鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)巖相古地理特征及演化

劉曉光

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局107地質(zhì)隊(duì)，重慶 401120)

鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)巖相古地理特征及演化

劉曉光

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局107地質(zhì)隊(duì)，重慶 401120)

通過對(duì)野外露頭剖面、鉆井及巖心觀察，在地層劃分與對(duì)比基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)不同時(shí)期的巖相古地理特征。研究表明，受古陸及海平面升降的影響，研究區(qū)寒武紀(jì)具有三個(gè)演化階段，辛集-朱砂洞組發(fā)育濱-淺海沉積體系，并逐漸向碳酸鹽巖緩坡過渡；饅頭組主要為碳酸鹽巖緩坡沉積體系，自北向南發(fā)育內(nèi)緩坡、外緩坡及深水盆地相沉積；張夏組海侵到達(dá)最大，碳酸鹽巖臺(tái)地形成，臺(tái)緣鮞粒灘異常發(fā)育；三山子組由局限臺(tái)地云坪、臺(tái)緣灘、斜坡及深水盆地沉積組成。受后期表生溶蝕作用，張夏組臺(tái)緣鮞粒灘及三山子組云坪局部形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，為研究區(qū)寒武系最為有利的儲(chǔ)集相帶。

鄂爾多斯盆地；寒武紀(jì)；饅頭組；張夏組；巖相古地理；沉積相演化

隨著鄂爾多斯盆地奧陶系油氣勘探開發(fā)不斷深入，在下古生界急需尋找新的勘探領(lǐng)域。鄂爾多斯盆地南緣中上寒武統(tǒng)地層相對(duì)齊全，具有一定的潛在烴源巖及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[1-2]，多口井出現(xiàn)含氣層(寧探1井冒氣達(dá)10分鐘[3])，為下古生界重要的潛在天然氣接替領(lǐng)域。目前，盆地南緣寒武系油氣地質(zhì)條件研究處于起步階段，前人研究多針對(duì)全盆地甚至整個(gè)華北地臺(tái)[3-8]，研究集中在地層劃分問題上[9-11]，對(duì)巖相古地理面貌認(rèn)識(shí)不清，嚴(yán)重制約著寒武系天然氣勘探。鑒于此，以野外露頭剖面、鉆井資料為基礎(chǔ)，結(jié)合前人研究成果，較為客觀地恢復(fù)了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)巖相古地理面貌，以期為尋找寒武系潛在烴源巖及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層平面展布規(guī)律提供地質(zhì)依據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)寒武系天然氣勘探進(jìn)程。

1 地質(zhì)概況

中元古代末期，西緣裂谷相繼關(guān)閉，海水退出，鄂爾多斯地區(qū)和華北地臺(tái)逐漸形成一準(zhǔn)平原化古陸[12]；寒武紀(jì)黔東世南皋期，秦嶺區(qū)裂陷擴(kuò)張向洋發(fā)展，海水從盆地西、南方向緩慢侵入研究區(qū)，辛集組地層僅在岐山、平1井等地區(qū)不整合超覆于震旦系羅圈組之上[13]，巖性主要為褐黃色含粉砂細(xì)粉晶白云巖、灰綠色泥巖，底部為含磷砂礫巖；隨著海平面上升，在寒武紀(jì)南皋期末～臺(tái)江期，研究區(qū)沉積了朱砂洞組、饅頭組，巖性主要為紫紅色泥巖、青灰、深灰色泥粉晶白云巖及鮞粒灰?guī)r、生屑灰?guī)r等，遠(yuǎn)端變陡，低能緩坡逐漸形成；至王村期，古秦嶺洋進(jìn)一步擴(kuò)張[13]，碳酸鹽巖臺(tái)地形成，研究區(qū)沉積厚度巨大的鮞粒灰?guī)r、鮞粒云巖；晚寒武世古丈期～牛車河期，海平面下降，水體能量降低，三山子組沉積了一套灰黑色中厚層狀泥粉晶白云巖，竹葉狀灰?guī)r。

