鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶形成的原因

鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶形成的原因

鄂爾多斯盆地自北向南為內蒙古蒙勒口，南至陜西省隴縣，東至為平涼-馬家灘線，西至石嘴山-青銅峽-固原地區(qū)。南北長600多公里，東西寬50多公里，面積約2公里。該帶位于中國東部構造域和西部構造域的交接部位,基于華北板塊內部裂谷之上,屬于沉降速度快、地質構造相對活動的區(qū)帶。其北端為河套盆地和伊盟隆起,南與渭北隆起相接,西鄰銀川盆地和六盤山盆地,東為鄂爾多斯盆地的天環(huán)坳陷(圖1)。該帶區(qū)域構造上受阿拉善地塊、青藏地塊和鄂爾多斯地塊的擠壓和碰撞的影響,由秦祁賀三叉裂谷的演化形成,現(xiàn)今為一近南北向展布的褶皺—沖斷帶,由數(shù)條大型的逆沖斷裂組成,發(fā)育逆沖推覆構造體系,具有下古生界奧陶系、上古生界和中生界三疊系三大套生儲蓋組合;構造活動持續(xù)時間長、期次多,背斜、鼻隆、斷鼻和斷塊等構造比較發(fā)育;處于多期逆沖斷隆帶上,是油氣運移的長期指向區(qū);已發(fā)現(xiàn)有李莊子油田、大水坑油田、馬家灘油田、擺宴井油田和劉家莊氣田、勝利井氣田,以及多個出油氣井點。20世紀90年代以來,我國中西部地區(qū)山前逆沖斷裂帶的研究與勘探倍受關注,眾多學者均看好逆沖斷裂帶的油氣勘探潛力。解愛國等研究者認為鄂爾多斯盆地西緣為古生代前陸盆地?？碧綄嵺`證明,我國中西部盆地的山前逆沖斷裂帶是油氣勘探的重要領域,已獲得了重大突破。筆者通過近幾年利用最新物探資料的解釋與研究,對鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶構造特征、油氣聚集條件和勘探方向有了進一步的認識,認為鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶勘探程度低,石油地質條件優(yōu)越,具有良好的油氣勘探前景。1結構特征和形成機制1.1逆沖斷層體系根據重、磁、電、遙感、地面地質及最新地震資料解釋分析,鄂爾多斯盆地西緣自南而北有16條切穿基底的深大斷裂,其中11條為斷面西傾東沖的逆沖斷層,斷面上陡下緩,沿石炭—二疊系煤系地層形成大型滑脫面,推移距離在馬家灘一帶可達40余千米,向北向南逐漸減小,一般在5～20km之間。盡管西緣南北不同構造部位剖面結構變化很大,特征各異,但從宏觀上看,西緣逆沖斷裂帶主體是由推覆體系、前緣帶及前緣外帶組成的比較完整的逆沖斷裂構造體系1,其結構模式可以用圖2表示。(1)推覆體系:是由若干個逆沖席組成的疊瓦狀構造。(2)前緣帶:位于推覆體前方,可分為推覆前緣帶和后沖帶。其中,推覆前緣帶位于逆沖斷層上升盤,是應力集中區(qū),變形最強烈,地層產狀陡而多變,地層層序有時發(fā)生倒轉,斷裂發(fā)育,構造復雜,是推覆體系前緣小規(guī)模斷褶帶發(fā)育區(qū),也是尋找斷鼻,斷背斜和斷塊油氣藏最有利的地區(qū)。目前,長慶油田在這一領域已找到馬家灘、擺宴井、李莊子、大水坑等6個油氣田。