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古气候特征


3.3.1.1 第四纪湖泊演化历史
（1）第四纪更新世早期（Sq1沉积期）
经过第三纪沉积作用后，盆地东部形成了比较平缓的古地形 。由于受晚期喜山运动的影响，盆地边缘和西部地区普遍抬升 ， 使盆地东部地区相对下沉，当湖泊侵入本区后，一直保持着较大的湖水面积 ， 并形成了相当宽缓的湖泊沉积相带 。初期，湖泊分布面积较?。粱锪６冉洗?。涩北组K10标准层沉积以后，沉降加剧 ， 半深湖区扩大 。
（2）第四纪更新世中期（Sq2沉积期）
随着湖进的发展，盆地中东部地区出现了第四纪湖泊分布最广，水深最大的湖盆发展鼎盛期，这一时期在湖盆区沉积物的粒度较细，湖相暗色泥岩成为本区最好的气源岩 。
（3）第四纪更新世中晚期（Sq3—Sq4沉积期）
这时期是湖盆相对稳定期 ， 湖盆分布面积与更新世中期相当，湖盆区沉积物的粒度也相对较细，形成的湖相泥岩成为本区较好的气源岩和盖层之一 。
（4）第四系更新世晚期（Sq5—Sq7沉积期）
由于受到第四纪新构造运动的影响，致使盆地逐步抬生 ， 伴随着气候的进一步干旱，水体补给量的减少 ， 湖盆逐渐收缩，水体变浅、变咸，湖泊沉积范围快速变小 。
图3.39 涩中6至台南5井植物花粉含量、碳酸盐含量、δ18C、GR、氯离子含量对比图
图3.40 98242测线的平衡剖面
3.3.1.2 古气候及古盐度特征
图3.41 98270测线的平衡剖面
20世纪80年代以来，随着全球变化研究的兴起 ， 推动了柴达木盆地第四纪古气候古环境变迁的研究 。张彭熹通过对大浪滩ZK336 井602m岩心沉积分析，以盐类矿物组成来反映盆地西部气候冷暖变化，得到近3.00Ma以来的气候波动曲线，该曲线表现为五次由暖变冷的气候旋回 ， 并与D.B.埃里克森的深海沉积物综合气候曲线及洛川黄土气候曲线进行了对比 。沈振枢等采用14C、230Th/234U和古地磁测量等方法对盆地东部三湖地区水6孔岩心进行定年 ， 在此基础上，对该孔孢粉组合进行分析，将其划分为21个气候波动阶段，建立了780ka以来古气候的波动模式；此外 ， 黄麒等分析了该孔沉积物中有机碳含量的变化，讨论了0.73Ma以来古气候波动的形式 。两者的研究表明，孢粉组合和有机碳含量所反映的气候变化均能与深海V28-238孔D18 O曲线和洛川黄土剖面对比；盆地内部古气候变化同样反映了全球性气候变化 。杨藩等早先按介形类化石的生态特征组合把第四系划分为12个带，对盆地若干代表性钻孔进行了化石带对比，建立了盆地东部的生物地层柱，为盆地东部古气候对比奠定了基础 。当碳酸盐含量较高时 ， 表明气候干冷，湖面缩小 ， 沉积物质颗粒变粗，自然伽马数值较低；而碳酸盐含量降低，表明气候变暖湿，沉积物中粘土和有机质增多，对放射性离子的吸附加强 ， 导致自然伽马呈高值，这一结果表明碳酸盐含量变化在内陆干旱区古湖泊研究中，能够反映湖面进退和沉积环境的变化 。
图3.42 98324测线的平衡剖面
本区从Sq1—Sq7沉积期间 ， 气候由温暖变为干冷 ， 存在四次干冷与温湿气候的交替 。分为Sq1，Sq2，Sq3—Sq4，Sq5—Sq7几个大的旋回（图3.39） 。
湖泊在Sq1—Sq7期间趋于咸化 。大致可以分为四个咸化阶段：Sq1为轻微逐渐咸化阶段，Sq2为轻微波动咸化阶段，Sq3—Sq4为剧烈波动咸化阶段，Sq5—Sq7为显著咸化阶段 。
鄂尔多斯盆地延长组代表了一次较大规模的湖盆发生、发展及消亡的整个沉积过程 ， 总体构成一个完整的内陆湖盆二级沉积层序 。富县地区延长组发育6个三级层序 。层序内部体系域的构成及其演化决定了烃源岩的发育与空间展布，并对烃源岩的有机质类型、有机碳含量等特征有着明显的影响 。
（一）层序地层与烃源岩分布
