克拉通盆地不同级次构造—岩相古地理编图思路与实践:以鄂尔多斯盆地早古生代为例

构造—沉积分异思想在地球内部构造地质作用与地球表面沉积响应间建立起了有机联系,可划分为不同序次系统,体现了地球系统思维。以该思想为指导编制了鄂尔多斯盆地早古生代构造—岩相古地理图。盆—山系统级次编图主要体现了不同构造—沉积分异作用对古地理面貌的控制,揭示了古地理演化的动力学机制,反映了不同时期地球深部活动在地表系统的响应;隆—坳系统级次编图揭示出海平面波动过程中不同构造单元沉积环境及充填沉积物的差异;凸—凹系统级次编图清晰展现出东部坳陷内古地貌差异引起的沉积环境分异及生、储、盖物质的分布规律与组合关系。不同级次的构造—岩相古地理图更好地解释了古地理面貌“所以然”的原因,更清晰地揭示了油气成藏物质空间分布规律及其控制因素,从而能更有效指导油气勘探实践。

鄂尔多斯盆地马家沟组底部不整合面构造-沉积响应及其成因演化

许多大型油气藏的发现都与不整合面密切相关。在鄂尔多斯盆地马家沟组底部发育有一个不整合面,许多学者称之为“怀远运动”不整合面。该不整合面对于马家沟组底部油气的勘探开发有着重要的理论意义。基于野外剖面、钻井岩心的观察取样,结合显微薄片、测井和地球化学分析,对该不整合面的识别标志、平面分布和成因演化进行讨论。研究表明:该不整合面上下岩性发生了明显突变,不整合面之上为马家沟组含角砾白云岩、白云质石英砂岩或泥质白云岩,不整合面之下为亮甲山组含燧石条、结核的白云岩,或寒武系顶部含溶孔粉-细晶白云岩,多为平行不整合。盆地内地层的缺失程度反映了构造运动的强弱,整体来看怀远运动在盆地呈南强北弱,西强东弱的特征。不整合面的演化可以分为三个阶段,雏形期:张夏组和三山子组沉积期盆地中部隆起,隔绝东西海域,奠定了不整合面的雏形;生长期:冶里—亮甲山组沉积期盆地大部分区域隆起,下伏地层暴露剥蚀,不整合面基本形成;消亡期:马家沟组沉积期海平面上升,海相沉积物覆盖于不整合面之上,形成了不同地层接触的不整合面。不整合面形成的原因主要有两方面,一是早古生代盆地南部受到了秦岭洋板块的俯冲,导致盆地南部抬升遭受剥蚀;二是该时期发生了规模较大的全球海平面下降事件,导致了海水逐渐退出盆地。

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄、Hf同位素特征及地质意义

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组五段(以下简称马五段)上部发育两层凝灰岩,通常作为地层划分的区域标志层,研究凝灰岩锆石年龄能厘定马家沟组年代地层格架并确定其沉积期的构造背景。对盆地S148井和T56井马五段凝灰岩进行锆石SHRIMP U-Pb定年及Hf同位素特征分析,得到两组锆石年龄458.4±2.4 Ma和460.9±2.9 Ma,将马家沟组沉积期厘定为中奥陶统达瑞威尔阶—上奥陶统桑比阶。锆石微区原位Hf同位素测试点n(176Hf)/n(177Hf)值变化范围为0.282687~0.280820,εHf(t)值在6.67~11.32之间,二阶段模式年龄变化范围为720~1024 Ma。对比盆地周缘凝灰岩锆石U-Pb年龄及Hf同位素特征,认为马家沟组凝灰岩可能来自于盆地西南方向的北秦岭和/或北祁连造山带,凝灰岩就位前北秦岭洋和/或北祁连洋开始向北俯冲消减进入洋陆转换阶段,中奥陶世晚期盆地西南缘开始转化为活动大陆边缘。