2 地層特征

研究區(qū)寒武紀(jì)以海相沉積為主，依據(jù)巖性及組合特征差異，自下而上可劃分出辛集組、朱砂洞組、饅頭組、張夏組及三山子組。

辛集組：與下伏地層呈不整合接觸，主要巖性為褐黃色含粉砂細(xì)粉晶白云巖、灰綠色泥巖，底部為含磷砂礫巖，厚約30 m，呈帶狀分布，在古陸西南隴縣牛心山一帶地層出露較全，且有寒武紀(jì)標(biāo)準(zhǔn)化石分布，辛集組下部白云巖及鮞粒磷塊巖中含軟舌螺Hyolithessp.,辛集組中部含磷生物碎屑白云巖富含三葉蟲Hsuaspis.zhoujiaquensis(周家渠許氏盾殼蟲),H.shaanxiensis(陜西許氏盾殼蟲)及Longxianaspislatilimbatus(隴縣寬邊寬蚜頭蟲)。

朱砂洞組：巖性以青灰、深灰色薄-中層狀泥粉晶白云巖、泥質(zhì)白云巖，夾薄層狀泥云巖，厚約90 m，研究區(qū)東南部巖性主要為淺灰、灰白色中-厚層狀石英砂巖，中上部夾紫紅色含鐵石英砂巖，結(jié)構(gòu)和成分成熟度高，底部有底礫巖，厚度約60 m；朱砂洞組呈帶狀分布，地層分布較辛集組廣，未見化石。

饅頭組：地層總厚約170 m，根據(jù)巖性差異可分為三段，分別對(duì)應(yīng)于原饅頭組、毛莊組及徐莊組。下段為淺灰、灰色薄-中層狀泥云巖、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r，夾紫紅色泥巖；中段巖性主要為紫紅色泥巖、淺灰、灰色薄-中層狀鮞粒灰?guī)r，夾薄層狀泥灰?guī)r及泥晶灰?guī)r，研究區(qū)北部可見淺灰色中層狀砂巖及薄層狀粉砂巖；上段以灰色薄層狀泥灰?guī)r、薄-中層狀泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾鮞粒灰?guī)r、粉砂巖及泥質(zhì)白云巖。

張夏組：主要為深灰、灰色薄-中層狀泥灰(云)巖、泥晶灰(云)巖、灰、淺灰色中層狀泥-粉晶云巖及顆粒灰(云)巖，顆粒以鮞粒為主，有少量礫屑、砂屑及生屑。

三山子組：與上覆地層呈不整合接觸，厚約150 m。巖性以淺灰-灰色、深灰色薄-中層狀泥云巖、泥質(zhì)白云巖、白云巖為主，夾中-厚層狀礫屑白云巖、生物屑白云巖及膏質(zhì)白云巖。

3 沉積體系特征

在地層劃分及對(duì)比基礎(chǔ)上，通過對(duì)鄂爾多斯盆地南緣露頭剖面及鉆遇井資料研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)寒武紀(jì)發(fā)育海相沉積體系，可劃分出局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、內(nèi)緩坡、外緩坡、濱海、斜坡和深水盆地相等8個(gè)沉積相類型，根據(jù)巖石學(xué)特征，又進(jìn)一步分出若干亞相和微相(表1)。通過對(duì)研究區(qū)連井沉積剖面對(duì)比，明確了寒武紀(jì)沉積體系在二維空間上的展布規(guī)律，進(jìn)而歸納出了三種沉積模式：以辛集-朱砂洞組為代表的濱、淺海沉積模式；以饅頭組為代表的碳酸鹽巖緩坡模式；以張夏-三山子組為代表的碳酸鹽巖臺(tái)地模式。研究區(qū)寒武紀(jì)經(jīng)歷了碳酸鹽巖緩坡向臺(tái)地演化階段。

表1 鄂爾多斯盆地南緣寒武系沉積體系劃分

4 巖相古地理特征

通過準(zhǔn)確把握研究區(qū)內(nèi)沉積體系和沉積模式，在沉積相標(biāo)志識(shí)別、野外露頭和鉆遇井沉積相研究、沉積相對(duì)比剖面建立的基礎(chǔ)上，利用地層厚度及白云巖、灰?guī)r、鮞粒、深水沉積物等單因素，恢復(fù)了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)各沉積期巖相古地理。