逆沖席與推覆前緣帶均位于基底逆沖斷層的上升盤,在淺部為近于平行的疊瓦狀構造,向深部逐漸變緩,收斂于一個統(tǒng)一的滑脫面上,這就是基底逆沖斷層面,如果在該面以下還發(fā)現(xiàn)強烈的構造現(xiàn)象,則可以預測,在更深的部位還有另一條逆沖斷層。位于該面以下的地層為未變形或變形輕微的正常層序,這是識別基底逆沖斷層的主要標志?；讛鄬酉蚯熬墡е饾u抬升,直到出露地面。后沖帶位于逆沖斷裂帶下降盤的前緣,斷層走向與推覆前緣帶主要斷裂相同,傾向相反,斷面較陡,規(guī)模較小,是鄂爾多斯盆地逆沖斷裂帶與天環(huán)坳陷的過渡帶,也是尋找小型油氣田的有利地區(qū)。(3)前緣外帶:位于逆沖斷裂帶下降盤的前緣,是逆沖推覆作用波及的地區(qū),斷裂不發(fā)育,常常形成一些寬緩的背斜構造。1.2逆沖斷層特征中國中西部逆沖斷裂帶都具有沿走向方向分段、沿傾向方向分帶的特征。鄂爾多斯西緣逆沖斷裂帶也不例外,其最大的特點是在青銅峽—馬家灘地區(qū)存在一個南北分區(qū)的轉換帶,以此為界分為南、北兩個截然不同的逆沖體系1(圖3)。(1)北部逆沖體系呈南北—北東走向,長約300km,屬鄂爾多斯地塊與阿拉善地塊的結合部,太古界到第四系均有地表出露,中新生代以前地層主要為古生界—太古界。自北而南可分為桌子山、石嘴山及陶樂—橫山堡三段(圖3)。桌子山段:位于西緣逆沖斷裂帶最北部,南以東西向正誼關平移斷層為界,地表出露地層為古生界及太古界,可見太古界逆沖于古生界之上,以西傾高角度逆沖斷層為主,自西而東由一系列南北向展布的背斜、向斜相間排列,向東進入鄂爾多斯盆地伊盟隆起區(qū)。石嘴山段:南以東西向永紅平移斷層為界,主要構造特征是,由一系列北北東走向、斷面東傾的逆沖斷層組成的前緣三角帶。鐵克蘇廟逆沖斷裂上盤,為一大型逆沖斷隆,其上三疊系、侏羅系剝蝕殆盡(圖4(a))。陶樂—橫山堡段:位于陶樂與橫山堡地區(qū),主要構造特征是,由一系列東傾逆沖斷層組成,構造成排成帶,是鄂爾多斯盆地西緣北段向西逆沖規(guī)模最大、變形最強烈的地區(qū)。根據地層展布及產狀分析,在白堊紀沉積前為一大型古隆起的東翼,主要表現(xiàn)為由東向西地層全部東傾,且剝蝕程度逐漸加大,推測古隆起的最高部位應在現(xiàn)在的銀川盆地的東側。由北向南斷層數(shù)量及規(guī)模逐漸減少,到橫山堡以南進入轉換帶(見馬家灘—惠安堡段),地層變形更加微弱(圖4(b))。(2)南部逆沖體系呈南北—北西走向,長300km,屬祁連褶皺帶與鄂爾多斯地塊的結合部,地面出露地層主要為中新生界,前中生界出露較少。自北而南可分為馬家灘—惠安堡、沙井子—平涼、華亭—隴縣三段(圖3)。馬家灘—惠安堡段:位于南北兩大逆沖體系的轉換帶,因而具有南北兩大逆沖體系的構造特征。從圖5(a)可以看出,兩大逆沖體系交匯處的馬兒莊斷層以東,是北部逆沖體系向南的延伸部分,為馬家灘背斜,也是前緣三角構造帶發(fā)育區(qū)。在馬家灘背斜東西兩翼發(fā)育著一系列對沖的逆斷層,使淺層構造更加復雜。位于馬家灘背斜深層的石炭系、奧陶系及寒武系,是主干逆沖大斷裂下降盤的前緣三角構造帶,深層構造發(fā)育,是尋找大型氣田的主要目標。