鄂爾多斯東南部上古生界層序地層特征

于　波

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安　710075)

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鄂爾多斯東南部上古生界層序地層特征

于波

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安710075)

鄂爾多斯東南部上古生界可區(qū)分出的三級層序界面類型包括區(qū)域不整合、構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化面、區(qū)域海退面、河道下切面、區(qū)域(暴露面)、煤層、灰?guī)r底界與地層疊置樣式轉(zhuǎn)化面?；趯有蚪缑嫣卣鞣治?，上古生界本溪組至石盒子組可劃分為2個二級層序，其中本溪組、太原組和山西組為1個二級層序(SS1)，石盒子組整體劃歸為1個二級層序(SS2)。每個二級層序由區(qū)域性的水進(jìn)-水退旋回組成，為構(gòu)造控制型層序。二級層序進(jìn)一步劃分為11個三級層序，即本溪組劃分出2個三級層序(SQ1和SQ2)、太原組劃分出1個三級層序(SQ3)、山西組劃分出2個三級層序(SQ4和SQ5)、石盒子組劃分出6個三級層序(SQ6-SQ11)。其中SQ1-SQ5為海相及海陸交互相沉積層序，SQ6-SQ11為陸相湖盆沉積層序?；趯有虻貙犹卣鞣治觯⒘硕鯛柖嗨古璧貣|南部地區(qū)層序充填模式，對于沉積體系演化、氣藏形成及聚集研究都具有指導(dǎo)性意義。

鄂爾多斯盆地；上古生界；層序地層；充填模式

鄂爾多斯盆地是中國大型疊置沉積盆地，擁有豐富的石油、天然氣、煤炭及鈾礦資源(張林森，2011；王香增，2014)，是中國西氣東輸?shù)闹饕獨庠吹刂?。近幾年來，延長石油集團(tuán)在盆地東南部地區(qū)古生界天然氣的勘探突破與規(guī)模產(chǎn)能的形成對解決中國天然氣供需矛盾、加快陜西省經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義(鄭和榮等，2006；趙忠英等，2010)。

相比北部地區(qū)，鄂爾多斯盆地東南部上古生界天然氣勘探開發(fā)程度低(王香增，2014)，主要原因是對地質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識不清，缺乏相應(yīng)的勘探開發(fā)理論等，嚴(yán)重制約了天然氣的勘探開發(fā)進(jìn)程。

筆者以層序地層學(xué)理論為基礎(chǔ)，對研究區(qū)內(nèi)鉆井、測井、巖心等資料進(jìn)行綜合分析，確定了層序地層界面標(biāo)志，進(jìn)而劃分層序并建立層序地層格架，增強對上古生界沉積地層三維空間分布的認(rèn)識，為進(jìn)一步研究天然氣運移及成藏規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

1　研究區(qū)概況

區(qū)域構(gòu)造上，研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東南部，行政區(qū)劃上大致位于綏德以南、志丹以東、黃河以西、洛川以北的區(qū)域(圖1)。

圖1　研究區(qū)在鄂爾多斯盆地中的位置圖Fig.1　Location of research field in Ordos basin

鄂爾多斯盆地上古生界自下而上發(fā)育了石炭系—二疊系的本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組6套地層(周進(jìn)松等，2014)，總沉積厚度約700m；其主要含氣層段位于以陸相沉積為主的山西組和下石盒子組(表1)。

2　層序地層界面特征與識別

2.1層序界面特征

層序界面是地層(暴露)、地層剝蝕、地層上超、淺水相和深水相的突變接觸，這些標(biāo)志的出現(xiàn)表明一次沉積旋回的結(jié)束(WHEELER H E et al，1957；GALLOWAY W E，1989)。層序界面常為不整合面、沉積間斷面或與之對應(yīng)的整合界面，在地震剖面、測井、巖性上都有明顯的識別標(biāo)志(圖2)。測井曲線上，層序界面常表現(xiàn)為Gr值的突變，反映了巖性的突變。根據(jù)地震、測井和巖心等信息，結(jié)合本區(qū)具體地質(zhì)特征和構(gòu)造演化規(guī)律，筆者認(rèn)為鄂爾多斯盆地東南部三級層序界面劃分存在以下識別標(biāo)志：①區(qū)域不整合面。②構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換面。③區(qū)域海退面。④河道下切面(為箱型、鐘型測井曲線的底部突變面，巖心及露頭上可見砂巖底部的沖刷侵蝕面)。⑤區(qū)域暴露面(古土壤層發(fā)育，因賦存較多放射性元素，測井響應(yīng)表現(xiàn)為自然伽馬高異常)(朱春俊等，2010)。⑥煤層(頂界面一般位于沉積旋回上部，代表HST晚期海退/湖退、沼澤化的產(chǎn)物)。⑦灰?guī)r底界(灰?guī)r-黑色頁巖-粉砂巖及細(xì)砂巖-煤層構(gòu)成約旦爾旋回，灰?guī)r經(jīng)常直接覆蓋于煤層之上，代表新的海進(jìn)-海退旋回的開始)。⑧地層疊置樣式轉(zhuǎn)換面(圖2)。

