鄂爾多斯盆地西部奧陶紀巖相古地理特征

吳興寧,孫六一,于　洲,任軍峰,丁振純,黃正良

（1.中國石油杭州地質研究院，杭州310023；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，西安710018）

鄂爾多斯盆地西部奧陶紀巖相古地理特征

吳興寧1,孫六一2,于洲1,任軍峰2,丁振純1,黃正良2

（1.中國石油杭州地質研究院，杭州310023；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，西安710018）

綜合野外露頭、鉆井巖心、薄片觀察以及測井等相關資料分析，在鄂爾多斯盆地西部奧陶系共識別出6種沉積相類型及3類10種微相序。受賀蘭坳拉槽持續性擴張的影響，鄂爾多斯盆地西部奧陶紀不同時期的巖相古地理展布具有明顯的差異性，早奧陶世發育緩坡型臺地沉積，至中奧陶世演化為臺地—斜坡—盆地沉積模式。桌子山組內緩坡和克里摩里組臺地邊緣相沉積巖性以泥亮晶粉砂屑灰巖、生屑灰巖、鮞粒灰巖為主，為優質儲層的發育提供了重要的物質基礎。烏拉力克組—拉什仲組發育深水盆地相泥巖、含灰泥巖，是烴源巖發育的有利相帶。

沉積相；巖相古地理；奧陶紀；鄂爾多斯盆地

0　引言

近年來，多口探井在鄂爾多斯盆地西部下奧陶統克里摩里組和桌子山組獲得低產氣流或氣顯示，充分表明其具有良好的勘探前景，有望成為鄂爾多斯盆地下古生界天然氣勘探的重要接替領域。勘探實踐及前人研究表明［1-6］，鄂爾多斯盆地西部奧陶系烴源巖、儲層和蓋層等成藏條件優越，其分布主要受沉積相的控制，但隨著勘探的逐漸深入，前期對巖相古地理的研究認識已不能滿足勘探需求。因此，筆者擬在露頭地質調查、鉆井巖心和薄片觀察的基礎上，特別是利用地震沉積相分析，以及測井巖石結構組分解釋等技術，對研究區沉積相類型及沉積微相序列特征進行分析，建立奧陶紀沉積相演化模式，準確刻畫巖相古地理展布，指出生儲蓋層發育的有利相帶，以期為該區下一步勘探及井位部署提供可靠的地質依據。

1　區域地質概況

鄂爾多斯盆地是華北克拉通的一部分，早古生代沉積明顯受北側興蒙海槽和南側秦祁海槽影響，其西部沉積與秦祁賀三叉裂谷的關系尤為密切［7］。早奧陶世早期，鄂爾多斯盆地西部發育繼承性活動的“再生”賀蘭坳拉槽，早奧陶世表現為碳酸鹽緩坡至末端變陡緩坡沉積；中奧陶世，賀蘭坳拉槽斷陷加劇，形成達2 000 m的類復理石沉積，并夾有大量火山凝灰巖；晚奧陶世，受秦祁洋殼板塊向北俯沖、消減的影響，包括鄂爾多斯盆地及其西部賀蘭坳拉槽在內的華北地臺主體隆升為陸，結束了其早古生代的廣闊陸表海沉積史［8-9］。

受賀蘭坳拉槽的影響，鄂爾多斯盆地西部在奧陶紀沉積了一套全區穩定且可追蹤對比的海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積建造。筆者在前人研究的基礎上［10-12］，結合古生物面貌、沉積巖石學特征等，將鄂爾多斯盆地西部奧陶系自下而上劃分為三道坎組、桌子山組下段、桌子山組上段、克一段、克二段、克三段、烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組和蛇山組，各組段巖性與牙形石帶劃分特征如圖1所示。

