鄂尔多斯盆地中东部中深层波组特征及地质意义*

毛丹凤 何登发

（中国地质大学（北京）能源学院 北京 100083）

鄂尔多斯盆地中东部在奥陶系盐下早期勘探未获实质性突破，经过多轮攻关研究，最新探井米探1 井在奥陶系盐下勘探获得高产工业气流，可见中东部的地质再认识意义重大（杨华等，2009；何登发等，2017；张春林等，2019；包洪平等，2020；付玲等，2020；魏柳斌等，2021；左洺滔等，2021）。鄂尔多斯盆地勘探进程快，尤其近五年的三维地震部署较多，但深层钻井资料有限，且地层横向非均质性强，越来越多学者认为地震资料对中东部地质再认识非常关键。早期学者（郝蜀民等，1996；张玲玲等，2005）利用地震资料的波组或地震相研究鄂尔多斯盆地北部古生界地层或沉积相展布特征；马占荣等（2019）针对镇钾1 井马四段的地层重复现象，结合奥陶系地震波组特征变化认为是逆断层造成的。近几年部分学者认为鄂尔多斯盆地奥陶系、寒武系发育断层（魏国齐等，2019；徐兴雨等，2019；郭泊洋，2021），也对这些层系的古地理进行研究（裴都，2015；邵东波等，2019；张春林等，2019），但对古隆起分布范围未达成一致意见。总体而言，目前缺少运用最新的地震资料对鄂尔多斯盆地中东部不同区中元古界—奥陶系的波组特征系统性研究，对不整合、盐相关构造的地震认识有待进一步加深。本文旨在通过对中东部的中元古界—奥陶系波组特征的研究与其地质意义的认识，为后续新采集的地震资料处理以及构造演化、沉积相带研究提供参考。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地西北部与阿拉善内蒙古地块相邻，西南部与河西走廊过渡带、祁连褶皱带相接，南部隔渭河盆地与秦岭褶皱带相望，东南部与豫皖地块的小秦岭地区相邻，东部与山西地块的吕梁山隆起相邻（图1a）。盆地现今由伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环坳陷和西缘冲断构造带6 个构造单元组成，研究区主要位于伊陕斜坡（图1a）。

此次研究的中深层为中元古界与下古生界，新元古界在研究区内缺失（图1b）。研究区的基底为太古界的结晶变质岩，主要以棕色片麻岩为主；中元古界的长城系在研究区东部被剥蚀，岩性以灰白色或棕红色砂岩、变质石英砂岩为主，蓟县系在盆地西南缘少量分布，以藻类白云岩为主；下古生界的寒武系在乌审旗附近不发育，地层薄，岩性以碳酸盐岩为主，夹少量陆源碎屑岩；下古生界奥陶系的上统分布于盆地西南缘，中下统的马家沟组普遍发育，且地层较厚，下统的亮甲山组和冶里组在盆地东南缘发育，奥陶系岩性以碳酸盐岩为主，局部发育较厚的盐岩、膏盐岩；研究区内缺失下古生界的志留系与泥盆系（图1b）。

图1 研究区位置及地层综合柱状图分布Fig.1 The location of mid-eastern area and its lithological column of the Paleozoic and pre-Paleozoic in Ordos Basin

鄂尔多斯盆地为多旋回叠合盆地，吕梁/中条运动时期，盆内变质结晶基底形成；晋宁运动时期中元古代鄂尔多斯板块裂解；加里东与怀远运动时期盆地整体沉降，局部隆升剥蚀；海西运动时期，盆地持续沉降；印支运动时期，盆地经历构造反转，东隆西坳；燕山期以后，盆地持续隆升，使中新生界在研究区普遍缺失（杜金虎等，2019；徐兴雨等，2019）。

