鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組物源及沉積體系

李夔洲, 侯明才, 陳安清, 晁　暉, 王海紅

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;

2.中國石油 長慶油田分公司 超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅 慶陽 745000)

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鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組物源及沉積體系

李夔洲1, 侯明才1, 陳安清1, 晁暉1, 王海紅2

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;

2.中國石油 長慶油田分公司 超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅 慶陽 745000)

[摘要]對鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長3油層組砂巖開展了碎屑組分、巖屑類型、重礦物組分等分析，結(jié)果表明：研究區(qū)西部富含長石、沉積巖碎屑和石榴子石，南部富含巖屑(特別是火山巖碎屑)和電氣石，東北部富含石英、變質(zhì)巖碎屑和鋯石。碎屑組分的Dickinson三角圖解顯示，南部物源區(qū)構(gòu)造背景主要為再旋回造山帶，西部除再旋回造山帶外，還有來自基底隆起的物源。西部可能為近物源、坡度較大、沉積物成熟度較低的陡坡型辮狀河三角洲，南部可能為遠(yuǎn)物源、坡度較小、沉積物成熟度較高的緩坡型辮狀河三角洲，二者大致呈南西-北東向展布，交匯于鎮(zhèn)167-慶25-鎮(zhèn)268-鎮(zhèn)255-西85井一線以東。

[關(guān)鍵詞]鄂爾多斯盆地；延長組； 物源； 沉積體系

鄂爾多斯盆地是中國主要的低滲透致密砂巖油氣產(chǎn)區(qū)之一，其中上三疊統(tǒng)延長組(T3y)低滲透致密砂巖油藏油氣資源豐富。長3油層組是鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)的低滲透致密砂巖重要層位之一。目前，長3油層組油氣勘探程度相對較低，特別是對該區(qū)致密砂巖儲集體的發(fā)育控制因素的認(rèn)識爭議較大。一般認(rèn)為研究區(qū)物源來自盆地的西南緣[1,2]，少部分學(xué)者認(rèn)為物源來自盆地的西南緣和北緣[3]。沉積相方面，有人認(rèn)為屬辮狀河三角洲沉積[4]，也有人認(rèn)為是扇三角洲沉積[5]。從已有的研究看，研究區(qū)缺乏不同物源區(qū)的對比研究及其對沉積體系的控制作用研究。由于重礦物耐磨蝕、穩(wěn)定性好，因此重礦物組合對物源變化極為靈敏；而物源區(qū)和盆地構(gòu)造背景可以直接通過碎屑組分和巖屑類型反映[6,7]。鑒于重礦物、碎屑組分和巖屑類型對物源分析具有的優(yōu)點(diǎn)，本文通過巖心樣品的碎屑組分、巖屑類型、重礦物組分等分析，結(jié)合物源區(qū)構(gòu)造背景，開展精細(xì)的物源分析，揭示研究區(qū)長3油層組物源的差異性及其對沉積體系的控制。

1地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是疊加在華北古生代陸表?？死ㄖ系臍堄嗫死▋?nèi)盆地，形成于中三疊世紙坊期[8-10]。印支運(yùn)動使秦嶺造山帶強(qiáng)烈碰撞隆升，盆地呈現(xiàn)為東北翼寬緩、西南翼陡傾的不對稱地貌特征[11,12]。研究區(qū)位于陜北斜坡的西南部，西與天環(huán)拗陷相連，南鄰渭南隆起。

晚三疊世延長期為鄂爾多斯內(nèi)陸湖盆發(fā)展的鼎盛階段，長慶油田根據(jù)巖性組合特征劃分為5個(gè)巖性帶(T3y1-T3y5)、10個(gè)油層組(長1-長10)[13]。研究區(qū)長3油層組主要為中-粗粒長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖及巖屑砂巖，分為長3-3、長3-2、長3-1三個(gè)亞段。根據(jù)鉆井資料，長3-3亞段厚度為45~50 m，長3-2亞段厚度為40~50 m，長3-1亞段厚度為35~50 m。

