Distribution and Tectonic Background of Various Energy Resources in Ordos Basin
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摘要: 借助“成矿系统”的思维, 探讨鄂尔多斯盆地成矿(藏)系统形成机制及其构造背景.盆地于中生代处于大地构造体制转折的重要阶段, 盆地边缘的造山活动显著, 盆内亦分别于晚三叠世、晚侏罗世与晚白垩世左右发生过3次构造热事件.区域构造体制转换事件导致了多种成藏(矿)作用的发生.盆地内部的构造热事件引发了有机流体的活动, 周缘造山作用产生了向盆内流动的无机含铀热液.有机和无机流体的活动过程中存在相互作用, 有机流体的存在形成氧化-还原障, 导致无机流体关键物理化学参数的转变, 在氧化-还原界面处成矿.突变成矿和界面成矿是多种能源矿产成矿过程的主要机制.Abstract: The formation process of the various energy resources coexisting system and its regional tectonic background in Ordos basin are analyzed by introducing the "metallogenic system" theory in this paper. The Mesozoic is the important transition period of the regional tectonic regime, during which the orogeny is outstanding around the basin and three rectothermal events took place in the basin. The transition of the tectonic regime induces the occurrence of various accumulating processes of the inorganic and organic fluids, for example, the organic fluid in the basin is activated by the recto-thermal events and the inorganic fluid flowing towards the basin is produced due to the orogeny. The reciprocity between the inorganic and organic fluids happens during their transporting. The existence of the organic fluid produces the redox barrier, which causes the mutation of the physicochemical parameters of the inorganic fluid and the precipitation of the uranium element at the interface. The mutation and interface effects are obvious in the formation of the various energy resources.
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Key words:
- Ordos basin /
- various energy resources /
- orogeny /
- interface mineralization
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0. 引言
鄂尔多斯盆地是中国重要的多种能源矿产共存盆地之一, 盆内的有机矿产包括煤、油气、煤层气等, 无机矿产以铀矿为主.查明盆地内多种能源矿产时空分布规律及其受控因素, 对建立盆地多种能源矿产共存系统的协同勘探模式和指导油气勘探有着重要意义.
共存系统是指特定地质环境下无机和有机成矿过程相互作用而导致无机、有机等多种能源矿产共生与共存的一个自然系统(图 1).因此, 需要引入系统论的思想来分析.
图 1 多种能源矿产共存系统演化框架(据翟裕生等, 1999改编)Fig. 1. Evolution of coexisting system of various energy resources“成矿系统”理论是矿床学研究的一个重要课题.成矿系统是指在一定的时空域中, 控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用动力过程, 以及所形成的矿床系列、异常系列构成的整体, 是一个具有成矿功能的自然系统(翟裕生等, 1999).成矿系统是在矿床成因研究的基础上, 着重从成矿时间、空间、物质、运动的有机结合上, 探讨区域尺度的成矿规律.其研究意义是深入认识成矿动力学机制, 指导矿产勘查.“成矿系统”理论是矿床学向系统化、全球化发展的一种趋势, 因此可以作为分析鄂尔多斯盆地多种能源矿产共存系统时空结构的基本理论.借助“成矿系统”的思维, 本文主要探讨区域构造演化对盆地成矿(藏)作用的控制作用.
1. 大地构造演化与盖层变形
鄂尔多斯盆地四周均与造山带交界(图 2), 北面为兴蒙造山带, 南面是秦岭造山带, 西边界为贺兰山—六盘山, 东边界为吕梁山.现今盆地可分为伊盟隆起、晋西挠褶带、陕北斜坡、渭北隆起、天环坳陷、西缘冲断带等6个构造单元(图 3).陕北斜坡是盆地的主体, 也是多种能源矿产赋存的主要单元.受周边活动带长期活动的影响, 陕北斜坡内部变形微弱, 地层倾角较缓; 盆内仅局部发育小型逆冲断层、短轴背斜、垂直节理等大量中、小型构造形迹.陕北斜坡边缘构造复杂, 如北缘伊盟隆起地层倾角较大, 西缘冲断带变形则更为强烈.