鄂尔多斯盆地下古生界构造-沉积演化、古地理重建及有利成藏区带划分

鄂尔多斯盆地下古生界是重要的天然气勘探层位,相继发现了奥陶系顶部风化壳、古隆起周缘中组合和马家沟组盐下等多套含气层系,证明了盆地下古生界具有良好的勘探开发潜力,也揭示出深化古地理重建工作的急迫性。在分析鄂尔多斯盆地构造-沉积演化过程的基础上,对早古生代重点时期的古地理进行了重建,进而提出了成藏区带划分的新思路。研究表明,鄂尔多斯盆地经历了太古宙—元古宙裂陷沉积、寒武纪—奥陶纪沉积-剥蚀、石炭纪—三叠纪拗陷稳定沉积、侏罗纪—白垩纪挤压成藏和晚白垩纪—现今调整定型等5大阶段。盆地下古生界古地理格局经历了早-中寒武世的古陆消减、沉积增长、边缘裂陷阶段和早奥陶世的隆-坳相间阶段,并控制了优质成藏区带的分布。结合近期勘探研究进展,依据源-储组合和空间分布,划分出了基于主控因素的4类成藏区带:潮缘滩白云岩成藏区、奥陶系盐下台内丘滩成藏区、西部双滩带白云岩和页岩成藏区以及岩溶-滩相白云岩成藏区。不同区带显示出了不同的成藏条件和主控因素,需要选择针对性的勘探策略。

鄂尔多斯盆地西缘晚石炭世羊虎沟组源—汇系统特征及古地理格局

鄂尔多斯盆地西缘石炭系羊虎沟组具有较大的油气资源勘探潜力,但受其复杂的构造活动影响,其从源到汇充填过程及古地理格局尚有诸多争议。通过轻矿物、重矿物、岩屑组合和稀土元素等特征进行物源分析,结合前人研究资料,共划分出西北部阿拉善、东北部阴山、西南部北祁连和东南部北秦岭4个源—汇系统。阿拉善源—汇系统源区构造背景整体以主动大陆边缘和大陆岛弧为主,沉积物主要来自平均上地壳长英质源和镁铁质火成物源区;阴山源—汇系统源区构造背景整体以被动大陆边缘为主,沉积物来源较为复杂,为平均上地壳长英质源、中性岩火成物源区和镁铁质火成物源区的混合;北祁连源—汇系统源区构造背景为被动大陆边缘和主动大陆边缘的混合,沉积物主要源自镁铁质火成物源区和中性岩火成物源区;北秦岭源—汇系统源区构造背景为被动大陆边缘,沉积物主要来自镁铁质火成物源区。4个源—汇系统母岩主要为碱性玄武岩、花岗岩与钙质泥质沉积岩的混合。基于源—汇系统分区,重建古地理格局:(1)阿拉善源—汇系统碎屑沉积物从西北部汇入,向南东方向搬运,且搬运距离较远,发育海陆过渡相的河控三角洲沉积体系;(2)源自阴山源—汇系统的沉积物由东北部汇入,向南西方向搬运,搬运距离远分布面积广,发育海陆过渡相的潮控三角洲沉积体系;(3)北祁连源—汇系统碎屑沉积物由西南部汇入,沿岸发育小型河控三角洲沉积,深水区发育以浅海—半深海陆棚沉积为主的海相沉积体系;(4)北秦岭源—汇系统碎屑沉积物由东南部汇入,沉积砂体受中央古隆起影响搬运距离短,发育海相的障壁岛海岸沉积体系。

鄂尔多斯盆地西缘及邻区石炭系羊虎沟组砂体成因机制与沉积过程

鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组时期为加里东运动后复活的坳拉槽,羊虎沟组分布面积广,厚度变化大,发育良好的生储盖组合,具有巨大的勘探潜力。由于该地区构造运动强烈,沉积环境变化频繁,致使砂体沉积成因复杂。目前对羊虎沟组砂体成因机制缺乏系统研究,单一的沉积模式无法全面概括各类砂体的沉积特征与展布规律。通过野外剖面、岩心观察、钻井资料、物源分析等方法,共识别出6种岩相组合类型。基于岩性、粒度、沉积构造及各时期砂体展布等特征,对其成因机制及沉积过程进行了系统讨论。鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组砂体成因主要为河控三角洲、潮控三角洲、扇三角洲、障壁岛海岸、无障壁海岸和滑塌重力流6类。羊虎沟组时期整体气候潮湿,羊三段至羊二段沉积时期海平面逐渐上升,至羊二段达到最高之后逐渐下降。羊三段沉积时期为裂陷早期,主要在研究区北部发育潮控三角洲和扇三角洲砂体,中部局部可见潮汐砂脊砂体,南部砂体整体表现为无障壁海岸沉积。羊二段沉积时期为裂陷高潮期,地貌落差加大致使水体快速变深,砂体主要分布于盆地边缘;盆地中央深水部位发育点状滑塌重力流砂体,东部靠近中央古隆起一侧的潮汐砂脊逐渐被改造为障壁沙坝,古隆起高部位则为潮坪和潟湖沉积。羊一段沉积时期,构造活动减弱且鄂尔多斯盆地逐渐东西连通,物源供应充足,地貌变缓,发育大面积具前积特征的河控三角洲砂体。羊虎沟组砂体成因机制受构造运动、古地貌演化、物源供给、古气候、海平面变化等多因素共同影响,但砂体展布与沉积过程主要受控于构造活动与古地理演化。该研究成果丰富了鄂尔多斯盆地油气勘探理论和裂陷盆地砂体成因机制。

