鄂尔多斯盆地奥陶系沉积特征

鄂尔多斯盆地奥陶系沉积特征 石 油 勘 探 与 开 发 154 Vol.39 No.2 2012 年 4 月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT 文章编号:1000-0747(2012)02-0154-08 鄂尔多斯盆地奥陶系顶面形成演化与储集层发育 11,22,32,32,32,3冉新权 ,付金华 ,魏新善 ,任军峰 ,孙六一 ,包洪平 ,1. 中国石油长庆油田公司,2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,3. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院, 基金项目:中国石油天然气股份有限公司重大科技专项课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 “鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩大气田勘探目标优选 与靖边气田稳产技术试验研究”,2008E-0706, 摘要:从奥陶系顶面在不同地质历史时期的演化、反转入手,探讨构造演化对鄂尔多斯盆地奥陶系不同类型储集体发育的控制作用,研究碳酸盐岩储集层形成演化机理。鄂尔多斯盆地奥陶系顶面为一重要的层序界面,其既代表了 下部海相碳酸盐岩沉积建造与上部碎屑岩沉积建造之间的构造沉积转换,又代表了加里东晚期—海西早期漫长风化 剥蚀造成的区域性地层沉积间断。该界面在地质历史时期经历了 3 次重大的构造格局演变,直接影响了奥陶系储集 层的发育及后期保存。盆地东、西部奥陶系顶部岩性差异控制了发育的储集空间类型,形成了不同类型的溶蚀孔洞 储集体,而后期层序界面构造倒转则造成盆地东部地区岩溶孔洞型储集空间被充填,影响了有效储集层的空间展布 范围。图 5 表 1 参 23 关键词:鄂尔多斯盆地,奥陶系,储集层,层序地层,层序界面,孔隙充填中图分类号:TE122.2 文献标识码:A Evolution of the Ordovician top boundary and its relationship to reservoirs’ development, Ordos Basin 11,22,32,32,32,3Ran Xinquan, Fu Jinhua, Wei Xinshan, Ren Junfeng, Sun Liuyi, Bao Hongping (1. PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China; 2. National Engineering Laboratory of Exploration and Development of Low Permeability Oil/Gas Fields, Xi’an 710018, China; 3. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China) Abstract: The control of structural evolution on the development of different types of Ordovician reservoirs in the Ordos Basin is discussed by studying the evolution of the Ordovician top boundary in geological times, and the mechanisms of formation and evolution of carbonate reservoirs are examined. The top boundary of the Ordovician is an important sequence boundary in the Ordos Basin. It represents not only the depositional change between lower marine carbonate rocks and upper clastic rocks, but