鄂爾多斯盆地彬長地區(qū)長8段砂質(zhì)碎屑流沉積及儲層特征

劉昕

（中國地質(zhì)大學，湖北 武漢 430074）

彬長區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地西南部，構(gòu)造位置處于渭北隆起和伊陜斜坡的交匯處，由彬縣和長武地區(qū)兩個區(qū)塊構(gòu)成。該地區(qū)構(gòu)造整體平緩，呈現(xiàn)為北西傾的單斜構(gòu)造（圖1）。長期以來，對該區(qū)延長組長8段沉積相研究認識經(jīng)歷了從淺湖—三角洲前緣亞相[1-3]到水下扇及濁流沉積[4-5]的轉(zhuǎn)變。然而近年來，隨著對深水重力流研究的深入，部分學者認為，鄂爾多斯盆地三疊系延長組地層中過去被長期認為是濁積巖的很大部分是砂質(zhì)碎屑流沉積[6-12]。

1 沉積特征

圖1 彬長區(qū)塊區(qū)域位置圖Fig.1 Zone position of Binchang area

砂質(zhì)碎屑流這一概念最先由Mobil石油公司的沉積學家G.Shanmugam[13-14]博士提出，以G.Shanmugam為代表的地質(zhì)學家通過對北海、墨西哥灣等地區(qū)的第三系、白堊系的深水砂巖長期研究，以及在大量的試驗分析基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)深水沉積的厚層塊狀砂巖不具有代表濁積巖典型特征的粒序?qū)永?，所以不屬于濁流，濁流的概念在過去被擴大化。

1.1 砂質(zhì)碎屑流

砂質(zhì)碎屑流形成于沉積物在垮塌的過程中，由于水體的注入，沉積的砂體被攪渾，形成層狀流動。由于砂質(zhì)碎屑流屬于賓漢塑性流體，呈層狀流動，所以不會形成沖刷侵蝕的現(xiàn)象。當重力產(chǎn)生的拉力小于砂質(zhì)碎屑流的剪切強度時，砂質(zhì)碎屑流就會整體停止，“凍結(jié)”沉積，形成平面上呈舌狀的不帶任何層理構(gòu)造的塊狀砂巖。而在砂質(zhì)碎屑流的流動過程中，上部的砂體會發(fā)生流動分層，形成濁流，在砂質(zhì)碎屑流停止流動以后，繼續(xù)向前流動，在砂質(zhì)碎屑流的頂部或者前部形成濁流沉積。高紅燦[7]從流體力學的角度入手進一步分析了砂質(zhì)碎屑流的構(gòu)成單元，指出克服屈服強度的力主要是自身重力沿底面方向向下的分力，所以砂質(zhì)碎屑流所受的外力是自上而下逐漸增大的。在上部，外力會小于屈服力，沉積物整體以同一速度固態(tài)運動，稱作“剛性”筏，在“剛性”筏之下，外力大于屈服力,此時沉積物會發(fā)生流動。所以，碎屑流一般具有上、下兩層韻律結(jié)構(gòu)，上部為“剛性”筏流段，發(fā)育塊狀層理，下部為層流段，發(fā)育有類似平行層理的沉積特征。沉積物的泥質(zhì)含量越少，屈服強度越高，以形成”剛性”筏流的塊狀層理為主，當泥質(zhì)含量增大時，屈服強度降低，易形成層流的平行層理。因此，在薄片觀察時可以發(fā)現(xiàn)，同一口井同一層段的塊狀砂巖在粒度上較平行層理砂巖更粗，砂體也更為純凈。在概率曲線上砂質(zhì)碎屑流為兩段式，呈現(xiàn)出牽引流的特征，但在CM圖上數(shù)據(jù)點平行于基線，呈現(xiàn)濁流的特征。

通過對研究區(qū)258塊巖心樣品進行觀察發(fā)現(xiàn)：長8段巖心中有大量厚層塊狀砂巖，且含油性較好，而該區(qū)位于深湖半深湖環(huán)境，距離物源較遠，辮狀河早已停止，水下分流河道難以解釋如此頻繁出現(xiàn)的厚層砂體；再者巖心中雖然發(fā)育大量平行層理細砂巖，卻沒有看到?jīng)_刷面及少見到楔狀交錯層理、板狀交錯層理，不符合河道砂體沉積的剖面模式；并且在厚層的塊狀砂體中，常出現(xiàn)撕扯拉長狀泥礫，這些泥礫并非出現(xiàn)在砂泥界面，而是出現(xiàn)在塊狀砂巖的中部甚至上部。這些特征都與砂質(zhì)碎屑流沉積特征極為相符（圖2、圖3）。

