鄂爾多斯盆地二疊系盒8段沉積特征再研究

王衛(wèi)紅, 田景春, 張錦泉

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 成都 610059)

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鄂爾多斯盆地二疊系盒8段沉積特征再研究

王衛(wèi)紅, 田景春, 張錦泉

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 成都 610059)

[摘要]鄂爾多斯盆地二疊系下石盒子組第8段是天然氣主力產(chǎn)層。在眾多前人研究成果的基礎(chǔ)上，以盆地邊緣露頭剖面、全盆地近900口鉆井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用古流向分析、重礦物統(tǒng)計(jì)分析、巖性分析、剖面結(jié)構(gòu)分析等方法，對(duì)盒8段沉積相類型及特征進(jìn)行了研究，重新確立了盒8段的沉積特征和河流相沉積模式。結(jié)果表明：盒8段沉積時(shí)受南北2個(gè)古陸所發(fā)育的沖積水系控制，發(fā)育河流相沉積，河流南北溝通，并向東流入湖泊。該匯水湖泊位于山西多寧-河津-韓城以東的地區(qū)，并非位于鄂爾多斯盆地境內(nèi)。

[關(guān)鍵詞]鄂爾多斯盆地；下石盒子組；河流相；匯水區(qū)

鄂爾多斯盆地(圖1)中二疊統(tǒng)下石盒子組第8段(簡(jiǎn)稱“盒8段”)是天然氣主力產(chǎn)層，是受沉積相控制的典型巖性油氣藏，對(duì)其沉積環(huán)境的研究十分重要。20世紀(jì)70-80年代，有研究者僅依據(jù)盆地北緣露頭及少量鉆孔資料，認(rèn)為鄂爾多斯盆地自北向南發(fā)育沖積扇、沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣、淺湖，將盆地內(nèi)很大范圍劃分為三角洲前緣及淺湖[1,2]。2000年，隨著蘇里格氣田的發(fā)現(xiàn)，由于盒8段巖性具有粒度粗、變化大的特征，被眾多學(xué)者重新認(rèn)定為辮狀河沉積[3,4]。因此，三角洲前緣與三角洲平原之間的界限向南推移，位于城川、塔灣、龍鎮(zhèn)、子洲、綏德一線附近，三角洲前緣仍占據(jù)廣大范圍。隨著蘇里格地區(qū)天然氣勘探的深入，2007年以來(lái)逐漸勘探部署了蘇里格西、蘇里格、蘇里格東、蘇里格南，勘探結(jié)果顯示，各區(qū)盒8段巖性特征與蘇里格氣田相似，以碎屑顆粒粗、變化大為特征，并沒(méi)有出現(xiàn)按河流沉積的機(jī)械分異作用及河流入湖分叉作用的特征，沉積物由北向南沒(méi)有變細(xì)，砂體形態(tài)不是指狀分叉，仍為條帶狀，因此引起人們對(duì)盒8段沉積時(shí)向南有無(wú)匯水區(qū)及匯水區(qū)在哪里的思考。為此，本文在眾多前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)盆地邊緣露頭剖面觀測(cè)，研究區(qū)及相鄰地區(qū)下石盒子組近900口鉆井資料綜合分析，對(duì)鄂爾多斯盆地盒8段沉積相類型及特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，獲得了新的認(rèn)識(shí)。

1盆地南緣下石盒子組沉積特征

1.1物源

鄂爾多斯盆地南緣存在北祁連-北秦嶺-大別山古陸，由志留紀(jì)末加里東運(yùn)動(dòng)褶皺帶組成，泥盆紀(jì)轉(zhuǎn)化為地臺(tái)形成古陸，到二疊紀(jì)，海西運(yùn)動(dòng)使祁連、秦嶺形成統(tǒng)一的物源區(qū)[5-7]。在南邊古陸邊緣，如澄城洛河、耀縣石川河、平?jīng)龃笈_(tái)子等地表露頭都出露有下石盒子組，而且列為層型剖面；旬探1、永參1、耀參1、洛1、龍2等鉆井也都鉆遇到下石盒子組，主要為沖積扇、河流相沉積，表明這些地區(qū)的盒8段沉積物源來(lái)自南邊北祁連-北秦嶺-大別山古陸。

1.1.1古流向

古水流方向是反映沉積物來(lái)源的重要標(biāo)志[8-11]。依據(jù)野外剖面砂巖交錯(cuò)層理、流水特征以及礫石的疊瓦狀定向排列等揭示古水流方向資料，可以看出在口鎮(zhèn)剖面、耀縣石川河剖面、澄城洛河剖面、三眼橋剖面的古流向以北西向及北東向?yàn)橹?，河津剖面以北東向?yàn)橹?圖2)，這充分說(shuō)明這些地區(qū)的物源來(lái)自盆地南緣的古陸。