Ⅰ1.贺兰山-六盘山构造带; Ⅰ2.北祁连造山带; Ⅰ3.中祁连造山带; Ⅰ4.南祁连构造带; Ⅱ1.北秦岭造山带; Ⅱ2.南秦岭造山带; Ⅲ.吕梁山; Ⅳ1.狼山; Ⅳ2.大青山; F1.得力记剪切带; F2.马鞘山-靖远断裂; F3.北祁连断裂; F4.北祁连-北秦岭缝合带; F5.宝鸡-洛阳栾川断裂; YR.黄河; 1.走滑断裂; 2.山前正断层; 3.逆冲断层; 4.缝合带; 5.地质界线; 6.鄂尔多斯盆地边界(盆地边界据重力梯度带划定); ①.银川地堑; ②.渭河地堑; ③.山西地堑; ④.河套盆地Fig. 2. Tectonic map of Ordos basin
图 3 鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布图(据魏永佩和欧阳自远, 2004; 长庆油田公司勘探开发研究院, 2001编制)1.侏罗纪石油; 2.延长组石油; 3.天然气; 4.铀; 5.延长组生油坳陷; 6. 延长组展布区Fig. 3. Distribution map of various energy resources in Ordos basin盆地周缘造山带经历了多期演化, 并导致了盆地内部古地理格局的数次转型.早古生代, 鄂尔多斯台地受南北两侧的秦岭和兴蒙两大海盆活动的制约; 至晚古生代, 鄂尔多斯地块主要受到南、北侧扬子板块、西伯利亚板块的强烈挤压, 而使块体内部古地理格局呈现南北高、中间低的特征.至中生代, 盆地西缘三角形态的阿拉善地块受南北向挤压向东滑移, 对盆地西缘造成向东的挤压(Liu, 1998), 与此同时, 东边界由于古太平洋俯冲作用而受到向西的挤压, 在这种东西向挤压力的作用下, 盆地前期南北分带的古地理格局逐步转变为东西分带的格局.中生代早期盆地主要受特提斯构造域的影响, 至中晚期太平洋构造域的影响逐渐加强, 受到中国东部岩石圈减薄的影响.此时, 鄂尔多斯盆地周缘造山作用与盆地构造热时间较为活跃, 盆地分别于晚三叠世、晚侏罗世与晚白垩世左右发生过3次构造热事件(孙少华等, 1997), 其中中生代中晚期的构造热事件较为强烈(任战利, 1995); 中生代晚期, 伴随着强烈的造山活动, 岩浆侵入也较为活跃, 如在东缘存在125 Ma左右侵入的紫金山碱性岩体, 而在西缘亦可在煤层附近观测到燕山期中酸性岩枝(汤达祯等, 1992).喜马拉雅期, 由于印度-亚洲板块的碰撞和太平洋板块向欧亚板块俯冲的远程效应, 鄂尔多斯盆地的南北缘均受到左行剪切, 而发育多个断陷盆地(图 2).
2. 石油
鄂尔多斯盆地含油层系为侏罗系和三叠系延长组(表 1), 分别属古地貌河流砂岩油藏和河控湖泊型三角洲油藏.其生油岩系为三叠系延长组, 为一套河湖相沉积, 其中, 长7湖盆范围大, 水体深, 发育半深湖—深湖相沉积, 岩性以深灰、灰黑色泥页岩、油页岩为主, 富含有机质, 为主要生油层段.盆地中生代有2次成藏作用, 一次在早白垩世末期(约122 Ma), 一次在晚白垩世末期至早第三纪初期(约78 Ma).盆地油气运移成藏与构造抬升事件有关.在晚侏罗世和晚白垩世末期盆地分别发生过2次构造抬升剥蚀事件, 其中晚白垩世末期的剥蚀地层厚度达1 520 m①.
表 1 鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布Table Supplementary Table Distribution of various energy resources in Ordos basin
① 邸领军等, 2003.鄂尔多斯盆地喜山期构造运动与油气成藏研究(报告).
