張道鋒 李程善 劉文香 馬國(guó)偉李文厚 盧子興

1 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710018 2 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探事業(yè)部，陜西西安 710018 3 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018 4 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069

1 概述

古生代鄂爾多斯盆地位于大華北盆地西部，其沉積構(gòu)造演化受盆地北部的興蒙海槽和西、南緣的秦祁海槽俯沖、消減作用控制(何自新，2003)。受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，晚奧陶世盆地主體及華北地臺(tái)抬升為陸，遭受了長(zhǎng)達(dá)一億多年的風(fēng)化剝蝕(楊俊杰，1991)。晚石炭世本溪沉積期，海水從東西兩側(cè)進(jìn)入盆地，沉積了一套海相潟湖—潮坪體系，具有填平補(bǔ)齊的特點(diǎn)，盆地東部主要受華北?？刂?，地層厚度較薄，一般為10～65im，西部受祁連?？刂?，地層厚度較大，最厚處可達(dá)1200im(陳全紅等，2010；劉春雷，2012)。太原期，沉積環(huán)境開(kāi)始表現(xiàn)為南北差異，自南向北，發(fā)育一套海相潟湖—潮坪—三角洲沉積，地層厚度較為穩(wěn)定，一般20～55im(陳世悅和劉煥杰，1997；付鎖堂等，2003)，從山西期到石千峰期，海水從鄂爾多斯盆地退去，盆地主體以陸相湖泊—三角洲沉積為主，在華北盆地南緣發(fā)育海相沉積(郭英海和劉煥杰，2000； 邵龍義等，2014)?？傮w而言，從石炭紀(jì)到二疊紀(jì)，盆地經(jīng)歷了一個(gè)由海陸過(guò)渡相到陸相的轉(zhuǎn)變，沉積格局由東西分異變?yōu)槟媳狈之?，古氣候?jīng)歷了晚石炭世—早二疊世的溫暖潮濕階段到中、晚二疊世的干燥炎熱階段(郭艷琴等，2019)。

鄂爾多斯盆地上二疊統(tǒng)石千峰組為一套紫紅色碎屑巖沉積建造，地層分布較穩(wěn)定，一般厚280～320im，平均300im左右，與下伏的石盒子組呈沖刷接觸，其巖性主要為紫紅色、 紫灰色厚層狀泥巖、 砂質(zhì)泥巖，中粗?；疑?灰綠色砂巖，石千峰組上部廣泛分布的泥巖往往被認(rèn)為是一套良好的區(qū)域蓋層。

圖 1 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)位置圖Fig.1 Location of Ordos Basin and its adjacent areas

圖 2 鄂爾多斯盆地及周緣石千峰組巖性分區(qū)圖(N=313)Fig.2 Lithology partition of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

長(zhǎng)期以來(lái)，有不少專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)盆地石千峰組開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作(楊華等，2004；李君文等，2007；張翔等，2008；張翔等，2009；王若谷，2016)，但從文獻(xiàn)調(diào)研及資料錄取等方面來(lái)看，特別是與盆地蘇里格氣田、榆林氣田、子洲氣田、神木氣田等氣田的主力含氣層段石盒子組、山西組、太原組等相比(楊俊杰，2002； 楊華和劉新社，2014)，其整體研究程度是較低的。作者以鄂爾多斯盆地為主體，結(jié)合盆地周緣地區(qū)(圖 1)，對(duì)石千峰組沉積相及特征開(kāi)展研究，以期對(duì)全盆地石千峰組的沉積格局有較為全面的認(rèn)識(shí)。

2 沉積相標(biāo)志

2.1 巖石特征

2.1.1 巖石組分及類(lèi)型

通過(guò)對(duì)石千峰組儲(chǔ)集層段300余塊巖石薄片鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，石千峰組巖石組分表現(xiàn)為石英含量普遍偏低、長(zhǎng)石含量高、變質(zhì)巖巖屑類(lèi)型多樣的特征，長(zhǎng)石類(lèi)型有鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石，巖石類(lèi)型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖、長(zhǎng)石砂巖(圖 2)，填隙物含量一般低于15%，成分主要為泥質(zhì)、鈣質(zhì)，膠結(jié)物主要為黏土膠結(jié)，有鐵質(zhì)和方解石，儲(chǔ)集空間以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔為主，平均孔隙度為8.9%，平均滲透率為2.15×10-3μm2。

2.1.2 巖石粒度分布特征

表 1 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組砂巖粒度分析結(jié)果Table1 Analytical results of the Shiqianfeng Formation sandstone grain size in Ordos Basin and its adjacent areas

