鄂爾多斯盆地長9段沉積物源分析

劉 璇,丁曉琪,2,萬友利,劉 梅

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川 成都 610059; 2.西南石油大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室,四川成都 610500)

鄂爾多斯盆地長9段沉積物源分析

劉 璇1,丁曉琪1,2,萬友利1,劉 梅1

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川 成都 610059; 2.西南石油大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室,四川成都 610500)

近年來,鄂爾多斯盆地長9段鉆遇一批工業(yè)油流井,顯示長9段油藏具有良好的勘探潛力.由于對個別區(qū)域的物源存在爭議,影響勘探進程.為確定長9段沉積物源,對長9段野外露頭、巖心進行取樣,通過偏光顯微鏡對砂巖薄片進行觀察,獲得大量關(guān)于輕、重礦物組分的信息.根據(jù)礦物含量組合特征,結(jié)合周緣露頭、地質(zhì)背景及古水流的測定,分析母巖及物源方向.結(jié)果表明:研究區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的重、輕礦物組合特點明顯不同;長9段沉積期,主要存在北東、北西、西、南西及南部5個物源,具有典型的山間型盆地的特征.這些物源在盆地中心的吳起、富縣一線發(fā)生匯聚.盆地西物源的存在說明南北向的中央古陸梁可能存在,中央古陸梁提供部分西物源;盆地南物源的存在說明寧縣、正寧、宜君地區(qū)具備油氣富集條件,具有油氣勘探潛力.

物源;重礦物;輕礦物沉積;長9段;鄂爾多斯盆地

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國中西部重要的含油氣盆地之一,是受多期次構(gòu)造活動控制發(fā)育的復(fù)合盆地,油氣資源勘探面積為10×104km2.從下古生界到中生界均有油氣資源發(fā)現(xiàn),石油、天然氣資源量分別為86×108t和11×1012m3,勘探潛力巨大[1],中生界發(fā)育多套生儲蓋組合.前人對中生界延長組物源特征進行研究:周鼎武等認(rèn)為延長組物源區(qū)主要來自西南、西北、東北方向[2],楊華、陳全紅等分析長6、長2+3油層組沉積期的物源方向[3-4],呂強等認(rèn)為延長組沉積時期受三大物源控制并進一步識別出6個次級物源[5],張哨楠等研究表明鄂南地區(qū)在延長期廣泛接受來自西北和西南方向的物源供給[6],羅靜蘭等分別分析鄂南地區(qū)長8、長6段沉積期物源特征[7],趙俊興等在鄂南識別出三大物源并進一步分為5個次級物源[8],鄭榮才等研究白豹—華池地區(qū)長6段物源[9],鄧?yán)サ韧ㄟ^地球化學(xué)分析富縣探區(qū)長6、長8段的物源特征[10],Ding Xiaoqi、萬友利等分別對鄂南地區(qū)長6、長8段進行綜合研究,并分析物源與成巖耦合關(guān)系[11-12].這些研究普遍認(rèn)為鄂爾多斯盆地延長組發(fā)育于一個多物源供給的體系環(huán)境,以東北和西南為主要的物源供給方向,并存在其他方向的物源作為補充.隨著勘探的進行,長9段成為盆地內(nèi)部中生界找油戰(zhàn)略的新層位,但對長9段物源特征研究的不夠深入,對于個別物源問題仍存在爭議,如是否存在西部物源、是否存在南部物源、物源的影響范圍有多大等.根據(jù)重、輕礦物分布規(guī)律及組合特征等,結(jié)合古流向的測定,筆者對長9段沉積物源進行總結(jié)歸納,并對爭議較大的南物源和西物源進行界定,為長9段勘探和研究提供地質(zhì)依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

延長組沉積期盆地周緣存在多個古陸:北部的陰山古陸、西北的阿拉善古陸、西南的隴西古陸和南部的秦嶺古陸[13-15](見圖1),盆地周緣的老地層構(gòu)成古陸的主要組成部分.中生界延長組是發(fā)育在陸相湖盆中的一套碎屑沉積體系,延長組沉積充填記錄湖盆的間歇震蕩式湖侵湖退的過程,自下而上分為10個油層組.長9段沉積期,由于西南邊緣斷裂活動加劇形成西南陡、東北緩的不對稱湖盆,盆地內(nèi)主要發(fā)育三角洲沉積環(huán)境與牽引流作用有關(guān)的分流河道、天然堤、決口扇、三角洲前緣的河口壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂,以及濱淺湖環(huán)境與湖浪和湖流改造作用有關(guān)的砂質(zhì)灘壩、席狀砂等砂體.這些沉積相在平面上有序配置及在垂向上相互疊置,使其具有良好的生儲蓋組合,成為一個油氣富集區(qū)[16-17].盆地內(nèi)的延長組是我國最早發(fā)現(xiàn)油氣的層位,也是近年進行勘探開發(fā)的主要目的層[18-19].

