鄂尔多斯盆地西缘北段构造地质大剖面解析及棋盘井向斜构造成因新解

西缘冲断带作为鄂尔多斯盆地的西部边界,地处众多不同性质构造单元的过渡区域,其地质特征十分复杂。近年来,西缘冲断带的油气勘探领域不断拓宽,多期次的构造运动影响了油气从生成、运聚到被破坏的整个过程,对这些构造运动产生的构造变形样式和过程的研究可以为进一步油气勘探奠定基础。本文选取鄂尔多斯盆地西缘北段一条最新处理的近东西向高精度二维地震测线,结合钻井以及露头资料对其进行精细解析和刻画,并运用2D-move软件对解析后的剖面进行反演与正演模拟。结果表明:1)鄂尔多斯盆地西缘北段棋盘井镇地区的向斜构造为基底复合构造楔向东楔入形成,向斜核部地层加厚与桌子山—横山堡断裂的活动有关;2)过鄂尔多斯盆地西缘北段的构造地质剖面现今长度120 km,经过反演平衡恢复后的剖面长度为137.68 km,累计构造缩短量17.86 km,整体构造缩短率约13%,其中燕山期的缩短量最大,缩短量12.72 km,缩短率为10%;3)根据地层接触关系及构造演化模拟可知棋盘井向斜的形成时间大致在燕山中期,银川地区在该时期为高部位隆起。

鄂尔多斯盆地西缘忠平1井奥陶系乌拉力克组笔石生物地层划分

鄂尔多斯盆地西缘奥陶系乌拉力克组页岩气勘探在忠平1井首获突破,该井黑色页岩的划分与对比是下一步页岩气选区评价的关键科学问题之一。本文通过对岩心笔石化石的研究,在该井乌拉力克组自上而下建立了Nemagraptus gracilis带和Jiangxigraptus vagus带,并与露头区奥陶系同期地层进行对比,揭示了盆地西缘奥陶系乌拉力克组黑色页岩具有穿时分布的规律,进而为页岩气选区评价提供了精准的时间标尺。

鄂尔多斯盆地西缘北段奥陶系天然气成藏模式

为助推天然气高效勘探,本文针对鄂尔多斯盆地西缘北段奥陶系成藏地质条件开展研究。在揭示了地层构造、沉积演化等基础地质特征的基础上,利用烃源岩地球化学测试等资料梳理了成藏地质条件,并根据生、储、盖配置关系提出了相应的成藏模式。奥陶系烃源岩以泥质岩型为主,白云岩、石灰岩、页岩均可作为储集层。天然气成藏模式主要可划分为:深海平原页岩源内自生自储式、大陆斜坡浊积灰岩源内自生自储式、碳酸盐台地灰岩近源上生下储式、碳酸盐台地白云岩远源上生下储式。根据完钻井资料,研究区内成藏模式以深海平原页岩源内自生自储式为主,是下步天然气勘探的重点目标。

针对目标的非地震解释技术在鄂尔多斯盆地西缘的应用

鄂尔多斯盆地西缘地质条件复杂,依靠现有的地震资料对地下复杂构造的解释和深部地层展布的预测成杲与实钻结果不符,为此,提出了针对目标的非地震解释技术思路,即在非地震常规处理的基础上,围绕地质需求进行针对性的处理与解释。针对走滑断裂体系发育的特点,采用重磁异常增强和体显示技术突出弱异常,再按不同方位进行照明分析,提取能够反映走滑断裂的非地震异常信息,结果可用于解释走滑断裂平面分布特征;围绕地震反射层“层断轴不断”的现象,即同一个反射层却是不同层位的反映,采用时频电磁解释性处理技术对目标层精细反演并联合地震进行地层属性的识别,多种信息综合分析后的结果使层位的归属更加准确;围绕深部地层地震反射成像困难的情况,对下古生界综合应用重力—地震联合剥层等多种技术进行处理,结果可用于深部长城系烃源岩的预测。

