淺湖細(xì)粒沉積特征及砂體疊加樣式
——以鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組為例

孟選剛，徐帥康

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜西省煤炭綠色開(kāi)發(fā)地質(zhì)保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

0 引 言

陜北地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組以三角洲-湖泊沉積體系為主，淺湖細(xì)粒沉積砂巖是最重要的油氣儲(chǔ)層，占鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組油氣發(fā)現(xiàn)的70%以上。關(guān)于入湖細(xì)粒砂體疊加樣式的研究，一直是盆地儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)。不同學(xué)者具有不同認(rèn)識(shí)，但整體缺乏對(duì)淺湖細(xì)粒沉積巖不同沉積微相砂體接觸樣式的系統(tǒng)分析。胡光義、劉君龍、梁旭、郝睿林等通過(guò)對(duì)高精度地層分析，結(jié)合沉積構(gòu)型研究來(lái)對(duì)砂體的疊置進(jìn)行研究，對(duì)其劃分成了堆疊型、側(cè)疊型和孤立型雙向遷移形[1-4]；徐波、封從軍、張福順等在沉積微相研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)巖心、測(cè)井、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料的研究對(duì)砂體疊置進(jìn)行歸納，將其在垂直方向上分為分離式、疊加式、切疊式、替代式，在平面上分為分離式、相變式、對(duì)接式、切割式[5-7]；鄒拓從沉積速率與可容納空間比值角度對(duì)砂體疊置關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)共有孤立型、橋接型、疊加型、切疊型和復(fù)合型5種類(lèi)型[8]；劉麗在井點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，用波動(dòng)方程正演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等多種方法對(duì)砂體疊置進(jìn)行綜合判別，分為了5種疊置模式分別為縱向上的分離式、復(fù)合疊置式以及側(cè)向上的分隔式、河岸接觸式和切疊式[9]。郭德運(yùn)、劉鈺洋、楊榮國(guó)、張新印、陳林、石雪峰、劉暢、趙輝、席明利、劉良剛、鄭慶華等以露頭、巖心、測(cè)井曲線為基礎(chǔ)，來(lái)對(duì)延長(zhǎng)組沉積特征以及湖盆演化進(jìn)行研究，識(shí)別出其沉積特征，劃分了沉積相類(lèi)型[10-20]；銀曉、張志攀、李江山等進(jìn)一步對(duì)儲(chǔ)層特征、巖層的發(fā)育與物性、孔隙進(jìn)行了研究確定了該地區(qū)的巖性、孔隙度以及滲透率[21-23]；黨犇、馬成龍等把高分辨率層序地層學(xué)理論與實(shí)際勘測(cè)和數(shù)據(jù)資料相結(jié)合對(duì)研究區(qū)沉積旋回及界面的空間配置進(jìn)行了分析，認(rèn)為不同級(jí)次界面的識(shí)別是高精度層序地層研究的核心[24-25]。每個(gè)地方的沉積都有其各自不同的細(xì)微之處，都需要進(jìn)行實(shí)際的野外勘測(cè)來(lái)結(jié)合相關(guān)的案例與理論來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。筆者以陜北地區(qū)上三疊統(tǒng)淺湖細(xì)粒沉積為例，根據(jù)測(cè)井曲線、巖心及野外露頭等資料，結(jié)合不同微相的沉積韻律、沉積旋回、沉積厚度及巖電組合等特征分析淺湖細(xì)粒砂體疊加樣式和沉積模式。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地為中國(guó)第二大沉積盆地，面積25×104km2。中生代鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組為一套河湖相碎屑巖沉積，晚三疊世后逐漸與華北盆地分離，并演化為一大型內(nèi)陸坳陷盆地，是一個(gè)穩(wěn)定沉降、拗陷遷移、扭動(dòng)明顯的多旋回內(nèi)陸克拉通含油氣盆地。延長(zhǎng)組按地層沉積旋回將延長(zhǎng)組自下而上劃分為5段：T3y1(砂巖段)、T3y2(油頁(yè)巖段)、T3y3(含油砂頁(yè)巖段)、T3y4(塊狀砂巖段)和T3y5(含煤段)，分別代表了湖盆初期沉積階段、發(fā)展沉積階段、擴(kuò)張期沉積階段、抬升回返早期沉積階段和湖盆抬升收縮晚期沉積階段，其中對(duì)應(yīng)T3y3段對(duì)應(yīng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7～長(zhǎng)4+5油層組，為盆地湖相沉積主要時(shí)期，陜北地區(qū)主要為淺湖沉積，以發(fā)育三角洲前緣沉積相為主，為淺湖區(qū)細(xì)粒碎屑巖最主要的物質(zhì)來(lái)源。

