卷(V o lum e )22,期(N um ber )4,总(To tal )90矿物岩石　　页(Pages )66-74,2002,12,(D ec ,2002)J M I N ERAL PETROL 鄂尔多斯盆地上古生界高分辨率层序地层分析郑荣才,　文华国,　梁西文成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都　610059【摘　要】　按基准面旋回原理,将鄂尔多斯盆地上古生界本溪组(C 2b )、太原组(P 1t )、山西组(P 1s )和下石盒子组(P 1x s )划分为3个超长期、8个长期、19个中期和62个短期旋回层序;较为详细地介绍了各级别层序的结构类型、叠加样式和沉积演化序列;建立以长期旋回层序为年代地层框架,中期旋回层序为等时地层对比单元的层序地层格架;并讨论高分辨率层序地层与天然气藏的关系。

【关键词】　鄂尔多斯盆地;上古生界;高分辨率层序地层;基准面旋回结构;叠加样式;等时地层格架;天然气藏中图分类号:T E 121.3,T E 121.3+4 文献标识码:A 文章编号:1001-6872(2002)04-0066-09收稿日期:2002-09-02作者简介:郑荣才,男,52岁,教授,博士生导师,沉积学专业,研究方向:沉积学和石油地质学10　引　言鄂尔多斯晚古生代克拉通盆地中北部的海相沉积,始于晚石炭世本溪期,之后海域逐渐扩大并延续到早二叠世太原期。

至早二叠世山西期,随着北方阴山古陆和北西侧的贺兰山古陆逐步抬升,自北向南输入的陆源屑物逐渐增多,而南部秦岭和大别山古陆缓慢下沉,导致海水由北向南退出,在北高南低的缓倾斜古地形背景上,经历了陆表海环境向过渡环境和大陆环境转化的沉积演化过程,并在大型河流2三角洲沉积体系自北向南的进积充填过程中,本溪组(C 2b )、山西组(P 1s )、太原组(P 1t )和下石盒子组(P 2x s )中形成以煤层、炭质泥岩和暗色泥岩为烃源岩,潮道、三角洲和河流砂体为储层,洪泛平原泥岩为盖层的多套生、储、盖组合,以及众多的大、中型,乃至特大型天然气藏[1～4],为我国“西气东输工程”重要的基地之一。

有关该地区上古生界沉积相和层序地层学特征及其与气藏的关系为众多研究者所瞩目,积累有丰富的研究成果和提出较多的层序划分方案,如:陈世悦将本溪组至上石盒子组划分为4个 级层序和26个 级层序[5];钟蓉将本溪组至山西组划分为4个 级层序和14个 级层序[6];陈洪德和刘文均等将本溪组至石盒子组划分为5个准 级层序和19个 级层序[2];邓宏文和曹爱武等将山西组划分为一个长期3个中期旋回层序[7];而翟爱军和邓宏文等则将本溪组至上盒子组划分为一个长期3个中期旋回层序[8],此研究鉴于本溪组至下石盒子组的时间跨度大(C 2b 至P 2s 约55M a ),海、陆相地层均有发育,而地层厚度较薄,以及多级次的沉积旋回性非常清晰等特点,拟采用C ro ss A T 倡导的高分辨率层序地层学理论及其技术方法为指导[9],按构造和天文两主控因素与地层旋回性、沉积相和界面特征[10],提出超长期、长期、中期和短期4个级别的基准面旋回层序划分方案(表1),在此基础上进一步讨论层序地层与储集砂体和气藏的关系。

1　界面识别标志及其层序地层学意义 层序是以底、顶不整合面及与之相关的整合界面为界的内部叠置有序的一套沉积组合,因此,在进行层序分析时界面的识别是关键。

研究区内本溪组—下石盒子组中可识别的界面可分为4个级别。

1.1　层序界面从钻井岩芯中本溪组至下石盒子组可识别出4个 级界面,其中3个 级界面可在地震剖面中进行追踪对比和层位标定[8](图1),如T9反射界面为本溪组与下伏奥陶系不整合地层的分界面,具有明显削截、削蚀作用,此为本溪组底部与下奥陶统呈构造不整合接触的古老侵蚀风化面,界面上发育有残积成因的铝土质页岩夹铁矿层;T82和T81反射界面分别为下石盒子组底部(盒9段)和上石盒子组底部(盒4段)的两套砂岩底界面反射,均具渐进超覆的不整合界面性质,为含砾砂体对下伏泥岩有较强下切侵蚀作用的岩性突变面;山西组底部的 级界面在地震剖面中虽然不易识别,但在岩性、岩相和古生物特征上,均表明该界面为鄂尔多斯盆地晚古生代结束海相沉积史和开始进入陆相沉积史的重要相转换面,具平行不整合界面性质[2,5,6]。

