鄂尔多斯盆地西缘北部上古生界沉积体系特征及古地理演化

发布时间：2020-05-18所属分类：农业论文浏览：1次

摘 要： 摘要:通过大量的野外露头勘察、钻井岩心观察以及镜下薄片鉴定等方法，对盆地西缘上古生界的沉积体系特征及不同时期的古地理环境演化进行深入研究。结果表明，研究区主要以河流沉积、湖泊沉积、三角洲沉积和障壁海岸沉积体系为主。羊虎沟期，区内主要以潟湖沉

　　摘要:通过大量的野外露头勘察、钻井岩心观察以及镜下薄片鉴定等方法，对盆地西缘上古生界的沉积体系特征及不同时期的古地理环境演化进行深入研究。结果表明，研究区主要以河流沉积、湖泊沉积、三角洲沉积和障壁海岸沉积体系为主。羊虎沟期，区内主要以潟湖沉积为主，可见条带状分布的潮道沉积，障壁砂坝沉积规模较小，东北部出现扇三角洲沉积;太原期，潟湖沉积范围相对缩小，中部地区自北向南演变为三角洲平原和三角洲前缘沉积，东北部扇三角洲沉积范围进一步扩大;山西期，整体表现为中部自北向南依次发育曲流河、三角洲平原和三角洲前缘沉积，而西部和东部发育浅湖沉积;下石盒子期，北部物源供应充足，研究区自北向南依次发育辫状河沉积、辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘沉积，而研究区西北部及东南部的浅湖沉积范围均有所收缩;上石盒子期，北部物源供应相对减弱，北部演变为曲流河沉积，向南依次发育三角洲平原和三角洲前缘沉积，南部浅湖沉积范围整体向北部扩张，同时西南部也出现浅湖沉积;石千峰期，研究区北部沉积范围往南收缩，古地理格局整体表现为中部河流三角洲沉积，而西部、东南部和东部地区以浅湖沉积为主。

　　关键词:沉积体系;古地理演化;上古生界;鄂尔多斯盆地

　　鄂尔多斯盆地油气资源丰富，油气勘探潜力巨大①[1-3]。随着前陆盆地油气勘探步伐的加快，盆地西缘上古生界地层凭借其资源量丰富、勘探程度相对较低的特点成为近年来鄂尔多斯盆地油气勘探的重心。目前，陆续发现的胜利井气田、刘家庄气田、马家滩油田、大水坑油田、摆宴井油田等一系列重要的上古生界油气田，展示了鄂尔多斯盆地西缘地区良好的油气勘探前景。已有研究表明，油气的分布与沉积体系、古地理环境特征具有密不可分的关系[4-8]，因此，沉积体系及古地理环境演化的研究对于寻找油气分布有利区、明确下一步油气勘探的方向具有重要意义[7-8]。目前，众多学者对于鄂尔多斯盆地上古生界地层的沉积体系及古地理进行了大量研究[9-10]，且主要集中于盆地中部、东部南部等地区的部分层位[9，11-21]，而关于鄂尔多斯盆地西缘地区上古生界整体的沉积体系特征、古地理演化、储层特征等方面却鲜有报道[10]。本文以鄂尔多斯盆地西缘北部地区上古生界地层为例，在大量的野外露头勘察、钻井取心及镜下薄片分析的基础上，对上古生界地层(羊虎沟组、太原组、山西组、石盒子组以及石千峰组)的沉积体系特征及各时期的古地理环境进行深入剖析，明确不同沉积体系的时空展布特征，以期为区内下一步的油气勘探选区提供依据。