鄂尔多斯盆地延长组烃源岩发育，主要形成于半干热还原-氧化条件和快速稳定下沉的构造、沉积背景 。其成因环境包括淡水-微咸水半深湖-深湖亚相暗色泥岩和油页岩、三角洲平原亚相沼泽微相煤层和含煤暗色泥岩，其纵横向分布受延长期沉积环境和层序地层的形成演化所控制 。
纵向上，各三级层序的湖进体系域总体为湖盆扩张、湖平面升高形成的一套细碎屑岩、暗色泥岩及油页岩沉积，尤以SQ3、SQ2的 TST中（分别相当于长7 和长9 油层组油页岩发育层段）的暗色油页岩最重要，在整个盆地中都是延长组乃至中生界中最好的烃源岩发育层位 。其次 ， SQ2、SQ4、SQ5、SQ6中的 HST（分别相当于长8、长4 5、长3、长2油层组的部分层段）中富含有机质的暗色泥岩、煤层也具有一定的生烃潜力（表 7-1），是次要烃源岩发育层位 。
富县地区各层序中暗色泥岩厚度也较大，各油层组中暗色泥岩（含粉砂质泥岩）厚度占地层厚度的比例均在35%以上（表7-1），暗色泥岩多分布于延长组各层序的 TST、HST中，（油）页岩集中发育于延长组下部层序 SQ3、SQ2、SQ1的 TST中 。在该区大多数钻井中均有不同程度的发育 ， 平均厚度一般为1.5～32 m ， 但是 SQ3 的 TST（长7 油层组）油页岩厚度较大，为18～90 m 。其中 ZF26井、ZF27井中SQ3的 TST中（长7油层组）页岩厚度分别为90 m、69 m 。本区西北部葫90井油页岩厚度大于100 m，为盆地延长组油页岩厚度最大处 。煤层、含煤泥岩主要分布于延长组上部层序SQ 4、SQ 5、SQ 6的HST中，总体厚度较小 ， 平均厚度一般为1.8～5.3 m，部分钻井可达10 m以上 。因此，总体上富县地区延长组各层序均不同程度地发育烃源岩 ， 但主要以SQ3层序的TST最为发育 。
表7-1 富县地区延长组各油层组泥岩（含粉砂质泥岩）、页岩及煤层含量分布
横向上，延长组烃源岩呈北西-南东向倾斜的葫芦状分布于鄂尔多斯盆地中南部湖盆中心区，由湖盆边缘向湖盆中心地带，有效烃源岩厚度从小于 100 m向湖盆中心增加到150 m（图7-1），局部达到200 m以上（图7-2） 。全盆延长组中厚度大于100 m的有效烃源岩面积约5×104 km2，厚度大于60～80 m的有效烃源岩分布面积达3.5×104 km2，厚度大于40～60 m的约占0.6×104 km2 （杨华等，2003） 。其中，长4 5深湖区及其外围浅湖区暗色泥岩厚度60～100 m的分布面积达5.5×104 km2 的较好生油区；长7油层组沉积时期湖泊最为宽阔、水体最深，盆地深湖分布面积达 3×104 km2，加上外围浅湖区 5.5×104 km2 ，总计约有9×104 km2 的理想生油区；长9和长8油层组湖盆总面积达8×104 km2 ， 也具有较厚的烃源岩分布（喻建等，2001） 。
图7-1 鄂尔多斯盆地中南部延长组有效烃源岩厚度分布等值线简图
图7-2 鄂尔多斯盆地中南部暨富县地区延长组生油岩分布特征及分区略图
富县地区近4000 km2的面积，几乎均有较厚的延长组烃源岩分布，延长组烃源岩的厚度从东部牛武向直罗及其以北的湖盆中心厚度加大 ， 厚度从该区东北的小于150 m向西湖盆中心方向增加到150 m以上；且延长组各层序内部烃源岩的厚度分布均有从东北向西增厚的趋势 。可见，富县地区延长组自身既具有良好的烃源岩物质基础，又毗邻整个盆地延长组的生油中心，具有良好的成油条件 。
（二）烃源岩有机地球化学特征及资源潜力
【古气候特征】1.有机质类型
鄂尔多斯盆地延长组烃源岩总体为以腐植-腐泥型为主的混合型干酪根（Ⅱ），由于受沉积环境和层序形成演化的控制，有机质类型在纵横向上的分布又具有明显的规律性 。
