鄂爾多斯盆地馮地坑-洪德地區(qū)長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5沉積體系特征及演化

孟 穎，羅順社，柴 樂

（1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州434023；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；3.中海石油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司）

1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地是在華北克拉通地塊之上經(jīng)歷了長(zhǎng)期演化而形成的中生代沉積盆地，大地構(gòu)造位置屬華北地臺(tái)西部，盆地邊緣斷裂褶皺較發(fā)育，而盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，以鼻狀褶曲為主，地層平緩，一般不足1°［1］。根據(jù)盆地基底性質(zhì)、現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)及特征，可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷及西緣逆沖帶6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（見圖1）［2-3］。馮地坑-洪德地區(qū)位于盆地的中西部，在構(gòu)造位置上橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡2大構(gòu)造單元，工區(qū)范圍北起馮地坑北部池401井，南至洪德，東至王盤山，西達(dá)麻黃山，面積約5 500 km2。三疊系延長(zhǎng)組是盆地最主要的生油含油層系［4］，根據(jù)鄂爾多斯晚三疊世陸相湖盆沉積演化（旋回）和地層巖性組合特征，目前在勘探生產(chǎn)中將上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組地層自下而上分為10個(gè)油層組（長(zhǎng)10-長(zhǎng)1），其中長(zhǎng)8段（分為長(zhǎng)81和長(zhǎng)82亞段）、長(zhǎng)7段（分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73亞段）、長(zhǎng)6段（分為長(zhǎng)61、長(zhǎng)62和長(zhǎng)63亞段）、長(zhǎng)4＋5段（分為長(zhǎng)4＋51和長(zhǎng)4＋52亞段）是該區(qū)的主要含油層段。

圖1 馮地坑-洪德地區(qū)位置

本文以鄂爾多斯盆地馮地坑-洪德地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組為研究對(duì)象，通過對(duì)研究區(qū)鉆井巖心進(jìn)行詳細(xì)的觀察和描述，結(jié)合測(cè)井和錄井資料、分析化驗(yàn)資料和古生物資料等資料，以沉積學(xué)為理論基礎(chǔ)［5-8］，探討馮地坑-洪德地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組沉積體系類型、古地理展布規(guī)律和時(shí)空演化特征，為鄂爾多斯盆地馮地坑-洪德地區(qū)油氣勘探部署提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。

2 沉積體系

2.1 沉積體系劃分

根據(jù)區(qū)域沉積格局和沉積作用特點(diǎn)，通過對(duì)研究區(qū)36口井巖心的詳細(xì)觀察和描述及對(duì)測(cè)井曲線、錄井資料的分析，將研究區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組劃分為辮狀河三角洲、曲流河三角洲和湖泊3種沉積體系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分出亞相、微相（表1）。

2.2 沉積體系發(fā)育特征

2.2.1 辮狀河三角洲沉積體系

表1 研究區(qū)長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層沉積相類型劃分統(tǒng)計(jì)

辮狀河三角洲沉積體系是指辮狀河體系前積到停滯水體中形成的富含砂和礫石的三角洲。研究區(qū)的辮狀河三角洲沉積以灰色、灰綠色細(xì)-中粒長(zhǎng)石砂巖和巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，夾粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。碎屑顆粒呈次棱角狀、分選中等-較差，磨圓較差。填隙物常見有粉砂、綠泥石、高嶺石及方解石等，膠結(jié)類型以孔隙式為主?？珊嘘懴嘀参锘瑫r(shí)還可見到植物屑、炭屑、煤線。辮狀河三角洲沉積體系發(fā)育有槽狀、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、小型交錯(cuò)層理及沖刷面，在三角洲平原部分可見到一些水上暴露沉積構(gòu)造標(biāo)志。研究區(qū)辮狀河三角洲發(fā)育在距物源區(qū)相對(duì)較近的地方，其間缺失曲流河等陸上環(huán)境，是一個(gè)相帶發(fā)育不完整的沉積體系。沉積物粒度相對(duì)較粗，結(jié)構(gòu)及礦物成熟度較低，礦物成分與物源成分接近一致，在C-M 圖上發(fā)育QR 和PQ段，以懸浮組分和滾動(dòng)組分為主。由于水下分流河道不固定，常常侵蝕下伏沉積物，所以很少發(fā)育河口壩，剖面上河道砂頻繁交替。

