基準面變化與巖相及砂體展布的沉積響應(yīng)
——以鄂爾多斯盆地蘇南地區(qū)盒八段辮狀河三角洲為例

李志華，黃文輝，朱偉厚

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司工程技術(shù)管理部，河南 濮陽 457001）

基準面變化與巖相及砂體展布的沉積響應(yīng)
——以鄂爾多斯盆地蘇南地區(qū)盒八段辮狀河三角洲為例

李志華1，黃文輝1，朱偉厚2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司工程技術(shù)管理部，河南 濮陽 457001）

為了弄清巖相變化及砂體展布樣式的成因，文中針對基準面升降分析了其與巖相及砂體展布的沉積響應(yīng)關(guān)系。以高分辨率層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，結(jié)合巖心、測井曲線在基準面變化時的識別標志，將鄂爾多斯盆地蘇南地區(qū)盒八段劃分為上、下2個小段，各小段又分2個IV級層序（中期旋回）。建立研究區(qū)層序地層格架，選取垂直物源和順物源2條連井剖面，刻畫剖面砂體展布樣式，厘清了基準面變化與砂體展布的沉積響應(yīng)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，建立了河流及三角洲相基準面升降與巖相和砂體展布的響應(yīng)模式。

高分辨率；層序地層；巖相；巖心測井響應(yīng)；基準面；砂體展布

0 引言

Cross在1993年首次提出高分辨率層序地層［1-2］，其關(guān)鍵就是識別多級次基準面變化，進行地層等時對比［3］?；鶞拭嫔的軌蛞鹂扇菁{空間和沉積物供給量的相對變化，其對沉積物保存程度、砂體疊加樣式、相序及相類型的控制作用是高分辨率層序地層學(xué)研究的核心［4-8］。特別是對于中國陸相盆地，高分辨率層序地層學(xué)具有普遍的適用性。

截至2014年底，鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)天然氣探明儲量累計達4.23×1012m3。在中二疊紀時期，陸源碎屑物由北部進入，在南部形成辮狀河三角洲［9-11］，沉積地層為石盒子組。下石盒子組盒八段是研究區(qū)的主要生產(chǎn)層段，天然氣總資源量為1.5×1012m3，但基本探明儲量只有0.3×1012m3，探明率僅為20%，是重要的天然氣儲量增長接替區(qū)。

近年來，許多學(xué)者對蘇里格地區(qū)構(gòu)造、沉積、層序、儲層、成藏等方面都進行過深入研究［10-16］。郭英海等［10］認為，蘇里格地區(qū)二疊系沉積體系由北部的辮狀河向南逐漸過渡為辮狀河三角洲，最后入湖。何自新等［15］認為，蘇里格氣田主力含氣層段為二疊系下石盒子組盒八段和山西組山一段砂巖儲層。陳世悅［16］認為，蘇里格盒八段儲層在東部火山物質(zhì)成巖作用強烈。

也有很多學(xué)者分析過基準面的變化對河流類型及砂體分布之間的關(guān)系。如Shanley等［17］認為，基準面在低階段主要發(fā)育下切谷充填，隨著基準面上升，河流由辮狀河變?yōu)榍骱?，最后演化為網(wǎng)狀河。Wright等［18］在海相層序地層學(xué)的基礎(chǔ)上，分析了河道在低位、海侵和高位三大體系域中的疊置方式，胡光明等［19］進一步研究后認為，可將蘇里格地區(qū)盒八段的河流層序分為水退體系域、低位體系域、水進體系域和高位體系域。但是，針對蘇南地區(qū)盒八段儲層，其巖相和砂體展布樣式的成因分析，迄今還沒有相應(yīng)的研究。

本文以鄂爾多斯盆地蘇里格南部盒八段辮狀河三角洲為例，經(jīng)過對基準面的升降進行詳細研究，認為根據(jù)基準面升降產(chǎn)生的地層響應(yīng)，巖相和測井曲線的形態(tài)變化，均可作為基準面變化的標志。通過對巖心的觀察描述、測井曲線的歸類、基準面升降不同階段巖相和砂體展布樣式分析，建立了三者之間的成因模式，對指導(dǎo)鄂爾多斯盆地砂體展布研究和油氣勘探具有一定參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是一個疊合含油氣盆地，古生代時期，盆地構(gòu)造由克拉通演化為克拉通坳陷。根據(jù)盆地構(gòu)造形態(tài)和基底特征等，將鄂爾多斯盆地劃分為渭北隆起帶、西緣沖斷構(gòu)造帶、陜北斜坡、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷和伊盟隆起等6個一級構(gòu)造帶［20-21］。蘇南地區(qū)位于盆地內(nèi)蘇里格氣田南部，伊陜斜坡中部西段，緊鄰天環(huán)坳陷，地層平坦，幾乎無斷層發(fā)育，勘探范圍大約為9 000 km2。

