鄂尔多斯东南部上古生界层序地层特征

于　波

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安　710075)



鄂尔多斯东南部上古生界层序地层特征

于波

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安710075)

鄂尔多斯东南部上古生界可区分出的三级层序界面类型包括区域不整合、构造体制转化面、区域海退面、河道下切面、区域(暴露面)、煤层、灰岩底界与地层叠置样式转化面。基于层序界面特征分析，上古生界本溪组至石盒子组可划分为2个二级层序，其中本溪组、太原组和山西组为1个二级层序(SS1)，石盒子组整体划归为1个二级层序(SS2)。每个二级层序由区域性的水进-水退旋回组成，为构造控制型层序。二级层序进一步划分为11个三级层序，即本溪组划分出2个三级层序(SQ1和SQ2)、太原组划分出1个三级层序(SQ3)、山西组划分出2个三级层序(SQ4和SQ5)、石盒子组划分出6个三级层序(SQ6-SQ11)。其中SQ1-SQ5为海相及海陆交互相沉积层序，SQ6-SQ11为陆相湖盆沉积层序。基于层序地层特征分析，建立了鄂尔多斯盆地东南部地区层序充填模式，对于沉积体系演化、气藏形成及聚集研究都具有指导性意义。

鄂尔多斯盆地；上古生界；层序地层；充填模式

鄂尔多斯盆地是中国大型叠置沉积盆地，拥有丰富的石油、天然气、煤炭及铀矿资源(张林森，2011；王香增，2014)，是中国西气东输的主要气源地之一。近几年来，延长石油集团在盆地东南部地区古生界天然气的勘探突破与规模产能的形成对解决中国天然气供需矛盾、加快陕西省经济建设具有重要的战略意义(郑和荣等，2006；赵忠英等，2010)。

相比北部地区，鄂尔多斯盆地东南部上古生界天然气勘探开发程度低(王香增，2014)，主要原因是对地质结构认识不清，缺乏相应的勘探开发理论等，严重制约了天然气的勘探开发进程。

笔者以层序地层学理论为基础，对研究区内钻井、测井、岩心等资料进行综合分析，确定了层序地层界面标志，进而划分层序并建立层序地层格架，增强对上古生界沉积地层三维空间分布的认识，为进一步研究天然气运移及成藏规律奠定基础。

1　研究区概况

区域构造上，研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部，行政区划上大致位于绥德以南、志丹以东、黄河以西、洛川以北的区域(图1)。

图1　研究区在鄂尔多斯盆地中的位置图Fig.1　Location of research field in Ordos basin

鄂尔多斯盆地上古生界自下而上发育了石炭系—二叠系的本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组6套地层(周进松等，2014)，总沉积厚度约700m；其主要含气层段位于以陆相沉积为主的山西组和下石盒子组(表1)。

2　层序地层界面特征与识别

2.1层序界面特征

层序界面是地层(暴露)、地层剥蚀、地层上超、浅水相和深水相的突变接触，这些标志的出现表明一次沉积旋回的结束(WHEELER H E et al，1957；GALLOWAY W E，1989)。层序界面常为不整合面、沉积间断面或与之对应的整合界面，在地震剖面、测井、岩性上都有明显的识别标志(图2)。测井曲线上，层序界面常表现为Gr值的突变，反映了岩性的突变。根据地震、测井和岩心等信息，结合本区具体地质特征和构造演化规律，笔者认为鄂尔多斯盆地东南部三级层序界面划分存在以下识别标志：①区域不整合面。②构造体制转换面。③区域海退面。④河道下切面(为箱型、钟型测井曲线的底部突变面，岩心及露头上可见砂岩底部的冲刷侵蚀面)。⑤区域暴露面(古土壤层发育，因赋存较多放射性元素，测井响应表现为自然伽马高异常)(朱春俊等，2010)。⑥煤层(顶界面一般位于沉积旋回上部，代表HST晚期海退/湖退、沼泽化的产物)。⑦灰岩底界(灰岩-黑色页岩-粉砂岩及细砂岩-煤层构成约旦尔旋回，灰岩经常直接覆盖于煤层之上，代表新的海进-海退旋回的开始)。⑧地层叠置样式转换面(图2)。

