出6个亚区(图2)。资料统计表明,延长组中期长6油层组重矿物种类主要有锆石、电气石、金红石、石榴子石、绿帘石和榍石。其中,东北地区重矿组合表现为“石榴石+绿帘石+榍石+锆石”组合;西南地区重矿组合相对复杂,主要是“锆石+电气石+金红石+石榴石”组合;南部及东南部重矿物特征主要表现为“锆石+石榴石+电气石”组合,同时含有少量的金红石和榍石。同时,针对这三大物源区重矿物特点,各自还可以进一步划分出6个次级物源区,说明延长组沉积时期物源具有多样性。另外,从东北部以长石含量较高、沉积岩屑含量甚少且基本不含白云岩屑,而西南物源以较高的石英含量和高白云岩屑含量的情况看,两大物源区母岩性质是有本质差别的。2长6时期盆地底形对于盆地底部形态研究,主要是通过前面对不同地区沉积相研究的基础上,结合地震相特征、长7泥岩分布特点综合进行的。总体上认为,长6时期盆地底形具有“南陡北缓、西陡东缓”的特点,盆地中心位于庙湾以北、正宁以东、甘泉以南地带,造成了盆地东北部主要属于缓坡型湖泊三角洲体系,而在南部、西南部则属于陡坡型扇三角洲,在研究区的西南部为辫状河及三角洲前缘末端的浊积扇沉积。这种盆地形态特征主要有以下几个方面的证据。2.1有效烃源岩的特征作为长6沉积前的长7沉积的大范围分布的黑色泥岩、油页岩等是延长组最主要的烃源岩,因其在测井综合图上表现出明显的高电阻率、低电位、高伽马等特点,高电阻率特征明显,故简称为高阻泥岩。它的分布范围、发育厚度等与盆地形态关系密切,沉积厚度越大地区,当是长6沉积前盆地的中心地区,等原线密度越大,表明盆地坡度越陡。基于这一原理,从高阻泥岩厚度分布图(图3)中可以看出,在长6沉积前,盆地中心位于甘泉-正宁之间。同样地,在有效烃源岩分布图上(图4),同样有相似特点。并且从图上可以看出,等原线密度也呈现出“南密北疏、西密东疏”,这也同样反映出长6沉积前盆地底部形态具有“南陡北缓、西陡东缓”之特点。2.2盆地西部、沿海地区从长6沉积体系和各个时期古地理特征上不难看出,在研究区的南部、西南部发育了半深湖-深湖浊积岩,而研究区的北部、东北地区长6时期则为网状河三角洲沉积体系。另外,结合前人研究成果,就整个盆地而言,认为在盆地的西部发育了冲积扇-辫状河-辫状河三角洲体系,南部也为辫状河三角洲沉积;而盆地北部及东北部为曲流河-网状河三角洲沉积,在盆地南部庆阳-固城川-正宁一带为半深湖-深湖的三角洲前缘浊积岩,浊积岩物源来自西部、西南或南部的辫状河三角洲前缘。不管是在研究区还是整个盆地,其南北、东西两侧在沉积体系上形成了明显的区别。众所周知,冲积扇、辫状河体系要距离物源区近,而曲流河、网状河体系距离物源区远;同样,在三角洲体系里,辫状河三角洲体系要比曲流河、网状河三角洲体系距离物源区近,因此,这种沉积体系分布格局表明了盆地形态在长6时期为南北不对称。另外,在盆地南部、西南部大面积的浊积岩发育也有力地说明了这一点。盆地浊积岩物源来自南部、西南,浊流形成的环境表明该地区为深水环境,浊流的形成机理也说明要有比较陡的斜坡环境,这一形成背景也表示盆地南部在长6沉积时期盆地底部形态具有“南陡北缓、西陡东缓”的特点。2.3西部缓坡厚层土盆地北部地区来自地震方面资料也同样显示出,在盆地南部、西南地区的地震资料地层倾角要明显大于北部、东北部沉积。南部沉积长6地层大量发育一些楔状体,地层大多成一定角度“趴”在底部长7之上,一般角度可达0.47°(图5),个别地方可能更大。而北部沉积体相对要平缓得多,一般呈平行状(图6),或在三角洲前缘某些地区成微角度进积于下部地层之上。这一点也得到了长庆油田地球物理室的认同(与夏正远工程师交流,2004)。以上研究表明,整个鄂尔多斯盆地在延长组沉积时期,总体上湖盆底形格局是“南陡北缓、西陡东缓”的特点。这种特点造成了盆地东北部地区主要属于缓坡型湖泊三角洲体系,而在南部、西南地区则属于陡坡型扇三角洲和三角洲前缘末端的浊积扇沉积,也造就了盆地北部地区储层发育稳定,平面上分布广,从而三角洲具有“大前缘”特征;而西南地区储层厚度和空间分布变化相对较大,相变也较快。因此,盆地北部地区在下一步油气勘探部署过城中应充分考虑到湖盆底形对储层分布的影响。3岩石区的富集区提出这个问题,主要是因为有前人研究指出,在长6期突出的沉积特征是由于北部、东北、东部沉积作用的显著加强,使得深湖中心区有来自各个方向的浊积岩体,这时由于西部沉积物源的减弱,东部物源加强。对于有无富县三角洲存在的问题,这直接关系到盆地东部有无物质来源,关系到盆地的古地理格局。如果有,则在相同沉积背景下应该存在一个重要程度类似于安塞油田的油气富集区,这当然关系到下一步的油气勘探领域。