陕甘宁盆天环坳陷北段.doc

天环坳陷北段
奥陶系地层特征研究

内容提要:本文从岩石学特征、电性特征、古生物组合入手，本着面向现场，特征明显，易于掌握，便于工作与操作的原则，在对桌子山区露头剖面、黑山剖面、天深1、鄂7井、布1等7口井奥陶系地层、电测等资料认真分析对比的基础上，建立了天环坳陷北段奥陶系地层划分方案。
主题词：天环北段 奥陶系地层 岩电特征 对比划分

前 言

本文研究的天环坳陷北段西部缘断褶带，东靠伊陕斜坡，北起布里克背斜，南邻中央古隆起，面积20000多km2。
八十年代，先后在该区钻探了天深1、天1、天2、李1、李华1、布1等六口井。其中4口井钻穿奥陶系，2口井钻达下奥陶统桌子山组下部。1996年，我局在布里克构造与李华台构造之间的芒罕吐庙构造上布了该年度唯一的一口区域探井----鄂7井。该主要目的层是下古生界奥陶系。尽管该区先后钻过6口井，前人曾对鄂尔多斯盆地西部地区做过大量划分工作。据古生物化石等资料基本解决了西部大的地层划分问题。但天环坳陷北段下古生界奥陶系各组的划分还存在很大争议，分层依据各异，所划分的各组界线各不同相同。这就给地层对比，各组界线、气层、储层井深位置预测带来很大困难。为了圆满完成鄂7井地质任务，首先要提高预测准确性，必须在钻达主要目的层奥陶系之前拿出我们自己的分层方案。为此，本人系统收集了西安地质调查处于1956年编的《桌子山东麓地质图》、《综合柱状图》、杨希荣等主编的《陕甘宁盆地西部地层简编》、《宁夏区域地质志》以及局研究院等单位有关西部地区的研究成果，仔细复查了天深1井等6口井的岩心。选择沉积稳定、地层出露全、化石保存完整，前人曾仔细、深入研究过的桌子山、黑山露头剖面为标准剖面，从岩性组合类型、电性特征、古生物化石组合入手，把天深1井等6口井资料与桌子山、黑山剖面逐一分析对比，本着以化石确定时代，岩、电特征标志划分段界线，特征明显，易于掌握，适用现场，便于操作的原则，对天环坳陷北段各井奥陶系地层重新进行了划分（见表1、2），图2，制做了岩谱和镜下照片图版。在鄂7井录井过程中，依据这一分层方案成功地预测了奥陶系各组界线，储层位置，寒武系风化壳，收到良好效果，验证了该方案的适用性。不仅为圆满完成鄂7井地质任务起着指导作用，而且减少了循环次数，为缩短建井周期做出了积极贡献，如克里摩里组底部孔洞段、桌二储层段、寒武系风化壳都一次循环到位，准确取上岩心。
一、地质演化简史
本区下古生界，是在中上元古界风化残积地貌的基础上发展起来的一套海相碳酸盐岩沉积，经历了一个完整的海进海退旋回。晚寒武世抬升暴露，从而缺失了奥陶系冶里组、亮甲山组地层，并剥蚀了上寒武统部地层，造成寒武系、奥陶系之间平行不整合接触。早奥陶世三道坎期，该区处于平缓西倾斜坡上倾方向，祁连海由西南方向侵入本区西缘，天池～布里克一线以东未接受三道坎期沉积。桌子山期本区处于稳定沉降阶段，祁连海与华北海连通，沉积了一套较纯的广海相碳酸盐岩地层。早奥陶世未期，鄂尔多斯中部，东部随华北地台海退成陆。而本区则在祁连海槽和西缘同生断层的控制下沦为盆地边缘斜坡和深水海盆地相，形成了一套暗色与浅色搅混，呈花斑状的碳酸盐岩与泥页岩互层沉积及以泥页岩为主夹碳酸盐岩的沉积地层。本区天深1、李华1、鄂7、布1井一线西测广泛沉积了中奥陶地层，向东逐渐缺失。中奥陶世未，隆起为陆，结束了早古生代海相沉积的历史，整个奥陶系地层呈西厚东薄，顶部层位西新东老（见图3、4）。
二、天环坳陷北段奥陶系地层对比与划分
本文讨论的奥陶系地层在鄂尔多斯盆地中部和东部只有下奥陶统，在盆地南缘上、中、下奥陶统沉积都有，中部、东部及南部岩性特征古生物组合一致，岩性横向变化莫测不大，沉积旋回明显，地层便于对比。在盆地西缘虽有中奥陶统、下奥陶统，但自西向东残缺不全。其岩性特征、古地貌组合与东部有很大差异，并有一套独立的地层系统和名称，自上而下，依次为中奥陶统蛇山组、公乌素组、拉什仲组、乌拉里克组；下奥陶统克里摩里组、桌子山、三道坎组、亮甲山组、冶里组（见表1、表2）。由表可见，本区缺失中奥陶统蛇山组、公乌素和下奥陶统亮甲山组、冶里组，故本文仅就上奥陶统拉什仲组、乌拉力克组和下奥陶统克里摩里组、桌子山组、三道坎组古生物组合、岩性、电性特征等自上而下依次叙述如下：
