鄂尔多斯盆地基底结构特征及其对古生界天然气的控制

　　　　　高　校　地　质　学　报　　　　　　Vol.3No.2

　1997年6月　　　　　GeologicalJournalofChinaUniversities　　　　　June,1997

鄂尔多斯盆地基底结构

特征及其对古生界天然气的控制

贾进斗　何国琦　李茂松

(北京大学地质系)

周鼎潮　张林祥

(石油物探局地调五处,河北定兴)

摘　要　鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部,是我国大型含油气盆地之一。基底结构复杂,具有显著的不均匀性;基底断裂数量多、规模大;基底顶面表现为两个大型隆起,北部为伊盟隆起,中南部为中央古隆起;盆地基底结构对上覆沉积盖层岩性、岩相具明显控制作用,从而间接影响到油气的生成、运移与聚集。伊盟隆起的南侧斜坡及中央古隆起四周斜坡地带,是寻找古生界天然气的有利场所;盆地中南部几条NE向大型韧性剪切带,可能对油气分布产生重要影响,在油气勘探中也应给予重视。关键词　鄂尔多斯盆地　基底结构　古生界　天然气分类号　P313

1　前　言

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部,是我国大型含油气盆地之一。除早期发现并已投入开发的中生界油藏外,80年代中后期又在盆地腹部古生界海相碳酸盐岩层系中获得重大突破,

找到了我国目前最大的天然气田。这一发现打开并拓宽了天然气勘探新层系、新类型和新领域,并证明了华北克拉通西部,具有天然气形成、聚集与保存的良好地质构造条件。然而,由于盆地中南部为大面积黄土塬区,地形地貌复杂,地震勘探极为困难,所得资料质量欠佳,尤其难以获得深部反射资料,所以长期以来对盆地的基底结构、构造特征了解较少。随着该区古生界大气田的发现及其分布规律的深入研究,盆地的基底结构状况也越来越引起人们的重视。本文从重力、磁力及大地电磁等地球物理勘探资料入手,结合盆地周边地区已有的地质资料[1-5],对盆地基底结构特征进行了分析,进而探讨了基底结构对古生界天然气的控制作用。

鄂尔多斯盆地就其性质而言属于“克拉通内盆地”,其南、北缘的发育受到位于南、北两侧显生宙活动带的影响,而西部边缘受到自南而北,由祁连伸入华北克拉通内的坳拉槽的影响[6],与克拉通内部有一定的差别,应归属于克拉通边缘复合盆地的一部分[7-8]。

本文1996年10月收到,1997年4月改回。

第一作者简介:贾进斗,男,1962年生,1984年毕业于同济大学海洋地质系,现在北京大学地质系攻读博士学位,兼任石油物探局第五地质调查处副总地质师。从事专业:区域构造及石油地质。通讯地址:北京大学地质系,邮编:100871。2期　　　　　　贾进斗等:鄂尔多斯盆地基底结构特征及其对古生界天然气的控制　　　　　　　　　145　

2　基底结构特征

2.1　重力、磁力异常与基底结构的关系

根据基底岩系的建造特征、构造变动、变质作用、岩浆活动及同位素年龄等资料,鄂尔多斯盆地及其周缘地区基底结构具明显纵向分层、横向分块的不均一性镶嵌结构的特点。将重力、磁力异常图(图1、2)与盆地周缘基岩地质图以及盆地内钻井、地震资料揭示的基底岩系对照则不难发现,EW向磁异常带与集宁群或乌拉山群为代表的太古界分布范围及展布方向一致;NE向磁异常带则与五台群、滹沱群为代表的中、下元古界分布范围相吻合;此外,具有不同特征的磁异常区,往往是不同性质、不同结构的基岩块体的反映。如盆地北部伊盟地区为东西走向正负相间的重、磁异常区,中部南凸成弧形,其东南为NE向的大同-华池断裂带所切截,该断裂带向东北延伸至兴和、张北一带。区域升高的磁场特征与高磁性的太古界乌拉山群有关,而晋北、内蒙南部地区出露的集宁群深变质岩,磁化率较低,与负磁异常带对应。所以该区实际上是两套不同岩性和变质程度的太古界岩系组成的双层基岩结构区,也就是通常所说的鄂尔多斯古陆块所处的位置。

图1　鄂尔多斯盆地及周缘地区布格重力异常图

Fig.1　GravityanomalymapoftheOrdosBasinanditssurroundingareas

北部的阴山一带近东西走向的磁异常反映了元古界中-浅变质的三合明群、二道洼群的分　　　　　　　　　　　　　　　　高　校　地　质　学　报　　　　　　　　　　　　　　　3卷146

