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古氣候特征


3.3.1.1 第四紀湖泊演化歷史
（1）第四紀更新世早期（Sq1沉積期）
經過第三紀沉積作用后，盆地東部形成了比較平緩的古地形 。由于受晚期喜山運動的影響，盆地邊緣和西部地區普遍抬升 ， 使盆地東部地區相對下沉，當湖泊侵入本區后，一直保持著較大的湖水面積 ， 并形成了相當寬緩的湖泊沉積相帶 。初期，湖泊分布面積較?。粱锪６冉洗?。澀北組K10標準層沉積以后，沉降加劇 ， 半深湖區擴大 。
（2）第四紀更新世中期（Sq2沉積期）
隨著湖進的發展，盆地中東部地區出現了第四紀湖泊分布最廣，水深最大的湖盆發展鼎盛期，這一時期在湖盆區沉積物的粒度較細，湖相暗色泥巖成為本區最好的氣源巖 。
（3）第四紀更新世中晚期（Sq3—Sq4沉積期）
這時期是湖盆相對穩定期 ， 湖盆分布面積與更新世中期相當，湖盆區沉積物的粒度也相對較細，形成的湖相泥巖成為本區較好的氣源巖和蓋層之一 。
（4）第四系更新世晚期（Sq5—Sq7沉積期）
由于受到第四紀新構造運動的影響，致使盆地逐步抬生 ， 伴隨著氣候的進一步干旱，水體補給量的減少 ， 湖盆逐漸收縮，水體變淺、變咸，湖泊沉積范圍快速變小 。
圖3.39 澀中6至臺南5井植物花粉含量、碳酸鹽含量、δ18C、GR、氯離子含量對比圖
圖3.40 98242測線的平衡剖面
3.3.1.2 古氣候及古鹽度特征
圖3.41 98270測線的平衡剖面
20世紀80年代以來，隨著全球變化研究的興起 ， 推動了柴達木盆地第四紀古氣候古環境變遷的研究 。張彭熹通過對大浪灘ZK336 井602m巖心沉積分析，以鹽類礦物組成來反映盆地西部氣候冷暖變化，得到近3.00Ma以來的氣候波動曲線，該曲線表現為五次由暖變冷的氣候旋回 ， 并與D.B.埃里克森的深海沉積物綜合氣候曲線及洛川黃土氣候曲線進行了對比 。沈振樞等采用14C、230Th/234U和古地磁測量等方法對盆地東部三湖地區水6孔巖心進行定年 ， 在此基礎上，對該孔孢粉組合進行分析，將其劃分為21個氣候波動階段，建立了780ka以來古氣候的波動模式；此外 ， 黃麒等分析了該孔沉積物中有機碳含量的變化，討論了0.73Ma以來古氣候波動的形式 。兩者的研究表明，孢粉組合和有機碳含量所反映的氣候變化均能與深海V28-238孔D18 O曲線和洛川黃土剖面對比；盆地內部古氣候變化同樣反映了全球性氣候變化 。楊藩等早先按介形類化石的生態特征組合把第四系劃分為12個帶，對盆地若干代表性鉆孔進行了化石帶對比，建立了盆地東部的生物地層柱，為盆地東部古氣候對比奠定了基礎 。當碳酸鹽含量較高時 ， 表明氣候干冷，湖面縮小 ， 沉積物質顆粒變粗，自然伽馬數值較低；而碳酸鹽含量降低，表明氣候變暖濕，沉積物中粘土和有機質增多，對放射性離子的吸附加強 ， 導致自然伽馬呈高值，這一結果表明碳酸鹽含量變化在內陸干旱區古湖泊研究中，能夠反映湖面進退和沉積環境的變化 。
圖3.42 98324測線的平衡剖面
本區從Sq1—Sq7沉積期間 ， 氣候由溫暖變為干冷 ， 存在四次干冷與溫濕氣候的交替 。分為Sq1，Sq2，Sq3—Sq4，Sq5—Sq7幾個大的旋回（圖3.39） 。