以上4个 类表1　鄂尔多斯盆地上古生界基准面旋回层序划分和基本特征Table1　Cla ssif ica tion and ba sic character istics of ba se-level cycle sequnce of Upper Pa leozo ic基准面旋回级次界面类型[9]时限范围M a层　序　定　义主要控制因素与V ail相当的层序地层单元对比高级低频低级高频超长期 级7～17以盆地演化各阶段为单位的构造充填序列(或构造层序、构架层序)长期 级3～5.5一套具较大水深变化幅度的、彼此间具成因联系的地层所组成的区域性海或湖进2海或湖退沉积序列中期 级1.0～2.75一套水深变化幅度不大的、彼此间成因联系密切的地层叠加所组成的海或湖进2海或湖退沉积序列短期 级平均0.5一套具低幅水深变化的、彼此间成因联系极为密切,或由相似岩性、岩相地层叠加组成的海或湖进2海或湖退沉积序列构造因素天文因素构造演化各阶段的应力场转换构造幕式性强弱变化的变动面偏心率周期斜率周期不能完全对比可基本对比　相当 级层序组或准 级层序相当 级层序级层序(或体系域、准层序组)级层序(或准层序)界面在前人的研究成果中普遍作为 级或准 级层序的分界面; 级界面可识别出5个,依次位于太2段庙儿沟灰岩底部、太1段七里沟砂岩底部、山1段下部砂岩底部、盒8段下部砂岩底部以及盒7段上部砂岩底部(图1)。

此类界面的成因与长期旋回过程中由构造幕式活动引起的基准面大幅度下降有关,在砂、砾质沉积活跃的浅水区通常表现为各类滨岸上超或河道下切的冲刷间断面和岩性、岩相突变面。

测井曲线中,大多数位于漏斗形前积式组合折向箱形或向圣诞树形侧积式组合的转换点位置,或位于高幅钟形、箱形组合的底部,与下伏地层呈突变式接触关系。

而在水深较大的沉积区,则表现为泥、粉砂岩连续沉积的整一界面; 级界面可识别出11个,其产状特征和识别标志与 级界面较为相似,但规模略小,成因与中期旋回过程中受气候变化控制的基准面较大幅度下降引起的侵蚀或暴露作用有关; 级界面属于受气候和沉积自旋回过程双重因素控制的,由基准面韵律性下降所导致的短暂冲刷或间歇暴露作用有关,发育频度虽然很高,但影响范围小,变化快。

以此作为划分超长期、长期、中期和短期旋回层序的依据(表1)。

1.2　最大洪泛面最大洪泛面包括最大海泛面和湖泛面,代表与长期基准面上升有关的海或湖水位上涨达最高点位置时的沉积界面。

海相的本溪组和太原组层序中,最大洪泛面位于连续沉积的浅海相泥微晶灰岩或　湖相泥岩顶面(图2A,B),陆相的山西组和下石盒子组层序中,位于三角洲沉积体系的分流间湾或前三角洲相的炭质泥岩或煤层顶部(图2C,D),河流相沉积区最大洪泛面因受到下降期的大幅度下切侵蚀作用,大部分未得到保存。

与最大洪泛面相关的沉积具有岩性单一,层位稳定,识别标志清晰,等时性强等特征,因而为极其重要的地层或层序等时对比标志。

2　层序划分、结构类型及叠加样式2.1　短期旋回层序短期层序是鄂尔多斯盆地古生代地层的钻井岩芯和测井剖面中所能识别的最小层序地层单元,也是进行高分辨率层序地层分析的基础,厚度为数米76　第22卷　第4期郑荣才等:鄂尔多斯盆地上古生界高分辨率层序地层分析图1　鄂尔多斯盆地上古生界沉积相和高分辨率层序地层综合柱状图F ig .1　Generalized co lum n of the sedi m en tary facies and h igh 2reso lu 2ti onsequence stratigraphyof U pper Paleozic in O rdo s Basin级,可分为两种基本结构类型:2.1.1　向上“变深”非对称型(A 型)　形成于沉积物补给率远大于可容纳空间增长率的高补偿条件下[11],以仅保存上升半旋回沉积记录和发育向上加深变细的沉积序列,而下降半旋回表现出以侵蚀冲刷作用为特征。