研究區(qū)發(fā)育的辮狀河三角洲沉積相可分為辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣2個(gè)亞相，其中辮狀河三角洲平原亞相又可分為分支河道、沼澤、陸上天然堤3個(gè)微相（圖2）；辮狀河三角洲前緣亞相又可分為水下分流河道、分流間灣、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩、水下天然提、前緣席狀砂6個(gè)微相。辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣在研究區(qū)長(zhǎng)8油層廣泛發(fā)育，長(zhǎng)6和長(zhǎng)4＋5油層也有發(fā)育。

圖2 長(zhǎng)8段沉積相平面分布特征

2.2.2 曲流河三角洲沉積體系

由較長(zhǎng)的曲流河入湖形成的三角洲稱曲流河三角洲，又稱正常三角洲［9］。研究區(qū)內(nèi)曲流河三角洲沉積分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲3個(gè)亞相。

（1）三角洲平原亞相：為三角洲沉積的水上部分，位于三角洲沉積層序的最上部，俗稱頂積層。研究區(qū)三角洲平原沉積砂體中砂巖以細(xì)砂和粉砂為主，最粗可達(dá)到中砂級(jí)，發(fā)育分支河道微相、陸上天然堤微相及沼澤微相，其中分支河道沉積最為典型（圖3）。在研究區(qū)長(zhǎng)6油層廣泛發(fā)育。

圖3 長(zhǎng)6段沉積相平面分布特征

分支河道微相是構(gòu)成三角洲平原亞相的沉積骨架。本區(qū)分支河道砂體以淺灰色、灰色中-細(xì)粒砂巖、粉細(xì)砂巖為主，基底具沖刷面，垂向上多表現(xiàn)為多層正韻律沉積砂體的復(fù)合疊加，沉積序列底部砂巖含有零星分布的泥礫，向上為中一細(xì)砂巖，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、平行層理和前積型交錯(cuò)層理，頂部為沙紋交錯(cuò)層理粉一細(xì)砂巖與泥巖互層。砂巖分選較好，厚度幾米到幾十米。自然電位曲線常呈鐘形、箱型或鐘形與箱型的復(fù)合型。粒度頻率累計(jì)曲線均表現(xiàn)為兩段式，以跳躍組分與懸浮組分為主，缺少滾動(dòng)組分。

陸上天然堤微相主要發(fā)育于分支河道兩側(cè)，尤其在曲流河河道的凹岸更為發(fā)育，主要成分為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與泥巖薄層的互層，略具向上變細(xì)變薄的粒序性。層內(nèi)主要發(fā)育砂紋層理、波狀層理和水平層理，生物鉆孔比較發(fā)育。沼澤微相在曲流河三角洲平原亞相中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，在工區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為以河漫沼澤為主，主要發(fā)育一些灰色、深灰色、灰黑色的泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，厚度變化較大。沉積構(gòu)造以水平層理為主，含有大量的炭化植物碎屑，生物擾動(dòng)構(gòu)造與生物鉆孔構(gòu)造也較為發(fā)育。測(cè)井曲線主要為一些低幅度的齒狀或光滑曲線。

（2）三角洲前緣亞相：沉積砂體以細(xì)砂-粉砂為主，發(fā)育水下分支河道、分流間灣、水下天然堤、前緣席狀砂、河口砂壩及遠(yuǎn)砂壩6種微相。三角洲前緣是三角洲砂層集中的發(fā)育帶，是三角洲最主要的骨架部分，處于河口以下的濱淺水緩坡帶，是河湖共同作用地帶。在研究區(qū)長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5各個(gè)油層中都發(fā)育。

水下分支河道是水上分支河道水下的延伸部分。沉積物以淺灰色、灰色的細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)較少。河道中可見大量的交錯(cuò)層理、波狀層理及其沖刷-充填構(gòu)造，局部可見層內(nèi)的變形構(gòu)造。與水上分支河道相比水下分支河道中沉積構(gòu)造規(guī)模明顯變小，砂巖粒度也變細(xì)。沉積微相的自然伽馬曲線異常幅度中一高，光滑程度呈現(xiàn)微齒狀或光滑形兩種，齒中線水平或下傾，或下部水平上部下傾。