表1　研究区上古生界地层划分表

图2　研究区延气2井与延270井层序界面特征图Fig.2　Characteristic for sequence boundary of Yan-gas 2 and Yan 270 in research field

2.2内部叠加样式分析

地层记录中沉积旋回的变化是划分高精度层序地层的基础(郑荣才等，2002；邓宏文等，2002)。海(湖)平面下降将引起基准面下降，沉积体系朝盆地方向进积；基准面上升导致沉积体系后退。本溪组通常以典型的长期反旋回为主，反映海平面上升，虽然内部存在小的正韵律，但是整体为反韵律；山1与山2段为典型的对称上升半旋回与下降半旋回，虽然洪泛面的位置并不固定，但不影响其顶底部粒度较粗、砂层较厚的特征；盒8段为典型的长期正旋回，内部通常包括多期短期正旋回叠加，指示了陆进水退的过程(图3)。

图3　本溪组、山2、山1、盒8内部旋回叠加样式图Fig.3　Overlay styles of inner cycles of Benxi formation, Shan 1, Shan 2 and He 8

3　层序划分方案

通过不整合界面的识别、旋回叠加样式的变化、相序及组合的改变和砂、泥岩层厚度的旋回性等，可进行测井层序划分和井间层序对比。鄂尔多斯上古生界层序地层划分方案较为丰富(翟爱军等,1999；张满郎等，2009；郑荣才等，2002)，三级层序时间跨度为0.5～3Ma，厚度10～50 m。

通过岩心、测井特征可以区分出区域不整合面、区域海退面和区域下切面。笔者将鄂尔多斯盆地东南部上古生界划分出2个二级层序，即本溪组、太原组和山西组整体归为1个二级层序(SS1)，石盒子组整体归为1个二级层序(SS2)。每个二级层序由区域性的水进-水退旋回组成，为构造控制型层序。

依据次一级不整合面及对应的整合界面，进一步划分出11个三级层序：本溪组划分出2个三级层序(SQ1和SQ2)、太原组划分出1个三级层序(SQ3)、山西组划分出2个三级层序(SQ4和SQ5)、石盒子组划分出6个三级层序(SQ6-SQ11)。结合地层水矿化度特征，可知SQ1-SQ5为海相及海陆交互相沉积层序，SQ6-SQ11为陆相湖盆沉积层序(图4)。

图4　研究区层序地层综合柱状图Fig.4　Synthetic histogram of sequence stratigraphy in research field

海相层序(SQ1-SQ5)主要发育在克拉通陆表海环境；该时期地形坡度平缓，研究区不发育滨岸地形坡折带，致使低位体系域不发育；海水较浅且进退频繁，大范围内为潟湖、潮坪环境。研究区东南部主要发育潮下带灰岩；中南部发育孤立障壁岛；北部靠近物源区发育扇三角洲沉积。海侵体系域主要发育潮下带灰岩及潟湖泥岩，形成退积序列；高位体系域主要发育潮坪相砂质泥岩、煤层及障壁岛砂岩，呈弱进积或加积序列。

陆相层序(SQ6-SQ11)发育低位、湖侵及高位体系域。低位体系域一般为砂砾岩、砂岩组成的冲积-河流沉积，底界为河道侵蚀面；河道砂岩与河漫泥岩构成下粗上细序列，具二元沉积结构。湖侵体系域一般为河漫、决口扇、三角洲平原及前缘泥岩、煤层及碳质泥岩、泥质粉砂岩的沉积，砂岩厚度薄，构成向上变细的退积序列；湖岸线向陆迁移。高位体系域主要为砂泥薄互层夹煤层组成的滨浅湖及三角洲沉积，在三角洲前缘的河口坝区发育向上变粗的进积序列。研究区北部的高位体系域沉积物多被冲刷侵蚀，保存较少；首次湖泛面可见到高伽马泥岩或泥碳沉积，为退积/加积转换面；最大湖泛面为进积/退积转换面，一般发育黑色泥岩、煤层或碳质泥岩。总体而言，低位体系域分布局限，有些地段层序底界为土壤暴露面。