中奥陶统拉什仲组，厚0～311m (残余)。
主要岩性：上部为灰色、灰绿色及黑色泥（页）岩与砂质泥灰岩互层；下部为薄层状灰色夹灰绿色灰质砂岩。砂岩上细下粗，底部为砾岩，含有大量笔石、三叶虫和腕足类化石。
本组内浮游动物Pseudocclima cograptitus seharrnbergi(夏氏假栅笔石)，Nemagvaptus graeilhs (纤维丝笔石)等笔石与底栖动物Bimanites sp(缅甸虫未定种)，Asapphiidae (栉虫科)等三叶虫和Soweroyalla sp（小苏维伯未定种）等腕足类共生，而且陆源物质比较丰富，其沉积环境应属近岸浅海相沉积。
截止目前，坳陷北段已完钻的七口井中未见该组岩石组合，仅在桌子山，杭盖井一带发育较全。
中奥陶统乌拉力克组，厚11.0～141.0m。
主要岩性：上部为灰色、褐灰色泥晶灰岩夹黑色、深灰色泥（页）岩；中部为黑色泥（页）岩夹薄层状深灰色 泥晶灰岩；下部为灰黑色含灰含云泥岩夹深灰、褐灰色藻球粒灰岩、灰云岩；底部为厚层状泥岩与下伏克里摩里组顶部之花斑状（黑与灰色）泥晶藻灰岩呈整合接触。本组纵向上由上而下，横向上自西南向东云化、硅化增强，天深1井、鄂7井等井均见硅质结核或条带（见照片1、2）。本区乌拉力克组残存厚度差异较大，天池地区厚达126.5m，布里克地区厚46.5m，芒罕吐庙地区仅11.0m厚（见图4）。
电性特征：对应灰岩段，自然伽玛显低值<25API，对应泥质岩段，自然伽玛值高达240API，自上而下呈台阶式逐渐升高，以其最高伽玛段底作为乌拉力克组底界。
古生物组合：本组生物丰富，坳陷北段各井薄片中普遍可见介形虫、三叶虫骨屑以及葛万藻、绿藻等（见照片2、3、4）。牙形剌为Pygodus serrus（锯齿臀板剌），periodon acuieatus（剌围剌）组合。桌子山剖面含丰富的Gyotograptus teretiius culus war englyptius(lapwoeth)(圆滑雕笔石雕变种),Glossogeaptus sp（舌笔石未定种），Pidymogeaptus sp（对笔石未定种），Ampterxograptus sp（围笔石未定种）等笔石，且保存完整，说明沉积环境属风浪不大的较深海～浅海的海湾相沉积。
下奥陶统克里摩里组，厚0～122.0m，在桌子山一带地面出露217.0m。
主要岩性：本组上部为花斑状（黑色与深灰色、深灰与灰色）泥晶灰岩、藻屑灰岩，厚度30m左右（除布1井变薄近20m外），区域上分布稳定。中部为黑色泥（页）岩与花斑状泥灰岩、灰岩、云灰岩互层段，下部泥岩减少，灰岩增多；云化过渡为云岩，多为细晶结构，孔洞发育（见照片10、11、15、16、17、18）。该组在本区分布稳定，岩性组合特征基本一致，厚度略有变化，天深1井厚110.0m，李华1井厚122.0m，鄂7井厚103.5m，布1井厚89.5m。西部任家庄井下剖面为灰褐色泥灰岩夹灰黑色泥岩，厚85.0m。杭盖井剖面为灰黑色、深灰色绿色灰质泥岩、泥灰岩夹页岩及薄层状泥晶灰岩，厚140.0m,本组岩心直观特征为花斑状，岩屑颜色多呈半浅半暗。特征明显，较易识别。
电性特征：上部具“两低一高”特点，即自然伽玛低，约25API左右；时差低155～160微秒/米，视电阻率高，300～800欧姆/米，井径规则。中下部自然伽玛、声速、双侧向视电阻率各曲线幅度变化大，高值、低值相间出现。其中，自然伽玛曲线幅度自本组中上部向下逐渐降低，整体形态呈倒三角形，并以其顶点作为该组的底界。
