吳海燕，曹紅霞，于　珺，孫建博，喬向陽, 強　娟，尚　婷，羅騰躍

[陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075]

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鄂爾多斯盆地吳起—甘泉地區(qū)奧陶系古地貌恢復研究

吳海燕，曹紅霞，于珺，孫建博，喬向陽, 強娟，尚婷，羅騰躍

[陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075]

依據(jù)研究區(qū)215口探井的鉆井、測井資料，運用沉積地質(zhì)學、古地理學等方法，對鄂爾多斯盆地古隆起東側(cè)吳起—志丹—甘泉地區(qū)的奧陶系馬家溝組風化殼巖溶古地貌進行恢復。分別選取本溪組頂8號煤層和馬家溝組馬五41底部的凝灰?guī)r層為作圖基準面，綜合利用古地質(zhì)圖法、“印模法”和“殘厚法”，并結(jié)合鋁土巖分布數(shù)據(jù)，對研究區(qū)巖溶古地貌進行恢復。同時，根據(jù)研究區(qū)不整合面上下地層厚度的組合可以劃出上薄+下薄型、上薄+下厚(相對)型、上厚+下薄(相對)型等模型，自西向東將研究區(qū)巖溶古地貌劃分出2個二級古地貌單元(巖溶高地、巖溶斜坡)和3個三級古地貌單元(潛臺、殘丘、古溝槽)。

鄂爾多斯盆地；奧陶系；風化殼；巖溶古地貌；古地貌單元

風化殼巖溶古地貌是與不整合面剝蝕趨勢、剝蝕程度相關的殘留地貌形態(tài)[1-6]。古地貌形態(tài)受其所處區(qū)域構造位置、氣候、基準面變化及構造運動等綜合影響[4-7]，控制了巖溶儲層的有利發(fā)育部位，在一定程度上控制著后期氣藏的儲蓋組合。奧陶系馬家溝組長期巖溶風化形成了鄂爾多斯盆地下古生界白云巖氣層的有利儲層[9-11]，古地貌的恢復工作是鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖油氣勘探的重點和難點。因為巖溶古地貌形成時間較早，且形成后經(jīng)歷了上覆地層的壓實和多期構造改造，因此只能半定量地進行恢復[1-5]。

鄂爾多斯盆地在加里東運動晚期整體抬升，使得奧陶系碳酸鹽巖地層暴露地表，經(jīng)過1.5億年左右的風化淋濾剝蝕，形成了奧陶系巖溶地貌。奧陶系巖相古地理格局是西緣裂谷肩部翹升，繼而發(fā)育了中央古隆起，同時在盆地東側(cè)發(fā)育了米脂坳陷，因此當時的古地勢呈西高東低，流水從西向東流，侵蝕出的溝槽順著地面的最大傾斜方向平行排列，在較平坦的區(qū)域上縱橫交錯[4-5]。

吳起—志丹—甘泉地區(qū)位于伊陜斜坡的中南部地區(qū)(圖1)。本次研究在215口鉆井、測井及錄井等資料的基礎上，運用古地質(zhì)圖法、“印模法”和“殘厚法”首次對研究區(qū)奧陶系古地貌進行精細刻畫，為今后的勘探開發(fā)有利區(qū)選取提供有力依據(jù)。

1 地層特征

目前研究區(qū)內(nèi)鉆井鉆遇最老的地層是馬家溝組馬四段。奧陶系馬家溝組為白云巖儲層[10],可分為3個含氣層組：馬五1—馬五4亞段為上部含氣層組，是以泥晶—粉晶白云巖為主的，由大氣淡水淋溶作用形成的溶蝕孔洞型含氣層組；馬五5—馬五10亞段為中部含氣層組，是以粗粉晶—細晶白云巖為主的、由混合水白云化作用形成的晶間孔型含氣層組[3]；馬四亞段為下部含氣層組，為厚層細—中晶白云巖，晶間孔及溶孔發(fā)育[2-3](圖2)。奧陶系頂部遭受物理風化、面狀流水侵蝕和化學淋濾溶蝕造成了地層缺失[9]，本文通過梳理研究區(qū)215口鉆遇奧陶系馬家溝組井的鉆井、錄井及測井數(shù)據(jù)，勾畫出馬家溝組各小層出露的分布范圍，作為恢復研究區(qū)巖溶古地貌的基礎(圖3)。