馬兒莊斷層以西,是南部逆沖斷裂帶向北的延伸部分,從西向東依次為王新莊、青龍山、發(fā)牛坡、惠安堡、沈家莊、馬兒莊上陡下緩的低角度逆掩斷層,各斷層之間為相應的韋州向斜、青龍山背斜、石溝驛向斜、煙墩山向斜、沈家莊背斜、沙葉向斜、馬兒莊背斜,主要特點是,逆掩推覆作用十分發(fā)育,勘探目的層在縱向上疊置重復,給油氣勘探帶來了更多的機遇。沙井子—平涼段:本段的勘探程度較低,以西傾逆沖斷層為主,東傾反沖斷層不太發(fā)育,位于青銅峽—固原斷裂以東,依次發(fā)育有韋州—安國、青龍山—平涼、惠安堡—沙井子三條逆沖斷裂主,斷面西傾,在推覆體以下,已發(fā)現(xiàn)寒武—奧陶系組成的大型背斜構造,圈閉面積可達100km2。由惠安堡—沙井子斷裂以東,進入鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷,地層保存齊全,構造形態(tài)相對平緩(圖5(b))。華亭—隴縣段:位于鄂爾多斯盆地西緣斷裂帶的西南端,大部分地區(qū)屬于渭北隆起二級構造單元,主要構造特征與馬家灘—惠安堡段基本相似。所不同的是主要由兩期逆沖推覆構造組成,第一期形成于燕山運動中期,表現(xiàn)為白堊系與侏羅系之間的不整合接觸,而逆沖推覆前緣未見明顯的角度不整合;第二期形成于燕山運動晚期,表現(xiàn)為白堊系與下侏羅統(tǒng)共同卷入構造變形中。1.3區(qū)域地質背景多年來的研究成果表明,秦祁賀三叉裂谷的形成和演化,是鄂爾多斯盆地西緣形成南北兩個不同逆沖體系的主要原因。(1)中元古代早期:鄂爾多斯盆地以西的區(qū)域地殼破裂,形成秦祁賀三叉裂谷系,其中,祁連和秦嶺兩支裂谷發(fā)育成大洋裂谷,沉積了巨厚的復理石建造,并廣泛出現(xiàn)基性巖,總厚在萬米以上。夾于阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊之間的賀蘭拗拉槽為秦祁賀三叉裂谷的夭折谷,沉積了介于地塊與大洋裂谷之間的一套地層,主要巖性為碎屑巖,總厚約1700m。此時的鄂多斯盆地西緣,處于拗拉槽邊緣。(2)中元古代末期:薊縣運動使華北克拉通普遍上升,大部分地區(qū)缺失青白口系。寧晉運動形成了揚子地塊,同時秦祁賀裂谷關閉,并與華北克拉通連成一體,形成巨大的中國地臺。(3)早古生代早期:秦祁賀三叉裂谷沿著早期三叉裂谷的斷裂重新發(fā)育,和中元古代早期一樣,祁連與秦嶺裂谷進一步發(fā)育成大洋裂谷,沉積了早古生代巨厚的復理石和火山巖建造,總厚可達20000m以上。賀蘭裂谷仍為拗拉槽。處于秦祁賀三叉裂谷與興蒙海槽之間的鄂爾多斯地塊,為陸表海沉積,沉積了以碳酸鹽巖為主的寒武系和中、下奧陶統(tǒng),殘余厚度200～1000m,加里東晚期,祁連海與北秦嶺海關閉,鄂爾多斯盆地從晚奧陶世至早石炭世全面抬升,沉積中斷達1.5億年之久,形成奧陶系頂面馬家溝組巖溶古地貌景觀,為鄂爾多斯盆地下古生界大氣田的形成奠定了基礎。在鄂爾多斯盆地西緣成為大型推覆體的下降盤,是勘探的主要目的層之一。