鄂尔多斯盆地西部奥陶纪岩相古地理特征

吴兴宁,孙六一,于　洲,任军峰,丁振纯,黄正良

（1.中国石油杭州地质研究院，杭州310023；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018）

鄂尔多斯盆地西部奥陶纪岩相古地理特征

吴兴宁1,孙六一2,于洲1,任军峰2,丁振纯1,黄正良2

（1.中国石油杭州地质研究院，杭州310023；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018）

综合野外露头、钻井岩心、薄片观察以及测井等相关资料分析，在鄂尔多斯盆地西部奥陶系共识别出6种沉积相类型及3类10种微相序。受贺兰坳拉槽持续性扩张的影响，鄂尔多斯盆地西部奥陶纪不同时期的岩相古地理展布具有明显的差异性，早奥陶世发育缓坡型台地沉积，至中奥陶世演化为台地—斜坡—盆地沉积模式。桌子山组内缓坡和克里摩里组台地边缘相沉积岩性以泥亮晶粉砂屑灰岩、生屑灰岩、鲕粒灰岩为主，为优质储层的发育提供了重要的物质基础。乌拉力克组—拉什仲组发育深水盆地相泥岩、含灰泥岩，是烃源岩发育的有利相带。

沉积相；岩相古地理；奥陶纪；鄂尔多斯盆地

0　引言

近年来，多口探井在鄂尔多斯盆地西部下奥陶统克里摩里组和桌子山组获得低产气流或气显示，充分表明其具有良好的勘探前景，有望成为鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探的重要接替领域。勘探实践及前人研究表明［1-6］，鄂尔多斯盆地西部奥陶系烃源岩、储层和盖层等成藏条件优越，其分布主要受沉积相的控制，但随着勘探的逐渐深入，前期对岩相古地理的研究认识已不能满足勘探需求。因此，笔者拟在露头地质调查、钻井岩心和薄片观察的基础上，特别是利用地震沉积相分析，以及测井岩石结构组分解释等技术，对研究区沉积相类型及沉积微相序列特征进行分析，建立奥陶纪沉积相演化模式，准确刻画岩相古地理展布，指出生储盖层发育的有利相带，以期为该区下一步勘探及井位部署提供可靠的地质依据。

1　区域地质概况

鄂尔多斯盆地是华北克拉通的一部分，早古生代沉积明显受北侧兴蒙海槽和南侧秦祁海槽影响，其西部沉积与秦祁贺三叉裂谷的关系尤为密切［7］。早奥陶世早期，鄂尔多斯盆地西部发育继承性活动的“再生”贺兰坳拉槽，早奥陶世表现为碳酸盐缓坡至末端变陡缓坡沉积；中奥陶世，贺兰坳拉槽断陷加剧，形成达2 000 m的类复理石沉积，并夹有大量火山凝灰岩；晚奥陶世，受秦祁洋壳板块向北俯冲、消减的影响，包括鄂尔多斯盆地及其西部贺兰坳拉槽在内的华北地台主体隆升为陆，结束了其早古生代的广阔陆表海沉积史［8-9］。

受贺兰坳拉槽的影响，鄂尔多斯盆地西部在奥陶纪沉积了一套全区稳定且可追踪对比的海相碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造。笔者在前人研究的基础上［10-12］，结合古生物面貌、沉积岩石学特征等，将鄂尔多斯盆地西部奥陶系自下而上划分为三道坎组、桌子山组下段、桌子山组上段、克一段、克二段、克三段、乌拉力克组、拉什仲组、公乌素组和蛇山组，各组段岩性与牙形石带划分特征如图1所示。

2　沉积相类型、特征及演化

2.1主要沉积相类型

本次研究重点对鄂尔多斯盆地西部7条露头剖面和31口钻井岩心进行观察，以及对镜下岩石薄片进行鉴定，特别是从岩石学和沉积组构方面进行详细分析。综合研究认为，鄂尔多斯盆地西部奥陶系沉积相类型丰富多样，可识别出开阔台地、台地边缘、缓坡、斜坡、开阔陆棚和盆地等6种相、12种亚相、21种微相类型（表1）。

（1）开阔台地相在鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组与桌子山组中均有分布，沉积物类型多样，从粒屑到灰泥都有，生物种类多，数量丰富，主要有红藻、蓝绿藻、海绵、珊瑚、棘皮类、腕足类、介形类、腹足类及头足类等。根据沉积物特征，可细分为台内滩亚相、滩间海亚相、藻席亚相等，垂向上多以向上变浅的沉积序列为特征，发育滩间海-台内滩沉积组合。另外，还发育潮下藻席，以水体能量较低及藻类较为发育为特征，多呈席状产出。岩性主要为浅灰、灰、深灰色薄—中厚层状藻黏结岩（以藻黏结泥晶灰岩为主，少量藻黏结粒屑灰岩）、藻凝块岩、藻纹层灰岩等，发育藻纹层和窗格等构造，局部见虫孔。