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　　鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带是中生代时期发育起来的中国内部极其重要的推覆逆冲构造带，构造上向东紧邻鄂尔多斯盆地，北部与伊盟隆起和阿拉善地块接壤，西部与贺兰山地块和六盘山地块接壤，南部紧邻渭北隆起，整体呈南北向条带状展布，且南北长约600km，东西宽介于50～100km[1-2]。由于受印支运动、燕山运动、喜山运动等多期构造运动改造而成，构造面貌复杂，构造活动强烈[22-23]。研究区西缘地区物源供应较为充足，主要来自于北部阴山地区和西北方向的阿拉善地块、贺兰山地块，而南部物源供给较少[24-25]。研究区位于鄂尔多斯盆地西缘北部地区(见图1)，北起千里山以北，南抵韦州以南，西起阿拉善左旗以西，东至定边以东地区，总面积约2.3×104km2。

　　1上古生界沉积体系类型及特征

　　依据大量野外露头勘测、钻井岩心观察及薄片鉴定等，认为鄂尔多斯盆地西缘上古生界沉积体系类型主要包括河流沉积、湖泊沉积、三角洲沉积以及障壁海岸沉积体系等4种类型，不同的沉积体系分布层位各有差异(见图2)，其中河流沉积体系和三角洲沉积体系均主要分布于石千峰组、石盒子组以及山西组，湖泊沉积体系主要分布于石千峰组和石盒子组，而障壁海岸沉积体系主要分布于羊虎沟组和太原组(见表1)。1.1河流沉积1.

　　1.1曲流河沉积

　　曲流河沉积主要发育在研究区北部的山西组与上石盒子组，主要由河道沉积和河漫滩沉积构成。野外露头上可观察到曲流河沉积旋回的厚度一般为数米到十几米，单砂体厚度一般小于10m，有时可见两个边滩砂体上下相互叠置的现象，使得砂体总厚度加大到十几米，但整体通常小于20m。曲流河砂体在横向上相对比较稳定，一般横向延伸范围约数百米到数千米。

　　河道充填沉积和滞留沉积的岩石组成略有差异，前者以粗碎屑岩为主，而后者主要由细砾岩和砾质砂岩组成。曲流河砂坝沉积是河道沉积的骨架砂体，岩石类型以成分、结构成熟度均较低的中—粗粒岩屑石英砂岩和石英砂岩为主，野外露头及岩心上可见大型板状、槽状交错层理，野外露头上往往还可见到大型侧向加积层理。

　　河漫滩沉积主要由粉砂岩、砂质泥岩、泥岩夹薄层细—中砂岩及碳质泥岩、煤层(见图3A)组成，包括天然堤、决口扇、岸后沼泽等沉积类型。其中，天然堤沉积由粉砂岩、细砂岩及其互层组成，多发育波状层理、沙纹层理及生物潜穴;决口扇沉积由细—中砂岩组成，发育板状交错层理，垂向具正粒序，横向上常呈透镜状楔入岸后沼泽沉积物中。岸后沼泽沉积物主要为粒度更细的灰—深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，见水平微波状层理，常见菱铁质结核及碳化植物碎片。

　　总体来看，研究区曲流河的河道沉积与洪泛平原沉积之比为1∶1(见图4A)，其成因系河道摆动迁移或废弃之后，被洪泛平原长时间占据，河道迁移周期较长。测井上总体表现为钟形。其中，边滩砂体以低自然伽马和高自然电位、高视电阻率为特征，形态以箱形或尖峰状主;天然堤、泛滥平原沉积测井曲线上多以高自然伽马和高自然电位、低电阻率为特征，且其形态一般呈锯齿状和尖峰状(见图4B)

　　1.1.2辫状河沉积辫状河沉积主要发育于下石盒子组，其次为山西组，主要表现为粗粒砂质河道沉积极为发育、洪泛平原细粒沉积相对不发育，其中河道充填沉积由底部的滞留沉积和发育大型板状、楔状及槽状交错层理的河道砂坝沉积组成。天然堤和决口扇沉积相对缺乏，洪泛平原沉积物直接覆盖于河道充填沉积之上。此外，山西组的辫状河沉积特征并不典型，而是介于辫状河与曲流河之间的过渡类型，其洪泛平原沉积主要由砂质泥岩夹薄煤层构成，且煤层分布较为稳定。

