鄂爾多斯盆地延長組濁積巖特征及其影響因素

張世懋，丁曉琪

（成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610059）

鄂爾多斯盆地延長組濁積巖特征及其影響因素

張世懋，丁曉琪

（成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610059）

鄂爾多斯盆地延長組濁積巖成藏條件優(yōu)越，是油氣勘探的重要目標接替區(qū)。在坳陷型湖盆中尋找濁積巖，在對其特征進行詳細認識的基礎(chǔ)上重點研究并總結(jié)出濁積巖發(fā)育的控制因素。利用實測野外剖面、常規(guī)測井、電阻率成像等資料的解釋分析方法，對延長組濁積巖及其相關(guān)地層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征進行了觀察總結(jié)，結(jié)合已知的濁積巖分布規(guī)律，認識了延長組濁積巖的形成機理及影響因素。該區(qū)濁積巖的發(fā)育主要受地震、洪水等動力機制的影響，受物源供給、氣候條件、斜坡坡度、底形遷移等環(huán)境條件的制約，秦嶺造山運動間接控制了濁積巖發(fā)育的動力機制與環(huán)境條件。盆地西南緣長7段與長6段三角洲前緣的半深湖－深湖環(huán)境中具有濁積巖分布的條件，下一步勘探應(yīng)該重視華池－慶陽－寧縣一帶。

測井解釋；濁積巖；形成機理；影響因素；延長組；鄂爾多斯盆地

0 引 言

近50年間，人們對于濁流與濁積巖沉積模式的認識已不足以解決實際工作中所遇到的問題。G.Shanmugam于2002年將濁流、濁積巖進行重新定義［1－2］。在中國以陸相盆地為主的大背景下，人們起初的認識是斷陷型湖盆更適合濁積巖的發(fā)育。在之后的勘探歷程中發(fā)現(xiàn)，坳陷型湖盆亦可發(fā)育較大規(guī)模的濁積巖［3－4］，并在川西、鄂爾多斯盆地西南緣等地都發(fā)現(xiàn)了野外濁積巖剖面以及具有經(jīng)濟開采價值的濁積巖油藏［5－6］。本文所討論的鄂爾多斯盆地延長組濁積巖主要針對廣義的濁積巖，即包括砂質(zhì)碎屑流、顆粒流、液化沉積物流、濁流等沉積物重力流與密度流形成的所有沉積物組合。

1 沉積環(huán)境分析

研究區(qū)域為鄂爾多斯盆地西南部延長組地層（見圖1），通過對彭陽銀洞子、平?jīng)龈蕼细G、崇信汭水河等剖面的野外觀察與前人對海相濁積巖、斷陷型湖盆濁積巖的研究成果進行對比發(fā)現(xiàn)，海相濁積巖的分布一般會受到下切谷的控制，并在大陸坡上運移很大一段距離，最終于大陸坡、大陸坡角、深海環(huán)境中形成大規(guī)模的濁積砂體并接受底流等作用的強烈改造。與海相環(huán)境不同，延長期的鄂爾多斯盆地為一湖盆沉積環(huán)境，斜坡上不具下切谷，發(fā)育的濁積物運移距離也相對較短，濁積巖整體發(fā)育規(guī)模相對較小，受底流的改造作用較弱。鄂爾多斯盆地中發(fā)育的濁積巖與斷陷型湖盆濁積巖在控制因素及分布上也具有一定的區(qū)別，鄂爾多斯盆地為擠壓應(yīng)力條件下的為坳陷型湖盆，盆地底形、坡度在秦嶺造山帶提供的擠壓應(yīng)力條件下發(fā)生變化，濁積巖分布于斜坡、斜坡腳、深湖等位置；斷陷型湖盆的底形、坡度變化主要受斷層的控制，而濁積巖主要分布于斷層上盤或深湖中［7－8］。