圖2 J7井，砂質(zhì)碎屑流筏流部分的塊狀層理砂巖及泥礫Fig.2 Massive bedding sandstone and mud boulder of rafting parts of sandy clastic flow in well J7

圖3 J12井，砂質(zhì)碎屑流層流部分的平行層理砂巖Fig.3 Parallel bedding sandstone of laminar flow parts of sandy clastic flow in well J12

1.2 濁流沉積

濁流屬于紊流，從流態(tài)上講也只有紊流才能讓沉積物由大到小依次沉積，形成正粒序?qū)永?。但是由于研究區(qū)沉積物顆粒較細，而濁流又發(fā)生在重力搬運過程中的最前端，即塑性流階段之后，流體的粒度更加細，沉積物成懸浮搬運，以粉砂巖或者泥質(zhì)粉砂巖為主，所以粒度的變化并不明顯。多見不完整的鮑馬序列，如AE、CD、CDE等。單砂體厚度小于0.5 m，多為幾厘米的砂泥互層，形成多個韻律層，側(cè)向延伸穩(wěn)定，泥質(zhì)條帶連續(xù)，可見火焰狀構(gòu)造（圖4）。

圖4 J37井，濁積巖Fig.4 Flysch of well J37

圖5 J19井，滑塌巖Fig.5 Olistolith of well J19

1.3 滑塌巖

研究區(qū)的滑塌沉積的主要特征是砂泥混雜，并有強烈變形。G.Shanmugam[13-14]認為滑塌沉積發(fā)生于重力沉積的初期階段，沉積物在外力觸發(fā)或者自身重力的作用下，發(fā)生滑塌，砂泥物質(zhì)瞬間失重，來不及分離，在重力流的根部形成滑塌巖?；鷰r的厚度從0.2～2 m不等，橫向變化較大（圖5）。

表1 彬長地區(qū)長8段沉積物特征對比（修改自李相博，2011）Table 1 Sediment characteristics comparison of Chang-8 formation in Binchang area(modified by Li Xiangbo,2011)

早期學者曾把這四種沉積物統(tǒng)稱為濁積巖，G.Shanmugam[13-14]指出濁積巖只是濁流的產(chǎn)物，過去濁積巖的概念被擴大化。鮑馬序列是深水沉積的多種巖相的組合，只有A段下部的粒序?qū)永聿攀钦嬲臐崃?，A段上部的塊狀砂巖是砂質(zhì)碎屑流沉積，而B、C、D段則是深水底流沉積或者牽引流的產(chǎn)物。這四種沉積在巖石結(jié)構(gòu)、流變學特征、沉積構(gòu)造和空間分布等方面均有不同（表1）。

砂質(zhì)碎屑流與濁流在空間上可以相互轉(zhuǎn)換，G.Shanmugam[13-14]給出了砂質(zhì)碎屑流和濁流時空轉(zhuǎn)換的幾種模式。時間上，砂質(zhì)碎屑流在搬運過程中通過流動分層，可以轉(zhuǎn)化為濁流；反之，濁流通過水體注入，砂體重新攪渾、搬運，也可以轉(zhuǎn)化為砂質(zhì)碎屑流?？臻g上，滑塌巖最先沉積在重力流的根部，碎屑流繼續(xù)向前流動，流動中塑性流體發(fā)生流動分層，形成濁流，分布于砂質(zhì)碎屑流的上部及四周。在研究區(qū)，這三種重力流在縱向上可相互出現(xiàn)，尤其以砂質(zhì)碎屑流和濁流的組合最為常見。如圖6所示：彬長地區(qū)長8段砂體以箱形及低幅鐘形為主，分別對應砂質(zhì)碎屑流及濁流沉積，而砂質(zhì)碎屑流內(nèi)部不同流態(tài)及其變化主要反映為測井曲線的齒化變化。從力度曲線上觀察，砂質(zhì)碎屑流呈“兩段式”，跳躍總體為主，少量懸浮總體，砂體分選較好；而濁流則呈現(xiàn)出典型的“一段式”特征。由鏡下薄片可見，砂質(zhì)碎屑流內(nèi)部，筏流塊狀砂巖部分物性條件略優(yōu)于層流平行層理砂巖段（圖6）。

