鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖沉積特征及其對天然氣成藏的控制作用*

黃建松 鄭 杰 宋 翔 劉 磊 易 剛3，4， 楊 萍

1中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018 3西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500 4四川寶石花鑫盛油氣營運(yùn)服務(wù)有限公司，四川成都 610056 5中國石油長慶油田分公司長北天然氣開發(fā)分公司，陜西西安 710018

1 概述

“北岔溝砂巖”最早由瑞典人那琳(E.Norin)于1922年在山西晉祠西南約1.5 km處的太原西山柳子溝中的北岔溝發(fā)現(xiàn)并命名，1956年張嘉琦又對其上、下地層關(guān)系重新厘定(張嘉琦，1959)。在太原西山地區(qū)，北岔溝砂巖一般厚5～15 m，最厚達(dá)33 m，由多個(gè)單層厚度0.3～0.5 m、具下粗上細(xì)正旋回結(jié)構(gòu)的灰白色中—粗粒高嶺石膠結(jié)石英砂巖疊置而成。該砂體底部發(fā)育變質(zhì)石英巖和單晶石英礫石，礫徑0.5～1 cm，對下伏地層的沖刷作用明顯，而砂體內(nèi)部交錯(cuò)層理發(fā)育(張嘉琦，1959)。1959年，在太原市召開的第一屆全國地層會(huì)議山西現(xiàn)場會(huì)議上，正式以晉祠柳子溝的北岔溝砂巖底界作為全國性地層單位山西組的底界(王柏林和張志存，1983)。在鄂爾多斯盆地和山西地區(qū)的露頭剖面上，該套砂巖的巖性、厚度和沉積構(gòu)造較為典型，在地層中賦存位置穩(wěn)定，是二疊系山西組與太原組巖石地層劃分對比的主要標(biāo)志層(圖 1)。

剖面名稱： 1-哈木溝，2-黑黛溝，3-府谷，4-橋頭，5-孫家圪塄，6-成家莊，7-黑龍關(guān)，8-艾富嶺，9-王家凹，10-船窩，11-澽水河， 12-口鎮(zhèn)，13-石板溝，14-太陽山，15-沙巴臺(tái)，16-千里山圖 1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)、北岔溝砂巖平面分布(A)及下二疊統(tǒng)柱狀剖面圖(B)Fig.1 Structural division，distribution of the Beichagou Sandstone(A)and stratigraphic column of the Lower Permian(B)in Ordos Basin

2 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地東臨呂梁山、西迄賀蘭山—六盤山、北依陰山、南抵秦嶺，面積約37×104￣￣km2，主體可分為6個(gè)二級構(gòu)造單元(圖 1)。古生代，該盆地屬華北地臺(tái)西部次級構(gòu)造單元，古構(gòu)造格局和古地理演化受南、北兩側(cè)的秦祁洋和古亞洲洋板塊的擴(kuò)張與俯沖消減作用控制。受加里東運(yùn)動(dòng)影響，華北地臺(tái)在中奧陶世以后整體抬升并遭受了長達(dá)1.5×108年的風(fēng)化剝蝕，形成了晚古生代沉積前南北隆起、中部凹陷的古地理格局。晚石炭世及早二疊世早期，華北地臺(tái)整體沉降并接受了上石炭統(tǒng)本溪組畔溝段、晉祠段和下二疊統(tǒng)太原組斜道段、東大窯段陸表海含煤砂泥巖與石灰?guī)r沉積(圖 1)。太原組沉積結(jié)束后，華北地臺(tái)北側(cè)的古亞洲洋板塊發(fā)生了1次顯著的向南俯沖消減和洋脊—島弧碰撞運(yùn)動(dòng)(吳根耀，2014)。這次大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引發(fā)了一系列火山活動(dòng)，不僅在華北微大陸北界斷裂(白云鄂博—赤峰—開原斷裂)附近堆積了巨厚的火山噴發(fā)物(吳根耀，2014)，也在華北地臺(tái)北緣陰山—燕山地區(qū)和地臺(tái)內(nèi)部山西組沉積了大量凝灰?guī)r(周安朝等，2001)，并在同期沉積的砂巖中聚集了大量蝕變凝灰質(zhì)膠結(jié)物(包洪平等，2007；黃建松等，2007；楊奕華等，2008)。同一時(shí)期，位于華北地臺(tái)南側(cè)的秦祁洋板塊運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度則比較弱。這種不對稱的區(qū)域性大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致華北地臺(tái)北緣高地(趙越等，2017)和地臺(tái)北部大規(guī)?？焖偬?，而地臺(tái)南緣則繼續(xù)維持加里東運(yùn)動(dòng)末期的相對隆升狀態(tài)，并沒有發(fā)生明顯的抬升，從而造成了鄂爾多斯盆地二疊紀(jì)山西期北部高、中南部低、南部邊緣次高的不對稱古地理格局。山西組沉積初期，鄂爾多斯盆地南北高差增大、地形變陡，沉積環(huán)境由太原期的陸表海演化為以海陸過渡相為主的近海不對稱湖盆(陳洪德2001)。

在上述構(gòu)造古地理背景下，加之晚石炭世和早二疊世氣候溫暖潮濕，鄂爾多斯盆地南、北兩大物源區(qū)遭受了充分化學(xué)風(fēng)化，形成大量富含單晶石英與石英巖等抗風(fēng)化能力強(qiáng)的剛性碎屑(馮增昭，1993；陳安清等，2011；陳全紅等，2012)。山西組沉積早期，這些碎屑物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)快速搬運(yùn)至盆地北部、中南部及南部邊緣附近，成為一套大面積分布、具有等時(shí)地層對比意義的砂巖地層——北岔溝砂巖(圖 1)。北岔溝砂巖不僅在晉西地區(qū)、渭北隆起和鄂爾多斯盆地西部的千里山、桌子山、賀蘭山、太陽山、石板溝等露頭剖面特別發(fā)育，在盆地內(nèi)部的絕大部分鉆井剖面上也頻繁見到(圖 1)。在鄂爾多斯盆地中北部地區(qū)，北岔溝砂巖厚度一般10～15 m，最厚可達(dá)30 m以上；在盆地南部，北岔溝砂巖厚度較小，除淳化口鎮(zhèn)超過20 m外，其余地區(qū)一般僅厚5～8 m。

3 沉積相特征

鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖沉積于華北地臺(tái)北部物源區(qū)急劇抬升、中南部相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景和北部高、南部次高、中南部相對較低且較平緩的古地貌與溫暖潮濕的古氣候條件下(陳洪德等，2001；張鵬飛等，2001；趙越等，2017)，發(fā)育受南、北物源控制的兩大辮狀河三角洲沉積體系和山前沖積扇、礫質(zhì)辮狀河等若干特征鮮明的沉積相(郭英海等，1998；付鎖堂等，2003；鄭榮才等，2009；陳洪德等，2011)(圖 2)。由于源區(qū)母巖巖性差異明顯，因此不同水系和相帶沉積的北岔溝砂巖，巖性變化較大。