2物源分析

2.1碎屑組分

碎屑巖的成分成熟度越高，搬運(yùn)的距離越遠(yuǎn)；成分成熟度越低，搬運(yùn)的距離越近[14]。通過對100余口鉆井巖心觀察和578塊薄片鏡下鑒定分析表明，研究區(qū)主要為中-粗粒長石巖屑砂巖和中-粗粒巖屑長石砂巖，棱角-次棱角狀，分選性中等。砂巖碎屑組分含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)可以劃分出3個(gè)不同的區(qū)帶(表1，圖1)：西部的長石含量最高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.7%)，石英(55.5%)和巖屑(19.8%)含量相對低；南部的巖屑含量最高(27.9%), 石英(54.8%)和長石(17.3%)含量較低；東北部穩(wěn)定組分石英含量最高(65.1%)，非穩(wěn)定組分巖屑(18.9%)和長石(16.2%)相對含量較低。石英含量平面分布顯示(圖2)，等值線走向主要呈南西-北東向，石英高含量區(qū)分布在研究區(qū)東北部，即砂巖成熟度由南西往北東逐漸增高。上述碎屑組分分布特征表明長3油層組的物源來自研究區(qū)西、南緣地區(qū)，方向大致為南西-北東。

2.2巖屑類型分析

薄片鑒定顯示，研究區(qū)有火山巖碎屑、變質(zhì)巖碎屑和沉積巖碎屑(表1)，主要包括碳酸鹽巖碎屑、千枚巖碎屑、隱晶巖碎屑、花崗巖碎屑，還有部分礫巖碎屑、泥巖碎屑、石英巖碎屑。巖屑類型鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)長3段砂巖的巖屑類型分布同樣可劃分為3個(gè)區(qū)(圖3)：西部為沉積巖碎屑高含量區(qū)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.2%)，變質(zhì)巖碎屑含量相對低(40.7%)，火山巖碎屑含量最低(6.1%)。南部為火山巖碎屑高含量區(qū)(31.8%)，沉積巖碎屑含量最低(18.4%)。東北部變質(zhì)巖碎屑含量略高(54.6%)，火山巖碎屑(15.6%)、沉積巖碎屑(29.8%)含量介于西部與南部之間。這也暗示研究區(qū)西部和南部具有不同的物源，東北部可能是兩大物源的混合造成的。

表1　研究區(qū)不同區(qū)域碎屑組分、巖屑類型和重礦物平均含量(w/%)統(tǒng)計(jì)

圖1　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組碎屑組分相對含量Fig.1　Relative content of clastic components ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

圖2　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組石英含量等值線Fig.2　Contour map showing quartz content ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

圖3　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組巖屑類型及相對含量Fig.3　Relative content of debris types ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

2.3重礦物組分

由于重礦物的穩(wěn)定性，幾乎不受成巖作用的影響，因此重礦物類型及其組合能很好地指示物源區(qū)及母巖性質(zhì)[15]。筆者對研究區(qū)長3油層組25塊砂巖樣品進(jìn)行了重礦物分析。分析結(jié)果表明：重礦物種類主要有鋯石、石榴子石、電氣石、白鈦礦(表1)。根據(jù)重礦物含量的優(yōu)勢類型，將研究區(qū)劃分為西部、南部和東北部3個(gè)不同含量或種類的重礦物組合區(qū)(圖4)。西部為鋯石(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.5%)+白鈦礦(17.4%)+石榴子石(61.1%)組合區(qū)；南部為電氣石(17.4%)+鋯石(46.8%)+白鈦礦(20.5%)+石榴子石(15.3%)組合區(qū)；東北部為電氣石(5.8%)+鋯石(64.9%)+白鈦礦(23.2%)+石榴子石(6.1%)組合區(qū)。石榴子石在西部含量最高；電氣石在南部含量最高，而在西部基本沒有見到；東北部最穩(wěn)定重礦物鋯石含量最高，平均含量約為南部和西部的含量之和。重礦物組合類型也揭示出研究區(qū)西部和南部具有不同的物源區(qū)，東北部為兩大物源的沉積物交匯區(qū)。

