鄂爾多斯盆地長9段沉積物源分析

劉 璇,丁曉琪,2,萬友利,劉 梅

(1.成都理工大學 能源學院,四川 成都 610059; 2.西南石油大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室,四川成都 610500)

鄂爾多斯盆地長9段沉積物源分析

劉 璇1,丁曉琪1,2,萬友利1,劉 梅1

(1.成都理工大學 能源學院,四川 成都 610059; 2.西南石油大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室,四川成都 610500)

近年來,鄂爾多斯盆地長9段鉆遇一批工業油流井,顯示長9段油藏具有良好的勘探潛力.由于對個別區域的物源存在爭議,影響勘探進程.為確定長9段沉積物源,對長9段野外露頭、巖心進行取樣,通過偏光顯微鏡對砂巖薄片進行觀察,獲得大量關于輕、重礦物組分的信息.根據礦物含量組合特征,結合周緣露頭、地質背景及古水流的測定,分析母巖及物源方向.結果表明:研究區內不同區域的重、輕礦物組合特點明顯不同;長9段沉積期,主要存在北東、北西、西、南西及南部5個物源,具有典型的山間型盆地的特征.這些物源在盆地中心的吳起、富縣一線發生匯聚.盆地西物源的存在說明南北向的中央古陸梁可能存在,中央古陸梁提供部分西物源;盆地南物源的存在說明寧縣、正寧、宜君地區具備油氣富集條件,具有油氣勘探潛力.

物源;重礦物;輕礦物沉積;長9段;鄂爾多斯盆地

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國中西部重要的含油氣盆地之一,是受多期次構造活動控制發育的復合盆地,油氣資源勘探面積為10×104km2.從下古生界到中生界均有油氣資源發現,石油、天然氣資源量分別為86×108t和11×1012m3,勘探潛力巨大[1],中生界發育多套生儲蓋組合.前人對中生界延長組物源特征進行研究:周鼎武等認為延長組物源區主要來自西南、西北、東北方向[2],楊華、陳全紅等分析長6、長2+3油層組沉積期的物源方向[3-4],呂強等認為延長組沉積時期受三大物源控制并進一步識別出6個次級物源[5],張哨楠等研究表明鄂南地區在延長期廣泛接受來自西北和西南方向的物源供給[6],羅靜蘭等分別分析鄂南地區長8、長6段沉積期物源特征[7],趙俊興等在鄂南識別出三大物源并進一步分為5個次級物源[8],鄭榮才等研究白豹—華池地區長6段物源[9],鄧昆等通過地球化學分析富縣探區長6、長8段的物源特征[10],Ding Xiaoqi、萬友利等分別對鄂南地區長6、長8段進行綜合研究,并分析物源與成巖耦合關系[11-12].這些研究普遍認為鄂爾多斯盆地延長組發育于一個多物源供給的體系環境,以東北和西南為主要的物源供給方向,并存在其他方向的物源作為補充.隨著勘探的進行,長9段成為盆地內部中生界找油戰略的新層位,但對長9段物源特征研究的不夠深入,對于個別物源問題仍存在爭議,如是否存在西部物源、是否存在南部物源、物源的影響范圍有多大等.根據重、輕礦物分布規律及組合特征等,結合古流向的測定,筆者對長9段沉積物源進行總結歸納,并對爭議較大的南物源和西物源進行界定,為長9段勘探和研究提供地質依據.

1 區域地質背景

延長組沉積期盆地周緣存在多個古陸:北部的陰山古陸、西北的阿拉善古陸、西南的隴西古陸和南部的秦嶺古陸[13-15](見圖1),盆地周緣的老地層構成古陸的主要組成部分.中生界延長組是發育在陸相湖盆中的一套碎屑沉積體系,延長組沉積充填記錄湖盆的間歇震蕩式湖侵湖退的過程,自下而上分為10個油層組.長9段沉積期,由于西南邊緣斷裂活動加劇形成西南陡、東北緩的不對稱湖盆,盆地內主要發育三角洲沉積環境與牽引流作用有關的分流河道、天然堤、決口扇、三角洲前緣的河口壩、遠砂壩、席狀砂,以及濱淺湖環境與湖浪和湖流改造作用有關的砂質灘壩、席狀砂等砂體.這些沉積相在平面上有序配置及在垂向上相互疊置,使其具有良好的生儲蓋組合,成為一個油氣富集區[16-17].盆地內的延長組是我國最早發現油氣的層位,也是近年進行勘探開發的主要目的層[18-19].