古生物组合：本组在桌子山组—带地面剖面中含有大量完整的三叶虫，如Symphysurus sp（矍氏虫未定种），Ptychopyge sp（褶尾虫未定种），和笔石Pcerograpt us rlrgans（精美矍笔石），Amrplexograpeuscofertus（紧密围笔石）。井下剖面亦见比较完整的三叶虫骨屑（见照片12），棘皮、球松藻、海绵骨针、孔层类藻骨屑针、孔层类藻等骨屑丰富（见照片6、7、8、9、13、14）。牙形剌有Oistodus wenustus (雅致剌未定种)，Acontiodus ermisymmeticus(半对称矢剌)，Panderodus(潘氏牙形石未定种)。本组为台缘斜坡相沉积，在重力作用下，使暗色、浅色沉积物相混、揉合形成花斑状灰岩，与上覆乌力克组暗色成层出现的灰岩截然不同。
下奥陶统桌子山组，厚236～378m，在桌子山区和岗德尔山区出露厚度过240～596m,灵武黑山剖面厚112m（因断层未见顶底）。
主要岩性：本组地层由一套厚层～块状浅色碳酸盐岩组成，岩性较纯。无论是桌子山区等露头剖面，还是坳陷北段钻井剖面，桌子山剖面都表现为三段式。本文将其自上而下依命名为桌一段、桌二段、桌三段，现分述如下：
桌一段：主要岩性为厚层～块状褐灰色、灰色、深灰色泥、粉晶灰岩夹灰色灰云岩，泥质含量普遍较低<10%。局部具藻砂屑、藻粉屑结构，含少量三叶虫、葛万藻、辫鳃等生物骨屑。岩心表面多见因重结晶作用形成的粗粉晶方解石斑块状及云化作用形成的粗粉晶～细晶白云石斑块，并显似角砾状构造，自形～半自形白云石表面污浊、具晕圈（见照片21）。本段云化程度不一，一般西部云化浅，东部云化深。如桌子山、天池、李家场、芒罕吐庙等地云化较浅，李华台、布里克等地云化深，布1井本段为云岩为主的岩性段。
桌二段：桌子山区、黑山剖面分别为厚层状浅灰色灰岩和灰、灰褐色含云灰岩。天环坳陷北段除布里克里地区为灰岩为主的岩性段外，从芒罕吐庙至天池等地皆为灰色、褐灰色云岩为主夹云（化）灰岩的岩性段，泥质含量比桌子山—段低5%左右。云化作用强烈，多为粗粉～细晶结构，自形～半自形晶；表面污浊或有污心，晶间孔、晶间溶孔发育，李华1井面孔率达35%，孔洞中可见自形白云石、方解石及石英。该段是本组重要的储层段（见照片19、20、21、22、23、24）。
桌三段：本段在桌子山露头剖面为浅灰、深灰色厚层灰岩、云质灰质。布里克、天池及李华台等地钻井剖面为深灰、灰色粉晶云（化）岩、粉晶云岩夹薄层藻屑泥晶灰岩。李家场、芒罕吐庙两地钻井剖面为块状褐灰、浅灰色泥晶～细粉晶灰岩夹薄层灰褐色云（化）灰岩及深灰色藻团粒泥晶灰岩。本段泥质含量比桌二段稍高，常呈纹层状分布，方解石重结晶作用显著，岩心可见粗方解石斑块，一般2×3cm，长条或椭圆状，形似角砾状构造。云化作用虽比桌二段弱，但比桌一段强，不仅布1井三段是以云岩为主的岩性段，天深1、李华1两井三段也是以云岩为主的岩性段（见照片25）。
综上所述，桌子山组云化程度不一，横向上由西向东去云化渐深，纵向上自上而下变深，如天池、李华台两地；有上、下云化弱，中部云化强烈型，如李家场、芒罕吐庙；也有上、下云化强烈，中部去化弱型，如布里克地区。晶粒结构受云化程度控制，云化愈深，晶粒粗，否则反之。厚度展布特点为南部，北部厚度大，中部厚度小。例如南部的天深1井厚308.0m，北部布1井厚299.0m ,中部李华1井、鄂7井厚度分别为236.0m、261.5m。表明坳陷北段在整体稳定沉降中，京有局部沉降速度快慢之差异。
电性特征：对应三个岩性段，电性上亦明显三段型。对应桌一、桌三灰岩段，双侧向视电阻率显特高值，达数千欧姆/米；自然伽玛曲线幅度比桌二段自然伽玛曲线幅度高1～2倍。对应桌二云岩段，双侧向视电阻率100～600欧姆/米，比桌一、桌三段低5～10倍；自然伽玛曲线平直。与上覆层克里摩里组电性特征比较，桌子山组呈“三低一高”，即低伽玛、低时差、低扩径（等于或稍大于钻头直径）、高电阻。
