鄂尔多斯地区中元古界长城系沉积特征研究
发布时间：2020-05-15
摘要:利用野外剖面考察、岩心观察、薄片鉴定和粒度分析等技术手段对鄂尔多斯地区中元古界长城系沉积区的沉积特征进行研究。研究表明，长城系岩性主要为紫红色、灰白色石英砂岩、石英岩，夹少量碳酸盐岩，含多层石英细砾岩。砂岩成分成熟度和结构成熟度比较高;层理构造发育，主要为陆相、海陆过渡相层理构造，可见波痕和干裂等层面构造;鄂尔多斯地区中元古界长城系自北东向西南具有水体逐渐加深的趋势，依次发育河流、三角洲、滨浅海、浅海及深海沉积相。
关键词:鄂尔多斯地区;中元古界;长城系;沉积特征
国内外油气勘探证实，克拉通盆地中新元古界具备巨大的油气勘探潜力[1-9]。中国克拉通盆地以鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地为代表，中—新元古界主要发育“新生古储”和“原生”两类油气藏[10-17]。鄂尔多斯盆地中新元古界在多口钻井中见良好含油气显示，其中伊盟隆起锦13井中元古界长城系(3527～3530m)见明显气测异常，中途测试获23970m3/d天然气流，证明中—新元古界是鄂尔多盆地下一个值得关注的能源勘探领域。
目前，鄂尔多斯地区基础地质与油气地质相关研究工作开展不多，主要集中在以下几个方面:①重新厘定了鄂尔多斯地区中元古界“拗拉槽”的空间展布[18];②探讨了鄂尔多斯地块中元古代长城纪原盆属性[19];③初步厘定鄂尔多斯盆地中新元古界不同时期的地层系统[20-21];④开展了鄂尔多斯盆地及邻区不同时期岩相古地理研究[22];⑤对鄂尔多斯地区烃源岩条件与勘探方向、潜力进行初步研究[23-25]。
总体上讲，鄂尔多斯地区中—新元古界的勘探与研究程度均低，勘探与研究现状尚不能满足大规模油气勘探的要求。已有研究表明，盆地中元古界长城系是烃源岩与储层发育的最有利层位。因此，本文对研究区中元古界长城系沉积特征开展研究，以期对盆地的烃源岩预测与有利勘探区带、目标优选提供基础资料。
1地质概况
鄂尔多斯地区属华北克拉通西侧部分，盆地北侧、西侧北段与阿拉善—内蒙地块相邻，西侧南段与走廊过渡带、祁连褶皱带相接，南侧隔渭河盆地与秦岭褶皱带相望，南侧东段与豫皖地块的小秦岭地区相邻，东邻山西地块的吕梁山隆起。研究区包括鄂尔多斯盆地及其周缘，其中鄂尔多斯盆地可划分为6个一级构造单元:伊盟隆起、西缘冲断带、天环拗陷、伊陕斜坡、靖西挠褶带和渭北隆起(见图1)。鄂尔多斯地区中元古界主要包括长城系和蓟县系，新元古界主要包括青白口系和震旦系。总体上讲，其西南部地层保留相对较全，沉积厚度较大;向北东方向地层逐渐减薄，甚至缺失。
2沉积特征
2.1岩石学特征
2.1.1岩石类型鄂尔多斯地区中元古界长城系下部岩性主要为紫红色、灰白色石英岩、石英岩状砂岩及石英砂岩，底部为一套厚可达几米的石英细砾岩。中部主要为石英岩、石英砂岩、含燧石的粉砂岩和粉晶、泥晶白云岩。上部主要为石英砂岩，含有少量白云岩。砂岩类型主要为石英砂岩，其次为长石石英砂岩、岩屑石英砂岩及少量长石砂岩(见图2)。
2.1.2结构特征石英岩石英颗粒粒度通常较粗，接触紧密，为镶嵌结构(见图3A);而石英砂岩中的颗粒间呈点—线接触，为颗粒支撑结构，孔隙式胶结，胶结物以硅质为主，颗粒分选好，粒径为中砂级，磨圆度较好，为圆—次圆状(见图3B，C，D)。
