鄂尔多斯盆地二叠系盒8段沉积特征再研究

王卫红, 田景春, 张锦泉

(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)



鄂尔多斯盆地二叠系盒8段沉积特征再研究

王卫红, 田景春, 张锦泉

(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)

[摘要]鄂尔多斯盆地二叠系下石盒子组第8段是天然气主力产层。在众多前人研究成果的基础上，以盆地边缘露头剖面、全盆地近900口钻井数据为基础，采用古流向分析、重矿物统计分析、岩性分析、剖面结构分析等方法，对盒8段沉积相类型及特征进行了研究，重新确立了盒8段的沉积特征和河流相沉积模式。结果表明：盒8段沉积时受南北2个古陆所发育的冲积水系控制，发育河流相沉积，河流南北沟通，并向东流入湖泊。该汇水湖泊位于山西多宁-河津-韩城以东的地区，并非位于鄂尔多斯盆地境内。

[关键词]鄂尔多斯盆地；下石盒子组；河流相；汇水区

鄂尔多斯盆地(图1)中二叠统下石盒子组第8段(简称“盒8段”)是天然气主力产层，是受沉积相控制的典型岩性油气藏，对其沉积环境的研究十分重要。20世纪70-80年代，有研究者仅依据盆地北缘露头及少量钻孔资料，认为鄂尔多斯盆地自北向南发育冲积扇、冲积平原、三角洲平原、三角洲前缘、浅湖，将盆地内很大范围划分为三角洲前缘及浅湖[1,2]。2000年，随着苏里格气田的发现，由于盒8段岩性具有粒度粗、变化大的特征，被众多学者重新认定为辫状河沉积[3,4]。因此，三角洲前缘与三角洲平原之间的界限向南推移，位于城川、塔湾、龙镇、子洲、绥德一线附近，三角洲前缘仍占据广大范围。随着苏里格地区天然气勘探的深入，2007年以来逐渐勘探部署了苏里格西、苏里格、苏里格东、苏里格南，勘探结果显示，各区盒8段岩性特征与苏里格气田相似，以碎屑颗粒粗、变化大为特征，并没有出现按河流沉积的机械分异作用及河流入湖分叉作用的特征，沉积物由北向南没有变细，砂体形态不是指状分叉，仍为条带状，因此引起人们对盒8段沉积时向南有无汇水区及汇水区在哪里的思考。为此，本文在众多前人研究成果的基础上，通过对盆地边缘露头剖面观测，研究区及相邻地区下石盒子组近900口钻井资料综合分析，对鄂尔多斯盆地盒8段沉积相类型及特征进行了系统分析，获得了新的认识。

1盆地南缘下石盒子组沉积特征

1.1物源

鄂尔多斯盆地南缘存在北祁连-北秦岭-大别山古陆，由志留纪末加里东运动褶皱带组成，泥盆纪转化为地台形成古陆，到二叠纪，海西运动使祁连、秦岭形成统一的物源区[5-7]。在南边古陆边缘，如澄城洛河、耀县石川河、平凉大台子等地表露头都出露有下石盒子组，而且列为层型剖面；旬探1、永参1、耀参1、洛1、龙2等钻井也都钻遇到下石盒子组，主要为冲积扇、河流相沉积，表明这些地区的盒8段沉积物源来自南边北祁连-北秦岭-大别山古陆。

1.1.1古流向

古水流方向是反映沉积物来源的重要标志[8-11]。依据野外剖面砂岩交错层理、流水特征以及砾石的叠瓦状定向排列等揭示古水流方向资料，可以看出在口镇剖面、耀县石川河剖面、澄城洛河剖面、三眼桥剖面的古流向以北西向及北东向为主，河津剖面以北东向为主(图2)，这充分说明这些地区的物源来自盆地南缘的古陆。

1.1.2锆石含量特征

根据单颗粒重矿物含量的平面变化来判定物源方向的一般规律是：在顺水流方向上，距离物源区越远稳定重矿物组分所占的比例越高，不稳定重矿物的含量越少[12]。由于锆石具有极好的抗风化、抗磨蚀和热蚀变能力，使得它在沉积循环中不易被破坏[13]。通过对盆地南缘有关钻井盒8段锆石含量统计，可以看出锆石含量由南向北有增大趋势(图3)，说明盆地南缘盒8段沉积物源主要来自南部古陆。

1.2河流相沉积特征

1.2.1岩性特征

位于高桥地区的陕279井，盒8段、盒7段岩性均为含砾粗砂岩、粗砂岩夹细砾岩及粉砂岩、泥岩，而盒7段比盒8段中砾岩夹层增多、增厚、粒径增大(图4)，砾石的成分以石英岩为主，除此之外还可见到少量花岗片麻岩、花岗岩的砾石。这种砾石的来源与北秦岭—大别山古陆有关，这反映了物源抬升、剥蚀增强、距物源近的沉积特征，南边古陆的碎屑物已搬至高桥地区，与源自北部的碎屑沉积相汇合。

