鄂爾多斯盆地長7沉積期物源分析

0地質(zhì)意義及地質(zhì)特征鄂爾多斯中生盆地是一個(gè)大型內(nèi)陸坳陷盆地，具有豐富的油氣資源。湖池在晚三疊紀(jì)的擴(kuò)展期達(dá)到了形成的高峰，在7個(gè)湖池中最大，聚集了73層優(yōu)質(zhì)泉巖。71歲和72歲。它是一個(gè)多世紀(jì)的砂體。這種砂體具有靠近油源的特點(diǎn)，有利于將優(yōu)質(zhì)泉巖排渣并形成油藏。近年來隨著油田產(chǎn)能建設(shè)需要及勘探開發(fā)力度的加大,陸續(xù)在長7層見到油氣顯示,為石油勘探尋找新的接替層系提供了方向。結(jié)合已有的研究發(fā)現(xiàn),盆地延長組以東北和西南兩個(gè)方向的物源為主,在長7期亦受這兩大物源體系控制,同時(shí)依據(jù)長7儲(chǔ)集砂巖在碎屑組成、重礦物組合及巖性特征進(jìn)一步細(xì)化出多個(gè)次級(jí)物源區(qū),影響著長7儲(chǔ)層在平面上的微觀變化特征[2~4]。本文通過鉆井、剖面、薄片與重礦物鑒定及定量統(tǒng)計(jì)、聚類分析、泥巖地化特征等分析測試手段,討論了盆地延長組長7沉積期的物源方向和母巖類型。研究結(jié)果對(duì)盆地延長組長7砂體時(shí)空展布、儲(chǔ)層研究、有利區(qū)預(yù)測及下一步的油氣勘探部署都具有重要的參考價(jià)值。1巖源分析與母巖恢復(fù)1.1盆地內(nèi)部巖石礦物組合通過統(tǒng)計(jì)盆地內(nèi)271塊長7砂巖樣品的礦物組成顯示,砂巖組分中石英平均含量約39.9%,長石平均含量約33.1%,巖屑平均含量約27%,碎屑成分三角投點(diǎn)樣品主要落在長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖區(qū),少數(shù)落在長石砂巖、巖屑砂巖區(qū)(圖1);砂巖的碎屑組成具有分區(qū)性,東北、西北為高石英區(qū),西—西南、南部為高長石區(qū),并富含碳酸鹽巖屑,各沉積區(qū)的分布范圍如圖2所示。陸源碎屑巖的碎屑物質(zhì)主要來源于母巖機(jī)械破碎的產(chǎn)物,通過選取各分區(qū)樣品進(jìn)行薄片鑒定,識(shí)別礦物碎屑組合及標(biāo)型特征,結(jié)合碎屑礦物組合與母巖類型關(guān)系來判斷母巖類型。在此需挑選遠(yuǎn)離盆地沉積中心、靠近源區(qū)的樣品,減少因混源引起的礦物組合變化(表1、圖3)。從表1統(tǒng)計(jì)的結(jié)果和圖3所分析的礦物標(biāo)型特征可以得出以下結(jié)論:(1)盆地東北部長石含量高,且多有蝕變并與高變巖屑形成礦物組合,石英顆粒具波狀消光的特征,反映了母巖為高級(jí)變質(zhì)巖,另外普遍可見中基性斜長石、條紋長石等反映中基性火成巖的母巖礦物;(2)西北部淺變質(zhì)巖屑含量高,鏡下鑒定巖屑以千枚巖、板巖為主,反映了源區(qū)母巖淺變質(zhì)巖的母巖特征;(3)西南—西部石英含量較高,長石含量低,偶見石英具再造沉積的特征(二輪回石英),長石未見蝕變,巖屑以淺變質(zhì)巖屑、白云巖屑為主,平面上西部較西南地區(qū)砂巖粒度較粗,表現(xiàn)為白云巖屑顆粒粗大(Y42井、Y36井),具有近源沉積的特征,不含高級(jí)變質(zhì)巖屑,反映了源區(qū)白云巖等沉積巖和淺變質(zhì)巖為主的母巖特征;(4)南部石英含量較高,巖屑以灰?guī)r巖屑為主,偶見生物碎屑,淺變質(zhì)巖屑次之,反映源區(qū)母巖生物碎屑灰?guī)r和淺變質(zhì)巖的特征。