2 不同岩性速度

岩性速度的变化可反映地层波阻抗的变化特征。鄂尔多斯盆地中东部中元古界—二叠系的不同岩性速度如下：煤层的速度主要分布在2 300～3 300 m/s；白云岩速度分布在6 400～6 900 m/s；灰岩速度分布在6 100～6 700 m/s；盐岩的速度分布在3 600～4 800 m/s；石膏质白云岩的主要分布在5 600～6 850 m/s，泥质石膏岩的速度分布在3 600～4 600 m/s；长城系变质砂岩的速度主要分布在4 900～5 400 m/s；泥岩速度分布在4 000～6 250 m/s，主要集中在5 000 m/s 左右；基底的片麻岩速度主要分布在4 000～6 500 m/s，但速度主要集中在6 000 m/s 左右（图2a）。根据岩性速度大小，可将鄂尔多斯中东部中元古界—二叠系的岩性划分为3 类：低速岩性（煤层、盐岩、泥质石膏）的速度相对较低，均在5 000 m/s 以下，其中煤层速度最低，几乎均小于4 000 m/s；中速岩性（泥岩、片麻岩、变质石英砂岩）的速度集中在4 000～6 000 m/s；高速岩性（白云岩、灰岩、石膏质白云岩）的速度几乎大于6 000 m/s，仅石膏质白云岩速度可分布在5 500～6 000 m/s（图 2b）。

图2 鄂尔多斯盆地中东部中元古界—二叠系不同岩性的速度分布范围Fig.2 The velocity of different lithology of the Mesoproterozoic-Permian in mid-eastern Ordos Basin

研究区的中深层主要发育3 类岩性组合：泥岩（或煤层）与碳酸盐岩接触，盐岩与碳酸盐岩接触，泥质石膏与碳酸盐岩接触。结合它们的速度大小，可知这3 类组合的岩性转换界面可形成较大的波阻抗差异值。研究区内的中速岩性（泥岩、片麻岩、变质砂岩）间的转换界面在局部可形成较大的波阻抗差异值，高速岩性（石膏质白云岩、灰岩、白云岩）间的转换界面形成的波阻抗差异值相对较小。

3 地质界面地震反射特征

鄂尔多斯盆地中东部中元古界—奥陶系横向非均质性较强，尤其是奥陶系，地层的岩性与厚度横向均发生变化。利用单井地震合成记录，进行一维正演模拟，确定地层界面的反射特征，结合过井剖面解剖地层横向变化以及地质界面间的波组特征，为井间构造、沉积变化分析提供依据。单井合成记录显示研究区内发育多个不整合接触，具体体现在同一地层在不同井上的岩性变化，使其与不同地层的岩性接触所对应地质界面的地震反射特征发生变化。

3.1 奥陶系各地质界面反射特征

奥陶系的碳酸盐岩与盐岩（或膏盐岩）的分布在纵向上具有旋回性，在横向上自西向东由碳酸盐岩—含膏岩的碳酸盐岩—含盐岩的碳酸盐岩逐步过渡。奥陶系的标定自西向东以华池区合探2 井、乌审旗区靳6 井以及米脂区龙探2 井为代表，阐述井震联合标定后不同地质界面对应的地震反射特征。

华池区的合探2 井位于研究区西南部，奥陶系内关键地质界面对应的地震反射特征如图3。奥陶系顶界是二叠系的泥岩、白云质泥岩逐渐向马五段白云岩过渡，岩性波阻抗差异大约10 000 kPa·s/m（表1），且由低阻抗向高阻抗变化，对应中频、强波峰反射的T0界面。马五段—马三段主要为白云岩、泥质白云岩，它们底界附近波阻抗值均由低向高变化，分别对应低频、弱波峰，低频、弱波峰至弱波谷零相位反射，低频、弱波峰反射的T1、T2、T3界面；马二段—马一段厚度薄，岩性以泥质白云岩与泥岩为主，二者的底界均对应同一波峰反射，难以区分开，且与下伏寒武系白云岩形成明显的波阻抗差异，差异值约2 400 kPa·s/m（表1），由低阻抗向高阻抗变化，对应中频、中强波峰反射的T4与T5界面。其中T4界面位于高波阻抗向低波阻抗变化处，变化幅度约1 400 kPa·s/m（表1），理论对应波谷反射，但因地层较薄，地震合成记录难以反映，但标定的结果更接近于实际地震记录道的低频、弱波谷反射。

表1 鄂尔多斯盆地中东部中元古界—奥陶系地质界面在不同区的地震反射特征Table 1 The seismic reflection features of the Mesoproterozoic-Ordovician in different place of mid-eastern Ordos Basin