2.1.3 巖石顏色

顏色是沉積巖石的重要特征，與自身的成分和形成環(huán)境密切相關(guān)，深灰色、灰黑色沉積巖表示還原或強(qiáng)還原沉積環(huán)境，紅、棕、黃色往往表示沉積巖沉積時(shí)為氧化或強(qiáng)氧化環(huán)境。區(qū)內(nèi)多見(jiàn)大套紫紅色、棕紅色泥巖，砂質(zhì)泥巖，在合陽(yáng)地區(qū)石千峰組上部地層發(fā)現(xiàn)石膏沉積(圖 3-a)，紫灰色、暗紫紅色、淺灰色中粗粒砂巖(圖 3-b)，表明石千峰沉積期氣候干燥炎熱。

a—合陽(yáng)地區(qū)HY-1井巖心，石千峰組，548im，棕紅色泥巖夾石膏；b—S8井，石千峰組，1714.5im，淺灰色含礫粗粒砂巖；c—M29井，石千峰組，1790.48im，三角洲分流河道底部滯留沉積的泥礫；d—澄城縣洛河剖面，石千峰組，三角洲分流河道砂體中的板狀層理、平行層理；e—平?jīng)龆?溝剖面石千峰組，三角洲前緣砂體中的變形層理；f—山西太原，石千峰組，三角洲分流河道平行層理圖 3 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組沉積相標(biāo)志Fig.3 Lithologic characteristics of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

2.2 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造是沉積物沉積時(shí)水動(dòng)力條件的直接反映，是碎屑巖最重要的成因標(biāo)志之一。鄂爾多斯盆地石千峰組層理發(fā)育清晰，層面構(gòu)造直觀(guān)，為分析其沉積環(huán)境提供了依據(jù)，常見(jiàn)的沉積構(gòu)造類(lèi)型有水平層理、沙紋層理、平行層理、槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理(圖 3-d)、泥裂、沖刷面、同生變形構(gòu)造(圖 3-c)等，整體表現(xiàn)為湖泊—三角洲沉積環(huán)境，水動(dòng)力條件強(qiáng)，主要為牽引流沉積。

2.3 地球化學(xué)特征

3 沉積體系及其特征

基于區(qū)內(nèi)的巖石學(xué)特征、沉積構(gòu)造、沉積旋回及巖電組合等資料，研究了盆地及周緣地區(qū)石千峰組沉積特征，劃分出沖積體系、三角洲體系、湖泊體系、海陸過(guò)渡等4個(gè)沉積體系，并對(duì)相應(yīng)的沉積體系進(jìn)行了沉積相劃分(表 3)。

3.1 沖積體系

晚二疊世石千峰組沉積時(shí)期，秦嶺海槽再度發(fā)生向北的俯沖消減，北緣興蒙海槽因西伯利亞板塊與華北板塊對(duì)接而消亡，陰山古陸抬升，物源供給充足，盆地北部石嘴山—鄂托克旗—伊金霍洛旗—準(zhǔn)格爾旗帶廣泛發(fā)育沖積平原，沖積平原主要表現(xiàn)為辮狀河沉積，河道淺且寬，流速大，流量變化大，床沙載荷量大，水動(dòng)力能量強(qiáng)，心灘發(fā)育，河床不固定，巖性上主要為中—細(xì)礫巖、含礫粗砂巖、中粗砂巖，多見(jiàn)槽狀、板狀交錯(cuò)層理、平行層理等，河道底部可見(jiàn)滯留沉積(圖4，圖 5)，總體顯示向上變細(xì)的特征。同時(shí)由于河床不固定，河漫灘不太發(fā)育，常被為上覆河道沉積所侵蝕，主要為一套砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖組成，厚度薄(圖 6)。

表 2 鄂爾多斯盆地石千峰組泥巖鍶鋇測(cè)試分析結(jié)果

表 3 鄂爾多斯盆地及周緣石千峰組沉積體系劃分Table3 Sedimentary systems division of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

a—葫蘆斯臺(tái)剖面，石千峰組，辮狀水道沉積細(xì)礫巖;b—葫蘆斯臺(tái)剖面，石千峰組，辮狀水道沉積細(xì)礫巖、粗砂巖圖 4 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組沖積體系沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of alluvial system of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

圖 5 寧夏蘇峪口石千峰組沉積相類(lèi)型Fig.5 Types of sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation in Suyukou，Ningxia

圖 6 鄂爾多斯盆地Y27井千三段至千五段沉積相類(lèi)型Fig.6 Types of sedimentary facies from the Member 3 to Member 5 of Shiqianfeng Formation in Well Y27 in Ordos Basin