研究區(qū)含氣層為上古生界下二疊統(tǒng)山西組和下石盒子組碎屑巖沉積。主要生產(chǎn)層段是下石盒子組盒八段，埋深在3 400～4 200m，平均厚度80～100m（見表1）。沉積體系屬于辮狀河三角洲相，北部為辮狀河三角洲平原，南部為辮狀河三角洲前緣［22］。截至2012年底，蘇里格南部已完鉆天然氣探井167口，開發(fā)井73口，達到工業(yè)油氣流井28口。

表1 鄂爾多斯盆地上古生界地層劃分

2 基準面與層序地層格架

基準面變化產(chǎn)生沉積、剝蝕、過路等地層響應(yīng)，形成地層旋回。高分辨率層序地層對比依據(jù)正是巖石記錄的地層和沉積對基準面變化的響應(yīng)，它是時間地層單元的等時對比［23］。

2.1 層序識別

盒八段地層厚度較小，且地震資料的分辨率不高，因此，以研究區(qū)全部240口井的測井曲線為基礎(chǔ)進行地層劃分，該區(qū)井位的分布北部較多，南部較少，東西部比較平均。

選取22口具有代表性，且基本可以代表整個研究區(qū)巖性特點的取心井，進行巖心觀察描述。綜合巖心和測井曲線，再結(jié)合基準面升降來劃分IV級層序（中期旋回）。在剖面結(jié)構(gòu)中，IV級層序界面位于由粗—細—粗的正向粒序到逆向粒序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換點上，界面形式主要表現(xiàn)為間歇暴露面、較大規(guī)模的沖刷面或與之相關(guān)的整合面［24］。

2.1.1 巖心識別

巖心剖面分辨率高，可用來分析巖相，識別基準面旋回。識別標志主要有滯留沉積、巖相變化轉(zhuǎn)換、旋回對稱、砂—泥變化等特征。蘇南地區(qū)盒八段巖心主要的巖性響應(yīng)是沖刷面（見圖1a，1b）和巖性突變面（見圖1c，1d）。

蘇111井在一套板狀交錯細砂巖上沖刷出一套中礫巖，粒徑約2～4 mm。蘇199井在一套板狀交錯中細砂巖上發(fā)生沖刷，沖刷面含大量滯留礫巖，在沖刷面上沉積一套槽狀交錯中砂巖。蘇208井，一套泥巖直接沉積在含礫粗砂巖上，發(fā)生巖性突變。蘇249井的下部深灰綠中砂巖和上部淺灰含礫粗砂巖接觸界面處巖性突變很明顯。

圖1 巖心層序界面識別標志

2.1.2 測井識別

測井曲線具有高分辨率特征，可以用來識別基準面變化的短期旋回疊加樣式，進而識別中期旋回。對陸源碎屑沉積為主的巖性剖面來說，自然電位（SP），自然伽馬（GR），電阻率（RT），聲波時差（AC）等測井曲線都能反映地層的旋回性。

研究區(qū)的GR測井曲線能夠很好地反映并區(qū)分砂巖和泥巖，可以作為劃分基準面旋回的主要依據(jù)（見圖2）。它在高分率層序邊界附近有較大的變化，其幅度、形態(tài)和組合形式都能反應(yīng)沉積環(huán)境的變化，也可同時結(jié)合SP，RT和AC曲線進行輔助識別。

由圖2可以看出：蘇383井GR測井曲線在盒八上一段和盒八上二段界面處表現(xiàn)為低幅突變，上部為箱型，反映了一套河道沖刷疊置；陜357井GR測井曲線在盒八上、下段界面處變形為鐘型向箱型轉(zhuǎn)變，在一套粉砂巖之上以不整合方式沉積一套中粗砂巖；蘇113井GR測井曲線在盒八下一段和盒八上二段界面處變形為低幅漸變，2個鐘型的垂向疊置，反映出2套完整的河道沉積疊加；蘇203井GR測井曲線的盒八下段底界面就是一套箱型的底，突變接觸。