4　层序地层对比

为进一步了解二级、三级层序在侧向上的分布特点及变化规律，以单井层序划分为基础，在研究区内优选了1条纵剖面(延280—延730)和1条斜剖面(延668—延255)进行了层序地层的划分和对比，分析地层空间演化规律。

4.1延280—延730联井剖面

研究区上古生界在纵剖面(延280—延730)上都有发育(图5)。整体来看，自北向南，山西组—石盒子组厚度变化不大。其中，本溪组、太原组向南厚度逐渐变小，延730井灰岩不发育，说明该区域水深大或能量较强，难以形成厚层灰岩沉积。山西组整体变化不大，仅在延730井附近厚度有所差异，显示了沉积中心略有偏移。

对于陆相时期层序(SS2)而言，具有厚度整体变化较小的特点；说明该时期发育南北2个物源，中部为湖泊水体中心，可容纳空间较大，沉积厚度大，以泥质沉积为主。

山西组最大厚度位于延252井周围，上石盒子组最大厚度位于延730井周围，均是沉积中心南迁、沉积物向南搬运所致。

4.2延668-延255联井剖面

研究区上古生界在延668-延255井剖面上均有发育(图6)。整体来看，具有东部厚西部薄的特点。在海相层序(SS1)中，即本溪—山西期尤其明显，试20井、延255井本溪组、太原组厚度远大于西部井；由于该时期沉积中心位于此处，可容纳空间较大。山西组、盒8段沉积厚度全区变化不大。

图5　延280—延730剖面层序地层对比图Fig.5　Sequence stratigraphic correlation of Yan 280-Yan 730

图6　延668—延255剖面层序地层对比图Fig.6　Sequence stratigraphic correlation of Yan 668-Yan 255

5　层序充填模式

鄂尔多斯东南部层序充填模式见图7。

层序地层学研究中构造运动、气候变化、物源供给及湖平面变化是海相、湖相层序地层发育的控制因素(CATUNEANU O，2009；朱筱敏，2000)，其中构造运动和气候变化是主要控制因素。

研究区上古生界各级层序发育在平缓斜坡背景下，由于倾角较小、沉积作用均匀，海相沉积在研究区南部主要表现为填平补齐，海陆过渡相与陆相沉积一般具有等厚地层展布特征。

在研究区层序格架特征及主控因素分析基础上，结合湖盆演化阶段和盆地构造演化特征，建立了研究区本溪组、山2段、山1段和盒8段缓坡层序及沉积充填模式(图7)。

图7　鄂尔多斯东南部层序充填模式图Fig.7　Sequence filling pattern in east-southern Ordos Basin

研究区本溪组整体发育潟湖-障壁-潮坪沉积体系，低位域主要发育障壁岛砂体，物源主要来自河流带来的陆源碎屑；而后海平面上升，导致海侵体系域海侵陆退，形成了泥岩沉积；高位域主要发育灰岩，并形成下部障壁岛砂体、中部泥岩、上部灰岩的整体沉积格局。

山2段主要发育含煤碎屑组合(解东宁等，2013)。低位域发育典型的低位前积楔，岸线迅速向盆地方向迁移；随着海平面逐渐上升，海平面上升速率大于沉积物供给速率，在海侵体系域形成退积的砂体叠加样式。高位域时期，砂体不断向前前积，整体旋回叠加样式为对称式，上升半旋回与下降半旋回厚度大致相等。

