刘 璇,丁晓琪,2,万友利,刘 梅

(1.成都理工大学 能源学院,四川 成都 610059; 2.西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都 610500)

鄂尔多斯盆地长9段沉积物源分析

刘 璇1,丁晓琪1,2,万友利1,刘 梅1

(1.成都理工大学 能源学院,四川 成都 610059; 2.西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都 610500)

近年来,鄂尔多斯盆地长9段钻遇一批工业油流井,显示长9段油藏具有良好的勘探潜力.由于对个别区域的物源存在争议,影响勘探进程.为确定长9段沉积物源,对长9段野外露头、岩心进行取样,通过偏光显微镜对砂岩薄片进行观察,获得大量关于轻、重矿物组分的信息.根据矿物含量组合特征,结合周缘露头、地质背景及古水流的测定,分析母岩及物源方向.结果表明:研究区内不同区域的重、轻矿物组合特点明显不同;长9段沉积期,主要存在北东、北西、西、南西及南部5个物源,具有典型的山间型盆地的特征.这些物源在盆地中心的吴起、富县一线发生汇聚.盆地西物源的存在说明南北向的中央古陆梁可能存在,中央古陆梁提供部分西物源;盆地南物源的存在说明宁县、正宁、宜君地区具备油气富集条件,具有油气勘探潜力.

物源;重矿物;轻矿物沉积;长9段;鄂尔多斯盆地

0 引言

鄂尔多斯盆地是我国中西部重要的含油气盆地之一,是受多期次构造活动控制发育的复合盆地,油气资源勘探面积为10×104km2.从下古生界到中生界均有油气资源发现,石油、天然气资源量分别为86×108t和11×1012m3,勘探潜力巨大[1],中生界发育多套生储盖组合.前人对中生界延长组物源特征进行研究:周鼎武等认为延长组物源区主要来自西南、西北、东北方向[2],杨华、陈全红等分析长6、长2+3油层组沉积期的物源方向[3-4],吕强等认为延长组沉积时期受三大物源控制并进一步识别出6个次级物源[5],张哨楠等研究表明鄂南地区在延长期广泛接受来自西北和西南方向的物源供给[6],罗静兰等分别分析鄂南地区长8、长6段沉积期物源特征[7],赵俊兴等在鄂南识别出三大物源并进一步分为5个次级物源[8],郑荣才等研究白豹—华池地区长6段物源[9],邓昆等通过地球化学分析富县探区长6、长8段的物源特征[10],Ding Xiaoqi、万友利等分别对鄂南地区长6、长8段进行综合研究,并分析物源与成岩耦合关系[11-12].这些研究普遍认为鄂尔多斯盆地延长组发育于一个多物源供给的体系环境,以东北和西南为主要的物源供给方向,并存在其他方向的物源作为补充.随着勘探的进行,长9段成为盆地内部中生界找油战略的新层位,但对长9段物源特征研究的不够深入,对于个别物源问题仍存在争议,如是否存在西部物源、是否存在南部物源、物源的影响范围有多大等.根据重、轻矿物分布规律及组合特征等,结合古流向的测定,笔者对长9段沉积物源进行总结归纳,并对争议较大的南物源和西物源进行界定,为长9段勘探和研究提供地质依据.

1 区域地质背景

延长组沉积期盆地周缘存在多个古陆:北部的阴山古陆、西北的阿拉善古陆、西南的陇西古陆和南部的秦岭古陆[13-15](见图1),盆地周缘的老地层构成古陆的主要组成部分.中生界延长组是发育在陆相湖盆中的一套碎屑沉积体系,延长组沉积充填记录湖盆的间歇震荡式湖侵湖退的过程,自下而上分为10个油层组.长9段沉积期,由于西南边缘断裂活动加剧形成西南陡、东北缓的不对称湖盆,盆地内主要发育三角洲沉积环境与牵引流作用有关的分流河道、天然堤、决口扇、三角洲前缘的河口坝、远砂坝、席状砂,以及滨浅湖环境与湖浪和湖流改造作用有关的砂质滩坝、席状砂等砂体.这些沉积相在平面上有序配置及在垂向上相互叠置,使其具有良好的生储盖组合,成为一个油气富集区[16-17].盆地内的延长组是我国最早发现油气的层位,也是近年进行勘探开发的主要目的层[18-19].