2.2 層序劃分及地層格架建立

2.2.1 劃分單井旋回

單井高分辨率層序地層分析是層序地層學(xué)研究的重要部分，其主要目的是垂向上劃分旋回，是建立高分辨率層序格架、進行沉積體系研究的基礎(chǔ)。

研究區(qū)盒八段主要為大型緩坡辮狀河三角洲相，根據(jù)巖心和測井曲線識別層序地層，可將其分為上段和下段，上段又分為上一、上二2個中期旋回；下段又分為下一、下二2個中期旋回。

盒八上一段基準面上升，發(fā)育半個中期上升半旋回，在蘇383井，上一段基準面一直上升，上二段基準面先升后降，發(fā)育一個完整的中期旋回。在陜357井，上二段基準面上升時期遠長于下降時期，下一段基準面上升，發(fā)育半個中期上升半旋回。蘇113井，下一段基準面一直上升，下二段基準面先升后降，發(fā)育一個完整的中期旋回。蘇203井盒八下二段基準面的上升時期也長于下降時期（見圖2）。

2.2.2 建立連井層序格架

通過對各井多級基準面識別及劃分，建立連井層序地層格架，并選取縱向（順物源方向）和橫向（垂直物源方向）2條連井剖面進行精細對比。

1）垂直物源方向剖面：蘇217—蘇259—蓮7—陜333—陜372井，地層變化較平緩，厚度由東向西略有減小，構(gòu)造上也呈現(xiàn)出東高西低的特征（見圖3）。

2）順物源方向剖面：蘇 199—蘇南 6-93—蘇124—蓮4—蘇202—蘇383—蘇275—陜431—蘇234井，地形略有起伏，北部和南部地層略薄，中部地層偏厚，地層垂向構(gòu)造變化小，繼承性好，構(gòu)造上呈現(xiàn)出北高南低的趨勢（見圖4）。

圖2 盒八段層序界面測井基準面響應(yīng)

圖3 垂直物源方向連井剖面

圖4 順物源方向連井剖面

3 基準面旋回變化與砂體展布響應(yīng)

3.1 基準面旋回升降與巖相響應(yīng)

基準面是一個剝蝕與沉積作用達到平衡但實際上并不存在的勢能面。當基準面發(fā)生變化且處于不同的階段時，其所代表的勢能不同，巖相也就不同。當基準面處于初期上升階段時，水動力較強，沉積響應(yīng)砂體顆粒較粗，槽狀、板狀層理發(fā)育較多。隨著基準面繼續(xù)上升，水動力隨之變小，沉積響應(yīng)砂體顆粒變細，水平和平行層理增加。當基準面由最高點開始下降時，水動力又開始變強，槽狀、板狀層理又開始出現(xiàn)。

3.1.1 基準面上升初期階段

巖性以粗砂巖和含礫砂巖為主，分選差，磨圓多為次棱狀。在沉積構(gòu)造特征方面，大規(guī)模槽狀交錯層理和高角度下截型板狀交錯層理大量發(fā)育，沖刷面、塊狀砂礫滯留沉積發(fā)育，整體反映出水動力比較強的特點（見圖2）。蘇383井、陜357、蘇113井在此階段多沉積沖刷不整合面，槽狀、板狀層理發(fā)育，砂巖粒度較粗。

3.1.2 基準面上升末期階段

整體為細粉砂巖，頂部發(fā)育的中厚層塊狀泥巖段，可用來進行層位標定。砂巖顆粒分選較好，為次圓狀。在沉積構(gòu)造特征方面，發(fā)育有槽狀交錯層理和板狀交錯層理，規(guī)模較小。陜357井在3 535m處可見順層排列的泥巖撕裂屑。蘇113井見大段泥巖，在4 312m處見流水紗紋層理，同時在蘇383井的3 722m處也見到流水紗紋層理，蘇203井多處見粉砂巖，整體反映出水動力變?nèi)醯内厔荩ㄒ妶D2）。

3.1.3 基準面下降階段

沉積整體為中粗砂巖，顆粒分選為差—中等，磨圓以次棱狀為主，巖性呈現(xiàn)反粒序，由下部的泥巖向上過渡到粗砂巖，發(fā)育有板狀交錯層理，規(guī)模不大。蘇203井可見薄層礫巖，槽狀交錯層理較發(fā)育，陜357井塊狀層理和板狀層理發(fā)育，反映出水動力開始慢慢變強（見圖2）。

3.2 基準面旋回升降與砂體展布響應(yīng)