3.1 沖積扇

山前沖積扇分布于緊鄰沉積物源區(qū)的鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起構(gòu)造高部位烏蘭格爾凸起及盆地南部現(xiàn)今的秦嶺山前一帶(圖 1)，其余地區(qū)的沖積扇沉積物因后期構(gòu)造抬升而剝蝕殆盡。當(dāng)時(shí)古地貌較陡、地形坡降大，以發(fā)育潮濕氣候條件下的扇根、扇中亞相為主(王張華和張國棟，1999)，扇端洼地、沼澤相泥巖因沖刷作用而保存不全(圖 2-A)。單扇體一般厚0.5～10 m。在秦嶺山前扇根部位的陜西周至柳葉河剖面與沖積扇中心部位的E2井，晚古生代沉積的連續(xù)性疊置扇體總厚度可達(dá)250 m以上。

扇根由具正韻律結(jié)構(gòu)、厚度巨大的礫巖組成，偶夾砂巖和泥巖。礫巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低，砂、泥質(zhì)基底式膠結(jié)。礫石以元古界藻疊層石白云巖、淺變質(zhì)石英砂巖和變質(zhì)泥巖為主，大小不等，從細(xì)礫到巨礫均有，呈次棱角—次圓狀，磨圓較差(圖 3-A)。每個(gè)正韻律沉積旋回的底部礫石對其下伏地層均有明顯的沖刷，以發(fā)育塊狀粒序?qū)永頌橹?圖 2-A)。

圖 2 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖典型沉積相序特征(A，B據(jù)王張華和張國棟，1999；有修改)Fig.2 Sequence diagram of typical sedimentary facies of the Beichagou Sandstone in Ordos Basin (A，B modified from Wang and Zhang，1999)

A—周至柳葉河(東經(jīng)： 108°9′36.00″，北緯： 33°58′48.00″)，沖積扇扇根大型礫巖體，礫石成分以薊縣系藻白云巖、長城系淺變質(zhì)石英砂巖和紅色淺變質(zhì)泥巖為主，雜基基底式膠結(jié)，礫石呈次圓—次棱角狀，礫徑1～100 cm，礫石雜亂排列，略具正粒序結(jié)構(gòu)；B—J12井，5-81/96巖心，濕地扇扇中辮狀水道礫巖，礫石成分以石英巖和燧石為主，呈次圓狀，礫徑0.5～5 cm，分選差，磨圓較好，呈疊瓦狀定向排列，雜基膠結(jié)；C—烏海千里山(東經(jīng)： 106°59′33.36″，北緯： 39°51′1.44″)，大型植物莖干印模；D—烏海千里山，礫質(zhì)辮狀河底礫巖，礫石成分以石英巖和燧石為主，可見變質(zhì)粉砂巖和成分不明的黑色變質(zhì)巖類，呈次圓狀，礫徑2～5 cm，磨圓較好，分選較差，雜基膠結(jié)； E—烏海千里山，礫質(zhì)辮狀河沉積復(fù)合砂體，由多個(gè)單砂體互相切割、緊密疊置而成，每個(gè)單砂體可見正粒序結(jié)構(gòu)，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理圖 3 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖典型巖性特征Fig.3 Typical rock photos showing characteristics of Beichagou Sandstone in Ordos Basin

扇中由一系列彼此疊置的礫質(zhì)辮狀水道砂礫巖透鏡體組成，可見顆粒支撐塊狀礫巖。礫石成分以石英巖和燧石為主，礫徑0.5～5 cm。與扇根相比，礫石磨圓稍好，砂/礫比增大，砂巖分選較好。礫石呈疊瓦狀定向排列(圖 3-B)，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理，砂礫巖透鏡體增多，單砂(礫石)層厚度0.5～1 m，沖刷—充填構(gòu)造發(fā)育(圖 2-A)。

扇端沉積以砂質(zhì)泥巖為主，常夾粉砂巖和礫石層。泥巖多呈灰色，可見碳化植物碎屑(圖 3-C)。扇端沉積多保存于沖積扇旋回的頂部，一般厚1～3 m，最厚可達(dá)十余米。

3.2 礫質(zhì)辮狀河

礫質(zhì)辮狀河為山前沖積扇與辮狀河三角洲平原之間的過渡相帶，以陣發(fā)性洪水搬運(yùn)沉積為主。洪水?dāng)y沙量大，沉積物粒度粗、分選差，礫石含量高，河床滯留沉積發(fā)育，多形成一系列具不完整正粒序結(jié)構(gòu)的細(xì)礫巖、礫狀砂巖和含礫粗砂巖反復(fù)切割疊置的巨厚砂礫巖復(fù)合體。

研究區(qū)礫質(zhì)辮狀河以河床滯留沉積砂礫巖和心灘沉積礫狀砂巖為主，洪泛平原沉積粉砂巖和砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積物欠發(fā)育。垂向上，旋回底部一般發(fā)育厚0.5～2 m的雜基膠結(jié)中—細(xì)礫巖，向上為10～20 m厚的礫狀砂巖和含礫粗砂巖，頂部發(fā)育厚度較小的中—細(xì)粒砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，偶見砂質(zhì)泥巖薄層(圖 2-B)。礫石以石英巖和燧石為主，可見少量變質(zhì)砂巖，主要為細(xì)—中礫，多呈次圓狀，磨圓相對較好(圖 3-D)。旋回底部的滯留沉積對下伏地層產(chǎn)生明顯沖刷，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理(圖 3-E)。泥巖多呈灰色與深灰色，發(fā)育碳化植物碎屑和薄煤層，砂巖中可見大型植物印模(圖 3-C)。