圖1 鄂爾多斯盆地晚三疊世周緣古陸分布Fig.1 Ancient land distribution on the basin margin in late Triassic Ordos basin

2 物源分析

研究主要圍繞2個方面:(1)確定盆地內的物源方向.通過對出露剖面斜層理的測定研究古流向方向,確定物源方向;通過收集數據,編制不同沉積時期重礦物、輕礦物的分布圖并與周圍母巖進行對比,進一步確定物源區,明確不同物源的影響范圍.(2)不同物源區母巖性質的厘定.結合盆地周緣古陸巖性資料及已有研究成果,對研究區周圍的物源進行分析,采用對比的方法與研究區的巖性進行對比.

2.1 長9段重礦物組合特征

不同類型母巖的礦物組分不同,經風化破壞后產生不同的重礦物組合[20].同一種重礦物也有可能來自不同類型的母巖,因此綜合重礦物的特征、含量及其組合,判識母巖類型、古流向及古地理等[21-22].鄂爾多斯盆地延長組重礦物特征與物源判識已取得成果[23],進一步分析鄂爾多斯盆地長9段砂巖中重礦物的分布特征及其物源.根據重礦物的含量及其組合,可將研究區的重礦物分布劃分為4個區域(見圖2).

Ⅰ區位于研究區東北部,有6口井、9個數據點,重礦物質量分數由高到低依次是石榴子石(79.05%)、綠簾石(10.33%)、ZTR(5.77%)、白鈦礦(2.60%)、榍石(0.83%)、鈦磁鐵礦(0.95%).該區是富含石榴子石區,是長9段中石榴子石質量分數最高的區域.綠簾石質量分數相對長9段的其他區域來說較少,僅高于Ⅳ區.鋯石加電氣石加金紅石(ZTR)穩定礦物組合質量分數在4個組合區中最低.這說明東北部主要來源于變質巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測為古陰山東段及烏蘭格爾古隆起的高級變質巖和酸性巖漿巖[24].

Ⅱ區位于研究區西北部,有9口井、13個數據點,重礦物質量分數由高到低依次是石榴子石(56.37%)、綠簾石(18.92%)、白鈦礦(11.81%)、ZRT(9.74%)、鈦磁鐵礦(2.12%)、榍石(0.86%).重礦物組合以綠簾石質量分數高和石榴子石質量分數相對低為特征,綠簾石質量分數在4個組合區中最高,石榴子石質量分數為最低.該重礦物組合反映它們主要來源于變質巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測為西北側阿拉善古陸的高級變質巖和酸性巖漿巖.不穩定重礦物綠簾石的質量分數高,也反映陸源碎屑的搬運距離較短,西北部定邊地區長9段砂巖粒度較粗也證實這一點.

Ⅲ區位于研究區西南部,有12口井、19個數據點,重礦物質量分數由高到低依次是石榴子石(66.94%)、綠簾石(10.86%)、白鈦礦(9.66%)、ZTR(8.13%)、榍石(2.03%)、鈦磁鐵礦(1.17%).石榴子石和綠簾石是該區重礦物的重要組成部分,榍石質量分數在4個組合區中最高.該重礦物組合反映它們主要來源于變質巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,推測西南側隴西古陸的變質巖和酸性巖漿巖是該區域的主要物源.

Ⅳ區位于研究區南部,有8口井、13個數據點,重礦物質量分數由高到低依次是石榴子石(70.98%)、ZTR(13.63%)、白鈦礦(8.80%)、綠簾石(1.72%)、鈦磁鐵礦(1.17%)、榍石(0%).以穩定性重礦物質量分數高為特征,是富含穩定重礦物組合區.鋯石加電氣石加金紅石(ZTR)穩定礦物組合的平均質量分數是4個區域中最高的,穩定性相對差的綠簾石和榍石在區域內最少,推測母巖為南側古秦嶺的變質巖和酸性巖漿巖,并且經過長距離的搬運.

