鄂尔多斯盆地西部三叠系延长统沉积学、成岩作用及其对储层、油气聚集的控制

摘要

三叠系延长统是中国鄂尔多斯盆地重要的含油层系。西峰油田的发现以及近年来在姬塬等地区的勘探成果，使人们对盆地西部延长统的石油勘探潜力有了进一步的预期。但长期以来，对盆地西部地区的石油勘探主要以寻找侏罗系古地貌油藏为重点，三叠系延长组受到忽视。随着勘探工作的纵深发展和大量新资料的补充，迫切需要加深对盆地西部延长统的沉积体系展布，对沉积、成岩作用对储层及其他油气成藏条件和成藏规律的控制等的认识，以提高该区延长统的勘探研究水平。 本研究试图在掌握大量新资料的基础上，系统分析物源、沉积相和成岩作用等，刻画该区延长统沉积体系的展布，揭示沉积、成岩作用对储层物性的控制，阐述成藏主控因素，并分析盆地西部延长统的勘探前景。 本文的主要工作量包括：露头和井下132个样品的重矿物、轻矿物、岩屑分析；58个样品的常量元素、微量元素、稀土元素等地球化学分析；解释地震剖面400km，测井曲线沉积相解释58口；观察岩石薄片256块，扫描电镜64个，测量压汞曲线25条；野外剖面观察6条，观察岩心235m，编制联井剖面4条。 研究结果如下：鄂尔多斯盆地西部延长统沉积明显划为西北盐定区，西部环县区和西南西峰区。西北盐定地区延长统沉积物的骨架矿物组合相对较高的岩屑，岩屑组合以变质岩岩屑为主、重矿物组合以高绿帘石组矿物为主，轻重矿物组合的平面展布表明该区延长统的主要受控与来自西北物源的控制。盐定一带延长统沉积物中相对富集Ba，Th，Rb，Y,La和Hf等微量元素，稀土配分模式以富集轻稀土、轻微Eu负异常和平坦或均一的重稀土模式。延长统沉积物主要受来自该区西北的阿拉善古陆物源的影响。延长统沉积时盆地的边界是贺兰山西断裂，现今的巴彦浩特盆地当时是隆起物源区，缺失三叠系的沉积，而银川地堑则接受三叠系沉积，为鄂尔多斯盆地的一部分。 西部环县地区延长统沉积物的骨架矿物组合以石英相对含量高为特征，岩屑组合以沉积岩岩屑为主、重矿物组合以锆石+石榴子石为主。延长统的主要受控与来自西部或西南方向物源的控制。西南西峰地区骨架矿物组合以岩屑相对含量高为特征，岩屑组合以高白云岩屑为主、重矿物组合以锆石+石榴子石为主.西部环县地区、西南西峰地区延长统则主要受该区西南秦岭褶皱带花岗岩、花岗闪长岩体等物源的控制，而现今的盆地西缘的造山带在延长统沉积时属于鄂尔多斯盆地的一部分并接受沉积。 通过钻井岩心、野外露头、测井曲线以及地震相等资料可以有效识别出冲积相、滨湖相、深湖相、三角洲平原、浊积相、前三角洲相、三角洲前缘、河道相、分流河道相、分流河道河口坝、沼泽相、分流间湾、天然堤等沉积亚相和微相，其中三角洲前缘、分流河道是本区砂体的主要成因类型。研究区延长统发育四个大的辫状河三角洲沉积体系，即西北的盐定三角洲体系、甜水堡三角洲体系，西部的环县三角洲体系以及西南的西峰三角洲沉积体系。延长统的沉积演化主要受控与物源和相对湖平面变化。延长统沉积时，鄂尔多斯盆地曾经历了三次大的湖侵。长10的沉积以冲积扇和河流为主，局部地区可能会有湖相沉积，长9-长8沉积时，相对湖平面的上升，盆地经历第一次较大规模的湖侵，造就了延长统的第一套可能烃源岩李家畔页岩。同时由于物源供给充分，研究区四大辫状河三角洲体系沿物源供给方向向湖盆方向进积，形成了的大面积分布三角洲水下分流河道和河口坝等三角洲前缘砂体；长7沉积时，相对湖平面变深，可容纳空间增大，鄂尔多斯盆地湖盆范围宽广，广泛分布的长7有效烃源岩即形成于此时。长7沉积时，在远离湖盆边缘较深位置还发育一系列的浊积扇和席状砂。长6和长4+5下部的沉积由于受物源供给差异的影响，不同地区的沉积特征有较大差异，其中环县三角洲、西南辫状河三角洲沉积体系向湖盆方向进积，而盐定地区由于物源供给减小，该三角洲体系的沉积作用减弱，规模较小。长4+5中部的泥岩为盆地第三次湖侵的记录。长3以后，湖盆抬升，可容纳空间减小，延长统的沉积以河流相沉积为主。 三叠系延长统储层经历了压实作用，自生矿物的沉淀作用以及胶结物和骨架颗粒的溶解作用等成岩作用事件。颗粒间的接触关系指示延长统经历了较强的压实作用。自生矿物是延长统储层的重要组成部分，约占岩石总量的13％，在纵向上以中下部长4+5-长8含量居高。自生矿物的种类较多，共计有粘土矿物(绿泥石、高岭石和伊利石)、碳酸盐矿物(方解石、白云石)、硅质(石英次生加大、钠长石化)和盐类(石盐、石膏)四类9种矿物。 粘土矿物是延长统储层中仅次于碳酸盐类的成岩自生矿物，约占岩石总量的4-5％，其中绿泥石约占岩石总量的3.5％，主要呈薄膜状分布在骨架矿物颗粒上，含量自延长统下部往上递减。