垂向上，延长期湖盆发育初期和晚期的SQ1、SQ5 SQ6层序（分别相当于长10、长1-长3油层组）中 ， 烃源岩有机质类型主要为腐植型干酪根（Ⅲ），有机质元素组成具有贫烃、低碳、富氧氮硫的特点，代表以陆生植物为母质的元素组成特征，因环境偏氧化及后期风化作用的影响而具有氧化型腐植母质的特点 。延长期湖盆发育中期形成的 SQ2、SQ3、SQ4层序（相当于长9-长4 5 油层组）中烃源岩有机质类型以偏腐泥型干酪根为主的混合型干酪根，具有富烃、高碳、低氧氮硫的特点，代表以水生植物为母质的元素组成特征，与石油相近（胡文瑞等，2001）；其中，SQ3 的 TST（相当于长 7 油层组）为以腐植-腐泥型干酪根为主的混合型干酪根（Ⅱ1），SQ2的 HST（长8）、SQ4的LST（长6）是以腐泥-腐植型干酪根为主的混合型干酪根（Ⅱ2），SQ2 的 TST（长 9）、SQ4 的 TST HST（长4 5）是以腐植型为主的混合型干酪根（Ⅱ） 。
横向上，延长组有机质类型的分布明显受到沉积相带和层序地层的展布的控制，靠近湖盆中心的半深湖-深湖亚相带主要发育偏腐泥的混合型干酪根（Ⅱ1）；而由湖盆中心向外围的浅湖-三角洲前缘亚相带，偏腐植型干酪根含量略有增加，位于东北大型三角洲前缘的灵武—吴旗—志丹—富县一带半深湖暗色泥岩含介形虫化石，以偏腐泥的混合型干酪根为主 ， 烃转化能力较高；位于西南环县—华池—庆阳一带的浅湖-半深湖黑色油页岩，以偏腐植的混合型干酪根为主（Ⅱ2）；到湖盆边缘的三角洲平原亚相带，含煤沼泽微相带，有机质类型多为腐植型干酪根，大部分为Ⅲ型干酪根 。总体，延长组以混合型干酪根为主 ， 是一种有利于生油、产烃率高的母质（长庆油田石油地质志编写组 ， 1992） 。
富县地区延长组有机类型及其垂向分布与全盆基本相似，也为腐植-腐泥型生油岩特征 ， SQ1、SQ5 SQ6 层序中烃源岩有机质类型主要为腐植型干酪根（Ⅲ） ， SQ2、SQ3、SQ4层序中烃源岩有机质类型以偏腐泥型干酪根为主的混合型干酪根，其中 SQ3 的 TST（相当于长7油层组）为以腐植-腐泥型干酪根为主的混合型干酪根 ， SQ2 的 HST（长 8）、SQ4的 LST（长6）是以腐泥-腐植型干酪根为主的混合型干酪根，SQ2的 TST（长9）、SQ4的 TST HST（长4 5）是以腐植型为主的混合型干酪根（Ⅱ） 。ZF28 井 SQ2 的 HST（长8）暗色泥岩有机质与原油中饱和烃气相色谱对比（图7-3）表明，二者特征相似，均为单峰、前峰型，n C21-/n C22 均大于1，奇偶优势明显 ， 具有内陆湖泊原始有机质来源的显著特点，同源、单源特征明显 。
2.有机质含量
延长组烃源岩有机碳含量均值为1.56%，氯仿沥青含量0.143%，烃含量为773.3×10-6，烃/碳转化率为4.96%（长庆油田石油志，1992） 。受沉积环境和层序地层的控制，延长组烃源岩有机质含量的纵横向分布也具有一定的规律 。
垂向上，延长组烃源岩有机质含量的分布与有机质类型大致相近，具有中好、上下差的垂向分布特点 。延长期湖盆发育初期和晚期的SQ1、SQ5 SQ6层序（分别相当于长10、长1—长3油层组）中，烃源岩有机质具有陆相腐植型生油气的特征，大部分样品有机碳含量小于1%，氯仿沥青“A”含量大于 0.05%，烃含量大于 300×10-6 ， 平均值分别为0.1%、0.1%～0.8%和350×10-6 。延长期湖盆发育中期形成的SQ2、SQ3、SQ4层序（相当于长9—长4 5油层组）中 。烃源岩生油指标已达好—较好的级别，有机碳含量为2%左右，氯仿沥青“A”大于0.1%～0.3%，烃含量大于1000×10-6 （胡文瑞等，2001） 。其中，SQ3的TST（相当于长7油层组）烃源岩有机质含量可与国内外大型含油气盆地相比，有机碳含量达2%～5% ， 局部可达20.8%（表7-2）；氯仿沥青“A”为0.3%～0.5%，烃含量达（1833～3505）×10-6 （胡文瑞等，2001） 。
图7-3 富县地区 ZF28井延长组长8油层组泥岩有机质与原油饱和烃色谱对比图