礫質(zhì)辮狀河沉積主要發(fā)育于盆地北部伊盟隆起南坡和烏海千里山一帶(圖 1)，盆地南部因汾渭地塹的斷裂作用而深埋地下，至今未被揭露。

3.3 辮狀河三角洲

3.3.1 辮狀河三角洲平原

辮狀河三角洲平原是北岔溝砂巖的主要沉積相帶，以發(fā)育河道心灘沉積為主，心灘之下為底礫巖(圖 2-C；圖 4-A，4-B，4-C)，槽狀、楔狀、板狀交錯(cuò)層理和平行層理(圖 5-A，5-B，5-C，5-D)等高流態(tài)牽引流沉積構(gòu)造發(fā)育，泥巖夾層少且薄(圖 4-E；圖 5-E)，為典型的水淺流急的辮狀河沉積。巖性以含礫粗砂巖和礫狀砂巖為主，發(fā)育少量細(xì)礫巖(圖 4-B，4-C)。顆粒呈次圓—次棱角狀，分選中等—差，結(jié)構(gòu)成熟度較低，具近源短距離搬運(yùn)、高能環(huán)境快速沉積特點(diǎn)。粒度概率曲線(圖 6-A)以兩段式為主，少量三段式，跳躍搬運(yùn)組分占99%左右。在C-M圖(圖 6-B)上，樣品點(diǎn)多位于遞變跳躍移動(dòng)段(QR段)，其次為推移段(PQ段)，進(jìn)一步說明其沉積環(huán)境水動(dòng)力條件較強(qiáng)，沉積載荷包括了推移質(zhì)、躍移質(zhì)和懸移質(zhì)3種組分，但以躍移質(zhì)為主，為距離物源區(qū)較近的以河道牽引流為主的沉積。

A—保德橋頭(東經(jīng)： 111°8′51.40″，北緯： 38°56′27.78″)，北岔溝砂巖底礫巖，礫石成分以石英巖和燧石為主，見碳質(zhì)泥巖和煤巖角礫，礫徑0.5～2 cm，礫石呈次棱角狀，砂、泥質(zhì)等雜基膠結(jié)；B—Z51井，2939.72 m，巖心，礫狀砂巖，礫石成分以石英巖和燧石為主，可見變質(zhì)砂巖，礫徑0.5～0.8 cm，礫石呈次圓—次棱角狀，雜基膠結(jié)，可見明顯的正粒序結(jié)構(gòu)；C—保德橋頭，北岔溝砂巖底礫巖與砂巖之間的過渡層，發(fā)育多個(gè)由礫巖到砂巖的正旋回，旋回底部發(fā)育下凹形沖刷面，沖刷面之上由細(xì)礫巖逐漸變?yōu)楹[砂巖，厚度較大的旋回中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理；D—石嘴山沙巴臺(tái)(東經(jīng)： 106°35′35.92″，北緯： 39°18′42″)，單砂體厚20～50 cm，橫向延伸5～15 m，單砂體之間互相切割，反復(fù)疊置，由下向上單砂體規(guī)模有逐漸減小趨勢；E—準(zhǔn)格爾旗黑黛溝(東經(jīng)： 111°17′51.85″，北緯： 39°43′27.22″)，北岔溝砂巖分上、下2個(gè)旋回： 下部旋回砂體頂平底凸，具典型河谷充填特征，下切河谷寬緩但不對稱，河道下切深度大于5 m，河道砂體有側(cè)向加積疊 加現(xiàn)象；上部旋回為河谷填平補(bǔ)齊后的游蕩性河流沉積，砂體厚度、巖性和橫向延伸都較穩(wěn)定圖 4 鄂爾多斯盆地中北部地區(qū)北岔溝砂巖典型沉積特征Fig.4 Typical sedimentary characteristics of the Beichagou Sandstone in central and northern Ordos Basin

A—Z49井，5-18/99巖心，具正粒序結(jié)構(gòu)的含礫粗砂巖，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理；B—S77-2-15井，3038.34 m巖心，楔狀交錯(cuò)層理，由具正粒序結(jié)構(gòu)的含礫粗砂巖組成交錯(cuò)層理，層理之間發(fā)育泥質(zhì)紋層；C—Z51井，2932.99 m巖心，淺灰色含礫粗粒石英砂巖，發(fā)育板狀交錯(cuò)層理，層理間以黑色泥質(zhì)紋層相隔；D—S77-3-9井，3012.3 m巖心，具正粒序結(jié)構(gòu)的粗砂巖，平行層理發(fā)育，層理之間發(fā)育泥質(zhì)紋層；E—府谷天生橋(東經(jīng)： 111°6′58.11″，北緯： 39°3′0.70″)，砂巖中次級旋回砂體呈沖刷、切割、疊置關(guān)系(橫切河谷方向)，每個(gè)旋回對下伏地層都有不同程度的沖刷、切割，可見多處對下伏地層沖刷但不沉積的沉積物過路現(xiàn) 象(2個(gè)沖刷面之間發(fā)育碳質(zhì)泥巖，但下部沖刷面之上不發(fā)育砂巖沉積)圖 5 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖沉積時(shí)期辮狀河三角洲平原河道亞相典型沉積特征Fig.5 Typical sedimentary characteristcs of braided river delta plain during the depositional period of Beichagou Sandstone in Ordos Basin

圖 6 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖中的辮狀河三角洲平原亞相粒度概率曲線與C-M圖Fig.6 Granularity probability curves and C-M diagram of braided river delta plain in Beichagou Sandstone in Ordos Basin

A—柳林成家莊(東經(jīng)： 110°52′26.99″，北緯： 37°33′13.15″)，三角洲前緣水下分流河道沉積砂體，由中—薄層單砂體反復(fù)疊置而成，單砂體之間疊置緊密，砂體間具明顯沖刷現(xiàn)象，單砂體具正旋回結(jié)構(gòu)，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理；B—柳林成家莊，北岔溝砂巖底部大型槽狀交錯(cuò)層理；C—柳林成家莊，北岔溝砂巖中的板狀交錯(cuò)層理，層系頂?shù)酌娼叫?，層理之間發(fā)育泥巖紋層；D—柳林成家莊，北岔溝砂巖中的水道沖刷充填構(gòu)造，水道沖蝕掉兩個(gè)沉積旋回砂體，水道充填砂體具正粒序結(jié)構(gòu)，水道內(nèi)及下伏砂體中均可見槽狀交錯(cuò)層理；E—子洲氣田Q2井巖心，淺灰白色粗粒石英砂巖，發(fā)育雙向?qū)ε冀诲e(cuò)層理，交錯(cuò)層系內(nèi)部的紋層理厚度僅1 cm左右，層理間為黑色泥質(zhì)紋層相隔；F—子洲氣田Sh215井巖心，淺灰白色粗粒石英砂巖，板狀交錯(cuò)層理砂巖之間發(fā)育具沖洗層理的淺灰色細(xì)砂巖夾層，沖洗層理厚度僅2～3 mm，層理之間發(fā)育黑色泥質(zhì)紋層圖 7 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖沉積時(shí)期辮狀河三角洲前緣相典型沉積特征Fig.7 Typical sedimentary characteristics of braided river delta front during the depositional period of Beichagou Sandstone in Ordos Basin

