陈安清，陈洪德，徐胜林，时 国，张成弓

(1.浙江大学海洋科学与工程学系，浙江 杭州 310058;2.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059;3.东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000)

鄂尔多斯盆地北部晚古生代物源体系及聚砂规律

陈安清1，2，陈洪德2，徐胜林2，时 国3，张成弓2

(1.浙江大学海洋科学与工程学系，浙江 杭州 310058;2.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059;3.东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000)

为了认识沉积充填与大面积成藏的关系，根据大量的野外露头和钻井资料，对鄂尔多斯盆地北部上古生界的物源体系和砂体发育特征进行研究。结果表明:本溪—太原期的陆表海阶段物源供给有限，小型潮控三角洲与大面积潮坪交错发育;山西—下石盒子期为陆内坳陷盆地形成发展期，物源供给充分，大型浅水三角洲在宽缓的斜坡上大面积聚砂;上石盒子期盆地进入成熟稳定阶段，坡降进一步降低，发育聚泥为主的网状河三角洲;在宽缓的古地貌背景下多河道浅水三角洲的频繁进退和侧向迁移，使多物源供砂、多水系输砂和缓斜坡聚砂组成的“源－输－汇”三元耦合聚砂系统形成了大面积立体网毯状砂体，为岩性－地层圈闭小而多、大面积分布奠定了基础，成就了鄂尔多斯盆地上古生界“满盆生气、到处含气、岩性控气”的富气规律。

石油地质;岩性;物源分析;网毯式聚砂;沉积充填;浅水三角洲;鄂尔多斯盆地

岩性－地层油气藏具有大面积成藏、大面积分 布的特点，是中国当前的四大勘探领域之一，并且成为了中国油气储量增长的主体［1］。截至2009年，鄂尔多斯盆地跃升为中国最大的天然气生产基地，产气量达208.1×108m3，这很大程度上归功于中国岩性地层油气藏地质理论和技术的形成与应用。已经发现的苏里格、乌审旗、榆林、米脂和大牛地等大型岩性地层气田的天然气主要赋存于伊陕斜坡北部的二叠系太原组、山西组和石盒子组。西部苏里格气田主力产层段为二叠系石盒子组盒8段及山西组山1段;东部榆林气田和米脂气田主力产层段为二叠系山西组山2段;东北部大牛地气田则以太2段为主要产层［3］。勘探开发实践表明，这些气田的河流－三角洲成因的砂岩储层具有岩性岩相变化快、展布面积大而薄、地震测井识别难、低孔低渗、非均质性严重等共同特征［2-6］，如何精确地识别和预测石英含量较高的中粗粒石英砂岩、岩屑石英砂岩储层成为提高勘探开发效益的难点。另一方面，各油气田主力产层的分布具有明显差异，进一步揭示河流－三角洲沉积体系所控制的优质储层发育范围和时空演化对扩大勘探领域至关重要。笔者综合野外露头、钻测井及地震资料，对鄂尔多斯盆地北部晚古生代物源、沉积体系和盆地结构所形成的特有的“源－输－汇”三元耦合作用及大面积聚砂特征进行研究。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地隶属华北地台西端的次级构造单元，其东以吕梁山为界，南接秦岭－祁连造山带，西界为贺兰山－六盘山，北邻兴蒙造山带，是一个多旋回克拉通叠合盆地［7］。早古生代，鄂尔多斯盆地受秦祁海槽和贺兰拗拉槽的控制，在西南缘形成“L”型古隆起;晚石炭世至二叠纪初期构造应力场转变为以秦岭海槽和兴蒙海槽俯冲形成的南北向挤压作用为主，在原来“L”型古隆起的基础上，形成继承性的南北向“I”型中央古隆起;早二叠世晚期开始，由于受到来自北方西伯利亚板块和南面扬子板块的强烈对挤作用，以及陆源碎屑物的填充补齐作用，古隆起基本消失，呈现南北高、中间低的古地理格局［4-8］。发育的晚古生代地层由下至上为:上石炭统本溪组(C2b)，为碎屑岩、煤层和碳酸盐岩组成的海陆交互相;下二叠统太原组(P1t)和山西组(P1s)，主要由海陆过渡相的灰色碎屑岩夹煤层组成;中二叠统下石盒子组(P2x)和上石盒子组(P2s)，为一套灰绿色至浅紫色陆相碎屑岩;上二叠统石千峰组(P3s)为一套紫色陆相砂砾岩与泥岩互层沉积。在盆地性质上可划分为两个大的盆地演化阶段和4种盆地类型［8］。

