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鄂尔多斯盆地早古生代中央古隆起形成演化与物质聚集分布规律
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摘要
鄂尔多斯盆地是中国天然气勘探最具潜力的盆地之一,有着漫长的构造-沉积演化史。盆内中央古隆起的形成与演化在整个盆地的地质构造演化史中占据极其重要的地位,同时与天然气聚集有着十分密切的关系。论文选取鄂尔多斯盆地早古生代中央古隆起及其周缘地区为研究对象,综合运用地球物理学、沉积地质学、层序地层学、石油地质学及盆地分析等学科理论,以大量的钻井、露头剖面和测井资料为基础,对研究区中央古隆起形成演化的地球动力学背景、形成演化机制、中央古隆起演化过程中的沉积体系、层序地层格架、层序岩相古地理、成藏效应及沉积充填过程进行了详细研究,从而揭示了中央古隆起及周缘地区形成演化过程中的沉积物质聚集分布规律,取得的主要成果如下:
     1.在充分吸收,提炼前人资料的基础上,对鄂尔多斯盆地下古生界的各地层单元进行了清理,对盆地下古生界寒武系和奥陶系地层单元进行了划分,并根据不同时代分别建立了其地层对比格架。
     2.通过野外露头,钻、测井等资料的综合分析,以及沉积相标志的研究,对中央古隆起形成演化过程中盆地下古生界沉积体系进行划分。识别出包括滨海(岸)、陆棚、碳酸盐缓坡、碳酸盐台地、大陆斜坡、深海盆地等6种沉积体系和若干沉积相单元。
     3.在层序界面特征、层序界面成因类型以及层序划分标志的研究基础上,对中央古隆起及周缘的层序地层进行了划分,将研究区下古生界划分为5个超层序(二级)和27个三级层序,其中寒武系划分了2个超层序及12个三级层序,奥陶系划分了3个超层序及15个三级层序。在此基础上,对各超层序的特征进行了研究,并针对不同时期的层序进行了对比。
     4.运用最新的钻井、测井及地震资料,对中央古隆起的形态变迁进行精细刻画。通过对盆地的古构造格局的演化阶段及其差异性分析,认为古隆起的在中-晚元古代基底形成、早-中寒武世古隆起初具雏形、晚寒武世古隆起形成、早奥陶世古隆起发育、中-晚奥陶世抬升剥蚀、石炭纪后消亡。
     5.在沉积相类型特征和层序地层格架建立的基础上,以三级层序为编图单元,对中央古隆起不同演化阶段的层序岩相古地理特征进行了研究。∈SQ1-∈SQ3期,沉积环境由陆缘碎屑过渡为缓坡型的碳酸盐-碎屑岩混合沉积环境。∈SQ4-∈SQ8期,海侵持续,4大古陆发育,沉积环境过渡为陆表海环境中央古隆起初具雏形。∈SQ9-∈SQ12期,大型克拉通内中央古隆起形成。OSQ1-OSQ3期,沉积物质分布于古隆起周缘,沉积格局为碳酸盐缓坡环境。OSQ4-OSQ5期,中央古隆起将其东西两侧海域阻断,古隆起以西发育碳酸盐缓坡沉积环境,古隆起以东发育陆表海碳酸盐沉积环境,发育膏盐湖。OSQ6期古隆起中部沦为水下碳酸盐潮坪沉积。OSQ7期,研究区大部分成为水下隆起,膏盐湖消失。OSQ8期膏盐湖再次出现。OSQ9期,剥蚀区形成,沿边缘为完整的一套台地-盆地沉积。OSQ10-OSQ11期,盆地大面积剥蚀。沉积环境西缘为深水陆棚-大陆斜坡沉积,南缘为碳酸盐台地-盆地沉积,生物礁滩发育。OSQ13-OSQ14期,台地边缘发育边缘礁滩相。
     6.中央古隆起的形成演化过程对成藏效应的控制体现在:寒武系烃源岩以白云岩为主,环古隆起呈近“L”型特征,并由东向西、由南向北烃源岩递减;奥陶系烃源岩为马家沟组泥岩、碳酸盐岩以及平凉组泥页岩及泥灰岩,其烃源岩厚度、有机质丰度分布明显受中央古隆起控制,靠近古隆起厚度较薄,反之较厚。中央古隆起的演化,不仅控制了沉积相带的展布,也控制了不同类型储层的区域分布。白云岩储集体主要分布在伊蒙隆起、中央古隆起、三门峡-伏牛隆起的鞍部;张夏组鲕粒滩储集体在古隆起南部具有一定规模的分布;风化壳岩溶储层主要发育于古隆起斜坡带。根据盖层的连续情况可将盖层分为区域盖层和局部盖层,区域盖层主要发育于上古生界层系,其分布面积广、厚度大、横向稳定性好;下古生界发育的局部盖层,分布面积小。
     7.通过对中央古隆起及周缘沉积物质分布特征与规律的研究,揭示出早古生代中央古隆起的不同演化阶段沉积物质充填过程及其差异性,认为各个时期的沉积充填过程具有以下特征:早寒武世,中央古隆起雏形期开始,沉积环境由陆缘碎屑逐渐过渡为陆源碎屑-碳酸盐岩沉积环境。中寒武世,海侵加剧,4大古陆发育,沉积环境仍然为陆表海环境,张夏期出现鲕粒滩,中央古隆起初具雏形。晚寒武世,中央古隆起进入形成期,大型的克拉通中央古隆起形成。早早奥陶世开始中央古隆起进入调整、发育期。早奥陶世早期,隆起区几乎覆盖整个研究区。早奥陶世马家沟期,陆缘性质由之前的被动边缘转化为主动边缘,由于中央古隆起发育,将其东西两侧海域阻断,古隆起以西为碳酸盐缓坡沉积,以东为陆表海碳酸盐沉积。中奥陶世平凉期开始了早古生代最后一个沉积充填,为古隆起抬升剥蚀期。沉积格局差异性体现为,西缘为深水陆棚-大陆斜坡沉积,南缘为碳酸盐台地-盆地沉积。另外,台地边缘有生物礁滩发育。晚奥陶世,剥蚀区周缘发育开阔台地,其边缘发育边缘礁滩相。该时期之后海水退出,至此下古生界沉积落下帷幕。