　　下石盒子组的辫状河特征较为典型，其砂体底部具明显的不规则侵蚀面，岩石类型以灰白色粗粒含砾石英砂岩和砾岩为主，槽状和楔状、板状交错层理(见图3B)相对发育。野外可见多个呈正粒序的单砂体相互叠置形成的复合砂体，厚度一般较大。辫状河道砂体在测井曲线上表现为箱状，即具有低的自然伽马和自然电位以及高的视电阻率。砂体之间所夹薄层泥岩或粉砂岩以及砂体内部的物性不均一导致测井曲线表现出一定的起伏(见图5A，B)。

　　1.2湖泊沉积

　　湖泊沉积在研究区为浅湖亚相沉积，主要发育在山西组、石盒子组和石千峰组。岩性以薄层的砂岩、粉砂岩与泥岩为主。其中，砂岩分选磨圆较好，成分成熟度较高;泥岩常见撕裂碎片和干裂等。野外常见浅湖沉积，其以泥岩、粉砂岩与细砂岩互层为特征，其沉积物颜色变化大，红色、灰绿色和灰色均可出现。岩石中常见水平层理、压扁层理、透镜状层理、波状层理和沙纹交错层理以及对称浪成波痕等。测井上，自然伽马曲线幅度较低，多呈齿状且有较低的尖峰，声波时差曲线表现为低幅的小锯齿状，偶有低峰，体现了砂泥岩间的互层韵律特征(见图6)。生物化石相对丰富，有鱼类、瓣鳃类、叶肢介和介形虫等，此外，可见植物化石碎片和虫迹十分发育。

　　1.3三角洲沉积

　　1.3.1辫状河三角洲沉积研究区辫状河三角洲沉积主要发育在下石盒子组，包括辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘两个亚相。

　　1)辫状河三角洲平原亚相。辫状河三角洲平原亚相沉积分布面积相对很小，仅分布于下石盒子组研究区北部乌达—公乌素—拉僧庙—阿色浪一带地区，具体沉积特征本文不再详细赘述。

　　2)辫状河三角洲前缘亚相。辫状河三角洲前缘亚相沉积主要包括水下分流河道和分流间湾两个微相。

　　水下分流河道沉积主要以灰色细砂岩、灰白色含砾粗砂岩、灰绿色粗砂岩和紫红色泥质粉砂岩为主。垂向上，自下而上依次主要发育冲刷面(见图3C，D)、大中型槽状交错层理(见图3E)、板状交错层理及平行层理。测井上表现为多个正韵律箱型曲线的多次叠加。

　　分流间湾沉积岩石类型主要为灰色—深灰色泥岩、紫红色泥岩和紫红色泥质粉砂岩，沉积构造以发育块状层理、小型交错层理及波状层理等为特征。测井上，自然伽马曲线表现为低幅值、微齿状。

　　1.3.2曲流河三角洲沉积研究区曲流河三角洲沉积主要发育在山西组与上石盒子组，且以三角洲平原和三角洲前缘两个亚相沉积为主。其中，三角洲平原亚相可细分为分流河道和分流河道间两种微相，而三角洲前缘亚相同样以水下分流河道和分流间湾微相为主。

　　1)三角洲平原亚相。分流河道微相的岩石颜色相对较浅，多为灰白色、灰色和浅褐色，岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩、中—粗粒石英砂岩和岩屑砂岩为主。砂岩底部冲刷面较为发育，其上普遍见冲刷泥砾及河床滞留沉积。河床滞留沉积砂岩多为毫米级，也可见大于1cm的砾石，反映了间歇性和周期性的洪水作用。分流河道砂岩中多发育大型槽状交错层理、大型板状交错层理、楔状交错层理、块状层理及平行层理。表现在测井曲线上为箱状或宽缓的钟状负异常。

　　分流河道间微相以沼泽和泥炭沼泽沉积最为发育，主要分布于山西组，以形成厚度大、区域延伸稳定的多层煤层为典型特征。