水下天然堤微相是陸上天然堤的水下延伸部分，分布于水下分支河道兩側(cè)，與水上天然堤特征相似。沉積物為極細(xì)的砂和粉砂，常具有少量的粘土夾層。粒度概率曲線基本上只含有懸浮總體特征。可見流水成因的波狀層理及流水與波浪共同作用而成的復(fù)雜交錯(cuò)層理。另外，也含有一些生物鉆孔、包卷層理等，并可見植物碎屑。其電性特征為河道砂體上部連續(xù)變細(xì)的鐘形曲線細(xì)尾部分，很少單獨(dú)出現(xiàn)。

分流間灣微相以深灰色泥巖沉積為主（圖4），含少量的粉砂或細(xì)砂，常呈泥巖夾薄層的砂巖，發(fā)育水平層理、透鏡狀層理及脈狀層理，局部可見浪成波痕和植物殘屑等，生物鉆孔較發(fā)育。電測(cè)曲線為微齒化或平滑的曲線，曲線異常幅度極低或無異常。

河口砂壩微相位于水下分支河道的河口處，沉積速率較大。由于水流的反復(fù)沖刷淘選砂質(zhì)較純，而且分選性較好，主要為一些細(xì)砂和粉砂組成?？梢姴蹱罱诲e(cuò)層理，局部可見水流或波浪成因的波痕。電測(cè)曲線特征為單個(gè)河口砂壩以微齒或光滑的漏斗形或指形為主，或漏斗形一箱形的復(fù)合型，多個(gè)河口砂壩砂體疊加而形成臺(tái)階狀漏斗形和箱形＋漏斗形復(fù)合體，曲線異常幅度中等和中-高。遠(yuǎn)砂壩微相位于河口砂壩前方較遠(yuǎn)的位置，沉積物較河口砂壩細(xì)，本區(qū)遠(yuǎn)砂壩以粉砂為主，可見少量的粘土和細(xì)砂。內(nèi)部可見槽狀交錯(cuò)層理、包卷層理、壓扁層理等，垂向上一般表現(xiàn)為位于河口砂壩之下。兩者均表現(xiàn)為下細(xì)上粗的反韻律，主要為粉砂巖，單層厚度較薄，具向上變粗的沉積序列，其自然電位曲線呈漏斗形。

圖4 長(zhǎng)4＋5段沉積相平面分布特征

前緣席狀砂微相是河口砂壩受波浪流水淘洗和篩選，并發(fā)生側(cè)向遷移形成的。本區(qū)席狀砂沉積以細(xì)砂和粉砂為主，一般砂質(zhì)較純，分選好。沉積構(gòu)造包括交錯(cuò)層理、砂紋層理及水平層理等。在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為低幅度的微齒化曲線。

（3）前三角洲微相：是指河流攜帶入湖沉積的泥質(zhì)和細(xì)粉砂等細(xì)粒部分，在河口處由于水動(dòng)力強(qiáng)不能沉積下來，繼續(xù)呈懸浮狀態(tài)向前搬運(yùn)到較安靜環(huán)境才沉積下來，表現(xiàn)為灰色泥巖或頁(yè)巖夾粉砂巖薄層，因此很難和淺湖沉積區(qū)別開。淺湖、前三角洲泥自然伽馬曲線呈光滑直線形，曲線接近泥巖基線，無異常幅度。變化近于平直，出現(xiàn)細(xì)砂巖的小齒峰。

2.2.3 湖泊沉積體系

研究區(qū)湖泊沉積體系可分為濱-淺湖和半深湖-深湖2個(gè)亞相。濱淺湖亞相主要為灰-深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖夾灰綠色薄-中層狀粉砂巖，可見少量的植物碎屑和透鏡狀構(gòu)造；半深湖-深湖亞相巖石類型為深灰色、灰黑色泥頁(yè)巖（圖5），夾少量粉砂巖，兩者中的砂巖膠結(jié)物都以泥質(zhì)、鈣質(zhì)為主，分選和磨圓度較好。層理類型多以水平、波狀層理為主，水動(dòng)力強(qiáng)度較大的淺湖區(qū)具小型交錯(cuò)層理，砂泥巖交互沉積時(shí)，可形成透鏡狀層理。

