鄂尔多斯盆地地质特征概述

在地理上,鄂尔多斯盆地是指河套以南,长城以北的内蒙古自治区伊可昭盟地区。而地质学中的鄂尔多斯盆地范围则广阔,它东起吕梁山,西抵桌子山~贺兰山~六盘山一线,南起秦岭山坡,北达阴山南麓。包括宁夏东部,甘肃陇东,内蒙古伊可昭盟、巴彦单尔盟南部、阿拉善盟东部，陕北地区，山西河东地区。面积约37万K㎡。（长庆油田勘探开发的鄂尔多斯盆地总面积约25万K㎡。）黄土高原是盆地主要地貌特征，著名的毛乌素沙漠位于盆地北部，周边山系海拔1500～3800m，平均2500m左右。盆地内部西北高，东南低，海拔800～1800m左右；西北部的银川平原、北部的河套平原、南缘的关中平原，地势相对较低（前二者海拔高度1600m左右，关中平原仅300～600m）。中华民族的摇篮——黄河沿盆地周缘流过。盆地内部发育有十几条河流，多数集中在中南部，在东南角汇入黄河，属黄河中游水系；像著名的无定河、延河、洛河、泾河、渭河流域都是我们中华民族的发祥地之一。盆地内油气勘探始于上世纪初，1907年在地面油苗出露的陕北地区，用日本技术钻了我国大陆第一口油井。大规模油气勘探、开发始于1970年。到目前，不但在石油、天然气开采上取得了辉煌成果，而且在地质理论研究、钻采工艺技术等方面取得了重大突破，为世界特低渗透油田开发提供了成功经验。第一讲盆地构造特征一、区域构造单元划分地质学上讲的鄂尔多斯盆地是一个周边隆起，中部下陷，内部西低东高，不对称的地史时期的沉积盆地；并非现今的地貌盆地。按地层的分布形态划分为：（盆地一级构造单元）1、（北部）伊盟隆起2、（南部）渭北隆起3、（西部）西缘断褶带、天环坳陷（天环向斜）4、（东部）晋西挠褶带5、（中部）陕北斜坡（西倾单斜构造）陕北斜坡是目前我们研究时间最长、认识比较清楚的一个一级构造单元。由于它的存在，盆地内同一个时期的地层（同一套储层），在西部埋藏深度大，东部埋藏浅。例如：马岭油田主力含油层延10在庆阳埋深1400m左右，在延安出露地表，西峰油田的长8油层在陇东埋深2200多米，在陕北延河入黄河口处则高悬在山崖上。为什么会出现这种现象？下面来讲构造成因。二、区域构造成因鄂尔多斯盆地是在古生代地台基础上产生和发展的大型内陆坳陷，形成于中生代的印支运动和燕山运动。三迭世盆地还是华北地台上的一个西部坳陷，晚三叠世的印支运动，基底稳定下沉，盆地开始发育。燕山运动早中期（侏罗纪～白垩纪），坳陷内发生了强烈的水平运动，形成了西缘断褶带及南缘渭北构造带。燕山运动中晚期（白垩纪中、晚期）东部的吕梁山升起形成晋西挠褶带，坳陷遂与华北地台分离，形成了独立的鄂尔多斯盆地。盆地沉积史和构造史的特点是：随着历史的推演，沉积和沉陷的中心不断向西推移。三叠纪盆地发育早期，沉积沉降中心位于盆地中部的直罗，吴旗，定边一带；白垩纪末盆地生长晚期，沉积沉降中心移到盆地西部边缘。吕梁山的崛起使盆地东部抬升，在此过程中，西部一直处于下沉状态，出现了天环坳陷，在盆地本部形成了西低东高的大型西斜单斜——中部斜坡。至此，地史时期不对称的向斜型沉积盆地发育结束，构造特征保持至今。盆地内大小近百余个油田，除马家滩、摆宴井等个别油田位于西缘断褶带上，其余油田均分布在陕北斜坡上。三、构造和油气的关系鄂尔多斯盆地含油气构造的成因有三类：1、区域构造运动形成的鼻隆带燕山运动使盆地四周持续上升，中间振荡性下沉。构造应力在西部表现的最为剧烈和集中（构造类型也较典型），使该区地层大起大落，高耸入云的六盘山脚下是深达数百米的天环向斜，从天环向斜到吕梁山的晋西挠褶带之间地层处于一个平缓而稳定的倾斜状态，平均坡降为每公里10米左右，倾角小于一度，多数为0.4度，这个斜坡面积约12万平方公里，占据了盆地总面积的二分之一。斜坡由于受到南北方向挤压应力和东西方向拉伸应力的作用（南北挤压应力来自西伯利亚板块和华南板块的南北相向运动。东西方向的拉伸应力来自西部天环坳陷下沉，东部吕梁山升起），使地层波浪起伏，形成了一系列向西倾伏（重心向下）向东开口的鼻状隆起带。这些鼻状隆起大多成行排列，相邻相伴，规模较大，上下地层间具有良好的继承性和稳定性。