图1 鄂尔多斯盆地晚三叠世周缘古陆分布Fig.1 Ancient land distribution on the basin margin in late Triassic Ordos basin

2 物源分析

研究主要围绕2个方面:(1)确定盆地内的物源方向.通过对出露剖面斜层理的测定研究古流向方向,确定物源方向;通过收集数据,编制不同沉积时期重矿物、轻矿物的分布图并与周围母岩进行对比,进一步确定物源区,明确不同物源的影响范围.(2)不同物源区母岩性质的厘定.结合盆地周缘古陆岩性资料及已有研究成果,对研究区周围的物源进行分析,采用对比的方法与研究区的岩性进行对比.

2.1 长9段重矿物组合特征

不同类型母岩的矿物组分不同,经风化破坏后产生不同的重矿物组合[20].同一种重矿物也有可能来自不同类型的母岩,因此综合重矿物的特征、含量及其组合,判识母岩类型、古流向及古地理等[21-22].鄂尔多斯盆地延长组重矿物特征与物源判识已取得成果[23],进一步分析鄂尔多斯盆地长9段砂岩中重矿物的分布特征及其物源.根据重矿物的含量及其组合,可将研究区的重矿物分布划分为4个区域(见图2).

Ⅰ区位于研究区东北部,有6口井、9个数据点,重矿物质量分数由高到低依次是石榴子石(79.05%)、绿帘石(10.33%)、ZTR(5.77%)、白钛矿(2.60%)、榍石(0.83%)、钛磁铁矿(0.95%).该区是富含石榴子石区,是长9段中石榴子石质量分数最高的区域.绿帘石质量分数相对长9段的其他区域来说较少,仅高于Ⅳ区.锆石加电气石加金红石(ZTR)稳定矿物组合质量分数在4个组合区中最低.这说明东北部主要来源于变质岩和酸性岩浆岩为主体的母岩,推测为古阴山东段及乌兰格尔古隆起的高级变质岩和酸性岩浆岩[24].

Ⅱ区位于研究区西北部,有9口井、13个数据点,重矿物质量分数由高到低依次是石榴子石(56.37%)、绿帘石(18.92%)、白钛矿(11.81%)、ZRT(9.74%)、钛磁铁矿(2.12%)、榍石(0.86%).重矿物组合以绿帘石质量分数高和石榴子石质量分数相对低为特征,绿帘石质量分数在4个组合区中最高,石榴子石质量分数为最低.该重矿物组合反映它们主要来源于变质岩和酸性岩浆岩为主体的母岩,推测为西北侧阿拉善古陆的高级变质岩和酸性岩浆岩.不稳定重矿物绿帘石的质量分数高,也反映陆源碎屑的搬运距离较短,西北部定边地区长9段砂岩粒度较粗也证实这一点.

Ⅲ区位于研究区西南部,有12口井、19个数据点,重矿物质量分数由高到低依次是石榴子石(66.94%)、绿帘石(10.86%)、白钛矿(9.66%)、ZTR(8.13%)、榍石(2.03%)、钛磁铁矿(1.17%).石榴子石和绿帘石是该区重矿物的重要组成部分,榍石质量分数在4个组合区中最高.该重矿物组合反映它们主要来源于变质岩和酸性岩浆岩为主体的母岩,推测西南侧陇西古陆的变质岩和酸性岩浆岩是该区域的主要物源.

Ⅳ区位于研究区南部,有8口井、13个数据点,重矿物质量分数由高到低依次是石榴子石(70.98%)、ZTR(13.63%)、白钛矿(8.80%)、绿帘石(1.72%)、钛磁铁矿(1.17%)、榍石(0%).以稳定性重矿物质量分数高为特征,是富含稳定重矿物组合区.锆石加电气石加金红石(ZTR)稳定矿物组合的平均质量分数是4个区域中最高的,稳定性相对差的绿帘石和榍石在区域内最少,推测母岩为南侧古秦岭的变质岩和酸性岩浆岩,并且经过长距离的搬运.