3.2 三角洲體系

石千峰組沉積時(shí)期，三角洲是盆地及周緣地區(qū)主要的沉積，可進(jìn)一步分為三角洲平原和三角洲前緣。三角洲平原主要分布在吳忠—鄂托克前旗—靖邊—橫山—佳縣一帶，分流河道砂體發(fā)育，主要為含礫粗砂巖、中粗砂巖，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低，粒度分布概率累積曲線(xiàn)為二段式，以發(fā)育跳躍總體為主(圖 7)，含量5%～80%，斜率高，分選好，次為懸浮總體為25%～20%，滾動(dòng)總體不發(fā)育，而且分流河道砂體往往多次反復(fù)疊加成一個(gè)厚砂體，構(gòu)成復(fù)合正韻律，往往具有辮狀性質(zhì)的分流河道(圖 8)。由于湖平面頻繁升降、物源供給量的變化，導(dǎo)致平原的分流河道沉積縱向上多層疊置，橫向上復(fù)合連片，石千峰組底部砂體發(fā)育，厚度大、分布穩(wěn)定。

a—S18井，井深1784.3im，千5段，中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖；b—S18井，井深1783.6im，千5段，中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖；c—S11井，井深1698.3im，千4段，細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖；d—S11井，井深1696.3im，千4段，中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖圖 7 鄂爾多斯盆地石千峰組分流河道砂巖粒度分布概率曲線(xiàn)圖Fig.7 Grain distribution of distributary channel sandstone of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin

三角洲平原分流河道進(jìn)入湖盆內(nèi)的水下沉積區(qū)成為三角洲前緣，主要分布在定邊—延安—石樓帶，發(fā)育水下分流河道、水下分流間灣、遠(yuǎn)沙壩、席狀砂等。從巖性特征上看主要由含礫粗砂巖、中粗粒砂巖、中粒砂巖所組成，在沉積構(gòu)造上具有底沖刷、粒序?qū)永?、平行層理、板狀層理等，在相序上與三角洲前緣河口壩、遠(yuǎn)沙壩密切共生，粒度分布特征與三角洲平原分流河道相似，以跳躍總體發(fā)育為特征(圖 8)，區(qū)內(nèi)水下分流河道延伸較遠(yuǎn)，規(guī)模較大。

從盆地南北向沉積相剖面來(lái)看(圖 9)，盆地發(fā)育南、北兩大三角洲沉積體系，北部沉積古地形相對(duì)平緩，三角洲沉積在分布廣泛，規(guī)模較大，復(fù)合連片，延伸遠(yuǎn)，可達(dá)150～300ikm，砂體主要分布于石千峰組底部，自西向東發(fā)育石溝驛三角洲、靖邊三角洲、綏德三角洲等。盆地南部三角洲規(guī)模相對(duì)較小，自西向東依次發(fā)育固原三角洲、銅川三角洲等，砂體規(guī)模較小。從縱向上看，石千峰沉積期，湖平面不斷上升，三角洲逐漸退積，到沉積晚期，湖相沉積分布廣泛。

3.3 湖泊體系

石千峰組中湖泊沉積體系主要分布于鄂爾多斯盆地中南部慶城、富縣、延安南、大寧一帶，沉積水體較淺，主要以淺湖亞相為主，在縱向演化上，表現(xiàn)為與三角洲沉積呈韻律互層。巖性主要以細(xì)、粉砂巖與泥質(zhì)巖互層為特征，常見(jiàn)水平層理、脈狀、透鏡狀層理、波狀層理及波痕等(圖 10)，到石千峰組沉積晚期，湖相沉積范圍擴(kuò)大，形成大面積分布的湖相泥巖，為后期形成區(qū)域蓋層奠定了基礎(chǔ)。

3.4 海陸過(guò)渡

傳統(tǒng)上，盆地石千峰組往往認(rèn)為是一套廣泛分布的陸相沉積，然而在盆地南緣渭北地區(qū)發(fā)育海陸過(guò)渡沉積，最早是張文昭等在岐山后周公廟發(fā)現(xiàn)了海相層，后又在麟游紫石崖發(fā)現(xiàn)海相化石層，多年以來(lái)，圍繞海相層古生物特征、 層位歸屬等，眾多知名學(xué)者開(kāi)展了深入研究與探討(楊遵儀等，1979；殷鴻福和林和茂，1979；程政武等，1983；張抗，1991)，對(duì)一些問(wèn)題也有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，麟游紫石崖石千峰組發(fā)育海相沉積層，從岐山、麟游到銅川，石千峰組海相層厚度逐漸變薄，一定程度上海侵方向是自西向東的，綜上表明鄂爾多斯盆地自山西組沉積期海水退出后，在石千峰期又發(fā)生了海侵，沉積范圍達(dá)到盆地南緣的渭北一帶。

圖 8 鄂爾多斯盆地S9井石千峰組沉積相類(lèi)型Fig.8 Types of sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation of Well S9 in Ordos Basin