按沉积序列可细分为低可容纳空间(A 1型)和高可容纳空间(A 2型)两种亚类型:海相地层中(C 2b 和P 1t ),A 1型由相互切割叠置的潮道砂体与冲刷面组成(图3,4中A 1)。

A 2型由潮间细2粉砂岩、泥岩组成(图3中A 2);陆相地层中(P 1s 和P 2x s ),A 1型亦由相互切割叠置的河流或分流河道砂体与冲刷面组成(图5,6中A 1),A 2型由底冲刷面→分流河道砂体→天然堤粉砂岩→泛滥平原或分流间泥岩(或夹煤层、煤线)组成(图5中A 2),或由辫状河道砂体→废弃河道泥粉砂岩组成(图6中A 2)。

2.1.2　对称型旋回层序(C 型)　为研究区内最发育的短期旋回层序结构类型,形成于沉积物补给率接近至略低于可容纳空间增长率的低补偿—弱欠补偿条件下[11],以上升和下降两个半旋回的沉积记录保存都较完整和具备二分时间单元分界线(即层序界面和洪泛面),以及发育由粗变细复变粗的韵律性旋回为显著特征。

海相地层中,层序主要由潮道或潮坪砂岩→　湖泥岩→潮坪泥、粉砂岩,或由单一的滨岸沼泽相的煤层组成(图4,5中C )。

陆相地层中,三角洲沉积区此类型层序大多由底冲刷面→薄的分流河道砂体→天然堤粉砂岩→分流间泥岩→决口扇或河口坝粉-细砂岩组成(图5中C ),河流沉积区由底冲刷面→决口河道或决口扇砂岩与废弃河道泥岩的韵律互层组成层序(图6中C )。

2.2　中期旋回层序由2个～8个短期旋回层序叠加组成,厚度为十数米至二十余米级,为研究区内最具等时对比意义的层序,按旋回结构特征也可分为两种类型,其一为仅保存上升半旋回沉积记录,下降半旋回以下切侵蚀作用为主向上“变深”非对称型,如太原组M SC 4,M SC 6;山西组M SC 10;下石盒子组M SC 14,M SC 15等中期旋回层序(图1)。

其二为上升和下降半旋回沉积记录都得到较好保存的对称型,研究区内大多数中旋回层序以C 型为主。

2.2.1　向上“变深”非对称型中期旋回层序　海相地层中,由1个～2个代表海侵幅度逐渐加大的A86矿 物 岩 石2002　图2　不同沉积环境的长期旋回层序最大洪泛面发育位置示意图A.Y6井本溪组;B.S2井太原组;C.T E2井山2段;D.Y13井山1段F ig.2　T he po siti on s of the m ax i m un flood su rface of long2term cycle sequence in differen t sedi m en tary environm en ts图3　本溪组有障壁海岸沉积体系中的短期与中期旋回层序结构和相序列(S6井)A1.低可容纳空间向上“变深”非对称型;A2.高可容纳空间上“变深”非对称型;C.对称型F ig.3　T he structu re and sedi m en tary sequence ofsho rt2term and m iddle2term cycle sequences ofcoastal bay system in Benqi Fo rm ati on,U pperCarbon iferou s型和C型短期旋回层序叠加组成,对应的沉积相演化为潮道或潮坪砂岩→　湖或浅海泥岩(灰岩)组成水体向上加深的海进序列,层序顶界面为时间跨度相当中期下降半旋回的较大型侵蚀冲刷面或古暴露面,显示此类层序成因与中期基准面下降晚期曾遭受到强烈的下切侵蚀作用,致使中期旋回地层过程中于下降早、中期和上升中、晚期堆积的沉积物未得图4　太1段有障壁海岸沉积体系中的短期与中期旋回层序结构和相序列(S6井)A1.低可容纳空间向上“变深”非对称型;C.对称型F ig.4　T he structu re and sedi m en tary sequence ofsho rt2term and m iddle2term cycle sequences ofbeach system in the first m em ber of T aiyuanFo rm ati on,L ow er Perm ian到保存有关;陆相地层中,由3个～5个A型和C 型,或由单一的多个A型短期旋回层序叠加组成,对应的沉积相演化为多个连续叠置的水道化砂体→分流间或洪泛泥岩组成水体向上逐渐加深的湖进序列,顶亦为时间跨度相当下降半旋回的较大型侵蚀冲刷面,成因与海相地层中的同类层序一致。