鄂尔多斯盆地构造演化及古地理特征研究进展讲解

卷 (Vo lum e) 35 ,期 (N um be r) 2 ,总 ( SUM ) 129 页 ( Pages) 190 ～197 , 2011 , 5 (M ay, 2011 )

大 地 构 造 与 成 矿 学

Geo tec ton ica e t M e ta llogen ia

鄂尔多斯盆地古生代中央古隆起形成演化与油气勘探

邓昆 , 张哨楠 , 周立发 , 刘燕

( 1. 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; 2. 山东省沉积成矿作用与沉

1 , 2

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3

4

积矿产重点实验室 ,山东 青岛 266510; 3. 西北大学 地质系 ,陕西 西安 710069; 4. 中石油 长庆油田分公司 勘探开发研究院 ,陕西 西安 710021 )

摘 要 :鄂尔多斯盆地古生代中央古隆起形成演化对该地区构造格局和油气勘探具有重要意义 。通过对古生代构 造背景 、地层体残余厚度 、奥陶系顶面构造演化等特征分析 ,刻画中央古隆起在不同沉积期构造演化特点 ,大体分 为 3个演化阶段 :初始演化阶段 :相对独立的中央古隆起形成于中晚寒武世 ; 发育阶段 : 中央古隆起在早奥陶世马 家沟期反映最为明显 ,为隆升剥蚀过程 ;调整 、消亡阶段 :石炭纪 - 二叠纪山西期古隆起仍有明显的显示 ,但其形态 与位置均发生了较大变化 ,与马家沟期的中央古隆起有较大差别 ,为低缓隆起 。晚二叠世以来不存在中央古隆起 。 中央古隆起对油气地质条件的控制作用体现在对沉积格局 、残余生烃坳陷 、储集条件 、盖层圈闭条件及油气运聚等 方面 。

关键词 :鄂尔多斯盆地 ; 中央古隆起 ; 形成演化 ; 油气勘探 中图分类号 : P618. 13

文献标志码 : A

文章编号 : 1001 21552 ( 2011 ) 0220190208

0 引 言

古隆起是沉积盆地内重要的构造单元 ,同时也

是控制油气聚集的地质因素之一 。关于鄂尔多斯盆 地中央古隆起形成演化等 ,前人已有大量研究 ,给出 了多种解释和不同的观点 。主要分歧体现在 : 古隆 起形成时代 、分布特征 、演化阶段和形成机制等 ,形 成于中新元古代 (汤显明和惠斌耀 , 1993 ) 、早寒武 世 (黄 建 松 等 , 2005 ) , 早 奥 陶 世 (张 吉 森 等 , 1995 ) 、中奥 陶 世 (解 国 爱 等 , 2003 , 2005 ) 、石 炭 纪 (王庆飞等 , 2005 ) 。形成机制的观点有 : 伸展背 景

①

下均衡 翘 升 (赵 重 远 , 1993; 何 登 发 和 谢 晓 安 ,

1997 ) ,构造地体拼 贴 (任 文军 等 , 1999; 解国 爱等 , 2003 , 2005 ) ,继 承基 底 构造 格局 (贾 进 斗 等 , 1997;

组之上 ,香 1 井是山西组不整合于蓟县系之上 ,镇探

1井为太原组不整合于罗圈组之上等 (图 1 ) , 对中 央古隆起原先“L ”形展布形态及分布范围进行了修 正 ,其隆起的构造高点明显向西偏移 。在环县 、龙门 至宁县一带形成一个寒武系 、奥陶系缺失的三角形

2

隆起区 , 其面积约 11000 km。运用古构造图 、构造 顶面图 、构造演化史等构造解析方法 ,认为其形成于 中寒武世 ,并对构造演化阶段进行了划分 。

图 2显示 :古隆起顶部在镇探 1 井一线 ,不只缺 失奥陶系 ,而且还缺失寒武系 ,甚至可能缺失部分元 古界 。但是 ,地层的缺失不等于古隆起的存在 ,地层 缺失仅表示地质历史中的隆起 ,并不代表现今的隆 起 。下古生界展布特点表明 ,存在一个加里东期 - 早华力西期的古隆起是无疑的 。但它并不代表这个 古隆起在地质历史时期始终存在 。在拉平的石炭系 底面构造剖面图上存在一个削顶的隆起构造 ,说明

