鄂尔多斯盆地古生代中央古隆起形成演化与油气勘探

鄂尔多斯盆地古生代中央古隆起形成演化对该地区构造格局和油气勘探具有重要意义.通过对古生代构造背景、地层体残余厚度、奥陶系顶面构造演化等特征分析,刻画中央古隆起在不同沉积期构造演化特点,大体分为3个演化阶段:初始演化阶段:相对独立的中央古隆起形成于中晚寒武世:发育阶段:中央古隆起在早奥陶世马家沟期反映最为明显,为隆升剥蚀...     

鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究

运用板块构造理论,对鄂尔多斯盆地西缘和南缘的地质背景和构造变形特征进行分析,认为鄂尔多斯盆地中央古隆起在早古生代由祁连海槽与鄂尔多斯盆地碰撞拼贴产生的近东西方向的侧向挤压应力作用而形成。盆地西缘近南北向的青铜峡－固原断裂是碰撞拼贴带,断裂带与中央古隆起延伸方向平行,同时,秦岭海槽由南向北推挤以及渭北构造带北界的近东西走向的草碧－老龙山－圣人桥断裂的左行走滑使中央古隆起的南端向东转折,导致中央古隆起在平面上呈现“Ｌ”形展布。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起的地质结构与成因机制

克拉通盆地内古隆起是了解板内变形机制的重要窗口,也是油气、煤、盐、铀等矿产勘查的主要对象,一直是盆地分析的热点领域。本文以鄂尔多斯盆地中央古隆起为例,利用新的高精度反射地震剖面与深探井资料,解剖古隆起的地质结构,刻画构造演化过程,探讨其形成机制。研究表明,鄂尔多斯盆地古生代隆起带发育在华北克拉通地块中西部,自伊盟—杭锦旗、乌审旗—定边,南延至镇原—正宁一带,呈“工”字形,面积达7.5×104 km2以上;伊盟凸起为基底隆起,镇原隆起为多阶段、间隙性发育的剥蚀与沉积型隆起,定边凸起为沉积型隆起。它是基底分异构造格局与周缘板块构造事件共同控制的产物,为在中元古代裂陷基础上早古生代被动大陆边缘背景下发育演化的古隆起;古生代早期,邻接周缘洋盆表现为台缘隆起;石炭纪晚期—二叠纪早期,因差异升降而具陆缘隆起性质;印支晚期—燕山期以来,隐伏于天环坳陷之下埋藏沉没。鄂尔多斯盆地中央隆起带为多机制复合成因,伊盟凸起为基底强烈伸展、长期剥露剥蚀型隆起;镇原凸起为西缘断阶迁移、南缘前缘隆起叠加的复合隆起;定边凸起为断阶迁移、挤压叠加的继承性隆起。鄂尔多斯盆地中央隆起带对盆地内部的构造—沉积分异施加了重要影响,其两翼斜坡带是油气聚集的有利区带。     

鄂尔多斯盆地两种不同成因古隆起的特征及其在油气勘探中的意义

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部,是中国大型含油气盆地之一。基底结构复杂,具有明显的不均匀性,基底顸面表现为2个大型隆起,北部为伊克昭盟隆起,中南部为中央古隆起。伊盟隆起具有继承性,继承了结晶基底的形态,上石炭统太原组直接覆盖在变质基底之上。中央古隆起则是盆地西缘和南缘在元古宙秦(岭)祁(连)贺(兰)三又裂谷基础上发育的古元古代被动大陆边缘,并发展成为主动大陆边缘,于中奥陶世—中石炭世秦祁海槽向东、向北方向俯冲碰撞,形成古生代前陆盆地,其前隆部分平面上构成了L形的中央古隆起。     

