鄂尔多斯盆地东南部二叠系物源研究

鄂尔多斯盆地东南部二叠系物源研究

在鄂尔多斯盆地发现的上古生代气藏主要位于盆地中部和南部，盆地中部上古生代物源、沉积物、储层和成矿法的研究程度较高（魏洪红等，1999；余忠平，2002；杨仁超，2002；方兴堂，2004；梁继伟，2004；李建等，2005；朱红泉等，2005；张晓丽，2005；刘池阳等，2006；沈玉林等，2006；李增学等，2007；罗景兰等，2010）；近10年来，盆地东部的研究强度也有所增加（彭海燕，2006；孙菲金等，2005；廖长珍等，2007）。盆地西南部也受到地质当局的高度重视和研究（朱晓敏等，2002；郑荣才等，2002；陈泉红等，2006；白斌等，2007）；相对较低盆地东南部的研究水平。近几年在盆地东南部陆续有天然气的区带发现(王桂成等,2004;武富礼等,2007),显示出了巨大的勘探潜力,但研究仅是初步阶段(陈孟晋等,2006;王超勇等,2007)。前人研究认为鄂尔多斯上古生界受多物源控制影响,但以北部物源为主;北部物源区主要是阴山古陆以及阿拉善古陆,南部物源区主要是秦岭-中条古陆隆起(郭英海等,1998;肖建新等,2008)。对于南部物源的影响范围、影响程度,大多数学者认为南部物源影响较小(汪正江等,2001;席胜利等,2002;刘锐娥等,2003;陈孟晋等,2006;陈安清等,2007;武富礼等,2007;陈全红,2007;肖建新等,2008);研究区南北物源影响范围及程度有多大等问题还没有弄清楚,这很大程度上影响了研究区的天然气勘探战略,因此进行鄂尔多斯盆地东南部二叠系物源研究具有重要意义。研究区位于盆地东南部的陕北地区,构造单元上位于伊陕斜坡中南部(图1)。物源研究方法已经比较成熟,古流向、重矿物分析是分析物源区的有效方法(Mortonetal.,1994;汪正江等,2000;赵红格等,2003;徐亚军等,2007),常量或微量地球化学研究方法(Roseretal.,1988;Mclennanetal.,1993)也应用于物源研究,边缘相及相带分析也可以应用于物源体系分析。本次研究通过35口探井详细岩芯观察及钻测井资料综合分析,结合5条野外实测剖面分析,应用古流向、重矿物分析、边缘相及相带分析进行物源研究。1盆地的结构及几何形态古流向分析不仅可以确定骨架沉积体的走向、圈定古斜坡、推测古岸线走向,还可以按沉积物散布的样式探索盆地的结构及几何形态。本次研究依据各种交错层理倾向、砾石的定向排列分析以及平行层理中的剥离线理等原生沉积构造,经过吴氏网校正后做出流向玫瑰图,从而指示物源方向。1.1河流方向及区域内物源丰富从韩城沮水河、澄城三元桥、柳林成家庄剖面玫瑰图可见(图2a),南部韩城沮水河及澄城三元桥古水流显示,主要指向从东南向西北,反映来自为南物源;而山西柳林成家庄剖面水流方向从北向南,反映来自为北物源。总的来说,古水流方向显示研究区中部在山西组时期整体为汇水区,说明研究区在山西期可能存在南北不同方向的物源。1.2古水流方向及物源分析从韩城沮水河、澄城三元桥、柳林成家庄、淳化口镇等剖面玫瑰图可见(图2b),南部韩城沮水河、澄城三元桥、淳化口镇剖面古水流方向主要指向从南向北,反映来自为南物源;而山西柳林成家庄剖面水流方向还是自北向南,反映来自为北物源。总的来说,古水流方向显示研究区在石盒子组时期与山西组时期略有所差别,但是研究区主体依然为汇水区,说明研究区在石盒子组时期可能存在南北不同的物源。2陆源重矿物组成研究区二叠系50个样品的重矿物分析数据显示,各个砂岩样品中主体共有8种陆源重矿物,分别是锆石、金红石、电气石、石榴子石、磁铁矿、板钛矿、白钛矿及绿帘石,其中以锆石、石榴子石和白钛矿含量最高,也较稳定,三者之和平均含量可达88%,从而成为主要重矿物。2.1延边州各大区内的重矿物情况通过山西组样品重矿物平面分布图(图3a)的分析,发现以锆石、石榴子石和白钛矿为主要重矿物分布具有南北中分区的特征(图3b),即永坪以北的北区,延安—延长一线以南的南区,二者中间的中区。锆石作为最稳定的重矿物之一,距源区愈近含量愈低,白钛矿作为较不稳定的重矿物,距源区愈近含量愈高。