2 沉積相識(shí)別

2.1 地質(zhì)識(shí)別特征

2.1.1 巖石學(xué)特征

陜北地區(qū)延長(zhǎng)組諾利階(Norian)廣泛分布一套淺湖細(xì)粒碎屑巖。巖石主要類(lèi)型主要為長(zhǎng)石砂巖(圖1)。延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段砂巖具有“低石英，高長(zhǎng)石”特點(diǎn)，其中碎屑顆粒中石英含量為10%～24%，長(zhǎng)石含量為41%～76%，巖屑含量為1%～14%，巖屑主要以變質(zhì)巖為主，火成巖次之，局部云母巖屑含量相對(duì)較多，尤其是粉細(xì)砂巖的層系界面上，巖心觀察可見(jiàn)大量云母(圖2)。砂巖分選性較差，且研究區(qū)東部較西部分選更差，碎屑顆粒為次棱角狀，膠結(jié)類(lèi)型以孔隙為主，其次為薄膜型、可見(jiàn)少量薄膜-孔隙型等。

圖1 陜北地區(qū)延長(zhǎng)組淺湖細(xì)粒砂體組分類(lèi)型Fig.1 Composition types of shallow lacustrine fine-grained sand bodies of Yanchang Formation in Northern Shaanxi

圖2 陜北地區(qū)延長(zhǎng)組淺湖細(xì)粒沉積主要沉積構(gòu)造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of shallow lake of Yanchang Formation in Northern Shaanxi

2.2 測(cè)井相識(shí)別特征

測(cè)井曲線是巖石各種物理性質(zhì)沿井孔深度變化的物理響應(yīng)，反映了巖石的巖性、粒度、分選性、泥質(zhì)含量及垂向序列等重要的成因標(biāo)志。不同沉積相常常具有不同的測(cè)井曲線形態(tài)特征，而不同沉積相的測(cè)井曲線形態(tài)特征則是由幾種基本類(lèi)型組合而成的。利用自然電位曲線幅度可直接反映巖石的巖性、粒度、分選性、泥質(zhì)含量等，并可根據(jù)其形態(tài)特征來(lái)判斷沉積時(shí)水流能量的變化，進(jìn)而判斷沉積環(huán)境。

陜北地區(qū)延長(zhǎng)組諾利階(Norian)發(fā)育淺湖細(xì)粒沉積以三角洲前緣為主，沉積微相為水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂，測(cè)井曲線主要為鐘型、箱型、鐘箱復(fù)合型以及漏斗型(圖3)。

2.3 沉積相類(lèi)型

根據(jù)陜北地區(qū)延長(zhǎng)組的測(cè)井、巖心及野外露頭，結(jié)合沉積韻律、沉積旋回、沉積厚度及巖電組合等特征，識(shí)別出陜北地區(qū)上三疊統(tǒng)諾利階(Norian)淺湖細(xì)粒沉積以三角洲前緣沉積為主，并進(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道、分流間灣、河口壩、水下天然堤等微相。

2.3.1 水下分流河道

水下分流河道是淺湖細(xì)粒沉積的主體，它是三角洲平原分支河道的水下延伸部分，主要為灰色、淺灰色的粉-細(xì)砂巖(圖3)為主，同河道一樣，具有向上變細(xì)、變淺的特點(diǎn)，且在每個(gè)正旋回中，從下到上為細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖漸變?yōu)槟噘|(zhì)砂巖，向上泥質(zhì)含量增高，由于河道砂頻繁交互，平面上三角洲前緣廣泛連片，剖面上多層樓式正韻律的粉細(xì)砂巖組成的疊合砂體，疊合砂體中間夾有細(xì)粒的水下河道間沉積。

圖3 水下分流河道及分流間灣沉積特征(鄭520井)Fig.3 Sedimentary characteristics of underwater distributary channel and inter distributary Bay(well Zheng 520)

2.3.2 分流間灣

分流間灣以灰色、灰黑色、灰綠色泥巖為主，夾粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒沉積，常見(jiàn)泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖的互層，或泥巖中夾細(xì)砂巖和粉砂巖的條帶或透鏡體，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖中見(jiàn)植物葉片及植物莖干化石。水動(dòng)力條件弱，砂巖見(jiàn)平行層理、透鏡狀層理、塊狀層理、沙紋層理及波狀層理，泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育沙紋層理、波狀層理及水平層理。洪水期大量沉積物的注入，可以使動(dòng)植物的遺體及遺跡快速埋藏并保存下來(lái)，常見(jiàn)植物碎片和動(dòng)物的遺體及遺跡化石，測(cè)井曲線伽馬值較高，易于識(shí)別(圖3)。

