鄂尔多斯盆地延长组下组合沉积期湖盆迁移演化及沉积响应

完颜容, 李相博, 刘化清, 魏立花, 廖建波, 黄思静

(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.中国石油勘探开发研究院 西北分院,兰州 730020)

三叠系延长组是鄂尔多斯盆地主要的勘探目的层系，前人根据沉积旋回将其自上而下划分为10个油层组[1]，其中长1-长6为上组合，长7-长8为中组合，长9-长10为下组合。其沉积特征总体反映了大型拗陷湖盆形成、发展和消亡的全过程[1,2]，但对于湖盆发展演化的具体途径却存在不同观点。多数研究者认为，由于盆地基底具有稳定克拉通性质[3,4]，整个盆地在延长组沉积时期表现为整体升降、平起平落的特点[1]。受这一认识影响，生产部门编制的延长组沉积体系也基本上是东西南北各三角洲围绕固定的沉积中心呈现出对称发育、同步进退的特点。近年来，一些研究者提出湖盆沉积中心具有迁移性，但在迁移的时间与方向上存在分歧。例如刘化清等认为受西秦岭造山活动与阴山地区垂向构造隆升的影响，以长7为界，盆地沉积中心早期向北迁移，晚期向西南迁移[5]；邓秀芹等认为长10-长8沉积期湖盆沉积中心稳定，长7开始湖盆向西南迁移[6]；国吉安等提出长10-长8湖盆向西南迁移，长7后湖盆逐渐向东北迁移[7]。

由于湖盆沉积沉降中心的迁移影响沉积体系与砂体分布，进而影响勘探部署。本文以野外露头、岩心观察及钻井、测井分析资料为基础，重点对延长组下组合沉积期湖盆沉积中心的迁移演化及沉积响应进行分析，以期为延长组下组合这一新层系的勘探部署提供科学依据。

1 湖盆沉积中心迁移演化规律

通过对延长组下组合沉积微相、岩矿测试资料、粒度资料及地层结构等分析，结果表明，长10-长9沉积期，湖盆沉积中心明显存在向西迁移现象。

1.1 沉积微相反映湖盆向西迁移

根据野外剖面及取心井的岩心观察(图1)，在现今鄂尔多斯盆地及周边地区，长10油层组沉积构造非常发育，总体反映河流相沉积特征，并可明显划分出河道与河漫滩2个沉积微相。其中河道沉积以中-粗粒砂岩为主，见大型槽状与板状交错层理及平行层理。河道底部常见大量反映流水冲刷与搬运成因的泥砾及高等植物茎杆化石等。具体可参阅笔者的相关文献[8]。

需要说明的是，在现今鄂尔多斯盆地内部，并未见到长10期真正的湖相沉积。当时湖盆汇水区的位置可以从以下2点得到启示：一是在豫西济源地区，前人在相当于延长组早期的油坊庄组中发现了大量生物遗迹化石，其组构特征表明该地区当时为浅湖沉积环境[9]；二是根据区域地质资料[10,11]，笔者通过实地考察，在大致位于东秦岭商丹缝合线北部的南召、五里川、马市坪、卢氏瓦穴子、双槐树等地区广泛发育上三叠统深湖相沉积，厚度>1 km，断续绵延几百千米，直接覆盖在古老结晶基底之上，湖相沉积稳定，未见边缘相沉积。根据晚三叠世陕北斜坡存在“西高东低”的古地貌背景条件[12,13]，完全有理由相信豫西-东秦岭地区可能是长10期湖盆汇水区的位置，现今的鄂尔多斯地区是位于其上游的 “泄水区”。

长9油层组主要发育湖泊-三角洲沉积体系(相)。就湖泊相而言，在盆地腹地的定边-环县-庆阳-志丹-黄龙-崇信一带以及神木等地均可见到，可明显划分出滨湖、浅湖、湖湾、半深湖和深湖5个亚相。其中滨浅湖亚相分布广泛，以薄层及互层粉砂岩、砂质泥岩为主，夹少量薄层粗砂岩或者含砾砂岩透镜体，发育楔状层理、板状层理、平行层理、小型交错层理、波状层理及沙纹层理。半深湖及深湖亚相主要分布在鄂尔多斯东南部志丹-黄龙一带，在露头和钻井上都发现了大量典型的长9深水泥岩或油页岩沉积(图2)。其中在黄龙一带，深湖相厚层暗色泥岩或油页岩厚度可达10～30 m。

上述沉积微相特征表明，从长10期到长9期，研究区由河流相沉积演变为湖相-三角洲沉积，湖盆沉积中心明显向西迁移。事实上，长9期以后直到长7期，湖盆沉积中心仍然存在向西迁移的趋势，这一点可以从不同时期深湖相油页岩的分布得到证实(图3)。

1.2 重矿物特征反映湖盆向西迁移

随着沉积物搬运距离增大，不稳定重矿物在搬运过程中由于遭受机械破碎、溶蚀、溶解等风化作用，含量会越来越少，而稳定重矿物所占比重则相应增多。湖盆沉积中心是多物源多水系汇聚中心，是各沉积体系延展消亡之处，表现在岩石矿物特征上为相对最稳定矿物分布区。