(4)晚古生代至早中生代:中石炭世再度發(fā)生海侵,幾乎整個中國地臺沉積了海相和海陸交互相的中、上石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)山西組煤系地層,海侵范圍與早古生代基本相當,從早二疊世下石盒子組沉積時開始,海水完全退出,進入陸相沉積階段。在這一階段,從海相、海陸交互相到陸相是一個逐漸演化的過程,也是盆地逐漸形成的過程,直到中、晚三疊世。(5)中生代:在歐亞板塊與庫拉和太平洋板塊近南北向左行剪切應力作用下,晚三疊世到侏羅紀初期在現(xiàn)今渤海灣盆地區(qū)域形成華北隆起,使大部分地區(qū)缺失上三疊統(tǒng)及下侏羅統(tǒng),華北隆起的形成把早三疊世的湖盆推到太行山以西地區(qū)。與此同時,在阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊之間為相互對沖的局面,在鄂爾多斯盆地西緣北部形成了以東傾為主的北部逆沖體系;而鄂爾多斯盆地西緣南部,在祁連造山帶作用下形成了由南西向北東方向的擠壓應力,使青銅峽—固原斷裂產生左行走滑,形成了一系列由西向東逆沖的大斷層,成為典型的逆沖推覆構造帶;在南北兩大逆沖體系之間的青銅峽—馬家灘地區(qū)為過渡區(qū)(調節(jié)帶),兼有南北兩大逆沖體系的特征。(6)新生代:進入第三紀以后,由于鄂爾多斯地塊處于特殊的構造部位,其西緣區(qū)域上仍受印度洋板塊向北東方向的擠壓作用。在區(qū)域擠壓隆起背景上,其局部發(fā)生引張應力作用,使鄂爾多斯地塊開始解體、變形兼不均勻抬升而逐漸消失,其周緣則發(fā)育了一系列的邊緣斷陷盆地,如銀川盆地是沿早期形成的逆沖斷層后期發(fā)生反轉陷落形成的斷陷,其北部和南部具有不對稱性;六盤山盆地也是在這種背景下形成的新生代斷陷。喜馬拉雅晚期運動使西緣南北兩大逆沖體系再一次發(fā)生褶皺和沖斷作用,同時使第三紀早期正斷層逆沖反轉成正反轉構造。這種正反轉構造在六盤山盆地和銀川盆地多處可見?？傊?鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶從早三疊世開始逆沖隆起,燕山期達到頂峰,之后的喜馬拉雅運動使其更加復雜化。由于鄂爾多斯盆地西緣南北分別處于不同的大地構造位置和不同方向的擠壓作用,因而形成了南北截然不同的兩大逆沖體系。2石油的地質條件2.1熱演化程度ro鄂爾多斯盆地西緣具有烴源巖厚度大、有機質含量高、生排烴能力強的優(yōu)勢。與盆地內部相似,主要烴源巖有三套,即下古生界寒武—奧陶系暗色灰?guī)r及頁巖,厚度一般在200m以上,由東向西加厚,在馬家灘地區(qū)厚度可達3000m以上,其中灰?guī)r的熱演化程度(Ro)大于1.2%。上古生界石炭系太原組及二疊系山西組暗色泥巖及煤層發(fā)育,一般厚度在700～1000m,特別是煤層有機碳平均含量在47.92%～64.56%,為同層位泥質巖的30倍,氯仿瀝青“A”含量為0.6469%～1.0782%。中生界三疊系殘余厚度1000～2000m,在惠安堡以南地區(qū)最厚可達3000m,以延長組第四段和第五段最為有利,有機碳平均含量為0.35%～2.37%,Ro在1.04%～1.11%,平均生烴強度為(6～10)×108m3。