鄂爾多斯盆地中、早二疊世沉積體系

鄂爾多斯盆地中、早二疊世沉積體系

鄂爾多斯盆地是一個大型內(nèi)陸盆地，晚古生代地層是重要的儲層。湖泊三角洲砂體分布廣泛,但各類砂體的物性有較大的區(qū)別。這主要是由于沉積環(huán)境和沉積體系的不同產(chǎn)生的,其中三角洲前緣砂體的物性最好,而三角洲砂體的展布主要受物源區(qū)控制,其物性受源區(qū)古陸母巖的影響。因此,對鄂爾多斯盆地晚古生代的陸源碎屑沉積物源的研究具有重要意義。陸源碎屑沉積具有多物源區(qū)的供給是鄂爾多斯盆地晚古生代沉積的一個特點。多物源區(qū)明顯反映在一是盆地周緣古陸的存在;二是砂巖巖石類型及主要組分的空間變化、重礦物組合類型及變化、砂體展布、古地理格局及古流向等沉積特征上。1區(qū)域地質(zhì)背景和周邊古陸1.1晚石炭世后盆地區(qū)構造格局變化鄂爾多斯盆地是指河套盆地以南、渭河地塹以北、銀川地塹以東、晉西撓褶帶以西的廣大地區(qū),面積約25×104km2。該盆地位于華北克拉通西部,是一個穩(wěn)定沉降坳陷遷移、扭動明顯的位于古老結晶基底之上的多旋回克拉通矩形盆地。鄂爾多斯盆地是華北地臺的次級構造單元,其晚古生代的構造演化與華北地臺相一致,與興蒙海槽和秦祁海槽的構造活動緊密相關,同時受到特提斯構造域和太平洋構造域的雙重作用。早古生代盆地區(qū)主要為陸表海,周圍被古陸和島嶼所環(huán)繞,形成厚層碳酸鹽沉積。中奧陶世后,盆地整體隆起為陸,遭受風化剝蝕達100Ma以上,形成了極具油氣勘探意義的奧陶系頂部風化面。晚石炭世華北地臺在以拉張為主的構造應力下整體緩慢下沉接受沉積,古地理格局繼承了早古生代南北隆起、東西凹陷和中央為一鞍部的特征。至海西運動中期,秦祁海槽與興蒙海槽的再度拉開,使盆地發(fā)生區(qū)域沉降,華北海和祁連海分別從東西方向侵入,盆地重新開始接受海相沉積。但東西凹陷的程度及海侵的時間是不同的。到海西運動末期,在南北海槽的對擠和夾擊下,海水退出盆地區(qū),東西差異減弱、南北差異加大,西緣和北緣相繼抬升,形成統(tǒng)一的南陡北緩的克拉通坳陷盆地,開始其陸相沉積的新階段。1.2陰山-北北方盆地南緣和北緣由前寒武紀各類巖漿巖、變質(zhì)巖及沉積巖組成。太古界、元古界地層組成的古老巖系,元古代以后長期處于剝蝕隆起地區(qū),石炭-二疊系與前寒武系呈不整合接觸。西北方及北方為阿拉善-陰山古陸,南方有祁連-秦嶺古陸,西南方有六盤山古陸(圖1)。在陰山地區(qū),上石炭統(tǒng)拴馬樁組不整合于元古界二道凹群之上;在烏海吳四圪堵,太原組與元古界不整合接觸;井下如伊4,伊6,伊17,伊18,伊20,伊22,伊23,伊24及伊深2,鄂3等井,太原組分別與太古界、元古界接觸;東秦嶺洛南二疊系腦包溝組與下元古界呈不整合接觸;六盤山古陸由下元古界海原群組成,海原縣華山、西華山及古吉縣月亮山等地缺失中、上元古界,石炭-二疊系與下元古界呈不整合接觸。因此,陸源碎屑物質(zhì)主要來自西北及北方的阿拉善-陰山古陸、南方的祁連-秦嶺古陸及西南的六盤山古陸。2巖成分及成因分類砂巖是陸源碎屑巖的主要巖石類型,其碎屑物質(zhì)主要來源于母巖機械碎壞的產(chǎn)物,是反映物源來源的重要標志。按劉寶王君(1978)砂巖成分-成因分類,上古生界中砂巖以中粗粒巖屑砂巖、長石巖屑砂巖為主,其次有巖屑長石砂巖、巖屑石英砂巖。不同地區(qū)及不同層位,碎屑成分含量有所變化(表1),本溪(羊虎溝)組石英含量高,以石英砂巖為主;而山西組、石盒子組、石千峰組巖屑含量較高,石千峰組中長石含量也較高,以巖屑砂巖為主,其次有長石巖屑砂巖。西緣、南緣的石英含量高于東緣,北緣和東緣長石的含量高于南緣、西緣。