鄂爾多斯盆地南部三疊系延長組溝谷體系構(gòu)造成因

何發(fā)岐，齊 榮,王付斌,鄧 杰,成 立,胡天樂

(中國石化 華北油氣分公司，河南 鄭州 450006)

鄂爾多斯盆地是中國大型多層系疊合含油氣盆地，其天環(huán)坳陷南段的鎮(zhèn)涇地區(qū)有侏羅系延安組和三疊系延長組等多個含油層系，建成了紅河油田。受印支運(yùn)動影響，延長組頂部被剝蝕，形成了廣泛分布的大型溝谷體系。長期以來，延長組溝谷體系被認(rèn)為是風(fēng)化剝蝕和河流侵蝕作用所致[1-5]。在延長組剝蝕面之上，沉積了具有河道充填特征的延10油層組和廣覆型補(bǔ)償沉積的延9油層組，是延安組的主力油層組[6-10]。溝谷體系是碎屑物搬運(yùn)的重要通道，也是砂體優(yōu)先沉積的地方，控制著砂體的展布形態(tài)和沉積厚度，因此對油氣勘探具有重要意義[11-12]。基于三維地震資料解釋及巖心觀察，對延長組頂部廣泛發(fā)育的溝谷體系進(jìn)行了描述和刻畫，認(rèn)為其主要成因?yàn)樽呋瑯?gòu)造運(yùn)動背景下的擠壓和伸展的聯(lián)合作用，而非河流的侵蝕作用。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是發(fā)育在華北克拉通西部的多旋回疊合型盆地。鎮(zhèn)涇地區(qū)位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南段，地處東側(cè)陜北斜坡、西側(cè)沖斷構(gòu)造帶與南側(cè)渭北隆起所夾匯的構(gòu)造轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)造活動較盆地內(nèi)部強(qiáng)烈，總體為西北低、東南高的平緩單斜。中三疊世，華北板塊與揚(yáng)子板塊發(fā)生拼接，并于晚三疊世開始碰撞造山[13-16]，導(dǎo)致鄂爾多斯盆地西南緣的強(qiáng)烈抬升變形，形成眾多褶皺及斷裂(圖1)。印支運(yùn)動使得盆地由晚古生代—中三疊世的華北克拉通坳陷盆地逐漸向內(nèi)陸湖盆轉(zhuǎn)化[17]。上三疊統(tǒng)延長組主要為一套灰綠色、灰色中厚層塊狀細(xì)砂巖、粉砂巖和深灰色、灰黑色泥巖組成的旋回性沉積，廣泛發(fā)育河流、三角洲、湖泊和重力流沉積，按巖性和電性特征可劃分為10個油層組[18](圖2)，其中長7油層組發(fā)育的深湖相泥巖和油頁巖是中生界含油氣系統(tǒng)的主要烴源巖。印支期的區(qū)域性抬升剝蝕致鎮(zhèn)涇地區(qū)長3油層組至富縣組普遍缺失，延長組頂部起伏不平、溝壑縱橫。鎮(zhèn)涇地區(qū)中生界油藏主要分布在延長組和延安組碎屑巖，其中延長組油藏主要分布在長8油層組和長6油層組，儲層普遍含油，大面積成藏，為典型的致密砂巖巖性油藏。延安組油藏主要分布在延9油層組和延10油層組。

2 延長組溝谷體系分布特征

2.1 剖面地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地南部延長組晚期溝谷體系非常發(fā)育，在垂直于溝谷體系的典型地震剖面上顯示為明顯的下凹現(xiàn)象(圖3)，溝谷多以寬緩U型和V型為主，其中最寬的溝谷寬約為7 km，最窄的溝谷寬約3.25 km。這些溝谷的底部都發(fā)育了斷裂，形成了斷折點(diǎn)，圍限溝谷的高點(diǎn)區(qū)普遍發(fā)生了上拱，部分刺穿到了上覆的延安組，而且其內(nèi)部反射較雜亂，表明地層發(fā)生了擠壓變形；另外這些溝谷無論規(guī)模大小，底部都為連續(xù)反射界面，且溝谷的充填特征不明顯，與侵蝕成因型溝谷的外形、規(guī)模和充填特征都有明顯差異[19-21]，屬非侵蝕成因溝谷。

圖1 鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)位置及周緣斷裂發(fā)育特征Fig.1 Locations of the study area and surrounding faults,Zhenjing,southern Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地南部延長組綜合柱狀圖Fig.2 Composite stratigraphy column showing the Yanchang Formation,southern Ordos Basin

在NW-SE向地震剖面上可以觀察到一寬緩溝谷，在該溝谷中未見侵蝕充填特征，但溝谷的厚度明顯小于兩側(cè)地層厚度，表明其由地層的拉伸減薄所形成(圖3)，也屬于構(gòu)造成因。

2.2 平面地質(zhì)特征

基于三維地震資料的精細(xì)解釋，利用厚度印模法恢復(fù)了研究區(qū)前侏羅系古地貌(圖4)。從圖4中可以看出有兩組溝谷體系：1條NE-SW向溝谷體系；6條NW-SE向溝谷體系。NW-SE向溝谷體系①—⑥在平面上多呈NW-SE向展布，位于玉都走滑斷裂的南部，溝谷體系規(guī)模大，分布范圍廣，但是延伸距離有限，為擠壓構(gòu)造形成的溝槽；NE-SW向溝谷⑦延伸較長，主溝谷寬度較大，在玉都斷裂的兩盤都有發(fā)育，為伸展作用下形成(圖4)。這兩組溝谷體系呈現(xiàn)垂直分布的特征，但相互并不連通，與侵蝕成因型溝谷分布特征明顯不同。