2.2緣上、中、下構造成排成帶從已發(fā)現(xiàn)的油氣藏資料分析,主要生儲蓋組合與鄂爾多斯盆地內部一樣,均具有下古生界、上古生界及中生界三大構造層,組成了上、中、下三套生儲蓋組合。其中,中、下組合主要分布在盆地的北部,是尋找天然氣的有利地區(qū);上部組合主要分布在盆地南部,是石油勘探的主要目的層。只有鄂爾多斯盆地西緣南部地區(qū),地層發(fā)育齊全,深淺層構造成排成帶,應是勘探上、中、下三套生儲蓋組合極其有利的地區(qū)。(1)下部組合:烴源巖為中奧陶統(tǒng)暗色灰?guī)r、頁巖;儲層為奧陶系頂部風化淋濾剝蝕長達1.5億年的馬家溝組風化殼,孔隙度一般為1.65%～4.65%,滲透率為(0.1～0.24)×10-3μm2;蓋層為石炭系煤系及不整合面之上的鋁土層。(2)中部組合:以上古生界石炭系、二疊系暗色泥巖及煤層為烴源巖;儲層為同時期發(fā)育的河流相砂巖,孔隙度一般為11.97%,滲透率為1.04×10-3μm2;蓋層為上古生界二疊系石千峰組泥巖,這套組合在西緣已發(fā)現(xiàn)勝利井、劉家莊等氣田。(3)上部組合:以中生界三疊系、侏羅系暗色泥巖及煤層為烴源巖;儲層為同期發(fā)育的河道砂、水下扇砂體,孔隙度一般為15%,滲透率為(10～103)×10-3μm2;蓋層為同期發(fā)育的泥巖。這套生儲蓋組合在西緣地區(qū)比較發(fā)育,目前已發(fā)現(xiàn)馬家灘、李莊子、大水坑、擺宴井等油田。2.3道砂體油氣運移的有利部位包含西緣區(qū)在內的鄂爾多斯盆地發(fā)育兩個重要的區(qū)域性不整合面,即奧陶系頂面及三疊系頂面,這兩個區(qū)域性不整合面為形成下古生界氣田和侏羅系油田奠定了良好的基礎。特別是上三疊統(tǒng)湖相暗色泥巖生油層與三角洲相砂巖在形成自生自儲油氣藏的同時,油氣通過不整合面運移到下侏羅統(tǒng)底砂巖中,形成了下生上儲的古地貌—河道砂體油氣藏。在逆沖斷層和推覆體作用十分明顯的南部逆沖體系中,如沙井子—平涼段,石炭系底部及侏羅系底部煤系地層形成了兩個大型滑脫面,在滑脫面之間夾有大規(guī)模石炭—三疊系,反向逆沖斷層不發(fā)育,未見明顯的前緣三角構造帶。這兩大滑脫面不僅使勘探目的層在縱向上重復疊置,提高了勘探機遇,而且為油氣運移提供了長距離、大規(guī)模運移的良好通道。鄂爾多斯盆地西緣斷裂十分發(fā)育,根據重磁電震資料統(tǒng)計,一、二、三、四級斷裂大約有131條,有13條為斷達基底的深大斷裂,主要斷裂大多近南北向展布,其次是近東西向展布的(平移)斷層,這兩組斷裂及其伴生的眾多裂縫,不僅為油氣運移提供了良好的通道,而且改善了儲層,增加了儲集空間,提高了單井產量,特別要關注的是兩組斷裂發(fā)育的交匯部位應是儲層最好地區(qū)。根據馬家灘油田統(tǒng)計,在30口取心井中,有24口井126個層段的巖心中見到不同程度的裂縫,以張性垂直裂縫為主,寬1～3mm,長度達2m左右,從而使低滲透層中有較高的自然產能,如馬24井長10段日產油可達12t。2.4逆沖斷層上升盤積相鄂爾多斯盆地西緣構造復雜,斷裂發(fā)育,構造成排成帶分布,重力電法異常體發(fā)育并與地震解釋的成果具有良好的對應關系。