图2　鄂尔多斯盆地及周缘地区航磁󰀁T异常图

Fig.2　󰀁TmagneticanomalymapoftheOrdosBasinanditssurroundingareas

布特点。多且零乱的局部异常以及地面大量分布的花岗岩体则表明该带后期经过频繁活动。以大同-华池断裂为界,西北侧大面积平静的负磁异常区代表了太古界千里山群、宗别立群的磁场特点;而其东南侧,三条醒目的NE向异常带斜贯盆地中部及晋北地区,北部的泾川-延安-忻州正异常带主要是以吕梁群、五台群为代表的变质岩系分布区;中部铜川-宜川-文水至太行中段负异常带(包括山西沁水复向斜在内),则是以滹沱群为代表的副变质岩系分布区。它们叠加在以EW向为主体的太古界中-深变质岩之上。南部的永济-侯马NE向正磁异常,为燕山期岩浆岩体及其与围岩交代形成的铁矿床的反映。尽管受到构造活动的干扰,但在晋南、晋东南等地仍可辨别出EW向异常形迹。因此,推测该区可能有相当于太古界的古陆块存在。目前,在鄂尔多斯盆地及周边地区都发现了太古代末的孔兹岩系分布,而盆地内反映太古界的EW向磁力异常带又广泛分布,所以,在太古代末期,该区可能已形成了一个统一的古陆块,只是由于后期元古代裂谷作用叠加其上,并对其进行改造,才使已形成的古陆块重新破碎,造成现今局部保存太古代陆块的构造面貌。

根据重力、磁力异常与盆地周边地区地层露头的对应关系,结合盆地内部钻井、大地电磁资料,我们编制了华北克拉通西部地区基底岩相分布图(图3)。从图上不难看出,深变质的麻粒岩相区,主要位于北部;而中深变质的高角闪岩相区则范围很广,分布全区,这类变质程度的[9]

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岩系主要是晚太古代地层,说明在太古代末期,该区已形成了一个统一的陆块。元古代的构造活动,主要在该区的东南部,本质上是尚未完全稳定的陆块又重新破裂,在其裂谷区发育了大套火山-沉积岩建造。直到中元古代,这种大规模的构造活动才渐趋平息,形成了该区长期稳定的、统一的结晶基底。2.2　基底断裂构造

根据航磁、重力、大地电磁、卫星照片等多种资料综合分析,鄂尔多斯盆地及周缘地区,存在着四组不同方向的断裂系统。它们形成于不同的地质时期,发育历史及所起的作用各不相同,多数断裂都控制了一定时期的构造格局、岩浆活动及地层发育。在图3中,各个不同的岩相区,都是以规模巨大的断裂带为界。在北部地区,深变质麻粒岩相区,主要以EW向断裂为主,而盆地中南部,则发育大规模的NE向及其相伴生的NW向裂裂(图4),SN向断裂位于盆地东西两侧,控制着盆地的东西边界。

EW向断裂:从航磁󰀁T化极异常图(图2)可以看到,区内除NE向异常外,以EW向磁异常最强,引起的磁异常幅度最大。这一特征在盆地北部的伊盟隆起上非常明显。在盆地中南部大规模NE向磁场背景上,也可看出EW向异常存在的痕迹,表现出EW向构造受NE向构造改造,局部发生偏移和错位的现象。在地震剖面图上,图4中的󰀁、󰀁号断裂,在盆地盖层中均没有显示,而大地电磁解释剖面上,基底内部有明显显示。󰀁号断层在富县附近,深部高阻层底界错断超过12km,而高阻层顶界错断不明显(图5),说明该断裂在结晶基底形成后基本停止了活动。

此外,在盆地的四周太古界露头区,也普遍存在EW向的构造形迹,特别是北部的集宁群出露区及南部的中条山老地层出露区,EW向构造非常明显。

根据以上证据,推测EW向断裂主要发育于太古代。它们主要控制了太古代的岩浆及沉积作用,元古代多数活动微弱,有些甚至停止活动。

NE向断裂:从磁场特征分析,NE向磁异常改造了EW向磁异常并叠加其上,因而其反映的NE向构造形成时间应晚于EW向构造。在研究区以东的山西地区出露的五台系、滹沱系,基本呈NE向展布,其岩石的变质程度、侵入岩的分布也都有NE向的特点。从组合特征看,该组断裂的西南端都切割或终止于EW向断裂。同时,据现有资料,在中元古代以后形成的沉积盖层中,此组断裂已不明显。因此推断其主要发育期为太古代末到早元古代,早元古代以后,多数活动微弱,只个别断裂对上覆沉积盖层有影响。如大同-华池大型韧性剪切带,在大地电磁剖面上显示清楚。该带为两大基底块体的分界线(图3),中上元古界及下古生界厚度较小,表现为基底古隆起的特征。

