鄂爾多斯盆地渭北隆起下古生界熱演化史恢復(fù)

郭 科，田 濤，董 欣

(西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

渭北隆起為鄂爾多斯盆地南部一級構(gòu)造單元，在大地構(gòu)造的位置上，它處于活動構(gòu)造帶(秦嶺造山帶)與穩(wěn)定地塊(鄂爾多斯地塊)的過渡地帶。鄂爾多斯盆地于古生代是華北大型克拉通盆地的一部分，自古生代以來該區(qū)主要經(jīng)歷了加里東運動、印支運動、燕山運動以及喜馬拉雅運動，這些構(gòu)造運動對盆地內(nèi)部地層的形成與形變，特別是對晚古生代和中生代含煤地層的形成和油氣的運聚具有重要的影響。

圖1 鄂爾多斯盆地區(qū)域構(gòu)造劃分(據(jù)任戰(zhàn)利，2015)

1 剝蝕厚度和沉積埋藏史恢復(fù)

地層剝蝕厚度恢復(fù)工作是盆地埋藏沉降史研究的前提條件。研究區(qū)自中生代以來，主要經(jīng)歷兩次剝蝕期:志留世到晚石炭世末期加里東運動華北板塊的整體抬升剝蝕和和燕山運動時期的抬升剝蝕。采用鏡質(zhì)體反射率差值來恢復(fù)剝蝕厚度，即根據(jù)不整合面上下相近地層的鏡質(zhì)體反射率差值估算剝蝕量的大小，并利用圖解的形式來確定。把不整合面以下地層的R0剖面線穿過不整合面向上延伸到 R0值與上伏地層底界面R0相等的深度點，那么該點與不整合面的深度差值即為剝蝕量[4]。

以淳2井白堊系剝蝕厚度恢復(fù)為例(見圖 2):由淳2井鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)得到白堊系剝蝕厚度為508 m。

根據(jù)前人做的渭北隆起埋藏史恢復(fù)和在對渭北隆起地區(qū)沉積構(gòu)造史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，估算渭北隆起地區(qū)加里東運動時期的剝蝕厚度為50 m。

以鄂爾多斯盆地渭北隆起南緣淳2井詳細(xì)的鉆井資料為依據(jù)，在鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)剝蝕厚度的基礎(chǔ)上，對鄂爾多斯盆地渭北隆起的沉積埋藏史進(jìn)行恢復(fù)，得到鄂爾多斯盆地渭北隆起的沉積埋藏史圖(見圖3)。

圖2 淳2井白堊系剝蝕厚度恢復(fù)

圖3 鄂爾多斯盆地渭北隆起沉積埋藏史圖

2 古地溫梯度恢復(fù)

2.1 現(xiàn)今地溫梯度

前人收集了多口鉆孔的測溫資料，研究了鄂爾多斯盆地現(xiàn)今的地溫梯度。鄂爾多斯盆地現(xiàn)今地溫梯度較低，平均約為 3.19 ℃ /100 m[1]。

2.2 各個時期古地溫梯度討論

鄂爾多斯盆地下古生界具有超補(bǔ)償性的特征，鏡質(zhì)體反射率只能記錄地層達(dá)到最大埋深時的地溫場，對于中生代以前的古地溫場狀況，只能由盆地各個時期發(fā)育的區(qū)域構(gòu)造背景、沉積環(huán)境，在將今論古的方法的基礎(chǔ)上利用 basinmod軟件與實測的鏡質(zhì)體反射率相擬合來反演不同時期的古地溫梯度[2]。下面分別對鄂爾多斯盆地各個時期古地溫梯度進(jìn)行推斷。

早古生代奧陶紀(jì)鄂爾多斯盆地處于復(fù)合型克拉通坳陷盆地發(fā)育時期岡，屬聚斂陸緣弧后盆地的陸架沉積環(huán)境，類比現(xiàn)今的非洲中西部的扎伊爾盆地和新生代以來具有裂谷盆地特征的墨西哥灣，此兩地實測現(xiàn)今地溫梯度范圍2.5～2.8℃/100m ，推斷早古生代奧陶紀(jì)渭北隆起取值2.7℃ /100m[2]。

渭北隆起地區(qū)在中石炭世一早二疊世早期為濱淺海沉積環(huán)境，早二疊世晚期一早、中三疊世為陸相一河流、湖泊沉積環(huán)境.根據(jù)全球類似盆地特征推測，渭北隆起地區(qū)當(dāng)時地溫梯度范圍為2.2～3℃ /100m。