1.2類型關(guān)系表基本恢復(fù)母巖類型重礦物在巖石中含量較少,由于其抗風(fēng)化穩(wěn)定性的不同,較穩(wěn)定的重礦物含量會(huì)隨著遠(yuǎn)離物源區(qū)方向升高,不穩(wěn)定重礦物含量降低,依據(jù)這一原理,重礦物也是判斷物源方向的主要方法之一;另外,利用聚類分析方法可將相關(guān)性好的重礦物進(jìn)行組合,按照常見礦物與母巖類型關(guān)系表基本恢復(fù)母巖類型[6~8]。通過表2統(tǒng)計(jì)反映出輕礦物未能揭示的特征,西部較西南部石榴子石、白鈦礦含量高,且重礦物形態(tài)上具明顯差異,結(jié)合圖4得出結(jié)論:(1)東北部石榴子石含量高,普遍含紅色石榴子石而區(qū)別于其它地區(qū),其次是鋯石,呈柱狀,以變質(zhì)成因與巖漿成因常見,自形程度普遍較好,反映了源區(qū)變質(zhì)巖與巖漿巖的母巖特征;(2)西北部重礦物資料反映出重礦物以石榴子石為主,鋯石次之,鋯石呈渾圓狀,表面污濁,反映了具有沉積巖的母巖特征;(3)西南部鋯石含量高,鏡下可見與沉積巖有關(guān)的渾圓狀鋯石,也有與熱液有關(guān)的變質(zhì)鋯石、鈣鐵榴石;(4)西部白鈦礦含量明顯較高,且鋯石均為渾圓粒狀,兩者均反映了源區(qū)具有沉積巖的母巖類型;(4)南部鋯石含量高,以渾圓粒狀的沉積鋯石為主,白鈦礦含量相對(duì)較高,反映了源區(qū)以沉積巖為主的母巖類型。1.3巖芯的重礦物組合特征結(jié)果了其是一個(gè)跨常見聚類方法為Q型和R型,其中利用R型聚類方法是研究變量之間的相關(guān)性,把同一樣品中的不同變量進(jìn)行比較,從而確定不同變量之間的親疏關(guān)系,進(jìn)而對(duì)變量分類組合。利用到重礦物聚類分析即是將相同樣品中的不同重礦物按相近親疏關(guān)系歸為一類,形成組合進(jìn)而識(shí)別不同的母巖類型。對(duì)鄂爾多斯盆地144口鉆井巖芯的重礦物進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,將各沉積區(qū)采用R聚類分析如圖5,通過該方法發(fā)現(xiàn)西部地區(qū)重礦物存在獨(dú)立的相關(guān)性,故從西南—西部物源區(qū)分離出西部物源作為一個(gè)次一級(jí)物源供給區(qū)。從圖5所分析的重礦物組合特征來看,可以得出以下結(jié)論:(1)東北部磁鐵礦+白鈦礦+鋯石組合指示母巖為中基性火成巖,金紅石+石榴子石、淡紅色石榴子石+綠簾石兩種組合指示母巖為高級(jí)變質(zhì)巖;(2)西南部電氣石+磁鐵礦組合指示母巖為酸性火成巖,鋯石+金紅石組合指示母巖為沉積巖;(3)西部鋯石+金紅石+電氣石組合指示母巖為沉積巖;(4)南部鋯石+電氣石+金紅石同樣也以沉積巖的母巖為主。由于西北地區(qū)重礦物資料少,不能用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行相關(guān)性分析,故在此空缺,待日后研究中補(bǔ)充。1.4盆地長7泥巖非遷移性巖源區(qū)鄂爾多斯盆地長7泥巖的稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)地化參數(shù)如表3所示,稀土元素的特性表現(xiàn)在其配分模式和特征參數(shù)上,并應(yīng)用在沉積物源的分析方面。一般情況下,Eu是判斷源巖的重要參數(shù),在火成巖中,中酸性長英質(zhì)的巖石(花崗巖)LREE相對(duì)富集(LREE/HREE比值高),Eu負(fù)異常;基性巖石(玄武巖)HREE相對(duì)富集(LREE/HREE比值較低),無Eu異常。同時(shí),來自上地殼的稀土元素具有輕稀土富集,重稀土含量穩(wěn)定和Eu負(fù)異常的特征。