图1 延长组长10油层组露头照片及沉积相剖面Fig.1 Outcrop photos and sedimentary facies profiles of Chang 10 oil-bearing formation, Yanchang Formation(据完颜容等，2011)(A)神木窟野河,辫状河沉积; (B)宁夏石沟驿,辫状河沉积; (C)旬邑山水河,曲流河沉积; (D)旬邑山水河,曲流河沉积序列(据杨友运资料，有修改), 图中箭头指照片位置

图2 延长组长9油层组露头与钻井岩心照片Fig.2 Outcrop and drilling core photos of Chang 9 oil-bearing formation, Yanchang Formation(A)黄龙剖面，长91，灰黑色泥岩； (B)宜川剖面，长9，深灰-灰黑色泥岩； (C)旺13井，长91，778.67 m，瓣腮类化石；(D)宁24井，长92， 1 760.12 m，灰黑色泥岩，含介形虫

图3 峰4-旺13井长9-长7沉积期半深湖相生油岩分布剖面图Fig.3 Source rock distribution profile of deep and semi-deep lake facies in the sedimentary period of Member Chang 9-Chang 7 from Well Feng 4 to Well Wang 13

通过对全盆地100余口探井和十几处露头的重矿物组合空间展布特征分析，结果表明：长9期西北部的盐定地区、西部环县地区、安塞-靖边连线以北地区以及盆地西南部泾川-正宁以南(西南)地区均属于绿帘石-锆石-石榴子石不稳定组合区，分别代表盆地西北、东北及西南三大物源体系；而在3大沉积体系前缘的盆地中央及盆地东部洛川-宜川地区重矿物成熟度最高，属于高锆石-石榴子石或石榴子石-锆石组合区(图4-A)， 总体反映该区存在汇水中心。

在长10期，盆地大部分地区矿物成分成熟度低(图4-B)，以含有较高绿帘石为特征，其质量分数为10%～23%；尤其盆地西北部高绿帘石不稳定重矿物组合带延伸较远，末端抵达华池以南地区，表明此时西部物源区沉积体系异常强盛。指示矿物成熟度较高的锆石-石榴子石组合分布范围非常有限，呈零星状态穿插分布在盆地北部、南部及盆地中央地区的不稳定矿物组合区中。这与长9期稳定重矿物位于湖盆中央、不稳定重矿物位于四周的特征显然不同，说明该时期盆地内部不存在汇水区，沉积物可能主要受单向水流影响。至于少量稳定重矿物组合呈零星状态与不稳定矿物穿插分布的现象，可能与河漫湖或局部积水洼地的回流作用有关。

上述长9与长10重矿物的不同分布特征，充分说明了长9期湖盆向西迁移的特征，这与沉积微相反映的湖盆迁移特征是一致的。

1.3 成岩矿物浊沸石反映湖盆向西迁移

浊沸石是延长组中最常见的成岩矿物，它的分布在延长组下部沉积物中具有一定的规律性。长10砂岩中普遍含浊沸石，而长9砂岩中大致在镇原-合水-宜川-薛峰川一线以北含有浊沸石，以南砂岩中未见分布[8]。

白清华等最新研究认为，延长组中浊沸石的形成与盆地北部阴山造山带凝灰岩和火山碎屑母岩中丰富的斜长石有关[14]。因此可以这样解释长10与长9砂岩中浊沸石分布的差异性：长10砂岩主要是来自盆地北部的单物源供给，北部河流体系带来了丰富的富含斜长石的火山碎屑物质，后期经过成岩变化而形成浊沸石砂岩；而长9以后盆地内部形成了汇水区，周缘存在多物源体系，北部火山碎屑物质仅能到达镇原-合水-宜川-薛峰川一线以北地区，此线以南属于南部物源供给区，缺少火山碎屑物质，因此南部地区长9普遍缺少浊沸石胶结。上述浊沸石的分布特征也清楚地说明了长10、长9期具有完全不同的沉积环境，从长10期到长9期，现今鄂尔多斯盆地由早期的“泄水区”转变为“汇水区”，湖盆沉积中心向西作大规模迁移。

1.4 粒度资料反映湖盆向西迁移

粒度统计是分析沉积环境的有效方法之一[15]。通过对全盆地20多口井几百块样品的粒度分析表明(图5)：长10层段概率曲线主要为单段式(如峰2井、高52井)和两段式(如旺10井)，总体特征是跃移组分的面积分数占99%以上，斜率较大，分选较好，为典型的河道沉积特征[8]。

长9层段砂岩概率曲线存在2种类型 (图5)。Ⅰ型为双段式(如胡148井)，跃移组分占98%以上，水动力较强，为河道沉积。此种类型主要分布在盆地西北盐定地区。Ⅱ型为三段式(如旺8井)，跃移组分的面积分数<80%，悬移组分占20%左右，且受湖浪进退作用影响双跃移特征非常明显，水动力条件明显变弱，结合岩性岩相特征分析为滨浅湖环境。此种类型主要分布在盆地东南志丹-黄陵地区。