此类鼻状隆起带是盆地内延长统油气大面积聚集的主要场所。2、差异压实作用形成的局部隆起所谓的差异压实作用是指地史时期的沉积物，由于沉积环境不同和沉积作用的非均一性，存在着岩性、粒度、成分等差别，导致同一时期的地层成岩后，厚度不同的现象。在上覆地层压力相等的情况下，抗压强度砂岩大，而泥岩小，粗砂岩不易被压实，而细、粉砂岩则容易被压实（这也是粒度细时物性较差的原因）。所以相同沉积厚度的地层，成岩后砂岩厚度较大，而泥岩厚度较小；在砂岩发育部位形成海拔相对较高的顶凸构造叫差异压实构造。此类构造多沿河道和砂体方向延伸，随砂体尖灭而消失，规模相对较小。陇东地区延安组地层中此类油藏较多，如：马岭的延7、延6、延4+5等油藏。3、复合鼻状构造复合鼻状构造是由区域构造运动和差异压实作用共同形成的局部高点或平缓台阶区。长2、长1、延9、延8等岩性构造油藏多属此类。这三种构造是鄂尔多斯盆地油气聚集的最有利场所。四、构造分析技术鄂尔多斯盆地含油气构造的研究方法有三种：1、采用广泛分布、特征明显的油层顶部标志层，研究区域构造分布规律。勘探初期，通过地震剖面在纵向上追踪标志层起伏变化形态、高点范围；确定探井位置。详探～开发阶段，以完钻井标志层的海拔高度做平面等值线图，确定构造的闭合高度、闭合面积、走向、倾向、分布范围。2、根据岩性的压实率计算压实程度，预测压实构造的分布规律；再结合出油井点的构造特征，预测其它油气藏。3、在井眼较稀的地方，可根据钻井程度较高的区块的构造特征，类比预测油藏分布情况。第二讲盆地地层特征一、盆地沉积演化阶段划分鄂尔多斯盆地是在古生代华北地台的西缘上发育起来的中新生代内陆坳陷型盆地，地层沉积演化的过程实际上是区域构造运动的演化过程。根据大量的岩芯资料，野外露头及地层特征研究，盆地的沉积演化大体可划分为五个阶段：第一阶段：上三叠系延长组，潮湿型淡水湖泊三角洲沉积阶段。晚三叠世的印支运动，盆地开始发育，基底稳定下沉，接受了800～1400ｍ的内陆湖泊三角洲沉积，形成了盆地中主要的生油岩和储集层。第二阶段：下侏罗系富县组、延安组，湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积阶段。延长统沉积后，三叠纪末期的晚印支运动使盆地整体抬升，延长组顶遭受不同程度的风化剥蚀，形成了高差达300m的高地和沟谷交织的波状丘陵地形。细划出了一幅沟谷纵横，丘陵起伏，阶地层叠的古地貌景观。三叠系延长组与上覆侏罗系富县组地层之间存在一个不稳定的平行不整合面。因盆地的西南部抬升幅度较其他地区大，使陇东地区延长统遭受了强烈的风化剥蚀。所以陇东的测井剖面上普遍缺失长１、长２地层，个别井长３甚至长４＋５顶都不复存在。到侏罗纪延长统顶侵蚀完成，盆地再度整体下沉，在此基础上开始了早侏罗世湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积。在延长统顶部的风化剥蚀面上，侏罗纪早期富县、延10期厚0—250米的河流相粗碎屑砂、砾岩，以填平补齐的方式沉积，地层超覆于古残丘周围。延10期末，侵蚀面基本填平，盆地逐渐准平原化，气候转向温暖潮湿，从而雨量充沛，植被茂盛，出现了广阔的湖沼环境，沉积了延9～延4+5厚度250～300ｍ的煤系地层。经差异压实作用形成了与延长顶古残丘，古潜山基本一致具继承性的披盖差异压实构造，成为中生界的主要储集层及次要生油层。第三阶段：中侏罗系直罗组、安定组，干旱型河流浅湖地层沉积阶段。延安期末的燕山运动第一幕，盆地又一度上升造成侵蚀，使盆地中部的大部分地区缺失了延１～延３地层，延安组（延４＋５）与上覆的直罗层之间存在一平行不整合面。中侏罗世盆地第三次下沉，沉积了干旱（氧化）气候条件下的直罗组大套红色河流相砂岩，进而又沉积了上部安定组浅湖相杂色泥灰岩，之后盆地又再度上升。第四阶段：下白垩系志丹统，干旱型湖泊沉积阶段。第三阶段安定组杂色泥灰岩沉积之后，燕山运动第二幕开始，盆地再度上升，并在周边发生了强烈的印度板块和太平洋板块的联合作用，褶皱断裂造山运动开始，形成了盆地格局。