2.2 长9段轻矿物组合特征

由于物源区母岩的成分、结构、风化稳定度等方面存在显著差别,构造背景、盆地坡降、碎屑物质搬运距离存在较大差异,在风化、搬运、沉积过程也受到不同程度的改造[25].如石英相对长石较为稳定,在母岩区的源岩成分一致或相似条件下,可以推断富含石英的砂岩搬运距离较远.因此,不同物源体系中沉积的石英、长石、岩屑等陆源碎屑物的种类与含量,不仅可以提供对应物源区的信息,并且可以划分物源体系.

研究区长9段的长石含量普遍较高,石英含量中等,岩屑以火山岩屑和变质岩为主,沉积岩岩屑几乎没有.根据盆地长9段的轻矿物含量及组成,将长9段轻矿物组合划分为5个区域(见图3).

Ⅰ区位于研究区的东北部,有6口井、7个数据点,为贫石英组合区.以长石岩屑砂岩、长石砂岩和岩屑长石砂岩为主,岩屑砂岩次之,分选较好,磨圆较差,形成于三角洲平原分流河道微相[26].其中石英体积分数较低,为26%;长石体积分数为35%;火成岩和变质岩体积分数分别为6%、16%;沉积岩占所有稳定矿物的1%;其他类型稳定轻矿物所占比例是所有区域中最高的,为9%.岩屑组合以富变质岩屑、低沉积岩屑组合为特征.根据该区的稳定轻矿物组成,结合重矿物,可以得出碎屑岩主要来自以变质岩占优势的多类型母岩,推测以高级变质岩、酸性岩浆岩为主,即东北部物源体系的母岩由古阴山及乌兰格尔隆起区以古老高级变质岩为主体,含有岩浆岩和少量沉积岩的多种岩石类型组成.

图2 鄂尔多斯盆地长9段重矿物组合分布Fig.2 Heavy mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

图3 鄂尔多斯盆地长9段轻矿物组合分布Fig.3 Light mineral distribution of Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

Ⅱ区位于研究区西北部,有11口井、13个数据点.该区的长石和石英体积分数分别为36%和31%,长石是稳定轻矿物组合中最主要的组成部分.其余岩屑体积分数为:变质岩18%,火成岩7%,其他4%.西北物源体系岩屑成分以高变质岩屑、贫沉积岩屑组合为特征.这一组合特征说明该处的母岩类型为变质岩占优势的多类型母岩,推测西北部物源体系的母岩主要由阿拉善古陆的前震旦纪—震旦纪片麻岩、片岩、混合岩、石英岩、板岩等变质岩组成.

Ⅲ区位于研究区西侧,分布范围较小,有3口井、3个数据点.该区的稳定轻矿物特点是石英和火成岩屑的含量高,是富石英贫长石组合区.该区的石英体积分数高达31%,是研究区内最高的,长石体积分数为全区内最低(29%),是唯一石英体积分数高于长石的区域.火成岩体积分数为15%,大于其他区,但小于变质岩体积分数(17%),其他轻矿物占3%.因此,判断该区物源以变质岩和火成岩为主,物源既不同于北部,也不同于南部,推测物源来自南北向的中央古陆梁.

Ⅳ区位于研究区西南部,有11口井、13个数据点,以变质岩含量高、长石与石英含量基本相同为主要特点,是富石英和变质岩屑组合区.砂岩中石英体积分数为30%,长石质量分数为31%,变质岩体积分数为22%,为研究区最高值.火成岩和其他轻矿物体积分数分别占10%和3%.物源体系以高变质岩屑和火成岩屑为特征.该区的母岩类型为变质岩占优势的多类型母岩,推测西南部物源体系主要来自秦祁褶皱造山带及陇西古陆,母岩类型多样,主要由花岗岩和中基性岩、片麻岩、片岩、千枚岩、板岩以及火山岩、碎屑岩与碳酸盐岩[27]等组成.