古生物组合：桌子山剖面有头足类Amenoceras sp(阿门角石未定种)Polydesmia sp（多泡角石未定种），腹足类Fuomphalus sp（全脐螺未定种）。坳陷北段钻井剖面中，只在薄片中见少量三叶虫、辫鳃类、腕足类、介形虫、葛万藻等生物骨屑（见照片22）。牙形剌有Fuanogmnathus thnoxishancsis Amorphognathus cariadikis Parostodus originalis Rhippidognathus maggolensis。
下奥陶统三道坎组：
天环坳陷南自天深1，北至布1等五口钻达寒武系的井中未见到该组地层，桌子山组地层直接不整合于上塞武统之上。横山堡井下剖面厚度只有3m，岩性为灰白色石英砂岩，粗～细粒，致密坚硬。桌子山区露头剖面厚50～196m，上部为灰色、灰白色石英砂岩与深灰色厚层状灰岩、云质灰岩互层；中部为灰色石英砂岩与生物骨灰岩互层；下部灰白、灰黄色、浅紫红、浅灰色灰质石英砂岩与砂质灰岩互层。与下伏地层上寒武统呈假整合接触。
古生物组合：有Polydesmca sp（多泡角石未定种），Wutinoceras Lui chang（卢氏五顶角石）等头足类。牙形剌有Scolopodus flexilis(弯曲尖牙形石)，Ehlnipidognathus Laiwnenensis。
上寒武统
坳陷北段残存厚度南北差异较大，布1为46.0m，鄂7、李1分别为86.0m、96.0m，天深1井厚达140.0m，由北向南增厚。
主要岩性：由灰褐、浅灰（微显绿色）色泥晶～粗粉晶云岩、含灰云岩与深灰、灰黑色含泥云岩、泥质云岩、云质泥岩薄互层组成。顶部和底部分别夹角砾状云岩、鲕状云岩。微细层发育，具角砾构造或似竹叶状构造。其组合特征可简称为“薄层状含泥云岩段”。桌子山、千里山北部露头剖面，缺失凤山组、长山组、崮山组为浅灰、深灰色云质灰岩，泥质条带灰岩夹页岩，厚43.0～110.0m。本统与上覆三道坎组或桌子山组比较，无论是岩石类型，还是结构、构造特征都截然不同，易于区别（见照片26、27、28）。
电性特征：与上覆层桌子山组比较，本统双侧向视电阻率降低数千欧姆/米，自然伽玛值升高25～100API，曲线幅度呈阶梯式抬升。
三、鄂尔多斯盆地西部、东部及南部奥陶系地层对应关系
经多年勘探实践，许多石油地质专家的深入研究，对鄂尔多斯盆地西部、东部和南部奥陶系地层对应关系有了较明确的结论，现整理、归纳列表如下（见表3、表4）。
四、录井过程中应注意的事项
1、天环坳陷北段不仅处于鄂尔多斯盆地西部边缘东侧，而且是处于中国东部和西部属性不同的两大构造域的交界部位。然而，由于勘探程度和资料限制，两大构造域的具体分界有待于进一步工作确定。现有资料表明布1、鄂7、李华1、李1井一线经西属西部构造域，今后若在该线以东布井钻探，应加强随钻分析，以便及时确定所钻井剖面属盆地东部型还是西部型，适时调整有关录井项目。
2、由于西部中奥陶统含泥或泥质碳酸盐岩、灰质泥岩抗淡水淋滤作用强，不仅本身难以形成发育的孔洞，而且常常成为隔水层，阻止淋滤作用进行，严重影响了奥陶系侵蚀面之下古岩溶的发育，好在中奥陶统地层自西向东减薄，乃致消失，在中奥陶统尖灭以东，很可能会出现中部大气田式风化壳岩溶带，故在录井过程中，一是思想上不可麻痹，二是见快立即循环准风化壳面。
3、由于白云岩化作用的差异性，使坳陷北段七口井桌子山组呈三种不同的剖面类型。剖面类型不同，储层发育段位置不同。因此，熟悉邻井资料，掌握储层发育段在纵向上、横向上的分布规律，对指导卡取桌子组孔洞段有重要意义。
4、预测上寒武统顶界井深时，应采取正对比、反对比，参照残存厚度相结合的办法综合进行预测。所谓正对比，即根据桌子山组三段式组合规律自上而下对比。反对比，即把各井上寒武统高伽玛泥质段对齐，结合其残存厚度平面展布规律，自上而下进行对比，推算其顶界井深位置。
五、结束语
由于时间仓促，水平所限，文中错误之处在所难免，恳求各位专家及同仁批评指正。