表1　鄂尔多斯盆地西部奥陶系主要沉积相类型Table 1　The main sedimentary facies types of Ordovician in the western Ordos Basin

图2　鄂尔多斯盆地西部奥陶系典型沉积微相特征Fig.2　Typical sedimentary microfacies of Ordovician in the western Ordos Basin

（2）台地边缘相仅发育于克里摩里组，可细分为台缘滩、台缘礁丘及滩间低能带等亚相，岩石类型主要由颗粒灰岩及生物灰岩类组成。由于水体能量高、波浪作用强，因此台地边缘颗粒滩十分发育。沉积颗粒主要有粉屑、藻砂屑及生物碎屑等，其次还包含少量砾屑［图2（a）］，局部见粪球粒及鲕粒，颗粒体积分数达80%以上，磨圆度为次圆—次棱角状，分选中等，其中生屑主要有腕足类、腹足类、介形类、头足类及棘皮类等。台缘礁丘主要包括珊瑚、海绵、叠层石礁灰岩和藻泥丘沉积［图2（b）］，礁格架岩总体不发育，以障积礁为主，规模较小。

（3）缓坡相主要发育于桌子山组，位于局限海台地相与盆地相之间。根据沉积物特征可以划分出内缓坡和外缓坡亚相。内缓坡水体相对较浅，发育粉屑滩、生屑砂屑滩、潮下藻席等浅水微相组合；外缓坡水体相对较深，沉积泥灰岩、泥质泥晶灰岩等，见生物潜穴。

（4）斜坡相靠近盆地的边缘，水体较深，沉积物以含泥质条纹条带泥晶灰岩等低能风暴带沉积为特征，受风暴浪改造作用强烈，发育弱变形层理、微波状层理及粒序层理等沉积构造。此外，还见有陆源碎屑岩沉积，并以钙质粉砂岩沉积为主，见浊积岩特有的鲍马序列。

（5）开阔陆棚相主要发育于克里摩里组，以泥质灰岩夹泥岩及泥质粉砂岩沉积为显著特征，局部夹大量燧石团块或条带，井下及桌子山剖面、青龙山剖面都可见到该沉积相类型。

（6）受贺兰坳拉槽控制，盆地相在鄂尔多斯盆地西部奥陶系较发育，沉积大套类复理石建造。

表2　鄂尔多斯盆地西部地区奥陶系典型沉积微相相序特征Table 2　Typical sedimentary microfacies phase sequence of Ordovician in the western Ordos Basin

2.2微相序结构特征

沉积相是沉积物的生成环境、生成条件及其特征的总和，一般成分相同的岩石可组成同一种相。在对碳酸盐岩沉积环境的研究中，不但要识别其所包含的岩石类型，还要识别出不同岩石类型所代表的岩相在垂向上的叠覆关系，即相序（其主要由环境和外营力作用的有序变化所造成）。通过上述对露头、钻井岩心观察分析，并结合测井资料解释，在鄂尔多斯盆地西部奥陶系沉积地层中识别出了3类10种典型的沉积微相序（表2）。微相序总体表现为二元结构，部分沉积连续性较好，可表现为三元结构，退积型微相序下部为相对较深水沉积，上部为相对较浅水沉积，而进积型微相序则正好与之相反，加积型微相序以相同的沉积相连续沉积为主，因此微相序主要反映了短周期相对海平面的变化。以上沉积相类型和相序研究为鄂尔多斯盆地西部奥陶纪沉积环境及岩相古地理分析提供了依据。

图3　鄂尔多斯盆地西部奥陶纪沉积演化模式Fig.3　The sedimentary evolution model of Ordovician in the western Ordos Basin

2.3沉积相演化模式

如前所述，鄂尔多斯盆地在中晚奥陶世逐步抬升并遭受长达130 Ma的剥蚀，缺失志留系—泥盆系地层，上覆石炭系—二叠系海陆交互相地层。从地震剖面解释可看出［13］，鄂尔多斯盆地西部奥陶纪整体表现为由东向西呈缓斜坡式沉积特征，内部发育礁滩体。早奥陶世逐渐海侵，三道坎组在靠近贺兰坳拉槽边缘开始沉积，至桌子山组和克里摩里组沉积范围逐步扩大；中晚奥陶世，鄂尔多斯盆地受构造挤压开始隆升，乌拉力克组和拉什仲组沉积遭受不同程度的剥蚀。