2 物源分析

2.1 古流向

古流向测定是物源分析和古地理重建的一个重要手段。野外古流向数据来自西北部的乌海公乌素剖面、石嘴山石炭井剖面，东北部的府谷海则庙剖面、保德扒楼沟剖面、柳林成家庄剖面的山西组和石盒子组，测量了砾石叠瓦构造、交错层理、槽模等具有古流向意义的近千个古流向数据。每组数据包括背景岩层产状和该沉积构造倾向(流向)的水平读数。通过赤平投影获得校正后的古流向数值:乌海公乌素剖面140°～185°、石嘴山石炭井剖面95°～135°、府谷海则庙剖面160°～185°、保德扒楼沟剖面140°～235°、柳林成家庄剖面160°～190°，主体方向为由北向南。因此，可以大致推断物源区为阿拉善－阴山古陆的不同地段。

2.2 砂岩岩屑类型

岩屑组分在风化、搬运、沉积、成岩过程中基本保留了物源区的母岩性质。岩屑分析可以追溯母岩岩性，再通过与相关造山带出露的岩石进行对比，不但可以确定物源区的具体位置，还能定位碎屑物主要来自哪套地层。岩屑鉴定显示山西组和下石盒子组均可分为4个岩屑组合区(图1)。山西组:盆地西北部石嘴山一带以沉积岩岩屑、岩浆岩岩屑组合为特征;紧邻的中西部杭锦旗－鄂托克旗一带以变质岩岩屑、沉积岩岩屑为主，岩浆岩岩屑少见;中东部乌审旗－靖边一带的岩屑类型为岩浆岩、变质岩和沉积岩岩屑的混合型;东部神木－米脂地区主要是沉积岩和变质岩岩屑，含量分别为57.6%和42.4%。下石盒子组的岩屑分布继承了山西组的特点，但中部的两个区混合性增强，3种类型的岩屑类型含量差别不大。阿拉善－阴山地区太古界和下元古界主要是一套以原岩为基性－中性火山岩建造为主的变质岩系，属地台基底;中元古界为地台早期盖层，为一套浅变质岩和沉积岩(石英砂岩、碳酸盐岩、页岩)建造。西北部阿拉善地区主要由太古界千里山群等组成;阴山西段大面积出露下元古界色尔腾山群、中元古界渣尔泰山群和元古界侵入岩;东段主要出露太古界上集宁群、乌拉山群，下元古界二道凹群，中元古界白云鄂博群。通过砂岩岩屑与上述物源区的岩石建造的对比分析认为，4个南北向的岩屑分区揭示盆地北部存在4个不同物源区的水系向盆内供砂。

图1 鄂尔多斯盆地北部山西组和下石盒子组砂岩岩屑类型分区Fig.1 Distribution of sandstone debris in Shanxi formation and Xiashihezi formation of north Ordos Basin

2.3 重矿物特征

重矿物一般耐磨蚀、稳定性强，保留了母岩的一部分特征，因此重矿物常用于物源分析中。距物源区愈远，重矿物种类及含量越少，稳定重矿物相对含量增加，不稳定重矿物减少甚至消失。陕196井等10余口井和野外剖面的重矿物样品分析结果显示，山西组和下石盒子组砂岩的重矿物主要有钛铁矿、锆石、石榴石、电气石，还有少量绿帘石、磷灰石、金红石、磁铁矿等。重矿物组合亦显示出山西组和下石盒子组具有4个明显的分区(图2)。

图2 鄂尔多斯盆地北部山西组和下石盒子组重矿物组合类型分区Fig.2 Distribution of heavy minerals in Shanxi formation and Xiashihezi formation of north Ordos Basin