上述粒度分布特征同样表明，鄂尔多斯地区长10沉积时期总体属于河流相沉积环境，而长9沉积时期盆地东南部已经出现湖相沉积环境。这进一步说明湖盆沉积中心的向西迁移。

1.5 地层结构特征反映湖盆向西迁移

根据120口钻井资料统计分析，长10砂地比平均约为55%，最高可达90%；砂岩单层厚度约为6～22 m。而长9砂地比约为35%，最高可达60%；砂体厚度一般小于10 m。 长10砂地比和砂体单层厚度明显大于长9，因此从地层结构上看，长9与长10存在明显差异，长10总体是一套以砂为主的地层，反映为河流相沉积环境，不同于长9的三角洲-湖泊沉积环境。

综合上述研究，并参考原型盆地恢复结果[16]，绘制了长9与长10期岩相古地理概貌图(图6)。从图中可以看出，从长10期到长9期，湖盆沉积中心发生了明显的向西迁移。

2 湖盆迁移演化的沉积响应

延长组下组合沉积时期，湖盆沉积中心向西的迁移演化，对沉积体系的空间展布产生了重要影响，造成各沉积体系呈现此强彼弱不对称发育的特征。

2.1 长10期沉积响应

延长组沉积初期(长10期)，由于湖盆沉积中心位于豫西-东秦岭地区，现今的鄂尔多斯地区在“西高东低”古地貌背景控制下[8]，主要发育西部(西北)与北部河流沉积体系，尤其以西部(西北)沉积体系最为强盛。从整个流域面积看，来自西北部物源的3大河流体系向盆内延伸远，影响范围大，基本控制了志丹-宜川一线以南广大地区的沉积；东北的河流体系影响有限，仅限于志丹-宜川一线以北的地区(图7)；基本无南部物源体系。

图5 延长组部分取心井段粒度统计图Fig.5 Statistical graphs of particle size for Yanchang Formation(据完颜容等(2011)，有修改)

图6 鄂尔多斯-华北南部地区长10与长9期岩相古地理概貌图Fig.6 Lithofacies paleogeography general picture of Member Chang 10 and Chang 9 in the south area of North China and Ordos Basin(据完颜容等(2011)，有修改)上图为长10期，下图为长9期，图中红色方框代表现今鄂尔多斯盆地范围

图7 鄂尔多斯盆地延长组长10上部沉积体系图Fig.7 Sedimentary system diagram of the upper Member Chang 10 in Ordos Basin(据完颜容等，2011)

2.2 长9期沉积响应

长9期，湖盆西部(西北)体系仍然保持了早期强盛的特色，是盆地主要的沉积体系，东北体系依然相对较弱。需要说明的是，此时随着沉积中心向西迁移，北秦岭地区开始隆升，盆地南部(西南)物源体系开始形成[17];而在盆地中央及东南部的延安-甘泉-富县-黄陵一带，主要发育深湖-半深湖-滨浅湖沉积(图8)。

图8 鄂尔多斯盆地延长组长9上部沉积体系图Fig.8 Sedimentary system diagram of the upper Member Chang 9 in Ordos Basin

3 结 语

延长组沉积时期之所以出现湖盆中心的迁移演化，以及不同的沉积体系类型，归根到底是由当时区域构造环境的变化所造成，与扬子和华北2个古大陆拼合作用有关。据前人研究[18-21]，中晚三叠世前后，位于2个大陆之间的昆仑-秦岭洋沿盆地南缘的阿尼玛卿-商丹断裂一线由东向西呈“剪刀式”碰撞闭合，即大别—合肥地区大致于早二叠世末—中三叠世即已发生对接；而西部三门峡地区可能至中三叠世末—晚三叠世才拼接，到西秦岭区则迟至晚三叠世后期才完全碰撞。强烈的造山运动使得南华北地区大规模隆升，靠近郯庐断裂带的地区首先隆起并逐渐向西扩展，这一过程必然导致晚三叠世沉积盆地不断向西退缩，沉积中心不断向西迁移。

众所周知，延长组油气分布主要受烃源岩分布范围和三角洲前缘砂体控制[1]，湖盆中心迁移演化导致延长组下组合和中上组合烃源岩及储集体发育位置不同，因而受各自控制的成藏组合的发育位置存在一定差异。

就延长组早期长9、长10而言，由于长9期湖盆沉积中心向西迁移，从而在鄂尔多斯地区形成了广泛湖侵，并发育了面积较为广泛的李家畔油页岩[22]；但由于同期三角洲发育不平衡，除西部体系靠近物源，三角洲发育且物性较好外，盆内及东部(尤其东南部)地区三角洲面积普遍小并且物性差，给长9自身油气勘探带来了困难。长10期河流相砂体发育时间长、厚度大、面积广、物性好，与上覆长9油页岩匹配，可以形成“上生下储”式成藏组合[21]。因此，盆地内部烃源岩发育区的长10及西部沉积体系的长9是今后油气勘探的有利地区。

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