Ordos Basin is one of the most potential basin for natural gas exploration inChina, with a long tectonic and sedimentary evolution history. The forming andevolution of central paleouplift played extremely important role in the tectonicevolution of whole basin, and is connected with natural gas accumulation closely.With application of geophysics, sedimentary, sequence stratigraphy, petroleumgeology and basin analysis, based on quantity drilling data, outcrop and logging,focused on early Paleozoic era of central paleouplift and its surrounding area, thispaper have studied geodynamics, forming evolutionary mechanism of paleouplift,sedimentary characteristic, sequence stratigraphy framework, sequencepaleogeographic, accumulation effect and sedimentary filling, and revealedaccumulation and distribution regularity of different sediments in forming process ofcentral paleouplift and its surrounding area. The main achievements are as follows.
     First, based on predecessors’achievements, to check lower Paleozoic stratumunit of Ordos Basin, to divide Cambrian and Ordovician stratum of lower Paleozoic,and establish stratigraphy division plan and comparison framework.
     Second, based on comprehensive analysis on data of outcrop, drilling core andlogging, by study on sedimentary facies mark, the lower Paleozoic sedimentarysystem is divided in central paleouplift and its surrounding area of Ordos Basinduring the forming and evolution process of central uplift. Six sedimentary systemsand several sedimentary units were distinguished, which include shore, shelf,carbonate ramp, carbonate platform, continental slope and deep sea basin.
     Third, based on study on sequence boundary characteristic, genetic type ofsequence boundary and sequence division mark, sequence stratigraphy have beendivided in central paleouplift and its surrounding area, it can be divided into5super sequences and27third-order sequences, which contain2super sequences and12third-order sequences in Cambrian and3super sequences and15third-ordersequences in Ordovician. Then, the characteristic of each super sequence is studied,and sequence is compared in each different period.
     Fourth, the morphology change of central paleouplift is described fine, withapplication of latest data of drilling, logging and seismic. By analysis onpaleogeographic evolution period and its difference of Ordos Basin, it presented thatthe base formed in middle to late Proterozoic, paleouplift begun to appear rudimentin early to middle Cambrian, formed in late Cambrian, developed in earlyOrdovician, uplifted to erosion in middle to late Ordovician and withered away afterCarboniferous.