鄂尔多斯盆地奥陶纪“L”状边缘隆起演化过程及其构造背景

将鄂尔多斯盆地简化为近似直角梯形的等厚各向同性弹性薄板模型进行应力—应变场数值模拟,力图揭示鄂尔多斯地区奥陶纪发育的“L”状边缘隆起的形成背景及演化过程。模拟中Z轴方向应变(zε)正值区对应于盆地内部的隆起区,故zε正等值线形态对应于隆起形态。设定的多种不同的边界条件中,只有在南、西边界分别施以大小相同的边界应力时,εz正等值线形态才出现与实际地质情况相类似的“L”状,该边界条件下的模拟再现了盆地奥陶纪“L”状隆起的形成过程:在盆地南、西边界首先产生两个月牙状隆起,随着应力传递,南、西边界处的两个隆起扩展而连接,形成一个“L”状隆起,随后该隆起不断向盆地内部延伸。模拟结果证实由于奥陶纪鄂尔多斯盆地南缘秦岭海槽的向北俯冲及西缘贺兰海槽和秦祁海槽的东西向扩张,鄂尔多斯盆地南、西边界同时受到挤压作用,正是因为两边界所受挤压力大小相似,“L”状隆起才于盆地南西边界发育。     

鄂尔多斯盆地晚古生代古构造*

鄂尔多斯盆地晚古生代基底继承了奥陶纪中部高、东部和西部低及西陡东缓的古构造面貌。利用大量钻井分层数据,绘制了晚古生代各个时期残存地层厚度图,其空间变化反映了鄂尔多斯盆地晚古生代古构造格局特征。结合东西向及南北向地层厚度对比、演化剖面的研究,认为晚古生代鄂尔多斯盆地的沉积在本溪期—太原期主要受中央古隆起的控制,地层空间展布东西分带明显;山西期中央古隆起对沉积作用的控制不是很明显,地层从东西分异逐渐过渡到南北分异,这种沉积格局的转变与古地理演化具有一致性,从而说明了古构造对沉积的控制作用。     

鄂尔多斯盆地四大古隆起演化及其油气控藏意义的差异*

鄂尔多斯盆地在地质历史上曾存在中央古隆起、乌兰格尔古隆起、渭河古隆起及乌审旗古隆起4个主要的隆起构造。作者通过沉积地层分布及构造演化过程剖析等方法,系统分析了4大古隆起构造演化的差异性及其对油气成藏控制作用的差异,并首次提出“渭河古隆起”的概念。研究表明,4大古隆起分别形成于不同的地质时代和区域构造环境,并经历了不同的演化过程: 中央古隆起形成于早古生代拉伸构造环境,在印支期发生构造反转而转化为坳陷沉降区; 乌兰格尔古隆起则是自盆地基底形成以来就已存在的长期继承性隆起,但在白垩纪及新生代发生差异隆升—沉降而分化为现今构造的不同单元; 渭河古隆起形成于白垩纪的区域挤压构造环境,也是在新生代发生差异隆升—沉降而分化为今构造的不同单元; 乌审旗古隆起是前寒武纪即已存在的古地形高地,早古生代并无进一步的发展,因而仅是在寒武纪海侵沉积时突显、奥陶纪开始沉积后即快速消隐。古隆起的控藏差异主要表现为: (1)古生代及之前形成的古隆起对盆地油气成藏多具有控相、控储及控制源—储配置等积极作用,且后期“由隆转坳”的古隆起对油气的成藏演化极为有利; (2)白垩纪以来的较晚期隆起对油气成藏总体以破坏性作用为主,尤以对古生界天然气藏的影响最为显著。     

鄂尔多斯盆地四大古隆起演化及其油气控藏意义的差异*

鄂尔多斯盆地在地质历史上曾存在中央古隆起、乌兰格尔古隆起、渭河古隆起及乌审旗古隆起4个主要的隆起构造。作者通过沉积地层分布及构造演化过程剖析等方法,系统分析了4大古隆起构造演化的差异性及其对油气成藏控制作用的差异,并首次提出“渭河古隆起”的概念。研究表明,4大古隆起分别形成于不同的地质时代和区域构造环境,并经历了不同的演化过程: 中央古隆起形成于早古生代拉伸构造环境,在印支期发生构造反转而转化为坳陷沉降区; 乌兰格尔古隆起则是自盆地基底形成以来就已存在的长期继承性隆起,但在白垩纪及新生代发生差异隆升—沉降而分化为现今构造的不同单元; 渭河古隆起形成于白垩纪的区域挤压构造环境,也是在新生代发生差异隆升—沉降而分化为今构造的不同单元; 乌审旗古隆起是前寒武纪即已存在的古地形高地,早古生代并无进一步的发展,因而仅是在寒武纪海侵沉积时突显、奥陶纪开始沉积后即快速消隐。古隆起的控藏差异主要表现为: (1)古生代及之前形成的古隆起对盆地油气成藏多具有控相、控储及控制源—储配置等积极作用,且后期“由隆转坳”的古隆起对油气的成藏演化极为有利; (2)白垩纪以来的较晚期隆起对油气成藏总体以破坏性作用为主,尤以对古生界天然气藏的影响最为显著。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起东部古岩溶地貌小型沟槽的识别