基準面旋回及其伴隨的可容納空間變化的動力學(xué)系統(tǒng)，控制著地層的結(jié)構(gòu)及其沉積特征。根據(jù)Cross提出的沉積物體積劃分概念，可將成因地層內(nèi)沉積物劃分成不同的相域結(jié)構(gòu)，即蘇南盒八段辮狀河三角洲砂體展布樣式也與基準面和可容納空間變化息息相關(guān)。

河流基準面在河流入海、湖時，與海、湖平面相切。在海、湖中，基準面與海、湖平面重合，海、湖平面的升降影響著河流基準面的變化。因此，可基于蘇南地區(qū)盒八段辮狀河三角洲在基準面發(fā)生的變化，結(jié)合2條連井剖面，分析砂體展布在不同基準面階段的沉積響應(yīng)。

3.2.1 垂直物源方向連井剖面

連井剖面呈東西向位于研究區(qū)中部，垂直于由北到南的物源方向，在盒八上段處于辮狀河三角洲平原，在盒八下段地層穿過湖岸線，部分地層處于辮狀河三角洲前緣（見圖3）。

基準面上升初期。物源供給量非常大，但是可容納空間增加速率有限，水動力強，河流下切成谷，粗粒的砂礫巖充填河道，砂體在縱向上互相疊置、橫向上互相連通。

由圖3可以看出：在盒八段的4個小層中，三角洲前緣和平原處砂體都發(fā)育很好，蘇217、蘇259、陜333及陜372井在盒八上二段和盒八下二段水道砂體大量發(fā)育，疊置連通；蘇217、蓮7、陜372井在盒八下一段水道砂體發(fā)育，相互疊置連通。蓮7盒八上一段水道砂體發(fā)育，相互疊置連通。

基準面上升末期。可容納空間增加速率較快，物源供給明顯小于可容納空間增加速率，水動力條件逐漸減弱，沉積作用增強，沉積物在垂向上快速加積。

由圖3可以看出：在盒八下二段和下一段，蘇217、蓮7、蘇259、陜333及陜372井都為泥巖；在盒八上二段，蘇259、陜333井有砂體零星分布，蘇217、蓮7及陜372井泥巖較為發(fā)育；在盒八上一段，蘇259、蓮7、陜333及陜372井砂體孤立發(fā)育，蘇217井也有泥巖發(fā)育。總體來看，在該時期，4個小層中砂體發(fā)育較差，多為河漫砂或水下漫溢砂，河道和灘壩砂體零星孤立分布；泥質(zhì)沉積在整個研究區(qū)大量發(fā)育，整體砂泥比很小，形成了“多細粒泥巖，少壩道砂體”的沉積特點。

基準面下降階段。沉積物供給速率增長，可容納空間增加速率逐步降低，同時水動力慢慢變大，河道加積或側(cè)積作用增強。砂泥比低于上升初期，但高于上升末期。由圖3可以看出：在盒八下二段，蓮7井砂體比較發(fā)育，但連通性較差，蘇217、蘇259、陜333及陜372井泥巖發(fā)育；在盒八下二段，蓮7和陜333井有砂體發(fā)育但不連通，蘇217、蘇259及陜372井處多泥巖發(fā)育?？傮w來說，該階段2個小層砂體發(fā)育一般，河道砂體垂向和橫向有疊置，但不連通，多為分布孤立發(fā)育，形成了砂體“疊而不通”的沉積特點。

3.2.2 順物源方向剖面

順物源方向連井剖面呈北南向，位于研究區(qū)中部，穿過三角洲平原和前緣（見圖4）。

基準面上升階段。可容納空間向陸岸方向遷移，在基準面開始上升時，砂體沉積產(chǎn)生垂向加積，之后產(chǎn)生向陸岸方向的退積。

由圖4可以看出：在盒八段的4個小層中，當基準面上升時，砂體幾乎都呈向后退積；蘇124、蓮4井及蘇234井和井間砂體在盒八上一段部分呈現(xiàn)出向上加積，這是在基準面上升的緩慢階段發(fā)生的，或者是由于砂體切面方向的原因，由側(cè)積呈現(xiàn)出的一種假象。