山西组:西部石嘴山一带为石榴石、钛铁矿、锆石组合;中西部杭锦旗－鄂托克旗一带为钛铁矿、锆石、电气石组合;中东部为钛铁矿、锆石、磷铁矿组合;东部为锆石、石榴石、钛铁矿组合。下石盒子组的分区性与山西组基本相似:西部石嘴山一带为石榴石、钛铁矿、电气石组合;中西部杭锦旗－鄂托克旗一带为钛铁矿、锆石、电气石组合;中东部为钛铁矿、锆石、磷铁矿组合;东部为石榴石、锆石、钛铁矿、金红石组合。根据物源相同、古水流体系一致的碎屑沉积物的重矿物组合具有相似性的原理，认为重矿物组合的4个南北向分区亦揭示盆地北部存在4个不同古水流体系，并且能够与北缘阿拉善－阴山古陆的相应地段出露地层中的重矿物进行对比，进一步反映鄂尔多斯盆地北部晚古生代具有多物源、多水系的特征。

3 砂体发育规律及成因

3.1 砂体汇聚特征

以高分辨率层序地层学理论为指导［9-10］，对鄂尔多斯盆地北部山西组－上石盒子组进行系统的高分辨率层序地层分析，划分出山西期超长期旋回SSC1、下石盒子期超长期旋回SSC2和上石盒子期超长期旋回SSC3，进一步划分出了11个长期和24个中期旋回层序(图3)。以中期旋回为编图单元，编制了东北部的砂体等值线图及岩相古地理图，然后应用三维立体化技术［11］形象地刻画了不同时期的古河流－三角洲形态(图3)。

图3 鄂尔多斯盆地东北部山西—上石盒子组沉积充填模型与主要聚砂期Fig.3 Sedimentary filling model and major sandy accumulation period of Shanxi-Shihezi formation in north Ordos basin

(1)山西超长期旋回SSC1。基准面上升早—中期，陆缘碎屑物供给充沛，发育连续进积－加积型的潮控辫状河三角洲。上升晚期至下降早期，陆缘碎屑物供给有所减少，发育退积型三角洲。基准面进一步下降，海水最终退出鄂尔多斯盆地，河谷下切并向盆地迁移，造成沉积物搬运距离变远，河道变窄，沉积环境转化为河控湖泊曲流河三角洲。沉积充填特征揭示该超长期旋回处于海相盆地向陆内坳陷盆地的转换期，对应着物源区的构造活跃期，在多个物源供砂背景下成就了鄂尔多斯盆地的第一个主要的聚砂期。

(2)下石盒子超长期旋回SSC2。基准面上升早期(盒8上、盒8下段)，陆缘碎屑物供给充足，发育进积型的河控湖泊辫状河三角洲，沉积中心略向南迁移。上升中晚期(盒7、盒6段)，物源供给减少，早期的辫状河道转化为侧向侵蚀迁移作用为主的多河道曲流河。晚期(盒5段)，为陆内坳陷盆地最大湖泛期，三角洲向北退缩，平原上形成稳定构造背景下的相互交织的网状河。沉积充填特征揭示该超长期处于陆内坳陷盆地发展阶段，其早期为北部物源区的又一构造活跃期，强物源供给形成了另一主要聚砂期。

(3)上石盒子超长期旋回SSC3。该时期是湖泊面积最大的时期，入湖三角洲如现代的赣江鄱阳湖网状河三角洲［12］，以细粒沉积物加积作用为主，聚砂能力明显减弱。揭示该超长期处于陆内坳陷盆地成熟阶段，区域构造相对稳定，前期的充填补齐作用使得古地貌进一步变平缓。平缓的地貌由于河道化作用会发育众多稳定的相互交织的窄河道，河间发育冲积岛和大型洼地。因此，该时期的三角洲以聚泥为主，大片的泥岩层中穿行一些规模不大的鞋带状砂体。

高分辨率层序地层格架下编制的古地理图显示鄂尔多斯盆地北部山西组和下石盒子组的河道砂体具有大面积网状分布的特点，层序对比还显示同一时期的层序厚度在不同钻井中大致相等，揭示出研究区具有北高南低的低角度缓坡地貌结构特征。为了更好地揭示这种地貌背景下河道的迁移过程和聚砂特点，利用Matlab软件在前文编图范围内下石盒子组的几个中期旋回砂体等值线图上分别截取了3条分布于北部的冲积平原、中部的三角洲平原和南部的三角洲前缘的近垂直流向的图切剖面(图4)。