2.3.3 席狀砂

前緣席狀砂分布于三角洲前緣側(cè)翼而形成的薄而大的砂層，并向湖區(qū)逐漸變薄。席狀砂砂體分選好，質(zhì)較純，常見(jiàn)平行層理和浪成沙紋交錯(cuò)層理，化石稀少。伽馬曲線呈指狀高值，砂體厚度一般不超過(guò)2 m。當(dāng)三角洲以慣性推進(jìn)作用為主時(shí)，砂體容易保存但不易形成大面積的席狀砂；當(dāng)三角洲以摩擦推進(jìn)作用為主時(shí)，三角洲朵葉體發(fā)育，三角洲向海推進(jìn)時(shí)，砂覆蓋在薄的湖相泥之上，生儲(chǔ)蓋配置好，為極好的油藏儲(chǔ)層(圖4)。

圖4 席狀砂微相沉積特征(郭804井)Fig.4 Sedimentary characteristics of sheet sand microfacies(well Guo 804)

2.3.4 河口壩

河口壩沉積巖性為灰色細(xì)砂巖、粉砂巖夾灰黑色泥巖薄層，粉砂巖單個(gè)砂體具有向上粒度變粗和泥質(zhì)含量減少的趨勢(shì)。在剖面上多位于三角洲旋回的下部，由一個(gè)或局部由多個(gè)河口壩與水下分流河道疊置組成向前三角洲下超的進(jìn)積復(fù)合體，頂部常被向湖盆方向延伸的水下分流河道截切超覆。河口壩多出現(xiàn)在三角洲沿湖盆方向加寬沉積部位，在每一個(gè)三角洲生長(zhǎng)小旋回的水下分流河道不斷向湖心延伸，河口壩不斷向湖盆方向遷移。主要發(fā)育中小型板狀交錯(cuò)層理、波狀層理、變形層理等，常見(jiàn)生物潛穴、黃鐵礦結(jié)核等。測(cè)井曲線以單個(gè)中幅漏斗狀為主，局部由數(shù)個(gè)幅度向上加大的漏斗狀、箱形臺(tái)階狀疊置的復(fù)合形態(tài)(圖5)。

圖5 河口壩微相沉積特征(郭621井)Fig.5 Sedimentary characteristics of microfacies in Hekou bar(well Guo 621)

3 砂體接觸樣式

砂體間的平面接觸反映不同單砂體平面上的位置關(guān)系。淺湖細(xì)粒沉積體單砂體的接觸關(guān)系主要受水動(dòng)力條件、水下分流河道擺動(dòng)程度、古氣候等因素的影響，在平面上形成不同的疊置樣式及組合。

3.1 截切式接觸樣式

截切式接觸是淺湖細(xì)粒沉積體水下分流河道主要疊置樣式，主要表現(xiàn)為后期形成的砂體完全把早期單砂體完全沖刷，早晚期2個(gè)單砂體之間已無(wú)早期單砂體的痕跡，完全被晚期砂體侵占。局部晚期砂體完全替代了早期砂體，雖局部?jī)缮绑w之間有接觸的部分，但不影響連通性。陜北地區(qū)延長(zhǎng)組淺湖沉積截切式接觸砂體相對(duì)較發(fā)育，不同時(shí)期形成的單砂體或同一時(shí)期形成的不同單砂體之間，截切作用明顯，早期單砂體較少一部分能保留下來(lái)。厚度差異的砂體特征是最典型的識(shí)別標(biāo)志(圖6)。

3.2 天然堤接觸樣式

天然堤對(duì)接式接觸樣式是2個(gè)砂體彼此接觸，但接觸部分較少或接觸部分較薄，為弱連通或不連通。三角洲前緣水下分流河道的側(cè)向加積等原因，不同時(shí)期單砂體或同一時(shí)期不同單砂體之間，均有弱沖刷、弱切割作用，剖面上具有兩側(cè)砂體厚、中間砂體薄的特點(diǎn)。因此，“厚砂-薄砂-厚砂”的剖面砂體特征是最典型的識(shí)別標(biāo)志(圖6)。

圖6 陜北地區(qū)淺湖沉積砂體接觸樣式Fig.6 Contact pattern of cut sand bodies in shallow lake sediments in Northern Shaanxi

3.3 分流間灣接觸樣式

分流間灣接觸樣式是2個(gè)單砂體彼此不接觸，砂體之間為分流間灣泥巖沉積，導(dǎo)致單砂體不連通，形成2個(gè)獨(dú)立的成藏滲流系統(tǒng)。在三角洲前緣水下分流河道末端水下分流河道繼續(xù)向前延伸，彼此間主要為間灣接觸。分流間灣接觸樣式主要發(fā)育于湖平面上升的晚期及湖平面下降的早期可容納空間較大時(shí)期，單砂體不發(fā)育且單砂體主要為間灣接觸樣式(圖7)。