Ⅴ区位于研究区南部,有11口井、14个数据点,是富长石贫石英组合区.以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主要的砂岩类型,成分成熟度低、结构成熟度中等至好[28].该区的砂岩特点是长石和石英的含量高,尤其是长石体积分数为48%,远大于石英的体积分数(22%).长石和石英的高比例导致岩屑含量少于其他区域,其中火成岩占5%,变质岩占10%.这一特点表明V区距离物源区较近,砂岩保留较多的母岩性质,母岩岩性是以变质岩为主的多类型母岩.南部物源体系以变质岩屑和火成岩屑组合为特征,推测南部物源体系主要来自古秦岭的元古代和早古生代火山岩、片岩、片麻岩、大理岩、变质碎屑岩,以及火山碎屑岩、碎屑岩、碳酸盐岩等组成的母岩.

2.3 古水流特征

研究区四周普遍为三角洲沉积相,向中间砂体变薄,逐渐向湖泊相转变[23-24,29].通过对剖面露头交错层理倾向的测定,做出玫瑰花图(见图4),可以看出长9段古水流方向源于盆地周缘.特别需要注意的是盆地南部长武、彬县、铜川一带,所测的古水流均为北西方向,反映出存在自南向北或自南东向北西方向的古水流;富县仕望河所测的古水流为自北向南方向,说明来自北部三角洲和来自南部的三角洲在富县—宜川地区发生汇聚.由此可以看出,湖盆接收来自盆地东北部、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“山间型”内陆盆地的古地理背景.

3 物源分析

东北物源主要来自古阴山的变质岩、乌兰格尔古隆起的高级变质岩(麻粒—孔兹岩系)和酸性岩浆岩组合[30],与北西物源在吴起—靖边一线有叠加,向南延伸到富县与洛川之间.以重矿物中石榴子石含量高,轻矿物中长石含量高为特征.

西北物源主要来自阿拉善古陆的高级变质岩和酸性岩浆岩为主体的母岩,向南的影响范围不超过麻黄山,向南东方向延伸至吴起.以重矿物中石榴子石和绿帘石含量高,轻矿物中石英含量相对较高,并且粒度粗为特征.

西物源主要来自中央古陆梁的变质岩和火山岩组合.受取样资料的限制,影响范围尚不清楚,环县附近受西物源的影响,轻矿物的典型特征是火山岩屑含量高.

西南物源主要来自陇西古陆的片麻岩和花岗岩,也是古秦岭的元古代与早古生代变质岩和岩浆岩组合,影响范围向东可达长武—宁县—合水一线,向北不超过环县,在湖盆中心的华池—吴起地区与东北物源发生汇聚.重矿物中榍石含量较高,轻矿物中石英、长石和岩屑含量基本相等.

南部为陇西古陆及秦岭的变质岩和酸性岩浆岩或多种岩石类型的组合,如元古代和早古生代火山岩、片岩、片麻岩、大理岩、变质碎屑岩,以及火山碎屑岩、碎屑岩、碳酸盐岩等,向南影响范围不超过富县.重矿物中富ZTR贫绿帘石,轻矿物中富长石贫石英,粒度较细,反映长距离搬动的特征.

图4 鄂尔多斯盆地长9段古水流玫瑰花图Fig.4 Palaeocurrent's Rose diagram of the Chang9 interval,Yanchang formation in Ordos basin

4 结论

(1)长9段沉积期,鄂尔多斯湖盆受多物源控制,形成典型的山间型盆地,湖盆中心为物源汇聚区,南、北两大物源汇聚于吴起、富县一线.

(2)环县地区长9段轻矿物富火山岩岩屑,与盆地其他地方有别,反映存在西物源的可能,说明南北向的中央古陆梁是存在的.

(3)南物源的存在说明富县以南地区砂体发育,考虑延长组南部烃源岩发育,推测宁县、正宁、宜君地区具备油气富集条件.

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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;编辑:陆雅玲

国家自然科学基金项目(41302115);博士后科学基金项目(2012M511941)

刘 璇(1992-),女,硕士研究生,主要从事储层沉积学与油藏地球化学方面的研究.

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