研究區(qū)古地質(zhì)圖反映的是不整合界面上所出露地層的展布情況(圖3)，根據(jù)風化殼出露層位編制古地質(zhì)圖，是分析古地貌和落實古溝槽分布的重要依據(jù)之一。研究區(qū)地層產(chǎn)狀近于水平，故地層界線呈等高線狀,與當時古地形等高線分布基本一致[10-12]。研究區(qū)出露地層，整體上從東到西地層依次抬升變老，吳起地區(qū)為巖溶高地，出露的地層從馬五3向西依次抬升剝蝕為馬五3—馬五8，馬五3向東為巖溶斜坡區(qū)，從西到東依次出露馬五2—馬六地層，馬六地層在甘泉東部地區(qū)大面積分布，在志丹—吳起地區(qū)零星分布；古溝槽處出露層位為馬五12—馬五33，在志丹地區(qū)發(fā)育3條近東西排列的古溝槽，甘泉地區(qū)發(fā)育4條較小的古溝槽；巖溶斜坡整體表現(xiàn)為丘、槽、臺相間的地貌特征，因此運用古地質(zhì)圖可以對地層邊界和古溝槽進行確定[10-12]。

2 巖溶古地貌特征

2.1 古地貌恢復方法

2.1.1 方法的選擇

用任何一種單因素恢復出的古地貌都有其局限性，因此古地貌恢復必須是綜合分析的結(jié)果[2-8]。目前研究方法主要有形態(tài)分析法、內(nèi)插法、鏡像法、印模法、殘厚法、壓實恢復法等，不同方法恢復得到的古地貌有不同的特點，但無論哪種方法恢復的古地貌都只能大致反映了當時的古地貌特征，不能完全還原古地貌形態(tài)[8,11]。本文選取常用的“印模法”和“殘厚法”來恢復古地貌?！坝∧７ā笔峭ㄟ^本溪組8號煤層頂?shù)綂W陶系馬家溝組頂?shù)溺R像來反映古侵蝕面的格局；“殘厚法”是通過研究馬五41底部凝灰?guī)r標志層之上風化殼的殘余厚度，對古地貌進行恢復。“印模法”對微觀古地貌的識別相對不足，“殘厚法”對區(qū)域構造背景及古地貌總體格局反映不足，兩種方法綜合起來可恢復出較理想的結(jié)果[8]。

2.1.2 作圖基準面的選取

要恢復巖溶古地貌的形態(tài)，必須要選擇一個基準面，并且要求其沉積水平、沒有明顯的變形、差異壓實不明顯[6]。基準面的選取前人研究各有不同， “印模法”一般選石炭系太原組頂東大窯灰?guī)r或本溪組8號煤層頂為基準面[5-7]，且選取本溪組8號煤層頂為基準面編制的圖刻畫出的古地貌比選取太原組頂東大窯灰?guī)r編制的圖刻畫的古地貌精細，因此本文選擇本溪組8號煤層的頂為基準面。“殘厚法”一般選馬五5黑灰?guī)r的底部或馬五41底部的凝灰?guī)r作為基準面，本文選擇馬五41底部的凝灰?guī)r層為基準面，因為凝灰?guī)r成層性強，與上下地層水平接觸，界限清楚，厚度相對穩(wěn)定、電性特征易識別，在盆地大范圍內(nèi)穩(wěn)定沉積[4-6]。

2.2 巖溶古地貌圖的編制

2.2.1 古地貌恢復

以區(qū)內(nèi)215口井的鉆井、錄井、測井資料為基礎，逐一確定每口井的標志層、殘余厚度的情況，作圖分析古地勢。石炭系本溪組沉積是填平補齊的過程， “印模法”是利用奧陶系上覆沉積的8號煤層到風化殼頂?shù)暮穸鹊戎稻€來描述古地貌，因此本溪組越薄古地貌地形越高，反之古地貌地形越低[8]。本次研究運用“印模法”將研究區(qū)自西向東劃分為巖溶高地(本溪組厚度小于15m)、巖溶斜坡(本溪組厚度為15～70m)2個二級古地貌發(fā)育帶。研究區(qū)奧陶系頂部古侵蝕面之上石炭系本溪組厚度為4.4～68.5m，厚度東西向變化較大，最大厚度差為64m，西部本溪組較薄，為巖溶高地;而東部本溪組較厚，代表其古地勢較低。由此推斷研究區(qū)巖溶古地貌為由北西向南東傾斜的斜坡(圖4)，“印模法”恢復出的古地貌比古地圖恢復出來的巖溶高地范圍小，古溝槽位置與古地質(zhì)圖基本一致。