表1　研究區(qū)上古生界地層劃分表

圖2　研究區(qū)延氣2井與延270井層序界面特征圖Fig.2　Characteristic for sequence boundary of Yan-gas 2 and Yan 270 in research field

2.2內(nèi)部疊加樣式分析

地層記錄中沉積旋回的變化是劃分高精度層序地層的基礎(chǔ)(鄭榮才等，2002；鄧宏文等，2002)。海(湖)平面下降將引起基準(zhǔn)面下降，沉積體系朝盆地方向進(jìn)積；基準(zhǔn)面上升導(dǎo)致沉積體系后退。本溪組通常以典型的長期反旋回為主，反映海平面上升，雖然內(nèi)部存在小的正韻律，但是整體為反韻律；山1與山2段為典型的對稱上升半旋回與下降半旋回，雖然洪泛面的位置并不固定，但不影響其頂?shù)撞苛６容^粗、砂層較厚的特征；盒8段為典型的長期正旋回，內(nèi)部通常包括多期短期正旋回疊加，指示了陸進(jìn)水退的過程(圖3)。

圖3　本溪組、山2、山1、盒8內(nèi)部旋回疊加樣式圖Fig.3　Overlay styles of inner cycles of Benxi formation, Shan 1, Shan 2 and He 8

3　層序劃分方案

通過不整合界面的識別、旋回疊加樣式的變化、相序及組合的改變和砂、泥巖層厚度的旋回性等，可進(jìn)行測井層序劃分和井間層序?qū)Ρ取６鯛柖嗨股瞎派鐚有虻貙觿澐址桨篙^為豐富(翟愛軍等,1999；張滿郎等，2009；鄭榮才等，2002)，三級層序時間跨度為0.5～3Ma，厚度10～50 m。

通過巖心、測井特征可以區(qū)分出區(qū)域不整合面、區(qū)域海退面和區(qū)域下切面。筆者將鄂爾多斯盆地東南部上古生界劃分出2個二級層序，即本溪組、太原組和山西組整體歸為1個二級層序(SS1)，石盒子組整體歸為1個二級層序(SS2)。每個二級層序由區(qū)域性的水進(jìn)-水退旋回組成，為構(gòu)造控制型層序。

依據(jù)次一級不整合面及對應(yīng)的整合界面，進(jìn)一步劃分出11個三級層序：本溪組劃分出2個三級層序(SQ1和SQ2)、太原組劃分出1個三級層序(SQ3)、山西組劃分出2個三級層序(SQ4和SQ5)、石盒子組劃分出6個三級層序(SQ6-SQ11)。結(jié)合地層水礦化度特征，可知SQ1-SQ5為海相及海陸交互相沉積層序，SQ6-SQ11為陸相湖盆沉積層序(圖4)。

圖4　研究區(qū)層序地層綜合柱狀圖Fig.4　Synthetic histogram of sequence stratigraphy in research field

海相層序(SQ1-SQ5)主要發(fā)育在克拉通陸表海環(huán)境；該時期地形坡度平緩，研究區(qū)不發(fā)育濱岸地形坡折帶，致使低位體系域不發(fā)育；海水較淺且進(jìn)退頻繁，大范圍內(nèi)為潟湖、潮坪環(huán)境。研究區(qū)東南部主要發(fā)育潮下帶灰?guī)r；中南部發(fā)育孤立障壁島；北部靠近物源區(qū)發(fā)育扇三角洲沉積。海侵體系域主要發(fā)育潮下帶灰?guī)r及潟湖泥巖，形成退積序列；高位體系域主要發(fā)育潮坪相砂質(zhì)泥巖、煤層及障壁島砂巖，呈弱進(jìn)積或加積序列。