湖泊在Sq1—Sq7期間趨于咸化 。大致可以分為四個咸化階段：Sq1為輕微逐漸咸化階段，Sq2為輕微波動咸化階段，Sq3—Sq4為劇烈波動咸化階段，Sq5—Sq7為顯著咸化階段 。
鄂爾多斯盆地延長組代表了一次較大規模的湖盆發生、發展及消亡的整個沉積過程 ， 總體構成一個完整的內陸湖盆二級沉積層序 。富縣地區延長組發育6個三級層序 。層序內部體系域的構成及其演化決定了烴源巖的發育與空間展布，并對烴源巖的有機質類型、有機碳含量等特征有著明顯的影響 。
（一）層序地層與烴源巖分布
鄂爾多斯盆地延長組烴源巖發育，主要形成于半干熱還原-氧化條件和快速穩定下沉的構造、沉積背景 。其成因環境包括淡水-微咸水半深湖-深湖亞相暗色泥巖和油頁巖、三角洲平原亞相沼澤微相煤層和含煤暗色泥巖，其縱橫向分布受延長期沉積環境和層序地層的形成演化所控制 。
縱向上，各三級層序的湖進體系域總體為湖盆擴張、湖平面升高形成的一套細碎屑巖、暗色泥巖及油頁巖沉積，尤以SQ3、SQ2的 TST中（分別相當于長7 和長9 油層組油頁巖發育層段）的暗色油頁巖最重要，在整個盆地中都是延長組乃至中生界中最好的烴源巖發育層位 。其次 ， SQ2、SQ4、SQ5、SQ6中的 HST（分別相當于長8、長4 5、長3、長2油層組的部分層段）中富含有機質的暗色泥巖、煤層也具有一定的生烴潛力（表 7-1），是次要烴源巖發育層位 。
富縣地區各層序中暗色泥巖厚度也較大，各油層組中暗色泥巖（含粉砂質泥巖）厚度占地層厚度的比例均在35%以上（表7-1），暗色泥巖多分布于延長組各層序的 TST、HST中，（油）頁巖集中發育于延長組下部層序 SQ3、SQ2、SQ1的 TST中 。在該區大多數鉆井中均有不同程度的發育 ， 平均厚度一般為1.5～32 m ， 但是 SQ3 的 TST（長7 油層組）油頁巖厚度較大，為18～90 m 。其中 ZF26井、ZF27井中SQ3的 TST中（長7油層組）頁巖厚度分別為90 m、69 m 。本區西北部葫90井油頁巖厚度大于100 m，為盆地延長組油頁巖厚度最大處 。煤層、含煤泥巖主要分布于延長組上部層序SQ 4、SQ 5、SQ 6的HST中，總體厚度較小 ， 平均厚度一般為1.8～5.3 m，部分鉆井可達10 m以上 。因此，總體上富縣地區延長組各層序均不同程度地發育烴源巖 ， 但主要以SQ3層序的TST最為發育 。
表7-1 富縣地區延長組各油層組泥巖（含粉砂質泥巖）、頁巖及煤層含量分布
橫向上，延長組烴源巖呈北西-南東向傾斜的葫蘆狀分布于鄂爾多斯盆地中南部湖盆中心區，由湖盆邊緣向湖盆中心地帶，有效烴源巖厚度從小于 100 m向湖盆中心增加到150 m（圖7-1），局部達到200 m以上（圖7-2） 。全盆延長組中厚度大于100 m的有效烴源巖面積約5×104 km2，厚度大于60～80 m的有效烴源巖分布面積達3.5×104 km2，厚度大于40～60 m的約占0.6×104 km2 （楊華等，2003） 。其中，長4 5深湖區及其外圍淺湖區暗色泥巖厚度60～100 m的分布面積達5.5×104 km2 的較好生油區；長7油層組沉積時期湖泊最為寬闊、水體最深，盆地深湖分布面積達 3×104 km2，加上外圍淺湖區 5.5×104 km2 ，總計約有9×104 km2 的理想生油區；長9和長8油層組湖盆總面積達8×104 km2 ， 也具有較厚的烴源巖分布（喻建等，2001） 。