3 沉積演化

圖5 長(zhǎng)7段沉積相平面分布特征

馮地坑-洪德地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組以NW（北西向）、NE（北東向）物源為主，次為南部物源；其中NW 向物源形成的砂體粒度較粗，以懸浮組分和滾動(dòng)組分為主，為辮狀河三角洲；NE向物源形成的砂體粒度較細(xì)，以遞變懸浮組分為主，為曲流河三角洲；南部次要物源也形成了小規(guī)模的三角洲沉積［10］。在長(zhǎng)8沉積期以NW 向物源形成的辮狀河三角洲為主，以NE 向物源形成的曲流河三角洲為次；在長(zhǎng)7-長(zhǎng)4＋5中均發(fā)育有辮狀河三角洲（NW 向）和曲流河三角洲（NE 向），同時(shí)南部物源也有一定的貢獻(xiàn)。

研究區(qū)延長(zhǎng)組為一個(gè)由湖進(jìn)到湖退過程，正旋回到反旋回，即一個(gè)完整沉積旋回，即反映大型盆地的形成（長(zhǎng)10-長(zhǎng)9）→擴(kuò)大（長(zhǎng)8-長(zhǎng)7）→萎縮（長(zhǎng)6-長(zhǎng)4＋5）→消亡（長(zhǎng)3-長(zhǎng)1）過程。其中長(zhǎng)8-長(zhǎng)7為湖進(jìn)階段，湖盆逐漸擴(kuò)大，水體逐漸加深，縱向上沉積物由粗變細(xì)，其中長(zhǎng)7湖盆達(dá)到最大。長(zhǎng)6-長(zhǎng)4＋5為水退階段，雖有反復(fù)，但總體上水體逐漸變淺。

長(zhǎng)8期：以NW 向物源為主，NE 向物源次之；主要發(fā)育辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣2個(gè)亞相，分支河道大多呈北西-南東和北東-南西向展布。在長(zhǎng)82沉積期，發(fā)育5條沉積主河道，自北向南沉積變薄，且西北部的河道砂體明顯較東部的發(fā)育，厚度相對(duì)比較大。沉積亞相界限為西起-黃51井-黃37井-黃128井-馮地坑-池60井-池96井-元132井-東連線一帶，以北發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相，以南發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相；在長(zhǎng)81沉積期，繼承了長(zhǎng)82的沉積格局，但此時(shí)期東北部物源貢獻(xiàn)有所加強(qiáng)，發(fā)育了9條沉積主河道，河道的寬度和砂體沉積的厚度有所減?。唤缦逓槲髌?黃77井-黃114井-黃109井-池42井-池87井-小澗子-池105井-東連線，相對(duì)長(zhǎng)82界限略向北移，為水進(jìn)沉積。

長(zhǎng)7 期：為湖盆發(fā)育鼎盛時(shí)期，以NE、NW 向物源為主，南部物源次之；主要發(fā)育三角洲前緣、前三角洲，濱-淺湖和半深湖-深海亞相。長(zhǎng)73沉積期，發(fā)育4條主河道；其中曲流河三角洲相與湖相的界線為西起-羅74井-黃164井-耿139井-耿225井-池228井-東連線一帶，以北發(fā)育曲流河三角洲前緣亞相，以南發(fā)育濱淺湖亞相；濱淺海與半深湖-深湖的界線為西起-羅72井-耿73井-羅3井-羅37井-元132井-東連線一帶，以南發(fā)育半深湖-深湖；且在工區(qū)東南部發(fā)育一小塊曲流河三角洲前緣亞相。長(zhǎng)72沉積期，繼承了長(zhǎng)73的沉積格局，但不發(fā)育半深湖-深海亞相，發(fā)育4條主河道；且河道的寬度和砂體沉積的厚度有所變大；曲流河三角洲相與湖相的界線為西起-山城-羅32井-羅2井-黃14井-耿76井-王盤山-元68井-東連線一帶，以南發(fā)育濱淺湖亞相。長(zhǎng)71沉積期，繼承了長(zhǎng)72的沉積格局，主要發(fā)育為曲流河三角洲前緣亞相，河道砂體較發(fā)育，砂體呈條帶狀；只在澇池口-劉峁塬-大吧咀一帶發(fā)育濱淺湖亞相。總體來看，在長(zhǎng)73沉積期，水體最深，砂體不發(fā)育，之后水體逐漸變淺，直至湖泊沉積退出研究區(qū)，整體為水退沉積。