將鄂爾多斯盆地長7泥巖樣品的稀土元素經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化得到,Eu表現(xiàn)為負(fù)異常,輕稀土元素富集,重稀土元素相對(duì)虧損(圖6),與上地殼中稀土元素的分布形態(tài)一致;在REE—La/Yb圖解(圖7)中大部分樣品落在花崗巖區(qū),少部分落在堿性玄武巖區(qū),指示了研究區(qū)沉積巖源巖大部分為長英質(zhì)巖石。對(duì)盆地長7泥巖的非遷移性元素比值(如La/Sc、Th/Sc、Th/Co和Th/Cr等)與大陸上地殼(UCC)、大陸下地殼(LUC)和洋殼(OC)相應(yīng)的特征值(據(jù)Cullers,etal.,1988)相比較,樣品的元素特征比值與大陸上地殼的特征值接近,與大陸下地殼和洋殼特征值相距較遠(yuǎn),表明延長組長7沉積物源來自于大陸上地殼。泥巖樣品中Gd含量在地球演化初期較高,但隨著元素分餾作用,Gd含量越來越低,(Gd/Yb)N的值也隨地層時(shí)代的變新而逐漸變小。通常以(Gd/Yb)N=2.0為界,太古界(Gd/Yb)N值常大于2.0,而太古界之后沉積地層(Gd/Yb)N值則小于2.0。盆地長7泥巖樣品的(Gd/Yb)N值根據(jù)不同地區(qū)表現(xiàn)出明顯的差別(表3),其中東北部以大于2.0為主,部分小于2.0,表明北部源區(qū)以太古界的物源供給為主;西北、西南部、西部及南部樣品基本上都在2.0以下,少數(shù)大于2.0,表明物源主要來自太古界以上的較新地層。從Hf—La/Th源巖屬性判別圖解(圖8a)長7樣品大部分落在靠近長英質(zhì)源區(qū),少量落在靠近基性混合巖源區(qū);La/Sc—Co/Th源巖判別圖解(圖8b)顯示,長7樣品主要落在靠近長英質(zhì)火山巖的源區(qū),少量靠近安山巖源區(qū)。整體反映源區(qū)以長英質(zhì)巖石為主,少有基性混合巖、安山巖類混入。2晚三疊世盆地構(gòu)造格局晚三疊世鄂爾多斯盆地為一典型的大型內(nèi)陸坳陷盆地,周邊存在多個(gè)基巖剝蝕區(qū)和造山帶,已有的研究表明,印支期盆地周邊板內(nèi)造山活動(dòng)強(qiáng)烈,形成多處隆起剝蝕區(qū),從而構(gòu)成盆地的邊緣(圖9),其中東北緣陰山古陸、西北緣阿拉善古陸是相對(duì)穩(wěn)定地塊并長期隆起遭受剝蝕,西南緣東祁連雙側(cè)造山帶,南緣的秦嶺造山帶屬于相對(duì)活躍的盆地邊緣,在晚三疊世強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)期影響著盆地的構(gòu)造演化。北部陰山古陸主要由中下太古界—元古界地層組成,其中太古界集寧巖群、烏拉山巖群,元古界色爾騰山群、二道凹群、白云鄂博群及溫都爾廟群分布較廣,巖性為多套富含石榴子石的變質(zhì)巖和孔茲巖系,其變質(zhì)程度可達(dá)到角閃—麻粒巖相。西北部阿拉善地塊包括北部隆起區(qū)和南部巴彥浩特早古生代蓋層沉積區(qū),構(gòu)成了盆地西北物源區(qū),以賀蘭山西緣斷裂分隔盆地與源區(qū),其中北部隆起區(qū)主要出露太古界桑干群、中元古界阿拉善群,巖性以變質(zhì)巖、碎屑巖為主,缺失中上元古界、古生界、中生界下部三疊系,變質(zhì)程度達(dá)到綠片巖—低角閃巖相,局部出露賀蘭山群,變質(zhì)程度為麻粒巖相,然而在前面的研究中發(fā)現(xiàn)盆地西北沉積區(qū)未見高變巖巖屑,證實(shí)賀蘭山群在長7沉積期未遭受抬升剝蝕;巴彥浩特地區(qū)發(fā)育寒武系—下二疊統(tǒng)沉積蓋層,缺失上二疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng),與之相鄰的鄂爾多斯盆地邊緣發(fā)育中三疊統(tǒng)紙坊組和上三疊統(tǒng)延長組碎屑沉積,其成分與巴彥浩特二疊系砂巖組分一致,表明印支期巴彥浩特地區(qū)遭受隆起剝蝕,為盆地西北部提供上古生界碎屑巖供給。