also a depositional break caused by weathering and corrosion from the Late Calidonian to the Early Hercynian. It experienced three great structural changes in the geological history, which influenced the formation and conservation of the Ordovician reservoirs. Lithology difference of the Ordovician top sequence between the east and west of the basin controlled the type of reservoir space and caused the formation of different reservoirs of corrosive pores. However, the later reversal of the sequence boundary causes the filling of early formed pore space in the eastern basin, and affects the space distribution of effective reservoirs. Key words: Ordos Basin; Ordovician; reservoir; sequence stratigraphy; sequence boundary; pore filling 的主要储集体,前人对该类储集体已开展了大量的相 0 引言 关研究,对其形成机理及分布规律也已经有了较为系 [1-13]海相碳酸盐岩是中国当前油气勘探的重点领域之 统的认识,但对于盆地发育的白云岩晶间孔型储集 一,勘探及研究均取得较大进展。鄂尔多斯盆地下古 层、灰岩岩溶洞穴型储集层等碳酸盐岩储集层形成机 生界奥陶系以海相碳酸盐岩为主,是中国最早发现的 理及分布的研究相对薄弱,且缺乏对不同碳酸盐岩储 整装海相大气田层系之一。目前在盆地中部已经发现 集层形成宏观控制因素的分析。 并探明了靖边奥陶系岩溶风化壳大气田,累计探明天 以往的层序地层研究主要分析沉积层序对有利沉 8 3[14-18]然气地质储量近 5 000×10m。中奥陶统马家沟组五段 积相带及储集层发育的控制及影响,关于层序界 ,马 段,白云岩风化壳溶蚀孔洞型储集层是靖边气田面演化对储集层发育控制作用的研究很少。本文主要 5 冉新权 等 , 鄂尔多斯盆地奥陶系顶面形成演化与储集层发育 155 2012 年 4 月 从奥陶系顶部层序界面,即古构造界面,在不同地质蚀的演化过程,其中,加里东晚期的整体抬升使得盆地 历史时期的演化、反转入手,探讨构造演化对奥陶系 遭受了长达 140 Ma 的风化剥蚀,缺失晚奥陶世—早石 [1-2]不同类型储集体发育的控制作用,探索研究碳酸盐岩 炭世沉积,是奥陶系风化壳储集层发育的主控因素。 储集层形成机理及演化的有效方法,深化对有利储集 晚古生代,由于盆地北部兴蒙造山带的不断隆升,盆 体发育主控因素和发育规律的认识,从区域上预测有 地内部差异沉降,在陆表海台地构造背景上沉积了晚石 效储集层展布的有利区域。炭世—二叠纪近海平原—海陆过渡相—陆相的含煤碎 屑岩建造,为下古生界气藏发育提供了充足的气源供给。 1 鄂尔多斯盆地古生代构造、沉积演化 2 奥陶系顶部?型层序界面特征及分布 根据古构造特征及盆地类型,将鄂尔多斯原型盆 地演化分为 4 个阶段,即中新元古代坳拉谷盆地发育 关 于 鄂 尔多斯 盆地 下古生 界层 序地层 的研 究较 阶段、古生代大型稳定克拉通盆地发育阶段、中生代 多,但对其具体划分 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 仍然存在一定分歧,主要集 内陆坳陷盆地叠加发育阶段、新生代周缘断陷盆地发 中在对次一级,?型,层序界面的识别与划分上,对 育阶段。 ?型层序界面的识别与划分较为一致。