陸相層序(SQ6-SQ11)發(fā)育低位、湖侵及高位體系域。低位體系域一般為砂礫巖、砂巖組成的沖積-河流沉積，底界為河道侵蝕面；河道砂巖與河漫泥巖構(gòu)成下粗上細(xì)序列，具二元沉積結(jié)構(gòu)。湖侵體系域一般為河漫、決口扇、三角洲平原及前緣泥巖、煤層及碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖的沉積，砂巖厚度薄，構(gòu)成向上變細(xì)的退積序列；湖岸線向陸遷移。高位體系域主要為砂泥薄互層夾煤層組成的濱淺湖及三角洲沉積，在三角洲前緣的河口壩區(qū)發(fā)育向上變粗的進(jìn)積序列。研究區(qū)北部的高位體系域沉積物多被沖刷侵蝕，保存較少；首次湖泛面可見到高伽馬泥巖或泥碳沉積，為退積/加積轉(zhuǎn)換面；最大湖泛面為進(jìn)積/退積轉(zhuǎn)換面，一般發(fā)育黑色泥巖、煤層或碳質(zhì)泥巖?？傮w而言，低位體系域分布局限，有些地段層序底界為土壤暴露面。

4　層序地層對比

為進(jìn)一步了解二級、三級層序在側(cè)向上的分布特點及變化規(guī)律，以單井層序劃分為基礎(chǔ)，在研究區(qū)內(nèi)優(yōu)選了1條縱剖面(延280—延730)和1條斜剖面(延668—延255)進(jìn)行了層序地層的劃分和對比，分析地層空間演化規(guī)律。

4.1延280—延730聯(lián)井剖面

研究區(qū)上古生界在縱剖面(延280—延730)上都有發(fā)育(圖5)。整體來看，自北向南，山西組—石盒子組厚度變化不大。其中，本溪組、太原組向南厚度逐漸變小，延730井灰?guī)r不發(fā)育，說明該區(qū)域水深大或能量較強，難以形成厚層灰?guī)r沉積。山西組整體變化不大，僅在延730井附近厚度有所差異，顯示了沉積中心略有偏移。

對于陸相時期層序(SS2)而言，具有厚度整體變化較小的特點；說明該時期發(fā)育南北2個物源，中部為湖泊水體中心，可容納空間較大，沉積厚度大，以泥質(zhì)沉積為主。

山西組最大厚度位于延252井周圍，上石盒子組最大厚度位于延730井周圍，均是沉積中心南遷、沉積物向南搬運所致。

4.2延668-延255聯(lián)井剖面

研究區(qū)上古生界在延668-延255井剖面上均有發(fā)育(圖6)。整體來看，具有東部厚西部薄的特點。在海相層序(SS1)中，即本溪—山西期尤其明顯，試20井、延255井本溪組、太原組厚度遠(yuǎn)大于西部井；由于該時期沉積中心位于此處，可容納空間較大。山西組、盒8段沉積厚度全區(qū)變化不大。

圖5　延280—延730剖面層序地層對比圖Fig.5　Sequence stratigraphic correlation of Yan 280-Yan 730

圖6　延668—延255剖面層序地層對比圖Fig.6　Sequence stratigraphic correlation of Yan 668-Yan 255

5　層序充填模式

鄂爾多斯東南部層序充填模式見圖7。

層序地層學(xué)研究中構(gòu)造運動、氣候變化、物源供給及湖平面變化是海相、湖相層序地層發(fā)育的控制因素(CATUNEANU O，2009；朱筱敏，2000)，其中構(gòu)造運動和氣候變化是主要控制因素。

研究區(qū)上古生界各級層序發(fā)育在平緩斜坡背景下，由于傾角較小、沉積作用均勻，海相沉積在研究區(qū)南部主要表現(xiàn)為填平補齊，海陸過渡相與陸相沉積一般具有等厚地層展布特征。

在研究區(qū)層序格架特征及主控因素分析基礎(chǔ)上，結(jié)合湖盆演化階段和盆地構(gòu)造演化特征，建立了研究區(qū)本溪組、山2段、山1段和盒8段緩坡層序及沉積充填模式(圖7)。

圖7　鄂爾多斯東南部層序充填模式圖Fig.7　Sequence filling pattern in east-southern Ordos Basin

研究區(qū)本溪組整體發(fā)育潟湖-障壁-潮坪沉積體系，低位域主要發(fā)育障壁島砂體，物源主要來自河流帶來的陸源碎屑；而后海平面上升，導(dǎo)致海侵體系域海侵陸退，形成了泥巖沉積；高位域主要發(fā)育灰?guī)r，并形成下部障壁島砂體、中部泥巖、上部灰?guī)r的整體沉積格局。