圖4　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組重礦物相對含量Fig.4　Relative content of heavy minerals ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

3物源區(qū)構(gòu)造背景分析

晚三疊世，鄂爾多斯盆地周緣因區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的不同形成了4種不同的盆地邊界，即西北伸展盆地邊緣、西緣走滑拉分?jǐn)嗔雅璧剡吘?、南緣走滑上推斷裂盆地邊緣、東北被動寬緩盆地邊緣[16]。盆地西緣同生構(gòu)造導(dǎo)致盆地沉降，同時(shí)外圍隆升作用形成了隴西和海源等古隆起；南緣隨著松潘海北側(cè)的南昆侖-勉略疊接帶于中、晚三疊世向北俯沖，西秦嶺及祁連地區(qū)全面碰撞造山[17,18]。

通過顯微鏡下記點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)了578塊薄片樣品的各碎屑組分含量，利用Dickinson三角圖解，將其投入到Qm-F-Lt、Qt-F-L、Qp-Lv-Ls三角圖中(圖5)。Qm-F-Lt圖解顯示研究區(qū)西部(紅點(diǎn))物源主要為石英再旋回和過渡再旋回，值得注意的是還有部分基底隆起物源；南部(綠點(diǎn))主要為石英再旋回、過渡再旋回物源和少部分切割島弧物源；東北部(藍(lán)點(diǎn))主要為石英再旋回、過渡再旋回，少量切割島弧和基底隆起物源。Qp-Lv-Ls圖解顯示研究區(qū)西部(紅點(diǎn))和南部(綠點(diǎn))主要為碰撞縫合帶及褶皺-逆掩帶物源和少部分火山弧造山帶物源，其中西部可見俯沖帶復(fù)合體物源，東北部物源主要為西部與南部物源的混合。Qt-F-L圖解進(jìn)一步表明研究區(qū)物源來自再旋回造山帶，也指示西部(紅點(diǎn))物源有少量來自穩(wěn)定克拉通和基底隆起。結(jié)合當(dāng)時(shí)的構(gòu)造背景，Dickinson三角圖解指示的穩(wěn)定克拉通和基底隆起物源可能是來自鄂爾多斯盆地西緣的隴西、海源古隆起?？傊@3種Dickinson圖解揭示研究區(qū)西部和南部的物源區(qū)構(gòu)造背景具有一定的差異。南部物源基本來自再旋回造山帶；西部物源除再旋回造山帶外，還有少量來自基底隆起的物源，這與西部有較高沉積巖碎屑是吻合的。

4沉積體系分析

4.1沉積相特征及展布

圖5　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組砂巖樣品碎屑組分Dikinson三角圖解Fig.5　The Dikinson triangle diagram showing the clastic components of sandstones of Chang-3 oil formation in Zhenbei area西部(紅色點(diǎn))；南部(綠色點(diǎn))； 東北部(藍(lán)色點(diǎn))

圖6　鎮(zhèn)北地區(qū)長3油層組主要巖石類型、生物化石、沉積構(gòu)造類型Fig.6　Photographs showing main rock types, fossil organism and sedimentary structure type of Chang-3 oil formation in Zhenbei area(A)包卷層理; (B)滑塌構(gòu)造; (C)植物葉片化石; (D)礫巖; (E)板狀交錯(cuò)層理; (F)槽狀交錯(cuò)層理; (G)中-粗粒砂巖; (H)平行層理; (I)水平層理