乌审旗区的靳6 井位于研究区中部（图1），该区的T0界面自上而下由泥岩夹薄层煤向白云岩过渡，界面上下的岩性阻抗差异约7 400 kPa·s/m，地震反射界面特征与华池区一致（表1）。马五段T1界面附近岩性由石膏质白云岩向泥晶灰岩变化，波阻抗差异值与华池区相近（约430 kPa·s/m），地震反射界面特征与华池区一致（表1）；T2界面附近岩性变化与T1则相反，由泥晶灰岩向石膏质白云岩变化，波阻抗差异值较T1界面大，约为1 600 kPa·s/m，且相对华池区T2界面的波阻抗差异值（约700 kPa·s/m）也明显偏大，对应低频、中强波峰至波谷的零相位反射特征，它相比华池区的该界面附近同相轴的振幅强度明显增加。马三段T3界面附近由低波阻抗向高波阻抗变化，变化幅度较大约10 000 kPa·s/m，与华池区该界面的波阻抗差异值（约1 200 kPa·s/m）相比明显偏大，为低频、强波峰反射特征。马二段—马一段T4界面附近岩性由粉晶白云岩向含泥白云岩变化，T5界面附近岩性由石膏质白云岩向变质砂岩变化，T4～T5界面附近的波阻抗由高向低逐渐变化，波阻抗差异分别约1 300 kPa·s/m、2 600 kPa·s/m，二者均对应中频、中强波谷反射，与华池区的T5界面反射特征相比，其反射相位由波峰转变为波谷（图3）。

米脂区的龙探2 井位于研究区东部（图1）。该区的T0界面附近主要由泥岩向白云岩过渡，但波阻抗差异幅度减小到约4 800 kPa·s/m，可见T0界面附近的波阻抗差异幅度自华池区—乌审旗区—米脂区逐渐减小，界面反射特征在米脂区变为低频、弱波峰反射。马五段—马四段T1界面附近由盐岩向泥晶灰岩变化，波阻抗变化趋势与乌审旗区一致，波阻抗差异为8 000 kPa·s/m，对应低频、中强波峰反射特征，T2界面附近由泥晶灰岩向石膏质白云岩变化，波阻抗变化趋势与其它区的一致，波阻抗差异约为1 000 kPa·s/m，对应低频、弱波峰至中强波谷的零相位反射特征（表1）。马三段T3底界主要由盐岩向灰质白云岩变化，波阻抗差异约6 700 kPa·s/m，对应中频、中强波峰反射特征（表1），与其它区的地震反射相比频率和强度均有变化。马二段—马一段厚度在米脂区较厚，达到地震分辨率，T4界面附近岩性主要由灰岩向含盐岩地层变化，波阻抗差异约7 300 kPa·s/m，对应中频、强波谷反射特征，该界面在三个地区的地震反射频率、振幅强度也不一致；T5界面附近岩性主要由盐岩、泥质灰岩向灰质白云岩变化，波阻抗差异约为8 100 kPa·s/m，对应中频、强波峰反射，自乌审旗至米脂区因马一段与下伏不同岩性接触，地震反射相位发生转换，且米脂区的地震反射振幅强度最大。

3.2 前奥陶系各地质界面反射特征

寒武系普遍较薄约20～180 m，对应地震反射1/2～4 个同相轴，且在乌审旗附近缺失该地层。研究区东部发育少量的三山子组，其岩性与张夏组相近，以白云岩为主，徐庄组与毛庄组均为泥岩夹泥质灰岩，不同的是毛庄组泥岩含量高，波阻抗曲线在寒武系整体呈减小趋势。张夏组底T6地震界面附近波阻抗差异约4 100 kPa·s/m，为低频、弱波谷反射特征；徐庄组底T7地震界面附近波阻抗差异约3 000 kPa·s/m，为中频、弱波谷反射；毛庄组底与长城系接触，岩性由泥质白云岩向砂岩变化，波阻抗整体由高向低变化，波阻抗差异约1 300 kPa·s/m，该T8界面对应中频、弱波谷反射（图3 合探2 井，表1）。当寒武系与太古界接触时，该界面附近由泥岩转变为片麻岩，波阻抗差异小，此时T8界面对应为低频、弱波峰反射（图3 召探1 井）。长城系底T9界面由研究区钻探深井靳29 井可知界面附近波阻抗由低值向高值变化，但波阻抗差异较小约1 600 kPa·s/m，对应波峰反射相位（表1）。