此后盆地第四次下沉，沉积了厚达千米的志丹统棕红色砂砾河流冲积相和杂色砂泥岩互层干旱型湖泊碎屑物。其顶部的环河组地层在庆城东西两河床上都可看到。第五阶段：下第三系的河流和咸化湖泊沉积阶段。第四阶段的下白垩系志丹统沉积后，燕山运动第三幕使区域构造得到定型，基本面貌保持迄今。下第三系的河流和咸化湖泊沉积，分布局限，仅见于盆地整体抬升后残留的局部低洼之处，多数地区缺失第三系地层。第四系黄土在陇东地区直接覆盖在白垩系志丹统的环河组地层上；安塞地区，黄土层下部就是中侏罗系安定组的地层。综上所述，在地史上的印支、燕山运动中，鄂尔多斯盆地中生代经过四次升降过程，气候经过三次冷暖转换，最终由潮湿温暖变为干旱寒冷，形成了三个平行不整合面，接受了三千多米的河、湖相碎屑岩沉积。晚三叠世及早侏罗世是盆地成油体系最重要的沉积阶段，是主要的生油层和储集层形成发育期。二、三叠系延长组地层特征三叠系延长统的湖泊相泥岩和三角洲相砂岩沉积，乃我国内陆坳陷型湖泊沉积盆地之典型。具有沉降中心与沉积中心基本一致，发育时间长，沉积层序全、演化完整有序、厚度大、分布广等特点。也是本盆地的主要生油岩和大面积多期叠加的储集层。按照湖盆的扩大～缩小～消亡过程，可划分为五个层段十个油层组，是一个完整的湖进湖退反旋回序列。五个层段沉积特征为：长一段（T3Y1）（长10油组）：湖盆开始发育期，以河流相和滨浅湖相为主，广布大型交错层理砂岩。长二段（T3Y2）（长8、长9油组）：湖盆扩张期。沉积范围逐渐增大，陇东地区出现浅水到半深水河控三角洲和水下扇沉积。长三段（T3Y3）（长7、长6、长4+5油组）：湖盆由最大到开始收缩期。长7是湖盆最大扩张期，湖水覆盖面积8万平方千米，最大水深60米，发育了70—120米的灰黑色泥岩，油页岩厚30—100米；是盆地内主要的生油岩形成期。长6湖泊开始收缩，是陕北三角洲群发育期。三角洲总面积达1、2万平方千米，厚度50米左右。长4+5期是区域湖盆总体收缩中一次短暂的湖浸期。湖浸范围保持长6时的基本格局，在陕北三角洲砂体上覆盖了湖沼相泥岩，是长7烃源岩的区域性盖层。由于沉积的非均一性，在吴旗、靖边等地区有三角洲存在。长三段陇东地区为深水湖泊沉积区。长四段（T3Y4）（长3、长2油组）：湖盆进一步收缩期。原来的三角洲沉积区已平原沼泽化，盆地内主要分布滨浅湖泊相，仅在华池等局部地区有中、小型三角洲存在。长五段（T3Y5）（长1油组）：湖盆枯竭期，大面积的沼泽化，主要岩性为泥岩夹煤层与砂岩互层，在陕北分布有著名的瓦窑堡煤系。三、侏罗系富县组、延安组地层特征侏罗系下部湖沼河流相煤系地层按成因可划分为三种沉积体系：１、形成于古地貌丘陵中的粗碎屑河流相体系：富县期：盆地由上升趋于稳定，气候干旱。河流沿延长统古地貌沟谷填平补齐式沉积，水动力较强，地质作用以侵蚀氧化为主；所以粗碎屑的河道砂多呈红色，砂泥岩互层呈杂色。由于不同地区有不同的物源和地形条件，所以沉积作用具有明显的差异，地层厚度变化较大，地层厚0～160m，一般70～110m，基本不含油。延10期：地壳运动稳定，气候转入半潮湿状态。沉积环境：先期为古地貌限制性河谷充填沉积，形成了东西向展布并嵌入三叠系油源层之上，成为油气向上运移通道的甘陕古河。后期随着沟谷填平补齐，转入泛滥平原到沼泽相沉积；河流水动力由强变弱。所以延10中、下部大套灰色中砂岩厚度差异较大，顶部的一套煤系地层（部分地区为炭质泥岩）分布较稳定。一般厚70～90m.，划分为延101～延108八个小层，延101、延102含油性较好。发育了河流相的6个亚相带，油气主要分布在河床亚相中。２、形成于湖沼盆地的三角洲泛滥平原河道中、细粒砂岩体系：延9期：盆地开始下沉，在延10期末泛滥平原的基础上逐渐形成了泛滥盆地中边积水变发育的泥砂型三角洲，沉积了一套中、细砂岩与泥岩及煤层的交互层。地层厚30～40m，划分为延91、延92、延93三个小层。储层为三角洲平原相的分流河道砂体。延8期：盆地处于继续下沉阶段，湖泊水体