圖1 鄂爾多斯盆地延長組構(gòu)造綱要圖

隨著對延長組勘探程度的不斷加深，盆地東北、西南2個方向上的三角洲砂體油藏已無法滿足日漸增長的油氣開發(fā)需求。事實上在盆地西南部地區(qū)，延長組7段至延長組6段地層中都已發(fā)現(xiàn)了儲量和產(chǎn)量可觀的濁積巖［9－10］。

通過對鄂爾多斯盆地崇信汭水河剖面的觀察以及紅河37井、鎮(zhèn)涇28井等100多口井的巖心照片、常規(guī)測井曲線、電阻率成像測井資料的解釋分析發(fā)現(xiàn)，延長組長7段、長6段中濁積巖按沉積物粒度特征主要可以分為2種，一種為透鏡體狀與似毯狀的中－厚層中－細粒砂巖，其頂?shù)拙鶠楹谏罨疑囗搸r、油頁巖；另一種則主要為透鏡體狀的?。袑蛹殻凵皫r，泥質(zhì)粉砂巖夾于泥頁巖、油頁巖中。第1種砂巖類型的分選較好，厚度較大，可發(fā)育半米至數(shù)米厚的塊狀砂巖層（見圖2A）。此類砂巖相互疊覆，厚度可達數(shù)十米。第2種類型的砂巖發(fā)育厚度較小，規(guī)模都在幾十厘米（見圖2B）。在這2類砂巖中還常見黃鐵礦結(jié)核與魚類動物化石。

通過野外剖面與巖心照片上的觀察發(fā)現(xiàn)，該區(qū)濁積巖主要的層序組合發(fā)育有ABD、ABE、ADE、BC、BCE、BCDE等，其鮑馬層序組合發(fā)育不完整。發(fā)育的沉積構(gòu)造主要有塊狀層理、正粒序?qū)永怼⑵叫袑永?、沙紋層理等。在研究區(qū)內(nèi)還觀察到各類同生變形構(gòu)造如火焰狀構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造等，除此之外廣泛發(fā)育的層面構(gòu)造，如槽模、溝模、重荷模等也顯示出砂質(zhì)碎屑流、濁流、顆粒流的流體流動的特征。自然伽馬測井曲線形態(tài)上呈鐘形，反映濁積巖為正粒序的特征。其自然伽馬曲線底部常具陡變的形態(tài)，反映濁積巖底部與下伏泥巖為突變接觸（見圖3）。從電阻率成像測井圖中可以看出，從下至上顏色由深到淺，總體上說明了電阻率由下至上逐漸增大的趨勢，側(cè)面反映出濁積巖物性從好到壞的變化特征（見圖3）。

圖2 研究區(qū)濁積巖剖面結(jié)構(gòu)及平面形態(tài)

圖3 紅河26井濁積巖剖面特征

研究的盆地西南部長7段至長6段的濁積巖均分布在半深湖－深湖環(huán)境。在全盆延長組致密低滲透的物性背景下，深入湖底或近湖盆中心的大規(guī)模濁積砂體是極為有利的巖性圈閉類型［11－12］。了解鄂爾多斯盆地延長組地層的物性特征與成藏特征不難發(fā)現(xiàn)，盆地西南部長6段與長7段地層以巖性圈閉為主，物性好、離烴源巖近的砂體會最先被原油充注聚集成藏，周圍的泥頁巖作為良好的封堵層起到封閉原油、防止其再運移的作用，這些成藏特性使得長6段和長7段地層中更靠近泥頁巖的濁積巖、分選更好的濁積砂體成為了聚集油氣成藏的首選。針對盆地西南部長7段濁積砂體的勘探中發(fā)現(xiàn)，濁積巖的孔隙度值一般分布在8%～11%的區(qū)間內(nèi)，滲透率值則一般為（0.02～0.30）×10－3μm，其物性相對較好，在有關(guān)濁積巖油藏的開發(fā)井中如里6井、寧33井、塔1井也見到了可觀的原油產(chǎn)量［13］。

