鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組千5段沉積相分析

王若谷

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710069)

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鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組千5段沉積相分析

王若谷

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710069)

延長(zhǎng)探區(qū)上古生界石千峰組千5段具有較大的天然氣勘探潛力，為查明其沉積環(huán)境特征及沉積演化規(guī)律，在大量鉆井、測(cè)井及巖心測(cè)試分析資料的基礎(chǔ)上，識(shí)別出千5段典型相標(biāo)志，并據(jù)此分析其沉積微相類型和特征，明確了沉積微相平面展布規(guī)律。研究表明，延長(zhǎng)探區(qū)千5段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，以靖邊-橫山-子洲-吳堡一線為界，北部為辮狀河三角洲平原亞相，南部則發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相；水下分流河道改道頻繁，在橫向上往復(fù)遷移，在縱向上多期疊置，形成了大規(guī)模的砂巖沉積體，是研究區(qū)最有利的儲(chǔ)集砂體。

鄂爾多斯盆地；延長(zhǎng)探區(qū)；千5段；沉積微相；

延長(zhǎng)探區(qū)位于陜北斜坡東南部，包括延安、子長(zhǎng)、延長(zhǎng)、延川和甘泉5個(gè)市縣，亦包含外圍陜西省內(nèi)黃陵、黃龍以北區(qū)域以及橫山、佳縣以南區(qū)域其余市縣。目前，延長(zhǎng)探區(qū)已明確的主力氣層段為上古生界石盒子組盒8段和本溪組，礦權(quán)區(qū)內(nèi)盒8段和本溪組已探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量逾5 000×108m3，從周邊氣田的勘探實(shí)踐來(lái)看，上古生界石千峰組千5段天然氣勘探具有較大潛力[1-5]，是下步實(shí)現(xiàn)增儲(chǔ)的重要領(lǐng)域。延長(zhǎng)探區(qū)已有的鉆探及試氣資料表明，上古生界石千峰組千5段可見不同程度的氣顯示，局部?jī)?chǔ)層發(fā)育，具有形成工業(yè)氣藏的潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西端，晚古生代先后經(jīng)歷了晚石炭世至早二疊世早期海相沉積階段，早二疊世晚期海陸過(guò)渡相階段和中晚二疊世的陸相沉積階段[6-8]。中二疊世早期，海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得盆地北部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加劇，興蒙海槽逐漸關(guān)閉，引起強(qiáng)烈的南北差異升降，盆地北緣的陰山古陸提供了大量陸源碎屑[9-10]；而盆地南緣的祁連、秦嶺形成統(tǒng)一的物源區(qū)，開始大量為鄂爾多斯盆地西南及南部地區(qū)提供物源[11]。石盒子期，盆地南北向差異沉降幅度大，形成了一套巨厚的河流-三角洲-濱淺湖相碎屑沉積。晚二疊世石千峰期處于海西旋回末期，秦嶺海槽再度發(fā)生向北的俯沖消減，北緣興蒙海槽因西伯利亞板塊與華北板塊對(duì)接而消亡，華北地臺(tái)整體抬升，海水自此完全撤出鄂爾多斯盆地。

根據(jù)鄂爾多斯盆地二疊紀(jì)最新的分層方案，延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組地層厚度為212～280 m，平均厚251 m。根據(jù)巖性組合、電性和沉積旋回等特征，將石千峰組自下而上依次分為千5～千1共五個(gè)氣層組，其巖性主要以棕紅、紫紅和紫灰色厚層狀泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，夾紫紅、紫灰色厚-薄層狀砂巖、含礫粗砂巖，常含泥灰?guī)r薄層或鈣質(zhì)結(jié)核。其中千5段地層厚度42～65 m，砂礫巖含量明顯高于其余小層，巖性主要為中、厚層狀棕紅、紫灰、灰及灰綠色礫巖、含礫砂巖和紫紅色砂質(zhì)泥巖互層，底部常為一套塊狀含礫粗砂巖并與下伏上石盒子泥巖段呈沖刷接觸。