1.1.2鋯石含量特征

根據(jù)單顆粒重礦物含量的平面變化來(lái)判定物源方向的一般規(guī)律是：在順?biāo)鞣较蛏?，距離物源區(qū)越遠(yuǎn)穩(wěn)定重礦物組分所占的比例越高，不穩(wěn)定重礦物的含量越少[12]。由于鋯石具有極好的抗風(fēng)化、抗磨蝕和熱蝕變能力，使得它在沉積循環(huán)中不易被破壞[13]。通過(guò)對(duì)盆地南緣有關(guān)鉆井盒8段鋯石含量統(tǒng)計(jì)，可以看出鋯石含量由南向北有增大趨勢(shì)(圖3)，說(shuō)明盆地南緣盒8段沉積物源主要來(lái)自南部古陸。

1.2河流相沉積特征

1.2.1巖性特征

位于高橋地區(qū)的陜279井，盒8段、盒7段巖性均為含礫粗砂巖、粗砂巖夾細(xì)礫巖及粉砂巖、泥巖，而盒7段比盒8段中礫巖夾層增多、增厚、粒徑增大(圖4)，礫石的成分以石英巖為主，除此之外還可見到少量花崗片麻巖、花崗巖的礫石。這種礫石的來(lái)源與北秦嶺—大別山古陸有關(guān)，這反映了物源抬升、剝蝕增強(qiáng)、距物源近的沉積特征，南邊古陸的碎屑物已搬至高橋地區(qū)，與源自北部的碎屑沉積相匯合。

圖4　陜279井巖性特征Fig.4　Lithological features of the Well Shan-279(A)含礫粗砂巖，陜279井，深度3 040.5 m，盒7段; (B)含礫粗砂巖，陜279井，深度3 069.4 m，盒8段

圖3　鄂爾多斯盆地南緣下石盒子組鋯石含量等值線圖Fig.3　Contour map of zircon content for Xiashihezi Formation in south Ordos Basin

1.2.2沉積相特征

鄂爾多斯盆地南部地區(qū)盒8段沉積相自南向北發(fā)育沖積扇和河流沉積體系，沖積扇主要發(fā)育在古陸邊緣，河流主要為辮狀河，其主要沉積微相為心灘，如陜113井(圖5)。其盒8段自下而上主要發(fā)育砂質(zhì)心灘和砂礫質(zhì)心灘。砂質(zhì)心灘測(cè)井剖面結(jié)構(gòu)為鐘形和漏斗形疊置，巖性為中細(xì)砂巖；砂礫質(zhì)心灘測(cè)井剖面結(jié)構(gòu)為箱狀，巖性主要為細(xì)粒巖、含礫粗砂巖，并互相疊置、垂向堆積為厚層砂體，發(fā)育有大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理，底部具沖刷面。

2盆地中部盒8段河流相沉積特征

鄂爾多斯盆地盒8段，南北物源是否溝通連片，自北向南的河流體系是否在鄂爾多斯盆地進(jìn)入湖盆，盆地中部塔灣-高橋地區(qū)的沉積特征尤為關(guān)鍵。

2.1泥巖顏色分布特征

塔灣-高橋地區(qū)盒8段泥巖的顏色有棕紅色(紫色)、雜色、灰色及灰綠色，其中，雜色、灰綠色多數(shù)為斑塊狀，棕紅色、灰色成全色。前人曾以泥巖顏色來(lái)劃分河流與湖泊的分界，將城川、塔灣、龍鎮(zhèn)、子洲一線以北劃分為紫紅色，以南為灰綠色，因此將塔灣-高橋劃分為三角洲前緣。作者通過(guò)對(duì)塔灣-高橋地區(qū)盒8段泥巖顏色統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)塔灣-高橋及子洲地區(qū)盒8段泥巖顏色并非為整片的灰綠色，而是灰色泥巖夾紫紅色、雜色、灰綠色斑塊。在平面分布特征上，棕紅色、雜色大面積分布，而灰色、灰綠色成團(tuán)塊狀分布(圖6)。