圖1 鄂爾多斯盆地晚三疊世周緣古陸分布Fig.1 Ancient land distribution on the basin margin in late Triassic Ordos basin

2 物源分析

研究主要圍繞2個方面:(1)確定盆地內(nèi)的物源方向.通過對出露剖面斜層理的測定研究古流向方向,確定物源方向;通過收集數(shù)據(jù),編制不同沉積時期重礦物、輕礦物的分布圖并與周圍母巖進行對比,進一步確定物源區(qū),明確不同物源的影響范圍.(2)不同物源區(qū)母巖性質(zhì)的厘定.結(jié)合盆地周緣古陸巖性資料及已有研究成果,對研究區(qū)周圍的物源進行分析,采用對比的方法與研究區(qū)的巖性進行對比.

2.1 長9段重礦物組合特征

不同類型母巖的礦物組分不同,經(jīng)風(fēng)化破壞后產(chǎn)生不同的重礦物組合[20].同一種重礦物也有可能來自不同類型的母巖,因此綜合重礦物的特征、含量及其組合,判識母巖類型、古流向及古地理等[21-22].鄂爾多斯盆地延長組重礦物特征與物源判識已取得成果[23],進一步分析鄂爾多斯盆地長9段砂巖中重礦物的分布特征及其物源.根據(jù)重礦物的含量及其組合,可將研究區(qū)的重礦物分布劃分為4個區(qū)域(見圖2).

Ⅰ區(qū)位于研究區(qū)東北部,有6口井、9個數(shù)據(jù)點,重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次是石榴子石(79.05%)、綠簾石(10.33%)、ZTR(5.77%)、白鈦礦(2.60%)、榍石(0.83%)、鈦磁鐵礦(0.95%).該區(qū)是富含石榴子石區(qū),是長9段中石榴子石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的區(qū)域.綠簾石質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對長9段的其他區(qū)域來說較少,僅高于Ⅳ區(qū).鋯石加電氣石加金紅石(ZTR)穩(wěn)定礦物組合質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個組合區(qū)中最低.這說明東北部主要來源于變質(zhì)巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測為古陰山東段及烏蘭格爾古隆起的高級變質(zhì)巖和酸性巖漿巖[24].

Ⅱ區(qū)位于研究區(qū)西北部,有9口井、13個數(shù)據(jù)點,重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次是石榴子石(56.37%)、綠簾石(18.92%)、白鈦礦(11.81%)、ZRT(9.74%)、鈦磁鐵礦(2.12%)、榍石(0.86%).重礦物組合以綠簾石質(zhì)量分?jǐn)?shù)高和石榴子石質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對低為特征,綠簾石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個組合區(qū)中最高,石榴子石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最低.該重礦物組合反映它們主要來源于變質(zhì)巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測為西北側(cè)阿拉善古陸的高級變質(zhì)巖和酸性巖漿巖.不穩(wěn)定重礦物綠簾石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,也反映陸源碎屑的搬運距離較短,西北部定邊地區(qū)長9段砂巖粒度較粗也證實這一點.

Ⅲ區(qū)位于研究區(qū)西南部,有12口井、19個數(shù)據(jù)點,重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次是石榴子石(66.94%)、綠簾石(10.86%)、白鈦礦(9.66%)、ZTR(8.13%)、榍石(2.03%)、鈦磁鐵礦(1.17%).石榴子石和綠簾石是該區(qū)重礦物的重要組成部分,榍石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個組合區(qū)中最高.該重礦物組合反映它們主要來源于變質(zhì)巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測西南側(cè)隴西古陸的變質(zhì)巖和酸性巖漿巖是該區(qū)域的主要物源.

Ⅳ區(qū)位于研究區(qū)南部,有8口井、13個數(shù)據(jù)點,重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次是石榴子石(70.98%)、ZTR(13.63%)、白鈦礦(8.80%)、綠簾石(1.72%)、鈦磁鐵礦(1.17%)、榍石(0%).以穩(wěn)定性重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高為特征,是富含穩(wěn)定重礦物組合區(qū).鋯石加電氣石加金紅石(ZTR)穩(wěn)定礦物組合的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是4個區(qū)域中最高的,穩(wěn)定性相對差的綠簾石和榍石在區(qū)域內(nèi)最少,推測母巖為南側(cè)古秦嶺的變質(zhì)巖和酸性巖漿巖,并且經(jīng)過長距離的搬運.