绿泥石的产状和接触关系表明绿泥石膜的形成是在延长统沉积物在一定的埋藏深度下，在遭受一定的机械压实之后形成的。高岭石是另外一种较普遍的粘土矿物，主要来自于长石的蚀变作用。 碳酸盐类矿物是延长统平均含量最高的自生成岩矿物，主要为方解石和白云石，约占岩石总量5-6％，并在不同地区和层位有所变化。碳酸盐类自生矿物的沉淀对储层物性的影响较大，而其溶解作用则微乎其微。碳酸盐类矿物的产状主要有两种，一种为早期的大面积分布的块状、嵌晶状和孔隙充填式，另外一种零星呈膜状分布。方解石和白云石的含铁量普遍较高。碳酸盐自生矿物的物质来源是有内源和外源两类的，本文认为研究区应当以内源为主，最可能的来源有三种，一是碳酸盐岩屑，二是生物来源，三是火山物质。 延长统的成岩特点与沉积后早期、晚期成岩作用的改造有关。早期成岩作用的主要成岩事件有压实作用、铁白云石、铁方解石等碳酸盐矿物的沉淀和长石等骨架颗粒在大气淡水作用下的溶解作用以及相应的高岭石的沉淀。早成岩期的压实作用以机械压实为主。早期碳酸盐矿物的沉淀主要发生在沉积物浅埋藏阶段，碎屑颗粒呈漂浮状和点接触关系即为其证据，早期碳酸盐沉淀占据了大部分负孔隙度，对储层物性有很大的负面影响。大气淡水淋滤是早成岩阶段另一重要成岩事件。延长统沉积后，由于印支运动的影响，盆地西部延长统遭受抬升和剥蚀，在延长统和侏罗系之间形成较大的不整合，大气淡水可以直接或沿不整合面和长石以及不稳定岩屑发生化学作用，形成次生孔隙。 鄂尔多斯盆地西部延长统具有十分优越的油气成藏条件。延长统沉积最大湖侵期形成的面积达85000km2、发育在长7底部的一套厚约30m-100m的湖相油页岩的质量好，I-II型有机质，丰度高，有机碳含量2.17％，有机质的成熟度为0.73％-1.06％，这套烃源岩在早白垩世末达到生烃高峰，为延长统的石油成藏提供了丰富的物质基础。断层、不整合面以及砂体等构成了烃类运移的输导体系，沟通了长7优质烃源岩和各成藏圈闭。研究区发育构造和岩性两大类圈闭，其中岩性圈闭主要为三角洲前缘的河口坝、水下分流河道等砂体、远端坝以及位于盆地远端的席状砂和浊积砂。 本研究的主要创新点包括： (1)对鄂尔多斯盆地西部延长统沉积的物源提出了新的认识。认为研究区主要受两个物源的影响。其中西北盐定一带延长统的沉积主要受来自西北的阿拉善古陆物源的影响，而西部环县地区、西南西峰地区则主要受西南秦岭褶皱带等物源的控制。 (2)对鄂尔多斯盆地西部延长统沉积体系提出了新的见解。认为研究区发育盐定三角洲体系、甜水堡三角洲体系、环县三角洲体系和西峰三角洲沉积体系等四个大的沉积体系，三角洲前缘、分流河道是这些三角洲沉积体系的主要沉积相类型。 (3)对储层物性的控制因素进行了深入的分析。认为储层物性主要受控于压实作用，胶结作用以及溶解作用等成岩作用事件。长石、岩屑等骨架颗粒的溶解作用形成的次生孔隙对改善延长统储层的物性有重要意义。绿泥石等粘土膜对原生粒间孔的保存有积极的作用。 展望鄂尔多斯盆地西部延长统具有十分优越的油气成藏条件。环县三角洲、甜水堡三角洲、盐定三角洲和西南辫状河三角洲沉积体系是鄂尔多斯盆地西部延长统的四大沉积体，目前已在西南沉积体系中找到了三级储量达4亿吨的西峰油田。环县三角洲、甜水堡三角洲、盐定三角洲等沉积体系尽管处于全盆地的构造最低部位，但其成藏类型仍然以岩性油气藏为主，在油源、储层、保存以及油气运聚等要素方面与西南沉积体系具有相似性。这三个盆地西缘的三角洲沉积体系具有较大的勘探前景，特别是具有低幅度构造背景的岩性圈闭应当是首要的勘探对象。此外，盆地西缘发育构造圈闭，但由于地表条件复杂，勘探程度低等原因，其勘探前景有待进一步研究。

目录

文摘

英文文摘

Acknowledgements

1.INTRODUCTION

2. PROVENANCE ANALYSIS

3. FACIES ASSOCIATION AND DEPOSITIONAL SYSTEM ANALYSIS

4.DIAGENESIS

5. PETROGRAPHY, RESERVOIR CHARACTERISTICS AND CONTROL FACTORS ON RESERVOIR QUALITY

6. CONTROLS ON PETROLEUM MIGRATION AND ACCUMULATION

7.PROSPECTIVE EXPLORATION AREA

8.CONCLUSIONS

PITFALL

REFERENCES

APPENDIX Ⅰ 攻读学位期间发表的学术论文

APPENDIX Ⅱ 原创性声明及版权声明