图3 鄂尔多斯盆地中东不同区的钻井合成记录Fig.3 The seismic synthetics of different wells in different place of mid-eastern Ordos Basin

4 地震波组特征及地质意义

奥陶系及前奥陶系大致可划分为两大波系：连续性较好的奥陶系波系与连续性较差的前奥陶系波系；可细分为4 类波组：中-弱振幅、低-中频、连续性较差，中-强振幅、低频、连续性较好，中-弱振幅、连续性较好，中-强振幅、中-高频、连续性好波组。图4 显示前寒武系顶界为中振幅反射，内部波组在乌审旗区与华池区表现为中振幅中频连续较好，向米脂区过渡为弱振幅低频反射；寒武系在米脂区波组表现为中-弱振幅低频连续性较好，在华池区表现为中振幅、中频、连续性较好，向乌审旗区地层逐渐减薄尖灭。奥陶系马一段在米脂区波组为强振幅、低频、连续性好的波峰与波谷，向华池区逐渐变为中振幅、中频、连续性较好的波谷反射，因地层厚度变化；马二段也有类似同相轴数量减少特征、局部可见弱振幅波组，频率由中高频向中-低频变化；马三段的波组整体上在米脂区为表现为中振幅、中高频率、连续性好，在华池区为中-弱振幅、中频、连续性较差的反射，横向变化较频繁；马四段为中-弱振幅、中-低频、连续性较好的波组特征，横向较稳定；马五段在米脂区为中-强振幅、中-高频、连续性较好的反射，向华池区过渡为强振幅、中频反射，同相轴数量明显减少。鄂尔多斯盆地中东部中元古界—奥陶系波组特征的横向变化，反映了地层岩性横向变化与地层的不整合特征。

4.1 奥陶系波组特征

区域多口井标定结果表明，鄂尔多斯盆地中东部奥陶系中东部米脂区厚，西部华池区较薄，具有“顶底中强振幅，内部中弱振幅”的波组特征（图4）。

马一、马二段在东部米脂区厚度较大约为280 m，在华池区、乌审旗区厚度较小约为60 m。米脂区龙探2 井显示马一段为厚层盐岩夹薄层石膏质白云岩、泥质白云岩，波阻抗曲线值较上下地层整体低，偶见曲线中差异较大的尖棱状变化；华池区合探2 井显示马一段为泥质白云岩与泥岩互层，波阻抗曲线值较马二段、张夏组偏低，但差异较小；马一段波组在米脂区为强振幅、低频、连续性好的波峰与波谷，向华池区逐渐变为中振幅、中频、连续性较好的波谷反射。龙探2 井马二段主要岩性为泥晶灰岩、灰质白云岩，夹薄层泥质白云岩或盐岩，岩性多样，波阻抗曲线整体偏高，内部可见4 处差异较大的波阻抗值变化；合探2 井马二段岩性较单一，为白云岩、泥质白云岩，波阻抗值与上下地层相比略显偏高，该段波阻抗曲线较稳定；马二段的波组特征同马一段相似，同相轴数量自米脂区向华池区减少，局部可见弱振幅波组，频率由中高频向中低频变化。可见不同的岩性组合反映出波组的振幅、频率的明显变化（图4）。

马三段厚度自东部米脂区至西部华池区变化范围为90～150 m。米脂区龙探2 井马三段为盐岩与白云岩互层，波阻抗曲线值整体偏低，3 处波阻抗值差异明显较大，其它为小差异的频繁变化；乌审旗区靳6 井马三段为膏质白云岩或灰质白云岩夹厚薄不一的层盐岩，波阻抗曲线值变化频繁且差异大；华池区合探2 井显示马三段岩性为白云岩，岩性单一，且波阻抗曲线较平直，可见马三段岩性在不同区井上的厚度、岩性组合上差异明显；马三段的波组整体上在米脂区为表现为中振幅、中高频率、连续性好，在华池区为中-弱振幅、中-低频、连续性较差的反射，横向波组特征变化较频繁（图4）。