據初步統(tǒng)計有各類圈閉近40個,圈閉面積近2600km2。在西緣區(qū)構造一般多發(fā)育在逆沖斷層的上升盤,面積小、幅度低、埋藏淺,圈閉形態(tài)以斷背斜、斷鼻為主。在南部逆沖體系內,由于受秦祁賀三叉裂谷造山帶的影響較強,在石炭系底與侏羅系底兩個滑脫面之間夾有上古生界及中生界的許多局部圈閉,構造形態(tài)以掩覆背斜、斷背斜、斷鼻為主。在石炭系滑脫面以下、逆沖斷裂的下降盤,由于滑脫層的屏蔽作用,吸收了大部分構造應力,從而在下古生界中形成了一系列變形輕微、寬緩的大型背斜構造,最大者面積可達100km2。3勘探領域及油氣綜合評價結果認為,以南部逆沖體系為主的四個區(qū)塊,地質條件優(yōu)越,油氣資源豐富,圈閉類型多種多樣,具有油氣并舉、深淺層并舉、地層巖性圈閉與構造圈閉并舉的有利條件,是鄂爾多斯盆地油氣勘探新領域和可能的大場面。主要勘探領域有三個,一是主滑脫面以上,各逆沖大斷裂之間成排成帶的中生界、上古生界構造群,圈閉形態(tài)以斷鼻、斷背斜為主,目前已發(fā)現(xiàn)的大水坑、馬家灘等油氣田均位于這一勘探領域中;二是主滑脫面以下,下古生界中形成的一系列變形比較輕微的、寬緩的大型背斜,最大者可達100km2,是勘探下古生界大氣田的主要目標;三是逆沖斷裂帶的前緣帶及前緣外帶,南北長400km,東西寬20km,面積約8000km2,具有構造簡單、斷層較少、三套生儲蓋組合發(fā)育齊全,鄰近三疊系生烴中心,位于天環(huán)向斜西翼的上傾部位,是油氣運移的指向區(qū),也是鄂爾多斯盆地唯一的油氣兼探地區(qū),已發(fā)現(xiàn)的擺宴井等侏羅系油藏,均位于這一勘探領域中。主要區(qū)塊評價如下。3.1勘探方向和風險該段具有典型的逆沖斷裂帶特征,自西而東為推覆構造帶、前緣三角帶和后沖帶。沉積巖厚度大,其中三疊—侏羅系最厚可達5250m。三套生儲蓋組合發(fā)育齊全,圈閉類型多種多樣,目前已發(fā)現(xiàn)馬家灘、大水坑、擺宴井等中生界油田。今后主要勘探目標是前緣三角帶和掩覆背斜構造帶。前者基底隆起較高、勘探領域廣,不僅有下古生界天然氣藏,而且上古生界及中生界構造也很發(fā)育,因此,勘探機遇多,風險小?；莅脖嬙煳挥隈R家灘構造群南部,為一大型掩覆背斜,圈閉面積86km2,幅度160m,主要儲層為下古生界碳酸鹽巖頂面風化殼及白云巖,蓋層為石炭—二疊系煤系地層。3.2油氣運移指向區(qū)該段早古生代處于拗拉槽邊緣,晚古生代處于祁連洋向鄂爾多斯地塊超覆沉積區(qū),其東側天環(huán)坳陷及隴東地區(qū)是三疊系延長組生油中心,該區(qū)地層發(fā)育齊全,完全具備找油找氣優(yōu)越的石油地質條件,是油氣運移的指向區(qū),目前已發(fā)現(xiàn)西峰、鎮(zhèn)原、演武等一系列三疊系、侏羅系油藏。主要勘探目標是,查明逆沖斷層上、下盤已發(fā)現(xiàn)的14個與逆掩推覆相關的一系列背斜,為尋找古生界天然氣藏提供依據。另外,在天環(huán)坳陷西坡要開展高精度地震勘探,為尋找中生界各類巖性地層油藏及小幅度油藏指明方向。3.3上古