圖6 J32井綜合柱狀圖Fig.6 Synthetic histogram of well J32

2 儲層特征

2.1 巖石特征

該工區(qū)目的層以細粒的巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，少量長石砂巖（圖7）。

圖7 長8段砂巖巖性三角分類圖Fig.7 The lithology triangle classification of Chang-8 formation

巖石成分上石英的變化范圍在21%～62%，平均含量為48.02%，石英中主要以碎屑石英為主；碎屑長石的變化范圍分布在9%～47%，平均含量為28.05%，鉀長石分布范圍為3%～35%，平均20.58%，斜長石為5%～21%，平均15.07%；巖屑的變化范圍分布在12%～56%，平均含量為23.6%，成分以火成巖巖屑（平均17.16%）和變質(zhì)巖巖屑（平均6.74%）為主；巖屑云母分布于1%～14%?？傮w看，研究區(qū)長8段砂巖的成分成熟度均低（石英含量小于75%）。

顆粒磨圓程度以次棱為主，其次是次棱—次圓，少量棱角，分選主要為好、較好、少量、中等。

通過鑄體薄片的分析可以看出，砂質(zhì)碎屑流沉積的孔隙類型以粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，少量鑄?？?，同時存在少量剩余粒間孔，平均孔隙半徑為23.2 μm，平均喉道寬度為5.56 μm，為細孔—細喉型儲層。

2.2 物性特征

通過對該區(qū)1 361塊砂巖樣本的物性資料進行比較，可以看出砂質(zhì)碎屑流由于砂質(zhì)較純凈，孔隙度與滲透率要明顯好于其它巖類，濁流的鮑馬序列A段，雖也有儲集性，但厚度太薄，并且砂泥互層，所以物性較差。在砂質(zhì)碎屑流內(nèi)部，不同韻律層的砂巖物性也有區(qū)分。在對比242塊“剛性”筏流塊狀砂巖樣本與113塊層流平行層理砂巖樣本的物性資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，塊狀砂巖的孔隙度與滲透率均好于平行層理砂巖。塊狀砂巖的孔隙度集中在4%～8%，占了樣品總數(shù)的70%，小于4%的樣品僅占樣品總數(shù)的15%左右，在累計概率50%時的值為5.67%；滲透率全部大于0.2×10-3μm2，主要集中在（0.2～0.4）×10-3μm2，占62%，累計概率為50%時的值為0.192×10-3μm2。而“似平行層理”砂巖的孔隙度雖也集中在4%～8%，占樣品總數(shù)的50%，但小于4%的樣本較砂質(zhì)碎屑流多，占40%，累計概率50%時的值為5.01%，滲透率小于0.2×10-3μm2的占20%，樣品主要集中于0.2×10-3μm2，占樣品總數(shù)的38%，累計概率50%時的值為0.187×10-3μm2，這是由于平行層理砂巖的泥質(zhì)含量高于塊狀砂巖（圖8、圖9）。

2.3 含油性特征

通過對含油性進行觀察對比發(fā)現(xiàn)，砂質(zhì)碎屑流含油性最好，以油浸、油斑居多，部分層段由于鈣質(zhì)膠結(jié)嚴重導致不含油。濁流沉積因為砂泥頻繁互層，韻律層理發(fā)育，只有A段含油，其以上層段不含油?；鷰r含油性最差，僅有部分井見油跡顯示。砂質(zhì)碎屑流中，塊狀砂巖的含油性總體要好于平行層理砂巖。塊狀砂巖巖樣中，油浸占28%，油斑占51%，不含油的僅占13%，而平行層理砂巖樣品中，油浸要明顯少于塊狀砂巖，僅占10%，不含油的樣品占了30%（圖10）。

圖8 砂質(zhì)碎屑流筏流部分（左）、砂質(zhì)碎屑流層流部分（中）與濁流（右）孔隙度分布直方圖Fig.8 Porosity distribution histogram of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

圖9 砂質(zhì)碎屑流筏流部分（左）、砂質(zhì)碎屑流層流部分（中）與濁流（右）滲透率分布直方圖Fig.9 Permeability distribution histogram of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

圖10 砂質(zhì)碎屑流筏流部分（左）、砂質(zhì)碎屑流層流部分（中）與濁流（右）含油性圖Fig.10 Oiliness of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

3 結(jié)論

鄂爾多斯盆地彬長地區(qū)長8段的砂質(zhì)碎屑流沉積儲層有如下特征：

1）巖性主要以細粒的巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，少量長石砂巖，砂巖內(nèi)存在有大量的塊狀層理及隱約的平行層理，厚度變化較大，連續(xù)性差，底部與泥巖突變接觸。

2）塊狀砂巖內(nèi)部可見泥礫，位于砂巖的中部或上部，有被撕扯拉長的現(xiàn)象。

3）粒度曲線呈兩段式，既有牽引流特征又有重力流特征。

4）砂質(zhì)碎屑流物性及含油性均好于周邊的其它巖相的砂巖。

5）在砂質(zhì)碎屑流內(nèi)部發(fā)育韻律層，上部筏流段的物性及含油性要好于下部層流段。

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