本文通过对露 头剖面和钻井资料的详细对比分析,依据海平面变化 盆山耦合研究表明,古生代时期鄂尔多斯盆地属 旋回、层序界面特征、体系域结构、区域板块构造和 于华北克拉通盆地的一部分,其南北两侧分别发育古 盆地演化特点,在盆地奥陶系中共识别出 15 个层序界 秦岭洋和古兴蒙洋,两大古洋盆的演化直接影响了盆 面,其中?型层序界面 2 个,其余层序界面均为?型 地古生界的沉积特征。 早古生代,鄂尔多斯盆地演化主要受控于南侧古 ,见表 1,。奥陶系顶部为一重要的?型层序界面,在 秦岭洋的演化。伴随古秦岭洋盆的形成、扩张、俯冲消 盆地奥陶系储集层发育及其成藏过程中发挥了重要的 减及最终闭合消亡,盆地内部经历早期陆表海盆地到 作用。对盆地周边野外露头剖面和盆地内部钻井信息 后期陆缘海盆地直至洋盆闭合并最终整体抬升遭受剥的综合分析表明,该层序界面具有以下特点。 表 1 鄂尔多斯盆地奥陶系地层、岩性对比及层序地层划分表 地层盆地西部盆地中东部层序划分方案距今时间/ Ma 系统组岩性组岩性超层序层序 443.7 OSQ15 缺失 背锅山组 OSQ14 上 OSQ13 缺失 蛇山组OSQ12 公乌素组灰岩、泥页岩、泥灰岩、 统 SS5 OSQ11 泥岩及碎屑岩 全球海侵事件 拉什仲组 乌拉力克组OSQ10 460.9 以生物碎屑灰岩、颗粒灰岩为主, 灰岩、泥晶灰岩、 克里摩里组 马 段 奥 6 OSQ9 局部发育白云岩白云岩468.1 陶 中 统 含膏白云岩,含膏 系 马 段 5 OSQ8 马 SS4 盐岩、凝灰岩夹层桌子山组 厚层状白云岩,灰岩 家 最大海泛面 马 段颗粒白云岩,灰岩OSQ7 4 471.8 沟 组 马 段OSQ6 3 泥晶、含膏、泥质 三道坎组 白云岩、泥质白云岩、石英砂岩 段马 OSQ5 2 白云岩,膏盐岩 马 段OSQ4 SS3 1 478.6 最大海泛面 OSQ3 下 统 含燧石白云岩,泥 亮甲山组 质白云岩、竹叶状 缺失 OSQ2 沉积间断剥蚀面— 白云岩 平行不整合 冶里组OSQ1 488.3 发?油气勘探石油勘探与开156 Vol. 39 No.2 ?层序界面代表了长达 140 Ma 的风化剥蚀期。古 ?层序顶部岩性差异明显。盆地东西部之间不仅 地层发育时代存在较大差别,而且由于沉积环境的差 生代鄂尔多斯盆地属于大华北盆地的一部分,该层序 异,沉积特征也存在显著差别。盆地东部奥陶系层序 界面在整个华北地台区广泛发育,具有区域上的可对 顶部以白云岩为主,西部主要出露石灰岩,天环地区比性。其既代表了下部海相碳酸盐岩沉积建造与上部 探井奥陶系顶部大多以石灰岩为主,而桌子山等地区 碎屑岩沉积建造之间的构造沉积转换与全球海平面的 奥陶系顶部则可以见到大量碎屑岩出露,。盆地中东部 下降,又代表了加里东期区域性构造隆升与漫长风化 段白云岩,仅在局部残留小范围的 大部分地区出露马 5 剥蚀造成的区域性的沉积间断。该界面的特殊性决定 马 段灰岩沉积,马 段主要形成于台内凹陷的局限沉 6 5 了岩溶储集层发育规律,从而对盆地油气格局起到宏 积环境,主要发育泥—粉晶白云岩、硬石膏岩、盐岩 观控制作用。 夹泥—粉晶白云岩。盆地西部出露的克里摩里组、乌 ?层序顶部地层时代不同。奥陶纪,由于中央古 拉力克组及拉什仲组等为一套台缘—深水斜坡环境下 隆起,也称西部古隆起,的阻隔作用,盆地西部与盆 沉积的泥晶薄层灰岩、浊积角砾灰岩夹黑色笔石页岩。 地中东部分属祁连、华北两大海域,地层发育特征存 盆地中西部马 段及 桌子 山组 的岩性 主要 为颗粒 白 云 4 在显著差别,见表 1,,以南北向中央古隆起,主要出 岩、泥晶灰岩、颗粒灰岩,少量含云灰岩,而且具有 地层中灰岩比例向西逐渐上升的趋势。 露华北地层分区的马家沟组马 段及祁连地层分区的 4 桌子山组,为中心,地层发育具有东老西新的特点。 3 奥陶系顶部?型层序界面演化 盆地中东部主要发育冶里组—亮甲山组、马家沟组, 区域构造演化对层序界面发育起宏观控制作用, 而且由于后期剥蚀,大部分地区顶部均出露中奥陶统 从加里东构造运动开始,奥陶系顶部?型层序界面经 马 段白云岩,仅局部残留马 段灰岩,而盆地西部奥 5 6 历了几次较大规模的构造格局转变,影响了不同类型 陶纪地层发育较全,中、上奥陶统均有发育,向西奥 储集体的发育及后期改造,见图 2,。 陶 系顶 部依次 出露 中奥陶 统克 里摩里 组, 相当于马 6 3.1 奥陶纪末 段,及上奥陶统乌拉力克组、拉什仲组等,见图 1,。 