表7-2 陕北安塞-志靖地区延长组主要油层组泥岩有机质含量
横向上，延长组烃源岩有机质含量分布与有机质类型大致相近，靠近湖盆中心烃源岩有机质有增加的趋势（图7-2） 。陕北安塞-志靖地区烃源岩有机碳含量为1%～20.8%，平均2.8%；氯仿沥青“A”含量为 0.03%～0.75%；烃含量为（118～5754.5）×10-6 （表7-2） 。富县地区延长组 SQ3—SQ4（长 6—长 8 油层组）烃源岩有机碳含量为 0.39%～7.83% ， 平均含量1.87%（表7-3）；有效碳含量平均为0.42%～0.89%；氯仿沥青含量为0.02%～0.80%，平均为0.20%；烃含量为1189×10-6 。
3.有机质成熟度
延长组烃源岩干酪根镜煤反射率（Ro）一般为0.73%～1.06%，普遍达到成熟阶段，局部达到高成熟期（长庆油田石油志，1992） 。由于沉积埋藏和局部构造和热事件的影响 ， 延长组烃源岩有机质丰度的纵横向分布也具有一定的规律 。
表7-3 富县地区延长组暗色泥岩和油迹粉砂岩有机质热解分析结果
垂向上，延长组烃源岩有机质成熟度基本受油层组的层位控制，即层位越老成熟度越高 。延长组上部SQ5和SQ6层序烃源岩有机质处于成熟—低成熟阶段 ， 下部SQ1—SQ4层序烃源岩有机质处于成熟—高成熟阶段（胡文瑞等 ， 2001）；SQ4—SQ6层序（长1—长6油层组）烃源岩有机质Ro平均值为0.66%～0.76%，SQ2的HST和SQ3（长7—长8油层组）烃源岩有机质Ro平均值为0.76%～1.06%，SQ2总下部和SQ1（长9—长10油层组）有机质Ro平均值为1.01%～1.07%（长庆油田石油地质志编写组，1992） 。
横向上 ， 除局部由于构造差异和热事件的影响，烃源岩有机质成熟演化存在差异（马家滩断褶带上盘和边缘个别露头区）外，盆地主体部分延长组有机质主要处于成熟期；有机质成熟度的分布主要受层位的控制，地区性差异较小 。但盆地内不同地区延长组烃源岩有机质进入成熟期生油门限的时间先后存在一些差异 。陇东地区大致在早白垩世晚期（110 Ma，Ro=0.6%）进入生油门限，晚白垩世中期（84 Ma，Ro=0.75%）进入大量生油期，新近纪上新世（6Ma ， Ro=1%）进入高成熟门限；陕北和灵武地区大致在早白垩世中期（118 Ma，Ro=0.6%）进入生油门限，早白垩世末期（100 Ma ， Ro=0.75%）进入大量生油期，古近纪（46 Ma，Ro=1%）进入高成熟门限（长庆油田石油志 ， 1992；胡文瑞等 ， 2001） 。可见，早白垩世盆地侏罗系顶面达到地史上最大埋深（1100～1500 m），此时为延长组主要生排油期；晚白垩世及其之后生烃作用急剧减弱 ， 进入油气保存阶段；中新世以来鄂尔多斯盆地发生的区域性差异隆升导致地层遭受不同程度剥蚀，盆地西部天深1井区地层剥蚀约800～1000 m，东部麒参1井区剥蚀达2000 m，这种差异抬升在加强陕北斜坡区域性西倾的同时 ， 整体差异抬升引起的冷却事件既对延长组有机质的高成熟演化产生重要的延滞作用，也对延长组烃源岩有机质成熟演化的地区性差异有一定的影响 。总体上，主要受早白垩世构造和热事件的影响，延长组烃源岩具有快速生、排烃特征，最大生油速率和排油速率分别为37.5×108 t/Ma和19×108 t/Ma（杨华等，2003） 。
富县地区延长组烃源岩有机质 R o值为 0.66%～1.26%，其中 SQ4—SQ6（长 6—长 1油层组）烃源岩有机质 Ro值为0.66%～1.18% ， SQ3（长7、长8油层组）Ro值为0.76%～1.26%，SQ2、SQ1（长9、长 10 油层组）Ro为 0.95%～1.07% 。SQ4 下部（长 6 油层组）和SQ3（长7、长8油层组）烃源岩有机质最高裂解温度（tmax）多为416～450℃，烃碳转化率为6.36%，产油潜率平均为5.03～10.8 mg/g（表7-3）；富县及其邻区SQ3的TST（长 7 油层组）烃源岩最大古埋深为 1300～2740 m，R o均值为 0.94%，烃/碳比平均为8.95%（表7-4），均反映有机质演化处于成熟期的特征 。