2　沉積相類型、特征及演化

2.1主要沉積相類型

本次研究重點對鄂爾多斯盆地西部7條露頭剖面和31口鉆井巖心進行觀察，以及對鏡下巖石薄片進行鑒定，特別是從巖石學和沉積組構方面進行詳細分析。綜合研究認為，鄂爾多斯盆地西部奧陶系沉積相類型豐富多樣，可識別出開闊臺地、臺地邊緣、緩坡、斜坡、開闊陸棚和盆地等6種相、12種亞相、21種微相類型（表1）。

（1）開闊臺地相在鄂爾多斯盆地西部奧陶系克里摩里組與桌子山組中均有分布，沉積物類型多樣，從粒屑到灰泥都有，生物種類多，數量豐富，主要有紅藻、藍綠藻、海綿、珊瑚、棘皮類、腕足類、介形類、腹足類及頭足類等。根據沉積物特征，可細分為臺內灘亞相、灘間海亞相、藻席亞相等，垂向上多以向上變淺的沉積序列為特征，發育灘間海-臺內灘沉積組合。另外，還發育潮下藻席，以水體能量較低及藻類較為發育為特征，多呈席狀產出。巖性主要為淺灰、灰、深灰色薄—中厚層狀藻黏結巖（以藻黏結泥晶灰巖為主，少量藻黏結粒屑灰巖）、藻凝塊巖、藻紋層灰巖等，發育藻紋層和窗格等構造，局部見蟲孔。

表1　鄂爾多斯盆地西部奧陶系主要沉積相類型Table 1　The main sedimentary facies types of Ordovician in the western Ordos Basin

圖2　鄂爾多斯盆地西部奧陶系典型沉積微相特征Fig.2　Typical sedimentary microfacies of Ordovician in the western Ordos Basin

（2）臺地邊緣相僅發育于克里摩里組，可細分為臺緣灘、臺緣礁丘及灘間低能帶等亞相，巖石類型主要由顆粒灰巖及生物灰巖類組成。由于水體能量高、波浪作用強，因此臺地邊緣顆粒灘十分發育。沉積顆粒主要有粉屑、藻砂屑及生物碎屑等，其次還包含少量礫屑［圖2（a）］，局部見糞球粒及鮞粒，顆粒體積分數達80%以上，磨圓度為次圓—次棱角狀，分選中等，其中生屑主要有腕足類、腹足類、介形類、頭足類及棘皮類等。臺緣礁丘主要包括珊瑚、海綿、疊層石礁灰巖和藻泥丘沉積［圖2（b）］，礁格架巖總體不發育，以障積礁為主，規模較小。

（3）緩坡相主要發育于桌子山組，位于局限海臺地相與盆地相之間。根據沉積物特征可以劃分出內緩坡和外緩坡亞相。內緩坡水體相對較淺，發育粉屑灘、生屑砂屑灘、潮下藻席等淺水微相組合；外緩坡水體相對較深，沉積泥灰巖、泥質泥晶灰巖等，見生物潛穴。

（4）斜坡相靠近盆地的邊緣，水體較深，沉積物以含泥質條紋條帶泥晶灰巖等低能風暴帶沉積為特征，受風暴浪改造作用強烈，發育弱變形層理、微波狀層理及粒序層理等沉積構造。此外，還見有陸源碎屑巖沉積，并以鈣質粉砂巖沉積為主，見濁積巖特有的鮑馬序列。

（5）開闊陸棚相主要發育于克里摩里組，以泥質灰巖夾泥巖及泥質粉砂巖沉積為顯著特征，局部夾大量燧石團塊或條帶，井下及桌子山剖面、青龍山剖面都可見到該沉積相類型。

（6）受賀蘭坳拉槽控制，盆地相在鄂爾多斯盆地西部奧陶系較發育，沉積大套類復理石建造。

表2　鄂爾多斯盆地西部地區奧陶系典型沉積微相相序特征Table 2　Typical sedimentary microfacies phase sequence of Ordovician in the western Ordos Basin