2.1.3粒度特征石英颗粒大部分为中等—较好分选，成熟度高，少部分分选性差，成熟度低;磨圆度较好，大部分为圆—次圆状，少部分为次棱角状;胶结类型主要有薄膜-孔隙式、次生加大式、加大-孔隙式、接触式、孔隙式、孔隙-薄膜式、孔隙-加大式和镶嵌-加大式等几种类型。粒径变化范围较大，变化在0.05～1.60mm，最大粒径可达5.60mm。由此可见，长城系砂岩结构成熟度总体上比较高。
结构成熟度受沉积环境的控制作用比较明显。桃59井长城系钻井岩心分析化验结果表明，其岩性为石英砂岩，分选性好，成熟度高。磨圆度好，为圆状。胶结类型为孔隙-加大式。粒径变化范围为0.08～0.14mm，最大可达0.24mm。从图4可以看出，桃59井长城系砂岩具备海滩砂的沉积特点。跳跃组分是主要的，线段在图4中央处分为两条直线，坡度较陡，说明分选性好。悬浮组分含量小，缺失牵引组分。由此可见，桃59井长城系处于滨浅海沉积环境，具备结构成熟度高的特点。
2.1.4沉积构造中元古界长城系层理构造比较发育，主要发育平行层理、块状层理、水平层理、粒序层理(递变层理)和交错层理，还可以见少量脉状层理、透镜状层理和“人”字形交错层;主要发育波痕和干裂等各种层面构造;还可以见到少量同生结核和成岩结核(见图5)。
2.2沉积相类型
中元古界长城系发育辫状河、三角洲、潮坪、海滩、浅海和深海等沉积相(见图6，7，8)。
2.2.1辫状河在乌海市苏白沟、银川市白寺口等地区长城系下部为一套砾岩、含砾粗砂岩，发育大型交错层理，为一套辫状河沉积(见图6A，B)。
2.2.2三角洲在鄂尔多斯盆地南缘洛南县巡检司镇，长城系底部发育三角洲沉积。灰白色、灰色石英砂岩与灰色泥岩互层，可见交错层理、平行层理、波状层理，砂岩底见冲刷面。砂岩成熟度高，为河口坝沉积，泥岩为前三角洲沉积(见图7)。
2.2.3潮坪潮坪相在长城系比较发育，在洛南县长城系中部可以看到典型的潮坪沉积(见图6C，图7)。发育灰白色、灰色角砾白云岩、白云岩、灰白色石英砂岩和灰黑色、灰绿色泥岩。砂岩中羽状或人字形的双向形态的交错层理。
2.2.4海滩海滩沉积在长城系广泛发育，在乌海市苏白沟、洛南巡检司镇和桃59井等多处均可见(见图6D，图7，图8)。洛南巡检司镇长城系海滩沉积往往由粉砂岩、砂质板岩、板岩向上过渡为分选好的中—粗粒岩，交错层理、楔状层理和波痕非常发育。桃59井海滩沉积为紫色中砂岩、细砂岩，夹薄层棕褐色页岩、碳质泥岩，砂岩成分成熟度和结构成熟度比较高。
2.2.5浅海—深海浅海—深海主要发育鄂尔多斯地区西南部，岩性主要为灰色、灰黑色泥岩，水平层理非常发育(见图6E，图F，图7，图8)。
3平面展布规律
鄂尔多斯地区中元古界长城系发育陆相、海陆过渡相和海相沉积建造，自北东向西南具有水体逐渐加深的趋势。辫状河沉积主要发育于研究区北部乌海市—杭锦旗、银川市—阿拉善左旗地区。浅海相、深海沉积主要发育于研究区西南部。二者之间主要发育海陆过渡三角洲和滨浅海沉积(见图9)。
4认识与结论
1)鄂尔多斯地区中元古界长城系下部岩性主要为碎屑岩，中上部为碎屑岩夹碳酸盐岩。其中，碎屑岩主要为石英砂岩，石英颗粒主要为中砂级，以点—线接触为主，为颗粒支撑，成分成熟度和结构成熟度比较高，受沉积环境的控制作用比较明显。
2)长城系层理构造发育，主要发育平行层理、块状层理、水平层理、粒序层理和交错层理，透镜状层理和“人”字形交错层理，可见波痕和干裂等层面构造。
3)长城系沉积相类型多样，发育辫状河、三角洲、潮坪、海滩、浅海和深海等各种沉积相类型。鄂尔多斯地区中元古界长城系自北东向西南具有水体逐渐加深的趋势，依次发育河流、三角洲、滨浅海、浅海及深海沉积相。
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