鄂尔多斯盆地侏罗系沉积体系和层序地层学研究

摘要

鄂尔多斯盆地是位于华北地台西部的大型克拉通叠合盆地，含有丰富的油、气、煤、铀等多种能源矿产，研究这些能源矿产在盆地内时空的赋存分布特点，需要多个不同的学科，从不同的角度进行深入的研究。其中沉积学和层序地层学的研究是其中不可或缺的重要方面。应用适合于陆相坳陷盆地层序地层学的理论体系，对鄂尔多斯盆地侏罗系进行高分辨率层序地层划分，研究侏罗系长期、中期、短期旋回的构成及各自的特点，建立鄂尔多斯盆地侏罗系的层序地层格架，在层序地层格架内探讨沉积体系的构成及空间分布。煤、气、油、铀形成和富集总是和特定的层序部位或者特定的沉积体系相联系，而层序的形成受控于构造作用、沉积物供应、基准面变化和气候等多个方面。研究沉积体系和层序地层与某种矿种之间的联系，有助于从理论上阐明能源矿产的赋存分布规律。 依据47个野外露头剖面，325口勘探井的测井资料对鄂尔多斯盆地侏罗系进行了层序地层划分，把鄂尔多斯盆地侏罗系层序地层划分为一个构造旋回，即印支期后到燕山中期构造运动所限定的地层，上下均为不整合面限定。内部可以划分为3个明显的超长期旋回，富县组和延安组构成第一个超长期旋回(SLSC1)，直罗组和安定组构成第二个超长期旋回(SLSC2)，芬芳河组构成第三个超长期旋回(SLSC3)。相邻两个超长期旋回之间都以不整合面为界。旋回内部具有从早期的构造活动期到晚期的构造平静期过渡的特点，富县组和延安组下部的延10代表了构造活动期的沉积，延安组的中上部则是相对平静期。直罗组下段代表了第二个构造活动期，直罗组上段和安定组是第二个构造平静期。芬芳河组代表了第三个构造活动期。依据高分辨率层序地层学的原理，考虑到构造运动，沉积物供应，气候和湖平面变化，侏罗系可以进一步划分为7个长期旋回和13个中期旋回。第一个长期旋回(LSC1)由1个中期旋回构成：富县组为MSC1。延安组有3个长期旋回构成，LSC2-LSC4，进一步划分为7个中期旋回MSC2-MSC8。直罗组和安定组分别代表一个长期旋回，即LSC5和LSC6，均有两个中期旋回，直罗组为MSC9-MSC10，安定组为MSC11-MSC12。芬芳河组由1个长期旋回，只能识别出1个中期旋回构成，即MSC13。每个中期旋回可划分出若干短期旋回，短期旋回在全盆地不具有可对比性，不同区域划分的短期旋回的数量和特征各不相同。通过盆地内多条连井对比剖面，建立了侏罗系层序地层格架。层序的对比既有界面对界面的对比和地层对地层的对比，同时也有地层对界面的对比。 通过对沉积构造、测井资料垂向序列、岩矿特征和生物化石资料的综合分析，识别和划分侏罗系各组的沉积相及沉积体系。将研究区内的侏罗系沉积划分为冲积扇、河流、湖泊和三角洲沉积体系。冲积扇以干旱扇为主，特别指出延安组发育湿地扇沉积。河流沉积体系既有辫状河相，也有曲流河相。详细讨论了各种相、亚相、微相的特征及其空间展布，以及各种相在层序地层序列中的位置和控制机制。在构造活动期，即在基准面旋回的早期，沉积物堆积速率快，往往发育冲积扇或者辫状河沉积，但是其分布范围局限。在长期旋回的中期，随着构造活动进入相对稳定期，发育曲流河、三角洲和湖泊沉积。以中期旋回为单位对沉积体系进行平面制图，刻画了沉积体系的空间展布特征。对不同旋回沉积体系的对比研究，展示了鄂尔多斯侏罗纪沉积盆地充填、演化历程。研究侏罗系的层序地层和沉积体系，不能不探讨原型盆地的类型及规模。现今的鄂尔多斯盆地是经历了构造运动和剥蚀作用改造后的残留盆地，通过构造分析和利用盆地周边的沉积记录进行对比，恢复了鄂尔多斯侏罗纪的原型盆地。侏罗纪时，除了盆地的南界为印支期隆起的秦岭造山带外——该造山带一直是一个限定性的边界，其他西部、东部和北部边界都有不同程度变化。盆地现今的西界为西缘逆冲推覆带所限，而西缘逆冲推覆带主要形成于晚侏罗世一白垩纪。通过构造分析和沉积对比，认为盆地的西界在西缘逆冲推覆带之外，而且西界的南部和北部存在差异。盆地的东界并非现在的吕梁山，吕梁山隆起于晚侏罗世，在早中侏罗世不能起分割盆地的作用。同时，山西和河南等地的侏罗系残留地层与鄂尔多斯可以进行对比，可以推断，盆地的东界在吕梁山以东，而太行山在印支期已经隆起，所以盆地的东界最远只能达太行山。盆地的北界在侏罗纪虽然亦有活动，但是幅度小，可以认为与现今边界大致一致。在早中、侏罗世盆地的主体轮廓几乎是个正方形，随着燕山期东西向挤压应力场，盆地在东西方向收缩，南北方向变化弱，变成南北向的长方形盆地。 鄂尔多斯盆地侏罗系富集了煤、气、油、铀多种能源矿产，沉积体系和层序地层的研究可以从一个方面揭示能源矿产的分布规律。煤层——尤其是区域性展布的厚煤层的形成需要特定的构造背景、沉积环境和物质基础。在平面上，煤主要分布于盆地的边缘，尤其以盆地北部和西部较为富集，向“三延地区”(延长、延安、延川)方向，煤层和厚度减小和尖灭。在垂向上，煤层位于基准面旋回上升半旋回的晚期。铀在延安组和直罗组均有产出，在平面上，铀分布于盆地周边地区，以盆地北部最为富集。在垂向上，铀赋存的层位属于基准面上升半旋回的早期，有利沉积相为河流相的河道砂体。侏罗系的油气具有下生上储的特点，有利油气富集的场所受沉积相控制，形成古地貌河道披覆油藏和岩性油藏。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

一.选题依据及意义

二.国内外研究现状及存在的问题

三.主要研究内容

四.技术路线

五.完成的工作量

六.主要创新点

第二章区域地质概况

第一节大地构造背景及区域构造特征

第二节地层系统

第三章侏罗系层序地层分析

第一节鄂尔多斯盆地侏罗系层序地层研究的思路与方法

第二节基准面旋回划分

第三节层序地层格架

第四章鄂尔多斯盆地侏罗系沉积体系

第一节沉积体系的研究方法及进展

第二节鄂尔多斯盆地侏罗系沉积体系的主要类型

第三节富县组沉积体系

第四节延安组沉积体系

第五节直罗组沉积体系

第六节安定组沉积体系

第七节芬芳河组沉积体系

第五章侏罗系原型盆地面貌

第一节原型盆地恢复的研究方法及进展

第二节鄂尔多斯盆地侏罗纪构造应力场特征

第三节鄂尔多斯盆地侏罗纪的原始盆地边界

第四节 鄂尔多斯盆地侏罗纪原始盆地面貌

第六章层序地层格架内多种能源矿产的聚集规律

第一节多种能源矿产赋存聚集的相互关系

第二节侏罗系煤聚集规律

第三节侏罗系油气聚集规律

第四节侏罗系铀聚集规律

结论和认识

参考文献

发表文章及科研项目

图版说明

致谢