图4　陕279井岩性特征Fig.4　Lithological features of the Well Shan-279(A)含砾粗砂岩，陕279井，深度3 040.5 m，盒7段; (B)含砾粗砂岩，陕279井，深度3 069.4 m，盒8段

图3　鄂尔多斯盆地南缘下石盒子组锆石含量等值线图Fig.3　Contour map of zircon content for Xiashihezi Formation in south Ordos Basin

1.2.2沉积相特征

鄂尔多斯盆地南部地区盒8段沉积相自南向北发育冲积扇和河流沉积体系，冲积扇主要发育在古陆边缘，河流主要为辫状河，其主要沉积微相为心滩，如陕113井(图5)。其盒8段自下而上主要发育砂质心滩和砂砾质心滩。砂质心滩测井剖面结构为钟形和漏斗形叠置，岩性为中细砂岩；砂砾质心滩测井剖面结构为箱状，岩性主要为细粒岩、含砾粗砂岩，并互相叠置、垂向堆积为厚层砂体，发育有大型槽状、板状交错层理，底部具冲刷面。

2盆地中部盒8段河流相沉积特征

鄂尔多斯盆地盒8段，南北物源是否沟通连片，自北向南的河流体系是否在鄂尔多斯盆地进入湖盆，盆地中部塔湾-高桥地区的沉积特征尤为关键。

2.1泥岩颜色分布特征

塔湾-高桥地区盒8段泥岩的颜色有棕红色(紫色)、杂色、灰色及灰绿色，其中，杂色、灰绿色多数为斑块状，棕红色、灰色成全色。前人曾以泥岩颜色来划分河流与湖泊的分界，将城川、塔湾、龙镇、子洲一线以北划分为紫红色，以南为灰绿色，因此将塔湾-高桥划分为三角洲前缘。作者通过对塔湾-高桥地区盒8段泥岩颜色统计，发现塔湾-高桥及子洲地区盒8段泥岩颜色并非为整片的灰绿色，而是灰色泥岩夹紫红色、杂色、灰绿色斑块。在平面分布特征上，棕红色、杂色大面积分布，而灰色、灰绿色成团块状分布(图6)。

图5　陕113井沉积相剖面图Fig.5　Profile of sedimentary facies of the Well Shan-113

岩石的原生色是重要沉积相标志之一，形成原生色的成因主要与色素元素如Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mn3+等及碳质含量、氧化-还原界面有关。在沉积物中影响氧化-还原界面的变化与地下水潜水面高低及浪基面深浅变化有关。苏里格、苏里格西、苏里格东大面积紫红色泥岩的形成与沉积物处于地下水潜水面之上的氧化环境有关。苏里格、苏里格东、高桥地区局部夹大斑块、团块的灰绿色泥岩的形成与浪基面的深浅变化无关，而是受地下水潜水面升高使原处于氧化环境的沉积物变为弱氧化-还原介质，发生局部褪色而成，因而形成杂色、灰绿色的大斑块。因此，高桥地区盒8段没有进入三角洲前缘亚相，仍为河流相特征。所以，以前认为盆地南边为三角洲前缘、前三角洲、浅湖的沉积相格局不存在，而是被南北相连接的河流所占据。

2.2砂岩特征

塔湾-高桥地区沉积体系以粗碎屑岩为主，一般由分选差的含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩等组成，含少量细砾岩，砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较低。砂岩底部发育块状层理、粒序层理和平行层理，中上部发育侧积交错层理、板状交错层理和楔状交错层理等(图7)，砂岩底面发育明显的底冲刷构造。这种岩性特征、沉积构造类型均反映了河流相沉积的特点。

2.3剖面结构特征

图6　鄂尔多斯盆地高桥地区盒8段泥岩颜色分布图Fig.6　Colour distribution of mudstone of the He-8 in Gaoqiao, Ordos Basin

图7　鄂尔多斯盆地中部塔湾-高桥地区盒8段岩性特征Fig.7　Lithological features of the He-8 in Tawan-Gaoqiao, Ordos Basin(A)砾石叠瓦状构造,陕297井,盒8段; (B)中粗粒砂岩,板状交错层理,陕284井,深度3 654.59 m,盒8段;(C)含砾石英砂岩,陕247井,盒8段,深度3 026.53 m;(D)灰色粗砂岩,含碳质条带,陕249井,深度3 273.84 m,盒8段

图8　塔湾-高桥地区陕307井-陕30井盒8段沉积相剖面图Fig.8　Profile of sedimentary facies of the He-8 from the Well Shan-307 to Shan-30 between Tawan and Gaoqiao areas

通过对塔湾-高桥地区相关钻井盒8段沉积剖面分析(图8)，可以看出盒8段沉积在垂向上表现为多期河道反复迁移叠加，说明砂体沉积过程中具有横向迁移频繁、对下伏地层具强烈冲刷且河道非常不固定的特点，横向上辫状河河道砂体呈大面积毯式分布。电测曲线特征一般为高幅、中-高幅的齿化或微齿化的箱形组合、箱形-钟形组合和钟形组合，底部多为突变接触方式，顶部突变或渐变。这些均是辫状河沉积的重要特征，是辫状河心滩频繁摆动的证据，说明盒8时期塔湾-高桥地区为辫状河沉积。因此，北部物源在与南部物源汇合前并没有进入三角洲前缘，仍为河流相特征。