② 王新明, 陈孟晋, 李填顺, 等, 2003.鄂尔多斯盆地中生代盆地演化与预探区带优选.
③ 国土资源部地质勘察司, 2003.鄂尔多斯盆地铀矿资源及勘探开发潜力研究.
④ 国土资源部地质勘察司, 2003.鄂尔多斯盆地煤层气资源及勘探开发潜力研究.
3. 天然气
盆地天然气资源除直罗油田三叠系油顶气藏以外, 绝大部分天然气藏都分布于上、下古生界.盆地内部的弱构造变形特征使盆内气藏主要分布于岩性圈闭之内.
上古生界低孔、低渗致密储层背景上发育的浅水三角洲分流河道、河口砂坝、边滩等高孔、高渗储集砂体控制了盆地气藏的产出.鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩从早、中侏罗世开始排除天然气, 至晚侏罗世-早白垩世达到生烃高峰; 根据李剑等(2005)对榆林气田烃源岩的埋藏史及各时期的温度分析认为, 晚三叠世末烃源岩开始生、排烃, 侏罗纪末基本达到生气高峰, 早白垩世的迅速沉降使温度迅速增高, 继续大量生、排气.包裹体均一温度显示90~ 170℃均有烃类流体活动, 说明天然气成藏是多期过程, 相对来说主要有4个温度段: 第1个温度段是90~110 ℃, 对应于晚三叠世末至早侏罗世; 第2个温度段是120~130℃, 对应于中侏罗世; 第3个温度段是140~150℃, 对应于晚侏罗世; 第4个温度段是170℃, 对应于早白垩世末.下古生界气藏多分布于奥陶系风化壳附近, 严格受风化壳古地貌和岩溶储层控制, 其气源岩为奥陶系海相沉积的藻白云岩、暗色石灰岩、黑色泥岩和煤层; 气源岩于早三叠世末期进入成熟阶段, 在中侏罗世开始充注(王龙樟等, 2005), 至早白垩世达到生气高峰.
而盆地边缘构造变形强烈的油气藏多受构造控制.如西缘冲断带的逆冲推覆构造体下盘与断裂坡折带多为油气藏赋存的场所.
4. 煤
盆地煤主要有石炭-二叠纪煤和侏罗纪煤, 分布于本溪组、太原组、山西组和延安组(表 2), 经受了不同的煤变质作用, 导致煤级和煤生烃作用的差异.
Table Supplementary Table Relationship of the formation of Jurassic coal and the transition of tectonic regime in Ordos basin
煤分布于构造转换的时空界面上.以侏罗纪煤为例, 成煤前后, 区域应力场由NS挤压向EW向挤压转换.盆地古地理格局也因此发生由南北高中间低向东高西低的转化, 沉积中心由东部乌审旗向西部环县迁移(张泓等, 1995), 地层由西向东减薄(表 2).由表 2可见, 煤层产层序的转换面上, 成煤有利的充填序列表现为上下粗、中间细的粒序特征. 具体而言, 体系域的转换面成煤较好, 小层序组间的转换面次之, 小层序组内转换面成煤最差(王双明, 1996).聚煤区常常受控于构造转折部位, 延安组煤层的总体平面形态呈带状分布, 处于盆缘上升区和盆心沉降区的转折部位.
