鄂爾多斯盆地東緣大寧-吉縣區(qū)塊及鄰區(qū)山西組山2 段物源分析

趙龍梅，吳和源，黃力，趙靖舟，趙浩陽，耳闖，李軍

（1.中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100095；2.中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028；3.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；4.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

物源分析作為沉積環(huán)境演化研究的重要內(nèi)容，在油氣勘探過程中發(fā)揮著不可替代的作用，為砂體展布與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供主要數(shù)據(jù)支持。鄂爾多斯盆地上古生界在長期的天然氣勘探研究過程中積累了大量的物源研究成果（楊仁超等，2007；肖建新等，2008；陳全紅等，2009；張道鋒等，2009；竇偉坦等，2009；王濤等，2009；王峰等，2009；屈紅軍等，2011；王國茹，2011；陳全紅等，2012；喬建新等，2013；李亞龍等，2016；馬東旭等，2016），這些成果為盆地早期天然氣勘探提供了重要助力。鄂爾多斯盆地南北主要物源形成了統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：認(rèn)為鄂爾多斯上古生界受多物源控制影響，但以北部物源為主，主要為陰山古陸以及阿拉善古陸，南部物源區(qū)為秦嶺-中條古隆起（郭英海等，1998；肖建新等，2008），主要來源于北秦嶺的寬坪群和秦嶺群。然而對(duì)南北物源交匯區(qū)卻未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。在露頭古流向以及巖石成分分析的基礎(chǔ)上，陳孟晉等（2006）提出鄂爾多斯盆地東南部山2 段可能的南北物源交匯區(qū)位于延安、吉縣以南區(qū)域，南部物源影響范圍一直延伸到洛川與韓城以北附近（康東雅等，2019），但這一結(jié)論由于露頭古水流分析數(shù)據(jù)量小、遠(yuǎn)離露頭分布區(qū)，且證據(jù)單一，當(dāng)時(shí)并未得到學(xué)者們廣泛認(rèn)可。在重礦物數(shù)據(jù)支撐下，有學(xué)者將山西組南北物源影響范圍在此基礎(chǔ)上向北調(diào)整，北物源向南延伸到清澗、子長一帶，南部物源由南向北延伸到延安以北，延安附近表現(xiàn)為南北物源交匯區(qū)（屈紅軍等，2011）。此后，最新的文獻(xiàn)中北部物源影響范圍被延伸到黃陵縣附近，南部物源僅擴(kuò)展到銅川以北（李文厚等，2021）。隨著天然氣勘探的區(qū)域拓展，對(duì)交匯區(qū)附近的砂體展布及預(yù)測(cè)成為各大油田公司的難題。以大寧-吉縣區(qū)塊山西組山2 段為例，早期油氣勘探過程中認(rèn)為大寧-吉縣探區(qū)整體為北部物源控制，砂體展布表現(xiàn)為由北西向南東延伸，并將其作為井位部署的重要依據(jù)，然而隨著勘探研究的逐步深入，早期的砂體刻畫逐漸成為有效勘探的桎梏，并且勘探過程中發(fā)現(xiàn)大寧-吉縣油氣探區(qū)山2 段南北局部地區(qū)砂巖成分差異顯著，是否預(yù)示著研究區(qū)南北物源可能存在差異？因此，筆者認(rèn)為有必要系統(tǒng)的對(duì)目標(biāo)區(qū)附近的物源進(jìn)行綜合研究分析，為區(qū)域古地理研究提供線索的同時(shí)，也為區(qū)域油氣勘探砂體展布刻畫提供更可靠的證據(jù)。

1 區(qū)域背景

大寧-吉縣油氣探區(qū)位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶南端與伊陜斜坡東南緣（圖1），發(fā)育上古生界石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組、山西組及中二疊統(tǒng)上、下石盒子組、石千峰組多套地層，具整體平緩、構(gòu)造簡(jiǎn)單、斷層少量發(fā)育的特點(diǎn)。本溪組與山西組下部發(fā)育的厚煤層為區(qū)域油氣成藏奠定了重要的烴源巖條件，其中山西組下部海陸過渡相三角洲，發(fā)育水下分流河道、河道間灣沼澤以及泥炭沼澤間互沉積，形成多套煤層及厚層泥頁巖與多套砂巖構(gòu)成的良好源儲(chǔ)配置關(guān)系。其中，山2 段以發(fā)育著名的“北岔溝砂巖”（圖2）成為油氣勘探領(lǐng)域的重點(diǎn)目標(biāo)層位。