2.2 長9段輕礦物組合特征

由于物源區母巖的成分、結構、風化穩定度等方面存在顯著差別,構造背景、盆地坡降、碎屑物質搬運距離存在較大差異,在風化、搬運、沉積過程也受到不同程度的改造[25].如石英相對長石較為穩定,在母巖區的源巖成分一致或相似條件下,可以推斷富含石英的砂巖搬運距離較遠.因此,不同物源體系中沉積的石英、長石、巖屑等陸源碎屑物的種類與含量,不僅可以提供對應物源區的信息,并且可以劃分物源體系.

研究區長9段的長石含量普遍較高,石英含量中等,巖屑以火山巖屑和變質巖為主,沉積巖巖屑幾乎沒有.根據盆地長9段的輕礦物含量及組成,將長9段輕礦物組合劃分為5個區域(見圖3).

Ⅰ區位于研究區的東北部,有6口井、7個數據點,為貧石英組合區.以長石巖屑砂巖、長石砂巖和巖屑長石砂巖為主,巖屑砂巖次之,分選較好,磨圓較差,形成于三角洲平原分流河道微相[26].其中石英體積分數較低,為26%;長石體積分數為35%;火成巖和變質巖體積分數分別為6%、16%;沉積巖占所有穩定礦物的1%;其他類型穩定輕礦物所占比例是所有區域中最高的,為9%.巖屑組合以富變質巖屑、低沉積巖屑組合為特征.根據該區的穩定輕礦物組成,結合重礦物,可以得出碎屑巖主要來自以變質巖占優勢的多類型母巖,推測以高級變質巖、酸性巖漿巖為主,即東北部物源體系的母巖由古陰山及烏蘭格爾隆起區以古老高級變質巖為主體,含有巖漿巖和少量沉積巖的多種巖石類型組成.

圖2 鄂爾多斯盆地長9段重礦物組合分布Fig.2 Heavy mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

圖3 鄂爾多斯盆地長9段輕礦物組合分布Fig.3 Light mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

Ⅱ區位于研究區西北部,有11口井、13個數據點.該區的長石和石英體積分數分別為36%和31%,長石是穩定輕礦物組合中最主要的組成部分.其余巖屑體積分數為:變質巖18%,火成巖7%,其他4%.西北物源體系巖屑成分以高變質巖屑、貧沉積巖屑組合為特征.這一組合特征說明該處的母巖類型為變質巖占優勢的多類型母巖,推測西北部物源體系的母巖主要由阿拉善古陸的前震旦紀—震旦紀片麻巖、片巖、混合巖、石英巖、板巖等變質巖組成.

Ⅲ區位于研究區西側,分布范圍較小,有3口井、3個數據點.該區的穩定輕礦物特點是石英和火成巖屑的含量高,是富石英貧長石組合區.該區的石英體積分數高達31%,是研究區內最高的,長石體積分數為全區內最低(29%),是唯一石英體積分數高于長石的區域.火成巖體積分數為15%,大于其他區,但小于變質巖體積分數(17%),其他輕礦物占3%.因此,判斷該區物源以變質巖和火成巖為主,物源既不同于北部,也不同于南部,推測物源來自南北向的中央古陸梁.

Ⅳ區位于研究區西南部,有11口井、13個數據點,以變質巖含量高、長石與石英含量基本相同為主要特點,是富石英和變質巖屑組合區.砂巖中石英體積分數為30%,長石質量分數為31%,變質巖體積分數為22%,為研究區最高值.火成巖和其他輕礦物體積分數分別占10%和3%.物源體系以高變質巖屑和火成巖屑為特征.該區的母巖類型為變質巖占優勢的多類型母巖,推測西南部物源體系主要來自秦祁褶皺造山帶及隴西古陸,母巖類型多樣,主要由花崗巖和中基性巖、片麻巖、片巖、千枚巖、板巖以及火山巖、碎屑巖與碳酸鹽巖[27]等組成.