图4 不同相带的东西向砂体横切剖面Fig.4 Transverse section of sandybody in different facies belts(from east to west)

从第一剖面可以看出，MSCH1和MSCH3期的两个波峰代表了北部主要的两条主河道;MSCH5和MSCH7期依然以两个波峰为特征，但是东部河道明显变窄;MSCH9以后以多个波峰为特征，河流已演变为多河道的网状河。第二剖面中，各个时期的剖面线皆以多个波峰为特征，并且各个时期的波形呈现异相位，反映了多个河道在频繁的侧向迁移过程中反复地废弃与复活;随着时间演化，波峰增多，单个截面积有所减小，平原网状河化导致聚砂能力下降。第三条剖面中，各个时期的剖面线以波峰多而窄为特征，截面积略小于三角洲平原地区，表明三角洲前缘聚砂能力不如三角洲平原环境;特别是到了MSCH9之后，波形变得相对平坦，反映了古地貌变得平坦，较细的沉积物通过大面积相互交织的网状河道输送到盆地内较分散地沉积下来。3条剖面截面积随时间演化皆呈现逐渐减小的趋势，反映了超长期及长期基准面旋回的上升期对应着相对构造活跃时期和强物源供应期，是最有利的聚砂期;之后，由于物源供给不足，聚砂能力下降，以细粒沉积物沉积为主。同一时期不同部位的3条剖面线截面积很接近，即卸砂量接近，这表明鄂尔多斯盆地北部宽缓的地貌背景下发育建设性浅水三角洲，古水系水浅流急，沉积物长距离均衡卸载，没有明显的沉积中心，形成了浅水三角洲特有的大面积网毯状砂体。基准面升降过程中，岸线迁移频繁，多期次的网毯状砂体立体交织叠覆。

3.2 沉积物输送体系

沉积物输送体系一般是指碎屑物从母岩区搬运至沉积盆地的古水系，是沟通物源体系和汇聚盆地的桥梁，共同构成碎屑岩盆地沉积充填过程的“源－输－汇”三要素。通过对野外露头和钻井岩心的沉积学研究，结合中期旋回层序的砂岩等厚图揭示的砂岩宏观分散体系，按河型分类［13-14］共识别出4种类型的沉积体系，并分别建立了相应的模式图。

(1)潮控辫状河三角洲(图5(a))。鄂尔多斯盆地于本溪期开始应力场逐渐向南北对挤的格局转变，造成海相沉积不断向南退缩，来自北缘造山带的物源向盆地充填，形成小型潮控三角洲，与潮坪相交错发育。至山2期，发育了连续进积的大型辨状河三角洲，潮坪明显向南退缩。这个时期的三角洲规模大，聚砂能力强。辫状河道主要由成熟度较高的含砾粗砂岩、粗砂岩及中砂岩所组成。在东部榆林－子洲一带受河流和潮汐的共同作用，水下分流河道不大发育，单向水流成因的板状层理和双向水流成因的交错层理共存反映潮汐砂坝与河口坝同生共存，常夹若干海相页岩层。

图5 鄂尔多斯盆地北部不同类型的河流－三角洲沉积模式Fig.5 Several types sedimentation modes of river-delta of north Ordos Basin

(2)河控辫状河三角洲(图5(b))。发育于石盒子组下部，辫状河道主要由含砾粗砂岩、粗砂岩及中砂岩所组成，成熟比山西期略低，发育大型槽状交错层理、块状层理、斜层理和冲刷充填构造等。剖面结构表现为含砂率较高，砂泥比常大于1，砂体间冲刷强烈，常呈连续叠置状，偶夹薄层废弃河道沉积的泥岩。砂岩总体上较陡坡成因的砾质辫状河三角洲沉积细，属于缓坡背景下的辫状河三角洲。

(3)河控曲流河三角洲(图5(c))。发育于山1段、盒7段和盒6段，常见边滩、决口扇沉积，岩性以粗砂岩、中粗粒砂岩为主，颗粒呈次棱角一次圆状。河道的剖面结构表现为典型的下粗上细的“二元结构”。上部河漫沉积的细粒部分的厚度与粗粒部分平分秋色。由河床滞留和边滩沉积的砂体发育槽状交错层理、板状斜层理和平行层理，正粒序的水下分流河道与反粒序穹窿状的河口坝砂体共存。