鄂尔多斯盆地西缘麻黄山西工区走滑断层构造特征与三维离散元数值模拟

麻黄山西工区位于鄂尔多斯盆地西缘冲断带的前端部位,以石炭—二叠系煤系滑脱层为界划分为上、下两套构造变形层,并受燕山期走滑断层作用表现出分段变形特征。深层原地构造系统沙窝子断层以北的正断层构成多米诺组合型式,而沙窝子与圈湾子断层之间的正断层组合成堑垒式。浅层逆冲推覆构造系统以NEE向芦沟子—新泉井断层为界,划分为变形特征差异明显的南、北两段,北段相对南段变形强烈。三维离散元数值模拟实验结果显示,麻黄山西工区上、下构造变形层内发育的走滑断层均为调节差异挤压作用形成的撕裂断层,断层走向与挤压应力方向基本一致。原地构造系统的先存正断层在走滑作用下产生牵引,邻近走滑断层的正断层走向发生明显偏转。逆冲推覆构造系统北段山前强烈冲断作用对盆内产生较为明显影响;而南段山前冲断作用并未对盆内产生明显影响,仅发育少量小规模逆断层。相较于二维模拟,三维模拟能够实现平面与剖面的综合分析,完整认识上、下构造变形层多条走滑断层的变形过程与形成机制,为麻黄山西工区的油气勘探提供基础地质理论指导。

鄂尔多斯盆地西缘冲断带石炭系羊虎沟组沉积特征

根据钻井、录井、测井及地震资料,结合岩石矿物特征、古生物化石以及地球化学特征,对鄂尔多斯盆地西缘石炭系羊虎沟组沉积相特征和展布规律进行了系统研究。研究结果表明:(1)鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组岩性以泥岩、炭质泥岩、煤层为主,间夹泥质粉砂岩、砂岩,形成于海陆过渡相沉积环境,沉积期古气候为温暖潮湿气候。靖远组—羊虎沟组沉积期,湖盆水体盐度逐渐增大,古气候从早期的温湿气候向干热气候过渡,沉积环境由早期的氧化环境向中、晚期的氧化—还原环境过渡,相对古水深由小向大过渡,至羊虎沟组沉积晚期,发生快速水退。(2)研究区羊虎沟组以混合沉积为主,发育三角洲—障壁海岸—滨浅海等沉积体系,属于典型的海陆过渡相。韦州—石沟驿地区发育澙湖—障壁岛沉积相带,总体可分为两大区域性海进、海退旋回,下部海进旋回以海湾—潮坪沉积为主,上部海退旋回以三角洲沉积为主。(3)羊虎沟组沉积水体较浅,周边发育三角洲,内部障壁砂坝较发育,形成了有利沉积相带,垂向上靖远组—羊虎沟组为海湾—潮坪—障壁岛—澙湖—沼泽相的区域海进—海退沉积旋回。

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。

鄂尔多斯盆地西缘上石炭统羊虎沟组岩相类型及沉积模式

鄂尔多斯盆地西缘石炭系羊虎沟组沉积厚度变化大,岩相组合多样,沉积演化序列不明确,沉积模式复杂。在对羊虎沟组12条野外剖面、28口钻井岩心详细观察的基础上,结合岩石薄片、粒度分析、化石遗迹、古流向分析、地球化学特征以及测井资料分析,系统开展了羊虎沟组岩相及岩相组合特征研究,讨论了羊虎沟组沉积相及沉积演化过程。研究表明:鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组沉积期发育18种岩相类型、8种岩相组合类型,分别反映了三角洲平原分流河道、潮控三角洲前缘水下分流河道、河口湾—潮坪(潮道、潮汐沙坝)、潮坪(沙坪、混合坪—泥坪)、障壁岛—潟湖及陆棚沉积特征。羊虎沟组南北向展布的中央古隆起横亘在鄂尔多斯盆地西部,分割了祁连海和华北海,盆地西部总体处于祁连海域。羊虎沟组沉积期总体为海陆过渡沉积环境,经历了水体变深又变浅的过程:羊三段沉积期,鄂尔多斯盆地中东部仍为剥蚀古隆起,仅西缘局部地区接受沉积,研究区北部水体较浅,乌达—阿拉善左旗发育潮控三角洲—潮坪—障壁岛沉积,中南部水体相对较深,主要发育障壁岛—陆棚沉积;羊二段沉积期,受中央古隆起影响,东西海域尚未沟通,但沉积范围及水体深度较早期明显增加,潮汐作用较强,河流作用受限,研究区北部乌达地区及南部靖远地区以河口湾—潮坪沉积为主,中部水体最深,发育陆棚沉积;羊一段沉积期,祁连海向东超覆,中央古隆起萎缩,东西海域沟通,沉积范围扩大,水体深度总体变小,其中研究区西部水体略深,发育三角洲—障壁岛沉积,东部水体较浅,以潮坪沉积为主。