     Fifth, based on study of sedimentary facis characteristic and establishment ofsequence stratigraphy framework, taking third-order sequence as mapping unit, havestudied sequence paleogeographic characteristic of each stage during the evolutionof paleouplift. The results show, it was mixed sedimentary environments ofcarbonate and clastic rocks of ramp in stage of∈SQ1to∈SQ3. Transgression waslasting and4old lands developed in stage of∈SQ4to∈SQ8, sedimentaryenvironment transited to epicontinental sea, and the central paleouplift emerged therudiment. Huge cratonic basin formed in stage of∈SQ9to∈SQ12. Sedimentsdistributed around the paleouplift, and it was carbonate ramp around uplift in stageof OSQ1to OSQ3. Due to blocking by paleouplift, west side of paleouplift wascarbonate ramp, southeast side was epicontinental sea in stage of OSQ4to OSQ5, itdeveloped gypsic saline lake. Part of center of paleouplift drowned by water anddeveloped carbonate tide flat in stage of OSQ6. Water covered most of basin andgypsic saline lake vanished in stage of OSQ7, One set of saline lake developed againin stage of OSQ8. Denuded zone formed in stage of OSQ9, one set of carbonateplatform and basin facies developed along edge of uplift denuded zone. Most ofbasin were uplifted and weathered to erosion in stage of OSQ10to OSQ11. Westedge was deep water shelf to continent slope, and south edge was carbonate platformto basin with development of reef. Margin reef and shoal developed in platform edgein stage of OSQ13to OSQ14.
     Sixth, accumulation effect controlled by central paleouplift reflected in manyaspects. The main type of Cambrian source rock was dolomite which distributed likeshape of L surrounding the central paleouplift, the thickness became thinner fromeast to west and south to north. Ordovician source rock was shale and carbonate of Majiagou Formation and shale and marlstone of Pingliang Formation, the thicknessof source rock and distribution of abundance of organic matter were all controlled bycentral paleouplift obviously, it was thinner near the paleouplift and thicker far awayfrom it. The forming and evolution of central paleouplift controlled distribution ofsedimentary facies, as well as regional distribution of different reservoir. Dolomitereservoir mainly distributed in Emeng uplift, central paleouplift, saddle ofSanmenxia-Funiu uplift. Oolitic shoal reservoir of Zhangxia Formation distributed insouth of central paleouplift on some scale. Reservoir of weathering crust mainlydistributed in slope of paleouplift. According to continuity of cap rock, it can bedivided into areal one and local one. Areal cap rock mainly developed in upperPaleozoic, with feature of wildly distribution, high thickness and good lateralstability. Local cap rock developed in lower Paleozoic and distributed in small area.
     Seventh, by study on sediments distribution pattern of central paleouplift and itssurrounding area, it reveals sediments filling process in each evolution stage of centralpaleouplift and the different within each stage. The characteristic is as follows, centralpaleouplift emerged rudiment in early Cambrian, sedimentary environment transitedto mixed sedimentary environments of clastic rocks and carbonate from clastic rocksof continent margin. Transgression was speeding up and4old lands developed, thesedimentary was still epicontinental sea, oolitic shoal appeared in Zhangxia stage. Itwas forming period for central paleouplift and huge cratonic basin formed in lateCambrian. Central paleouplift began the period of adjusting and developing in periodof early Ordovician. Paleouplift almost covered the whole study area in early periodof early Ordovician, the nature of continental margin transformed from passive toactive in Majiagou stage, due to the developing central paleouplift, which wasseparated into the east and west side of paleoocean, west side of paleouplift wascarbonate ramp, the east was carbonate epicontinental sea environment. The lastsediments filling process of early Paleozoic began from Pingliang stage of middleOrdovician. It was uplifting period of paleouplift. The different sediment pattern waslike this, west side was deep water shelf to continent slope, south side was carbonateplatform to basin, with reef developing at edge of platform. It was open platformalong the erosion area and margin reef shoal along the other edge in late Ordovician.Water retreated and lower Paleozoic ends sedimentation since the period
引文
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