鄂尔多斯盆地南缘寒武纪岩相古地理特征及演化

2015-07-02刘晓光

石油地质与工程 2015年1期

关键词：寒武纪台地岩相

刘晓光

(重庆市地质矿产勘查开发局107地质队，重庆 401120)

鄂尔多斯盆地南缘寒武纪岩相古地理特征及演化

刘晓光

(重庆市地质矿产勘查开发局107地质队，重庆 401120)

通过对野外露头剖面、钻井及岩心观察，在地层划分与对比基础上，系统分析了鄂尔多斯盆地南缘寒武纪不同时期的岩相古地理特征。研究表明，受古陆及海平面升降的影响，研究区寒武纪具有三个演化阶段，辛集-朱砂洞组发育滨-浅海沉积体系，并逐渐向碳酸盐岩缓坡过渡；馒头组主要为碳酸盐岩缓坡沉积体系，自北向南发育内缓坡、外缓坡及深水盆地相沉积；张夏组海侵到达最大，碳酸盐岩台地形成，台缘鲕粒滩异常发育；三山子组由局限台地云坪、台缘滩、斜坡及深水盆地沉积组成。受后期表生溶蚀作用，张夏组台缘鲕粒滩及三山子组云坪局部形成优质储集层，为研究区寒武系最为有利的储集相带。

鄂尔多斯盆地；寒武纪；馒头组；张夏组；岩相古地理；沉积相演化

随着鄂尔多斯盆地奥陶系油气勘探开发不断深入，在下古生界急需寻找新的勘探领域。鄂尔多斯盆地南缘中上寒武统地层相对齐全，具有一定的潜在烃源岩及优质储层[1-2]，多口井出现含气层(宁探1井冒气达10分钟[3])，为下古生界重要的潜在天然气接替领域。目前，盆地南缘寒武系油气地质条件研究处于起步阶段，前人研究多针对全盆地甚至整个华北地台[3-8]，研究集中在地层划分问题上[9-11]，对岩相古地理面貌认识不清，严重制约着寒武系天然气勘探。鉴于此，以野外露头剖面、钻井资料为基础，结合前人研究成果，较为客观地恢复了鄂尔多斯盆地南缘寒武纪岩相古地理面貌，以期为寻找寒武系潜在烃源岩及优质储层平面展布规律提供地质依据，进而推动寒武系天然气勘探进程。

1 地质概况

中元古代末期，西缘裂谷相继关闭，海水退出，鄂尔多斯地区和华北地台逐渐形成一准平原化古陆[12]；寒武纪黔东世南皋期，秦岭区裂陷扩张向洋发展，海水从盆地西、南方向缓慢侵入研究区，辛集组地层仅在岐山、平1井等地区不整合超覆于震旦系罗圈组之上[13]，岩性主要为褐黄色含粉砂细粉晶白云岩、灰绿色泥岩，底部为含磷砂砾岩；随着海平面上升，在寒武纪南皋期末～台江期，研究区沉积了朱砂洞组、馒头组，岩性主要为紫红色泥岩、青灰、深灰色泥粉晶白云岩及鲕粒灰岩、生屑灰岩等，远端变陡，低能缓坡逐渐形成；至王村期，古秦岭洋进一步扩张[13]，碳酸盐岩台地形成，研究区沉积厚度巨大的鲕粒灰岩、鲕粒云岩；晚寒武世古丈期～牛车河期，海平面下降，水体能量降低，三山子组沉积了一套灰黑色中厚层状泥粉晶白云岩，竹叶状灰岩。

2 地层特征

研究区寒武纪以海相沉积为主，依据岩性及组合特征差异，自下而上可划分出辛集组、朱砂洞组、馒头组、张夏组及三山子组。

辛集组：与下伏地层呈不整合接触，主要岩性为褐黄色含粉砂细粉晶白云岩、灰绿色泥岩，底部为含磷砂砾岩，厚约30 m，呈带状分布，在古陆西南陇县牛心山一带地层出露较全，且有寒武纪标准化石分布，辛集组下部白云岩及鲕粒磷块岩中含软舌螺Hyolithessp.,辛集组中部含磷生物碎屑白云岩富含三叶虫Hsuaspis.zhoujiaquensis(周家渠许氏盾壳虫),H.shaanxiensis(陕西许氏盾壳虫)及Longxianaspislatilimbatus(陇县宽边宽蚜头虫)。