鄂尔多斯盆地中央古隆起东部奥陶纪末古岩溶地貌发育,古地貌中沟槽的准确刻画识别对研究油气成藏和提高勘探成功率具有重要意义。沟槽在地震上的响应主要是槽的深度而不是宽度,当地层倾角大于5°时,沟槽的响应特征模糊;而当地层倾角小于5°时,槽的侵蚀深度在10～5 m,它的地震同相轴相位会反转。如果侵蚀深度在30～10 m,那么它的同相轴增益会增大;如果侵蚀深度大于30 m,它的同相轴会呈复波型。利用井数据和实际地质资料建立沟槽充填模型,应用全波场数值模拟技术生成叠后偏移剖面,结合地震响应特征分析,推测描述了中央古隆起东部马家沟组五段中、下组合中小型沟槽的分布。     

鄂尔多斯盆地中部前石炭纪岩溶古地貌恢复

鄂尔多斯盆地中部以碳酸盐岩为主夹蒸发岩的奥陶系马家沟组,经130余百万年的风化剥蚀及淋滤作用,风化壳古岩溶发育。在认识研究古地质图的基础上,选取马家沟组五段四亚段一小层底部的凝灰岩为标志层,完成了盆地中部前石炭纪岩溶古地貌图。自西向东,研究区可划分为四个岩溶古地貌单元或区块:岩溶高地、岩溶台地(坪)、岩溶盆地、岩溶台地与岩溶沟槽相间区块。岩溶高地地层向西翘倾,岩溶剥蚀面自西向东地层由老到新呈有序分布,西北角有7口井的地层已剥蚀至马五41以下,最西缘陕56井残顶已为马五7地层。岩溶台地是现今马家沟组天然气的主产区,地势相对较低且平缓,并在多个小层发育岩溶溶洞建造岩。     

Tectonic Constraints on the Transformation of Paleozoic Framework of Uplift and Depression in the Ordos Area

During the Paleozoic, the Ordos area in the western North China Plate was located at the intersecting position of microplates and controlled by their interaction. The structural framework in the Ordos area, which underwent transformations in the Ordovician, the Carboniferous and the Permian respectively, was dominated by the alternation of uplift and depression. The transformations of structural framework are utilized as the clues to investigate the microplates＇ interacting type and its response in the Ordos area. According to the regional structural evolution, the Ordos area is simplified into an isopachous, isotropic and elastic shell model, and under proposed various boundary conditions, three series of numerical simulations corresponding to the three structural transformations are carried out to determine the detailed tectonic constraints. Numerical simulations reveal that the structure of the uplift and depression, which is similar to the actual pattern, develops only under one special boundary condition in each of the three series, indicating that the structural framework responds to the unique tectonic background. The simulation results show that in the Early Paleozoic, the L-shaped paleouplift formed nearby the southwestern corner of the Ordos area because the intensity of the compressions in the southern and western boundaries resulting from the ocean-continent collisions was similar. In the Late Paleozoic, it evolved into continent-continent （or arc-continent） interaction in the southern and northern boundaries; in the preliminary stage of the interaction, since the interface between the North China Plate and the plates on the south and north was narrow, the relative acting force was little and the regional western boundary immobile, and the structural framework in the basin was characterized by the N-S trending slender-waist-shaped uplift; as the interface between the plates expanded gradually, the extrusive force in the southern and northern boundaries of the North China Plate increased, resulting in the paleogeographic divisions showing E-W trending, and, the western boundary of the basin was extruded westward due to the intense compression inducing the local NE trending of paleogeographic division in the central area. The simulation results further reflect that the symmetry of the uplift-depression pattern is restricted by that of the boundary conditions, suggesting that the Paleozoic structural transformations of the Ordos area under boundary constraints accord with the universal physical symmetrical principle.     

