鄂爾多斯盆地東南部下石盒子組盒8段物源特征與沉積相

李亞龍， 于興河， 單　新， 杜永慧， 周勁松， 韓小琴

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京　100083；　2. 陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，陜西 西安　710075 )

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鄂爾多斯盆地東南部下石盒子組盒8段物源特征與沉積相

李亞龍1， 于興河1， 單新1， 杜永慧2， 周勁松2， 韓小琴2

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京100083；2. 陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，陜西 西安710075 )

二疊系下石盒子組盒8段為鄂爾多斯盆地東南部天然氣主力產層。根據研究區盒8段砂巖組分、巖屑和重礦物分布等物源分析特征，結合粒度分析、巖石薄片和巖心沉積等資料，研究下石盒子組盒8段物源體系及沉積相展布規律。結果表明：盒8段物源主要來自北北東、北北西及南部方向，巖屑等組分的變化趨勢指示物源在中心區域形成交匯區；砂巖組分以石英為主，巖屑次之，長石極少，巖屑以變質巖巖屑為主；沉積相主要為辮狀河三角洲相，可進一步劃分為三角洲平原和三角洲前緣亞相，其中三角洲平原亞相以水下分流河道為主要微相，三角洲前緣亞相以河口壩為主要微相；砂體形態以厚層寬淺型為主，粒度概率曲線主要為兩段式、三段式、兩段夾過渡式及多段式。該研究結果為研究區天然氣進一步勘探開發提供指導。

粒度分析； 重礦物； 沉積相； 下石盒子組； 盒8段； 鄂爾多斯盆地東南部

0　引言

鄂爾多斯盆地石炭系本溪組、二疊系山西組和石盒子組發現豐富的天然氣資源，其中下石盒子組盒8段為重要儲層之一[1]。人們對鄂爾多斯盆地的研究主要集中于盆地北部和西部沉積體系、沉積相及物源的研究[2-5]。楊西燕等[6]對盆地北部烏審旗地區下石盒子組盒8段下亞段沉積相進行研究，提出盒8段下亞段為灘壩相沉積；席勝利等[7]對盆地西緣及西部—中東部沉積物來源進行對比，認為西緣沉積物主要來自北西方向，西部—中東部以北部物源為主；汪正江等[8]將盆地分為5個沉積體系，對每個沉積體系物源分別進行研究，認為盆地物源主要來自北部陰山古陸、西北緣阿拉善古陸及西南部六盤山古陸；劉銳娥等[9]認為盆地北部物源主要為盆地北緣陰山古陸。這些研究表明，鄂爾多斯盆地上古生界沉積物受多物源影響，北部物源為主要物源，對南部物源是否存在及影響范圍尚不明確。

近年來，人們對鄂爾多斯盆地東南部也進行研究，如周勁松等[10]對盆地東南部成藏特征進行分析，認為盆地東南部上古生界具有良好的天然氣成藏條件及勘探潛力；王念喜等[11]認為盆地東南部下石盒子組盒8段為三角洲前緣水下分流河道沉積。對盆地東南部物源及沉積相的研究相對較少，不能滿足下一步的勘探要求。筆者以鄂爾多斯盆地東南部下石盒子組盒8段為研究對象，分析砂巖組分、巖屑及重礦物等物性特征，明確其物源體系分布；結合粒度分析、砂巖分選、磨圓等沉積構造特征，對盒8段沉積相進行恢復，確定其展布規律，為尋找優質儲層及天然氣勘探開發提供依據。

1　地質構造

鄂爾多斯盆地北起陰山、大青山，西至賀蘭山、六盤山，東達呂梁山、太行山，盆地總面積約為37×104km2[12]。盆地蘊藏豐富的石油、天然氣及煤炭資源，油氣總資源量僅次于渤海灣和松遼盆地的[13]。目前，在盆地北部上古生界地層已發現蘇里格、烏審旗和大牛地等大型氣田。

盆地經歷4個主要構造演化階段，即中晚元古代大陸裂谷發育階段、早古生代陸緣海盆地形成階段、晚石炭世后克拉通形成階段，以及晚白堊世前陸盆地發育階段[14]。根據構造特征，可劃分為伊盟隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環坳陷、渭北隆起及西緣逆沖構造帶等6個一級構造單元[15](見圖1)。這些構造在燕山運動之后出現雛形，在西山運動之后最終形成[16]。

研究區位于伊陜斜坡南部、晉西撓褶帶以西地區，處于黃土塬區東部。現今構造為西傾大單斜[17]，整體東南高、西北低，南北差異較小，構造發育少，在局部存在一些小的鼻隆構造[18]。地表黃土長期受風雨侵蝕、沖刷、切割，形成獨特的塬、梁、峁、坡、溝交錯出現的地貌，海拔為800～1 500 m。地震資料較匱乏，分辨率低。