受海侵的影響，盆地南緣的沉積環(huán)境以潮坪、潟湖為主，麟游紫石崖、樊家磨場(chǎng)石千峰組砂體多為石英砂巖，發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理，表現(xiàn)為沙壩沉積特征，頂部發(fā)育薄層灰?guī)r夾層(圖 11-a，11-b，11-c)；在韓城薛峰川石千峰組底部砂體發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理，頂部發(fā)育海相夾層(圖 11-e，11-f)，一定程度上，反映出韓城地區(qū)石千峰期可能發(fā)生過(guò)多次海侵，同時(shí)在鄉(xiāng)寧也發(fā)現(xiàn)石千峰組的海侵層(圖 11-d)，海侵達(dá)到北部韓城—鄉(xiāng)寧一線(xiàn)，局部有潮汐沙壩呈孤立狀(圖 12)，但受盆地內(nèi)部實(shí)物資料限制，還無(wú)法準(zhǔn)確了解石千峰組向北海侵的范圍，有待進(jìn)一步研究。

a—臨縣招賢鎮(zhèn)，石千峰組，湖相泥巖，呈灰綠色，反映出淺湖環(huán)境的弱還原條件；b—銅川三里河，石千峰組，波痕反映濱湖環(huán)境下水動(dòng)力復(fù)雜，泥巖呈磚紅色說(shuō)明氧化作用強(qiáng)烈，水位較淺圖 10 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組湖泊體系沉積特征Fig.10 Sedimentary characteristics of lake system of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

a—麟游縣紫石崖，石千峰組，羽狀交錯(cuò)層理，表現(xiàn)為潮汐沙壩沉積特征；b—麟游縣樊家磨場(chǎng)，石千峰組底部，厚層石英砂巖；c—麟游縣紫石崖，石千峰組，灰?guī)r夾層反映發(fā)生過(guò)海侵；d—鄉(xiāng)寧臺(tái)頭鎮(zhèn)北，石千峰組，硅質(zhì)巖層反映發(fā)生過(guò)海侵；e—韓城薛峰川，石千峰組頂部， 硅質(zhì)和灰?guī)r薄夾層反映發(fā)生過(guò)多次海侵;f—韓城薛峰川，石千峰組底部，羽狀交錯(cuò)層理，表現(xiàn)為潮汐沙壩沉積特征圖 11 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組海陸過(guò)渡沉積標(biāo)志Fig.11 Indicator of sea-land transition deposition of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

圖 12 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組沉積相Fig.12 Sedimentary facies of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

圖 13 鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)石千峰組沉積模式Fig.13 Sedimentary model of the Shiqianfeng Formation in Ordos Basin and its adjacent areas

3.5 沉積環(huán)境特征

晚二疊世石千峰期繼承了中二疊世期以來(lái)的穩(wěn)定克拉通盆地的沉積背景，沉積地形相對(duì)平緩，南陡北緩，南深北淺的不對(duì)稱(chēng)箕狀湖盆面貌，內(nèi)部缺乏大型斷陷構(gòu)造，海水退出盆地主體部位后，沉積環(huán)境完全轉(zhuǎn)化為陸相，古氣候干燥炎熱，植物化石稀少，在盆地北部延安—榆林一帶發(fā)育大型的辮狀河三角洲沉積體系，規(guī)模大，三角洲延伸遠(yuǎn)，大規(guī)模展布的三角洲平原分流河道砂體和三角洲前緣水下分流河道砂體，厚度大，一般15～30im(圖 13)。

盆地西南部和東南部三角洲規(guī)模較小，在南緣麟游—韓城—鄉(xiāng)寧一帶發(fā)育海相沉積，海水從盆地南緣可能多次發(fā)生入侵，南緣的沉積環(huán)境以潮坪和潟湖為主，沙壩發(fā)育。

4 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)晚二疊世石千峰組沉積時(shí)期古氣候干燥炎熱，主要為一套紫紅色、棕紅色泥巖和淺灰色中粗粒砂巖構(gòu)成的沉積建造，砂巖以長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石類(lèi)型有鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石，填隙物含量一般低于在15%，膠結(jié)物主要為黏土。

2)石千峰組沉積時(shí)期，盆地主要發(fā)育沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣、湖泊及潟湖等沉積環(huán)境，南、北兩大三角沉積體系規(guī)模差異大，北部三角洲規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，可達(dá)150～300ikm，南部發(fā)育的三角洲分流河道砂體厚度大，可成為有利的儲(chǔ)集層，主要分布在石千峰組底部。

3)石千峰組沉積時(shí)期，盆地南部可能發(fā)生過(guò)多次海侵，海侵方向自東向西，北部達(dá)到韓城—鄉(xiāng)寧一線(xiàn)，發(fā)育潟湖、潮汐沙壩等海相沉積，三角洲規(guī)模相對(duì)較小，潮汐沙壩往往以石英砂巖為主，可形成良好的儲(chǔ)集層，成為新的目標(biāo)；后期可隨資料的進(jìn)一步豐富，持續(xù)深入開(kāi)展海侵對(duì)盆地南部沉積格局的影響研究。