鄂尔多斯盆地中西部中新生代构造抬升及演化

通过磷灰石裂变径迹（AFT）分析与热史模拟的方法,探讨了鄂尔多斯盆地中西部地区中新生代构造热演化过程及地质响应。不同构造单元及不同层位样品的AFT年龄结果表明,研究区中生代以来经历2次构造抬升：晚白垩世末—古新世早期（79~65 Ma）和始新世—中新世早期（56~15 Ma）;AFT年龄空间对比图表明,研究区抬升冷却具有南早北晚、后期整体抬升的特征。热史模拟结果表明,研究区整体于晚白垩世末期快速冷却抬升,古新世—中新世晚期为缓慢抬升,中新世末以来抬升速率明显加快。研究区中新生代的构造演化过程与周缘构造单元的相互作用密不可分,晚白垩世以来的构造抬升可能与秦岭造山带构造演化有关,新生代以来的构造抬升与盆地周缘裂陷的演化具有一致性,中新世晚期以来的快速抬升可能与青藏高原隆升的远程效应有关。     

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组溶斑形成机理

鄂尔多斯盆地中部气田奥陶系马家沟组属蒸发边缘海相地层,其风化壳是中部气田的主要产气层段。该层中广泛发育毫米级、厘米级的溶斑,这些溶斑的产状、大小、成分以及溶孔内的充填物十分复杂,有的具多期充填,充填物为石膏、石英、方解石、白云石、高岭石、黄铁矿等多种矿物。溶斑中下半部残留的岩石经溶蚀后的白云石晶粒形成的渗流砂示底构造十分明显。研究表明,溶斑的形成不仅具有适宜的岩相古地理环境和其复杂的生成演化史,而且与原始沉积以及不同地史阶段的岩溶作用相关。     

鄂尔多斯盆地南部奥陶系天然气成藏条件分析

对鄂南奥陶系风化壳天然气成藏的烃源条件、储集层形成机理和圈闭特征的研究认为,早奥陶世,黄陵古隆起分割秦岭坳拉槽与华北海,并在古隆起北侧形成蒸发台地斜坡云坪相膏云岩沉积。加里东运动期,黄陵古隆起随同鄂尔多斯盆地整体抬升,其北坡不同层位膏云岩、含膏白云岩差异溶蚀形成各类孔隙型储集层,并以探井钻遇的蜂窝状膏溶细晶白云岩、针孔状膏溶白云岩和膏溶角砾白云岩为代表广泛分布。海西-印支期,黄陵古隆起处于有利于接受秦岭坳拉槽运移流体的部位,目前已在其南北两翼发现较多的含沥青古油藏显示。古油藏中的石油在晚侏罗-早白垩世高古地温热演化阶段转化成天然气,可为富县斜坡提供充足的天然气源。米脂坳陷致密岩性带为风化壳天然气聚集提供了区域圈闭条件,从而使富县-甘泉地区成为天然气勘探的有利场所。     

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组浊沸石的形成机理、分布规律与油气关系

鄂尔多斯盆地延长组长 6储层中广泛分布浊沸石胶结物,包体测温结果表明其形成温度在 6 0～ 70℃之间,主要形成于早成岩阶段B期。浊沸石形成以后,有机质脱羧作用形成的有机酸对其溶蚀,并形成大量次生孔隙。勘探结果证实延长统找到的油藏大部分都聚集在这些浊沸石次生孔隙中。因此,关于浊沸石胶结物的形成机理及分布规律研究对延长组油气藏的成藏机理,以及油气富集规律研究非常重要。本文从沉积微相研究入手,通过野外露头、岩心及铸体薄片、包裹体测温、扫描电镜、电子探针等分析,研究浊沸石的形成机理、分布规律以及与沉积微相的关系,从而达到通过沉积微相的展布特征来预测浊沸石分布规律。最后通过研究浊沸石次生孔隙的发育特征,预测油气藏的分布。