鄂尔多斯盆地镇北地区长3油层组物源及沉积体系

李夔洲, 侯明才, 陈安清, 晁　晖, 王海红

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059;

2.中国石油 长庆油田分公司 超低渗透油藏第四项目部，甘肃 庆阳 745000)



鄂尔多斯盆地镇北地区长3油层组物源及沉积体系

李夔洲1, 侯明才1, 陈安清1, 晁晖1, 王海红2

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059;

2.中国石油 长庆油田分公司 超低渗透油藏第四项目部，甘肃 庆阳 745000)

[摘要]对鄂尔多斯盆地镇北地区上三叠统延长组长3油层组砂岩开展了碎屑组分、岩屑类型、重矿物组分等分析，结果表明：研究区西部富含长石、沉积岩碎屑和石榴子石，南部富含岩屑(特别是火山岩碎屑)和电气石，东北部富含石英、变质岩碎屑和锆石。碎屑组分的Dickinson三角图解显示，南部物源区构造背景主要为再旋回造山带，西部除再旋回造山带外，还有来自基底隆起的物源。西部可能为近物源、坡度较大、沉积物成熟度较低的陡坡型辫状河三角洲，南部可能为远物源、坡度较小、沉积物成熟度较高的缓坡型辫状河三角洲，二者大致呈南西-北东向展布，交汇于镇167-庆25-镇268-镇255-西85井一线以东。

[关键词]鄂尔多斯盆地；延长组； 物源； 沉积体系

鄂尔多斯盆地是中国主要的低渗透致密砂岩油气产区之一，其中上三叠统延长组(T3y)低渗透致密砂岩油藏油气资源丰富。长3油层组是鄂尔多斯盆地镇北地区的低渗透致密砂岩重要层位之一。目前，长3油层组油气勘探程度相对较低，特别是对该区致密砂岩储集体的发育控制因素的认识争议较大。一般认为研究区物源来自盆地的西南缘[1,2]，少部分学者认为物源来自盆地的西南缘和北缘[3]。沉积相方面，有人认为属辫状河三角洲沉积[4]，也有人认为是扇三角洲沉积[5]。从已有的研究看，研究区缺乏不同物源区的对比研究及其对沉积体系的控制作用研究。由于重矿物耐磨蚀、稳定性好，因此重矿物组合对物源变化极为灵敏；而物源区和盆地构造背景可以直接通过碎屑组分和岩屑类型反映[6,7]。鉴于重矿物、碎屑组分和岩屑类型对物源分析具有的优点，本文通过岩心样品的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组分等分析，结合物源区构造背景，开展精细的物源分析，揭示研究区长3油层组物源的差异性及其对沉积体系的控制。

1地质背景

鄂尔多斯盆地是叠加在华北古生代陆表海克拉通之上的残余克拉通内盆地，形成于中三叠世纸坊期[8-10]。印支运动使秦岭造山带强烈碰撞隆升，盆地呈现为东北翼宽缓、西南翼陡倾的不对称地貌特征[11,12]。研究区位于陕北斜坡的西南部，西与天环拗陷相连，南邻渭南隆起。

晚三叠世延长期为鄂尔多斯内陆湖盆发展的鼎盛阶段，长庆油田根据岩性组合特征划分为5个岩性带(T3y1-T3y5)、10个油层组(长1-长10)[13]。研究区长3油层组主要为中-粗粒长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩及岩屑砂岩，分为长3-3、长3-2、长3-1三个亚段。根据钻井资料，长3-3亚段厚度为45~50 m，长3-2亚段厚度为40~50 m，长3-1亚段厚度为35~50 m。

2物源分析

2.1碎屑组分

碎屑岩的成分成熟度越高，搬运的距离越远；成分成熟度越低，搬运的距离越近[14]。通过对100余口钻井岩心观察和578块薄片镜下鉴定分析表明，研究区主要为中-粗粒长石岩屑砂岩和中-粗粒岩屑长石砂岩，棱角-次棱角状，分选性中等。砂岩碎屑组分含量统计结果显示，研究区可以划分出3个不同的区带(表1，图1)：西部的长石含量最高(质量分数为24.7%)，石英(55.5%)和岩屑(19.8%)含量相对低；南部的岩屑含量最高(27.9%), 石英(54.8%)和长石(17.3%)含量较低；东北部稳定组分石英含量最高(65.1%)，非稳定组分岩屑(18.9%)和长石(16.2%)相对含量较低。石英含量平面分布显示(图2)，等值线走向主要呈南西-北东向，石英高含量区分布在研究区东北部，即砂岩成熟度由南西往北东逐渐增高。上述碎屑组分分布特征表明长3油层组的物源来自研究区西、南缘地区，方向大致为南西-北东。