NW向断裂:主要发育在大同-华池大型韧性剪切带,切割并错断了NE向断裂,表现为左行平移特征,可能是NE向共轭断裂,与NE向断裂同期或稍晚形成。在航磁󰀁T化极图(图2)及布格重力异常图(图1)上都有显示,特别是在航磁󰀁T化极垂向一次导数图及重力二次导数图上显示明显,表现为北东成带、北西成块的特点。大同-华池大型韧性剪切带东北段的大同-天镇地区广泛发育NW-NNW向辉绿岩岩墙群。岩墙群切割中元古代地层并被寒武系下部地层不整合覆盖,其K-Ar同位素年龄1.2～1.7Ga。充填辉绿岩岩墙的NW-NNW向裂隙具张性和左行张扭性特征,裂隙密度向燕辽拗拉谷方向增加[11-13]。这也说明,NW向断裂形成时代为前寒武纪,其形成与NE向大型韧性剪切带的演化有一定联系。

在盆地范围内,以前的资料对NW向断裂很少提及,主要原因是受资料的精度及处理手[11-13]

[10]

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段的限制。此次通过对重、磁、电资料的统一处理,划分出的NW向断裂,可能有助于加深对该区基底发展及演化历史的认识。在盆地范围内NW向断裂发育的地区,正好是目前发现的大气田所在地,它们之间是否有一定的联系还有待于进一步研究。

SN向断裂:位于研究区东西两侧,构成盆地的东西边界。该组断裂可能形成于元古代末,但主要活动期为中生代。如盆地西侧断裂,其性质以逆冲推复为主,兼具平移,据地震T9反射层反映,该界面为一滑脱面,沿该面有较大滑脱距离[14]。2.3　基底顶面形态特征

鄂尔多斯盆地基底顶面形态最突出的特征是存在着两个大型古隆起,北部为伊盟隆起,中部为中央古隆起。两隆起这间以鞍部相连。

伊盟隆起位于盆地北部,总体形态北高南低。因该区地表比较平坦,地面勘探工作易于进行,且有多口钻井钻达基底,所以其顶面形态基本清楚。从结晶基底形成以后,直到早古生代末,该区基本处于隆起剥蚀状态,其顶部缺失中上元古界及下古生界,向隆起的四周,寒武系和奥陶系逐渐加厚,但总厚不超过600m。直到晚石炭世,全区才开始普遍接受沉积。

有关中央古隆起的特征,曾有许多人从不同的角度进行过讨论。由于各家所依据资料不同,并且多数是从点推面,所以其结果差别也较大。首先大家都认为中央古隆起的存在是肯定的,但其范围多大、如何展布及与周围构造的关

图4　鄂尔多斯盆地中南部基底断裂图Fig.4　Basementfaultsincentral-southern

partoftheOrdosBasin图3　华北克拉通西部基底岩相分布图

Fig.3　Distributionmapofbasalrockfaciesinwestern

partofNorthChinacraton

1.深变质麻粒岩相区;2.中、深变质高角闪岩相区;3.中等变质火山-沉积岩相区;4.浅变质粗碎屑-碳酸

盐岩相区;5.岩相分区界线;6.基底断裂

系则众说纷纭,没有定论。随着勘探程度的加深及靖边-横山古生界大气田的发现,这些问题越来越引起人们的重视。

中央古隆起是指存在有前震旦纪结晶基2期　　　　　　贾进斗等:鄂尔多斯盆地基底结构特征及其对古生界天然气的控制　　　　　　　　　149　

图5　大地电磁解释剖面图

Fig.5　Interpretationoftheprofileoftelluricelectromagneticsounding

底,并在一定程度上控制着中、新元古代-早古生代及晚古生代早期(石炭纪)沉积的一个具有长期继承性、大型平缓的古高部位。我们利用航磁、重力资料反演结果,结合少量地震及钻井资料,编制了中上元古界-下古生界厚度图(图6)。因为该区奥陶系顶界面非常平坦,因此中上元古界-下古生界厚度图,大体反映了当时基底顶面的起伏情况。从图上看,西部和南部地区,厚度从500m迅速增至2000m以上,最厚处在西南角的华亭一带,达3000m以上,总体呈向外增厚的趋势,增厚带线性特征明显。从其构造位置看,已属于克拉通边缘复合盆地的范围了。中央古隆起的