2 濁積巖分布規(guī)律

鄂爾多斯盆地延長組濁積巖在橫向上主要分布于盆地的西南部、南部地區(qū)，而中部及東部地區(qū)是否也發(fā)育大規(guī)模的濁積巖，不同學(xué)者仍持不同的意見。研究認為盆地延長組濁積巖主要發(fā)育位置為鄂爾多斯盆地延長組長7段、長6段沉積期湖盆中心的西南方向上（見圖4）。根據(jù)延長組沉積期的盆地底形研究，長7段半深湖－深湖區(qū)域東北邊界為華池、富縣、長陵一帶，其西南邊界主要分布于環(huán)縣、鎮(zhèn)原、長武一帶；長6地層沉積期，雖然湖盆水體范圍減小，而盆地中心依舊向西南方向遷移。因此，濁積巖的分布位置始終集中在盆地西南。

圖4 延長組長7段濁積巖分布示意圖

濁積巖在平面上的具體分布位置會受到動力機制強弱、環(huán)境條件好壞的影響。三角洲朵葉體規(guī)模較大、位置靠近湖盆中心、地震作用較強、洪水作用規(guī)模較大時形成的濁積巖規(guī)模也較大、運移距離更遠且更靠近湖盆中心位置，反之則濁積巖規(guī)模較小、運移距離較短、離湖盆中心位置較遠。雖然在濁積巖的形成過程中存在諸多的不確定性，但濁積巖的主要分布位置為西南部辮狀河三角洲的前緣斜坡、斜坡腳、及湖盆中心位置。

盆地內(nèi)延長組濁積巖在縱向上主要發(fā)育在長7段、長6段地層中。鄂爾多斯盆地湖盆在長8沉積期后開始呈現(xiàn)退積的沉積特征，并在長7段沉積時達到湖盆水體的最大范圍，安靜的湖水給濁積巖頻繁發(fā)育、較好的保存提供了條件。在湖盆達到最大水體范圍時，濁積巖的分布主要集中在盆地西南部，隨著沉積物逐漸向湖盆方向進積，濁積物便也開始向東北方向遷移。小部分剛剛沉積不久的濁積巖以及還未固結(jié)的濁積物受三角洲前緣進積砂體的沖刷，更有可能形成與三角洲前緣砂體的疊覆沉積，或直接被其破壞殆盡。這一部分濁積砂體一般不易被識別出來。

3 濁積巖形成機理

Heezen，Tharp等認為海相斜坡帶的坡度為3°～6°［14］，Pratson，Haxby等則認為實際上斜坡帶的坡度可能僅為0.5°～2°［15］。盡管斜坡的坡度有限，海相濁積物在地震、洪水、暴風(fēng)、海嘯的作用下仍可以形成綿延幾十公里甚至上百公里的濁積巖［16］。相比之下，湖相濁積巖的形成比較簡單，一般不存在大規(guī)模的暴風(fēng)、海嘯等極端氣候作用的影響，不會受到大范圍且穩(wěn)定的底流作用改造，湖相斜坡帶較海相大陸坡的坡度更陡，沉積物在一定的動力機制下發(fā)生滑塌的幾率更大。湖相濁積巖的發(fā)育依賴于臨區(qū)的構(gòu)造運動為濁積巖的形成提供動力。

通過對研究區(qū)內(nèi)發(fā)育濁積巖的地層觀察還發(fā)現(xiàn)，長7段中廣泛發(fā)育有凝灰質(zhì)層并在長7段泥頁巖地層中見到了液化砂巖脈，加上上述濁積巖中的各種礫石，這三者共同反映了盆地西南部濁積巖的物源區(qū)——秦嶺構(gòu)造帶強烈的造山運動，并引發(fā)火山運動、地震等派生構(gòu)造地質(zhì)作用，這些作用會致使沉積物向斜坡下滑塌、垮塌、滑移，最終形成濁積巖。因此，鄂爾多斯盆地延長組濁積巖的成因可以按其發(fā)生頻率分為陣發(fā)型成因與穩(wěn)定型成因。