安作相 , 1998 ) 。本文结合最新钻井 、测井及地震资 料分析的基础上 ,如灵 1 井是太原组不整合于长山

收稿日期 : 2010 203 216;改回日期 : 2010 205 217

项目资助 : 国家重点基础研究发展项目 ( 973 项目 ) ( 2003CB214601 )资助 。

第一作者简介 : 邓昆 ( 1968 - ) ,男 ,博士 ,讲师 ,主要从事石油地质教学及科研工作 。 Em a il: dk_dengk@ 126. com ①赵重远. 1993. 陕甘宁盆地中央古隆起及其形成演化. 西北大学.

在古生代某些时期 ,鄂尔多斯地区确实存在一个形 态不定的中央古隆起 。中央古隆起具沉积隆起和剥 蚀隆起两种性质 ,沉积隆起在地震剖面上表现的是 超覆或退覆尖灭 ,剥蚀隆起表现的是削截尖灭 。古 隆起两翼地层展布东翼平缓 ,西翼较陡 ,其西侧和南 侧边界均与基底断裂有关 。

1 中央古隆起形成演化的构造背景

中新元古代区域上整体处于地壳伸展的构造背 景 ,陆内裂谷 、陆缘裂谷与陆间裂谷的构造组合为其 基本特征 (张国伟等 , 1996 ) 。寒武纪 , 仍处于岩 石 圈伸展的构造动力学背景 ,青铜峡 - 固原断裂 - 洛 南断裂以北地区为鄂尔多斯西缘和南缘陆棚环境 , 青铜峡 - 固原断裂以西和西南华山断裂以东为走廊 陆棚 - 陆坡环境 ,西南华山断裂 - 洛南断裂以南和 商丹断裂以北地区为北祁连 - 北秦岭裂谷型洋盆 , 它们共同组成了鄂尔多斯西缘和南缘的被动大陆边 缘盆地的结构型式 。商丹断裂以南则为扬子克拉通 北部边缘坳陷 。如香山群辉绿岩 、硅质岩及砂岩特 征均提供了被动大陆边缘构造背景的证据 (徐黎明 等 , 2006;邓昆等 , 2007 ) 。总之 ,寒武纪先后经历了

图 1 鄂尔多斯镇探 1井太原 - 罗圈组综合柱状图

F ig. 1

The com prehen s ive prof ile of the Ta iyuan 2L uoquan Form a t ion of the Zhen tan 1 dr ill in g we ll

②

图 2 固原 - 宜川探井约束下的地震 - 地质综合解释剖面图 (据长庆油田 , 2005)

F ig. 2 The ske tch m a p show in g the com prehen s ive in terpre ta t ion of the Guyuan to

Y ichuan se ism ogeo log ica l prof ile w ith con stra in ts from dr ill ho le s

早寒武世沧浪铺期 - 中寒武世徐庄期克拉通边缘坳 陷盆地 ,中寒武世张夏期克拉通坳陷盆地及晚寒武 世 - 早奥陶世马家沟期克拉通内坳陷盆地的构造演 化过程 。晚寒武世 - 早奥陶世马家沟期 ,区域上整 体仍处于构造的伸展背景 ,主要表现为祁连 - 北秦 岭地区早古生代商丹洋的扩展 ,老虎山蛇绿岩 、阴沟 群 、黑茨沟组 、香毛山组特征均表明北祁连东段寒武

②长庆油田. 2005. 鄂尔多斯盆地主要构造界面演化与油气成藏关系研究.

纪 - 奥陶纪构造背景为裂谷盆地 - 沟弧盆体系的演

化阶段 (左国朝和刘寄陈 , 1987; 冯益民和吴汉泉 , 1992;张旗等 , 2000 ) ,其为中央古隆起的构造演化提 供了约束条件 。早奥陶世克里摩里期 ,早古生代商 丹洋洋壳开始向北俯冲 ,华北地台南缘和北秦岭地 区由早期的被动大陆边缘向活 动陆 缘 转变 或隆 升 (钱锋和艾永峰 , 2002; L i and L i, 2008 ) 。在早奥