2.2微相序結構特征

沉積相是沉積物的生成環境、生成條件及其特征的總和，一般成分相同的巖石可組成同一種相。在對碳酸鹽巖沉積環境的研究中，不但要識別其所包含的巖石類型，還要識別出不同巖石類型所代表的巖相在垂向上的疊覆關系，即相序（其主要由環境和外營力作用的有序變化所造成）。通過上述對露頭、鉆井巖心觀察分析，并結合測井資料解釋，在鄂爾多斯盆地西部奧陶系沉積地層中識別出了3類10種典型的沉積微相序（表2）。微相序總體表現為二元結構，部分沉積連續性較好，可表現為三元結構，退積型微相序下部為相對較深水沉積，上部為相對較淺水沉積，而進積型微相序則正好與之相反，加積型微相序以相同的沉積相連續沉積為主，因此微相序主要反映了短周期相對海平面的變化。以上沉積相類型和相序研究為鄂爾多斯盆地西部奧陶紀沉積環境及巖相古地理分析提供了依據。

圖3　鄂爾多斯盆地西部奧陶紀沉積演化模式Fig.3　The sedimentary evolution model of Ordovician in the western Ordos Basin

2.3沉積相演化模式

如前所述，鄂爾多斯盆地在中晚奧陶世逐步抬升并遭受長達130 Ma的剝蝕，缺失志留系—泥盆系地層，上覆石炭系—二疊系海陸交互相地層。從地震剖面解釋可看出［13］，鄂爾多斯盆地西部奧陶紀整體表現為由東向西呈緩斜坡式沉積特征，內部發育礁灘體。早奧陶世逐漸海侵，三道坎組在靠近賀蘭坳拉槽邊緣開始沉積，至桌子山組和克里摩里組沉積范圍逐步擴大；中晚奧陶世，鄂爾多斯盆地受構造擠壓開始隆升，烏拉力克組和拉什仲組沉積遭受不同程度的剝蝕。

綜合上述沉積期古構造背景，并結合露頭、鉆井巖心巖石學和沉積學特征分析，建立了鄂爾多斯盆地西部奧陶紀沉積相演化模式（圖3）。三道坎組沉積期，賀蘭坳拉槽處于發育初期，鄂爾多斯盆地西部與中東部沉積環境總體相差不大，東部為局限海臺地，西部為含濱岸砂壩的潮坪—緩坡沉積環境。桌子山組沉積早期，賀蘭坳拉槽進一步發育，鄂爾多斯盆地西部沉降作用加劇，由早期的潮坪—緩坡沉積向緩坡環境轉換；桌子山組沉積晚期，受賀蘭坳拉槽進一步發育的控制，鄂爾多斯盆地西部構造沉降加劇，造成該區域水體相對加深，前期的緩坡有所變陡，但基本繼承了桌子山組沉積早期的沉積格局。克里摩里組沉積期，板塊構造運動活躍，鄂爾多斯盆地西部開始發育拉張裂谷和同沉積正斷層，研究區沉積環境逐漸發生變化，由桌子山組沉積晚期的開闊海緩坡—局限臺地云坪—顆粒灘沉積演化為海槽—開闊陸棚—深水斜坡—臺地邊緣—開闊海臺地沉積體系。中奧陶世，鄂爾多斯盆地中東部構造抬升形成古陸，而西部沉積水體進一步加深，沉積環境轉變為盆地-斜坡相，沉積了一套砂泥巖地層，僅在下部見一層薄層泥晶灰巖，而盆地相受陸源碎屑的供給，發育一套砂泥巖互層的類復理石濁積巖，厚度巨大，屬超補償沉積。

3　巖相古地理展布

本次研究主要編制了三道坎組、桌子山組、克里摩里組、烏拉力克組和拉什仲組沉積期巖相古地理圖。利用的資料包括有：7條露頭剖面、31口鉆井巖心、396塊巖石薄片、47口測井巖石結構組分解釋結果及585 km二維地震剖面解釋結果。測井解釋方面，利用常規測井特征，采用了一種合成參數的方法，計算所形成的參數曲線能夠定性表達巖石結構的變化。巖石結構的變化可以反映沉積環境水體能量的大小。本次研究將克一段、克二段上部粗結構解釋為顆粒灘微相，而將克二段中下部及克三段細結構解釋為灘間海沉積（圖4）。