（1）陣發(fā)型成因主要是指由于地震作用及其派生的地質(zhì)作用如堰塞湖潰堤后造成的大規(guī)模洪水作用下而形成的濁積巖。陣發(fā)型成因?qū)Τ练e物的作用機理已在前人的研究中有過論述［17－18］，地震作用會導(dǎo)致三角洲前緣未固結(jié)的砂體沉積物發(fā)生垮塌、滑塌作用，并沿著三角洲前緣的陡坡或湖底斜坡向前運移。由于地震作用具有陣發(fā)性的特點，前期形成的濁積物很可能會受到后一期濁積物的沖撞而發(fā)生再次運移且二級滑塌濁積砂體好于一級滑塌濁積砂體，這也可能導(dǎo)致更靠近湖盆中心的位置發(fā)育有一些物性較好的濁積砂體。除此之外，由陣發(fā)性地震作用派生的堰塞湖潰堤后的大規(guī)模洪水也可攜帶大量的沉積物注入湖中，形成沉積物重力流或密度流，導(dǎo)致三角洲前緣沉積物垮塌、滑塌發(fā)生運移并形成大規(guī)模濁積巖。因此，地震及其派生作用作為濁積巖形成的主要動力機制，足以形成較大規(guī)模的濁積巖并且使得濁積巖在湖底斜坡上運移較遠。

（2）穩(wěn)定型成因則是指由于氣候條件的作用而形成的季節(jié)性洪水作用下形成的濁積巖。相對陣發(fā)型濁積巖成因，穩(wěn)定型成因的濁積巖規(guī)?？赡茌^小，受到氣候作用、造山區(qū)沉積物源供給、構(gòu)造活動強烈程度的影響。在地層砂體呈現(xiàn)進積特征時其作用規(guī)模較大，在進積過程中形成的濁積砂體一般規(guī)模有限，這是因為剛形成不久停留在斜坡上的濁積體可能受到后期三角洲前緣沉積物的沖刷改造作用，很難大規(guī)模保存下來，這種特征在長6段儲層中尤為明顯。此類強弱有別的濁積巖形成機制，也使得濁積巖呈現(xiàn)出前述的兩種巖性組合特征。

4 濁積巖發(fā)育的影響因素

對于濁積巖分布控制因素的認識，很多學(xué)者都提出了不同的看法。G.Erilla認為斜坡帶演化、物源的供給條件控制了濁積巖的分布［19］。Simon、盧龍飛、D.I.Sofield認為古地理環(huán)境及古氣候條件共同約束著濁積巖的分布特征［20－21］，David認為盆地的底形演化，沉積物的表面形態(tài)為影響濁積巖發(fā)育的主要因素［22］。將這種種因素分門別類，都無法背離動力機制與環(huán)境條件這2大因素的范疇。

研究的濁積巖形成的動力機制主要為地震作用、洪水作用導(dǎo)致的三角洲前緣沉積物的垮塌、滑塌。通過物源分析還發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定型洪水中攜帶的大量沉積物也來源于秦嶺造山區(qū)，而地震、洪水等地質(zhì)作用則可能直接與秦嶺造山帶在晚三疊世的大規(guī)模隆升造山有著直接的關(guān)系。正是大規(guī)模造山作用產(chǎn)生的硅質(zhì)巖、砂巖、灰?guī)r礫石形成了具有相應(yīng)特征的濁積巖。

環(huán)境因素對濁積巖的形成與分布的影響主要表現(xiàn)在物源的規(guī)模，古氣候條件、盆地斜坡的坡度以及湖盆中心的遷移。橫向上，物源供給較為充分、降水較為豐富的環(huán)境條件下濁積巖發(fā)育的規(guī)模與頻率一般也較大。盆地斜坡的坡度較陡則濁積物在發(fā)生垮塌后滑移的距離較遠。反之則更靠近三角洲前緣沉積體。盆地底形隨時間的遷移則控制了濁積巖在縱向上的分布趨勢。