晚奥陶世时,盆地中东部遭受风化剥蚀,缺失上 奥陶统沉积,仅在盆地西缘、南缘发育海槽相沉积。 奥陶系表现出西部及南部厚、中东部薄的特点,见图 2、 图 3,。奥陶纪末,由于盆地南部秦岭海槽闭合,并产 生强烈的造山作用,华北板块整体抬升遭受剥蚀,鄂 尔多斯盆地处于华北板块的西南部,海水从鄂尔多斯 盆地本部向西南退出,在奥陶系顶部形成向西南缓倾 的?型层序界面。 3.2 加里东期 加里东运动中,作为大华北盆地的一部分,整个 鄂尔多斯盆地遭受了长达 140 Ma 的风化剥蚀,经受区 域性侵蚀改造,?型层序界面中部隆升,东西两翼缓倾。 盆地前石炭纪古地貌恢复表明,这一时期的古地 貌分布以近南北向的中央古隆起为中心,古地势逐渐 向东西两侧降低,经历剥蚀改造的奥陶系顶部界面呈 现为以鄂托克旗—定边—镇原一线为中心向东西倾伏 的特点,并直接影响了盆地不同地区岩溶作用的发育 强度,是盆地岩溶风化壳储集层发育的主要控制因素。 随着加里东构造运动的结束,盆地南侧祁连—北 秦岭加里东褶皱带形成,盆地大部分地区开始沉降。 盆地石炭系分布可以大致勾绘出这一时期的古构造格 局,西部下石炭统发育靖远组,Cj,和羊虎沟组,Cy,, 22 图 1 鄂尔多斯盆地构造分区及奥陶系分布简图 潟为一套黑色页岩夹砂岩、生物灰岩的潮坪—湖相沉 冉新权 等 , 鄂尔多斯盆地奥陶系顶面形成演化与储集层发育 157 2012 年 4 月 图 2 奥陶系顶部?型层序界面与储集层演化模式图 积,厚度 500,1 500 m,代表了西部祁连海自西向东 的侵漫,盆地东部沉积了本溪组,Cb,潮坪相沉积, 2 厚度一般小于 50 m,代表东部华北海自东向西的侵漫, 随着海侵的加剧,晚石炭世两海域逐渐勾通,最先勾 通的部位即是加里东期的东西向浅台坳与中央古隆起 叠合部位的鞍部地带,随着上石炭统太原组,Ct,煤 3系与下二叠统山西组煤系,Ps,的沉积,盆地被填平 1 补齐,中央古隆起逐渐停止活动不再控制后期沉积。 在这一沉积格局下,奥陶系顶部?型层序界面的特征 基本延续了加里东期的格局,以奥陶纪南北向的中央 古隆起为中心,层序界面向西、向东倾斜,直至二叠 纪山西组沉积末期盆地填平补齐。 3.3 中—新生代 中—新生代构造格局与古生代有很大的差别。晚 古生代盆地处于海陆过渡环境向内陆盆地环境的转变 阶段,这一时期的沉积主要受控于北部造山带的演化, 沉积环境相对稳定,盆地内发育一套分布广泛的三角 洲—河流相含煤沉积,为形成古生界气藏奠定了气源 基础。从上古生界的沉积厚度来看,这一阶段的构造 格局主要表现为南高北低、西高东低。 而中—新生代,区域构造西降东抬,?型层序界 面西倾。中生代印支运动使鄂尔多斯地区完全进入内 图 3 鄂尔多斯盆地石炭系沉积前奥陶系等厚图 发?油气勘探石油勘探与开158 Vol. 39 No.2 陆盆地发展阶段,并伴随大幅度的沉降和隆起,盆地 变控制了岩溶风化壳储集层的形成、改造及后期保存。 由古生代的南高北低转为北高南低,而东西方向则由 4.1 加里东运动对储集层发育的影响 古生代的西高东低逐渐转为东高西低,如盆地中部、 奥 陶 纪 —中石 炭世 ,鄂尔 多斯 盆地一 直处 于赤 东部三叠系沉积厚度一般在 1 000,1 400 m,而西部石 道 附 近 ,古气 候湿 热多雨 ,有 利于古 岩溶 储集层 的 沟驿等地区三叠系最大沉积厚度接近 3 000 m,这种格 形成。 局一直持续到燕山期。燕山期以后,尽管伴随新生代 中加里东—早海西期,由于秦岭海槽的闭合,华区域性的断陷作用,盆地南部周边地区发生局部隆升 北板块整体抬升,鄂尔多斯盆地古构造格局是东北高、形成渭北隆起带,但盆内构造变形微弱,仍然保持了 早期的基本构造格局,整体表现为北高南低、东高西 西南低,海水向盆地西南退出,盆地本部大范围遭受 低,现今奥陶系顶面构造仍很好地表现了这一特征。 长期风化剥蚀及岩溶作用,形成了溶蚀角砾岩、古土 壤及铝土岩等典型风化残积物沉积,并在距风化壳顶 4 奥陶系顶部?型层序界面演化控制 部一定深度范围内发育大小不等的溶洞、溶孔、溶斑 [19-23]下的碳酸盐岩储集层发育规律和溶缝等,是形成奥陶系有效储集层的关键,现 今 在 盆 地露头 区及 钻井岩 心中 都可以 见到 岩溶角 砾 区域古构造演化、储集层发育特征及成因研究表 岩、溶洞充填物等古岩溶地质现象,见图 4,就是很好 明,古构造对储集层发育具有重要的宏观控制作用,古 的证据。 