圖7 陜北地區(qū)淺湖沉積分流間灣接觸樣式Fig.7 Bay contact patterns of shallow lake sediments in Northern Shaanxi

圖8 陜北地區(qū)延長(zhǎng)組淺湖沉積相分布特征(據(jù)文獻(xiàn)[26]修改)Fig.8 Distribution characteristics of shallow lacustrine sedimentary facies of Yanchang Formation in Northern Shaanxi(modified according to reference[26])

4 淺湖細(xì)粒沉積體系及沉積模式

鄂爾多斯地區(qū)延長(zhǎng)組發(fā)育三角洲湖泊沉積，在盆地沉積演化過(guò)程中，盆地?cái)U(kuò)張晚期沉積階段、抬升回返早期沉積階段主要發(fā)育淺湖沉積。淺湖沉積期一般地形平緩，水體較淺，湖岸線遷移、擺動(dòng)頻繁，濱湖和淺湖亞相分布范圍較廣。濱湖亞相處于湖岸線遷移擺動(dòng)地帶，常間歇性暴露地表，縱向上水下沉積和水上沉積交替出現(xiàn)。淺湖亞相長(zhǎng)期處于水下，缺少陸上暴露標(biāo)志。陜北地區(qū)淺湖沉積時(shí)期，半深湖亞相分布面積小，淺湖細(xì)粒沉積體以三角洲前緣沉積為主。在湖盆演化過(guò)程中，隨著湖泊水體進(jìn)一步變淺，局部地區(qū)發(fā)生沼澤化，湖岸線退至城川1—陜64—塞21—延長(zhǎng)以南—線。半深湖范圍僅局限于木18—環(huán)縣—環(huán)30—白240—華池—白275—張8所圈定的范圍內(nèi)，形成了大面積分布淺湖細(xì)粒沉積，沉積時(shí)由于水動(dòng)力條件減弱，周緣物源的供應(yīng)碎屑能力相對(duì)較弱，發(fā)育大面積分布的三角洲前緣沉積，水下分流河道厚度相對(duì)較薄，單砂層厚度一般為4～12 m，垂向上與淺湖泥巖呈互層，或被淺湖泥巖包圍的透鏡狀薄層砂巖，形成研究區(qū)淺湖細(xì)粒沉積砂體主要空間分布格局。東南部曲流河三角洲規(guī)模明顯減小，河道變窄，穩(wěn)定性變差，遷移擺動(dòng)較頻繁，主砂體的砂地比一般為30%～40%，但延伸的距離仍較遠(yuǎn)，可以達(dá)到子長(zhǎng)—延長(zhǎng)一帶，形成推進(jìn)較遠(yuǎn)的細(xì)粒沉積體卸載區(qū)。西北部鹽池—定邊三角洲規(guī)模略有增大，向西北北延伸到城川1—安參4一帶，主砂體砂地比一般為30%～40%，但細(xì)粒沉積體規(guī)模有所變?nèi)酢?/p>

5 結(jié) 論

1)淺湖細(xì)粒沉積以三角洲前緣水下分流河道為主，為主要的油氣儲(chǔ)集體。巖石類(lèi)型主要為長(zhǎng)石砂巖，分選性較差，尤其是東西方向，但圓度相當(dāng)，水動(dòng)力條件強(qiáng)，發(fā)育平行層理、板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理等。

2)根據(jù)巖心、野外露頭及鉆井測(cè)井資料對(duì)淺湖細(xì)粒沉積體的巖性、粒度、分選性及垂向序列的分析，識(shí)別出水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂為陜北地區(qū)淺湖細(xì)粒沉積主要沉積微相，測(cè)井曲線主要為鐘型、箱型、鐘箱復(fù)合型以及漏斗型。

3)淺湖細(xì)粒沉積體砂體間平面接觸樣式反映了不同單砂體平面上的位置關(guān)系，據(jù)水動(dòng)力條件、水下分流河道擺動(dòng)程度、古氣候等因素的影響，分為截切式接觸樣式、天然堤接觸樣式、分流間灣接觸樣式等類(lèi)型。

4)淺湖沉積湖岸線遷移、擺動(dòng)頻繁，明顯影響細(xì)粒沉積體分布范圍。距離周緣物源遠(yuǎn)，碎屑補(bǔ)給能力相對(duì)較弱，是淺湖細(xì)粒沉積主要特征。水下分流河道砂體垂向上與淺湖泥巖呈互層或透鏡狀分布是淺湖細(xì)粒沉積體砂體分布的主要空間結(jié)構(gòu)。