而笔者通过研究认为,在长6时期(包括长7、长8)不存在来自正东方向的“富县三角洲”,更不能到达固城川地区,这种认识主要基于以下几个方面证据。3.1延长组的生物组成及构造差异朱夏(1990)晚三叠世延长组沉积厚度等值线图(图7)也表明,晚三叠世时期鄂尔多斯盆地与华北仍相连,呈北西向分布的“葫芦形”,盆地中心位于铜川、郑州一带。另外在1990~2000年,张抗、赵重远等分别对盆地形态和延长组地层分布特征进行了分析,认为晚三叠世鄂尔多斯盆地与华北盆地相通。也就是说,当时盆地东部的吕梁山地区在延长组沉积时期并没有隆起,盆地东部还是接受了晚三叠世沉积。通过对盆地东部剖面详细考察,吕梁山以西地区并没有发现延长组盆地边缘相粗碎屑沉积,也进一步证实了盆地东缘并无隆起区。据前人资料,吕梁山东部的山西沁水盆地的延长组(包括铜川组)地层的岩性及生物组合与鄂尔多斯盆地内延长组极为相似来推断,当时晚三叠世沉积是不受吕梁山分割的统一整体盆地。另外,在山西省吕梁山西区,延长早期(长7以前,狭义的铜川组)厚度显示南厚北薄,离石、太原以南厚423.8~483.7m,以北厚275m,东部沁水区略厚于西部吕西地区。产有延长组植物群的Annalepis-Tongchuanophyllum组合,Shanxiconchalonga类群,及以Euestheriashanxiensis-E.cf.minuta为代表的叶肢介、孢粉和昆虫等化石。延长晚期(长7以后)分布于沁水区的北部和吕西区的西南部,以大宁、吉县一带发育较好,代表性剖面为永和县罢骨乡罢骨剖面,岩性由黄绿、灰绿、灰黄和肉红色中细粒长石砂岩组成,夹灰绿色砂质泥岩和页岩及泥岩层组成,局部夹有凝灰岩,砂岩中普遍含有黄铁矿结核,页岩中含有丰富的植物化石,为温暖潮湿气候条件下内陆河湖相沉积,含延长植物群的Thinnfeldia-Danaeopsisfecunda组合。以上种种特点表明,在印支运动阶段,吕梁山的构造抬升是由北而南进行的。上三叠统随着层位抬升,伴随着火山作用事件,吕梁山北段逐渐抬升隆起,延长组在山西的西南部发育较好,包括吕西地区和沁水地区发育最好,也说明了吕梁山中南部是在延长期以后才隆起的。因此,不存在来自正东方向的物源,所谓的富县三角洲只是来自北东方向的延安-安塞三角洲的分支朵体。3.2晚三期岩相古地理长7时期,鄂尔多斯盆地在继承长8期总的沉积格局基础上继续强烈下沉,并达到了盆地的鼎盛时期,湖盆范围明显扩大,水体变深。该时期,盆地周围各大三角洲都发生了强烈后退,形成了一些退积型三角洲,湖盆形态不对称,东北三角洲群与西南三角洲群形成了南北对峙的局面(图8)。在庆阳、合水、固城川、华池等地发育了大面积的浊积岩沉积,构成了这些地区的主要储集体类型。长7时期的包含浊积岩沉积的半深湖-深湖亚相分布范围大,几乎占了研究区面积的2/3,依然呈北西-南东向不对称分布。这些地区的黑色泥岩厚80~120m,泥岩百分比为60%~90%;油页岩或炭质泥岩厚30~l00m,普遍发育水平层理、波状层理,动植物化石丰富,常见瓣鳃类、介形类、叶肢介、鱼类及昆虫化石,黄铁矿晶体或结核普遍分布,是鄂尔多斯盆地最主要的生油岩发育区。长6晚期,从全区来看,三角洲建设达到鼎盛时期(图9)。该时期,东北三角洲平原亚相面积扩大,北部湖岸线已南退至坪桥-镰刀湾一线,主要为三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相,分流河道、水下分流河道、河口坝等主要储集体沉积微相砂/地比一般在30%以上,最高可达80%。该时期明显具有“大前缘”特征,前缘前端已经推进至张岔、太白一带。南部三角洲体系在该时期也发生了进积,前缘推进至宁县、正宁、黄陵一线,原来发育的一类沉积体系浊积岩分布范围缩小,主要集中在研究区的西部地区,仍为南部及西南部三角洲前缘垮塌成因。南北体系之间的过渡带则主要是一些浅湖-半深湖沉积。总体来看,由于进积作用强烈,东北部三角洲前缘形成了良好的油气储层,如王窑、杏河等地长6含油层位主要在这一期;西部及南部主要储集体类型仍以浊积砂体为主。通过对长6、长7时期岩相古地理编图工作不难看出,延长组沉积中期,不管是砂岩等厚图,还是砂/地比等值线图,都反映出了在富县地区沉积的砂岩是来自东北方向的延安-安塞三角洲前缘的一些远砂坝、河口坝等微相,而没有反映来自正东方向的沉积体系,因此不存在来自东部的富县三角洲。4盆地沉积体系通过以上对鄂尔多斯盆地的物源分布状况、富县三角洲是否存在及湖盆底形特点的分析讨论,可以得出以下几点结论:a.鄂尔多斯盆地延长组的沉积具有多源性,盆地主要受到3大物源控制,可进一步划分出6个次级物源。古物源与沉积体系具有良好的空间配置关系,决定了盆地长6时期的沉积体系分布格局。b.通过岩性、古