圖7-1 鄂爾多斯盆地中南部延長組有效烴源巖厚度分布等值線簡圖
圖7-2 鄂爾多斯盆地中南部暨富縣地區延長組生油巖分布特征及分區略圖
富縣地區近4000 km2的面積，幾乎均有較厚的延長組烴源巖分布，延長組烴源巖的厚度從東部牛武向直羅及其以北的湖盆中心厚度加大 ， 厚度從該區東北的小于150 m向西湖盆中心方向增加到150 m以上；且延長組各層序內部烴源巖的厚度分布均有從東北向西增厚的趨勢 。可見，富縣地區延長組自身既具有良好的烴源巖物質基礎，又毗鄰整個盆地延長組的生油中心，具有良好的成油條件 。
（二）烴源巖有機地球化學特征及資源潛力
【古氣候特征】1.有機質類型
鄂爾多斯盆地延長組烴源巖總體為以腐植-腐泥型為主的混合型干酪根（Ⅱ），由于受沉積環境和層序形成演化的控制，有機質類型在縱橫向上的分布又具有明顯的規律性 。
垂向上，延長期湖盆發育初期和晚期的SQ1、SQ5 SQ6層序（分別相當于長10、長1-長3油層組）中 ， 烴源巖有機質類型主要為腐植型干酪根（Ⅲ），有機質元素組成具有貧烴、低碳、富氧氮硫的特點，代表以陸生植物為母質的元素組成特征，因環境偏氧化及后期風化作用的影響而具有氧化型腐植母質的特點 。延長期湖盆發育中期形成的 SQ2、SQ3、SQ4層序（相當于長9-長4 5 油層組）中烴源巖有機質類型以偏腐泥型干酪根為主的混合型干酪根，具有富烴、高碳、低氧氮硫的特點，代表以水生植物為母質的元素組成特征，與石油相近（胡文瑞等，2001）；其中，SQ3 的 TST（相當于長 7 油層組）為以腐植-腐泥型干酪根為主的混合型干酪根（Ⅱ1），SQ2的 HST（長8）、SQ4的LST（長6）是以腐泥-腐植型干酪根為主的混合型干酪根（Ⅱ2），SQ2 的 TST（長 9）、SQ4 的 TST HST（長4 5）是以腐植型為主的混合型干酪根（Ⅱ） 。
橫向上，延長組有機質類型的分布明顯受到沉積相帶和層序地層的展布的控制，靠近湖盆中心的半深湖-深湖亞相帶主要發育偏腐泥的混合型干酪根（Ⅱ1）；而由湖盆中心向外圍的淺湖-三角洲前緣亞相帶，偏腐植型干酪根含量略有增加，位于東北大型三角洲前緣的靈武—吳旗—志丹—富縣一帶半深湖暗色泥巖含介形蟲化石，以偏腐泥的混合型干酪根為主 ， 烴轉化能力較高；位于西南環縣—華池—慶陽一帶的淺湖-半深湖黑色油頁巖，以偏腐植的混合型干酪根為主（Ⅱ2）；到湖盆邊緣的三角洲平原亞相帶，含煤沼澤微相帶，有機質類型多為腐植型干酪根，大部分為Ⅲ型干酪根 。總體，延長組以混合型干酪根為主 ， 是一種有利于生油、產烴率高的母質（長慶油田石油地質志編寫組 ， 1992） 。