在縱向上，可分為上、下2個(gè)規(guī)模較大的沉積旋回(巖層組)(圖 4-E)，并可進(jìn)一步分為短期(巖層)和厚度不足50 cm的超短期旋回(紋層組)(圖 2-C；圖 4-D，4-E；圖 5-E)。下部旋回為典型的下切河谷沉積，砂巖疊置厚度達(dá)10～25 m，但復(fù)合砂體寬度僅數(shù)十米至數(shù)百米，發(fā)育井點(diǎn)和露頭點(diǎn)也較少。上部旋回為下部旋回填平補(bǔ)償作用后的游蕩性河流沉積，雖疊置砂體厚度僅10～15 m，但砂體橫向分布比較穩(wěn)定，復(fù)合砂體寬度可達(dá)3～5 km，呈復(fù)合連片分布，在絕大部分露頭和井點(diǎn)均發(fā)育。這2個(gè)旋回之間為0.5～2 m厚的碳質(zhì)泥巖隔層(圖 4-E)，上、下圍巖及其中的泥巖夾層均為灰黑色碳質(zhì)泥巖，且發(fā)育大量煤層，說明其是潮濕氣候條件下的沉積。

在鄂爾多斯盆地北部，辮狀河三角洲平原沉積發(fā)育于烏?！跬锌似臁獪?zhǔn)格爾旗一線以南、靈武—鄂托克前旗—靖邊—臨縣以北的廣大地區(qū)。在盆地南部，辮狀河三角洲平原沉積僅發(fā)育于渭北隆起中東部及沙井子—慶陽—正寧—宜君—韓城一線以南地區(qū)。辮狀河三角洲平原沉積露頭可見于鄂爾多斯盆地東緣準(zhǔn)格爾旗南部、府谷、保德、興縣、臨縣，盆地西緣賀蘭山北段及盆地南部淳化附近(圖1 )。

3.3.2 辮狀河三角洲前緣

三角洲前緣坡度平緩，沉積水體較淺，水深的微小變化就能引起湖岸線位置的大幅度南北遷移，為具有一定寬度的過渡帶(張鵬飛等，2001；陳洪德等，2011)。該相帶的主體以水下分流河道和遠(yuǎn)砂壩沉積為主，局部發(fā)育河口壩沉積(圖 2-D，2-E)，下切河谷基本消失。

A—蒲縣黑龍關(guān)(東經(jīng)： 111°17′21.48″，北緯： 36°17′24.65″)，橫切古水流方向，呈透鏡狀成群分布的北岔溝砂巖遠(yuǎn)砂壩砂體，相鄰砂體之間高低有別，但都與太原組頂部具反旋回特征的沙灘砂呈沖刷接觸，砂體厚度5～10 m，橫向延伸范圍不足100 m；B—淳化口鎮(zhèn)(東經(jīng)： 108°41′59.33″，北緯： 34°42′42.97″)，由互相沖刷，緊密疊置的單砂體組成的北岔溝砂巖復(fù)合砂體，單砂體厚度20～50 cm，復(fù)合砂體厚度超過20 m；C—韓城澽水河(東經(jīng)： 110°24′22.03″，北緯： 35°28′39.45″)，由互相沖刷、反復(fù)疊置的單砂體組成的北岔溝砂巖復(fù)合砂體，分2個(gè)旋回： 下部旋回單砂體厚度僅20～30 cm，發(fā)育板狀、楔狀交錯(cuò)層理；上旋回單砂體厚度50 cm左右，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理；D—鄉(xiāng)寧王家凹(東經(jīng)： 110°58′29.12″，北緯： 35°55′29.02″)，發(fā)育向2個(gè)方向傾斜的板狀交錯(cuò)層理，交錯(cuò)層理之間夾具沖洗層理的潮坪沉積粉砂巖及泥巖薄層，單砂體厚度僅20 cm左右，復(fù)合砂體厚度不足1 m；E—柳林成家莊(東經(jīng)： 110°52′26.98″，北緯： 37°33′13.13″)，三角洲前緣席狀砂巖，粉—細(xì)粒結(jié)構(gòu)，由粉細(xì)砂和泥質(zhì)紋層構(gòu)成水平層理，砂巖層厚1～4 cm，泥質(zhì)紋層厚度1～2 mm；F—蒲縣黑龍關(guān)，北岔溝砂巖 之上泥灰?guī)r中的腕足類化石圖 8 鄂爾多斯盆地中南部北岔溝砂巖典型沉積特征Fig.8 Typical sedimentary characteristics of the Beichagou Sandstone in central and southern Ordos Basin

水下分流河道沉積以山西柳林成家莊和子洲氣田(圖 1)最為典型。在成家莊剖面，其由多期水下分流河道砂體疊置而成，復(fù)合砂體厚10 m左右，底部可見發(fā)育不穩(wěn)定的底礫巖，常見硅化木及大型樹干印模化石，發(fā)育槽狀、楔狀和板狀交錯(cuò)層理；復(fù)合砂體中發(fā)育水道沖刷充填構(gòu)造(圖 7-A至7-D)；砂體頂部發(fā)育粉—細(xì)砂巖(圖 8-E)和分流間灣沉積碳質(zhì)泥巖。單砂體厚20～80 cm(圖 7-A)，寬度50～100 m，且絕大部分單砂體都具有完整的粗砂巖—中砂巖—細(xì)砂巖—粉砂巖—泥巖的正粒序結(jié)構(gòu)。在子洲氣田鉆井中，北岔溝砂巖巖性與三角洲平原類似，為含礫粗粒純石英砂巖，縱向上呈一定的粗細(xì)變化(圖 2-D；圖 7-E，7-F)。復(fù)合砂體的底礫巖厚度在0.5 m以上，碎屑石英含量高達(dá)90%～95%，硅質(zhì)巖巖屑含量5%～10%，分選更好，泥質(zhì)膠結(jié)物和雜基含量更低。自然伽馬曲線呈平滑的直線，絕對值僅30 API左右(圖 2-D)。巖心柱面可見板狀交錯(cuò)層理、雙向?qū)ε冀诲e(cuò)層理和沖洗層理(圖 7-E，7-F)。

河口壩沉積僅見于子洲氣田主砂帶側(cè)翼分流間灣附近，以G25-16井最典型(圖 2-F)。巖性為細(xì)—粗粒石英砂巖，頂部發(fā)育細(xì)礫巖，反旋回結(jié)構(gòu)特征明顯。砂巖段發(fā)育低角度楔狀、槽狀交錯(cuò)層理和微波狀層理，頂部礫巖段發(fā)育塊狀層理，可見碳化植物莖干化石。說明沉積水體仍主要受河流控制，能量較高。