山1段与山2段层序相比而言，研究区砂体更加发育，但煤层较少。山1段低位域主要发育河道与砂坝为主的多层叠置沉积体；随着海平面逐渐上升，陆退海进，沉积体系逐渐后退，并形成砂体退积的叠置样式；在高位域时期，河道型砂体逐渐向前推进，并最终形成进-退-进的叠置类型。

盒8段与山2段相比，沉积物供给更加充足，三角洲继续向前推进，并在研究区形成辫状三角洲沉积体系。由于海(湖)平面下降，沉积物供给速率较高，沉积物在可容空间较大部位堆积下来，形成盒8段下部典型的低位域多期河道叠置砂体；随着海(湖)平面上升，沉积物供给速率小于海平面上升速率，导致海侵陆退，形成退积叠加样式；高位域时期，形成高位进积的砂体叠置样式。

6　结论

鄂尔多斯盆地东南部三级层序界面类型分为区域不整合面、构造体制转换面、区域海退面、河道下切面、区域(暴露)面、煤层、灰岩底界与地层叠置样式转化面。

上古生界本溪组—石盒子组被划分为2个二级层序，其中本溪组、太原组和山西组为一个二级层序(SS1)，石盒子组整体划归为一个二级层序(SS2)。每个二级层序由区域性的水进-水退旋回组成，为构造控制型层序。

二级层序进一步被划分为11个三级层序。本溪组划分出2个三级层序(SQ1和SQ2)、太原组划分出1个三级层序(SQ3)、山西组划分出2个三级层序(SQ4和SQ5)、石盒子组划分出6个三级层序(SQ6-SQ11)。其中SQ1-SQ5为海相及海陆交互相沉积层序，区域中部厚度较大，逐渐向南变薄；SQ6-SQ11为陆相湖盆沉积层序，区域内比较稳定，厚度变化不大。

基于层序地层特征分析，建立了鄂尔多斯盆地东南部地区层序充填模式，对于沉积体系演化、气藏形成与聚集研究都具有指导性意义。

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Characteristic of Upper Paleozoic Sequence Stratigraphy in East-southern Ordos Basin

YU Bo

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co. Ltd., Xi’an 710075, Shaanxi, China)

In east-southern Ordos basin, the Styles of third-order sequence boundary in Upper Paleozoic strata within can be districted as seven styles, including regional unconformity, structural system transformation surface, regional regression surface, channel erosion surface, regional leakage surface, coal bed, overlay-style transformation surface between limestone bottom and strata. Based on the analysis of sequence boundary characteristic, the Paleozoic stratigraphy, from Benxi Formation to Shihezi Formation, can be divided into two second-order sequences, namely the one (SS1) includes Benxi Formation, Taiyuan Formation and Shanxi Formation, the other (SS2) includes Shihezi Formation. Every second-order sequence is dominated by tectonic, including regional transgression and regression cycles. The second-order sequence can be divided into 11 third-order sequences, that is two third-order sequences (SQ1 and SQ2) in Benxi Formation, one (SQ3) in Taiyuan Formation, two (SQ4 and SQ5) in Shanxi Formation, six (SQ6 and SQ11) in Shihezi Formation. In which, the sequences of SQ1-SQ5 are marine and marine-continental sediments, while SQ6-SQ11 are lacustrine sediments on continental. With the characteristic of sequence stratigraphy, the sequence-filling model in east-southern Ordos Basin has been established in this paper, which has a guiding significance for further research in sedimentary system evolution, reservoir formation and gathering for gas.

Ordos Basin; Upper Paleozoic; sequence stratigraphy; filling-pattern

2015-03-12；

2015-07-01

国家科技支撑计划项目(2012BAC26B00)

于波(1979-)，男，江苏徐州人，高级工程师，博士，主要从事油气田开发地质研究。E-mail :bylnfreeboy@126.com

P535

A

1009-6248(2016)01-0092-09