圖1 鄂爾多斯盆地大寧-吉縣油氣探區(qū)區(qū)域位置及采樣位置圖Fig.1 Regional location and sampling location of Daning-Jixian oil and gas exploration area in Ordos basin

2 古流向證據(jù)

山西組山2 段發(fā)育廣泛分布的“北岔溝砂巖”，是山西組底部重要的分層標(biāo)志（圖2）（黃建松等，2022），為三角洲前緣水下分流河道沉積，發(fā)育大量的板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、平行層理及沖刷面構(gòu)造，地層整體近水平狀發(fā)育，為古流向分析提供了大量的數(shù)據(jù)來源。為減少數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差，露頭古流向測(cè)量數(shù)據(jù)主要來源于板狀交錯(cuò)層理（圖3）。數(shù)據(jù)分布點(diǎn)位以大寧-吉縣油氣探區(qū)為中心，北至柳林縣，南至澄城縣，分布于探區(qū)北部、東北部、東部以及西南部，共計(jì)20 個(gè)露頭，平均每個(gè)露頭點(diǎn)獲取古流向數(shù)據(jù)8～15 個(gè)，局部露頭區(qū)相鄰較近，統(tǒng)計(jì)共取得山2 段古水流數(shù)據(jù)17 組（圖4）。柳林縣周邊“北岔溝砂巖”表現(xiàn)為厚層水下分流河道砂體，板狀交錯(cuò)層理傾向?yàn)?45°～245°（圖3a），投影校正后古流向數(shù)據(jù)玫瑰花圖指示由北向南的古水流。石樓縣附近北岔溝砂巖板狀交錯(cuò)層理傾向?yàn)?60°～205°，臨汾市堯都區(qū)及其以南的黑龍關(guān)鎮(zhèn)（圖3b～圖3c），北岔溝砂巖出露情況較好，板狀交錯(cuò)層理數(shù)據(jù)為130°～235°。該區(qū)域向南前柿子園村附近發(fā)現(xiàn)山2 段內(nèi)部上下層位砂巖之間板狀交錯(cuò)層理數(shù)據(jù)變化顯著，獲得上下相鄰砂層組2 組數(shù)據(jù)：35°～125°和210°～180°。該2 組數(shù)據(jù)反映了由南向北和由北向南的兩個(gè)相反古流向特征，附近臺(tái)頭鎮(zhèn)（圖3d），北岔溝砂巖板狀交錯(cuò)層理傾向?yàn)?0°～150°，表現(xiàn)為“北西-南東向”水流特征。向南管頭鎮(zhèn)至韓城市竹園村“北岔溝砂巖”板狀交錯(cuò)層理傾向?yàn)?°～340°（圖3e），呈現(xiàn)近乎“正南-正北”的水流特點(diǎn)。澄城縣三眼橋附近北岔溝砂巖板狀交錯(cuò)層理傾向范圍（10°～355°）與竹園村觀察點(diǎn)數(shù)據(jù)特征近乎一致（圖3f）。

圖3 鄂爾多斯盆地東緣山2 亞段北岔溝砂巖露頭古流向特征Fig.3 Paleocurrent direction characteristics of Beichagou sandstone outcrop in Shan-2 sub segment,eastern margin of Ordos basin

古流向數(shù)據(jù)顯示，柳林縣向南至蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)一帶均表現(xiàn)為由北向南的古水流特征，局部古流向呈現(xiàn)為“北東-南西向”，極少數(shù)據(jù)表現(xiàn)為“北西-南東向”水流。大寧-吉縣區(qū)塊南部澄城縣北東方向至鄉(xiāng)寧縣管頭鎮(zhèn)為由南向北的古水流，厚層砂巖交錯(cuò)層理傾向分布范圍主體為5°～310°（圖3），南部澄城縣古水流呈現(xiàn)“正南北向”（圖3f），鄉(xiāng)寧縣附近為“南西-北東向”。