在位于三角洲前緣與淺湖區(qū)過渡帶的山西蒲縣黑龍關(guān)(圖 1)，發(fā)育透鏡狀遠(yuǎn)砂壩砂體。該復(fù)合砂體由單層厚度約50～80 cm的小型水道沉積砂體疊置而成，厚5～8 m，橫向延伸50～100 m左右即很快尖滅，但相隔不遠(yuǎn)又重新出現(xiàn)。單砂體之間沖刷現(xiàn)象明顯、疊置緊密，底部以粗粒石英砂巖為主，頂部為細(xì)砂或粉砂巖，具清晰的正粒序結(jié)構(gòu)。復(fù)合砂體內(nèi)部基本不發(fā)育泥巖隔夾層，底部與太原組頂部的粉—細(xì)砂巖呈沖刷接觸。相鄰復(fù)合砂體大小相近，但相對位置高低不一(圖 8-A)，具有明顯的先后沉積次序，反映水下分流河道末端頻繁的廢棄與改道現(xiàn)象。

圖 9 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖沉積相分布(A)與砂帶展布(B)Fig.9 Sedimentary facies(A)and sand belts distribution(B)of the Beichagou Sandstone in Ordos Basin

在蒲縣以西的山西永和、大寧煤層氣探區(qū)，也發(fā)育成群分布、寬度僅100～300 m、長度小于5 km、厚度2～8 m的長透鏡狀孤立砂體。其長軸方向與上游的水下分流河道方向一致，而在橫切水下分流河道方向，砂體呈近平行或發(fā)散狀排列，被分布穩(wěn)定的泥巖分隔。該類砂體的巖性和沉積構(gòu)造與水下分流河道沉積無明顯差別，但互相孤立、順古流向斷續(xù)分布、上覆泥灰?guī)r中見海相腕足類化石(圖 8-F)，表明其應(yīng)為三角洲前緣末端在洪水期事件沉積的遠(yuǎn)砂壩砂體。

在鄂爾多斯盆地北部，三角洲前緣沉積相區(qū)主要位于靈武—鄂托克前旗—靖邊—臨縣以南至甜水堡—吳起—甘泉—宜川—鄉(xiāng)寧一線以北；而在盆地南部，三角洲前緣相帶較窄，分布于沙井子—慶陽—正寧—宜君—韓城以北至環(huán)縣—合水—洛川一線之間。該類沉積砂體在盆地東緣與東南緣柳林、中陽、石樓、蒲縣、河津、韓城，盆地西緣鹽池太陽山、環(huán)縣石板溝一帶均有出露(圖 1)。

3.3.3 前三角洲(淺湖)

該相區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部和南部三角洲體系的交匯區(qū)(圖 9)，以發(fā)育淺湖相(海相)泥巖為主，局部發(fā)育薄層席狀砂體。其典型沉積主要出露于山西鄉(xiāng)寧一帶(圖 1)。在鄉(xiāng)寧下善甘草山和蒲縣黑龍關(guān)，北岔溝砂巖之上的黑色泥巖和泥灰?guī)r中發(fā)育海相夾層，可見瓣鰓類、腕足類、鱟類等海相動(dòng)物化石和昆蟲、植物等陸相動(dòng)植物化石(王柏林和張志存，1983；葉黎明等，2008)(圖 8-F)。在甘草山以南約8 km的鄉(xiāng)寧東山王家凹(圖 1)，北岔溝砂巖厚度僅1 m左右，復(fù)合砂體由發(fā)育雙向小型板狀和低角度楔狀交錯(cuò)層理細(xì)砂巖及發(fā)育沖洗層理的粉砂巖疊置而成(圖 8-D)，為潮坪背景下的小型潮道或前三角洲席狀沙沉積砂體。

鄂爾多斯盆地內(nèi)部前三角洲沉積區(qū)鉆井資料較少，分布范圍主要根據(jù)鉆井資料劃定的南北兩大三角洲沉積體系的邊界而定。少量鉆井資料顯示，前三角洲巖性以淺湖湘(海相)泥巖為主，發(fā)育厚1～2 m的席狀砂或潮坪沉積砂體。

4 砂體展布

地面露頭調(diào)查和鉆探結(jié)果表明，北岔溝砂巖在現(xiàn)今的鄂爾多斯盆地北部發(fā)育烏?！焐健鹚ぁ⒍跬锌似臁ㄟ叀獏瞧?、杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣、鄂爾多斯—準(zhǔn)格爾旗—臨縣—柳林等4個(gè)規(guī)模宏大的辮狀河三角洲沉積體系，在盆地南部發(fā)育沙井子、慶陽、旬邑、宜君、黃龍、韓城等6個(gè)規(guī)模較小的三角洲沉積體系(圖 9)。各三角洲體系砂體規(guī)模都有較大變化。

4.1 沖積扇、礫質(zhì)辮狀河相區(qū)

沖積扇僅分布于內(nèi)蒙古杭錦旗以北的烏蘭格爾凸起(圖 1；圖 9)和秦嶺山前的陜西周至柳葉河一帶，砂礫巖厚度大、砂(礫)/地比高。扇根礫巖的礫石成分復(fù)雜、大小懸殊(圖 2-A；圖 3-A)，而扇中辮狀水道礫巖的礫石多呈疊瓦狀定向排列，中、粗礫之間為細(xì)礫和礫狀砂充填(圖 2-A；圖 3-B)，砂(礫)巖累計(jì)厚度可達(dá)25 m以上(圖 9)。

礫質(zhì)辮狀河沉積相帶位于沖積扇周圍，在伊盟隆起上的4大三角洲體系的根部均有分布(圖 9)。砂礫巖厚度大，砂(礫)/地比高，礫石成分單一、分選磨圓較好，砂巖粒度粗，沉積構(gòu)造以塊狀粒序?qū)永砗筒蹱罱诲e(cuò)層理為主(圖 2-B；圖 3-D，3-E)。除鄂托克旗—定邊—吳起三角洲以外，其余3個(gè)三角洲的礫質(zhì)辮狀河沉積砂礫巖體的規(guī)模都較大，砂礫巖厚度均在20 m以上(圖 9)。

4.2 鄂爾多斯盆地北部辮狀河三角洲平原與前緣相區(qū)

辮狀河三角洲平原和前緣是山前沖積扇與礫質(zhì)辮狀河向盆地匯水區(qū)的自然延伸。隨著搬運(yùn)距離的不斷增加和自然坡降的逐漸減小，水流能量持續(xù)減弱，沉積物粒度由礫質(zhì)辮狀河外緣的礫狀砂巖(圖 2-B；圖 3-D，3-E)變?yōu)槿侵奁皆暮[粗砂巖和三角洲前緣的粗砂巖與中細(xì)砂巖(圖 2-C，2-D，2-E；圖 4-A，4-B，4-C；圖 6；圖 7-E，7-F)，砂體底部的河床滯留沉積底礫巖由厚達(dá)數(shù)米至逐漸消失，砂巖中的石英含量由不足90%增加至95%以上，沉積構(gòu)造由以塊狀粒序?qū)永砗痛笮筒蹱罱诲e(cuò)層理(圖 3-E)為主變?yōu)橐孕⌒筒蹱?、板狀交錯(cuò)層理和平行層理為主(圖 5-A至5-D；圖 7-A至8-E)，自然伽馬測井曲線由微齒形箱狀變?yōu)槠交南錉?圖 2-C，2-D)。受物源條件和流域面積影響，盆地北部4大三角洲體系的規(guī)模大小、砂巖發(fā)育程度存在較大差異(圖 9)，自西向東各三角洲沉積砂巖的石英含量逐漸降低。