2　地層發育特征

鄂爾多斯盆地東南部上古生界發育地層為上石炭統本溪組、下二疊統太原組和山西組、中二疊統下石盒子組、上石盒子組及上二疊統石千峰組(見圖2)。

圖1　研究區構造位置Fig.1 The tectonic location of the study area

圖2　鄂爾多斯盆地晚古生代地層特征Fig.2 Stratigraphy characteristics of upper Paleozoic Ordos basin

研究區地層組主要特征：

(1)本溪組巖性主要為鋁土風化殼、濱淺海相碎屑巖、潮坪相灰巖、濱海沼澤相煤，以及炭質泥巖等含黃鐵礦及菱鐵礦結核或條帶狀鐵鋁巖組合；沉積地層厚度呈北部厚，西、南部較薄的特征。

(2)太原組巖性主要為灰巖、灰黑—黑色泥巖、砂質泥巖及薄煤層，局部發育灰白色石英砂巖；沉積地層厚度呈東部厚，西、南部薄，局部缺失的特征。

(3)山西組巖性以深灰色、灰黑色泥巖為主，發育在太原組之上，砂巖大多為灰色、灰綠色粉砂巖、粉細砂巖，煤層廣泛發育；沉積地層厚度相差不大，總體呈東厚西薄、北厚南薄的特征。

(4)下石盒子組自下而上細分為盒8、盒7、盒6及盒5段，與山西組的分界線是發育于盒8段底部的“駱駝脖子砂巖”。

(5)上石盒子組與下石盒子組地層整合接觸，自下而上分為盒4、盒3、盒2及盒1段，巖性為一套泥巖和砂泥巖互層組合；沉積地層厚度呈中間厚、南北薄的特征。

(6)石千峰組巖性為棕紅、紫紅及紫灰色厚層砂質泥巖與泥質砂巖，底部常為塊狀含礫粗砂巖；與下伏上石盒子組泥巖段頂面形成良好分界標志(區域沖刷面)，下部或中下部以泥質砂巖為主，夾少量泥巖，上部以砂質泥巖為主；沉積地層厚度呈西薄東厚的特征[19-20]。

3　物源分析

利用砂巖組分、巖屑特征和重礦物分布特征結合方法，分析鄂爾多斯盆地東南部盒8段物源體系展布。

圖3　研究區下石盒子組盒8段砂巖類型分布Fig.3 Distribution of sandstone composition of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

3.1砂巖組分特征

研究區主要發育碎屑巖沉積，砂巖作為該區陸源碎屑巖的主要巖石類型，其骨架礦物成分與源區母巖性質密切相關，是物源的重要標志[21]。根據砂巖骨架礦物成分及巖屑組分特征，對研究區179口井的砂巖薄片進行鑒定，砂巖主要以中粗粒巖屑石英砂巖和中粗粒石英砂巖為主，含少量巖屑砂巖(見圖3)，不同區域之間的巖性特征存在明顯差異。

安塞以西區域巖性以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，巖屑體積分數較高，碎石英平均體積分數為86.40%，長石平均體積分數為1.00%，巖屑平均體積分數為12.60%；安塞以東區域砂巖組分中石英及巖屑占大多數，長石較少，石英平均體積分數為65.90%，長石平均體積分數為1.20%，巖屑平均體積分數為32.90%；延安以南地區巖性以巖屑砂巖為主，見少量長石，石英平均體積分數為75.70%，長石平均體積分數為0.80%，巖屑平均體積分數為23.50%。

圖4　研究區下石盒子組盒8段砂巖巖屑類型分布Fig.4 Rock fragments distribution of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

砂巖類型及組分特征的不同表明研究區沉積物主要來自北北東、北北西及南部三個方向。結合鄂爾多斯盆地物源的分析結果[22]，認為石英體積分數自東向西減少，巖屑體積分數同方向增加，長石主要發育于西部。

3.2巖屑特征

巖屑體積分數和成分能較好地反映物源區巖性、風化及搬運距離，不同源區巖屑類型存在很大差異。根據砂巖組分特征，將研究區劃分為西部、中—東北部和南部三個區域，對三個區域巖屑類型進行判別(見圖4)。由圖4可見，安塞以西區域，巖屑主要以變質巖巖屑為主，體積分數為86.47%；其次為巖漿巖巖屑，體積分數為8.65%；沉積巖巖屑最少，體積分數為4.88%。安塞以東區域，變質巖巖屑較多，但比安塞以西區域的少，體積分數為72.09%；其次為沉積巖巖屑，體積分數為16.40%；巖漿巖巖屑體積分數為11.77%，呈從東北向南部減少的趨勢。甘泉以南區域，變質巖巖屑體積分數為75.19%，巖漿巖及沉積巖巖屑體積分數相差不大，呈從南向北減少的趨勢。因此，研究區主要存在北北東、北北西及南部三個主要物源區。