综合上述沉积期古构造背景，并结合露头、钻井岩心岩石学和沉积学特征分析，建立了鄂尔多斯盆地西部奥陶纪沉积相演化模式（图3）。三道坎组沉积期，贺兰坳拉槽处于发育初期，鄂尔多斯盆地西部与中东部沉积环境总体相差不大，东部为局限海台地，西部为含滨岸砂坝的潮坪—缓坡沉积环境。桌子山组沉积早期，贺兰坳拉槽进一步发育，鄂尔多斯盆地西部沉降作用加剧，由早期的潮坪—缓坡沉积向缓坡环境转换；桌子山组沉积晚期，受贺兰坳拉槽进一步发育的控制，鄂尔多斯盆地西部构造沉降加剧，造成该区域水体相对加深，前期的缓坡有所变陡，但基本继承了桌子山组沉积早期的沉积格局。克里摩里组沉积期，板块构造运动活跃，鄂尔多斯盆地西部开始发育拉张裂谷和同沉积正断层，研究区沉积环境逐渐发生变化，由桌子山组沉积晚期的开阔海缓坡—局限台地云坪—颗粒滩沉积演化为海槽—开阔陆棚—深水斜坡—台地边缘—开阔海台地沉积体系。中奥陶世，鄂尔多斯盆地中东部构造抬升形成古陆，而西部沉积水体进一步加深，沉积环境转变为盆地-斜坡相，沉积了一套砂泥岩地层，仅在下部见一层薄层泥晶灰岩，而盆地相受陆源碎屑的供给，发育一套砂泥岩互层的类复理石浊积岩，厚度巨大，属超补偿沉积。

3　岩相古地理展布

本次研究主要编制了三道坎组、桌子山组、克里摩里组、乌拉力克组和拉什仲组沉积期岩相古地理图。利用的资料包括有：7条露头剖面、31口钻井岩心、396块岩石薄片、47口测井岩石结构组分解释结果及585 km二维地震剖面解释结果。测井解释方面，利用常规测井特征，采用了一种合成参数的方法，计算所形成的参数曲线能够定性表达岩石结构的变化。岩石结构的变化可以反映沉积环境水体能量的大小。本次研究将克一段、克二段上部粗结构解释为颗粒滩微相，而将克二段中下部及克三段细结构解释为滩间海沉积（图4）。

图4　鄂尔多斯盆地苏×井奥陶系克里摩里组岩石结构组分测井解释柱状图Fig.4　The logging interpretation of rock texture component of Ordovician Kelimoli Formation in Su x well in the western Ordos Basin

（1）三道坎组沉积期

三道坎组沉积期，受中央古隆起的阻隔，华北海域与祁连海域不连通，且中央古隆起地区缺失沉积，其西部地区为局限台地云坪—滨岸砂坝—开阔海内缓坡的沉积模式。云坪以含泥质白云岩和泥粉晶白云岩为主；滨岸砂坝岩性以不等厚互层的石英砂岩和白云岩为主，乌海桌子山地区和韦州青龙山剖面可见该类型沉积；开阔海内缓坡以中—厚层泥晶灰岩为主，位于阿拉善左旗的樱桃沟剖面的临近地区可见该类型沉积（图5）。从目前钻井资料来看，三道坎组主要在云坪微相粉细晶白云岩中见到好的储层，储集空间以白云石晶间（溶）孔及溶蚀孔、洞为主。

（2）桌子山组下段沉积期

桌子山组下段沉积期，海平面逐渐上升，华北海域与祁连海域连通，此时鄂尔多斯盆地西部沉积呈东西分异、南北环带的分布格局，中央古隆起处于浅水高能环境，广泛发育颗粒灰岩，现已白云石化为粉晶—细晶结构的晶粒白云岩，部分可见颗粒残余结构，而中央古隆起东侧地势为逐渐变深的缓坡，水体较深，发育深灰色泥晶灰岩或含云斑灰岩，从中央古隆起西侧向西依次为开阔海内缓坡和开阔海外缓坡沉积环境（图6）。开阔海内缓坡沉积水体相对较浅，发育藻砂屑滩、砾屑滩、鲕粒滩、生屑滩、生物丘等浅水微相组合，且后期白云石化较为彻底，以粉细晶结构的白云岩为主，受溶蚀作用改造孔隙发育，是优质储层发育的最有利相带。