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段盐下白云岩储集层特征及其形成演化

基于岩心、薄片观察与地球化学分析结果,对鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组五段盐下白云岩储集层特征及其形成演化进行研究,得到以下几点认识:①盐下白云岩主要由微晶白云岩、晶粒白云岩和砂屑白云岩组成,晶间孔和各类溶蚀孔是主要储集空间;②研究区内成岩作用复杂,主要为白云石化作用、溶蚀作用、充填作用和重结晶作用等;③多阶段的白云石化作用有利于次生孔隙发育和原生孔隙保存,包括准同生阶段的蒸发泵白云石化作用、准同生—浅埋藏阶段的渗透-回流白云石化作用以及后期的埋藏白云石化作用;④多期次溶蚀作用对次生孔隙发育具有重要影响,同生—准同生期多期次次一级的海进-海退旋回导致易溶组分暴露溶蚀,发育次生孔隙;⑤埋藏期的有机酸溶蚀、硫酸盐热化学反应及其产物H2S生成的氢硫酸对储集层溶蚀改造,使储集空间进一步得到改善;⑥盐下层系中高H2S含量的区域可以成为下一步勘探潜在目标。

陆表海台地沉积充填模式及内克拉通碳酸盐岩勘探新启示

内克拉通陆表海盆地是古老碳酸盐建造形成的重要场所。除其顶部风化壳岩溶储层外,广泛分布的内幕非岩溶改造的白云岩勘探长期未受到足够的重视。近年来,随着深层、超深层勘探技术的进步,内幕陆表海白云岩陆续获得油气勘探新发现,但其预测难度远比镶边台地中的礁滩"移动靶"更大。为更好地揭示这类未经岩溶改造的白云岩储层的宏观发育分布规律,本文研究了鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟期和四川盆地雷口坡期陆表海台地的高精度岩相古地理和沉积充填模式。结果表明:陆表海台地一般形成于温室期低纬度干燥气候下的稳定内克拉通盆地,与盐湖伴生的台地潮坪广泛分布是其标志性的沉积特征,微环境可进一步划分为潮上带泥云坪、上潮间带云坪、上潮间带微生物席、下潮间带席状潮缘滩、上潮下带灰云质澙湖、下潮下带膏云质澙湖;虽然内克拉通陆表海台地是一个相对静态的沉积环境,其沉积建造并非平板一块,海平面的升降变化往往会在相对平坦的陆表海内引起大幅度的相带迁移,造成潮上带、潮间带、潮下带频繁交互;相带频繁往复迁移过程中,潮间带的晶粒/颗粒/微生物白云岩受到盐湖、古隆起或潮坪岛的制约,形成大面积分布的席状富孔白云岩透镜体;陆表海沉积层序结构为典型的向上变浅序列,主要发育潮坪进积楔和潮坪岛拼嵌两种沉积充填模式,这两种模式形成的席状白云岩透镜体在层序结构和厚度都能很好地对比,通常延伸都在100km以上,甚至可跨越整个陆表海台地,是一个能够媲美台缘礁滩相的油气勘探新领域。

