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探寻鄂尔多斯盆地远古的秘密

阮壮

文/胡月

鄂尔多斯盆地地处华北板块,是我国重要的能源聚集盆地。中—晚三叠世的鄂尔多斯盆地沉积了一套优质的砂岩储层,是油气聚集的重点层段,积累了大量的研究成果,然而在中—晚三叠世鄂尔多斯原型盆地的确切边界、盆内古地理演化、构造-古地理成因联系等问题上依然存在不少争议。

我们的科研团队通过对鄂尔多斯盆地内及周缘57个露头及165口钻井的层序地层学与沉积学研究,厘定了鄂尔多斯盆地在中—晚三叠世的边界位置,明确了盆地的古地理特征,探讨了古地理演化的构造成因。

中—晚三叠世鄂尔多斯原型盆地边界

早期的构造地质学研究已经指出鄂尔多斯盆地是华北板块内部的一个稳定区块,在古生代到三叠纪期间,其沉积-构造演化与华北板块保持一致。晚三叠世的印支运动使华北板块进入到内板块大地构造阶段,进而导致大华北盆地的收缩。因此,鄂尔多斯盆地是大华北盆地的继承和发展,现今鄂尔多斯盆地的边界并不能反映沉积时期盆地的边界位置。结合野外露头和钻井的岩性特征、古流向测定、相分析、造山带岩体年龄梳理等工作,发现在中-晚三叠世的鄂尔多斯盆地在南北侧别受限于北秦岭造山带和内蒙古造山带,西部可延伸至河西走廊西段,东部边界在现今吕梁山以东,东南部甚至可延伸至渤海湾盆地以南。

盆地内的沉积特征主要受控于南北两个造山带的构造演化。盆地北部古亚洲洋的完全关闭时间接近于晚二叠世,目前在阴山—大青山及以北的地区已有较多的侵入岩被报道,表明在二叠纪至三叠纪时期,阴山—大青山地区构造运动始终活跃,挤压背景下的构造抬升可以使阴山—大青山成为鄂尔多斯盆地的源区。盆地南缘的秦岭—大别山造山带是以印支运动为主导的闭合造山运动形成的,当时鄂尔多斯盆地位于古特提斯洋北部的华北板块上,扬子板块则位于古特提斯洋南侧。中三叠世至早侏罗世是华北板块与扬子板块评核的关键期,同时伴随着勉略洋的闭合和北秦岭的进一步隆升,因此华北板块的南部边界在中—晚三叠世是高度活化地区。加诸于华北板块的挤压应力不仅造成克拉通前缘的挠曲沉降,形成了盆地的沉降中心,同时导致板块南部边界发生逆冲隆升进一步活化源区。这些结果直接导致盆地南部形成陡峭的地形斜坡带并伴随充足的沉积物供给,最终使鄂尔多斯盆地南部发育了多套冲积扇(近岸水下扇)-辫状河-三角洲的沉积体系。

鄂尔多斯原型盆地中晚三叠世古地理演化特征

最终我们科研团队得出以下四个结论:

一、中—晚三叠世鄂尔多斯原型盆地北部边界为内蒙古达拉特旗—山西大同一线,东部边界为山西宁武—太原—太谷—榆社—河南安阳—开封—登封一线,南部边界为陕西陈河—洛南—栾川—南召一线,西部以肃南马良沟为界,西北则以贺兰山断裂带为界。

二、中—晚三叠世鄂尔多斯原型盆地经历了从起始阶段到最大沉降阶段再到后期关闭阶段的湖泊演化过程。古地理模式主体表现为北部/东北部的曲流河–三角洲沉积体系和南部/西南部冲积扇-辫状河-三角洲沉积体系的汇聚,沉积中心从起始阶段沉积期到最大沉降阶段沉积期不断向西北迁移,并在随后的后期关闭阶段沉积期分异为多个沉积中心。

三、兴–蒙造山运动在中—晚三叠世趋于平静,盆地北部相对稳定的构造背景控制了低斜坡带的发育,结合北部阴山—大青山源区到沉积中心的长距离搬运,在北坡发育曲流河沉积-三角洲-湖泊沉积体系。盆地南缘中—晚三叠世造山活动活跃,勉略洋闭合后的造山运动诱发北秦岭造山带的活化和盆地南部陡坡带的形成,并为盆地南部提供了充足的较粗粒物源供给,发育冲积扇/近岸水下扇-辫状河/扇三角洲-湖泊沉积体系。盆地沉积中心向西北迁移和盆内古地理格局变化是对华北扬子板块拼合的响应。

四、三叠系延长组沉积早期,受鄂尔多斯盆地东南缘挤压作用影响,盆地西部六盘山地区发育南北向小型古隆起,延长组沉积中晚期,西南方特提斯构造域的挤压碰撞发生并伴随着秦祁造山带的活化,盆地西南部发育类前陆盆地,盆地边缘强烈供源并伴随着六盘山古隆起的下沉,河西走廊与鄂尔多斯主盆地连通。

在研究过程中,通过地层出露所记录的岩石学信息,回推当时的沉积环境。根据盆地中各处资料点的岩性组合差异分析古环境差异,明确汇水中心、沉积物转移区及物源供给区,进而恢复三叠纪时的原型盆地。当时的沉积物输送至盆地内沉积下来,历经成岩作用形成沉积地层,构成了现今油气资源赋存的优质载体。掌握了原型盆地的范围及盆内的古地理特征,勘探人员就能从沉积学角度预测哪里可能会有更好的油气储层,明确勘探开发有利区,因此对现阶段的油气开采与勘探具有重要指导意义。

专家简介:阮壮,男,1983年1月生,浙江省德清县人,九三学社社员。中国地质大学(北京)地球科学与资源学院副教授,地质学专业,硕士生导师。IAS终生会员,矿物岩石地球化学学会终生会员,中国地质学会会员。主要从事沉积地质及油气储层方面的教学、研究工作。主持国家自然科学基金1项,国有企业委托项目5项,参与国家重大专项,地调局专项及其它项目十余项。公开发表论文30余篇,担任“Marine and Petroleum Geology”,“Interpretation”,“石油与天然气地质”,“矿物岩石地球化学通报”,“古地理学报”,“矿床地质”等多个期刊审稿人。主讲《岩石学》、《沉积岩岩石学》、《矿物与岩石》、《北戴河野外地质认识实习》等多门地质类课程,指导本科大学生创新项目多项。参编国家级特色专业地质学系列教材《沉积岩石学》,主持中国大学生慕课网《沉积岩岩石学》课程的运行工作。

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