2.2岩屑类型分析

薄片鉴定显示，研究区有火山岩碎屑、变质岩碎屑和沉积岩碎屑(表1)，主要包括碳酸盐岩碎屑、千枚岩碎屑、隐晶岩碎屑、花岗岩碎屑，还有部分砾岩碎屑、泥岩碎屑、石英岩碎屑。岩屑类型鉴定结果表明，研究区长3段砂岩的岩屑类型分布同样可划分为3个区(图3)：西部为沉积岩碎屑高含量区(质量分数为53.2%)，变质岩碎屑含量相对低(40.7%)，火山岩碎屑含量最低(6.1%)。南部为火山岩碎屑高含量区(31.8%)，沉积岩碎屑含量最低(18.4%)。东北部变质岩碎屑含量略高(54.6%)，火山岩碎屑(15.6%)、沉积岩碎屑(29.8%)含量介于西部与南部之间。这也暗示研究区西部和南部具有不同的物源，东北部可能是两大物源的混合造成的。

表1　研究区不同区域碎屑组分、岩屑类型和重矿物平均含量(w/%)统计

图1　镇北地区长3油层组碎屑组分相对含量Fig.1　Relative content of clastic components ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

图2　镇北地区长3油层组石英含量等值线Fig.2　Contour map showing quartz content ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

图3　镇北地区长3油层组岩屑类型及相对含量Fig.3　Relative content of debris types ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

2.3重矿物组分

由于重矿物的稳定性，几乎不受成岩作用的影响，因此重矿物类型及其组合能很好地指示物源区及母岩性质[15]。笔者对研究区长3油层组25块砂岩样品进行了重矿物分析。分析结果表明：重矿物种类主要有锆石、石榴子石、电气石、白钛矿(表1)。根据重矿物含量的优势类型，将研究区划分为西部、南部和东北部3个不同含量或种类的重矿物组合区(图4)。西部为锆石(质量分数为21.5%)+白钛矿(17.4%)+石榴子石(61.1%)组合区；南部为电气石(17.4%)+锆石(46.8%)+白钛矿(20.5%)+石榴子石(15.3%)组合区；东北部为电气石(5.8%)+锆石(64.9%)+白钛矿(23.2%)+石榴子石(6.1%)组合区。石榴子石在西部含量最高；电气石在南部含量最高，而在西部基本没有见到；东北部最稳定重矿物锆石含量最高，平均含量约为南部和西部的含量之和。重矿物组合类型也揭示出研究区西部和南部具有不同的物源区，东北部为两大物源的沉积物交汇区。

图4　镇北地区长3油层组重矿物相对含量Fig.4　Relative content of heavy minerals ofChang-3 oil formation in Zhenbei area

3物源区构造背景分析

晚三叠世，鄂尔多斯盆地周缘因区域构造应力的不同形成了4种不同的盆地边界，即西北伸展盆地边缘、西缘走滑拉分断裂盆地边缘、南缘走滑上推断裂盆地边缘、东北被动宽缓盆地边缘[16]。盆地西缘同生构造导致盆地沉降，同时外围隆升作用形成了陇西和海源等古隆起；南缘随着松潘海北侧的南昆仑-勉略叠接带于中、晚三叠世向北俯冲，西秦岭及祁连地区全面碰撞造山[17,18]。