朱砂洞组：岩性以青灰、深灰色薄-中层状泥粉晶白云岩、泥质白云岩，夹薄层状泥云岩，厚约90 m，研究区东南部岩性主要为浅灰、灰白色中-厚层状石英砂岩，中上部夹紫红色含铁石英砂岩，结构和成分成熟度高，底部有底砾岩，厚度约60 m；朱砂洞组呈带状分布，地层分布较辛集组广，未见化石。

馒头组：地层总厚约170 m，根据岩性差异可分为三段，分别对应于原馒头组、毛庄组及徐庄组。下段为浅灰、灰色薄-中层状泥云岩、泥质白云岩、泥质灰岩，夹紫红色泥岩；中段岩性主要为紫红色泥岩、浅灰、灰色薄-中层状鲕粒灰岩，夹薄层状泥灰岩及泥晶灰岩，研究区北部可见浅灰色中层状砂岩及薄层状粉砂岩；上段以灰色薄层状泥灰岩、薄-中层状泥质条带泥晶灰岩、泥质灰岩为主，夹鲕粒灰岩、粉砂岩及泥质白云岩。

张夏组：主要为深灰、灰色薄-中层状泥灰(云)岩、泥晶灰(云)岩、灰、浅灰色中层状泥-粉晶云岩及颗粒灰(云)岩，颗粒以鲕粒为主，有少量砾屑、砂屑及生屑。

三山子组：与上覆地层呈不整合接触，厚约150 m。岩性以浅灰-灰色、深灰色薄-中层状泥云岩、泥质白云岩、白云岩为主，夹中-厚层状砾屑白云岩、生物屑白云岩及膏质白云岩。

3 沉积体系特征

在地层划分及对比基础上，通过对鄂尔多斯盆地南缘露头剖面及钻遇井资料研究发现，研究区寒武纪发育海相沉积体系，可划分出局限台地、开阔台地、台地边缘、内缓坡、外缓坡、滨海、斜坡和深水盆地相等8个沉积相类型，根据岩石学特征，又进一步分出若干亚相和微相(表1)。通过对研究区连井沉积剖面对比，明确了寒武纪沉积体系在二维空间上的展布规律，进而归纳出了三种沉积模式：以辛集-朱砂洞组为代表的滨、浅海沉积模式；以馒头组为代表的碳酸盐岩缓坡模式；以张夏-三山子组为代表的碳酸盐岩台地模式。研究区寒武纪经历了碳酸盐岩缓坡向台地演化阶段。

表1 鄂尔多斯盆地南缘寒武系沉积体系划分

4 岩相古地理特征

通过准确把握研究区内沉积体系和沉积模式，在沉积相标志识别、野外露头和钻遇井沉积相研究、沉积相对比剖面建立的基础上，利用地层厚度及白云岩、灰岩、鲕粒、深水沉积物等单因素，恢复了鄂尔多斯盆地南缘寒武纪各沉积期岩相古地理。

4.1 辛集组

从岩相古地理图可以看出(图1)，辛集组沉积期研究区表现为古陆-滨海-深水盆地(浅海)的古地理环境。这一时期海侵开始，古陆分布面积为寒武纪最大，主要分布在龙2-黄深1-西硙口一线以北，由于长期隆升，地形地貌差异大，物源供给充足，在古陆南部形成了滨岸相带，沿海岸线沉积了含磷砂砾岩、含磷白云岩、磷块岩等；深水盆地主要分布在千阳-淳探1-合阳一线以南；在岐山-富平地区存在一小型坳拉谷，岩性主要为灰绿色泥岩，生物含量及有机碳含量较高，可作为寒武系潜在烃源岩。

图1 鄂尔多斯盆地南缘辛集组岩相古地理

4.2 朱砂洞组

朱砂洞组沉积期岩相古地理基本继承了辛集组的沉积格局(图2)，古陆面积略有减小，黄龙-西磑口一线开始接受沉积，岩性为石英砂岩；与辛集期相比，朱砂洞期陆源碎屑明显减小，陇县-淳探1-白水一线以碳酸盐岩建造为主，逐渐向碳酸盐岩缓坡过渡，沉积岩性主要为白云岩，含少量石膏。

4.3 馒头组下段

馒头组早期，研究区沉积环境演变为碳酸盐岩缓坡，可划分出内缓坡和外缓坡两个亚相(图3a)。随着海平面的上升，古陆面积进一步缩小，研究区西部庆深2-镇探2井区开始接受沉积，古陆主要分布庆深2-龙2井以东、灵1-宜5一线以北；千阳-富平一线以北属内缓坡潮坪环境，根据岩性不同，以陇县-旬探1-白水为界，划分了云坪、灰坪(灰质澙湖)两个沉积微相(图3a)。由于沉积充填作用，早先的坳拉谷范围缩小，且明显向东迁移。