圖4　鄂爾多斯盆地蘇×井奧陶系克里摩里組巖石結構組分測井解釋柱狀圖Fig.4　The logging interpretation of rock texture component of Ordovician Kelimoli Formation in Su x well in the western Ordos Basin

（1）三道坎組沉積期

三道坎組沉積期，受中央古隆起的阻隔，華北海域與祁連海域不連通，且中央古隆起地區缺失沉積，其西部地區為局限臺地云坪—濱岸砂壩—開闊海內緩坡的沉積模式。云坪以含泥質白云巖和泥粉晶白云巖為主；濱岸砂壩巖性以不等厚互層的石英砂巖和白云巖為主，烏海桌子山地區和韋州青龍山剖面可見該類型沉積；開闊海內緩坡以中—厚層泥晶灰巖為主，位于阿拉善左旗的櫻桃溝剖面的臨近地區可見該類型沉積（圖5）。從目前鉆井資料來看，三道坎組主要在云坪微相粉細晶白云巖中見到好的儲層，儲集空間以白云石晶間（溶）孔及溶蝕孔、洞為主。

（2）桌子山組下段沉積期

桌子山組下段沉積期，海平面逐漸上升，華北海域與祁連海域連通，此時鄂爾多斯盆地西部沉積呈東西分異、南北環帶的分布格局，中央古隆起處于淺水高能環境，廣泛發育顆粒灰巖，現已白云石化為粉晶—細晶結構的晶粒白云巖，部分可見顆粒殘余結構，而中央古隆起東側地勢為逐漸變深的緩坡，水體較深，發育深灰色泥晶灰巖或含云斑灰巖，從中央古隆起西側向西依次為開闊海內緩坡和開闊海外緩坡沉積環境（圖6）。開闊海內緩坡沉積水體相對較淺，發育藻砂屑灘、礫屑灘、鮞粒灘、生屑灘、生物丘等淺水微相組合，且后期白云石化較為徹底，以粉細晶結構的白云巖為主，受溶蝕作用改造孔隙發育，是優質儲層發育的最有利相帶。

（3）桌子山組上段沉積期

桌子山組上段沉積期，由于構造運動的變化致使鄂爾多斯盆地中央古隆起抬升，祁連海域與華北海域再次分割。位于中央古隆起東側的華北海域進入一個震蕩型海退期，水體較淺，廣泛沉積了一套由泥質白云巖、泥粉晶白云巖、含硬石膏結核泥粉晶白云巖、顆粒白云巖構成的地層，為局限海臺地云坪—顆粒灘沉積環境，而中央古隆起西側地勢逐漸變陡，水體逐漸加深，向西依次為開闊海顆粒灘相、開闊海內緩坡和外緩坡沉積環境（圖7），且表現出外緩坡沉積范圍擴大、內緩坡向東遷移變窄的沉積特征，內緩坡仍然是白云巖儲層發育的有利相帶。

（4）克一段沉積期

中晚奧陶世開始，受南北秦嶺和興蒙洋殼的俯沖擠壓，造成鄂爾多斯盆地西部地區逐漸抬升。在克一段剝蝕線以東推測為開闊臺地相沉積，其西部表現為東西分異、南北帶狀展布的分布格局，由東向西依次發育臺地邊緣、斜坡、開闊陸棚和深水盆地相沉積。沿臺地邊緣帶廣泛發育臺緣顆粒灘沉積，局部見有珊瑚—海綿生物礁沉積（圖8）。由于臺地邊緣帶沉積水體相對較淺，水動力強，在波浪作用下顆粒沉積物逐漸堆積，形成典型的礁灘復合體；在地震剖面上表現為丘形弱連續反射特征，為儲層發育奠定了良好的物質基礎；在短周期海平面下降時，易于遭受準同生期大氣淡水的溶蝕作用，形成溶蝕孔，為表生期及埋藏期溶蝕改造提供了有利條件。因此，臺緣帶是克里摩里組儲層發育的最有利相帶。