通过显微镜下记点法统计了578块薄片样品的各碎屑组分含量，利用Dickinson三角图解，将其投入到Qm-F-Lt、Qt-F-L、Qp-Lv-Ls三角图中(图5)。Qm-F-Lt图解显示研究区西部(红点)物源主要为石英再旋回和过渡再旋回，值得注意的是还有部分基底隆起物源；南部(绿点)主要为石英再旋回、过渡再旋回物源和少部分切割岛弧物源；东北部(蓝点)主要为石英再旋回、过渡再旋回，少量切割岛弧和基底隆起物源。Qp-Lv-Ls图解显示研究区西部(红点)和南部(绿点)主要为碰撞缝合带及褶皱-逆掩带物源和少部分火山弧造山带物源，其中西部可见俯冲带复合体物源，东北部物源主要为西部与南部物源的混合。Qt-F-L图解进一步表明研究区物源来自再旋回造山带，也指示西部(红点)物源有少量来自稳定克拉通和基底隆起。结合当时的构造背景，Dickinson三角图解指示的稳定克拉通和基底隆起物源可能是来自鄂尔多斯盆地西缘的陇西、海源古隆起。总之，这3种Dickinson图解揭示研究区西部和南部的物源区构造背景具有一定的差异。南部物源基本来自再旋回造山带；西部物源除再旋回造山带外，还有少量来自基底隆起的物源，这与西部有较高沉积岩碎屑是吻合的。

4沉积体系分析

4.1沉积相特征及展布

图5　镇北地区长3油层组砂岩样品碎屑组分Dikinson三角图解Fig.5　The Dikinson triangle diagram showing the clastic components of sandstones of Chang-3 oil formation in Zhenbei area西部(红色点)；南部(绿色点)； 东北部(蓝色点)

图6　镇北地区长3油层组主要岩石类型、生物化石、沉积构造类型Fig.6　Photographs showing main rock types, fossil organism and sedimentary structure type of Chang-3 oil formation in Zhenbei area(A)包卷层理; (B)滑塌构造; (C)植物叶片化石; (D)砾岩; (E)板状交错层理; (F)槽状交错层理; (G)中-粗粒砂岩; (H)平行层理; (I)水平层理

在前人的研究成果中，有人认为研究区长3油层组为辫状河三角洲沉积[4]，也有人认为是扇三角洲沉积[5]。本文在岩性、古生物、沉积构造、测井相等相标志识别的基础上，认为研究区为三角洲平原和前缘沉积环境。镇167-庆25-镇268-镇255-西85井一线以东，即东北部的细砂岩、粉砂岩及粉砂质泥岩互层的岩性中常发育包卷层理(图6-A)、滑塌变形构造(图6-B)等同沉积构造，同时在测井上可见逆粒序的河口坝沉积，显示该地区为三角洲前缘环境。在镇167-庆25-镇268-镇255-西85井一线的西、南侧，发育大量的植物茎干和叶片等古生物化石(图6-C)，碎屑沉积物粒度较东北部粗，以中-粗砂岩、粗砂岩、砾岩为主，显示研究区西南部为水上三角洲平原沉积环境。

根据岩性和沉积构造等的差异，进一步分析了西部物源和南部物源的沉积体系差异。西部以发育灰白色-灰色粗砂岩、细砾岩(图6-D)为特征，常见板状交错层理(图6-E)和槽状交错层理(图6-F)等高能环境形成的沉积构造。为了与南部物源的三角洲相区分，本文将其定义为陡坡型辫状河三角洲。南部发育大量灰白-灰色中-粗粒砂岩(图6-G)，部分中-细砂岩，常见平行层理(图6-H)、水平层理(图6-I)，同时还可见板状交错层理，将其划分为缓坡型辫状河三角洲。综上，西部河流水动力明显强于南部，说明西部坡度较大，南部坡度较小。

图7　镇北地区长3-3、长3-2、长3-1亚段岩相古地理图Fig.7　The lithofacies paleographic map of Chang-3 oil formation in Zhenbei area

在物源分析、沉积相标志分析的基础上，并结合研究区长3油层组3个亚段700余口钻井的地层厚度、砂体厚度和砂体厚度与地层厚度的比值，编制出了3个亚段的岩相古地理图(图7)。长3-3、长3-2、长3-1三个亚段的岩相古地理图显示，3个时期的沉积面貌具有较好的继承性，西部和南部形成的三角洲交汇于东北部。三角洲平原区分流间湾与分流河道相间分布，西部条带状的分流河道砂体规模小、沿南西-北东向延伸距离较近，南部条带状的分流河道砂体规模大、沿南西-北东向延伸距离较远。砂体特征说明西部沉积物近源堆积，南部沉积物搬运距离较远。在三角洲前缘区，水下分流间湾与水下分流河道呈网状交错。长3沉积时期，西部和南部至东北部从三角洲平原亚相逐渐过渡至三角洲前缘亚相，证明水流方向是从西、南两个方向至北东向，这与物源分析结果是相同的。