富縣地區延長組有機類型及其垂向分布與全盆基本相似，也為腐植-腐泥型生油巖特征 ， SQ1、SQ5 SQ6 層序中烴源巖有機質類型主要為腐植型干酪根（Ⅲ） ， SQ2、SQ3、SQ4層序中烴源巖有機質類型以偏腐泥型干酪根為主的混合型干酪根，其中 SQ3 的 TST（相當于長7油層組）為以腐植-腐泥型干酪根為主的混合型干酪根 ， SQ2 的 HST（長 8）、SQ4的 LST（長6）是以腐泥-腐植型干酪根為主的混合型干酪根，SQ2的 TST（長9）、SQ4的 TST HST（長4 5）是以腐植型為主的混合型干酪根（Ⅱ） 。ZF28 井 SQ2 的 HST（長8）暗色泥巖有機質與原油中飽和烴氣相色譜對比（圖7-3）表明，二者特征相似，均為單峰、前峰型，n C21-/n C22 均大于1，奇偶優勢明顯 ， 具有內陸湖泊原始有機質來源的顯著特點，同源、單源特征明顯 。
2.有機質含量
延長組烴源巖有機碳含量均值為1.56%，氯仿瀝青含量0.143%，烴含量為773.3×10-6，烴/碳轉化率為4.96%（長慶油田石油志，1992） 。受沉積環境和層序地層的控制，延長組烴源巖有機質含量的縱橫向分布也具有一定的規律 。
垂向上，延長組烴源巖有機質含量的分布與有機質類型大致相近，具有中好、上下差的垂向分布特點 。延長期湖盆發育初期和晚期的SQ1、SQ5 SQ6層序（分別相當于長10、長1—長3油層組）中，烴源巖有機質具有陸相腐植型生油氣的特征，大部分樣品有機碳含量小于1%，氯仿瀝青“A”含量大于 0.05%，烴含量大于 300×10-6 ， 平均值分別為0.1%、0.1%～0.8%和350×10-6 。延長期湖盆發育中期形成的SQ2、SQ3、SQ4層序（相當于長9—長4 5油層組）中 。烴源巖生油指標已達好—較好的級別，有機碳含量為2%左右，氯仿瀝青“A”大于0.1%～0.3%，烴含量大于1000×10-6 （胡文瑞等，2001） 。其中，SQ3的TST（相當于長7油層組）烴源巖有機質含量可與國內外大型含油氣盆地相比，有機碳含量達2%～5% ， 局部可達20.8%（表7-2）；氯仿瀝青“A”為0.3%～0.5%，烴含量達（1833～3505）×10-6 （胡文瑞等，2001） 。
圖7-3 富縣地區 ZF28井延長組長8油層組泥巖有機質與原油飽和烴色譜對比圖
表7-2 陜北安塞-志靖地區延長組主要油層組泥巖有機質含量
橫向上，延長組烴源巖有機質含量分布與有機質類型大致相近，靠近湖盆中心烴源巖有機質有增加的趨勢（圖7-2） 。陜北安塞-志靖地區烴源巖有機碳含量為1%～20.8%，平均2.8%；氯仿瀝青“A”含量為 0.03%～0.75%；烴含量為（118～5754.5）×10-6 （表7-2） 。富縣地區延長組 SQ3—SQ4（長 6—長 8 油層組）烴源巖有機碳含量為 0.39%～7.83% ， 平均含量1.87%（表7-3）；有效碳含量平均為0.42%～0.89%；氯仿瀝青含量為0.02%～0.80%，平均為0.20%；烴含量為1189×10-6 。
3.有機質成熟度
延長組烴源巖干酪根鏡煤反射率（Ro）一般為0.73%～1.06%，普遍達到成熟階段，局部達到高成熟期（長慶油田石油志，1992） 。由于沉積埋藏和局部構造和熱事件的影響 ， 延長組烴源巖有機質豐度的縱橫向分布也具有一定的規律 。
表7-3 富縣地區延長組暗色泥巖和油跡粉砂巖有機質熱解分析結果