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第 35卷

陶世克里摩里期 - 中志留世 ,北祁连 - 北秦岭具有 弧盆构造系的特点 ,鄂尔多斯西缘和南缘整体处于 弧后环境 ,鄂尔多斯西缘和南缘的奥陶系克里摩里 组 、平凉组 、乌拉力克组 、拉什仲组 、背锅山组 、唐王 陵组 、桃曲坡组 、赵老峪组等均为弧后背景下的边缘 海和残留海内的充填产物 。而北祁连 - 北秦岭加里 东期花岗岩类研究也指示北秦岭及其鄂尔多斯南缘 地区在中奥陶世 - 志留纪末整体处于活动大陆边缘 的构造环境 (张国伟等 , 1996 ) 。晚古生代 , 整个 鄂 尔多斯西缘和东部分别形成了受祁连海 、华北海和 南秦岭勉略洋的控制和影响的相对独立的贺兰山石 炭系盆地和华北陆表海盆地 。华北陆表海盆地先后 经历了 :晚石炭世本溪期 - 早二叠世山西期统一的 华北陆表海盆地形成与中二叠世 - 晚二叠世统一的 大华北内陆盆地形成两个时期 。

2 中央古隆起形成演化阶段 以区域上钻遇古生界的探井数据及露头剖面为 基础 ,通过测井资料解释 ,结合对沉积层序的地震反 射特征分析 ,并参考前人研究成果 。编制了研究区 不同沉积期古构造图和重点沉 积期 构造 沉 积格 局

图 ,同时 ,研究加里东构造层顶面 (奥陶系顶面 ) 的 古构造演化过程及其特征 ,从而刻画不同沉积期的 图 3 鄂尔多斯盆地寒武系张夏组沉积期古构造图 中央古隆起及其演化特点 。 F ig. 3 Pa leo tec ton ic m a p of the O rdo s Ba s in dur in g sed im en 2

ta t ion of the Cam br ian Zhan gx ia Form a t ion 2. 1 中晚寒武世初始演化阶段

徐庄期 - 张夏期是中央古隆起初始演化阶段 ,

期间盆地隆坳相间格局明显 。张夏组古构造格局显 示 (图 3 ) : 自北 向南 、自 东向 西 地层 厚度 呈 增厚 趋 势 。在地鄂 3井 - 惠安堡 - 华亭 - 灵台 - 宜君一线 以南和以西 ,其地层厚度大于 160m; 而在鄂托克旗 - 靖边 - 横山 - 神 2井一线以北地区地层厚度小于 40m;杭锦旗 - 乌审旗为隆起区 ,环县 - 镇原古隆起 的出现为其最主要特点 ,也就是中央古隆起的雏形 已显现 ;古构造趋向呈南北向 ;西缘祁连 - 贺兰海和 南缘秦岭海之间可能有一个乌审旗 - 灵台水下隆起 将其分隔 。张夏期在区域上 ,鄂尔多斯地区向东 、向 西 、向南其地层厚度整体都呈增厚趋势 ,因此 ,在东 边 、西边和南边均不存在古陆或古隆起的问题 。故 鄂尔多斯地块在张夏期整体为一开阔浅海环境 ,并 与其西侧和南侧的北祁连 - 北秦岭海槽相连 ,并不 存在“秦岭古陆 ”和“西南华山古陆 ”。 晚寒武世较早中寒武世盆地面貌发生了变化 , 随着祁连 - 北秦岭洋盆地的扩张 ,在华北地块西缘 、

南缘开始出现边缘隆起 , 即华北板块西缘的庆阳古 隆起和华北板块南缘的伏牛古隆起 , 推测这种边缘 隆起可能是伸展背景下均衡翘升的产物 , 并非构造 挤压作用之结果 。隆起以北地区为华北克拉通内坳 陷盆地 、以南地区为祁连 - 北秦岭裂谷型有限洋盆 或陆间裂谷盆地 。庆阳古隆起和伏牛古隆起断续相 接一起组成了华北板块西缘和南缘的相对统一的边 缘隆起 。