圖5　陜113井沉積相剖面圖Fig.5　Profile of sedimentary facies of the Well Shan-113

巖石的原生色是重要沉積相標(biāo)志之一，形成原生色的成因主要與色素元素如Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mn3+等及碳質(zhì)含量、氧化-還原界面有關(guān)。在沉積物中影響氧化-還原界面的變化與地下水潛水面高低及浪基面深淺變化有關(guān)。蘇里格、蘇里格西、蘇里格東大面積紫紅色泥巖的形成與沉積物處于地下水潛水面之上的氧化環(huán)境有關(guān)。蘇里格、蘇里格東、高橋地區(qū)局部夾大斑塊、團(tuán)塊的灰綠色泥巖的形成與浪基面的深淺變化無(wú)關(guān)，而是受地下水潛水面升高使原處于氧化環(huán)境的沉積物變?yōu)槿跹趸?還原介質(zhì)，發(fā)生局部褪色而成，因而形成雜色、灰綠色的大斑塊。因此，高橋地區(qū)盒8段沒(méi)有進(jìn)入三角洲前緣亞相，仍為河流相特征。所以，以前認(rèn)為盆地南邊為三角洲前緣、前三角洲、淺湖的沉積相格局不存在，而是被南北相連接的河流所占據(jù)。

2.2砂巖特征

塔灣-高橋地區(qū)沉積體系以粗碎屑巖為主，一般由分選差的含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖等組成，含少量細(xì)礫巖，砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。砂巖底部發(fā)育塊狀層理、粒序?qū)永砗推叫袑永?，中上部發(fā)育側(cè)積交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理和楔狀交錯(cuò)層理等(圖7)，砂巖底面發(fā)育明顯的底沖刷構(gòu)造。這種巖性特征、沉積構(gòu)造類型均反映了河流相沉積的特點(diǎn)。

2.3剖面結(jié)構(gòu)特征

圖6　鄂爾多斯盆地高橋地區(qū)盒8段泥巖顏色分布圖Fig.6　Colour distribution of mudstone of the He-8 in Gaoqiao, Ordos Basin

圖7　鄂爾多斯盆地中部塔灣-高橋地區(qū)盒8段巖性特征Fig.7　Lithological features of the He-8 in Tawan-Gaoqiao, Ordos Basin(A)礫石疊瓦狀構(gòu)造,陜297井,盒8段; (B)中粗粒砂巖,板狀交錯(cuò)層理,陜284井,深度3 654.59 m,盒8段;(C)含礫石英砂巖,陜247井,盒8段,深度3 026.53 m;(D)灰色粗砂巖,含碳質(zhì)條帶,陜249井,深度3 273.84 m,盒8段

圖8　塔灣-高橋地區(qū)陜307井-陜30井盒8段沉積相剖面圖Fig.8　Profile of sedimentary facies of the He-8 from the Well Shan-307 to Shan-30 between Tawan and Gaoqiao areas

通過(guò)對(duì)塔灣-高橋地區(qū)相關(guān)鉆井盒8段沉積剖面分析(圖8)，可以看出盒8段沉積在垂向上表現(xiàn)為多期河道反復(fù)遷移疊加，說(shuō)明砂體沉積過(guò)程中具有橫向遷移頻繁、對(duì)下伏地層具強(qiáng)烈沖刷且河道非常不固定的特點(diǎn)，橫向上辮狀河河道砂體呈大面積毯式分布。電測(cè)曲線特征一般為高幅、中-高幅的齒化或微齒化的箱形組合、箱形-鐘形組合和鐘形組合，底部多為突變接觸方式，頂部突變或漸變。這些均是辮狀河沉積的重要特征，是辮狀河心灘頻繁擺動(dòng)的證據(jù)，說(shuō)明盒8時(shí)期塔灣-高橋地區(qū)為辮狀河沉積。因此，北部物源在與南部物源匯合前并沒(méi)有進(jìn)入三角洲前緣，仍為河流相特征。

2.4不同地區(qū)盒8段河流相沉積特征對(duì)比

通過(guò)對(duì)塔灣-高橋地區(qū)盒8段與蘇里格地區(qū)盒8段巖性特征、砂地比、測(cè)井相、剖面結(jié)構(gòu)對(duì)比(表1)，可以看出二者非常相似，均為典型的河流相沉積(圖9)。

綜上可以看出，鄂爾多斯盆地盒8段沉積期，盆地北部的蘇里格地區(qū)、盆地中部的塔灣-高橋地區(qū)以及盆地南部地區(qū)均表現(xiàn)為河流相沉積。

3陜晉豫地區(qū)盒8段巖相、沉積相特征及沉積模式

3.1區(qū)域巖相、沉積相特征

石炭紀(jì)-二疊紀(jì)，鄂爾多斯盆地為華北板塊的組成部分。其地層發(fā)育特征與相鄰的晉、豫地區(qū)可以對(duì)比。根據(jù)陜、晉、豫三省區(qū)域地質(zhì)志[14-16]及全國(guó)地層多重劃分對(duì)比巖石地層資料，以巖性特征、泥巖顏色、有無(wú)煤層及海相夾層出現(xiàn)，編制了三省交界地區(qū)盒8段巖相分布圖(圖10)。