圖3 鄂爾多斯盆地南部延長組溝谷體系地震剖面特征(剖面位置見圖4a)Fig.3 Seismic section showing the valley systems in the Yanchang Formation,southern Ordos Basin (section location shown in Fig.4a)(圖中帶圓圈數(shù)字為溝谷體系序號，溝谷平面位置見圖3a)a.剖面A—B；b.剖面C—D；T5.延長組頂界面；長7油層組底部

圖4 鄂爾多斯盆地南部前侏羅紀(jì)古地貌平面圖(a)和立體圖(b)Fig.4 Plan (a) and stereogram map (b) of the pre-Jurassic paleogeomorphology,southern Ordos Basin(圖中帶圓圈數(shù)字為溝谷體系序號。)

3 溝谷體系成因

前人研究認(rèn)為古溝谷是基準(zhǔn)面下降到坡折點(diǎn)以下地表遭受侵蝕形成的殘留可容納空間，一般沿層序界面發(fā)育，屬于沉積侵蝕成因[22]。鄂爾多斯盆地南部延長組晚期發(fā)育的溝谷體系，無論其剖面特征還是平面分布特征都表明其為構(gòu)造成因，而非侵蝕成因。

3.1 構(gòu)造活動特征

由于受到古太平洋板塊與歐亞板塊斜向碰撞所產(chǎn)生的區(qū)域構(gòu)造效應(yīng)和特提斯構(gòu)造動力體系的遠(yuǎn)程構(gòu)造效應(yīng)的聯(lián)合作用，鄂爾多斯盆地西南緣最大主壓應(yīng)力呈NE-SW向[23-29]，使得祁連地塊和阿拉善地塊向東擠出，鄂爾多斯盆地周緣主要斷裂在中生代以左旋走滑運(yùn)動為主(圖1)。圖1顯示的海原斷裂帶為通過填圖識別出的區(qū)域左旋走滑斷裂，該走滑斷裂帶恰好能夠延展到鎮(zhèn)涇地區(qū)。

在地震資料的精細(xì)解釋下，編制了長7段底界面斷裂分布圖(圖5a)，可以看出NW向玉都斷裂的北側(cè)斷裂呈現(xiàn)NEE走向，這些斷裂基本都為正斷裂，與玉都斷裂呈近45°角，屬于玉都斷裂左旋走滑運(yùn)動的派生斷裂；玉都斷裂南側(cè)斷裂呈馬尾狀和雁列式分布特征，指示為走滑作用下形成。據(jù)此可以判定在SW-NE向區(qū)域構(gòu)造擠壓作用下，形成了垂直于應(yīng)力方向的NW-SE向展布的擠壓溝谷；由于玉都斷裂的左旋走滑作用，NW-SE發(fā)生伸展作用，形成了NE-SW向的伸展溝谷(圖5b)。

圖5 鄂爾多斯盆地南部長7油層組底界面斷裂分布(a)及應(yīng)力分布模型(b)Fig.5 Faults (a)and model of stress (b) at the bottom of Chang 7 Member,southern Ordos Basin

3.2 未成巖地層塑性變形

地層受構(gòu)造擠壓發(fā)生塑性變形的前提是地層未成巖。依據(jù)地震及鉆井資料估算，在延長組晚期發(fā)生構(gòu)造擠壓時，長8油層組及以上地層埋深不超過800 m，還未完全固結(jié)成巖，因此在構(gòu)造擠壓及伸展作用下才能形成溝谷。長8油層組巖心觀察可見典型的火焰狀構(gòu)造、砂巖侵入構(gòu)造和揉皺變形層理等軟沉積變形構(gòu)造(圖6)，表明延長組在未成巖階段受到擠壓作用產(chǎn)生了普遍的塑性變形。而下伏更老的成巖地層未發(fā)生塑性變形，通過產(chǎn)生破裂以釋放應(yīng)力，地震剖面上顯示的斷折點(diǎn)就是最直接的證據(jù)(圖3)。

4 結(jié)論

1) NW-NE向溝谷規(guī)模大、分布范圍廣，但是延伸距離有限，為擠壓成因溝槽；NE-SW向溝槽溝谷體系延伸較長，主溝谷寬度較大，但范圍局限，為伸展作用下形成。

圖6 鄂爾多斯盆地南部延長組軟沉積變形巖心照片特征Fig.6 Core images showing soft sediment deformation,Yanchang Formation,southern Ordos Basina.HH87井，埋深2 475.87～2 476.15 m，泥巖；b：HH87井，埋深2 457.07～2 457.29 m，粉砂質(zhì)泥巖；c：HH91井，埋深1 744.38～1 744.61 m，細(xì)砂巖；d：HH91井，埋深1 744.38～1 744.61 m，細(xì)砂巖；e：HH91井，埋深1 746.66～1 746.85 m，細(xì)砂巖；f：HH91井，埋深1 747.93～1 748.10 m，粉砂質(zhì)泥巖

2) 延長組沉積晚期地層尚未完全固結(jié)成巖，在SW-NE向區(qū)域構(gòu)造擠壓作用下，形成了垂直于應(yīng)力方向的NW-SE向展布的擠壓溝谷；由于玉都斷裂的左旋走滑作用，NW-SE發(fā)生伸展作用，形成了NE-SW向的伸展溝谷。