中-东部地区,属克拉通内盆地范畴,与边缘复合盆地有过渡关系,这里中、上　图6　鄂尔多斯盆地中南部中上元古界-下古生界厚度图元古界-下古生界厚度变化较小,多在Fig.6　Middle-LateProterozoictoLowPaleozoicisopach1000—1300m之间。值得注意的是,该

mapofcentral-southernpartoftheOrdosBasin

区厚度变化所反映的基底顶面起伏表

现出明显NE-NNE的方向性,如果对照一下图3和图6,不难发现,榆林-华池一带的基底相对高隆起对应于太古代基底发育区,而位于该隆起以东的基底相对低古隆起的位置,可以看出,它呈北东向“L”形展布,面积约3.8km2。在天池东北部存在一个近SN向的1000m等厚线圈闭的低隆起,将其作为中央古隆起向北延伸的一支,则整个古隆起呈反“形。在隆起的西部Y”和南部,分别以华池-吴旗、环县及庆阳东为中心,有三个不规则椭园形高部,残留的中上元古　　　　　　　　　　　　　　　　高　校　地　质　学　报　　　　　　　　　　　　　　　3卷150

界-下古生界厚度小于500m;中央古隆起向北,以宽缓的浅凹与伊盟隆起相隔。

3　基底结构对盖层发育的控制及其与油气的关系

3.1　基底结构对沉积盖层发育的影响

基底结构对上覆沉积盖层的控制作用,间接影响到油气的生成、运移与聚集。因此,研究两者的成生关系,对于探求基底结构与油气内在联系,进而寻找有利的油气富集区,具有十分重要的意义。

根据区域地质背景分析,研究区基底对盖层发育的控制作用可以分成中-新元古代、古生代和中-新生代三个阶段。每一个阶段都有各自的地球动力学环境,以及由各自特定的地球动力学环境所决定的盆地格局。

本文要讨论一个涉及基底对盖层发育的控制和对油气研究有一定意义问题。图6是中-上元古至下古生界厚度的综合表示,而中-上元古和下古生界各自的厚度分布情况则无法确知。据本文关于各阶段构造格局的讨论,该区经中条运动形成统一结晶基底以后,由于地壳厚度薄、刚性弱和固结程度低,因此,其局部的克拉通化仍在进行,所以对上覆盖层的发育仍然具有十分明显的控制作用。中新元古代及早古生代的沉积,基本上是继承了基底古构造格局而发展起来的,地层沉积的最大厚度、构造方向,均与深坳陷展布相一致,在基底隆起的地方,沉积层厚度明显减小甚至缺失。

除对上覆地层的沉积厚度有影响外,基底结构还对盖层中构造圈闭及岩性岩相具有一定控制作用,主要表现在以下几个方面:

(1)基底古隆起是盖层隆起构造继承性发育的主要场所,如中央古隆起。

(2)不同性质基底块体的接触边界,是盖层局部构造的多发地带。各块体之间的接触边界,一般表现为大规模的韧性剪切带。由于剪切带的继承性活动,造成两侧不同性质的块体之间相互摩擦、挤压,往往形成十分复杂的构造现象,如次生断裂、边界隆起、剪切揉皱等,它们一般能导致上覆沉积盖层中相应部位继承性构造的发育;另外,由于边界两侧块体在垂向上的差异性运动,往往能形成大型不整合面或沿岸礁、滩等,为油气的运移、储存创造有利条件。

(3)基底结构的差异,能造成盖层沉积环境及沉积相的不同,从而间接地控制着古生界天然气的分布。

从区域地质结构分析,早古生代鄂尔多斯盆地西部是深坳陷斜坡区、中部是古隆起潮坪区,东部是浅坳陷盐洼区(图7)。

早古生代这种不同岩相区的分布,与基底构造特征密切相关。图8是以奥陶系顶面为基准面所作的奥陶纪沉积相与基底结构关系示意剖面。可以看出,在中央古隆起上方,奥陶纪为潮间坪灰云岩与膏盐岩发育的地区,各种孔隙类型发育,易于形成地层岩性遮挡及古地貌遮挡等圈闭类型,是天然气运移和储集的有利地区,靖边-横山大气田就位于这个区带内。沿剖面向东南方向,进入潮下坪及泻湖盐岩发育区,由于岩性致密不利于天然气的运移与储集。