由圖10可以看出，鄂爾多斯盆地南部有北秦嶺-大別山古陸存在，而盆地北部有陰山古陸存在(圖中未畫出)，即有2個(gè)物源區(qū)。兩大物源區(qū)物源豐富，特別是北部陰山古陸強(qiáng)烈隆升，古地形北高南低，物源充足，水系發(fā)育，大量沉積物能被搬運(yùn)到盆地的南部，大約在甘泉、高橋、洛川一帶匯合，南北沉積物溝通，在盆地未能形成匯水區(qū)，仍為河流相沉積。盆地向東依次發(fā)育平原沼澤相、三角洲前緣相，而湖泊位于山西的和順、平遙、介休、古縣、鄉(xiāng)寧、河津、韓城一帶以東及黃河以北地區(qū)，所以河津地區(qū)下石盒子組古流向以北東向?yàn)橹?，而柳林地區(qū)則向南東，流向湖泊區(qū)。

表1　蘇里格、蘇里格西與高橋地區(qū)盒8段沉積特征對(duì)比

圖9　蘇里格地區(qū)(蘇6井)與高橋地區(qū)(陜99井)盒8段河流相剖面結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.9　Profile comparison of fluvial facies of the He-8 between the Well Su-6 and Well Shan-99 in Sulige and Gaoqiao areas(A)陜99井盒8段剖面結(jié)構(gòu); (B)蘇6井盒8段剖面結(jié)構(gòu)

3.2區(qū)域沉積模式

二疊世晚期，華北海盆發(fā)生海退，位于華北盆地西部的鄂爾多斯盆地南北均為物源區(qū)，為盆地提供物源，并且南北沉積物相溝通，在鄂爾多斯盆地內(nèi)形成南北相通的河流相沉積(圖11)。南北沉積物在盆地內(nèi)匯合后，向東流入華北海(圖12)。

4結(jié) 論

鄂爾多斯盆地盒8段的沉積模式不是像前人[17]所認(rèn)為的從北向南由沖積扇→沖積平原(三角洲平原)→三角洲前緣→淺湖的分布格局，而是受古地形控制，是多水系、多河道、多河型、南北水系相通、長(zhǎng)流域、大面積分布的沖積水系網(wǎng)。盒8段沉積期，盆地北部、南部均有古陸存在。其中沿北部陰山古陸發(fā)育多水系河流向南搬運(yùn)，而南部沿北祁連-北秦嶺古陸發(fā)育多水系河流向北搬運(yùn)，整個(gè)鄂爾多斯盆地為河流所占據(jù)，匯水湖泊位于山西多寧-河津-韓城以東的地區(qū)，不在鄂爾多斯盆地境內(nèi)。

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Research on sedimentary environment of the Member 8 of Middle Permian Xiashihezi Formation in Ordos Basin, China

WANG Wei-hong, TIAN Jing-chun, ZHANG Jin-quan

State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Abstract:The Member 8 of Middle Permian Xiashihezi Formation (He-8) in Ordos Basin is the main natural gas producing reservoir. Based on approximate 900 drilling wells data and some outcrop sections from the basin margin, combined the methods of paleocurrent direction analysis, heavy mineral statistical analysis, lithology analysis, and section structure analysis, the intrinsic characteristics of old lands, paleocurrents and deposits with respect to the strata of the Member 8 of Xiashihezi Formation were analyzed. The study results in new sedimentary features and sedimentary patterns in the area. It reveals that the sedimentary stage of the section 8 of Xiashihezi Formation is controlled by two oldlands in the north and the south respectively and the rivers originated in the north and the south are connected at that stage. The catchment area occurs in east of Duoning, Hejing and Hancheng of Shanxi Province, instead of in the Ordos Basin.

Key words:Ordos Basin; Xiashihezi Formation; fluvial facies; catchment area

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼][分類號(hào)] P512.31; TE121.3 A

[基金項(xiàng)目]國(guó)家“十二五”重大科技專項(xiàng)(2011ZX05007-004)。

[收稿日期]2015-06-26。

[文章編號(hào)]1671-9727(2016)02-0224-09

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.09

[第一作者] 王衛(wèi)紅(1980-)，女，博士研究生，研究方向：儲(chǔ)層沉積學(xué), E-mail:wangweihong08@cdut.cn。