晚侏羅一早白堊世的燕山運動，使得盆地發(fā)生了一次重大的構(gòu)造熱事件，國內(nèi)外學(xué)者對此次熱事件研究較多.此次構(gòu)造熱事件，對地溫場造成了很大的影響同，使得鄂爾多斯盆地地溫梯度迅速升值，大地?zé)崃髦狄诧@著增長，研究認(rèn)為當(dāng)時古地溫梯度遠(yuǎn)高于現(xiàn)今的[3]。根據(jù)鏡質(zhì)體反射率的計算，恢復(fù)出鄂爾多斯盆地南緣早白堊世晚期最大古地溫梯度為3.8～4.3℃/100m 。

圖4 渭北隆起下古生界熱演化史與生烴史模擬

圖5 實測R0與模擬R0擬合性比較

2.3 basinmod軟件模擬各個時期古地溫梯度

在以上將今論古得出的古地溫梯度的基礎(chǔ)上，利用basinmod軟件盆地模擬軟件通過不斷調(diào)整古地溫梯度參數(shù)，最終達(dá)到了模擬R0值與實測值擬合，從而保證了古地溫梯度的準(zhǔn)確性，最終渭北隆起地區(qū)各個時期古地溫梯度取值為:渭北隆起地區(qū)各個時期地溫梯度取值為:早古生代2.8℃/100m，石炭紀(jì)一早二疊紀(jì)2.4℃/100m，中二疊紀(jì)到三疊紀(jì)為3.5℃ /100m，侏羅紀(jì)一早白堊紀(jì)紀(jì) 4.3℃ /100m ，現(xiàn)今地溫梯度為 3.5℃ /100 m。

3 熱演化史與生烴史研究

盆地?zé)嵫莼纺M，是在前面綜合利用各種地質(zhì)資料，依據(jù)地質(zhì)和物化定律建立地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用數(shù)學(xué)公式定量表達(dá)，在埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，利用 BasinModel盆地模擬軟件，對每個層位的巖性進(jìn)行詳細(xì)的配置，對渭北隆起下古生界進(jìn)行熱史模擬，通過不斷調(diào)整地質(zhì)參數(shù)，最終達(dá)到了模擬R0值與實測值擬合，確保了熱史模擬的精度，得到渭北隆起下古生界熱演化史與生烴史模擬圖(見圖 4)與實測R0與模擬R0擬合性比較圖(見圖 5)。

模擬顯示中白堊約100 Ma，馬家溝組埋深達(dá)到最大4 595 m，地層溫度達(dá)到210度左右，為該套地層經(jīng)歷的最大古地溫，該時期的地溫梯度為4.2℃/100m，模擬總剝蝕厚度為558m，模擬的鏡質(zhì)體反射率與實測鏡質(zhì)體反射率吻合，模擬效果真實。

由以渭北隆起地區(qū)下古生界熱史與生烴史模擬圖可以得到，渭北隆起地區(qū)下古生界馬家溝組烴源巖到晚二疊世末期241.5 Ma，烴源巖 R0達(dá)到 0.7%，開始進(jìn)入生油窗;早中三疊世 R0為0.7% ～1.3%，屬于成熟階段;晚三疊世205 Ma，烴源巖R0達(dá)到1.3%，進(jìn)入高成熟階段，烴源巖原油裂解并開始進(jìn)入生氣窗。中晚侏羅世以后隨著 R0的持續(xù)增大，烴源巖屬于過成熟，進(jìn)入干氣階段。

4 結(jié)語

(1)鄂爾多斯盆地渭北隆起經(jīng)歷的最主要的抬升剝蝕發(fā)生在燕山運動及以后，其剝蝕厚度為508 m。

(2)鄂爾多斯盆地渭北隆起下古生界的烴源巖烴源巖成熟度演化史大致為:晚二疊世末期241.5 Ma，烴源巖 R0達(dá)到0.7%，達(dá)到成熟階段，開始進(jìn)入生油窗;晚三疊世 205 Ma，烴源巖 R0達(dá)到1.3%，進(jìn)入高成熟階段，烴源巖原油裂解并進(jìn)入生氣窗。中晚侏羅世以后隨著R0的持續(xù)增大，烴源巖屬于過成熟，進(jìn)入干氣階段。

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