生代鄂尔多斯盆地经历的 2 次区域性构造-沉积格局转 图 4 鄂尔多斯盆地奥陶系岩溶特征 4.2 岩性对储集空间类型的控制 含膏白云岩的分布密切相关,如在靖边气田西侧地区, 可溶岩是岩溶作用的物质基础,在影响与控制岩 段向西逐渐缺失,见图 1,,马 上段地层被剥由于马 5 5 [22-23]溶发育的各种因素中,岩性是主控因素。研究表 蚀,马 段中部含膏白云岩地层出露遭受风化淋滤,也 5 明,由于岩石矿物学性质差异,白云岩很难形成溶洞 可形成非常好的风化壳膏溶孔型储集层,在该区马家 [11]6 型储集空间,而灰岩易于形成溶洞型储集体。如前 沟组中部层系,马 亚段沉积期是马家沟组膏盐岩大 5 文所述,鄂尔多斯盆地中东部、西部奥陶系沉积特征 量发育期,盆地东部地区膏盐岩累计厚度可达 130 m 存在显著区别,中东部主要发育中、下奥陶统,顶部 以上,靖边地区局部岩性也以含膏白云岩为主,试气 马家沟组以含膏白云岩为主,而西部发育中、上奥陶 也获得高产工业气流,展示了马 含膏白云岩层系的良 5 统,顶部以灰岩为主。不同地区奥陶系顶部出露地层 好勘探前景。 岩性不同,形成了不同成因类型的孔隙,见图 5,。 4.2.2 西部桌子山组,相当于马 段,晶间孔-溶孔型白 4 云岩储集层 4.2.1 中东部马 段上部含膏层系膏溶孔型储集层 5 1盆地西部苏里格地区奥陶系顶部主要出露中奥陶 盆地中东部奥陶系顶部主要出露马 段上部,马 5 5 4统桌子山组,相当于马 段,颗粒白云岩,其中晶间孔 4 —马 ,薄层含膏白云岩,含膏物质溶解后形成残余 5 普遍发育。由于在表生岩溶环境下白云石的溶蚀能力 溶蚀孔洞且分布较为稳定,是盆地中部靖边奥陶系风 比方解石弱,所以在马 段这种白云岩厚层连续分布的 4 化壳大气田的主要储集空间。这类型储集体的发育与 石 油 勘 探 与 开 发 159 Vol.39 No.2 2012 年 4 月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT 图 5 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组储集层显微特征 4.3 构造倒转对储集空间保存的影响 地层中,风化溶蚀对早期形成的晶间孔进行了改造, 分析地质历史时期奥陶系顶部?型层序界面的演 形成了以晶间孔-溶孔为主的储集空间。 化可以发现,盆地西部地区在层序界面演化过程中一 4.2.3 西部克里摩里组,相当于马 段,岩溶洞穴型灰 6 岩储集层 直处于西倾状态,而盆地东部则发生了 2 次较大规模 鄂尔多斯盆地西部发育中上奥陶统,且地层向西 的构造反转,而且在侏罗纪—白垩纪主成藏期之前, 逐渐加厚,顶部层位也逐渐变新,天环地区主要出露 盆地东部主要处于低洼或者逐渐沉降的区域,造成早 中奥陶统克里摩里组,马 段,和上奥陶统乌拉力克组。期形成的岩溶型储集空间的多期充填,储集层发育具 6 乌拉力克组以深水泥质岩为主,而克里摩里组以台缘 有很强的非均质性,仅在局部高部位保存较好的储集 相灰岩为主。灰岩的可溶性较白云岩强,而且岩石强 层,现今盆地东部奥陶系仅存在多个零散分布的岩溶 度较白云岩低,岩层岩性单一,结构均匀,构造裂隙 残丘含气区就是证据。 的切层性强、延伸远,有利于裸露岩溶作用环境条件 加里东期的风化剥蚀作用在盆地内形成了大范围 下岩溶发育,在经历长期的风化溶蚀之后,可以形成 分布的不同类型的岩溶成因储集体,但由于后期古构 以规模较大的溶洞、洞穴为主的储集空间。目前该区 造格局的变化,产生了不同程度的埋藏充填作用,影 克里摩里组灰岩地层中大量的钻具放空、钻井液漏失 响了有效储集空间的保存。石炭纪末—二叠纪,伴随 就是很好的证据,而且受地壳抬升影响,可以形成多 区域沉降作用,海水开始从东、西 2 个方向侵入盆地, 层洞穴系统。并相继经历了多期的海进、海退旋回。盆地中部靖边 地区主要处于海陆过渡环境,发育以半充填为主的孔 发?油气勘探石油勘探与开160 Vol. 39 No.2 及其分布规律[J]. 石油勘探与开发, 1998, 25(5): 14-17. 洞型储集空间。由于这一时期海水从东部进入,盆地 Zhou Shuxun, Ma Zhenfang. 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