富县地区延长组砂岩中石油与烃源岩（泥岩）有机质族组分以及不同族组分之间碳同位素组成具有明显规律性（表7-5），即δ13 C源岩＞δ13 C石油，δ13 C沥青质＞δ13 C非烃＞δ13 C芳烃＞δ13 C饱和烃，几件样品非烃的δ13 C大于沥青质的情况，可能为其他同位素较重的非烃组分与之混合所致 。总体上 ， 石油-源岩族组分碳同位素组成完全可以对比，延长组石油主要来源于其自身的烃源岩 。
表7-4 富县及其邻区延长组长7油层组暗色泥岩热演化参数特征
表7-5 富县地区延长组石油-源岩族组分碳同位素组成（δ13 CPDB/‰）对比
此外，陕北地区曾经是延长组烃源岩埋深最大的生油中心，Ro值大于1 ， 有机质成熟度高 。但早白垩世之后的大幅度抬升，使油层埋深变浅，一方面导致地层压力低于饱和压力 ， 油层中溶解气逸出，形成了本区含气的特点；另一方面也引起了油层石油一定程度的氧化变质，如延长组发现较多含沥青油层和稠油 ， 富县地区部分钻井砂岩或泥岩中沥青质含量可达19%～36%（如ZF28井274～742 m井段），长6、长4 5油层组中原油普遍含有重质成分 ， 而下部长7、长8油层组中原油具有低密度（0.82 g/cm3）、低黏度的特点 。
4.生油区分布评价及资源潜力
延长组烃源岩主要分布于盆地中南部的湖盆中心地带（图7-1，7-2） 。由于中南部生油岩有机质类型、有机质成熟度差别不大，因此主要根据有效烃源岩厚度、有机质含量等参数把延长组生油区分为4类 。其中，最好的生油区（Ⅰ类）生油岩厚度大于150 m ， 局部达200 m，有机碳含量大于2%，该类生油区基本处于延长组沉积时的半深湖-深湖亚相区，分布面积广；较好生油区（Ⅱ类）有效烃源岩厚度100～150 m ， 有机碳含量为1%～2%，该类生油区主要呈较窄的环带状分布于围绕延长组半深湖-深湖的浅湖亚相区，分布面积较?。唤喜钌颓á罄啵┯行囱液穸刃∮?100 m ， 有机碳含量为 0.5%～1%，该类生油区主要呈较窄的不连续带状分布于Ⅱ类区之外的滨浅湖-三角洲平原亚相区，分布面积局限；非生油区（Ⅳ类）有效烃源岩厚度小于 100 m，有机碳含量小于 0.5%，该类生油区主要为河流泛滥平原亚相、三角洲平原亚相的泥岩沉积 ， 除了在盆地西南边缘彬县—陇县—平凉呈窄条带状分布外，在盆地中北部城川—靖边—清涧—宜川一线以北大面积广泛分布，生烃潜力较小 。
总体上，鄂尔多斯盆地中南部延长组烃源岩具有厚度大（100～200 m）、Ⅰ类和Ⅱ类生油区分布广（大于5×104 km2 ）、有机质类型好（腐植-腐泥型为主的混合干酪根）、有机碳含量高（1%～5%）、成熟度适中（0.7%～1.06%）等特点 ， 生烃潜力巨大，油源丰富 。利用热解法、蒙特卡洛-沥青法、烃类系数法及盆地模拟法计算延长组泥岩的生油量，一般都认为延长组为 2600×108 t，总排烃量达 1250×108 t ， 总资源量（40～60）×108 t（喻建等 ， 2001），最新模拟计算的中生界总资源量达85.88×108 t，其中延长组达72.78×108 t 。
富县地区处于延长组Ⅰ类和Ⅱ类生油区，自身既具有良好的生油条件，又毗邻盆地延长组生油中心，资源潜力巨大 。根据长庆油田资料，富县地区原6区为600 km2，预测石油资源量为4841×104 t；原5区为486 km2，预测资源量为6507×104 t，F30—F32井区有1876×104 t的资源量，石油资源量共计1.3×108 t 。

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