基準面下降階段?？扇菁{空間向湖心方向遷移，在基準面下降早期，砂體沉積產(chǎn)生垂向加積，之后產(chǎn)生向湖內(nèi)方向的進積。

由圖4可以看出：2段基準面下降的地層都較薄，盒八上二段，蘇南6-93、蘇124、蓮4、蘇383、蘇275及陜431井和井間砂體發(fā)育，砂體向前發(fā)生進積；盒八下二段，蓮4、蘇202及蘇383井和井間砂體較發(fā)育，砂體進積；蘇234井附近砂體出現(xiàn)向上加積，這是基準面下降緩慢引起的。

4 砂體展布響應(yīng)模式

根據(jù)蘇南地區(qū)盒八段辮狀河三角洲的基準面升降與巖相及砂體展布樣式成因關(guān)系，總結(jié)出一個響應(yīng)模式，可以用于河流和三角洲的沉積體系（見圖5）。

在基準面上升開始時，巖相顆粒粗，分選磨圓差，順物源方向的砂體垂向加積，垂直物源方向的壩道砂體相互疊置連通；隨著基準面繼續(xù)上升，巖相顆粒變細，分選磨圓變好，順物源方向的砂體向后疊置退積，垂直物源方向的壩道砂體零散孤立分布；在基準面開始下降的早期階段，巖相顆粒細，多泥巖，分選磨圓好，順物源方向的砂體垂向加積，垂直物源方向的壩道砂體也是零散孤立分布；隨著基準面繼續(xù)下降，巖相顆粒又開始變粗，分選磨圓變差，順物源方向的砂體向前疊置進積，垂直物源方向的壩道砂體疊置相鄰，但連通性不好。

圖5 河流或三角洲沉積體系基準面升降與巖相及剖面砂體展布響應(yīng)模式

5 結(jié)論

1）根據(jù)巖心和測井曲線識別層序地層，盒八段可分為上、下2段，上段又分為上一、上二2個中期旋回，下段也分為下一、下二2個中期旋回。

2）巖相受基準面變化的影響較大，在基準面變化的不同時期，發(fā)育的巖相在粗細、分選、磨圓、層理及規(guī)模等方面均不相同。

3）在垂直物源方向上，剖面在基準面上升期間，初期壩道砂體相互疊置連通，末期壩道砂體零散孤立分布，不連通，基準面下降階段，壩道砂體疊置相鄰，不連通；在順物源方向上，剖面在基準面上升開始時期，砂體垂向加積，隨著基準面繼續(xù)上升，砂體向后疊置退積，基準面開始下降早期，砂體也垂向加積，隨著基準面繼續(xù)下降，砂體向前疊置進積。

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（編輯 高學(xué)民）

Sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sand body distribution: a case of braided delta in 8th Member of Shihezi Formation,southern Sulige Area, Erdos Basin

LI Zhihua1,HUANG Wenhui1,ZHU Weihou2
(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.Engineering Management Department, Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China)

In order to find out the origin of lithofacies variation and sand body distribution pattern,the sedimentary response of baselevel to lithofacies and reservoirs sand body distribution are analyzed.Taking the braided delta in 8th Member of Shihezi Formation in southern Sulige as an example,according to the theory and approach of high-resolution sequence stratigraphy,based on core and well-logging as identification marks of base-level,the 8th Member of Shihezi Formation in southern Sulige is divided into two Members:the Upper 8th Member and the Lower 8th Member,both of which are divided into two fourth-order sequences respectively. The sequence stratigraphic framework is established,and two profiles,one perpendicular to the direction of the source and the other parallel with the direction of the source,are selected to describe the characteristics of sand body distribution.The sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sandbody distribution is analyzed.Based on the response,the sedimentary response model of fluvial and delta is established.

high-resolution;sequence stratigraphy;lithofacies;response of core and logging;base-level;sand body distribution

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目（2014CB238901）；國家自然科學(xué)基金項目“鄂爾多斯盆地煤中稀土元素分布與賦存特征及其地質(zhì)意義”（41472136）

TE121

A

10.6056/dkyqt201606006

2016-04-20；改回日期：2016-08-05。

李志華，男，1986年生，在讀博士研究生，主要從事儲層沉積學(xué)及煤層氣方面的研究。E-mail：abclizhi@126.com。

李志華，黃文輝，朱偉厚.基準面變化與巖相及砂體展布的沉積響應(yīng)：以鄂爾多斯盆地蘇南地區(qū)盒八段辮狀河三角洲為例［J］.斷塊油氣田，2016，23（6）：709-715.

LI Zhihua，HUANG Wenhui，ZHU Weihou.Sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sand body distribution:a case of braided delta in 8th Member of Shihezi Formation,southern Sulige Area,Erdos Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（6）：709-715.