图2 鄂尔多斯盆地南缘朱砂洞组岩相古地理

4.4 馒头组中段

馒头组中期研究区海侵规模扩大，岩相古地理明显变化，古陆仅存北部莲6-吴起地区的伊盟古陆和镇探2-龙2井区的镇原古陆，“鄂尔多斯海”已初步形成，南部坳拉谷依稀可见(图3b)。内缓坡主要分布在陇县-淳探1-富平一线以北，庆深2井区属泥坪环境，岩性主要为棕灰色泥岩，庆阳-灵台地区属颗粒滩环境，根据岩性可进一步细分出砂滩和鲕粒滩两个微相；千阳-麟游一线以南为深水盆地环境。

图3 鄂尔多斯盆地南缘馒头组(下、中、上)和张夏组岩相古地理

4.5 馒头组上段

馒头组晚期，古陆进一步缩小，仅分布在镇原-龙2井地区，南部坳拉谷已不明显；与中期相比，晚期内缓坡颗粒滩具有分布面积广，沿潮坪边缘条带状分布的特点(图3c)，岩性主要为鲕粒灰岩，表明寒武纪缓坡已明显向台地相过渡。内缓坡泥云坪主要分布在庆深2-志丹-延川地区，庆阳-合水-宜川地区属泥灰坪沉积环境。

4.6 张夏组

张夏组沉积期研究区为典型的碳酸盐岩台地沉积，台地边缘分布面积大，台缘滩非常发育，吉县-黄龙-灵台等广大地区沉积了厚度巨大的鲕粒灰岩和鲕粒云岩，为本区寒武系最有利的储集岩类。此时，海侵达到最大，沉积覆盖区最广，研究区仅存镇原古陆；西部环县-陇县地区靠近西缘广海，海水循环良好，岩性主要为灰岩，发育开阔台地；局限台地主要分布子长-志丹-华池地区，岩性以浅灰-灰色薄-中层泥晶白云岩、含泥白云岩及灰质白云岩为主；以陇县-淳化-永济一线以南，逐渐向古秦岭洋过渡，沉积环境为斜坡-深水盆地沉积，沉积物为深灰色泥晶灰岩、泥质灰岩夹薄层泥灰岩(图3d)。

4.7 三山子组

三山子组沉积期研究区岩相古地理分布格局再一次发生变化，在大规模海退背景下，古陆面积扩大，莲6-龙2井广大地区遭受不同程度的剥蚀(图4)。研究区中南部，沉积了夹有白云质页岩的白云岩、藻生长丘、粉屑白云岩、灰、浅灰色泥云岩、云岩，属局限台地(泥)云坪沉积环境；台地边缘围绕(泥)云坪呈条带状分布，岩性主要为砾屑白云岩，这些质纯、性脆的白云岩经过后期表生溶蚀作用的改造，形成了较好的储层。

5 沉积相演化

通过对以上各期岩相古地理特征分析和研究，了解了鄂尔多斯盆地南缘寒武纪时空演化特征，并建立了寒武纪海相碳酸盐岩沉积演化模式(图5)。

图4 鄂尔多斯盆地南缘三山子组岩相古地理

在中元古代末期-寒武纪早期形成准平原化古陆的基础上，自寒武纪辛集组沉积期研究区海侵范围逐渐扩大，古陆面积不断缩小，研究区辛集组发育含磷碎屑岩滨岸沉积，朱砂洞组过渡为泻湖沉积(局限内缓坡)和砂滩沉积(海侵前锋，盆地东南)，南部岐山地区存在一坳拉谷，沉积物主要为灰绿色泥岩，为本区主重要的潜在烃源岩；随后，海侵进一步扩大，馒头组早-中期局限内缓坡潮坪面积扩大，研究区进入碳酸盐岩缓坡沉积，沉积物主要为紫红色泥岩、灰色泥晶灰岩、泥晶白云岩夹薄层鲕粒灰岩；馒头组晚期，内缓坡鲕粒滩沿潮坪边缘条带状分布，已明显向碳酸盐岩台地过渡；张夏组沉积期海侵到达最大，碳酸盐岩台地形成，在台地边缘区发育大量碳酸盐岩浅滩，岩性主要为鲕粒灰岩和鲕粒云岩，形成了寒武纪一套重要的储集层；三山子组沉积期研究区发生大规模海退，以局限台地沉积为主，岩性主要为厚层的泥晶云岩、泥质云岩等，边缘发育碳酸盐岩砾屑滩，受后期溶蚀作用改造，为本区另一套重要储集层。