2.2 長9段輕礦物組合特征

由于物源區(qū)母巖的成分、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化穩(wěn)定度等方面存在顯著差別,構(gòu)造背景、盆地坡降、碎屑物質(zhì)搬運距離存在較大差異,在風(fēng)化、搬運、沉積過程也受到不同程度的改造[25].如石英相對長石較為穩(wěn)定,在母巖區(qū)的源巖成分一致或相似條件下,可以推斷富含石英的砂巖搬運距離較遠(yuǎn).因此,不同物源體系中沉積的石英、長石、巖屑等陸源碎屑物的種類與含量,不僅可以提供對應(yīng)物源區(qū)的信息,并且可以劃分物源體系.

研究區(qū)長9段的長石含量普遍較高,石英含量中等,巖屑以火山巖屑和變質(zhì)巖為主,沉積巖巖屑幾乎沒有.根據(jù)盆地長9段的輕礦物含量及組成,將長9段輕礦物組合劃分為5個區(qū)域(見圖3).

Ⅰ區(qū)位于研究區(qū)的東北部,有6口井、7個數(shù)據(jù)點,為貧石英組合區(qū).以長石巖屑砂巖、長石砂巖和巖屑長石砂巖為主,巖屑砂巖次之,分選較好,磨圓較差,形成于三角洲平原分流河道微相[26].其中石英體積分?jǐn)?shù)較低,為26%;長石體積分?jǐn)?shù)為35%;火成巖和變質(zhì)巖體積分?jǐn)?shù)分別為6%、16%;沉積巖占所有穩(wěn)定礦物的1%;其他類型穩(wěn)定輕礦物所占比例是所有區(qū)域中最高的,為9%.巖屑組合以富變質(zhì)巖屑、低沉積巖屑組合為特征.根據(jù)該區(qū)的穩(wěn)定輕礦物組成,結(jié)合重礦物,可以得出碎屑巖主要來自以變質(zhì)巖占優(yōu)勢的多類型母巖,推測以高級變質(zhì)巖、酸性巖漿巖為主,即東北部物源體系的母巖由古陰山及烏蘭格爾隆起區(qū)以古老高級變質(zhì)巖為主體,含有巖漿巖和少量沉積巖的多種巖石類型組成.

圖2 鄂爾多斯盆地長9段重礦物組合分布Fig.2 Heavy mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

圖3 鄂爾多斯盆地長9段輕礦物組合分布Fig.3 Light mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

Ⅱ區(qū)位于研究區(qū)西北部,有11口井、13個數(shù)據(jù)點.該區(qū)的長石和石英體積分?jǐn)?shù)分別為36%和31%,長石是穩(wěn)定輕礦物組合中最主要的組成部分.其余巖屑體積分?jǐn)?shù)為:變質(zhì)巖18%,火成巖7%,其他4%.西北物源體系巖屑成分以高變質(zhì)巖屑、貧沉積巖屑組合為特征.這一組合特征說明該處的母巖類型為變質(zhì)巖占優(yōu)勢的多類型母巖,推測西北部物源體系的母巖主要由阿拉善古陸的前震旦紀(jì)—震旦紀(jì)片麻巖、片巖、混合巖、石英巖、板巖等變質(zhì)巖組成.

Ⅲ區(qū)位于研究區(qū)西側(cè),分布范圍較小,有3口井、3個數(shù)據(jù)點.該區(qū)的穩(wěn)定輕礦物特點是石英和火成巖屑的含量高,是富石英貧長石組合區(qū).該區(qū)的石英體積分?jǐn)?shù)高達31%,是研究區(qū)內(nèi)最高的,長石體積分?jǐn)?shù)為全區(qū)內(nèi)最低(29%),是唯一石英體積分?jǐn)?shù)高于長石的區(qū)域.火成巖體積分?jǐn)?shù)為15%,大于其他區(qū),但小于變質(zhì)巖體積分?jǐn)?shù)(17%),其他輕礦物占3%.因此,判斷該區(qū)物源以變質(zhì)巖和火成巖為主,物源既不同于北部,也不同于南部,推測物源來自南北向的中央古陸梁.

Ⅳ區(qū)位于研究區(qū)西南部,有11口井、13個數(shù)據(jù)點,以變質(zhì)巖含量高、長石與石英含量基本相同為主要特點,是富石英和變質(zhì)巖屑組合區(qū).砂巖中石英體積分?jǐn)?shù)為30%,長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31%,變質(zhì)巖體積分?jǐn)?shù)為22%,為研究區(qū)最高值.火成巖和其他輕礦物體積分?jǐn)?shù)分別占10%和3%.物源體系以高變質(zhì)巖屑和火成巖屑為特征.該區(qū)的母巖類型為變質(zhì)巖占優(yōu)勢的多類型母巖,推測西南部物源體系主要來自秦祁褶皺造山帶及隴西古陸,母巖類型多樣,主要由花崗巖和中基性巖、片麻巖、片巖、千枚巖、板巖以及火山巖、碎屑巖與碳酸鹽巖[27]等組成.