山2段主要發(fā)育含煤碎屑組合(解東寧等，2013)。低位域發(fā)育典型的低位前積楔，岸線迅速向盆地方向遷移；隨著海平面逐漸上升，海平面上升速率大于沉積物供給速率，在海侵體系域形成退積的砂體疊加樣式。高位域時期，砂體不斷向前前積，整體旋回疊加樣式為對稱式，上升半旋回與下降半旋回厚度大致相等。

山1段與山2段層序相比而言，研究區(qū)砂體更加發(fā)育，但煤層較少。山1段低位域主要發(fā)育河道與砂壩為主的多層疊置沉積體；隨著海平面逐漸上升，陸退海進(jìn)，沉積體系逐漸后退，并形成砂體退積的疊置樣式；在高位域時期，河道型砂體逐漸向前推進(jìn)，并最終形成進(jìn)-退-進(jìn)的疊置類型。

盒8段與山2段相比，沉積物供給更加充足，三角洲繼續(xù)向前推進(jìn)，并在研究區(qū)形成辮狀三角洲沉積體系。由于海(湖)平面下降，沉積物供給速率較高，沉積物在可容空間較大部位堆積下來，形成盒8段下部典型的低位域多期河道疊置砂體；隨著海(湖)平面上升，沉積物供給速率小于海平面上升速率，導(dǎo)致海侵陸退，形成退積疊加樣式；高位域時期，形成高位進(jìn)積的砂體疊置樣式。

6　結(jié)論

鄂爾多斯盆地東南部三級層序界面類型分為區(qū)域不整合面、構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換面、區(qū)域海退面、河道下切面、區(qū)域(暴露)面、煤層、灰?guī)r底界與地層疊置樣式轉(zhuǎn)化面。

上古生界本溪組—石盒子組被劃分為2個二級層序，其中本溪組、太原組和山西組為一個二級層序(SS1)，石盒子組整體劃歸為一個二級層序(SS2)。每個二級層序由區(qū)域性的水進(jìn)-水退旋回組成，為構(gòu)造控制型層序。

二級層序進(jìn)一步被劃分為11個三級層序。本溪組劃分出2個三級層序(SQ1和SQ2)、太原組劃分出1個三級層序(SQ3)、山西組劃分出2個三級層序(SQ4和SQ5)、石盒子組劃分出6個三級層序(SQ6-SQ11)。其中SQ1-SQ5為海相及海陸交互相沉積層序，區(qū)域中部厚度較大，逐漸向南變?。籗Q6-SQ11為陸相湖盆沉積層序，區(qū)域內(nèi)比較穩(wěn)定，厚度變化不大。

基于層序地層特征分析，建立了鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)層序充填模式，對于沉積體系演化、氣藏形成與聚集研究都具有指導(dǎo)性意義。

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Characteristic of Upper Paleozoic Sequence Stratigraphy in East-southern Ordos Basin

YU Bo

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co. Ltd., Xi’an 710075, Shaanxi, China)

In east-southern Ordos basin, the Styles of third-order sequence boundary in Upper Paleozoic strata within can be districted as seven styles, including regional unconformity, structural system transformation surface, regional regression surface, channel erosion surface, regional leakage surface, coal bed, overlay-style transformation surface between limestone bottom and strata. Based on the analysis of sequence boundary characteristic, the Paleozoic stratigraphy, from Benxi Formation to Shihezi Formation, can be divided into two second-order sequences, namely the one (SS1) includes Benxi Formation, Taiyuan Formation and Shanxi Formation, the other (SS2) includes Shihezi Formation. Every second-order sequence is dominated by tectonic, including regional transgression and regression cycles. The second-order sequence can be divided into 11 third-order sequences, that is two third-order sequences (SQ1 and SQ2) in Benxi Formation, one (SQ3) in Taiyuan Formation, two (SQ4 and SQ5) in Shanxi Formation, six (SQ6 and SQ11) in Shihezi Formation. In which, the sequences of SQ1-SQ5 are marine and marine-continental sediments, while SQ6-SQ11 are lacustrine sediments on continental. With the characteristic of sequence stratigraphy, the sequence-filling model in east-southern Ordos Basin has been established in this paper, which has a guiding significance for further research in sedimentary system evolution, reservoir formation and gathering for gas.

Ordos Basin; Upper Paleozoic; sequence stratigraphy; filling-pattern

2015-03-12；

2015-07-01

國家科技支撐計劃項目(2012BAC26B00)

于波(1979-)，男，江蘇徐州人，高級工程師，博士，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究。E-mail :bylnfreeboy@126.com

P535

A

1009-6248(2016)01-0092-09