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组中组合沉积微相特征及演化

鄂尔多斯盆地奥陶系中组合发育了一套较典型的白云岩储层,在钻井岩芯分析、薄片鉴定和室内微相等综合分析的基础上,对中组合的沉积微相类型、展布规律及其演化特征进行了研究,其结果表明:在中央古隆起东侧奥陶系中组合主要有开阔台地和局限台地2种沉积相,潮坪、泻湖、点滩、礁(滩)间4种亚相,其中潮坪包含潮上泥云坪、潮间灰云坪,潮下灰坪等9个微相类型,泻湖主要为膏盐微相,点滩主要为生屑灰岩微相,礁(滩)间主要为灰岩微相。在马五沉积时期在大的海退背景之下存在着马五5-马五6,马五7-马五8,马五9-马五10三个次一级的海进-海退过程,在此研究基础上我们提出中央古隆起-潮上云坪-潮间灰云坪-膏岩洼地(泻湖)的沉积相模式解释空间上的岩相组合。

鄂尔多斯盆地东部马家沟组含钾蒸发岩系沉积机制及保存条件

鄂尔多斯盆地中央古隆起东侧奥陶系是海相固体钾盐矿的重要靶区。本文在岩心、测井和地震等资料的基础上,开展了该地区马家沟组中组合(马五~5~马五^(10)亚段)的沉积微相、蒸发岩分布、蒸发岩形成机制和保存条件研究。结果表明:马家沟组中组合总体为局限台地环境,可进一步划分出潮坪、潮缘滩、外潟湖、内潟湖等沉积微相,各微相沿古隆起呈环带状展布,内潟湖是含钾蒸发岩的主要形成环境;内潟湖沉积具有明显的旋回性,马五~6、马五~8、马五^(10)时期为海退蒸发环境,以蒸发岩和白云岩为主,马五~5、马五~7、马五~9时期为海侵环境,以灰岩为主;海退期,向心浓缩作用形成了大型米脂蒸发盐盆,进一步在"深水成盐"机制下沉积了大量厚层含钾蒸发岩系;岩溶地貌与含钾蒸发岩系分布的关系表明含钾蒸发岩系主体分布于岩溶盆地内幕。印支期岩溶作用的强度和深度分析进一步显示古岩溶作用在岩溶盆地范围内基本未破坏到马家沟组中组合的含钾蒸发岩系,具备了钾盐矿的沉积和保存条件。

鄂尔多斯盆地中东部马四段白云岩地球化学特征及成因模式

在岩石学分析的基础上,结合痕量元素、稀土元素、碳氧同位素以及锶同位素的研究,探讨鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组第四段(简称“马四段”)白云岩的成因。结果表明:马四段白云岩主要由泥微晶白云岩、粉-细晶白云岩、(残余)砂砾屑白云岩及斑状白云岩组成。不同类型白云岩的稀土配分模式均与泥晶灰岩相似,且Sr同位素值及碳氧同位值均位于同期海水范围内,表明白云石化流体与海水密切相关。其中泥微晶白云岩在镜下可见晶型较好的硬石膏与之伴生,同时δ^(13)C_(PDB)与δ^(18)O_(PDB)值较泥晶灰岩偏高,显示其高盐度沉积环境。粉-细晶白云岩及(残余)砂砾屑白云岩Fe、Mn含量相对较高,Sr含量较低,δ^(18)O_(PDB)值比泥微晶白云岩低,说明受到了一定埋藏作用的影响;而斑状白云岩虽具有相对较低的Fe、Mn含量,但较泥晶灰岩相对偏大,在镜下可见雾心亮边结构,表明其后期也遭受了一定的埋藏作用,同时,在岩心表面见生物扰动构造和生物钻孔,表明其在前期受到了生物活动的影响,并为流体提供了通道。综合岩石学特征、地球化学指标以及古地理背景,认为鄂尔多斯盆地中东部马四段泥微晶白云岩具有蒸发泵成因模式的特征,(残余)砂砾屑白云岩与粉-细晶白云岩是渗透回流白云石化作用叠加埋藏效应的结果,而斑状白云岩则属于典型的生物扰动型成因。

