鄂尔多斯盆地西缘奥陶系古环境恢复及沉积体系分析_孙华丽.pdf

东北石油大学学报第 卷第期 年月 收稿日期：；编辑：朱秀杰基金项目：国家自然科学基金项目（）；国家科技重大专项（）；陕西省自然科学研究基础计划项目（）；刘宝珺地学科学基金项目（）；西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目（）作者简介：孙华丽（），女，硕士研究生，主要从事沉积与储层地质方面的研究。通信作者：陈朝兵，：鄂尔多斯盆地西缘奥陶系古环境恢复及沉积体系分析孙华丽，高建荣，付玲，白莹，张涛，陈朝兵，袁立甲，刘犇（西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 ；陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 ；中国石油勘探开发研究院，北京 ；中国石油长庆油田分公司 第二采气厂，陕西 西安 ；中国石油长庆油田分公司 第二采油厂，陕西 西安 ；延长油田股份有限公司 志丹采油厂，陕西 延安 ）摘要：鄂尔多斯盆地西缘奥陶系沉积体系类型认识存在争议。基于鄂尔多斯盆地西缘与中东部地层的对接关系，以元素录井资料为主，结合野外露头剖面、钻井岩心、铸体薄片等资料，分析盆地西缘海域古环境特征及其与中东部海域的差异，揭示鄂尔多斯盆地西缘奥陶系重点层系的沉积体系类型及特征，建立古环境及沉积演化模式。结果表明：奥陶系沉积期，鄂尔多斯盆地西缘的古环境演化趋势与盆地中东部的基本一致，纵向上，自三道坎组至乌拉力克组沉积期，海平面呈振荡上升趋势，古水体逐渐加深，古氧化还原性和古生产力逐渐增强；古气候对古盐度影响明显，其中三道坎组桌子山组沉积期古气候为干热型，古盐度逐渐升高，克里摩里组乌拉力克组沉积期古气候转为相对温湿型，古盐度呈下降趋势。古环境演化对沉积体系类型具有一定约束作用，三道坎组乌拉力克组沉积区域集中发育于窄相带宽相带，三道坎组主要发育台地边缘相的浅滩和礁滩，桌子山组以台地前缘斜坡相为主，克里摩里组发育盆地边缘相开阔陆棚相，乌拉力克组发育盆地相。该结果为鄂尔多斯盆地西缘天然气勘探提供地质依据。关键词：元素录井；古环境；沉积演化模式；沉积体系；奥陶系；鄂尔多斯盆地中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）引言古生代奥陶纪，鄂尔多斯盆地中央古隆起左右两侧的构造形式及沉积背景存在差异，左侧为鄂尔多斯盆地西缘，以秦祁贺三叉裂谷的消亡裂谷拗拉槽为主，具有被动大陆边缘的性质，或为被动大陆边缘向主动大陆边缘转变的构造背景，沉积坡度陡，发育陆缘海沉积；右侧为鄂尔多斯盆地中东部，发育克拉通内部相对平坦的陆表海沉积。鄂尔多斯盆地西缘和中东部奥陶系沉积期的古环境、沉积体系、地层岩性特征具有明显差异，其中盆地西缘岩性变化小，长期处于深水环境，沉积旋回不明显。人们对鄂尔多斯盆地西缘奥陶系的研究取得一些成果。郭峰认为，三道坎组由石英砂岩（沙滩或海陆过渡相沉积）、白云岩和灰岩（局限台地相或台地边缘浅滩相沉积）的不等厚互层组成；桌子山组主要由中厚层灰岩、生物碎屑等组成，为盆地边缘相；克里摩里组主要由暗色薄层灰岩、黑色页岩等组成，为广海陆架相斜坡相。李向东等认为，三道坎组以浅灰色石英砂岩、灰白色白云质石灰岩、石灰岩互层为主，属于潮坪沉积；桌子山组以浅灰色厚层石灰岩为主，属于碳酸盐岩台地沉积；克里摩里组以薄层、瘤状石灰岩和黑色泥岩为主，属于斜坡相。王淑敏等认为，三道坎组属于混积潮坪相，桌子山组属于缓坡相，克里摩里组属于台地边缘相。陈强认为，三道坎组属于浅水潮坪海岸浅滩相，桌子山组属于台地前缘斜坡相，克里摩里组属于台地前缘相。于洲等认为，鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪克里摩里组乌拉力克组沉积期发育台地边缘、斜坡、深水陆棚和盆地种沉积相类型。孙远实等认为，奥陶系桌子山组主要发育台地边缘相高能沉积，岩性以白云岩为主；克里摩里组自东向西依次发育局限台地、开阔台地、斜坡及深水盆地相。