Ⅴ區位于研究區南部,有11口井、14個數據點,是富長石貧石英組合區.以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主要的砂巖類型,成分成熟度低、結構成熟度中等至好[28].該區的砂巖特點是長石和石英的含量高,尤其是長石體積分數為48%,遠大于石英的體積分數(22%).長石和石英的高比例導致巖屑含量少于其他區域,其中火成巖占5%,變質巖占10%.這一特點表明V區距離物源區較近,砂巖保留較多的母巖性質,母巖巖性是以變質巖為主的多類型母巖.南部物源體系以變質巖屑和火成巖屑組合為特征,推測南部物源體系主要來自古秦嶺的元古代和早古生代火山巖、片巖、片麻巖、大理巖、變質碎屑巖,以及火山碎屑巖、碎屑巖、碳酸鹽巖等組成的母巖.

2.3 古水流特征

研究區四周普遍為三角洲沉積相,向中間砂體變薄,逐漸向湖泊相轉變[23-24,29].通過對剖面露頭交錯層理傾向的測定,做出玫瑰花圖(見圖4),可以看出長9段古水流方向源于盆地周緣.特別需要注意的是盆地南部長武、彬縣、銅川一帶,所測的古水流均為北西方向,反映出存在自南向北或自南東向北西方向的古水流;富縣仕望河所測的古水流為自北向南方向,說明來自北部三角洲和來自南部的三角洲在富縣—宜川地區發生匯聚.由此可以看出,湖盆接收來自盆地東北部、西北部、西部、西南部及南部的物源,湖盆中心受多物源控制,反映出“山間型”內陸盆地的古地理背景.

3 物源分析

東北物源主要來自古陰山的變質巖、烏蘭格爾古隆起的高級變質巖(麻粒—孔茲巖系)和酸性巖漿巖組合[30],與北西物源在吳起—靖邊一線有疊加,向南延伸到富縣與洛川之間.以重礦物中石榴子石含量高,輕礦物中長石含量高為特征.

西北物源主要來自阿拉善古陸的高級變質巖和酸性巖漿巖為主體的母巖,向南的影響范圍不超過麻黃山,向南東方向延伸至吳起.以重礦物中石榴子石和綠簾石含量高,輕礦物中石英含量相對較高,并且粒度粗為特征.

西物源主要來自中央古陸梁的變質巖和火山巖組合.受取樣資料的限制,影響范圍尚不清楚,環縣附近受西物源的影響,輕礦物的典型特征是火山巖屑含量高.

西南物源主要來自隴西古陸的片麻巖和花崗巖,也是古秦嶺的元古代與早古生代變質巖和巖漿巖組合,影響范圍向東可達長武—寧縣—合水一線,向北不超過環縣,在湖盆中心的華池—吳起地區與東北物源發生匯聚.重礦物中榍石含量較高,輕礦物中石英、長石和巖屑含量基本相等.

南部為隴西古陸及秦嶺的變質巖和酸性巖漿巖或多種巖石類型的組合,如元古代和早古生代火山巖、片巖、片麻巖、大理巖、變質碎屑巖,以及火山碎屑巖、碎屑巖、碳酸鹽巖等,向南影響范圍不超過富縣.重礦物中富ZTR貧綠簾石,輕礦物中富長石貧石英,粒度較細,反映長距離搬動的特征.

圖4 鄂爾多斯盆地長9段古水流玫瑰花圖Fig.4 Palaeocurrent's Rose diagram of the Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

4 結論

(1)長9段沉積期,鄂爾多斯湖盆受多物源控制,形成典型的山間型盆地,湖盆中心為物源匯聚區,南、北兩大物源匯聚于吳起、富縣一線.

(2)環縣地區長9段輕礦物富火山巖巖屑,與盆地其他地方有別,反映存在西物源的可能,說明南北向的中央古陸梁是存在的.

(3)南物源的存在說明富縣以南地區砂體發育,考慮延長組南部烴源巖發育,推測寧縣、正寧、宜君地區具備油氣富集條件.

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TE122.1

A

2095- 4107(2014)01- 0010- 07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.002

2013- 11- 05;編輯:陸雅玲

國家自然科學基金項目(41302115);博士后科學基金項目(2012M511941)

劉 璇(1992-),女,碩士研究生,主要從事儲層沉積學與油藏地球化學方面的研究.

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