圖5　鄂爾多斯盆地西部三道坎組巖相古地理Fig.5　Lithofacies palaeogeography of Sandaokan Formation in the western Ordos Basin

圖6　鄂爾多斯盆地西部桌子山組下段巖相古地理Fig.6　Lithofacies palaeogeography of the lower Zhuozishan Formation in the western Ordos Basin

圖7　鄂爾多斯盆地西部桌子山組上段巖相古地理Fig.7　Lithofacies palaeogeography of the upper Zhuozishan Formation in the western Ordos Basin

（5）克二段沉積期

克二段沉積期總體繼承了克一段的沉積格局。克二段剝蝕線以東推測為開闊臺地相沉積，其西部繼續呈現出東西分異、南北帶狀展布的特征，由東向西依次發育臺地邊緣相、斜坡相、開闊陸棚相和盆地相沉積，臺緣帶顆粒灘多呈孤立斷續分布（圖9）。露頭及鉆井巖心觀察均表明，克二段沉積期為克里摩里組沉積期內的相對海退期，臺緣帶沉積物顆粒含量高、分選好，且多以亮晶膠結為主，為儲層發育奠定了重要的物質基礎。

圖8　鄂爾多斯盆地西部克一段巖相古地理Fig.8　Lithofacies palaeogeography of the first member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

圖9　鄂爾多斯盆地西部克二段巖相古地理Fig.9　Lithofacies palaeogeography of the second member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

（6）克三段沉積期

克三段沉積期繼續繼承了克一段和克二段的沉積格局。克三段剝蝕線以東推測為開闊臺地相，其西部由東向西依次發育臺地邊緣相、斜坡相、開闊陸棚相和深水盆地相沉積。與克一段和克二段相比，受相對海平面的快速上升，克三段臺地邊緣相帶內部的顆粒灘體個數和發育規模均有所減少（圖10），且臺緣帶沉積物顆粒含量降低，但依然是儲層發育的有利相帶。

圖10　鄂爾多斯盆地西部克三段巖相古地理Fig.10　Lithofacies palaeogeography of the third member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

（7）烏拉力克組沉積期

烏拉力克組沉積期，鄂爾多斯盆地中東部地區抬升為陸，西部地區沉積水體進一步加深，靠近古隆起一側的斜坡坡度加大，演化為斜坡—盆地相沉積模式。斜坡相以泥晶灰巖、泥質灰巖為主；盆地邊緣相以灰質泥巖、粉砂質泥巖為主；盆地相以砂泥巖組成的復理石沉積為主（圖11）。

（8）拉什仲組沉積期

拉什仲組沉積期繼承了烏拉力克組沉積期的沉積格局。鄂爾多斯盆地中東部地區仍為剝蝕古陸，受賀蘭坳拉槽擴張的影響，西部地區沉積水體再次加深，盆地相沉積范圍加大，而斜坡相沉積范圍縮小，但仍為斜坡—盆地相沉積模式。其中，斜坡相以泥晶灰巖、泥質灰巖沉積為主；盆地相為以灰質泥巖、粉砂質泥巖組成的復理石沉積為主（圖12）。

4　天然氣勘探的有利相帶分析

勘探和已有研究均表明［14-15］，鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層主要受巖相、巖溶及斷裂等因素控制，有利沉積相帶為儲層的發育提供了重要的物質基礎，巖溶作用是儲層儲集空間發育的關鍵，而斷裂為巖溶作用提供了流體通道。從上述奧陶紀巖相古地理研究發現，鄂爾多斯盆地西部桌子山組上、下段發育內緩坡相，克里摩里組中的3個亞段發育臺地邊緣相，該部位沉積時水體相對較淺且能量相對較高，沉積物顆粒含量也相對較高，并以泥亮晶粉砂屑灰巖、生屑灰巖、鮞粒灰巖等沉積為主，是該區儲層發育的最有利相帶。