鄂尔多斯盆地西缘(部)中生代构造属性

鄂尔多斯盆地西缘构造带独特的大地构造位置、复杂的构造特征、活跃的新构造运动和良好的矿产赋存条件,长期以来为诸多地质学和矿产学者所关注;并从不同角度对该区带的区域地质构造特征和构造属性进行了程度不同地探讨,提出了不尽相同的认识。近年来,有不少研究者将其中生代构造属性划归“前陆盆地”。在地质历史上,适于前陆盆地发育的地球动力学环境,在时间和空间上均是相当有限的。鄂尔多斯盆地西缘(部)处于多个性质不同大地构造单元的结合部位,构造特征因地而异,演化过程十分复杂。本文根据最新勘探资料和测试结果,通过对区域背景、盆山关系、沉积响应、构造特征、原盆面貌、演化过程、发育时限和后期改造等方面的综合研究认为,鄂尔多斯盆地西部在中生代整体上不具前陆盆地属性,为大型残延克拉通内盆地的组成部分;仅在晚侏罗世以来盆地发育晚期和之后的有限时期和局部地段,存在有与前陆盆地结构“貌似”的剖面组合特征。

鄂尔多斯盆地西缘汝箕沟煤矿区的石英脉及其地质意义

鄂尔多斯盆地西缘地处特殊的大地构造位置,其间的宁夏汝箕沟出产世界上最优质的无烟煤,该区多年来一直被多学科科研人员所关注。笔者从地质背景入手,较详细的论述了汝箕沟矿区石英脉的岩性、与围岩的接触关系、规模、时空分布、产状、组合、矿物包裹体等发育特征,比较了该区石英脉与诸多煤田和煤系中脉岩的差异。综合分析认为,该区石英脉与推测隐伏火成岩体紧密相关,深部岩浆分异后期的气成热液上涌是石英脉形成的主导因素。石英脉对该区构造热事件、深大断裂活动、煤变质类型等有一定指示意义。本文研究表明,汝箕沟侏罗纪煤变质与盆地油、气成藏同受晚侏罗世—早白垩世期间的构造热事件影响,同一重大地质事件在盆地内部和边缘表现形式有别,各地响应方式不同。

鄂尔多斯盆地西缘构造分区及其特征

鄂尔多斯盆地西缘受秦岭-祁连山构造带和阿拉善地块长期活动的影响,地质构造复杂。通过重力、航磁、遥感和地震等多种资料的综合分析,鄂尔多斯盆地西缘由于中区横向构造带表现明显,可以将其分为北区、中区和南区。根据各区内分布的次级隐伏构造或明显的东西向断裂,北区分为桌子山段和横山堡段;中区由转换带和马家滩段组成;南区进一步分为沙井子北段、固原段和华亭南段;区段之间构造特征差异显著。目前发现的天然气多集中分布在横山堡段的逆冲断块和背斜中,石油多分布于马家滩段及其邻近的逆冲推覆构造中。

鄂尔多斯盆地西缘北段中生代构造演化

鄂尔多斯盆地西缘构造带处于独特的大地构造位置,具有复杂的构造特征。长期以来,不同学者对北段构造特征和属性、构造演化和形成机制等开展了大量的研究工作,观点不尽相同。本文在系统研究西缘北段构造带几何学的基础上,通过沉降史分析与岩石类型分析等方法,对其运动学进行解释。研究认为西缘构造带的冲断活动以及盆地的沉降与青藏高原地体增生事件以及伊泽奈琦板块的俯冲关系非常密切。盆地西缘南北向逆冲推覆带在晚三叠世——白垩纪时期内构造基本定型,相应的西缘发育陆内前陆盆地,并发育多套同构造的粗碎屑的沉积。