3.3重礦物分布特征

圖5　研究區下石盒子組盒8段重礦物分布平面Fig.5 Heavy mineral distribution of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

在成巖過程中，重礦物穩定性很高，其種類和含量與源區母巖的性質具有很好的相關性[23]；在搬運和沉積過程中，性質不穩定的重礦物含量逐漸減少，穩定的重礦物含量不斷增加[24]。因此，重礦物種類、含量、組合特征及在平面上的展布是判斷物源方向和源巖類型的重要依據。

研究區重礦物(鋯石、電氣石、金紅石、石榴石、白鈦礦、磷灰石)組分特征可以分為4個區域(見圖5)，分別為東部中段至北段的延長—延川—安塞—子長—子洲等區域、西部至西北部的吳旗—定邊—靖邊等區域、富縣—宜川一帶的中部區域，以及黃陵—洛川—黃龍一帶的南部區域。

研究區重礦物總體分布特征為：東部中段至北段鋯石含量極高、白鈦礦中等、淺紅色石榴石少量、電氣石微量，其ZTR指數最高達83.6%，最低為42.9%，平均高于45.0%；西部電氣石、鋯石含量較高、白鈦礦少量，其ZTR指數與東部中段—北段的平均值接近；中部電氣石含量極高、中—高鋯石及白鈦礦、無色石榴石少量，其ZTR指數高低混雜，最高達91.8%，最低為37.6%，呈現雙峰態，表明研究區中部南北物源交匯；南部地區鋯石、白鈦礦含量高，淺紅色及無色石榴石少量，其ZTR指數低于25.0%。因此，物源主要來自北北東、北北西和南部三個方向，在盒8段沉積期南北物源交匯。

4　沉積特征

4.1粒度分析

粒度分析可以反映沉積物形成時的水動力條件，是判斷沉積環境的重要標志。粒度分析方法包括直接測量法、篩析法及薄片分析法，主要采用薄片分析法對盒8段巖心進行分析。研究區盒8段的粒度概率曲線分為4種類型(見圖6)：

(1)兩段式。由跳躍總體與懸浮總體組成，其中跳躍總體體積分數可達80%以上，懸浮總體體積分數為10%～20%，截點為3.42Φ；表現為跳躍總體粒度較粗且體積分數較高，具有三角洲平原水下分流河道沉積特征，反映沉積物離物源較近(見圖6(a))。

(2)三段式。概率曲線表現為以跳躍總體與懸浮總體為主，滾動總體很少，具有明顯的河道牽引流特征(見圖6(b))。

(3)兩段夾過渡式。主要由跳躍總體、懸浮總體及兩者過渡段組成，截點在1.50～1.80Φ之間，反映三角洲入水后水動力條件減弱的特征(見圖6(c))。

(4)多段式。沉積物粒度相對較細，懸浮總體體積分數約為10%，反映水動力條件較弱的特征，沉積物快速堆積而形成河口壩(見圖6(d))。

4.2分選磨圓

根據巖心薄片觀察分析研究區巖石顆粒的分選、磨圓程度(見圖7)。研究區盒8段主要以中粒砂巖為主(見圖7(b)、(d-f))，含少量細粒(見圖7(c))及粗粒砂巖(見圖7(g))；分選中等—好；磨圓以次棱角狀為主(見圖7(b)、(d)、(f))，含部分次棱角狀—次圓狀(見圖7(c)、(e))及棱角狀(見圖7(a)、(g))，反映沉積物搬運距離較遠。顆粒之間接觸形式以顆粒支撐形式為主(見圖7(b)、(e-g))，偶見雜基支撐(見圖7(c))；顆粒之間以顆粒壓實緊密形成的凹凸接觸為主(見圖7(e)、(f)、(h))。

圖6　研究區下石盒子組盒8段粒度概率累積曲線特征Fig.6 Grain size probability cumulative curve of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

4.3沉積構造

研究區盒8段巖心分析結果(見圖8)表明，其巖性主要以巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，砂巖顏色主要為灰色、灰白色、淺灰色及灰綠色。砂巖中可充填礫石；礫石成分主要為泥質及石英、長石，反映水動力條件較強的沉積環境。沉積構造主要以板狀交錯層理(見圖8(a))、槽狀交錯層理(見圖8(d)、(g))及平行層理(見圖8(e))為主。

圖7　研究區下石盒子組盒8段巖石薄片特征Fig.7 Thin section features of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

圖8　研究區下石盒子組盒8段典型巖心分析結果Fig.8 Sedimentary structures of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