巖心、薄片觀察及實驗分析均表明，桌子山組巖性基本上已全部白云石化，且多保留殘余顆粒結構或幻影，埋藏白云石化所形成的白云石晶粒普遍較粗，晶間孔易于保留，疊加表生和埋藏溶蝕作用可形成優質白云巖儲層。克里摩里組沉積期臺地邊緣帶礁灘體沉積更易受到短周期海平面下降的影響，準同生期大氣淡水巖溶作用可形成一定量的孔隙，晚表生期順層巖溶及斷裂巖溶作用使早期孔隙進一步溶蝕擴大，進而形成大型巖溶縫洞型儲層。此外，克里摩里組白云石化作用強烈，與桌子山組一樣具有形成白云巖孔隙型儲層的條件。

另外，烏拉力克組—拉什仲組沉積期，廣泛發育深水盆地相沉積，巖性以泥巖及含灰泥巖為主，是烴源巖發育的有利相帶。研究表明［16-17］，烏拉力克組和拉什仲組海相有機質類型較好，以藻類及疑源類等低等水生生物為主，表現為Ⅰ型腐泥類型干酪根的特征，有機碳體積分數可達0.88%～0.96%，具有較好的生烴潛力。

5　結論

（1）鄂爾多斯盆地早古生代沉積明顯受其北側興蒙海槽和南側秦祁海槽的影響，其西部奧陶系沉積則主要受賀蘭坳拉槽的再生裂開及晚期的閉合隆升所控制。

（2）鄂爾多斯盆地西部奧陶系沉積類型豐富多樣，發育開闊臺地相、臺地邊緣相、緩坡相、斜坡相、開闊陸棚和盆地相，平面上東西分異，縱向上微相序表現為二元結構，可識別出退積型、進積型和加積型共3種微相序類型，反映了短周期相對海平面的變化。

（3）鄂爾多斯盆地西部桌子山組內緩坡相和克里摩里組臺地邊緣相沉積巖性以泥亮晶粉砂屑灰巖、生屑灰巖及鮞粒灰巖為主，是優質儲層發育的重要物質基礎；烏拉力克組—拉什仲組深水盆地相沉積巖性以泥巖、含灰泥巖為主，是烴源巖發育的有利相帶。

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（本文編輯：楊琦）

Lithofacies paleogeography of Ordovician in western Ordos Basin

Wu Xingning1，Sun Liuyi2，Yu Zhou1，Ren Junfeng2，Ding Zhenchun1，Huang Zhengliang2
（1.Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou 310023，China；2.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China）

Based on the analysis of outcrop，drill cores，thin section and logging data，six types of sedimentary facies and ten kinds of microfacies of Ordovician were identified in western Ordos Basin.Affected by the continuous expansion of Helan aulacogen，the sedimentary models of Ordovician in northern Ordos Basin are significantly different in different periods.From the Early Ordovician to the Middle Ordovician，the sedimentary model transformed from gentle slope platform gradually to platform-slope-basin.The ramp facies of Zhuozishan Formation and platform edge facies of kelimoli Formation are mainly of limestone，bioclastic limestone and oolitic limestone，which provides an important material basis for the development of high quality reservoirs.Wulalike Formation and Lashizhong Formation developed deepwater basin facies mudstone and lime mudstone，and they are favorable facies belt for the development of hydrocarbon source rocks.

sedimentary facies；lithofacies palaeogeography；Ordovician；Ordos Basin

P586

A

1673-8926（2015）06-0087-10

2015-07-20；

2015-09-30

國家“十二五”攻關項目一級專題“海相碳酸鹽巖沉積與有效儲層大型化發育機理與分布研究”（二期）（編號：2011ZX05004-002）資助

吳興寧（1973-），男，博士，高級工程師，主要從事碳酸鹽巖沉積學和儲層地質學方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖區西溪路920號杭州地質研究院。E-mail：wuxn_hz@petrochina.com.cn。