2. 2 早奥陶世马家沟期发育阶段

下马家沟组沉积期古构造特征 (图 4 )隆坳相间 的构造格局更加明显 ,显示为“三隆两鞍三坳陷 ”, 鄂尔多斯地区 ,自西向东依次是 : 贺兰坳陷带 、伊盟 隆起 、中央隆起带 、榆林 - 米脂坳陷带 、三门峡隆起 带 、岐山坳陷带 。中央古隆起位于环县 - 镇原 - 灵 台 - 庆阳一带 , 呈北 窄 南宽 的舌 形 分布 , 轴 向南 北 向 。伊盟隆起在磴口 - 杭锦旗 - 东胜一线 ,呈东西 向展布 ;而三门峡隆起位于韩城 - 永济的东南三门 峡方向 , 下马家沟组沉积期隆起高点与坳陷中心幅

为等边三角形 ,榆米坳陷为一似花朵状的封闭坳陷 , 两鞍部带分别呈南北向和近东西向展布 。 马家沟

期区域原盆地环境格局 : 由于研究区大

规模海侵 ,总体呈现与晚寒武世类似的海陆分布格 局 。古地势呈现南低北高 ,西低东高 ,华北海从东 、 东北两个方向向东南部三门峡 - 伏牛边缘隆起带超 覆 ,秦岭海自南向北海侵 ,祁连海自西向东海侵 。西 南华山断裂 - 洛南断裂以北主体为浅海环境 ,则以 潮坪环境为主 ,在潮上和潮间环境中沉积的准同生 白云岩及砂页岩广泛超覆在下伏不同时期的地层之 上 ,马家沟中晚期 ,海水有所加深 ,典型的碳酸盐台 地大面积发育 ,台地内水体清洁 、安静 ,水循环不甚 畅通 ,沉积物为很纯的碳酸盐岩 ,如西缘桌子山期 - 克里摩里期主要发育碳酸盐台地和碳酸盐岩斜坡沉 积 。平凉 - 天深 1 井一线以西 ,西南华山断裂以东 为开阔海台地 ,较晚寒武世发生了很大变化 ;在庆阳 古隆起 - 三门峡古隆起的外侧为岐山 - 富平开阔台 地 ,其内侧则主体为局限海或盐湖环境 (图 5 ) 。

马家沟组沉积后 ,区域上最重要的构造事件是 祁连 - 秦岭地区早古生代商丹洋的背向俯冲和早古 生代华北板块和扬子板块的对接 。在这一动力学背

图 4 鄂尔多斯盆地奥陶系下马家沟组

沉积期古构造图

F ig. 4 Pa leo tec ton ic m a p of the O rdo s Ba s in dur in g sed2

im en ta t ion of the L ower O rdov ic ian M a j ia gou Form a t ion

度可达 400余米 。两鞍指中央古隆起与伊盟隆起之

间呈南北向展布的鞍部 ,其位置为鄂托克旗 - 盐池 - 定边一线 ;中央古隆起与三门峡隆起之间近东西 向的鞍部 ,在洛川 - 黄陵 - 宜君 - 澄城一带 。三坳 陷指东部的榆林 - 米脂坳陷 、西部坳陷 (贺兰坳陷 ) 和南部的岐山坳陷 。榆米坳陷为近似椭圆状分布 , 坳陷中心在米脂 - 清涧一带 ; 贺兰坳陷呈窄条带状 南北向展布 ,位于银川 - 马家滩 - 惠安堡 - 华亭一 线及以西 ,在西缘北段天深 1 井位置向西北方向折 去 。三个相互独立 ,但又相连的古隆起一起决定了 鄂尔多斯地区马家沟期的基本构造 - 沉积格局 ,即 三隆起围限的内侧为榆米盐坳 ,外侧则为开阔台地

或开阔海环境 。值得提及 ,在马家沟早期鄂尔多斯 西缘海与南缘海在灵台 - 陇县一带被隆起或水下隆 起所分割 ,可能并不存在一个统一的华北板块西缘 、 南缘海 。

上马家沟组沉积期古构造特征基本继承了下马 家沟期的构造面貌 ,只是中央古隆起形态特征几乎

图 5 鄂尔多斯南部 - 秦岭地区早奥陶世马家沟期的构

造 - 沉积格局

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The pa leogeogra ph ic l ithofa c ie s fram ework in sou thern O rdo s an d Q in l in g a rea dur in g sed i2 m en ta t ion of the L ower O rdov ic ian M a j ia gou Form a t ion