2.1石英碎屑顆粒來源根據(jù)40口井210個數(shù)據(jù)對山西組、下石盒子組砂巖鏡下特征分析、石英顆粒的成因類型統(tǒng)計(表2),從總體上看,石英顆粒的成因類型以花崗巖型和變質(zhì)巖型為主,沉積巖型含量少并以燧石為主。這表明晚古生代,鄂爾多斯盆地沉積物質(zhì)主要來源于周緣前寒武系的古老山系地層。石英顆粒成因類型的特征分析除了鏡下特征外,還可從石英陰極發(fā)光特征來判別它的成因類型。來源于火山巖、深成巖的石英,發(fā)光顏色以藍、紅為主;來源于深變質(zhì)巖的石英,發(fā)光顏色以藍紫色為主;淺變質(zhì)巖以棕色為主;來自沉積巖的石英不發(fā)光。我們選擇141井區(qū)陜140,陜142,陜143,陜178,陜199等8口井30塊薄片分別對山2,山1,盒8,盒7砂巖進行陰極發(fā)光研究,其結果如表3。表3也明顯反映石英碎屑顆粒來源以深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖為主,其次是深成巖。141井區(qū)北緣就是陰山古陸,陰山古陸是中國北方太古代變質(zhì)雜巖(烏拉山群和上集寧群)及中元古界淺變質(zhì)巖系白云鄂博群發(fā)育地區(qū),石英碎屑來源與陰山古陸的供給有關。2.2巖屑類型及含量變化上古生界砂巖類型中主要是巖屑砂巖,巖屑的類型有侵入巖、火山巖的巖漿巖巖屑,有片巖、千枚巖、板巖、變質(zhì)石英巖、變質(zhì)砂巖等變質(zhì)巖巖屑,還有砂巖、泥巖、灰?guī)r及白云巖的沉積巖巖屑。根據(jù)20條剖面及200井1021個數(shù)據(jù),對山西組、下石盒子組巖屑類型統(tǒng)計見表4和表5。山西組巖屑砂巖依據(jù)其巖屑類型變化可分四個區(qū)(表4,圖1)。東、西部地區(qū)巖屑類型以沉積巖、變質(zhì)巖的巖屑為主;伊金霍洛旗、橫山、靖邊中部地區(qū)巖屑類型含量以混合變化為特點;南部地區(qū)以巖漿巖巖屑為主。下石盒子組巖屑砂巖中巖屑類型含量變化可分為六個區(qū)(表5,圖2)。從山西組、下石盒子組巖屑砂巖巖屑類型及其含量變化,一方面說明巖屑來源于周邊前寒武系古老巖系,以變質(zhì)巖巖屑、沉積巖巖屑為主;另一方面巖屑類型含量變化明顯地有分區(qū)性,并且山西組與下石盒子組的分區(qū)之間有相似性和繼承性的特征,說明陸源碎屑物的來源受同物源區(qū)以及沉積環(huán)境控制。在盆地北部地區(qū)從西到東存在三個分區(qū),這可能反映三條水系或不同三角洲砂體存在。3下石進行重礦物組合類型特征砂巖中重礦物組合類型及其分布也可作為物源區(qū)分析依據(jù)之一。我們重點對山西組、下石盒子組中細粒砂巖中重礦物進行了分析,主要重礦物有鈦鐵礦、鋯石、石榴石、電氣石,還有少量的磷灰石、金紅石等。根據(jù)11條剖面、55口井和457個數(shù)據(jù)統(tǒng)計繪制了山西組、下石盒子組重礦物組合類型分布圖。山西組重礦物組合類型如表6,可劃分為五個區(qū)(圖3),Ⅰ區(qū)以鋯石>鈦鐵礦,及鋯石+鈦鐵礦>90組合為主,僅海則廟剖面特殊,石榴石占99%;Ⅱ區(qū),重礦物組合特征為鈦鐵礦>鋯石,鈦鐵礦+鋯石>80%,次要重礦物組合類型多;Ⅲ區(qū),重礦物組合為鈦鐵礦>電氣石>鋯石,鈦鐵石+電氣石+鋯石大于95%;Ⅳ區(qū),石榴石+鋯石+綠簾石>95%;Ⅴ區(qū),富縣、銅川地區(qū),重礦物組合具有多樣性:一是鈦鐵礦+鋯石>95%,如富深1、石川河剖面;二是榍石+鋯石>95%,如淳探1井;三是磁鐵礦+鋯石>95%,如洛河剖面。