5 討 論

通過對濁積巖發(fā)育所必須的動力機制以及環(huán)境因素的分析發(fā)現(xiàn)，地震、洪水等地質(zhì)作用，物源規(guī)模、盆地斜坡的陡緩，湖盆中心的遷移等影響因素都與秦嶺造山帶的構(gòu)造運動有著直接或間接的聯(lián)系。據(jù)張國偉、杜遠生等對秦嶺造山運動的研究發(fā)現(xiàn)，從秦嶺洋盆開始逐漸閉合到全面碰撞造山，其構(gòu)造運動階段呈現(xiàn)出多幕次、多階段的特征［23－24］。而秦嶺洋最終在武丹－太白－丹鳳深大斷裂（商丹縫合帶）處閉合，并開始大規(guī)模隆升造山的時期正值晚三疊世［25－26］。這一時期鄂爾多斯盆地西南部的深部巖石圈一直處于持續(xù)的擠壓狀態(tài)。秦嶺造山逆沖推覆作用具西強東弱的特征，巖漿運動與火山作用也主要集中在西秦嶺部分，我們可以在長7地層中找到凝灰層的廣泛發(fā)育，其厚度也是從西南向東北方向減薄。

分析以上濁積巖的特征及其影響因素、秦嶺造山歷史可以得出結(jié)論，① 橫向上，濁積巖主要分布于靠近秦嶺造山帶一側(cè)的鄂爾多斯盆地西南部；②縱向上，自長7段－長6段沉積期，濁積巖的發(fā)育位置由西南方向向東北方向遷移，濁積巖應(yīng)密集分布在華池－慶陽－寧縣一帶；③ 濁積巖具體的發(fā)育相帶集中在三角洲砂體前緣的半深湖－深湖亞相中；④該區(qū)濁積巖在形態(tài)上并非傳統(tǒng)的水道－朵葉體的扇模式，而是在盆地斜坡上呈現(xiàn)不連續(xù)的長條狀或透鏡狀濁積砂體，在湖盆中心沿盆地低洼地形形成不規(guī)則狀濁積砂體。

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Characteristics and Controlling Factors of Turbidites in Yanchang Formation，Ordos Basin

ZHANG Shimao，DING Xiaoqi
（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

In Yanchang formation，Ordos basin，accumulation condition of turbidites is superior，so it is a very important target area for oil and gas exploration replacement.However，to find turbidites in depression basin，first，we should make a detailed understanding of its characteristics，then focus on study of controlling factors of turbidites.By measuring the field profiles，analyzing data of conventional logging and FMI，we have observed lithology，structure，conformation and other characteristics of the turbidite，in Yanchang formation.Combined with distribution of turbidites that we had known，we have recognized the origin and controlling factors of turbidites in Yanchang formation.Origin of turbidites in this area is earthquakes and floods.Distribution of turbidites is controlled by source supply，climate，slope gradient and migration of basin bottom.Dynamic mechanisms and environmental conditions of turbidites development are indirectly controlled by Qinling orogenic.The results show that in southwest of Ordos basin，the deep－semi－deep lake which in front of fore－delta in Chang7 and Chang6 formation have conditions for the distribution and formation of turbidites，further exploration should be Huachi－Qingyang－Ningxian area.

log interpretation，turbidite，origin，controlling factor，Yanchang formation，Ordos basin

1004－1338（2011）06－0594－05

TE122.222；P631.81

A

國家自然科學(xué)青年基金項目（40602012）鄂爾多斯盆地晚三世延長期幾個關(guān)鍵性事件沉積及其與油氣聚集關(guān)系研究

張世懋，男，1987年生，在讀碩士，研究方向為油氣儲層評價。

2011－07－12 本文編輯 李總南）