4.1 辛集組

從巖相古地理圖可以看出(圖1)，辛集組沉積期研究區(qū)表現(xiàn)為古陸-濱海-深水盆地(淺海)的古地理環(huán)境。這一時(shí)期海侵開始，古陸分布面積為寒武紀(jì)最大，主要分布在龍2-黃深1-西硙口一線以北，由于長(zhǎng)期隆升，地形地貌差異大，物源供給充足，在古陸南部形成了濱岸相帶，沿海岸線沉積了含磷砂礫巖、含磷白云巖、磷塊巖等；深水盆地主要分布在千陽(yáng)-淳探1-合陽(yáng)一線以南；在岐山-富平地區(qū)存在一小型坳拉谷，巖性主要為灰綠色泥巖，生物含量及有機(jī)碳含量較高，可作為寒武系潛在烴源巖。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣辛集組巖相古地理

4.2 朱砂洞組

朱砂洞組沉積期巖相古地理基本繼承了辛集組的沉積格局(圖2)，古陸面積略有減小，黃龍-西磑口一線開始接受沉積，巖性為石英砂巖；與辛集期相比，朱砂洞期陸源碎屑明顯減小，隴縣-淳探1-白水一線以碳酸鹽巖建造為主，逐漸向碳酸鹽巖緩坡過渡，沉積巖性主要為白云巖，含少量石膏。

4.3 饅頭組下段

饅頭組早期，研究區(qū)沉積環(huán)境演變?yōu)樘妓猁}巖緩坡，可劃分出內(nèi)緩坡和外緩坡兩個(gè)亞相(圖3a)。隨著海平面的上升，古陸面積進(jìn)一步縮小，研究區(qū)西部慶深2-鎮(zhèn)探2井區(qū)開始接受沉積，古陸主要分布慶深2-龍2井以東、靈1-宜5一線以北；千陽(yáng)-富平一線以北屬內(nèi)緩坡潮坪環(huán)境，根據(jù)巖性不同，以隴縣-旬探1-白水為界，劃分了云坪、灰坪(灰質(zhì)澙湖)兩個(gè)沉積微相(圖3a)。由于沉積充填作用，早先的坳拉谷范圍縮小，且明顯向東遷移。

圖2 鄂爾多斯盆地南緣朱砂洞組巖相古地理

4.4 饅頭組中段

饅頭組中期研究區(qū)海侵規(guī)模擴(kuò)大，巖相古地理明顯變化，古陸僅存北部蓮6-吳起地區(qū)的伊盟古陸和鎮(zhèn)探2-龍2井區(qū)的鎮(zhèn)原古陸，“鄂爾多斯海”已初步形成，南部坳拉谷依稀可見(圖3b)。內(nèi)緩坡主要分布在隴縣-淳探1-富平一線以北，慶深2井區(qū)屬泥坪環(huán)境，巖性主要為棕灰色泥巖，慶陽(yáng)-靈臺(tái)地區(qū)屬顆粒灘環(huán)境，根據(jù)巖性可進(jìn)一步細(xì)分出砂灘和鮞粒灘兩個(gè)微相；千陽(yáng)-麟游一線以南為深水盆地環(huán)境。

圖3 鄂爾多斯盆地南緣饅頭組(下、中、上)和張夏組巖相古地理

4.5 饅頭組上段

饅頭組晚期，古陸進(jìn)一步縮小，僅分布在鎮(zhèn)原-龍2井地區(qū)，南部坳拉谷已不明顯；與中期相比，晚期內(nèi)緩坡顆粒灘具有分布面積廣，沿潮坪邊緣條帶狀分布的特點(diǎn)(圖3c)，巖性主要為鮞粒灰?guī)r，表明寒武紀(jì)緩坡已明顯向臺(tái)地相過渡。內(nèi)緩坡泥云坪主要分布在慶深2-志丹-延川地區(qū)，慶陽(yáng)-合水-宜川地區(qū)屬泥灰坪沉積環(huán)境。

4.6 張夏組

張夏組沉積期研究區(qū)為典型的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，臺(tái)地邊緣分布面積大，臺(tái)緣灘非常發(fā)育，吉縣-黃龍-靈臺(tái)等廣大地區(qū)沉積了厚度巨大的鮞粒灰?guī)r和鮞粒云巖，為本區(qū)寒武系最有利的儲(chǔ)集巖類。此時(shí)，海侵達(dá)到最大，沉積覆蓋區(qū)最廣，研究區(qū)僅存鎮(zhèn)原古陸；西部環(huán)縣-隴縣地區(qū)靠近西緣廣海，海水循環(huán)良好，巖性主要為灰?guī)r，發(fā)育開闊臺(tái)地；局限臺(tái)地主要分布子長(zhǎng)-志丹-華池地區(qū)，巖性以淺灰-灰色薄-中層泥晶白云巖、含泥白云巖及灰質(zhì)白云巖為主；以隴縣-淳化-永濟(jì)一線以南，逐漸向古秦嶺洋過渡，沉積環(huán)境為斜坡-深水盆地沉積，沉積物為深灰色泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r(圖3d)。