鄂尔多斯盆地天环坳陷北段桌子山组白云岩碳氧同位素特征及意义

通过空间展布和不同类型白云岩的碳氧同位素特征,诠释了鄂尔多斯盆地西部天环坳陷北段奥陶系桌子山组白云岩的成因和储层地质学意义。研究区白云岩主要有微—粉晶白云岩、残余砂屑细晶白云岩和细—中晶白云岩3种,其中微—粉晶白云岩δ^(13)C、δ^(18)O平均值为0.78‰和-5.0‰;残余砂屑细晶白云岩δ^(13)C、δ^(18)O平均值为0.53‰和-6.5‰;细—中晶白云岩δ^(13)C、δ^(18)O平均值为0.47‰和-6.3‰。桌子山组白云岩碳氧同位素的组成位于正常海相碳酸盐岩范围之内,说明其白云石化流体来源于囚禁的古海水。白云岩碳氧同位素演化特征及成岩作用特征,指示微—粉晶白云岩为准同生阶段白云石化的产物,而残余砂屑细晶白云岩及细—中晶白云岩则为浅埋藏白云石化的产物。

鄂尔多斯盆地东部山西组2段致密砂岩储层特征

鄂尔多斯盆地东部山西组2段是主力产气层位,埋深浅,但物性较差。为明确低孔低渗成因并预测储层有利区,在岩心观察的基础上,用薄片镜下鉴定、扫描电镜、压汞等实验手段结合成岩相分析,结果表明:山2段致密砂岩储层的岩石类型主要为中—细粒岩屑石英砂岩和石英砂岩,储集空间以粒间孔为主,为低孔低渗储层。其主要成因:①沉积砂岩中含有部分塑性颗粒和岩屑,受压易变形,降低了物性;②多种类型的胶结物充填了大量孔隙,加剧物性变差;③含煤的酸性沉积环境不利于原生孔隙的保存;④后期较弱的溶蚀作用无法改善储层物性。研究认为乌拉庙—榆林—清涧地和府谷—佳县—吴堡地区为储层相对有利区。该成果可对鄂尔多斯盆地东部致密砂岩气勘探部署提供依据。

鄂尔多斯盆地中东部马家沟组盐下沉积相特征及相模式

在近年来中组合勘探研究的启示下,我们认识到膏盐岩下白云岩储层具有较好的烃源条件。因此,文章以鄂尔多斯盆地中东部盐下地区为研究对象,通过野外调查,岩芯观察,薄片鉴定、测试分析等技术手段,系统的研究了研究区内的沉积相类型、特征及分布规律。研究认为:研究区马家沟组盐下主要发育了局限台地和开阔台地两种沉积相,包括潮坪、点滩等4个亚相以及潮上泥云坪、潮上云坪等12个沉积微相。结合研究区情况和参考邻区的沉积模式,得出结论:鄂尔多斯盆地中东部盐下地区为潮上云坪-潮间灰云坪-膏盐湖(泻湖)的变迁模式。

鄂尔多斯盆地西部石炭系羊虎沟组致密砂岩储层特征及主控因素

非常规油气储层成因机理的研究一直是油气勘探与开发中的热点、难点问题。鄂尔多斯盆地是中国第一大含油气盆地,在上古生界地层中蕴藏着丰富的天然气资源。本次研究通过钻井岩心的观察、取样,利用薄片鉴定,物性分析、扫描电镜和CT扫描等分析手段,结合最新的沉积、构造和物源研究成果,探究了鄂尔多斯盆地西部石炭系羊虎沟组致密砂岩储层特征及主控因素。研究表明,石炭系羊虎沟组砂岩储层以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主,储层平均孔隙度为6.20%,平均渗透率为0.34×10^(-3)μm^(2),是典型的低孔低渗型储层。孔隙类型主要以岩屑溶孔(37.7%)为主,长石溶孔(16.0%)、晶间孔(8.5%)和粒间溶孔(7.3%)次之,原生孔隙少见。物源、成岩作用、沉积环境和构造裂缝体系是研究区优质储层形成的关键因素:物源影响着沉积物的物质组成,控制着砂体的展布,不同物源区所带来的岩屑种类差异在一定程度上决定了储层的物性;溶蚀作用有效地改善了储层质量,长期的深埋藏导致的压实作用使得原始孔隙大量消失,以凝灰质、高岭石、碳酸盐岩和硅质为主的胶结作用则明显的降低了储层质量;研究区内三角洲前缘亚相具有相对较好的储集性能,障壁砂坝相次之;大量的构造裂缝,不仅大大改善了羊虎沟组储层的孔渗性,同时也为有机酸流体的运移提供了通道,促进了溶蚀孔隙的形成,还在沟通孔隙等方面也可以进一步的改善储层产能。以上研究成果期望可为研究区及类似盆地的下一步勘探与开发提供参考。