長(zhǎng)6 期：以NE、NW 向物源為主，南部物源次之；主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣亞相。長(zhǎng)63沉積期，發(fā)育12條大小不同的主河道，河道以北西-南東向和北東-南西為主，河道分叉交錯(cuò)復(fù)雜；以河流作用強(qiáng)烈，河道砂體發(fā)育，砂體呈條帶狀分布為特征；平原與前緣亞相的界線為西起-黃145井-黃149井-黃115井-耿275井-耿262井-樊學(xué)-東連線一帶，以北發(fā)育曲流河三角洲平原亞相，以南發(fā)育三角洲前緣亞相。長(zhǎng)62沉積期，繼承了長(zhǎng)63的沉積格局，為三角洲的一個(gè)生長(zhǎng)高峰期，發(fā)育8條主河道，砂巖為進(jìn)積式沉積，砂巖主體帶由東南向西北方向擺動(dòng)，主要在沙崾峴區(qū)域，而砂巖主體帶呈北西-南東向條帶狀分布。受河道規(guī)?？刂疲绑w呈條帶狀大面積連片分布，砂體厚度較大，砂地比明顯增大，平原與前緣亞相的界線略微向北遷移，為西起-黃84井-黃146井-黃164井-黃15井-耿67井-東連線一帶。長(zhǎng)61沉積期也相對(duì)繼承了長(zhǎng)62的沉積格局，共有14條河道交織，沉積砂體略有加寬、加厚等特點(diǎn)，受河道規(guī)模控制，砂體呈條帶狀大面積連片分布。平原與前緣亞相的界線也略微向北遷移，為西起-黃84井-黃106井-黃215井-耿116井-耿60井-元154井-至東連線一帶?？傮w來看，長(zhǎng)6各期河道砂體發(fā)育，砂體厚度較大，呈條帶狀大面積連片分布，整體為水進(jìn)沉積。

長(zhǎng)4＋5期：屬于湖盆收縮期，全區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣亞相，三角洲平原不發(fā)育。長(zhǎng)4＋52沉積期，發(fā)育11條大小不同的主河道，呈北西-南東向和北東-南西向展布，河道寬度變窄，且砂體的規(guī)模明顯變小，局部河道中沉積砂體較厚，最厚可達(dá)65.33 m，為進(jìn)積式沉積。長(zhǎng)4＋51沉積期，繼承了長(zhǎng)4＋52的沉積格局，發(fā)育10條大小不同的主河道，河道分叉交錯(cuò)復(fù)雜，呈北西-南東向和北東-南西向展布及由西向東向展布。這一時(shí)期，河流作用強(qiáng)烈，河道砂體發(fā)育，砂體呈條帶狀，砂體厚度較大，最厚74.52 m。

4 結(jié)論

（1）馮地坑-洪德地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組研究區(qū)目的層段以NW、NE 向物源為主，次為南部物源；其中NW 向物源形成的砂體粒度較粗，以懸浮組分和滾動(dòng)組分為主，為辮狀河三角洲；NE向物源形成的砂體粒度較細(xì)，以遞變懸浮組分為主，為曲流河三角洲；南部次要物源也形成了小規(guī)模的三角洲沉積。

（2）研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8-長(zhǎng)4＋5油層組發(fā)育辮狀河三角洲、曲流河三角洲和湖泊3種沉積體系，其中長(zhǎng)81和長(zhǎng)82以NW 向物源形成的辮狀河三角洲為主，以NE 向物源形成的曲流河三角洲為次；長(zhǎng)71、長(zhǎng)63、長(zhǎng)62、長(zhǎng)61、長(zhǎng)4＋52、長(zhǎng)4＋51中均發(fā)育有辮狀河三角洲（NW 向）和曲流河三角洲（NE向），同時(shí)南部物源也有一定的貢獻(xiàn)。

（3）研究區(qū)長(zhǎng)8期水體較淺，廣泛發(fā)育辮狀河三角洲前緣與平原；長(zhǎng)7期廣泛湖侵，大面積發(fā)育前三角洲、濱淺湖―半深湖，從長(zhǎng)73到長(zhǎng)72再到長(zhǎng)71，半深湖范圍逐漸縮小，三角洲前緣砂體逐漸增多，長(zhǎng)71北部出現(xiàn)小范圍的三角洲平原；長(zhǎng)6期廣泛發(fā)育曲流河三角洲和辮狀河三角洲前緣與平原；長(zhǎng)4＋5期發(fā)生小規(guī)模湖侵，廣泛發(fā)育曲流河三角洲和辮狀河三角洲前緣，三角洲平原退出。

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