“殘厚法”恢復古地貌是選擇沉積地層中某一特殊層段為基準面將地層拉平，該面以上殘余厚度代表了古地貌形態(tài)[4-8]。假設馬五41底部凝灰?guī)rK4標志層以上沉積的地層是等厚的，地層殘余厚度越薄說明剝蝕強度越大，反映高地的地層特征;反之,則為低洼的地層特征。根據(jù)馬五41底部凝灰?guī)r到風化殼侵蝕面之間的殘余厚度(圖5)可知，研究區(qū)內(nèi)馬五41上覆風化殼殘余厚度為0～100m，在吳起地區(qū)y662—y1040井區(qū)以西馬五41以上的地層均剝蝕殆盡，殘余風化殼最厚處在甘泉地區(qū)的東南部，在此基礎上，運用“殘厚法”進一步將研究區(qū)劃分為巖溶高地(殘余厚度小于40m)、巖溶斜坡(殘余厚度為40～90m)2個二級古地貌單元，研究區(qū)奧陶系頂部的古地貌大致為西高東低，地勢起伏比較強烈，潛臺、殘丘和溝槽相間。

從圖4和圖5可見，兩種方法恢復古地貌存在一定的差異，有的地方甚至是矛盾的。這是單因素方法的局限性造成的，“印模法”對古地勢的背景反映較好，但是“殘厚法”反映的是古地勢的相對高低，并不能反映古構造背景，因此應在把握好區(qū)域構造地質(zhì)背景的前提下，綜合兩種方法解釋各個古地貌單元。

2.2.2 鋁土巖與古地貌

鋁土巖厚度的分布特點可進一步佐證奧陶系風化殼的古地貌特征，沉積較厚處說明其形成前地勢比較低，但是長期的水流沖刷使溝槽部位的鋁土巖缺失，常以砂巖、泥巖充填，可對古地貌的恢復提供一定的參考。鋁土巖分布面積較大的地區(qū)為地勢較低的地區(qū)；厚度薄，且面積小，往往是古溝槽、洼地等地貌位置[4-12]。鋁土巖是一種富含鋁質(zhì)礦物的化學沉積巖，是由鋁硅酸鹽類礦物受強烈化學風化作用產(chǎn)出的，巖性致密，硬度、密度較大，沒有可塑性。其電性特征明顯，表現(xiàn)為低自然伽馬、低聲波、高密度、中高電阻，常被水流從高地勢區(qū)沖到低地勢區(qū)。研究區(qū)鋁土巖厚度為0～14m，在平面上分布不平衡(圖6)，總體呈現(xiàn)出西薄東厚的特點，反映了研究區(qū)是西高東低的古地勢背景，志丹—甘泉地區(qū)鋁土巖厚度為0～5m的區(qū)域可作為古溝槽存在的證據(jù)。鋁土巖厚度的分布規(guī)律可為巖溶古地貌單元的劃分提供一定的參考。

2.2.3 綜合恢復古地貌

不整合面上下的地層組合為上薄下薄時，是古地勢位置高的部位，反之是古地勢低的部位。但是就小范圍而言，在溝谷切割越深的地方，地層被侵蝕的越多，本溪組充填相對越厚；在殘丘發(fā)育的地方，本溪組相對變薄。綜合以上兩種方法，運用不整合面上下地層組合綜合分析各古地貌單元特征，可以抵消單方法的局限性及相互的矛盾，從而更準確地劃分各級古地貌單元(圖7)。

加里東期地層剝蝕程度與風化殼的古地貌正相關，而風化殼古地貌的充填程度與古地貌狀態(tài)正好相反[2-4];因此，根據(jù)不整合面與上、下基準面的地層厚度對比，再結(jié)合古地質(zhì)圖，把兩者之間的互補關系歸納為如下3個模型。

(1)上薄+下薄：奧陶系風化殼殘余厚度小于40m，本溪組厚度小于15m，代表了繼承性隆起或高地，反映了二級地貌單元巖溶高地的特征，開殼地層為馬五3—馬五8，吳起及以西的地區(qū)符合本條件。

(2)上薄+下厚(相對)：奧陶系風化殼殘余厚度為60～100m，本溪組厚度為40～70m，代表了局部地勢相對高的潛臺，開殼層位為馬五11，殘丘。開殼層位為馬六等三級古地貌單元。