槽狀交錯層理反映水動力較強的環境；板狀交錯層理主要發育在槽狀交錯層理之上，其類型為單組下切型板狀交錯層理，屬典型三角洲水下分流河道沉積特征；平行層理發育在板狀交錯層理之上，槽狀交錯層理—板狀交錯層理—平行層理構成典型的河道沉積。大型板狀—槽狀交錯層理疊置，反映盒8段三角洲平原心灘沉積特征。研究區泥巖中植物化石(見圖8(c))多發育于三角洲水下分流間灣沉積，反映離物源較遠的水下還原環境。

沉積構造中流水沙紋層理也較為常見(見圖8(f))，指示河道廢棄過程，說明水流速度降低、能量減小。槽狀交錯層理的出現指示河道下切，表明盒8段沉積期基準面下降強烈。砂巖中礫石發育(見圖8(b)、(h))，為河道底部滯留沉積，表明沉積物距離物源區較近。泥巖中植物化石較為發育，為河道間沉積結果。

研究區盒8段巖相主要為槽狀交錯層理砂巖相(St)、板狀交錯層理砂巖相(Sp)、平行層理砂巖相(Sh)、小型流水沙紋粉砂巖相(Fr)，以及含植物碎屑泥巖相(Mpd)等，說明盒8段主要為三角洲沉積環境，心灘的發育說明盒8段河型為辮狀河型。因此，研究區盒8段沉積相為辮狀河三角洲沉積。

5　砂體展布與沉積相

5.1砂體展布規律

圖9　研究區下石盒子組盒8段砂巖厚度分布Fig.9 Sandstone isopach map of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

砂體展布特征受物源及沉積相的控制，不同沉積相形成不同的砂體展布樣式，研究砂體展布特征對明確沉積相具有重要作用。

鄂爾多斯盆地東南部盒8段砂體呈南北向分布特征(見圖9)，砂體主要沿河道連片分布，南北物源在甘泉一帶交匯而形成交匯區。砂巖厚度整體較厚，通常大于20 m。

根據盒8段連井剖面(見圖10)分析砂體展布特征，砂體呈中間厚、兩邊薄的透鏡狀分布，縱向上相互疊置，南北物源在研究區中部(延491井與延647井之間)形成交匯。

5.2沉積相

根據研究區物源及沉積特征，明確盒8段沉積相主要以辮狀河三角洲為主，北部定邊、靖邊等地區主要以辮狀河三角洲平原亞相為主(見圖11)，砂體厚度較大。

圖10　研究區下石盒子組盒8段連井剖面Fig.10 Profile of He8 member of Xiashihezi formation in the study area

圖11　研究區下石盒子組盒8段沉積相Fig.11 Sedimentary facies of He8 member of Xiashihezi Formation in the study area

研究區西部及中部延401井和延356井的盒8段為辮狀河三角洲沉積，其中延401井為辮狀河三角洲平原亞相沉積，主要發育水下分流河道、河口壩和水下分流間灣等微相(見圖12(a))；延356井為辮狀河三角洲前緣亞相沉積，主要發育水下分流河道、水下分流間灣和漫溢砂等微相(見圖12(b))。

除研究區西北部發育小面積辮狀河三角洲平原沉積之外，其余為辮狀河三角洲前緣沉積。研究區南北物源在甘泉一帶完全交匯而形成混源。該三角洲辮狀河道發育，呈南北向交錯展布，三角洲平原南部發育河口壩沉積；河道分叉處及南北物源交匯地區水下分流間灣較為發育。

綜上所述，研究區盒8段主要以辮狀河三角洲前緣亞相沉積為主，伴有小面積三角洲平原亞相沉積，并發育河口壩、水下分流間灣及漫溢砂等常見微相。

圖12　研究區下石盒子組盒8段典型井沉積相Fig.12 Sedimentary facies analysis of typical wells in He8 member of Xiashihezi formation in the study area

6　結論

(1)鄂爾多斯盆地東南部盒8段存在三個方向的物源，分別為北北東、北北西及南部物源，南北物源在甘泉一帶完全交匯而形成混源。

(2)研究區盒8段粒度概率曲線主要為兩段式、三段式、兩段夾過渡式及多段式，滾動總體發育較少，懸浮總體次之，跳躍總體為主；分選磨圓中等；沉積構造以槽狀交錯層理、板狀交錯層理及平行層理為主，顯示強水動力環境，還可見小型流水沙紋及植物碎屑，指示河道廢棄過程；沉積相類型為辮狀河三角洲。

(3)南北辮狀河三角洲在甘泉一帶完全交匯，在研究區北部定邊、靖邊等地存在小面積三角洲平原亞相沉積，其余為三角洲前緣亞相沉積，河口壩及分流間灣等微相沉積在中部地區較為發育。

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2015-12-31；編輯：朱秀杰

國家自然科學基金項目(41472091)

李亞龍(1992-)，男，碩士研究生，主要從事儲層沉積學方面的研究。

于興河，E-mail: 751845418@qq.com

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.03.007

TE121.3+1

A

2095-4107(2016)03-0051-10