Ⅴ區(qū)位于研究區(qū)南部,有11口井、14個數(shù)據(jù)點,是富長石貧石英組合區(qū).以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主要的砂巖類型,成分成熟度低、結(jié)構(gòu)成熟度中等至好[28].該區(qū)的砂巖特點是長石和石英的含量高,尤其是長石體積分?jǐn)?shù)為48%,遠(yuǎn)大于石英的體積分?jǐn)?shù)(22%).長石和石英的高比例導(dǎo)致巖屑含量少于其他區(qū)域,其中火成巖占5%,變質(zhì)巖占10%.這一特點表明V區(qū)距離物源區(qū)較近,砂巖保留較多的母巖性質(zhì),母巖巖性是以變質(zhì)巖為主的多類型母巖.南部物源體系以變質(zhì)巖屑和火成巖屑組合為特征,推測南部物源體系主要來自古秦嶺的元古代和早古生代火山巖、片巖、片麻巖、大理巖、變質(zhì)碎屑巖,以及火山碎屑巖、碎屑巖、碳酸鹽巖等組成的母巖.

2.3 古水流特征

研究區(qū)四周普遍為三角洲沉積相,向中間砂體變薄,逐漸向湖泊相轉(zhuǎn)變[23-24,29].通過對剖面露頭交錯層理傾向的測定,做出玫瑰花圖(見圖4),可以看出長9段古水流方向源于盆地周緣.特別需要注意的是盆地南部長武、彬縣、銅川一帶,所測的古水流均為北西方向,反映出存在自南向北或自南東向北西方向的古水流;富縣仕望河所測的古水流為自北向南方向,說明來自北部三角洲和來自南部的三角洲在富縣—宜川地區(qū)發(fā)生匯聚.由此可以看出,湖盆接收來自盆地東北部、西北部、西部、西南部及南部的物源,湖盆中心受多物源控制,反映出“山間型”內(nèi)陸盆地的古地理背景.

3 物源分析

東北物源主要來自古陰山的變質(zhì)巖、烏蘭格爾古隆起的高級變質(zhì)巖(麻?！灼潕r系)和酸性巖漿巖組合[30],與北西物源在吳起—靖邊一線有疊加,向南延伸到富縣與洛川之間.以重礦物中石榴子石含量高,輕礦物中長石含量高為特征.

西北物源主要來自阿拉善古陸的高級變質(zhì)巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,向南的影響范圍不超過麻黃山,向南東方向延伸至吳起.以重礦物中石榴子石和綠簾石含量高,輕礦物中石英含量相對較高,并且粒度粗為特征.

西物源主要來自中央古陸梁的變質(zhì)巖和火山巖組合.受取樣資料的限制,影響范圍尚不清楚,環(huán)縣附近受西物源的影響,輕礦物的典型特征是火山巖屑含量高.

西南物源主要來自隴西古陸的片麻巖和花崗巖,也是古秦嶺的元古代與早古生代變質(zhì)巖和巖漿巖組合,影響范圍向東可達長武—寧縣—合水一線,向北不超過環(huán)縣,在湖盆中心的華池—吳起地區(qū)與東北物源發(fā)生匯聚.重礦物中榍石含量較高,輕礦物中石英、長石和巖屑含量基本相等.

南部為隴西古陸及秦嶺的變質(zhì)巖和酸性巖漿巖或多種巖石類型的組合,如元古代和早古生代火山巖、片巖、片麻巖、大理巖、變質(zhì)碎屑巖,以及火山碎屑巖、碎屑巖、碳酸鹽巖等,向南影響范圍不超過富縣.重礦物中富ZTR貧綠簾石,輕礦物中富長石貧石英,粒度較細(xì),反映長距離搬動的特征.

圖4 鄂爾多斯盆地長9段古水流玫瑰花圖Fig.4 Palaeocurrent's Rose diagram of the Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

4 結(jié)論

(1)長9段沉積期,鄂爾多斯湖盆受多物源控制,形成典型的山間型盆地,湖盆中心為物源匯聚區(qū),南、北兩大物源匯聚于吳起、富縣一線.

(2)環(huán)縣地區(qū)長9段輕礦物富火山巖巖屑,與盆地其他地方有別,反映存在西物源的可能,說明南北向的中央古陸梁是存在的.

(3)南物源的存在說明富縣以南地區(qū)砂體發(fā)育,考慮延長組南部烴源巖發(fā)育,推測寧縣、正寧、宜君地區(qū)具備油氣富集條件.

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TE122.1

A

2095- 4107(2014)01- 0010- 07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.002

2013- 11- 05;編輯:陸雅玲

國家自然科學(xué)基金項目(41302115);博士后科學(xué)基金項目(2012M511941)

劉 璇(1992-),女,碩士研究生,主要從事儲層沉積學(xué)與油藏地球化學(xué)方面的研究.

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