烏?！焐健鹚と侵尬挥谂璧乇辈咳侵摅w系的最西端，其三角洲平原從寧蒙交界的寧夏惠農(nóng)一直延伸至寧夏靈武以南的石溝驛附近，三角洲前緣相區(qū)繼續(xù)向南延伸至甘肅環(huán)縣甜水堡一帶，南北延伸約250 km。該三角洲物源供給充分，砂帶寬度約100 km，砂巖厚度25～45 m(圖 9)，砂帶核心部位砂地比大于75%，石英含量可達(dá)95%左右。

鄂托克旗—定邊—吳起三角洲在盆地北部規(guī)模最小，其三角洲平原從內(nèi)蒙古鄂托克旗向南延伸至陜西定邊一帶結(jié)束，三角洲前緣可延伸至陜西吳起附近，南北延伸200 km左右。由于物源供應(yīng)不足，三角洲平原辮狀河道的規(guī)模較小，且河道頻繁分叉，砂巖厚度僅5～10 m，砂地比30%左右。三角洲前緣水下分流河道沉積欠發(fā)育，取而代之的是相對孤立且厚度不足10 m、但數(shù)量眾多的遠(yuǎn)砂壩沉積砂體(圖 9)。

杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣三角洲位于盆地北部三角洲體系的中部偏東部位，在全盆地規(guī)模最大、砂巖最發(fā)育。其三角洲平原從盆地最北部的內(nèi)蒙古杭錦旗向南延伸至陜西靖邊、榆林一帶，三角洲前緣則進(jìn)一步向南延伸至陜西甘泉、宜川和山西吉縣、鄉(xiāng)寧、蒲縣一帶，南北向延伸超過400 km。三角洲平原發(fā)育多個(gè)并列的主河道；三角洲前緣通過水下分流河道的頻繁改道，形成了寬度超過200 km的超大型前緣復(fù)合砂帶，順古流向砂體厚度穩(wěn)定、連續(xù)性好。三角洲平原下切河谷沉積發(fā)育，砂巖總厚度15～25 m，砂地比25%～70%(圖 9)，以含礫粗砂巖和礫狀砂巖為主，底礫巖發(fā)育(圖 2-C；圖 4-B；圖 6)，砂巖石英含量90%左右。三角洲前緣水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩(圖 2-D，2-E；圖 8-A)等沉積微相發(fā)育齊全，砂巖厚度降至10 m左右，但砂地比仍可達(dá)25%～55%(圖 9)，石英含量升至95%以上；砂巖粒度以粗砂—中砂為主(圖 7-E，7-F)，砂巖中含海相生物化石碎片(葉黎明等，2008)。

鄂爾多斯—準(zhǔn)格爾旗—臨縣—柳林三角洲在盆地北部最靠東，三角洲平原從內(nèi)蒙古鄂爾多斯向南延伸至陜西佳縣和山西臨縣、興縣一帶，南北長150 km左右，東西寬度130 km。三角洲前緣繼續(xù)向南延伸至柳林、石樓一帶。該三角洲平原亦發(fā)育多個(gè)主河道，順古流向砂體連續(xù)性好，砂巖厚度10～20 m，砂地比25%～55%。三角洲前緣砂巖厚度10 m左右，砂地比50%左右(圖 9)。砂巖粒度和沉積構(gòu)造與其他三角洲類似(圖 4-A，4-C，4-E；圖 5-E；圖 7-A至7-D)，但石英含量不足80%，巖屑含量達(dá)20%左右。

4.3 鄂爾多斯盆地南部三角洲相區(qū)

由于華北地臺(tái)南緣與西南緣物源區(qū)在晚石炭世和早中二疊世的隆升幅度與粗碎屑物的供應(yīng)豐度都遠(yuǎn)小于地臺(tái)北部，鄂爾多斯盆地南部的6個(gè)三角洲沉積體系的波及范圍也僅局限于現(xiàn)今盆地的南部和西南部邊緣附近，向北延伸僅100 km左右，砂體規(guī)模明顯減小。根據(jù)渭北隆起東段、呂梁隆起南段和盆地西緣南部(圖 1)的露頭特征與掩埋區(qū)的少量鉆井資料，大致判斷三角洲平原與前緣的界限在甘肅環(huán)縣以西的沙井子—慶陽—正寧—陜西宜君—韓城一線附近(圖 9)。

在接近三角洲沉積體系根部的淳化口鎮(zhèn)(圖 1)，北岔溝砂巖厚度超過20 m，砂地比大于75%，巖性為含礫粗粒石英砂巖。與盆地北部三角洲平原河道沉積類似，復(fù)合砂體由單砂體反復(fù)疊置而成，單砂體厚度30～50 cm，寬度20～50 m，砂體疊置緊密，單砂體之間基本不發(fā)育泥巖隔夾層。鉆井資料顯示，該三角洲平原腹地的北岔溝砂巖厚度一般僅5～8 m，砂地比僅30%左右(圖 9)。

位于三角洲平原與前緣過渡部位的陜西韓城竹園村澽水河(圖 1)，北岔溝砂巖具明顯頂平底凸的下切河谷沉積特征，巖性以含礫粗粒石英砂巖為主，發(fā)育槽狀、楔狀及板狀交錯(cuò)層理(圖 8-C)，根據(jù)其上覆灰綠色泥巖中含海相化石推測其為三角洲前緣水下分流河道沉積。該剖面砂巖最大厚度10 m左右，砂體向河道一側(cè)橫向延伸500 m左右即尖滅，向另一側(cè)相變?yōu)楸又屑?xì)砂巖。

位于三角州前緣相區(qū)的盆地西緣南段甘肅環(huán)縣石板溝與東南緣河津船窩剖面(圖 1)，北岔溝砂巖厚度僅2～5 m，巖性為中—細(xì)粒石英砂巖。復(fù)合砂體也是由多期河道砂體疊置而成，單砂體厚度僅30 cm左右，寬度30 m左右，具明顯的正粒序結(jié)構(gòu)，不發(fā)育泥巖夾層。

4.4 鄂爾多斯盆地中部前三角洲相區(qū)