3 重礦物分布特征

根據(jù)區(qū)域物源研究進(jìn)展，考慮不同時(shí)期成果的優(yōu)缺點(diǎn)，山西組山2 段物源研究分析工作采取地面露頭結(jié)合井下巖心實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析的方式，以大量露頭古流向分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合重礦物分析輔助，為物源分析提供更可靠的證據(jù)支撐。以樣品點(diǎn)位覆蓋整個(gè)研究區(qū)為原則，對(duì)大寧-吉縣區(qū)塊井下巖心進(jìn)行重礦物采樣，山2 段重礦物點(diǎn)位包括24 口井，重礦物數(shù)據(jù)主要來源于大寧-吉縣油氣區(qū)塊山2 段井下巖心。重礦物組合表現(xiàn)為“鋯石+白鈦礦+磁鐵礦+電氣石+錫石”為主（表1），白鈦礦整體含量較高。北部郝字號(hào)井區(qū)白鈦礦占陸源重礦物總平均含量達(dá)42%，鋯石占比平均為30%；北東到中東部大吉字號(hào)井區(qū)白鈦礦含量占比變化較大，局部區(qū)域含量高達(dá)92%，向中東部顯著降低，臨近二郎山景區(qū)局部含量低于10%（表1，圖5），鋯石含量呈現(xiàn)相反的較高值43%；高字號(hào)井區(qū)北部白鈦礦平均占比較高達(dá)39%，鋯石含量平均為37%，而靠南部的高字號(hào)井白鈦礦含量卻高達(dá)90%，鋯石平均含量低于2%。以“鋯石+金紅石+電氣石”在透明重礦物碎屑中所占比例進(jìn)行“ZTR”指數(shù)分析，郝字號(hào)井區(qū)ZTR 平均為32%，大吉井區(qū)ZTR 指數(shù)由北向南顯著增加，高字號(hào)井區(qū)ZTR 低值區(qū)集中，局部高值孤立分布。

表1 大寧-吉縣區(qū)塊山2 段重礦物含量對(duì)比表Tab.1 Comparison of heavy mineral content in Shan-2 section of Daning-Jixian block

圖5 大寧-吉縣油氣探區(qū)重礦物與ZTR 指數(shù)平面分布特征Fig.5 Distribution characteristics of heavy minerals and ZTR index in Daning-Jixian oil and gas exploration area

4 鋯石U-Pb 測(cè)年數(shù)據(jù)

以古流向數(shù)據(jù)與重礦物數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取露頭以及井下巖心山2 段鋯石測(cè)年樣品5 塊，樣品1 位于柳林縣成家莊剖面，樣品2 位于蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)剖面、樣品3 為大寧-吉縣區(qū)塊大吉12 井、樣品4 為高6 井以及樣品5 來自澄城縣三眼橋剖面（圖1）。單樣品中粗粒巖屑石英砂巖重約為1.5 kg，單樣品獲鋯石顆粒數(shù)為160～200 粒。山2 段“北岔溝砂巖”鋯石以無環(huán)帶和弱環(huán)帶重結(jié)晶變質(zhì)鋯石為主，少量不規(guī)則狀振蕩環(huán)帶巖漿鋯石，其中樣品4 與樣品5 巖漿巖鋯石顆粒

含量占比明顯多于樣品1～樣品3。利用LA-ICPMS 方法，采用中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所Thermo 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀CETAC（Excite）193 nm 激光剝蝕系統(tǒng)進(jìn)行樣品測(cè)試。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示（圖6），樣品點(diǎn)1～樣品點(diǎn)3 的鋯石測(cè)年峰值表現(xiàn)為2 段特征：1 800～2 000 Ma，2 400～2 500 Ma；樣品點(diǎn)4 與樣品點(diǎn)5 碎屑鋯石年齡峰值為4 段式特點(diǎn)：300～700 Ma、1 100～1 200 Ma、1 800～2 000 Ma 和2 400～2 600 Ma。值得注意的是，樣品點(diǎn)4 和5 中低年齡峰值鋯石年齡均主要來自于巖漿巖鋯石顆粒。

圖6 鄂爾多斯盆地東緣大寧-吉縣探區(qū)附近山2 亞段北岔溝砂巖碎屑鋯石年齡Fig.6 Zircon age of clastic rocks of Beichagou sandstone in Shan2 sub member near Daning-Jixian exploration area in the eastern margin of Ordos basin