下石盒子組重礦物組合類型可分為六個區(qū)(表7,圖4),Ⅰ區(qū)重礦物組合為石榴石+鋯石>85%;Ⅱ區(qū)重礦物組合為鋯石+鈦鐵礦>95%;Ⅲ區(qū)重礦物組合為鈦鐵礦+鋯石>80%;Ⅳ區(qū)重礦物組合為鈦鐵礦+鋯石+電氣石>85%;Ⅴ區(qū)重礦物組合具有多樣性的特點;Ⅵ區(qū)重礦物組合為鋯石+鈦鐵礦>90%。但是考慮到重礦物的稀釋效應,Ⅰ和Ⅱ兩區(qū)應并為一個區(qū)較為合理,這樣就與山西組的分區(qū)相一致了。山西組、下石盒子組Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ區(qū)中的鋯石特征均為乳白色、淺黃色,或淡玫瑰紅色,半透明,金剛光澤,粒徑0.45mm以下,主要晶形為柱面,和錐面,組成復四方雙錐柱狀。這種鋯石特征與內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)志對阿善-陰山古陸內(nèi)太古界、元古界中混合花崗巖及侵入巖體中鋯石描述特征相似。山西組、下石盒子組在鄂爾多斯盆地的重礦物組合類型東、西、南、北不同,而且從邊緣區(qū)域向盆地中部不穩(wěn)定重礦物與穩(wěn)定重礦物之含量比逐漸減小,這反映物源區(qū)不同。另外,重礦物組合類型同巖屑類型一樣,有明顯分區(qū)性,并且山西組與下石盒子組分區(qū)之間有繼承性,特別從西到東有3～4個南北向分區(qū),這表明在早二疊世山西期和中二疊世下石盒子期盆地北部陸源碎屑沉積物來源至少受到幾條水系控制。4巖石學和地質(zhì)背景砂體展布、古地理格局及古流向是反映物源來源重要標志。晚石炭世晚期本溪組及早二疊世早期太原組為海侵期形成清水與渾水混合沉積,由陸源碎屑巖、碳酸鹽巖夾煤層組成,為障壁、瀉湖、潮坪-淺水三角洲-潮下碳酸鹽沉積體系。晚石炭世早期,西緣地區(qū)裂陷下沉形成向西南開口海域,在烏達到石嘴山有三角洲沉積;東緣地區(qū)構造穩(wěn)定,地形緩,形成向東開闊的海域;東部神木-綏德及中部榆林-靖邊為淺水三角洲與潮下碳酸鹽沉積交互,三角洲指狀砂體向南延伸。早二疊世早期海侵擴大,兩個海域溝通,但古地理格局仍然是障壁島、瀉湖、潮坪-淺水三角洲-潮下碳酸鹽沉積體系,潮下碳酸鹽沉積擴大;而陸源碎屑沉積向盆地北緣擴張,除了淺水三角洲外,還在鄂托克旗至杭錦旗地區(qū)出現(xiàn)沖積扇、河流相。在南緣東南禹門口地區(qū)也有小型三角洲沉積。早二疊世晚期,區(qū)域構造環(huán)境和沉積格局發(fā)生明顯的變化,以河流、河湖三角洲-淺湖沉積體系為主,陰山古陸邊緣有沖積扇及河流沉積發(fā)育,再向南發(fā)育了神木-綏德、靖邊-烏審旗、烏海-銀川等三角洲體系。盆地西南和東南緣鎮(zhèn)原-環(huán)縣、韓城、銅川一帶也發(fā)育有湖泊三角洲沉積。這一點可以從下二疊統(tǒng)山西組、中二疊統(tǒng)下石盒子組的砂體等厚圖中明顯看出。這也證明了山西組、下石盒子組重礦物組合類型分區(qū)的正確性。另外,根據(jù)野外剖面對山西組及下石盒子組砂巖中交錯層理古流向資料統(tǒng)計,西北地區(qū)公烏素、石炭井剖面古流向為南、南東向;東北海則廟剖面古流向指向南東、南西;東南薛峰川、石川河剖面古流向指向北東或北北東;西南二道溝剖面古流向指向東。5巖屑巖巖的古地理控制砂巖類型及成分的變化、重礦物組合類型分布、砂體展布、古地理格局及古流向等特征反映出陸源碎屑沉積物具有多物源供給,這是鄂爾多斯盆地晚古生代沉積的一個特點。晚古生代盆地周緣古陸是提供物源的主要來源區(qū),陸源碎屑物質(zhì)主要來自北部陰山古陸以及西北緣阿拉善古陸,南部的祁連-秦嶺古陸及西南部六盤山古