5. 铀矿
鄂尔多斯盆地含铀地层包括石千峰组、刘家沟组、和尚沟组、直罗组、华池组、环河组、罗汉洞组和泾川组等.铀矿可分为同生型和砂岩型2类, 以砂岩型为主.同生型铀矿是指铀元素被有机质吸附而在特定层位富集, 铀源有2种, 变质岩和岩浆岩.砂岩型铀矿为含铀中低温热液活动所致(肖新建等, 2004), 造山带含有中低温热液在重力作用下, 沿透水层向盆地内部输运.而盆地内部地层孔隙中的油气在水平挤压及上覆地层压力作用下而向盆地边缘输运, 盖层岩系中发育的大量节理和断裂系是油气由下而上、由内而外输运的通道.油气渗出和氧化含铀水渗入的交汇部位(盆-山过渡带)是铀成矿有利场所.还原性有机溶体使氧化性无机流体的化学物理性质发生突变, 而使铀沉淀富集, 同时还原性油气对铀矿后期保存也有重要作用(孙晔等, 2004).测得东胜地区铀成矿年龄为: (149 ± 16) Ma, (120 ± 11) Ma, (85± 2)Ma, (20± 2)Ma, (8± 1)Ma.由铀成矿年龄可以看出, 本区铀成矿具有3个成矿期, 这3期成矿的时间为: 第一期为晚侏罗世至早白垩世, 第二期为晚白垩世, 第三期为第三纪的中新世和晚新世(夏毓亮等, 2003).
6. 结论
借助“成矿系统”的思维, 本文主要探讨区域构造演化对盆地成矿(藏)作用的控制作用.盆地中生代处于大地构造体制转折的重要时期, 盆地边缘的造山活动显著, 盆内亦分别于晚三叠世、晚侏罗世与晚白垩世左右发生过3次构造热事件.区域构造体制转换事件与多种成藏(矿)作用的发生的时间接近, 对它们存在重要的控制作用(图 4).盆地内部的构造热事件引发了有机流体的活动, 周缘造山作用产生了向盆内流动的无机含铀热液; 有机和无机矿产的形成过程相互作用, 体现在由于有机流体的存在而形成氧化-还原障, 导致无机流体关键物理化学参数的转变, 在氧化-还原界面处成矿.
图 4 鄂尔多斯盆地中生代构造热事件与多种能源矿产形成Fig. 4. Time of the tecto-thermal events and the formation of various energy resources in Ordos basin共存系统存在的必要条件是成矿(藏)作用的发生具备各自成矿要素, 且无机成矿和有机成藏2种性质完全不同的地质过程之间存在着耦合作用.突变成矿和界面成矿是多种能源矿产的形成的重要机制(翟裕生等, 1999, 2002).突变成矿(转变成矿)指各种控制因素和成矿参量的突变; 界面成矿(边缘成矿、临界成矿)指岩体边缘、地层界面、岩相界面、地下水界面、氧化还原界面及其他各种临界面是成矿(藏)作用发生的重要场所.
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图 1 多种能源矿产共存系统演化框架(据翟裕生等, 1999改编)
Fig. 1. Evolution of coexisting system of various energy resources
图 2 鄂尔多斯盆地大地构造图(据Liu, 1998; Brian and Bradley, 2002修编)
Ⅰ1.贺兰山-六盘山构造带; Ⅰ2.北祁连造山带; Ⅰ3.中祁连造山带; Ⅰ4.南祁连构造带; Ⅱ1.北秦岭造山带; Ⅱ2.南秦岭造山带; Ⅲ.吕梁山; Ⅳ1.狼山; Ⅳ2.大青山; F1.得力记剪切带; F2.马鞘山-靖远断裂; F3.北祁连断裂; F4.北祁连-北秦岭缝合带; F5.宝鸡-洛阳栾川断裂; YR.黄河; 1.走滑断裂; 2.山前正断层; 3.逆冲断层; 4.缝合带; 5.地质界线; 6.鄂尔多斯盆地边界(盆地边界据重力梯度带划定); ①.银川地堑; ②.渭河地堑; ③.山西地堑; ④.河套盆地
Fig. 2. Tectonic map of Ordos basin
图 3 鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布图(据魏永佩和欧阳自远, 2004; 长庆油田公司勘探开发研究院, 2001编制)
1.侏罗纪石油; 2.延长组石油; 3.天然气; 4.铀; 5.延长组生油坳陷; 6. 延长组展布区
Fig. 3. Distribution map of various energy resources in Ordos basin
图 4 鄂尔多斯盆地中生代构造热事件与多种能源矿产形成
Fig. 4. Time of the tecto-thermal events and the formation of various energy resources in Ordos basin
表 1 鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布
Table 1. Distribution of various energy resources in Ordos basin
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