（3）桌子山组上段沉积期

桌子山组上段沉积期，由于构造运动的变化致使鄂尔多斯盆地中央古隆起抬升，祁连海域与华北海域再次分割。位于中央古隆起东侧的华北海域进入一个震荡型海退期，水体较浅，广泛沉积了一套由泥质白云岩、泥粉晶白云岩、含硬石膏结核泥粉晶白云岩、颗粒白云岩构成的地层，为局限海台地云坪—颗粒滩沉积环境，而中央古隆起西侧地势逐渐变陡，水体逐渐加深，向西依次为开阔海颗粒滩相、开阔海内缓坡和外缓坡沉积环境（图7），且表现出外缓坡沉积范围扩大、内缓坡向东迁移变窄的沉积特征，内缓坡仍然是白云岩储层发育的有利相带。

（4）克一段沉积期

中晚奥陶世开始，受南北秦岭和兴蒙洋壳的俯冲挤压，造成鄂尔多斯盆地西部地区逐渐抬升。在克一段剥蚀线以东推测为开阔台地相沉积，其西部表现为东西分异、南北带状展布的分布格局，由东向西依次发育台地边缘、斜坡、开阔陆棚和深水盆地相沉积。沿台地边缘带广泛发育台缘颗粒滩沉积，局部见有珊瑚—海绵生物礁沉积（图8）。由于台地边缘带沉积水体相对较浅，水动力强，在波浪作用下颗粒沉积物逐渐堆积，形成典型的礁滩复合体；在地震剖面上表现为丘形弱连续反射特征，为储层发育奠定了良好的物质基础；在短周期海平面下降时，易于遭受准同生期大气淡水的溶蚀作用，形成溶蚀孔，为表生期及埋藏期溶蚀改造提供了有利条件。因此，台缘带是克里摩里组储层发育的最有利相带。

图5　鄂尔多斯盆地西部三道坎组岩相古地理Fig.5　Lithofacies palaeogeography of Sandaokan Formation in the western Ordos Basin

图6　鄂尔多斯盆地西部桌子山组下段岩相古地理Fig.6　Lithofacies palaeogeography of the lower Zhuozishan Formation in the western Ordos Basin

图7　鄂尔多斯盆地西部桌子山组上段岩相古地理Fig.7　Lithofacies palaeogeography of the upper Zhuozishan Formation in the western Ordos Basin

（5）克二段沉积期

克二段沉积期总体继承了克一段的沉积格局。克二段剥蚀线以东推测为开阔台地相沉积，其西部继续呈现出东西分异、南北带状展布的特征，由东向西依次发育台地边缘相、斜坡相、开阔陆棚相和盆地相沉积，台缘带颗粒滩多呈孤立断续分布（图9）。露头及钻井岩心观察均表明，克二段沉积期为克里摩里组沉积期内的相对海退期，台缘带沉积物颗粒含量高、分选好，且多以亮晶胶结为主，为储层发育奠定了重要的物质基础。

图8　鄂尔多斯盆地西部克一段岩相古地理Fig.8　Lithofacies palaeogeography of the first member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

图9　鄂尔多斯盆地西部克二段岩相古地理Fig.9　Lithofacies palaeogeography of the second member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

（6）克三段沉积期

克三段沉积期继续继承了克一段和克二段的沉积格局。克三段剥蚀线以东推测为开阔台地相，其西部由东向西依次发育台地边缘相、斜坡相、开阔陆棚相和深水盆地相沉积。与克一段和克二段相比，受相对海平面的快速上升，克三段台地边缘相带内部的颗粒滩体个数和发育规模均有所减少（图10），且台缘带沉积物颗粒含量降低，但依然是储层发育的有利相带。

图10　鄂尔多斯盆地西部克三段岩相古地理Fig.10　Lithofacies palaeogeography of the third member of Kelimoli Formation in the western Ordos Basin

（7）乌拉力克组沉积期

乌拉力克组沉积期，鄂尔多斯盆地中东部地区抬升为陆，西部地区沉积水体进一步加深，靠近古隆起一侧的斜坡坡度加大，演化为斜坡—盆地相沉积模式。斜坡相以泥晶灰岩、泥质灰岩为主；盆地边缘相以灰质泥岩、粉砂质泥岩为主；盆地相以砂泥岩组成的复理石沉积为主（图11）。

（8）拉什仲组沉积期

拉什仲组沉积期继承了乌拉力克组沉积期的沉积格局。鄂尔多斯盆地中东部地区仍为剥蚀古陆，受贺兰坳拉槽扩张的影响，西部地区沉积水体再次加深，盆地相沉积范围加大，而斜坡相沉积范围缩小，但仍为斜坡—盆地相沉积模式。其中，斜坡相以泥晶灰岩、泥质灰岩沉积为主；盆地相为以灰质泥岩、粉砂质泥岩组成的复理石沉积为主（图12）。