位于吳起—宜川一線以南和環(huán)縣—合水—洛川一線以北，寬度僅25～85 km(圖 9)，以發(fā)育淺湖相碳質(zhì)泥巖為主，夾海相鈣質(zhì)泥巖和硅質(zhì)巖，泥巖中動(dòng)植物化石豐富(王柏林和張志存，1983；葉黎明等，2008)。該相帶發(fā)育以粉細(xì)砂巖為主、厚度不足5 m的前三角洲沉積席狀砂壩和潮坪砂體(圖 8-D)，砂地比僅10%左右。

5 有利儲(chǔ)集砂體的影響因素

對巖性氣藏而言，除有利的烴源條件以外，規(guī)模宏大的砂巖儲(chǔ)集層和良好的孔滲條件，是決定天然氣能否大規(guī)模聚集成藏和獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。在鄂爾多斯盆地北部三角洲體系的4個(gè)主砂帶中，除鄂托克旗—定邊—吳起三角洲的規(guī)模比較小以外，其余砂帶的砂體規(guī)模都很大，橫向連續(xù)性也較好(圖 9)。

5.1 石英顆粒和易溶組分的含量，影響砂巖的成巖作用類型和物性

圖 10 鄂爾多斯盆地早二疊世沉積物源分區(qū) (據(jù)陳全紅等，2012，有修改)Fig.10 Provenance zone of the Early Permian in Ordos Basin (modified from Chen et al.，2012)

北岔溝砂巖中除發(fā)育大量石英、燧石等剛性碎屑顆粒外，還發(fā)育少量長石、角閃石等火成巖巖屑和中基性凝灰質(zhì)等易溶組分及沉積變質(zhì)巖、沉積巖等軟巖屑(劉銳娥等，2006；包洪平等，2007；楊奕華等，2008)。受各三角洲沉積體系之間物源區(qū)母巖巖性、風(fēng)化程度差異和沉積環(huán)境水動(dòng)力條件強(qiáng)弱變化的影響，各砂帶北岔溝砂巖的碎屑組分類型和含量都有較大差別(圖 10)(陳安清等，2011；陳全紅等，2012)，導(dǎo)致儲(chǔ)集層巖性和物性也有明顯變化。其中，杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣辮狀河三角洲主砂帶砂巖不僅石英平均含量超過90%(個(gè)別樣品大于98%)，還發(fā)育可觀的火成巖等易溶巖屑(2%左右)；烏?！焐健鹚まp狀河三角洲主砂帶砂巖的石英平均含量更高，但易溶巖屑含量較低；而其余2個(gè)三角洲主砂帶砂巖的石英含量則不足80%，沉積變質(zhì)巖、沉積巖等軟巖屑含量卻高達(dá)20%左右，易溶巖屑含量也很低(圖 10)。

石英含量較高砂帶的砂巖在經(jīng)過成巖早期的強(qiáng)烈壓實(shí)作用后，仍不同程度地保留了大量殘余粒間孔(圖 11-A，11-C)；而石英含量較低的砂巖，石英等剛性顆粒之間都擠進(jìn)了易變形的變質(zhì)巖和沉積巖等軟巖屑，個(gè)別樣品還可見碎屑顆粒的定向排列現(xiàn)象，原生粒間孔也基本被大量雜基充填。除壓實(shí)作用外，膠結(jié)作用也是影響儲(chǔ)集層物性好壞的關(guān)鍵因素，石英含量高的砂巖膠結(jié)作用以石英次生加大膠結(jié)為主，發(fā)育化學(xué)沉淀高嶺石膠結(jié)物，而沉積巖、變質(zhì)巖巖屑含量較高的巖屑石英砂巖則以雜基基底式膠結(jié)和方解石連晶膠結(jié)為主(劉銳娥等，2006；包洪平等，2007；楊奕華等，2008)。經(jīng)過成巖中晚期的膠結(jié)作用以后，純石英砂巖仍殘余部分原生粒間孔隙(圖 11-A，11-C)，巖屑石英砂巖的原生孔隙則基本消失殆盡，這就是石英含量較低、軟巖屑和雜基含量較高的鄂托克旗—定邊—吳起三角洲和鄂爾多斯—準(zhǔn)格爾旗—臨縣—柳林三角洲砂巖儲(chǔ)集能力較差、形不成大規(guī)模天然氣聚集的主要原因。

A—陜211井，2920.73 m，鑄體薄片，單偏光×20，粗粒石英砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)為主，局部可見高嶺石膠結(jié)，顆粒間呈鑲嵌接觸，發(fā)育殘余粒間孔、巖屑溶孔和高嶺石晶間孔；B—榆38井，3105.89 m，鑄體薄片，正交偏光，中粒石英砂巖，硅質(zhì)連晶膠結(jié)，顆粒間呈鑲嵌接觸，巖性致密；C—蘇77-27-1井，2971.12 m，掃描電鏡，殘余粒間孔中充填次生石英晶體，次生石英晶體表面附著毛發(fā)狀伊利石；D—蘇77-27-1井，2969.18 m，掃描電鏡，巖屑溶蝕孔隙，毛發(fā)狀伊利石、菱鐵礦及次生石英晶體對溶孔部分充填；E—蘇77-27-1井，2971.12 m，掃描電鏡，化學(xué)沉淀書頁狀高嶺石集合體充填于粒間孔隙中，顆粒表面附著片絲狀伊利石，高嶺石晶間孔發(fā)育；F—蘇77-2-15井， 3037.25 m，掃描電鏡，石英次生加大普遍且強(qiáng)烈，顆粒之間呈鑲嵌接觸圖 11 鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖顯微特征Fig.11 Micro characteristics of the Beichagou Sandstone in Ordos Basin

5.2 成巖晚期酸性地層水的溶蝕作用，決定北岔溝砂巖儲(chǔ)集物性好壞

在石炭系—二疊系煤系烴源巖生烴高峰期，有大量酸性地層水伴隨天然氣的運(yùn)移排入儲(chǔ)集砂巖中。前述石英含量高且經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)和膠結(jié)作用后仍保留部分殘余粒間孔的石英砂巖，有利于酸性地層水在其中順暢地流動(dòng)，而原生孔隙基本消失殆盡的巖屑石英砂巖則不具備酸性地層水的自由流動(dòng)條件。石英砂巖中的火成巖巖屑和中基性凝灰質(zhì)等易溶組分經(jīng)早期蝕變與化學(xué)沉淀形成的高嶺石占據(jù)了部分殘余粒間孔(圖 11-E)，一定程度上阻止了硅質(zhì)膠結(jié)物的進(jìn)一步生成，但易溶組分的進(jìn)一步溶蝕又產(chǎn)生了大量次生溶孔(圖 11-D)。這些次生溶孔和高嶺石晶間孔可有效改善砂巖的儲(chǔ)集能力(包洪平等，2007；楊奕華等，2008)，這就是火成巖巖屑等易溶組分含量較高的杭錦旗—榆林—子州—清澗—永和—吉縣三角洲主砂帶的砂巖能形成物性較好的儲(chǔ)集層的主要原因，也是其能夠高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