在前人的研究成果中，有人認(rèn)為研究區(qū)長3油層組為辮狀河三角洲沉積[4]，也有人認(rèn)為是扇三角洲沉積[5]。本文在巖性、古生物、沉積構(gòu)造、測井相等相標(biāo)志識別的基礎(chǔ)上，認(rèn)為研究區(qū)為三角洲平原和前緣沉積環(huán)境。鎮(zhèn)167-慶25-鎮(zhèn)268-鎮(zhèn)255-西85井一線以東，即東北部的細(xì)砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖互層的巖性中常發(fā)育包卷層理(圖6-A)、滑塌變形構(gòu)造(圖6-B)等同沉積構(gòu)造，同時(shí)在測井上可見逆粒序的河口壩沉積，顯示該地區(qū)為三角洲前緣環(huán)境。在鎮(zhèn)167-慶25-鎮(zhèn)268-鎮(zhèn)255-西85井一線的西、南側(cè)，發(fā)育大量的植物莖干和葉片等古生物化石(圖6-C)，碎屑沉積物粒度較東北部粗，以中-粗砂巖、粗砂巖、礫巖為主，顯示研究區(qū)西南部為水上三角洲平原沉積環(huán)境。

根據(jù)巖性和沉積構(gòu)造等的差異，進(jìn)一步分析了西部物源和南部物源的沉積體系差異。西部以發(fā)育灰白色-灰色粗砂巖、細(xì)礫巖(圖6-D)為特征，常見板狀交錯(cuò)層理(圖6-E)和槽狀交錯(cuò)層理(圖6-F)等高能環(huán)境形成的沉積構(gòu)造。為了與南部物源的三角洲相區(qū)分，本文將其定義為陡坡型辮狀河三角洲。南部發(fā)育大量灰白-灰色中-粗粒砂巖(圖6-G)，部分中-細(xì)砂巖，常見平行層理(圖6-H)、水平層理(圖6-I)，同時(shí)還可見板狀交錯(cuò)層理，將其劃分為緩坡型辮狀河三角洲。綜上，西部河流水動力明顯強(qiáng)于南部，說明西部坡度較大，南部坡度較小。

圖7　鎮(zhèn)北地區(qū)長3-3、長3-2、長3-1亞段巖相古地理圖Fig.7　The lithofacies paleographic map of Chang-3 oil formation in Zhenbei area

在物源分析、沉積相標(biāo)志分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合研究區(qū)長3油層組3個(gè)亞段700余口鉆井的地層厚度、砂體厚度和砂體厚度與地層厚度的比值，編制出了3個(gè)亞段的巖相古地理圖(圖7)。長3-3、長3-2、長3-1三個(gè)亞段的巖相古地理圖顯示，3個(gè)時(shí)期的沉積面貌具有較好的繼承性，西部和南部形成的三角洲交匯于東北部。三角洲平原區(qū)分流間灣與分流河道相間分布，西部條帶狀的分流河道砂體規(guī)模小、沿南西-北東向延伸距離較近，南部條帶狀的分流河道砂體規(guī)模大、沿南西-北東向延伸距離較遠(yuǎn)。砂體特征說明西部沉積物近源堆積，南部沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)。在三角洲前緣區(qū)，水下分流間灣與水下分流河道呈網(wǎng)狀交錯(cuò)。長3沉積時(shí)期，西部和南部至東北部從三角洲平原亞相逐漸過渡至三角洲前緣亞相，證明水流方向是從西、南兩個(gè)方向至北東向，這與物源分析結(jié)果是相同的。

4.2沉積模式

鄂爾多斯盆地長3沉積處于湖盆萎縮期，沉降速率小于沉積速率，盆地的西南緣建設(shè)性三角洲增多，湖岸線向湖盆內(nèi)遷移[19]。研究區(qū)處于盆地西南緣，特有的盆地邊界類型、古地貌、基準(zhǔn)面的升降、物源供給等形成了獨(dú)特的沉積模式(圖8)。