4　天然气勘探的有利相带分析

勘探和已有研究均表明［14-15］，鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储层主要受岩相、岩溶及断裂等因素控制，有利沉积相带为储层的发育提供了重要的物质基础，岩溶作用是储层储集空间发育的关键，而断裂为岩溶作用提供了流体通道。从上述奥陶纪岩相古地理研究发现，鄂尔多斯盆地西部桌子山组上、下段发育内缓坡相，克里摩里组中的3个亚段发育台地边缘相，该部位沉积时水体相对较浅且能量相对较高，沉积物颗粒含量也相对较高，并以泥亮晶粉砂屑灰岩、生屑灰岩、鲕粒灰岩等沉积为主，是该区储层发育的最有利相带。

岩心、薄片观察及实验分析均表明，桌子山组岩性基本上已全部白云石化，且多保留残余颗粒结构或幻影，埋藏白云石化所形成的白云石晶粒普遍较粗，晶间孔易于保留，叠加表生和埋藏溶蚀作用可形成优质白云岩储层。克里摩里组沉积期台地边缘带礁滩体沉积更易受到短周期海平面下降的影响，准同生期大气淡水岩溶作用可形成一定量的孔隙，晚表生期顺层岩溶及断裂岩溶作用使早期孔隙进一步溶蚀扩大，进而形成大型岩溶缝洞型储层。此外，克里摩里组白云石化作用强烈，与桌子山组一样具有形成白云岩孔隙型储层的条件。

另外，乌拉力克组—拉什仲组沉积期，广泛发育深水盆地相沉积，岩性以泥岩及含灰泥岩为主，是烃源岩发育的有利相带。研究表明［16-17］，乌拉力克组和拉什仲组海相有机质类型较好，以藻类及疑源类等低等水生生物为主，表现为Ⅰ型腐泥类型干酪根的特征，有机碳体积分数可达0.88%～0.96%，具有较好的生烃潜力。

5　结论

（1）鄂尔多斯盆地早古生代沉积明显受其北侧兴蒙海槽和南侧秦祁海槽的影响，其西部奥陶系沉积则主要受贺兰坳拉槽的再生裂开及晚期的闭合隆升所控制。

（2）鄂尔多斯盆地西部奥陶系沉积类型丰富多样，发育开阔台地相、台地边缘相、缓坡相、斜坡相、开阔陆棚和盆地相，平面上东西分异，纵向上微相序表现为二元结构，可识别出退积型、进积型和加积型共3种微相序类型，反映了短周期相对海平面的变化。

（3）鄂尔多斯盆地西部桌子山组内缓坡相和克里摩里组台地边缘相沉积岩性以泥亮晶粉砂屑灰岩、生屑灰岩及鲕粒灰岩为主，是优质储层发育的重要物质基础；乌拉力克组—拉什仲组深水盆地相沉积岩性以泥岩、含灰泥岩为主，是烃源岩发育的有利相带。

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（本文编辑：杨琦）

Lithofacies paleogeography of Ordovician in western Ordos Basin

Wu Xingning1，Sun Liuyi2，Yu Zhou1，Ren Junfeng2，Ding Zhenchun1，Huang Zhengliang2
（1.Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou 310023，China；2.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China）

Based on the analysis of outcrop，drill cores，thin section and logging data，six types of sedimentary facies and ten kinds of microfacies of Ordovician were identified in western Ordos Basin.Affected by the continuous expansion of Helan aulacogen，the sedimentary models of Ordovician in northern Ordos Basin are significantly different in different periods.From the Early Ordovician to the Middle Ordovician，the sedimentary model transformed from gentle slope platform gradually to platform-slope-basin.The ramp facies of Zhuozishan Formation and platform edge facies of kelimoli Formation are mainly of limestone，bioclastic limestone and oolitic limestone，which provides an important material basis for the development of high quality reservoirs.Wulalike Formation and Lashizhong Formation developed deepwater basin facies mudstone and lime mudstone，and they are favorable facies belt for the development of hydrocarbon source rocks.

sedimentary facies；lithofacies palaeogeography；Ordovician；Ordos Basin

P586

A

1673-8926（2015）06-0087-10

2015-07-20；

2015-09-30

国家“十二五”攻关项目一级专题“海相碳酸盐岩沉积与有效储层大型化发育机理与分布研究”（二期）（编号：2011ZX05004-002）资助

吴兴宁（1973-），男，博士，高级工程师，主要从事碳酸盐岩沉积学和储层地质学方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖区西溪路920号杭州地质研究院。E-mail：wuxn_hz@petrochina.com.cn。