火成巖巖屑和中基性凝灰質(zhì)等易溶組分溶蝕蝕變后，會(huì)產(chǎn)生呈膠體狀態(tài)的硅質(zhì)殘余物。這些硅質(zhì)膠體隨地層水進(jìn)一步流動(dòng)，在適當(dāng)?shù)臈l件下可沉淀于石英顆粒表面，使石英顆粒周緣已形成的石英加大邊進(jìn)一步生長、加大(包洪平等，2007；楊奕華等，2008)。不含或易溶組分含量較少的純石英砂巖，經(jīng)過石英加大邊的反復(fù)生長，最終會(huì)形成硅質(zhì)連晶膠結(jié)(圖 11-B，11-F)，顆粒之間的殘余粒間孔隙會(huì)逐漸被膠結(jié)物占據(jù)，最終失去儲(chǔ)集能力，這就是火成巖巖屑含量較低的烏?！焐健鹚と侵奚皫r物性相對較差，也形不成大規(guī)模天然氣聚集的重要原因。

在經(jīng)歷過上述成巖作用以后，杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣砂帶的砂巖不僅保留了部分殘余粒間孔，還形成了大量溶蝕蝕變孔隙，儲(chǔ)集物性在4個(gè)砂帶中最好；鄂托克旗—定邊—吳起和鄂爾多斯—準(zhǔn)格爾旗—臨縣—柳林砂帶因石英等剛性顆粒含量較低，雜基含量高，膠結(jié)致密，溶蝕孔隙也不發(fā)育，物性最差；烏?！焐健鹚と侵奚绑w，因火成巖巖屑含量較低，成巖中晚期殘余的少量粒間孔被酸性地層水成巖期產(chǎn)生的硅質(zhì)膠結(jié)物進(jìn)一步膠結(jié)而變致密，儲(chǔ)集物性也較差；盆地南部物源區(qū)的6個(gè)砂帶的石英砂巖的成巖作用研究程度較低，至今沒鉆遇物性較好的儲(chǔ)集層，其有利儲(chǔ)集空間成因及其展布規(guī)律尚不清楚。

烴源巖演化和成藏地質(zhì)規(guī)律研究結(jié)果(付金華等，2008；郝蜀民等，2016)表明，鄂爾多斯盆地晚古生代煤系烴源巖具有廣覆式生烴和近距離運(yùn)移成藏的特點(diǎn)。與北岔溝砂巖相伴的石炭系本溪組和二疊系太原組、山西組煤系烴源巖都比較發(fā)育，其生成的大量天然氣就近運(yùn)移至北岔溝砂巖是最簡單、直接和容易的成藏方式。只要北岔溝砂巖有一定規(guī)模、儲(chǔ)集空間足夠大，其中聚集的天然氣不在成藏之后的構(gòu)造活動(dòng)中大規(guī)模逸散破壞，就有發(fā)現(xiàn)天然氣藏的可能。這也是目前為止，鄂爾多斯盆地北岔溝砂巖中儲(chǔ)量規(guī)模最大、產(chǎn)量最高的氣藏都集中出現(xiàn)在復(fù)合砂體規(guī)模最大、砂體橫向延伸穩(wěn)定、砂巖儲(chǔ)集物性最好的杭錦旗—榆林—清澗—永和—吉縣主砂帶的重要原因。

6 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地下二疊統(tǒng)山西組北岔溝砂巖的巖石類型主要為含礫粗粒石英砂巖，其次為礫狀砂巖和中細(xì)粒砂巖，礦物成分均以單晶石英和變質(zhì)石英巖為主，巖屑和雜基膠結(jié)物含量較低，石英等剛性礦物顆粒平均含量高達(dá)87.42%，碎屑顆粒分選、磨圓略差，具有較高的礦物成熟度和相對較低的結(jié)構(gòu)成熟度。結(jié)合大量槽狀、楔狀、板狀交錯(cuò)層理和平行層理發(fā)育，及以推移質(zhì)和躍移質(zhì)為主體的粒度概率曲線，表明北岔溝砂巖主要沉積于近物源且水淺流急的辮狀河環(huán)境。

2)根據(jù)現(xiàn)今鄂爾多斯盆地南、北兩大三角洲沉積體系中不同沉積部位北岔溝砂巖的巖性組合特征、沉積構(gòu)造樣式和砂體規(guī)模，可將沉積環(huán)境分為沖積扇與礫質(zhì)辮狀河、辮狀河三角洲平原和前緣、盆地中心匯水區(qū)淺湖(海)等。其中，辮狀河三角洲平原和三角洲前緣北岔溝砂巖最為發(fā)育，砂巖具有厚度大、粒度粗、石英含量高、單砂體疊置緊密、砂體橫向連續(xù)性好、分布范圍廣等特征，是最有利的儲(chǔ)集砂巖發(fā)育相帶。

3)受物源區(qū)充足的碎屑物質(zhì)供應(yīng)和古水系控制，鄂爾多斯盆地北部自西向東發(fā)育烏?！焐健鹚?、鄂托克旗—定邊—吳起、杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣、鄂爾多斯—準(zhǔn)格爾旗—臨縣—柳林等4大辮狀河三角洲體系；盆地南部發(fā)育沙井子、慶陽、旬邑、宜君、黃龍、韓城等6個(gè)規(guī)模較小的三角洲沉積體系。以杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣辮狀河三角洲沉積的北岔溝砂巖規(guī)模最大、平面分布最穩(wěn)定、向盆地內(nèi)部延伸最遠(yuǎn)。

4)在杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣三角洲沉積的北岔溝砂巖中，單晶石英與石英巖等剛性顆粒含量高達(dá)90%以上，火成巖巖屑和中基性凝灰質(zhì)在酸性地層水的溶蝕作用下，不僅遲滯了石英顆粒加大邊的進(jìn)一步生成，保留部分原生粒間孔隙，而且溶蝕孔隙和高嶺石晶間孔還使砂巖的儲(chǔ)集空間類型增多，儲(chǔ)集層物性變好，從而使該砂帶成為鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)集能力最好的砂巖。石炭系、二疊系煤系烴源巖生成的大量天然氣在以杭錦旗—榆林—子洲—清澗—永和—吉縣砂帶為主的北岔溝砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層中就近聚集成藏，在適宜的保存條件下成為鄂爾多斯盆地高產(chǎn)、高效的主力氣層。