马四段厚度自东部米脂区向西华池区的变化范围为80～200 m。东部龙探2 井马四段岩性以泥晶灰岩为主，夹少量的灰质白云岩、膏质白云岩、白云质灰岩；西部华池区合探2 井的马四段岩性为白云岩；不同区马四段的波阻抗曲线均较平直，偶见低幅度平缓变化；马四段为中-弱振幅、中-低频、连续性较好的波组特征，横向较稳定。

马五段厚度自东部米脂区向西华池区的变化范围为75～390 m，厚度横向变化大。米脂区龙探2 井马五段显示岩性为灰岩或白云岩夹厚薄不一的盐岩，波阻抗曲线在3 处不同深度段明显偏低，对应盐岩发育深度段；乌审旗区靳6 井马五段岩性为膏质白云岩、粉晶白云岩、泥晶灰岩呈互层状，随深度增大波阻抗曲线值缓慢增大而后减小；华池区合探2 井马五段主要为白云岩，顶部为泥岩或泥质白云岩，波阻抗变化趋势同乌审旗区较一致；可见马五段在米脂区与其它区的岩性组合差异较大，在米脂区为中-强振幅、中-高频、连续性较好反射，向华池区过渡为强振幅、中频反射，同相轴数量明显减少（图4）。

图4 鄂尔多斯盆地中东部中元古界—奥陶系波组特征（剖面位置见图1）Fig.4 The characteristics of seismic waves of the Mesoproterozoic-Ordovician in mid-eastern Ordos Basin（profile shown in Fig.1）

4.2 前奥陶系波组特征

目前钻井揭示太古界的岩性主要为片麻岩，乌审旗区的召探1 井显示太古界波阻抗曲线值与上覆的寒武系、奥陶系的差异较小，且内部偶见小幅度尖棱状变化。太古界的地震波组在米脂区为弱振幅、低频反射，在乌审旗与华池区可见中振幅、中频反射，不同区的连续性均较差，深层均为杂乱反射（图4）。

长城系西厚东薄，靠近米脂地区逐渐尖灭，寒武系直接与基底接触，岩性主要为石英砂岩、变质砂岩，波阻抗曲线值与上覆地层的有差异，但差异不大，与太古界的波阻抗值对比有重叠区域，整体差异较小（图2b），波组在华池区表现为中-弱振幅、中频、连续性较差反射，在乌审旗区主要为弱振幅、低频、连续性较差反射（图4）。

寒武系在华池区厚，米脂区较薄，乌审旗周缘最薄甚至缺失，顶部岩性为厚层白云岩，中下部为厚层泥岩夹泥质白云岩，华池区合探1 井显示寒武系波阻抗曲线在不同深度段有变化，但其变化幅度没有含盐岩地层大，米脂区龙探2 井张夏组岩性为粉晶白云岩与灰质白云岩，较华池区张夏组岩性多样化，可见寒武系的横向岩性发生变化；其波组在华池区表现为中振幅、中频、连续性较好特征，在米脂区为变成中-弱振幅、低频、连续性较好反射（图4）。

5 中深层特殊波组及地质意义

通过井震联合标定以及波组特征分析可知，波组特征发生明显变化如波组内的波峰或波谷突然消失、波组隆起或错断，分别代表地层的不整合接触、盐相关构造、断裂等丰富的地质现象。

5.1 不整合特征

在中东部发育多个不整合面，其上下地层的接触关系主要表现为石炭系与奥陶系，奥陶系与寒武系，奥陶系与长城系，寒武系与基底的不整合接触，其类型主要表现为平行不整合、低角度削截与超覆不整合。

长城系在华池区及周缘呈低角度超覆于太古界之上，图5a 可见明显中等振幅、中等频率、连续性较差的波组超覆于杂乱反射之上，超覆点附近两侧波组特征差异明显。寒武系地层整体较薄，剥蚀点受地震分辨率与资料品质难以识别，但地层在盆地中东部的西南方向向东北方向变化时，可见明显的剥蚀点，在其附近地震反射同相轴由中等振幅、中-高频反射变为弱振幅、低频反射，该波组与上覆强振幅、中频、连续性好的奥陶系底波组形成低角度不整合（图5b）；寒武系在乌审旗附近缺失，奥陶系与长城系直接呈平行不整合接触（图4 靳29 井附近）。在华池区与乌审旗之间马五中上部弱振幅、低频波组与顶部强振幅、中频波组呈低角度削截部整合接触（图5c）。