(3)上厚+下薄(相對)：奧陶系風化殼殘余厚度為40～60m，本溪組厚度為30～40m，開殼層位為馬五21—馬五33，代表了局部下切侵蝕較明顯的溝谷。

3 巖溶古地貌特征

3.1 巖溶高地

巖溶高地位于研究區(qū)吳起地區(qū)y581井以西的地區(qū)，即石炭系本溪組厚度小于15m、馬五41凝灰?guī)r底以上風化殼殘余厚度小于40m的地區(qū)，處于古地勢較高處，由西向東傾斜，以物理侵蝕和化學溶蝕為主，地層缺失嚴重，從古地質(zhì)圖上可以看出巖溶高地地層傾角較大，地層被剝蝕，出露的地層由東向西依次變老。風化剝蝕層位主要為中部含氣層組：馬五5—馬五10。該二級古地貌上的殘臺、溝谷等三級地貌難以區(qū)分。巖溶作用主要以垂向為主，其向東到巖溶斜坡處地下水由垂向轉(zhuǎn)為水平徑流狀態(tài)。

3.2 巖溶斜坡

巖溶斜坡位于研究區(qū)吳起y581井區(qū)以東—志丹—甘泉地區(qū)，即石炭系本溪組厚度為15～70m，馬五41凝灰?guī)r底以上風化殼殘余厚度為40～90m的地區(qū)，地勢相對較低緩，是巖溶高地和巖溶盆地之間的古地貌單元，出露層位主要為馬五段上部含氣層組馬五4—馬五1和馬六，地層保存較完整，說明原始地層較平，地層缺失主要由流水侵蝕和化學淋溶造成。古地貌呈開闊帶狀展布，地形無大的落差，因而水動力梯度較小，有利于巖溶作用的進行，主要以垂向淋溶和水平溶蝕為主。可進一步將巖溶斜坡分成如下3個三級古地貌。

(1)潛臺：潛臺區(qū)地形起伏變化，因地形坡降小和潛水位影響，馬五溶蝕削薄作用較弱，地層保存狀況相對完整，厚度較大，大部分區(qū)域表面出露層位以馬五11為主。

(2)殘丘：位于潛臺之上，面積較小，在甘泉東部地區(qū)大面積分布，地勢高于潛臺。

(3)古溝槽：古溝槽的延伸方向主要受古構造控制，北西高、南東低的構造格局決定了古溝槽沿北西—南東延伸，研究區(qū)共發(fā)育8條北西—南東向的古溝槽，切割深度為20～30m，切割層位為馬五12—馬五33。

4 結(jié)束語

(1)研究區(qū)由東向西地層出露由新變老，吳起地區(qū)地層抬升剝蝕程度較嚴重，志丹—甘泉地區(qū)地層保存相對較全，馬五11—馬六地層被溝槽狀地層缺失帶分割呈島鏈狀。

(2)綜合古地質(zhì)圖法、“印模法”和“殘厚法”能有效消除單一因素的局限性，結(jié)合鋁土巖分布數(shù)據(jù)對吳起—志丹—甘泉地區(qū)奧陶系風化殼巖溶古地貌進行恢復，劃分出了2個二級古地貌

單元(巖溶高地、巖溶斜坡)和3個三級古地貌單元(潛臺、殘丘、溝槽)。

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Study on the Palaeogeomorphology Restoration of Ordovician in Wuqi-Ganquan area of Ordos Basin

Wu Haiyan,Cao Hongxia, Yu Jun，Sun Jianbo，Qiao Xiangyang, Qiang Juan,Sang Ting，Luo Tengyue

[ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,xi′an,Shaanxi710075,China]

On the basis of drilling and logging data from the 215 wells in the study area, and by means of sedimentary geology and paleogeography methods, the weathering crust karst paleogeomorphology of Ordovician Majiagou formation in wuqi-zhidan-ganquan area, where is at the eastern side of paleo uplift, has been restored in Ordos Basin. Taken the No.8 coal seam at the top of Benxi formation and the tuff at bottom of Majiagou five 41 formation as the map reference plane, Comprehensive utilization of the ancient geological map method impression method and residual thickness method，combined with the data of bauxite that distributed in Ordovician. At the same time, the models can be divided into “up thin plus lower thin”,“up thin plus lower thick”,“up thick plus lower thin”according to the thickness of strata unconformity, hereby the karst palaeogeomorphology also divided into two 2-level units, i.e. karst heights and karst slopes, and three 3-level units, i.e. Hidden units, monadnock and trench, order.

Ordos Basin; the Ordovician; weathering crust; karst palaeogeomorphology; paleogeomorphological unit

吳海燕(1982年生)，女，碩士，工程師，長期從事儲層沉積學工作。郵箱：616079519@qq.com。

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