从图8还可以看出,中央古隆起东北鼻隆起东北鼻隆带,是基底断裂发育的地带,以该带为界,南北两侧基底岩系发生明显变化,说明基底古隆起发育在不同变质岩系的两大基底块体接触带上,其形成与基底断裂的发育密切相关。

靖边-横山大气田与该岩相带良好的对应关系,给了我们几个重要启示:一是中央古隆起对上覆沉积盖层的岩性岩相具明显的控制作用,从而间接影响着古生界天然气的分布;二是大2期　　　　　　贾进斗等:鄂尔多斯盆地基底结构特征及其对古生界天然气的控制　　　　　　　　　151　

图7　鄂尔多斯盆地中南部早奥陶世沉积相分布图(据长庆油田)

Fig.7　DistributionmapofEarlyOrdoviciansedimentaryfaciesincentral-southern

partoftheOrdosBasin(fromChangqingOilField)

气田的形成,可能与基底断裂带的发育有一定的关系。3.2　基底结构与古生界天然气的关系

据研究,世界上许多大型或特大型油气田,都有其特殊的基底结构。越来越多的人认为,在一定条件下,基底深断裂在石油和天然气的聚集中是起着积极作用的,而不以油气的成因为转移。如前苏联大多数著名的油气田,或是直接在断裂带内,或是在其附近。根据地质-地球物理资料综合划分出的、并用宇航照片解释所证实了的阿拉伯地台上的大断裂,也控制着一些大型和特大型油气田的分布,如大布尔干油田等[15]。

就鄂尔多斯盆地来说,基底内存在多条大型韧性剪切带,尽管在基底形成以后,多数韧性剪切带活动微弱,但不可否认,它们都在不同程度上影响着后期的地层发育,对古生界天然气的形成、运移与储集产生着间接的影响。所以,在盆地内古生界天然气勘探过程中,要开扩思路、打破老框框,开拓新的勘探领域。对盆地中南部几条大型NE向韧性剪切带发育的地区,应给予高度重视。

盆地北部的伊盟隆起,长期处于构造稳定状态,下古生界地层由南向北逐渐减薄,直至缺失。但隆起以南地区,处于一个构造浅凹部位,存在着良好的生油条件,所以,隆起南侧斜坡是寻找古生界天然气的有利场所。向北下古生界油气地质条件变差,但上古生界却存在可观的煤成气,可望有所突破。　　　　　　　　　　　　　　　　高　校　地　质　学　报　　　　　　　　　　　　　　　3卷152

图8　早奥陶世沉积相与基底结构关系示意图

Fig.8　SketchmapshowingrelationshipbetweenEarlyOrdovician

sedimentaryfaciesandbasementstructure

中央古隆起地区,四周都存在巨厚的古生界沉积地层,具备了良好的生油条件,而古隆起斜坡地带,又是有利的天然气运移与储集地带,所以中央古隆起的四周斜坡地带,是盆地内寻找古生界天然气最有利地区。目前发现的靖边-横山大气田,正好位于其东北斜坡上。从沉积盖层的厚度变化及岩性岩相分析,古隆起南侧及西侧斜坡地带,都是寻找古生界天然气的最有利地区,目前由于勘探程度较低,没有获得大的突破,今后应作为勘探重点加以深入解剖。

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社,1988.

STRUCTURALFEATUREOFBASEMENTINTHEOR-DOSBASINANDITSCONTROLTOPALEOZOICGAS

JiaJindou　　HeGuoqi　　LiMaosong

(TheGeologicalDepartmentofPekingUniversity,Beijing100871)

ZhouDingchao　　ZhangLinxiang

(TheFifthGeologicalExplorationDivisionofOil,DingxingHebei,072659)

Abstract:TheOrdosbasin,oneofthelargehydrocarbonbearingbasins,islocatedinthewestpartofNorthChina.Therearemanybigbasementfaultsmakingupacomplexpatternwithtwoupliftslyingonthetopofthebasement.Thecomplexandheterogeneousbasementstructurecontrolsobviouslytheoverlyingsedimentarylithologyanditsformation,andinflu-enceindirectlythegeneration,migrationandaccumulationofhydrocarbon.ThesouthslopeofthenorthernYimengUpliftandthesloperegionaroundthecentralupliftarefavorableforseekingPaleozoicnaturalgas.Severallargenortheasternductileshearingbeltsmayinfluencethehydrocarbondistributiongreatlyandmuchattentionshouldbedevotedtotheoilandgasexploration.

Keywords:OrdosBasin,basementstructure,Paleozoic,naturalgas.