5 討論

古流向分析、重礦物數(shù)據(jù)及鋯石測(cè)年是重要的物源研究手段，為大寧-吉縣區(qū)塊及其附近山2 段物源分析提供了重要的數(shù)據(jù)支持。古流向數(shù)據(jù)分析表明，大寧-吉縣區(qū)塊東部露頭區(qū)，蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)向南西至鄉(xiāng)寧縣管頭鎮(zhèn)之間的山2 段古流向數(shù)據(jù)可劃分為3 個(gè)區(qū)（圖4）：以臨汾市柿子園村附近為界，向北露頭區(qū)表現(xiàn)為北部物源控制（Ⅰ區(qū)），古流向特征以“北東-南西向”為主；柿子園村以南至鄉(xiāng)寧縣臺(tái)頭鎮(zhèn)附近“北岔溝砂巖”出現(xiàn)“南西-北東向”和“北東-南西向”2種古水流間互出現(xiàn)的特點(diǎn)（Ⅲ區(qū)）。鄉(xiāng)寧縣臺(tái)頭鎮(zhèn)以南（Ⅱ區(qū)），山2 段露頭古流向均表現(xiàn)為“南西-北東向”。由于區(qū)域地層整體并未發(fā)生大型倒轉(zhuǎn)或褶皺，地層傾角整體較平緩，因此可以直接排除構(gòu)造作用的影響。由此可推斷，大寧-吉縣油氣探區(qū)東側(cè)山2 段露頭區(qū)，臨汾市柿子園村附近向南至鄉(xiāng)寧縣臺(tái)頭鎮(zhèn)一帶可能為南北物源的交匯區(qū)。雖然重礦物樣品并未涉及露頭區(qū)，然而與露頭區(qū)緯度大致相當(dāng)?shù)拇髮?吉縣區(qū)塊重礦物數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出露頭區(qū)古流向類似的分區(qū)特點(diǎn)。在研究區(qū)內(nèi)，超穩(wěn)定重礦物鋯石由北向南占比增加，至二郎山旅游區(qū)附近，向南高字號(hào)井區(qū)表現(xiàn)為鋯石顯著降低的特點(diǎn)；穩(wěn)定重礦物白鈦礦則同步表現(xiàn)為相反情況。表明北部郝字號(hào)井區(qū)、東部大吉井區(qū)以及南部高字號(hào)井區(qū)較二郎山旅游區(qū)附近對(duì)比，為相對(duì)近物源區(qū)?！癦TR”指數(shù)平面分布特征顯示郝字號(hào)井區(qū)ZTR 平均32%，大吉井區(qū)成分成熟度由北向南增高趨勢(shì)明顯，高字號(hào)井區(qū)ZTR 低值區(qū)集中，局部高值，進(jìn)一步證明其具有相對(duì)近物源的特點(diǎn)。其次，類比以陰山古陸和秦嶺巖群為代表疑似物源區(qū)鋯石年齡峰值（趙國春等，2002；Wan et al.，2009；羅靜蘭等，2010；第五春榮等，2010；張建新等，2011；王盟等，2013；張成立等，2013；Zhou et al.，2021；王敬宇等，2021），樣品點(diǎn)1～樣品點(diǎn)3 的年齡峰值與樣品點(diǎn)4～樣品點(diǎn)5 差異顯著，表明較大概率來自于不同的物源區(qū)，這與重礦物所反映的物源特征基本一致。由此可進(jìn)一步推測(cè)山西組山2 亞段沉積期，南部物源可能并未完全跨越二郎山旅游區(qū)一帶，高字號(hào)井區(qū)以北，二郎山旅游區(qū)附近為大寧-吉縣區(qū)塊的南北物源交匯區(qū)。

6 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地東南緣大寧-吉縣油氣探區(qū)及其鄰區(qū)山2 段沉積期表現(xiàn)為南、北雙物源共同控制的特點(diǎn)，探區(qū)內(nèi)北部郝字號(hào)井區(qū)以及東部大吉字號(hào)井區(qū)均受北部物源控制，二郎山旅游區(qū)以南高字號(hào)井區(qū)為南部物源控制沉積，二郎山旅游區(qū)附近及其東西兩側(cè)表現(xiàn)為南北物源的交匯沉積。

（2）大寧-吉縣探區(qū)東側(cè)山2 段露頭區(qū)南、北物源交匯區(qū)主要位于臨汾市柿子園村以南與鄉(xiāng)寧縣管頭鎮(zhèn)以北區(qū)域。在該區(qū)域附近，北部物源呈現(xiàn)北東-南西向，南部物源表現(xiàn)為南東/南西-北東向特點(diǎn)。工區(qū)東部以及北部古流向特征整體為正北向南的特點(diǎn)，工區(qū)南部則表現(xiàn)為正南向北的水流特征。該認(rèn)識(shí)可為大寧-吉縣探區(qū)井下砂體刻畫提供線索。

（3）大寧-吉縣區(qū)山2 亞段重礦物組合表現(xiàn)為“鋯石+白鈦礦+磁鐵礦+電氣石+錫石”，南北物源交匯區(qū)附近北部物源控制砂巖中鋯石U-Pb 測(cè)年主要表現(xiàn)為2 個(gè)年齡峰值：1 800～2 000 Ma 和2 400～2 500 Ma，南部物源沉積砂巖中鋯石U-Pb 測(cè)年表現(xiàn)為4 段年齡峰值：300～700 Ma、1 100～1200 Ma、1 800～2 000 Ma 和2 400～2 600 Ma。