图5 鄂尔多斯盆地中元古界—奥陶系不整合面特征（剖面位置见图1）Fig.5 The unconformity features of the Mesoproterozoic-Ordovician in mid-eastern Ordos Basin（profile shown in Fig.1）

5.2 盐相关构造

马一、马五的膏盐岩厚值区主要位于米脂区附近，马三的膏盐岩厚值区主要位于米脂区南、北两侧，且马一段的膏盐岩厚度相对较大，最大可达190 m。盐相关构造主要分布在米脂一带，盐加厚形成丘状、透镜体状隆起，导致波组振幅强度、频率、连续性以及数量的变化，或者波组错断，局部盐背斜翼部可见同相轴的超覆现象。单个隆起地质体分布较局限，长轴约12 km，短轴约7 km，长轴方向为NE-SW 展布。与盐构造相伴生的断层，分布较局限，主要为下缓上陡的逆断层，垂直断距约20～80 m，断层走向为NE-SW 向。

米脂区马一、马三段盐的活动，普遍形成较平缓的褶皱，褶皱幅度约为40～100 m。图6 为米脂区因盐滑脱形成两大类滑脱褶皱类型—盐滑脱背斜与基底影响型盐滑脱背斜，盐滑脱背斜可细分为单层盐滑脱背斜和双层盐滑脱背斜（图6）。

单层滑脱盐背斜主要在含盐岩的马一段内滑脱，马一段底部地层几乎无变形，中上部则形成明显隆起，内部波组为弱振幅、低频、连续性差特征，上覆地层的褶皱幅度逐渐消失在马五段盐岩内，且H051385 测线中可见马五段内盐背斜翼部的中-弱振幅、高频、连续性较差的波组超覆于马四顶部中等振幅、中等频率、连续性较好的波谷反射之上（图6a）。双层滑脱盐背斜主要在含盐岩的马一段与马三段内均发生滑脱，其明显特征为不同地层的盐滑脱背斜核部与褶皱幅度明显不一致，且伴随断距不一的断层发育。H186161 测线东侧显示马一、马三段的双层滑脱中，马二段、马四—马五段的波组发生明显错断，背斜内部波组为弱振幅、低频、连续性差的反射特征，纵向双层滑脱形成叠瓦状断层（图6b）。基底中发育的断层，在寒武系形成褶皱，或断穿至奥陶系马一段内，对马一段与马三段内的盐滑脱背斜造成影响。H186161 测线西侧显示马一段—马五段内该类背斜内部为中弱振幅、低频、连续性差反射，波组发生明显错断，寒武系发育明显似尖棱状褶皱，基底发育小断距逆断层（图6c）。

图6 鄂尔多斯盆地米脂区盐相关构造图（剖面位置见图1）Fig.6 The salt structures of Mizhi area in Ordos Basin（profile shown in Fig.1）

6 结 论

通过中东部多口井的井震联合标定，典型区典型井中元古界—奥陶系的岩性、速度与波阻抗分析，以及对应的地震波组横向变化特征总结，得出以下几点认识：

（1）奥陶系内泥质石膏岩、盐岩含量及与围岩的组合方式对波组的变化影响较大。若与碳酸盐岩呈互层状，可形成中振幅、中高频率波组反射（米脂区马三段）；若为厚层盐岩、泥质石膏夹薄层碳酸盐岩形成强振幅、低频反射（米脂区马一段）。

（2）在中东部的周缘不含低速岩性，地层厚度是其波组特征变化主要因素。如奥陶系自米脂区向华池区减薄，且中东部周缘岩性较单一，在这些区域奥陶系内马一段—马四段主要表现为中-弱振幅、中-低频反射，也可见连续性变差的波组，与波组过渡区（乌审旗区）的中振幅、中频、连续性较好的反射形成差异。长城系的厚度巨变在华池区也导致其附近波组由中-弱振幅、中频反射快速变为弱振幅、低频反射。

（3）中东部中元古界—奥陶系的不整合类型为平行不整合、低角度削截与超覆不整合，盐相关构造在米脂区较发育，尤其双层盐滑脱和基底影响型盐滑脱背斜及伴随的逆断层对油气的运移和成藏研究很重要，它们可作为未来盐下勘探的研究重点。