4.7 三山子組

三山子組沉積期研究區(qū)巖相古地理分布格局再一次發(fā)生變化，在大規(guī)模海退背景下，古陸面積擴(kuò)大，蓮6-龍2井廣大地區(qū)遭受不同程度的剝蝕(圖4)。研究區(qū)中南部，沉積了夾有白云質(zhì)頁(yè)巖的白云巖、藻生長(zhǎng)丘、粉屑白云巖、灰、淺灰色泥云巖、云巖，屬局限臺(tái)地(泥)云坪沉積環(huán)境；臺(tái)地邊緣圍繞(泥)云坪呈條帶狀分布，巖性主要為礫屑白云巖，這些質(zhì)純、性脆的白云巖經(jīng)過后期表生溶蝕作用的改造，形成了較好的儲(chǔ)層。

5 沉積相演化

通過對(duì)以上各期巖相古地理特征分析和研究，了解了鄂爾多斯盆地南緣寒武紀(jì)時(shí)空演化特征，并建立了寒武紀(jì)海相碳酸鹽巖沉積演化模式(圖5)。

圖4 鄂爾多斯盆地南緣三山子組巖相古地理

在中元古代末期-寒武紀(jì)早期形成準(zhǔn)平原化古陸的基礎(chǔ)上，自寒武紀(jì)辛集組沉積期研究區(qū)海侵范圍逐漸擴(kuò)大，古陸面積不斷縮小，研究區(qū)辛集組發(fā)育含磷碎屑巖濱岸沉積，朱砂洞組過渡為瀉湖沉積(局限內(nèi)緩坡)和砂灘沉積(海侵前鋒，盆地東南)，南部岐山地區(qū)存在一坳拉谷，沉積物主要為灰綠色泥巖，為本區(qū)主重要的潛在烴源巖；隨后，海侵進(jìn)一步擴(kuò)大，饅頭組早-中期局限內(nèi)緩坡潮坪面積擴(kuò)大，研究區(qū)進(jìn)入碳酸鹽巖緩坡沉積，沉積物主要為紫紅色泥巖、灰色泥晶灰?guī)r、泥晶白云巖夾薄層鮞粒灰?guī)r；饅頭組晚期，內(nèi)緩坡鮞粒灘沿潮坪邊緣條帶狀分布，已明顯向碳酸鹽巖臺(tái)地過渡；張夏組沉積期海侵到達(dá)最大，碳酸鹽巖臺(tái)地形成，在臺(tái)地邊緣區(qū)發(fā)育大量碳酸鹽巖淺灘，巖性主要為鮞粒灰?guī)r和鮞粒云巖，形成了寒武紀(jì)一套重要的儲(chǔ)集層；三山子組沉積期研究區(qū)發(fā)生大規(guī)模海退，以局限臺(tái)地沉積為主，巖性主要為厚層的泥晶云巖、泥質(zhì)云巖等，邊緣發(fā)育碳酸鹽巖礫屑灘，受后期溶蝕作用改造，為本區(qū)另一套重要儲(chǔ)集層。

6 結(jié)論

(1)寒武紀(jì)鄂爾多斯盆地南緣經(jīng)歷了濱淺海-碳酸鹽巖緩坡-碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境的變化，主要發(fā)育濱淺海、碳酸鹽巖內(nèi)緩坡、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地等沉積相。

(2)對(duì)寒武紀(jì)巖相古地理研究表明，研究區(qū)存在重要的潛在烴源巖及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，可作為新的潛在油氣勘探領(lǐng)域。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)01-0014-05

2014-08-15；改回日期：2014-09-22

劉曉光，碩士，1984年生，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，主要從事儲(chǔ)層沉積學(xué)研究工作。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“四川、塔里木、鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化、巖相古地理與沉積相研究”(2008ZX05004-001)。

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