南区与北区主要重矿物含量不同,南区锆石平均含量47.7%,而北区高达68.2%,此外白钛矿南区29.8%,北区22.4%;南区锆石含量低,白钛矿含量高,说明南区为近源区,反映南部物源的存在;在南北区之间的中区主要重矿物含量组合含量差别较大,规律性不明显,说明受到南北物源共同影响,反映为南北物源混源区。2.2结合南北物源共同影响石盒子组砂岩样品中也以锆石、石榴子石和白钛矿含量最高并稳定,三者累积含量达到95.7%,为最主要重矿物,其平均含量分别为50.3%,10.5%和34.9%。从其平面分布图(图4a)可以看出,石盒子组重矿物组合大致可以分为3个区:永坪以北的北区、延安—延长一线以南的南区及二者中间的中区(图4b)。南区与北区的主要重矿物种类虽然一致,但其含量不同,南区锆石平均含量43.1%,而北区高达58.2%;白钛矿南区39.7%,北区19.2%;南区锆石含量低,白钛矿含量高,说明南区为近源区,也反映南部物源的存在;在南北区之间的中区主要重矿物含量组合含量差别较大,规律性不明显,说明受到南北物源共同影响,也反映为南北物源混源区。通过山西组主要重矿物分布平面图,还可以识别出北部两个不同的物源,延105井样品显示,其锆石含量很高,平均为72.3%,而延101井及延113井样品分析显示其锆石含量较低,仅63.6%,且其石榴子石含量明显高于延105井样品;结合前人区域研究资料,可以以重矿物数据把研究区山西组物源分为北北东方向、北北西方向和南方3个物源区(图5a):A区为富锆石区,即锆石含量较高,石榴子石与白钛矿含量较低;B区为锆石+白钛矿+石榴子石区,即锆石含量低于A区,但石榴子石与白钛矿含量相对较高;C区为富白钛矿区,白钛矿含量较高,锆石含量低于A区和B区。通过石盒子组主要重矿物分布平面图,还可以识别出北部两个不同的物源,延105井样品显示,其锆石含量很高,均超过80%,而延101井样品分析显示其锆石含量较低,但石榴子石与白钛矿含量明显高于延105井样品,且盒八段底部的样品显示其电气石含量较高;结合前人区域研究资料,可以根据重矿物数据把研究区石盒子组物源也分为北北东方向、北北西方向和南方3个物源区(图5b):A区为富锆石区,即锆石含量较高,石榴子石与白钛矿含量较低;B区为锆石+白钛矿+石榴子石区,即锆石含量低于A区,但石榴子石与白钛矿含量相对较高;C区为富白钛矿区,白钛矿含量较高,锆石含量低于A区和B区。3盆地内部构造约束物源研究为相带划分提供依据,同时相带划分可以反证物源方向(梅志超,1994)。前人对鄂尔多斯盆地整体或者中北部沉积古地理(郭英海等,1998,1999,2000;付锁堂等,2003;付锁堂,2004;陈孟晋等,2006;陈全红,2007)及古生代盆地演化的大地构造约束(WangQingfeietal.,2006)做了大量研究工作,对于盆地南部虽然已经进行了一些研究(王超勇等,2007;肖建新等,2008),但在盆地东南部不断有新的钻探资料补充的情况下,这些研究有待深化、补充、修正或重新认识。3.1近源砾岩沉积相厚层砾岩尤其是厚层复成分砾岩可以反映盆地边缘沉积。从盆地南部地区的野外剖面发现,上古生界南部发育边缘相沉积,这是北部物源无法解释的;如在周至柳叶河上古生界剖面底部发育几套厚层复成分砾岩沉积,砾石大小混杂,累积砾岩厚度超过15m,主体以巨砾为主,反映为近源冲积扇沉积(图6);在陕西泾阳县口镇二叠系盒八段底部发育砾岩沉积(图7)。这些砾岩不可能来自北部物源,长途的搬运已不可能形成冲积扇沉积,只能来自南物源区的秦岭古陆。3.2山水面质分析以详细的岩芯观察为基础,通过岩石相、测井相的综合分析,确定研究区二叠系山西组及石盒子组沉积期沉积相类型主体为三角洲相三角洲前缘亚相;通过单井岩石相、测井相、联井沉积相对比剖面、砂地比等值线分析,绘制了研究区二叠系山二段、盒八段沉积相平面图,以研究相带展布规律。从山西组—盒八段南北向沉积相对比剖面图(图8)可以看出,不同层段南北区域之间存在砂岩不发育区域,分割南北物源区,说明研究区存在北部及南部物源,且在不同层段南北物源影响范围不同。山二段与盒八段相带(图9a,b)分析表明:二叠系山西组与石盒子组物源可分为北北东、北北西及南部3个方向,以延安为中心区域属于汇水区;山二段南部物源范围较大,影响到了延安以北区域;盒八段北部物源范围较大,越过了延安一带,相应的南部物源范围后撤。4