2.4不同地区盒8段河流相沉积特征对比

通过对塔湾-高桥地区盒8段与苏里格地区盒8段岩性特征、砂地比、测井相、剖面结构对比(表1)，可以看出二者非常相似，均为典型的河流相沉积(图9)。

综上可以看出，鄂尔多斯盆地盒8段沉积期，盆地北部的苏里格地区、盆地中部的塔湾-高桥地区以及盆地南部地区均表现为河流相沉积。

3陕晋豫地区盒8段岩相、沉积相特征及沉积模式

3.1区域岩相、沉积相特征

石炭纪-二叠纪，鄂尔多斯盆地为华北板块的组成部分。其地层发育特征与相邻的晋、豫地区可以对比。根据陕、晋、豫三省区域地质志[14-16]及全国地层多重划分对比岩石地层资料，以岩性特征、泥岩颜色、有无煤层及海相夹层出现，编制了三省交界地区盒8段岩相分布图(图10)。

由图10可以看出，鄂尔多斯盆地南部有北秦岭-大别山古陆存在，而盆地北部有阴山古陆存在(图中未画出)，即有2个物源区。两大物源区物源丰富，特别是北部阴山古陆强烈隆升，古地形北高南低，物源充足，水系发育，大量沉积物能被搬运到盆地的南部，大约在甘泉、高桥、洛川一带汇合，南北沉积物沟通，在盆地未能形成汇水区，仍为河流相沉积。盆地向东依次发育平原沼泽相、三角洲前缘相，而湖泊位于山西的和顺、平遥、介休、古县、乡宁、河津、韩城一带以东及黄河以北地区，所以河津地区下石盒子组古流向以北东向为主，而柳林地区则向南东，流向湖泊区。

表1　苏里格、苏里格西与高桥地区盒8段沉积特征对比

图9　苏里格地区(苏6井)与高桥地区(陕99井)盒8段河流相剖面结构对比Fig.9　Profile comparison of fluvial facies of the He-8 between the Well Su-6 and Well Shan-99 in Sulige and Gaoqiao areas(A)陕99井盒8段剖面结构; (B)苏6井盒8段剖面结构

3.2区域沉积模式

二叠世晚期，华北海盆发生海退，位于华北盆地西部的鄂尔多斯盆地南北均为物源区，为盆地提供物源，并且南北沉积物相沟通，在鄂尔多斯盆地内形成南北相通的河流相沉积(图11)。南北沉积物在盆地内汇合后，向东流入华北海(图12)。

4结 论

鄂尔多斯盆地盒8段的沉积模式不是像前人[17]所认为的从北向南由冲积扇→冲积平原(三角洲平原)→三角洲前缘→浅湖的分布格局，而是受古地形控制，是多水系、多河道、多河型、南北水系相通、长流域、大面积分布的冲积水系网。盒8段沉积期，盆地北部、南部均有古陆存在。其中沿北部阴山古陆发育多水系河流向南搬运，而南部沿北祁连-北秦岭古陆发育多水系河流向北搬运，整个鄂尔多斯盆地为河流所占据，汇水湖泊位于山西多宁-河津-韩城以东的地区，不在鄂尔多斯盆地境内。

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Research on sedimentary environment of the Member 8 of Middle Permian Xiashihezi Formation in Ordos Basin, China

WANG Wei-hong, TIAN Jing-chun, ZHANG Jin-quan

State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Abstract:The Member 8 of Middle Permian Xiashihezi Formation (He-8) in Ordos Basin is the main natural gas producing reservoir. Based on approximate 900 drilling wells data and some outcrop sections from the basin margin, combined the methods of paleocurrent direction analysis, heavy mineral statistical analysis, lithology analysis, and section structure analysis, the intrinsic characteristics of old lands, paleocurrents and deposits with respect to the strata of the Member 8 of Xiashihezi Formation were analyzed. The study results in new sedimentary features and sedimentary patterns in the area. It reveals that the sedimentary stage of the section 8 of Xiashihezi Formation is controlled by two oldlands in the north and the south respectively and the rivers originated in the north and the south are connected at that stage. The catchment area occurs in east of Duoning, Hejing and Hancheng of Shanxi Province, instead of in the Ordos Basin.

Key words:Ordos Basin; Xiashihezi Formation; fluvial facies; catchment area

[文献标志码][分类号] P512.31; TE121.3 A

[基金项目]国家“十二五”重大科技专项(2011ZX05007-004)。

[收稿日期]2015-06-26。

[文章编号]1671-9727(2016)02-0224-09

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.09

[第一作者] 王卫红(1980-)，女，博士研究生，研究方向：储层沉积学, E-mail:wangweihong08@cdut.cn。