垂向上，延長組烴源巖有機質成熟度基本受油層組的層位控制，即層位越老成熟度越高 。延長組上部SQ5和SQ6層序烴源巖有機質處于成熟—低成熟階段 ， 下部SQ1—SQ4層序烴源巖有機質處于成熟—高成熟階段（胡文瑞等 ， 2001）；SQ4—SQ6層序（長1—長6油層組）烴源巖有機質Ro平均值為0.66%～0.76%，SQ2的HST和SQ3（長7—長8油層組）烴源巖有機質Ro平均值為0.76%～1.06%，SQ2總下部和SQ1（長9—長10油層組）有機質Ro平均值為1.01%～1.07%（長慶油田石油地質志編寫組，1992） 。
橫向上 ， 除局部由于構造差異和熱事件的影響，烴源巖有機質成熟演化存在差異（馬家灘斷褶帶上盤和邊緣個別露頭區）外，盆地主體部分延長組有機質主要處于成熟期；有機質成熟度的分布主要受層位的控制，地區性差異較小 。但盆地內不同地區延長組烴源巖有機質進入成熟期生油門限的時間先后存在一些差異 。隴東地區大致在早白堊世晚期（110 Ma，Ro=0.6%）進入生油門限，晚白堊世中期（84 Ma，Ro=0.75%）進入大量生油期，新近紀上新世（6Ma ， Ro=1%）進入高成熟門限；陜北和靈武地區大致在早白堊世中期（118 Ma，Ro=0.6%）進入生油門限，早白堊世末期（100 Ma ， Ro=0.75%）進入大量生油期，古近紀（46 Ma，Ro=1%）進入高成熟門限（長慶油田石油志 ， 1992；胡文瑞等 ， 2001） 。可見，早白堊世盆地侏羅系頂面達到地史上最大埋深（1100～1500 m），此時為延長組主要生排油期；晚白堊世及其之后生烴作用急劇減弱 ， 進入油氣保存階段；中新世以來鄂爾多斯盆地發生的區域性差異隆升導致地層遭受不同程度剝蝕，盆地西部天深1井區地層剝蝕約800～1000 m，東部麒參1井區剝蝕達2000 m，這種差異抬升在加強陜北斜坡區域性西傾的同時 ， 整體差異抬升引起的冷卻事件既對延長組有機質的高成熟演化產生重要的延滯作用，也對延長組烴源巖有機質成熟演化的地區性差異有一定的影響 。總體上，主要受早白堊世構造和熱事件的影響，延長組烴源巖具有快速生、排烴特征，最大生油速率和排油速率分別為37.5×108 t/Ma和19×108 t/Ma（楊華等，2003） 。
富縣地區延長組烴源巖有機質 R o值為 0.66%～1.26%，其中 SQ4—SQ6（長 6—長 1油層組）烴源巖有機質 Ro值為0.66%～1.18% ， SQ3（長7、長8油層組）Ro值為0.76%～1.26%，SQ2、SQ1（長9、長 10 油層組）Ro為 0.95%～1.07% 。SQ4 下部（長 6 油層組）和SQ3（長7、長8油層組）烴源巖有機質最高裂解溫度（tmax）多為416～450℃，烴碳轉化率為6.36%，產油潛率平均為5.03～10.8 mg/g（表7-3）；富縣及其鄰區SQ3的TST（長 7 油層組）烴源巖最大古埋深為 1300～2740 m，R o均值為 0.94%，烴/碳比平均為8.95%（表7-4），均反映有機質演化處于成熟期的特征 。
富縣地區延長組砂巖中石油與烴源巖（泥巖）有機質族組分以及不同族組分之間碳同位素組成具有明顯規律性（表7-5），即δ13 C源巖＞δ13 C石油，δ13 C瀝青質＞δ13 C非烴＞δ13 C芳烴＞δ13 C飽和烴，幾件樣品非烴的δ13 C大于瀝青質的情況，可能為其他同位素較重的非烴組分與之混合所致 。總體上 ， 石油-源巖族組分碳同位素組成完全可以對比，延長組石油主要來源于其自身的烴源巖 。
