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。

鄂尔多斯盆地西南部早—中二叠世源—汇充填过程及构造—沉积格局

鄂尔多斯盆地上古生界是主要的含气层,但其西南部早—中二叠世不同物源体系及构造—沉积格局的争议制约了进一步的勘探与开发。基于鄂尔多斯盆地西南部下—中二叠统85件样品的主、微量和稀土元素测试结果及16件锆石分析测试数据,多方法综合分析鄂尔多斯盆地太原—石盒子期沉积物源及其控制下的充填过程。通过微量稀土元素物源背景分析,认为太原组大地构造背景以被动大陆边缘为主,山西组和石盒子组表现为主动大陆边缘和大陆岛弧沉积。太原组沉积时期物源体系单一,母岩成分复杂;到山西组、石盒子组沉积时期,存在多个物源体系,母岩成分趋于稳定。太原组样品的锆石U-Pb年龄主要分布在400~500 Ma之间,且呈单峰分布;山西组样品则大致可以分为3段:280~500 Ma、1824~1873 Ma和2440~2569 Ma;石盒子组样品的锆石U-Pb年龄介于254~2769.2 Ma之间,年龄区间大,且不同区域锆石年龄谱存在较大的差异。综合多种物源分析结果,认为研究区太原组物源主要来自北祁连,而北部中亚造山带的影响较为有限;山西组沉积时期,祁连构造带抬升加剧、供源增强,但低于同时期华北古老基底;石盒子组沉积期,华北克拉通古老基底供源持续增强,同时中亚造山带的影响逐渐增强并成为第二大物源,北秦岭、北祁连局部供源,研究区此时属于鄂尔多斯盆地南北源—汇系统交汇区。