(4)河控网状河三角洲(图5(d))。发育于下石盒子组，河道主要由中细粒砂岩组成，见中小型槽状层理、小型板状斜层理，网状河道砂体窄而薄，呈透镜状，常被冲积岛和泛滥平原沉积的泥岩隔挡，沉积旋回以对称型为主，砂泥比远小于1。河漫沼泽、河漫湖等越岸沉积富含黏土和泥炭，分布广泛。

4 结论与认识

(1)鄂尔多斯晚古生代陆内坳陷盆地北部的物源主要来自阿拉善－阴山古陆的4个不同地段，多个物源区的碎屑物通过多个水系输送到的浅水汇聚盆地缓坡带，形成广布式的“源－输－汇”三元耦合沉积充填系统。本溪期－太原期物源供给有限，小型潮控三角洲与大面积潮坪交错发育;山西期－下石盒子早期北升南降的成盆背景和填充补齐作用使中央古隆起消失，形成了鄂尔多斯盆地北部广阔的缓坡地貌，物源供给充分，浅水辫状河和曲流河三角洲大面积聚砂;下石盒子晚期—上石盒子期盆地进入成熟稳定阶段，湖平面上升，坡降进一步降低，发育聚泥为主的网状河三角洲。

(2)山西组早期和下石盒子组早期是盆地演化过程中的两个主要聚砂期，该时期高建设性的浅水辫状河三角洲在缓坡背景下沉积物长距离均衡卸载，没有明显的沉积中心，形成大面积网毯状砂体。基准面升降使浅水三角洲大范围往复进退和侧向迁移，造成多期次的网毯状河道砂体立体交织叠覆，形成了网毯状砂体。

(3)基准面旋回变化过程中“源－输－汇”三元耦合聚砂形成的大面积立体网毯状砂体是鄂尔多斯盆地上古生界岩性－地层气藏小而多、大面积分布的基础，加上本溪期－山西期的煤系地层构成的广覆式生烃灶和上石盒子组聚泥为主的网状河－网状河三角洲体系铸造的区域性厚层泥岩盖层，成就了鄂尔多斯盆地上古生界“满盆生气、到处含气、岩性控气”的富气规律。

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Provenance and sandy accumulation regularity of Neopaleozoic in North Ordos Basin

CHEN An-qing1，2，CHEN Hong-de2，XU Sheng-lin2，SHI Guo3，ZHANG Cheng-gong2
(1.Department of Ocean Science and Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China;2.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China;3.College of Earth Sciences，East China Institute of Technology，Fuzhou 344000，China)

The Neopaleozoic lithostratigraphic hydrocarbon reservoir is a hot spot of exploration in Ordos Basin.In order to recognize the relationship between sedimentary filling and large-area reservoirs distribution，based on abundant data of outcrops and well-drillings，the characteristics of provenance and sand body of upper Paleozoic in north Ordos Basin were researched.The results show that during the period of Benxi and Taiyuan，clastics supply was inadequate，and the margin of epeiric sea was filled by small-sized tide dominate delta and broadly tide flat.During the period of Shanxi and Shangshihezi，clastics supply was abundant，and Ordos intercratonic depression basin formed and sand was widely accumulated by largescale shallow water delta.During the period of Xiashihezi of basin maturity phase，its slope gradient decreased，and mass of fine grained sediment was deposited by anastomosed river delta.The sandy accumulation system of"provenance-transportation-aggregation"ternary factors coupling charactered by multi-provenances，multi-drainage shallow water delta and gentle slope palaeogeomorphy，builded up three-dimensional netty-blanket sand-boy，formed multi and small scale lithostratigraphic trap which was of large-area distribution，made the regularity of"gas generating in the whole basin whole，gas-bearing widely，gas reservoirs controlling by lithology".

petroleum geology;lithology;provenance;netty-blanket sandy accumulation;sedimentary filling;shallow water delta;Ordos Basin

TE 121.3

A >

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.06.001

1673-5005(2011)06-0001-07

2011－03－16

国家重大科技专项课题(NO.2008ZX050441－2);国家自然科学基金青年基金项目(41002007)。

陈安清(1981－)，男(汉族)，江西吉安人，博士后，主要从事沉积学研究。

(编辑 徐会永)