研究區(qū)西部沉積物以粒度較粗為特征，常常為礫巖或者含礫砂巖，結(jié)構(gòu)及成分成熟度均很低，如演87井、鎮(zhèn)153井等?？梢酝茰y西部離物源區(qū)較近、坡度較大，常呈流程較短的辮狀河直接進(jìn)入湖盆，注入河水中的大量沉積物搬運(yùn)距離短而快速沉積到湖盆，形成了陡坡型辮狀河三角洲。研究區(qū)南部沉積物粒度相對較細(xì)，可以推測南部可能坡度小，湖水由湖岸向湖心深度變化相對緩慢，使河流向湖心方向推進(jìn)的距離相對較遠(yuǎn)，河流攜帶的沉積物搬運(yùn)距離也較遠(yuǎn)，形成了緩坡型辮狀河三角洲。辮狀河入湖后，隨著河流向湖心推進(jìn)距離的增加，湖水對河流的阻力也逐漸增大，導(dǎo)致河流攜帶的沉積物發(fā)生機(jī)械分異作用，三角洲以朵體的形狀向湖盆推進(jìn)，在吳城子鄉(xiāng)-太白梁一帶，與西部陡坡辮狀河三角洲交匯。

5結(jié) 論

(1)研究區(qū)西部為長石高含量區(qū)，南部為巖屑高含量區(qū)，東北部為石英高含量區(qū)；西部的沉積巖碎屑含量較高，南部的火山巖巖屑含量較高，東北部高變質(zhì)巖碎屑，沉積巖碎屑、火山巖碎屑含量介于西部與南部之間；西部石榴子石含量高，南部電氣石含量高，東北部最穩(wěn)定重礦物鋯石含量最高，平均含量約為南部和西部之和。它們共同揭示出研究區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長3段具有西、南兩個(gè)方向的物源。

(2)Dickinson三角圖解揭示了兩大物源區(qū)的構(gòu)造背景，南部物源主要為再旋回造山帶；西部物源除再旋回造山帶外，還有來自基底隆起的物源。

(3)研究區(qū)沉積體系受西、南兩個(gè)方向的物源的控制，沉積相帶呈南西-北東向帶狀展布，西部可能為陡坡型辮狀河三角洲，南部可能為緩坡型辮狀河三角洲，兩者交匯于研究區(qū)東北部。

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The provenance and depositional systems of the Upper Triassic Chang-3 oil formation in Zhenbei area, Ordos Basin, China

LI Kui-zhou1, HOU Ming-cai1, CHEN An-qing1, CHAO Hui1, WANG Hai-hong2

1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Changqing Oil Field Branch Company of PetroChina, Qingyang 745000, China

Abstract:The analysis of clastic composition, types of debris and heavy minerals of the sandstone from the Upper Triassic Chang-3 oil formation in the Zhenbei area of Ordos Basin indicates that the sandstones in the west region are rich in feldspars and sedimentary rock debris with garnets, the sandstones in the south region are rich in volcanic debris with tourmalines and the sandstones in the northeast region are rich in quartz and metamorphic debris with zircons. Dickinson triangular plot reveals that in the south area, almost all of provenances come from recycled orogen, but in the west area, the provenances come from recycled orogen and basement uplift. It indicates that the west area is close the provenance with steep slope, low deposit maturity of braid river delta, and the south area is far away from provenance with gentle slope, higher deposit maturity of braid river delta. Two provenances form southwest-northeast trending banded distribution depositional systems converging on the Zhen167-Qing 25-Zhen 268-Zhen 255-Xi 85 wells of east line.

Key words:Ordos Basin; Yanchang Formation; provenance; depositional system

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼][分類號] TE121.3 A

[基金項(xiàng)目]中央財(cái)政支持地方高校發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目。

[收稿日期]2015-08-26。

[文章編號]1671-9727(2016)02-0216-08

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.08

[第一作者] 李夔洲(1990-),男,碩士研究生，研究方向：沉積學(xué), E-mail:244062615@qq.com。