吴东旭等认为，三道坎组属于缓坡相中的潮坪亚相；桌子山组总体属于缓坡型台地相，局部发育台内颗粒滩；克里摩里组主要为斜坡相，局部为盆地相；乌拉力克组属于以泥页岩沉积为主的盆地相。关于鄂尔多斯盆地沉积相类型认识的争议较大，一是因为盆地西缘奥陶系岩性相对单一，发育巨厚层或厚层灰岩或白云岩，沉积旋回不明显，缺少标志层，地层划分标准不统一；二是将盆地西缘奥陶系岩相作为沉积体系划分的主要依据，由于岩相具有多解性，造成沉积相划分不统一；三是古环境研究相对薄弱，古环境数据多为野外剖面采样，样品层位归属误差大，且数据连续性较差，造成沉积相受古环境的约束较弱。以井筒连续元素录井资料为主，结合钻井岩心、铸体薄片和野外露头剖面等资料，分析鄂尔多斯盆地中央古隆起左右两侧海域古环境特征及差异，揭示古环境约束下盆地西缘奥陶系重点层系的沉积相类型及演化特征，建立古环境及沉积演化模式，为鄂尔多斯盆地西缘奥陶系天然气勘探开发提供指导。区域地质特征构造特征鄂尔多斯盆地位于华北地台西南部，横跨陕西、山西、甘肃三省，以及内蒙古和宁夏回族自治区，为中国第二大沉积盆地，属于多旋回复合型叠合盆地，盆地结晶基底以太古代、元古代变质岩、岩浆岩为主，盖层为古生代以来的海相碳酸盐岩及碎屑岩地层，具有明显的双层结构 。奥陶纪，受基底构造活动影响，鄂尔多斯盆地中西部发育南北向“”型的中央古隆起（见图（），将奥陶纪海域划分为西缘贺兰海和中东部华北海，其中西缘贺兰海为受秦祁贺三叉裂谷系控制的拗拉槽，以坡度较陡的陆缘海沉积为主；中东部华北海为克拉通背景下的陆表海沉积。鄂尔多斯盆地西缘奥陶系缺失下统，中统达瑞威尔阶直接覆于寒武系之上，自下向上依次为三道坎组、桌子山组、克里摩里组；上统桑比阶自下向上依次发育乌拉力克组、拉什仲组、公乌素组和蛇山组。文中主要研究含气性较好的奥陶系图研究区地质概况 第期孙华丽等：鄂尔多斯盆地西缘奥陶系古环境恢复及沉积体系分析三道坎组、桌子山组、克里摩里组、乌拉力克组等重点层系（见图（）。鄂尔多斯盆地中东部奥陶系沉积马家沟组碳酸盐岩地层，根据海平面旋回变化，自下向上发育马家沟组一段（马一段）至十段（马十段）；受奥陶纪末期加里东运动影响，马六段及以上地层被剥蚀殆尽，仅在盆地东南部保留部分马六段。马家沟组沉积期，马一段、马三段和马五段属于海退蒸发盐岩沉积阶段，马二段、马四段和马六段属于海侵阶段。地层特征及对接关系鄂尔多斯盆地西缘奥陶系地层系统与盆地中东部及南缘的存在差异。关于盆地西缘与中东部地层对接关系的研究存在分歧。腾格尔 认为盆地西缘三道坎组对应中东部马一段，桌子山组对应中东部马二马三段，克里摩里组对应中东部马四马六段，乌拉力克组以上地层对应鄂尔多斯盆地南部平凉组；根据牙形刺及笔石生物标志带，陈强等、马占荣等 将东、西部地层统一为三道坎组对应马一马三段，桌子山组对应马四马五段，克里摩里组对应马六段，乌拉力克组以上地层对应鄂尔多斯盆地南部平凉组；根据生物化石对比，鲍志东等 将东、西部地层统一为三道坎组对应马一段，桌子山组对应马二马三段，克里摩里组对应马四马六段，其中顶部马六段大部分被剥蚀，乌拉力克组对应鄂尔多斯盆地南部平凉组。基于岩相、生物标准化石带、稳定同位素及年代地层对比，制定鄂尔多斯盆地西缘奥陶系最新统层方案，对鄂尔多斯盆地西缘重点层系进行小层划分，并与中东部地层进行旋回对接（见表）。其中，盆地西缘三道坎组对应中东部马一段，处于相对海退期；西缘桌子山组自下而上划分为桌桌段，分别对应中东部马二段马五 亚段，为多期海侵海退旋回期；西缘克里摩里组自下而上划分为克克段，分别对应中东部马五马五亚段，海侵海退旋回对应较好；乌拉力克组岩性以黑色笔石页岩为主，自下而上划分为乌乌段，该组在盆地中东部缺失，对应鄂尔多斯盆地南部平凉组下部地层。整体上，鄂尔多斯盆地西缘奥陶系统层方案等时性强，对接关系良好。