4.2沉积模式

鄂尔多斯盆地长3沉积处于湖盆萎缩期，沉降速率小于沉积速率，盆地的西南缘建设性三角洲增多，湖岸线向湖盆内迁移[19]。研究区处于盆地西南缘，特有的盆地边界类型、古地貌、基准面的升降、物源供给等形成了独特的沉积模式(图8)。

研究区西部沉积物以粒度较粗为特征，常常为砾岩或者含砾砂岩，结构及成分成熟度均很低，如演87井、镇153井等。可以推测西部离物源区较近、坡度较大，常呈流程较短的辫状河直接进入湖盆，注入河水中的大量沉积物搬运距离短而快速沉积到湖盆，形成了陡坡型辫状河三角洲。研究区南部沉积物粒度相对较细，可以推测南部可能坡度小，湖水由湖岸向湖心深度变化相对缓慢，使河流向湖心方向推进的距离相对较远，河流携带的沉积物搬运距离也较远，形成了缓坡型辫状河三角洲。辫状河入湖后，随着河流向湖心推进距离的增加，湖水对河流的阻力也逐渐增大，导致河流携带的沉积物发生机械分异作用，三角洲以朵体的形状向湖盆推进，在吴城子乡-太白梁一带，与西部陡坡辫状河三角洲交汇。

5结 论

(1)研究区西部为长石高含量区，南部为岩屑高含量区，东北部为石英高含量区；西部的沉积岩碎屑含量较高，南部的火山岩岩屑含量较高，东北部高变质岩碎屑，沉积岩碎屑、火山岩碎屑含量介于西部与南部之间；西部石榴子石含量高，南部电气石含量高，东北部最稳定重矿物锆石含量最高，平均含量约为南部和西部之和。它们共同揭示出研究区上三叠统延长组长3段具有西、南两个方向的物源。

(2)Dickinson三角图解揭示了两大物源区的构造背景，南部物源主要为再旋回造山带；西部物源除再旋回造山带外，还有来自基底隆起的物源。

(3)研究区沉积体系受西、南两个方向的物源的控制，沉积相带呈南西-北东向带状展布，西部可能为陡坡型辫状河三角洲，南部可能为缓坡型辫状河三角洲，两者交汇于研究区东北部。

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The provenance and depositional systems of the Upper Triassic Chang-3 oil formation in Zhenbei area, Ordos Basin, China

LI Kui-zhou1, HOU Ming-cai1, CHEN An-qing1, CHAO Hui1, WANG Hai-hong2

1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Changqing Oil Field Branch Company of PetroChina, Qingyang 745000, China

Abstract:The analysis of clastic composition, types of debris and heavy minerals of the sandstone from the Upper Triassic Chang-3 oil formation in the Zhenbei area of Ordos Basin indicates that the sandstones in the west region are rich in feldspars and sedimentary rock debris with garnets, the sandstones in the south region are rich in volcanic debris with tourmalines and the sandstones in the northeast region are rich in quartz and metamorphic debris with zircons. Dickinson triangular plot reveals that in the south area, almost all of provenances come from recycled orogen, but in the west area, the provenances come from recycled orogen and basement uplift. It indicates that the west area is close the provenance with steep slope, low deposit maturity of braid river delta, and the south area is far away from provenance with gentle slope, higher deposit maturity of braid river delta. Two provenances form southwest-northeast trending banded distribution depositional systems converging on the Zhen167-Qing 25-Zhen 268-Zhen 255-Xi 85 wells of east line.

Key words:Ordos Basin; Yanchang Formation; provenance; depositional system

[文献标志码][分类号] TE121.3 A

[基金项目]中央财政支持地方高校发展专项资金资助项目。

[收稿日期]2015-08-26。

[文章编号]1671-9727(2016)02-0216-08

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.08

[第一作者] 李夔洲(1990-),男,硕士研究生，研究方向：沉积学, E-mail:244062615@qq.com。