鄂尔多斯盆地西缘汝箕沟大岭-鼓鼓台玄武岩锆石U-Pb定年及其构造意义

利用显微镜、地球化学、ELA-ICPMS定年等技术,对鄂尔多斯盆地西缘汝箕沟大岭-鼓鼓台玄武岩及其样品中的锆石进行了内部结构、元素组成分析和原位定年。汝箕沟大岭-鼓鼓台玄武岩为典型的大陆拉斑玄武岩,所获得的锆石年龄分别为1966±15Ma、344±22Ma和241±7Ma,其中1966±15Ma为继承锆石年龄,344±22Ma为岩浆第一次分离结晶年龄,而241±7Ma代表了玄武质岩浆最后喷出时的锆石结晶年龄。可见,中晚三叠世盆地西缘北部贺兰山地区处于区域挤压背景下的局部伸展环境,可能为一小型裂谷盆地。

鄂尔多斯盆地西缘构造带北段深部电性结构

在横跨鄂尔多斯盆地西缘构造带北段的查甘池—银川—五湖洞约200 km长的东西向剖面上,进行了67个测点的大地电磁探测.使用"远参考道"和Robust技术处理数据.分析了各测点视电阻率、阻抗相位、二维偏离度、电性主轴方位角、磁实感应矢量等参数,采用NLCG二维反演方法对TE和TM两种模式的数据进行了二维反演.得到的二维电性结构表明,沿剖面查汗断裂带、贺兰山东缘断裂带和黄河断裂带是明显较大型电性边界,为超壳断裂带,而三关口断裂带深部延深不大.沿剖面阿拉善地块、贺兰山褶皱带、银川断陷盆地和鄂尔多斯地块具有明显不同的深部电性结构特征.阿拉善地块内部除浅表电阻率较低外,以下到深度约50 km都表现为高电阻特性.贺兰山褶皱带电性结构复杂,电阻率高低相间.银川盆地具有上宽下窄最深达约8 km低阻层,具有断陷盆地特征.鄂尔多斯地块具有低-高-低的深部电性结构特征,成层性较明显.

鄂尔多斯盆地西缘马家滩地区地层水与油气成藏关系研究

基于鄂尔多斯盆地西缘构造演化特征,对马家滩地区现今地层水及流体包裹体所指示的古地层水化学性质进行了对比研究分析,揭示了研究区地层水与油气藏圈闭演化的特征关系。研究表明,现今地层水分布在鄂尔多斯盆地西缘逆冲断褶带及与其东邻的天环坳陷地区呈东西分带的特征;流体包裹体指示的古地层水在鄂尔多斯盆地西缘逆冲断褶带和其东邻的天环坳陷的古地层水性质具有相似性,对比结果表明,鄂尔多斯盆地西缘马家滩地区在古地质历史时期,其油气聚集成藏处于封闭的地质环境中,在晚期构造运动的影响下,导致早期油气藏破坏,地表水渗入与油气发生了强烈的淋滤交换作用。

鄂尔多斯盆地西缘煤中稀土元素特征

煤中稀土元素是煤地质领域研究源岩和沉积环境的良好地球化学指示剂,也是一种重要的矿产资源。运用ELEMENT XR等离子体质谱分析仪对鄂尔多斯盆地西缘石炭-二叠系和侏罗系延安组煤样中稀土元素进行测试,计算了多种化学参数并绘制了稀土元素分布类型曲线。在对稀土元素(REY)的地球化学特征分析的基础上,探讨了其物质来源。结果表明,石炭-二叠系煤中REY含量明显高于中国和世界煤中的均值,也高于上地壳值,呈铕(Eu)负异常,铈(Ce)负异常,这可能因为石炭-二叠系处于海陆交互相,与其处于强的还原环境有关;而侏罗系煤中REY含量却低于中国和世界煤中的均值,也低于上地壳值,呈轻微Eu负异常,轻微Ce正异常,侏罗系延安组主要为氧化的陆相环境,所以?Ce在煤中的不亏损才会普遍存在。通过煤中稀土元素的分配模式、平面展布与其构造环境的综合分析,推测石炭-二叠系的物源为研究区西北部的阿拉善地块和北部的阴山古陆,南部的秦–祁造山带为侏罗系煤中稀土元素提供了主要的物质来源。

鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪生物礁基本特征、分布规律及成礁模式

鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪发育有生物礁。本文通过对鄂尔多斯盆地西缘野外及钻井岩心生物礁调查及室内鉴定分析,认为在乌海桌子山地区、棋探1井地区、彭阳石节子沟等地发育了较为典型的生物礁,主要造礁生物为珊瑚、层孔虫和海绵。三处生物礁发育特征有差异,北段礁体生长发育2～3期,中段发育2期生长,南段生长发育可达4期;北端及南端生物礁造礁生物个体较大,生长的水体环境相对较浅,而中段生物礁造礁生物个体较小,生长的水体相对较深。这些典型生物礁的生长、发展和消亡呈现了不同的发育特征和时空分布规律,北段生物礁体发育层位早,中、南段发育层位晚,这种分布变化规律与华北板块在早古生代处于赤道附近发生了北漂右旋的旋转漂移规律有关。通过对不同地段生物礁基本特征分析,结合δ13C和δ18O同位素分析结果,认为盆地西缘生物礁成礁模式为中央古隆起西部陆缘海背景下的开阔台地边缘带点礁-滩体组合模式,分布较为局限,认为该地区生物礁死亡原因系海平面快速上升事件导致礁体被淹死所致,也进一步推测生物礁之上存在一次海平面快速上升事件。

鄂尔多斯盆地西缘古峰庄地区低级序断层封闭性及其控藏作用

鄂尔多斯盆地西缘古峰庄地区低级序断层发育,断层性质及其封闭性与油藏密切相关,明确该区低级序断层特征及其封闭性对于复杂构造条件下的石油勘探具有重要意义。基于井震结合分析了低级序断层特征,根据断层与成藏匹配关系以及延长组岩性组合特征,运用断—储排替压差法定量评价了断层封闭性。结果表明,低级序断层主要为晚侏罗世—早白垩世末期形成的逆断层,断距小,倾角陡,延伸短,以北西—南东向呈雁行式分带展布。研究区延长组总体为砂泥岩薄互层段,受断层作用易形成断层岩,断层封闭与否取决于断层岩与所对置储层的排替压差。该区断层岩泥质含量为20%～60%,排替压力一般小于1.5MPa,普遍小于对置储层的排替压力,断层以开启为主,仅少数为封闭断层。早白垩世末期,开启断层为石油输导提供了运移通道,受围岩及封闭断层封堵影响,断层附近的低幅度圈闭及相对高渗储集区为石油聚集的有利目标。

鄂尔多斯盆地西缘南段若干不整合面特征及其构造意义

地层不整合接触关系研究是进行构造模式解析和地质演化历程探讨的重要手段。通过大范围露头尺度和填图尺度以及二维地震资料尺度不整合面的识别和分析,发现鄂尔多斯盆地西缘南段发育3种类型重要的角度不整合面,分别是白垩系与下伏地层、侏罗系与下伏地层和上古生界与下古生界。这3种不整合面分别代表了鄂尔多斯盆地西缘南段地质历史时期几次重要的构造事件。其中白垩系与下伏地层的角度不整合是区内分布最广泛、表现最明显的不整合,代表了晚侏罗世末期西缘南段大规模冲断构造事件。侏罗系与下伏地层、上古生界与下古生界之间的角度不整合限制在惠安堡-沙井子断裂的西侧,一方面表明加里东运动和印支运动在该断裂以西的西缘南段都有响应,其中晚三叠世末表现为弱褶皱运动;另一方面表明在地质历史时期,惠安堡-沙井子断裂的分界作用较摆宴井断裂更为明显,马家滩构造区带的构造模式在西缘南段没有代表性。因此在讨论西缘南段的基本构造模式时将其限定在青铜峡-固原断裂和惠安堡-沙井子断裂之间的“狭义鄂尔多斯盆地西缘南段”更为合适。

鄂尔多斯盆地西缘山西组沉积物源及源区大地构造属性分析

利用碎屑岩骨架组分、含量分布、古水流方向、砂岩岩石学特征、常量与微量元素及沉积构造特征等,对鄂尔多斯盆地西缘二叠纪山西组母岩类型、物源方向及大地构造属性进行了研究。砂岩岩石组分表明,物源主要以再旋回造山带为主,源区主要由花岗岩、浅变质岩及片麻岩类组成。砂岩百分含量图也表明,山西组沉积时的主物源区在盆地以北的阴山地区,南部仅为次物源区。古水流参数也证明物源方向为SSW。另外,沉积岩常量与微量元素分布特征显示,当时该区的大地构造环境为被动大陆边缘环境。因而可推知,二叠世山西组沉积时,鄂尔多斯盆地西缘的沉积以北方物源为主,且可能来自北部的阴山地区和西北方向的阿拉善地块。