表鄂尔多斯盆地西缘与中东部奥陶系重点层系对接关系 西部地层西部小层中东部地层全球海平面变化乌拉力克组乌段乌段乌段乌段缺失西部为半深海深海笔石页岩相克里摩里组克段马五亚段相对海退期克段马五亚段相对海退期克段马五亚段相对海侵期克段马五亚段相对海退期克段马五亚段相对海侵期桌子山组桌段马五 亚段马五、马五、马五 亚段沉积期为相对海退期，马五、马五亚段沉积期为相对海侵期桌段马四段海侵期桌段马三段海退期桌段马二段海侵期三道坎组马一段相对海退期古环境特征及演化根据鄂尔多斯盆地西缘与中东部地层对接关系，分析等时地层格架下海域古环境特征，以及与中东部海域的差异。古环境一般包括古盐度、古水深、古氧化还原环境、古生产力、古气候等种要素，。元东北石油大学学报第 卷 年付玲，赵振宇，高建荣，等鄂尔多斯盆地西部奥陶系地层划分与对比研究北京：中国石油勘探开发研究院，：素作为沉积物的主要组成物质，不同元素含量及其比值能够反映不同的古环境特征 。采用 线荧光光谱分析仪器进行井筒元素录井 。对岩心进行间距 的连续采样，每个点测量 个元素含量，对目的井段进行连续且全方位的古环境分析。选取鄂尔多斯盆地 口井的元素录井资料，其中西缘元素录井口（棋探、任、任、鄂 、马基和银探等井），中东部元素录井口（双 、米探、高平、靖探、陕 、宜 和宜 等井）（见图（），分析中央古隆起两侧古环境特征及差异。成岩蚀变程度 可以判断碳酸盐岩的成岩蚀变程度，当 时，样品保留原始地球化学特征或仅受微弱成岩作用的影响 。根据元素录井资料，分别统计鄂尔多斯盆地西缘和中东部奥陶系的 （见图（），盆地西缘和中东部奥陶系各层的 小于，其中盆地中东部马家沟组的 平均为，盆地西缘三道坎组乌拉力克组的 平均为，表明盆地西缘和中东部奥陶系的成岩蚀变程度与文献 结论一致，元素录井资料较好地反映原始数据的真实性。图鄂尔多斯盆地西缘及中东部奥陶系古环境元素分析 古盐度常用 反映古盐度变化 。海水中 的迁移能力较 的强，在海相沉积物中的富集程度较 的大，与古盐度呈正相关关系。一般情况下，当 时，指示海洋沉积环境；当 时，指示陆相微咸水或淡水环境；当 介于时，指示海陆过渡半咸水环境，。也指示古盐度，与古盐度呈负相关关系。鄂尔多斯盆地西缘与中东部奥陶系沉积期古盐度分区明显（见图（）。盆地西缘古盐度比盆地中东部的低，盆地西缘的 为，平均为，为 ，平均为；盆地中东部的 为 ，平均为，为 ，平均为。三道坎组克里摩里组沉积期，古盐度逐渐上升，克里摩里组乌拉力克组沉积期，古盐度呈下降趋势。整体上，盆地西缘与中东部奥陶系沉积期水体为咸水环境，中东部海域的盐度高于西部海域的。古气候元素 含量可以指示古气候的干湿程度，含量高指示干旱炎热气候，含量低指示温湿气候；第期孙华丽等：鄂尔多斯盆地西缘奥陶系古环境恢复及沉积体系分析可以反映古海水温度的变化，常用于研究古气候，高值指示干旱炎热气候，低值指示温暖湿润气候。和 也反映古气候，陶文星等 认为，当 时，指示温暖湿润气候，当 时，指示干旱炎热气候；与古气候呈负相关关系。盆地西缘与中东部奥陶系沉积期古气候分区明显（见图（），盆地西缘奥陶系的 为，平均为，为 ，平均为；整体属于干热型气候特征，三道坎组乌拉力克组沉积期，古气候从干热逐渐过渡到相对湿热。反映的相对气候变化表明，盆地西缘比中东部气候温湿。盆地中东部的 为 ，平均为，为 ，平均为。根据目前全球气候变化主要受纬度及海拔影响的特点，虽然奥陶纪鄂尔多斯盆地西缘与中东部海域被中央古隆起分隔，但二者所处纬度及海平面基本相同，处于赤道附近的低纬度地区，。中奥陶世中央古隆起两侧海域古气候特征相似，为干热型气候，盆地西缘水体较深，气候相对温湿。古氧化还原氧化还原条件指标可以反映古氧化还原环境，可用 指示。当时，指示还原环境；当时，指示氧化环境 。也可反映古氧化还原环境，当 时，指示强还原环境；当 时，指示氧化环境，。三道坎组乌拉力克组沉积期，根据元素录井资料，盆地西缘的为 ，平均为；为，平均为，水体由相对氧化环境逐渐过渡为缺氧的还原环境（见图（）；盆地中东部的为 ，平均为；为，平均为。与盆地西缘不同，盆地中东部处于陆表海环境，水体浅且蒸发量大，整体处于氧化环境。古水深元素 具有亲陆性，以机械搬运为主，距离源区越远，含量越低，通过 反映古水深，与古水深呈负相关关系。也可指示古水深。由图（）可知，盆地西缘的 为 ，平均为 ；为 ，平均为 ，沉积水体逐渐变深，沉积水体变化趋势与文献，结论一致。盆地中东部的