表7-4 富縣及其鄰區延長組長7油層組暗色泥巖熱演化參數特征
表7-5 富縣地區延長組石油-源巖族組分碳同位素組成（δ13 CPDB/‰）對比
此外，陜北地區曾經是延長組烴源巖埋深最大的生油中心，Ro值大于1 ， 有機質成熟度高 。但早白堊世之后的大幅度抬升，使油層埋深變淺，一方面導致地層壓力低于飽和壓力 ， 油層中溶解氣逸出，形成了本區含氣的特點；另一方面也引起了油層石油一定程度的氧化變質，如延長組發現較多含瀝青油層和稠油 ， 富縣地區部分鉆井砂巖或泥巖中瀝青質含量可達19%～36%（如ZF28井274～742 m井段），長6、長4 5油層組中原油普遍含有重質成分 ， 而下部長7、長8油層組中原油具有低密度（0.82 g/cm3）、低黏度的特點 。
4.生油區分布評價及資源潛力
延長組烴源巖主要分布于盆地中南部的湖盆中心地帶（圖7-1，7-2） 。由于中南部生油巖有機質類型、有機質成熟度差別不大，因此主要根據有效烴源巖厚度、有機質含量等參數把延長組生油區分為4類 。其中，最好的生油區（Ⅰ類）生油巖厚度大于150 m ， 局部達200 m，有機碳含量大于2%，該類生油區基本處于延長組沉積時的半深湖-深湖亞相區，分布面積廣；較好生油區（Ⅱ類）有效烴源巖厚度100～150 m ， 有機碳含量為1%～2%，該類生油區主要呈較窄的環帶狀分布于圍繞延長組半深湖-深湖的淺湖亞相區，分布面積較?。喚喜釕頹á罄啵┯行囪液穸刃∮?100 m ， 有機碳含量為 0.5%～1%，該類生油區主要呈較窄的不連續帶狀分布于Ⅱ類區之外的濱淺湖-三角洲平原亞相區，分布面積局限；非生油區（Ⅳ類）有效烴源巖厚度小于 100 m，有機碳含量小于 0.5%，該類生油區主要為河流泛濫平原亞相、三角洲平原亞相的泥巖沉積 ， 除了在盆地西南邊緣彬縣—隴縣—平涼呈窄條帶狀分布外，在盆地中北部城川—靖邊—清澗—宜川一線以北大面積廣泛分布，生烴潛力較小 。
總體上，鄂爾多斯盆地中南部延長組烴源巖具有厚度大（100～200 m）、Ⅰ類和Ⅱ類生油區分布廣（大于5×104 km2 ）、有機質類型好（腐植-腐泥型為主的混合干酪根）、有機碳含量高（1%～5%）、成熟度適中（0.7%～1.06%）等特點 ， 生烴潛力巨大，油源豐富 。利用熱解法、蒙特卡洛-瀝青法、烴類系數法及盆地模擬法計算延長組泥巖的生油量，一般都認為延長組為 2600×108 t，總排烴量達 1250×108 t ， 總資源量（40～60）×108 t（喻建等 ， 2001），最新模擬計算的中生界總資源量達85.88×108 t，其中延長組達72.78×108 t 。
富縣地區處于延長組Ⅰ類和Ⅱ類生油區，自身既具有良好的生油條件，又毗鄰盆地延長組生油中心，資源潛力巨大 。根據長慶油田資料，富縣地區原6區為600 km2，預測石油資源量為4841×104 t；原5區為486 km2，預測資源量為6507×104 t，F30—F32井區有1876×104 t的資源量，石油資源量共計1.3×108 t 。

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