西南部東祁連雙側(cè)造山帶,主要地層為其核部中元古界秦嶺群、隴山群,震旦—中奧陶統(tǒng)葫蘆河群構(gòu)成逆沖推覆體,巖性主要為片巖、片麻巖,變質(zhì)程度中等,以綠片巖相為主,上覆上奧陶統(tǒng)陳家河組及二疊—三疊系碎屑巖,為多期逆沖推覆的沉積響應(yīng),據(jù)前人研究資料顯示盆地在晚三疊世225~180Ma存在強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),至少包含215Ma和195Ma兩個(gè)幕次的峰值年齡事件,主要以盆地區(qū)域地層間平行不整合關(guān)系為標(biāo)示的構(gòu)造隆升和盆地西南緣粗碎屑類磨拉石沉積為其重要的地質(zhì)響應(yīng),反映了秦—祁造山帶印支期碰撞造山過程在鄂爾多斯盆地產(chǎn)生的構(gòu)造效應(yīng),在這一背景下,三疊世末期盆地西南部存在上述地層的隆起。西部六盤山弧形沖斷帶是祁連地體沖斷拼貼華北臺(tái)緣的逆沖推覆帶,并于印支期出露寒武系香山群及奧陶系以來多期沉降發(fā)育的碎屑巖和碳酸鹽巖地層,形成“古陸梁”,該隆起規(guī)模和幅度較西南逆沖帶低,為次一級(jí)物源區(qū),主要為盆地西部提供碎屑巖和白云巖屑。南部為秦嶺造山帶,由北秦嶺與南秦嶺組成,并由商丹和勉略縫合帶分割為北秦嶺、南秦嶺和揚(yáng)子板塊北緣三個(gè)構(gòu)造帶,其中北秦嶺分布多套變質(zhì)巖地層,主要發(fā)育下太古界秦嶺群、中元古界寬坪群、上元古界—下古生界丹鳳群及二郎坪群,主要為黑云母斜長片麻巖、片巖、石英巖、變火山巖等;南秦嶺主要由夾持于商丹和勉略縫合帶的泥盆系地層構(gòu)成,分布于山陽—鎮(zhèn)安—旬陽一帶,區(qū)域上以下古生界和前寒武系地層為基底,北部不整合于丹鳳群之上,為一套淺海相沉積組合,泥盆系沉積大量的碎屑巖、泥質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r。已有研究表明,晚三疊世北秦嶺地區(qū)應(yīng)為大鄂爾多斯盆地的一部分,只是由于印支—燕山期構(gòu)造活動(dòng)破壞,致使斷層切割和侵蝕缺失,盆地南部地區(qū)長7砂巖中可見到與秦嶺造山帶泥盆系灰?guī)r相應(yīng)的棘皮有孔蟲等生物碎屑,證實(shí)該時(shí)期秦嶺造山帶泥盆系為盆地南部提供物源。在以上源區(qū)地層整理分析的基礎(chǔ)上,繪制出各源區(qū)基巖分布圖(圖9),并結(jié)合多種物源分析的方法,歸納出與盆地長7沉積巖對(duì)應(yīng)的母巖類型。3下古生界積巖(1)鄂爾多斯盆地延長組長7時(shí)期存在五個(gè)物源區(qū),東北、西南源區(qū)占主導(dǎo)地位,其中東北部母巖為富含石榴子石的孔茲巖系和中基性巖漿巖,前者分布在太古—元古界地層中,變質(zhì)程度達(dá)到角閃—麻粒巖相,后者主要分布在元古界中;西南部母巖以沉積巖和變質(zhì)巖為主,變質(zhì)巖以元古界中的片麻巖為主,變質(zhì)程度達(dá)到角閃—綠片巖相,沉積巖來自古生界—中生界的海相—海陸交互相—陸相多期沉積的碳酸鹽巖、碎屑巖。(2)西北、西部、南部作為次一級(jí)物源區(qū),西北地區(qū)源區(qū)母巖以阿拉善地塊北部綠片巖相變質(zhì)巖為主,由于印支期巴彥浩特盆地抬升,下古生