2 沉積相標(biāo)志

2.1 碎屑巖顏色

不同沉積環(huán)境下所形成的碎屑巖顏色不同，暗灰色和黑色黏土巖表征還原或強(qiáng)還原沉積環(huán)境，而紅、棕、黃色則反映出巖石沉積時(shí)為氧化或強(qiáng)氧化環(huán)境。延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組多見大段紫紅色、棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，砂巖顏色多變，呈紫灰色、暗紫紅色、淺灰色。碎屑巖顏色的頻繁變化反映出水位變化較頻繁，并以季節(jié)性干旱氣候?yàn)橹鞯沫h(huán)境特征。

2.2 巖石組分

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)75塊薄片鑒定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)得出，按成分-成因分類標(biāo)準(zhǔn)[12-13]，千5段主要儲(chǔ)集類型以長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主。石英含量變化范圍較大，為25.0%～72.0%，平均為44.8%；長(zhǎng)石含量明顯高于下伏石盒子組儲(chǔ)層，含量為3.0%～47.0%，平均24.6%；巖屑含量為0～50.0%，平均17.5%。

2.3 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造直接反映沉積時(shí)占優(yōu)勢(shì)的沉積介質(zhì)和能量條件,因而,它是碎屑巖最重要的成因標(biāo)志之一。延長(zhǎng)探區(qū)上古生界石千峰組地層常見的沉積構(gòu)造類型主要有槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、水平層理、塊狀層理等原生沉積構(gòu)造，而波狀層理和粒序?qū)永韯t比較少見，亦未見干裂、鈣質(zhì)結(jié)核等暴露標(biāo)志，因此可推斷出研究區(qū)石千峰組沉積期應(yīng)處于水下沉積環(huán)境中，地形整體平坦，水動(dòng)力條件以牽引流為主，水動(dòng)力強(qiáng)、水位較淺、水流湍急。

2.4 碎屑巖粒度特征

沉積物的粒度分布受沉積時(shí)水動(dòng)力條件的控制，是反映原始沉積狀況的直接標(biāo)志，薄片鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)千5段砂巖粒度主要以中砂和粗砂為主，顆粒磨圓度較好，多呈次圓狀。通過(guò)對(duì)粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)薩胡判斷沉積環(huán)境的判別函數(shù)，判別結(jié)果全部小于-7.149 0，最大值為-26.695 6，最小值為-41.586 5,符合河流(三角洲)相判別結(jié)果。

粒度概率曲線中粒度頻率直方圖峰值20%左右，主峰位于細(xì)粒一側(cè)，以細(xì)粒組分為主，指示了水下沉積特征。粒度概率曲線多為兩段式，以跳躍組分和懸浮組分為主，懸浮組分含量很少，多小于10%，跳躍組分含量很高，多在90%以上，斜率陡。部分樣品跳躍總體發(fā)育兩個(gè)次總體(圖1a)，該類沉積受單一河流作用或者單一湖泊作用的影響較小，大多數(shù)為二者共同作用的結(jié)果，代表的是一種復(fù)雜多樣的水流沉積環(huán)境，是三角洲前緣相的特征。此外，部分樣品的粒度概率曲線特征與其余樣品存在一定差別，其粒度頻率直方圖主峰可位于粗粒一側(cè)，概率曲線為兩段式或三段式，偶見滾動(dòng)組分，跳躍組分含量略低，斜率略緩；懸浮組分含量較少，一般為15%～25%(圖1b)，這一特征反映了千5段沉積水動(dòng)力條件較強(qiáng)、分選略差的特征。CM圖是表示沉積物結(jié)構(gòu)與沉積作用關(guān)系的樣品集合圖，C值與M值這兩個(gè)粒度參數(shù)最能反映介質(zhì)搬運(yùn)和沉積作用的能力。將區(qū)內(nèi)26個(gè)樣品的C值、M值分別投影圖解得出(圖2)，C值為279～1 383 μm，M值為146～548 μm，主要發(fā)育QR段，少量PQ段，即遞變懸浮部分為主，其次為懸浮和滾動(dòng)部分，QR段代表遞變懸浮段，遞變懸浮搬運(yùn)是指懸浮物質(zhì)由下到上粒度逐漸變細(xì)，密度逐漸變低，C值與M值成比例變化，圖形與C-M基線平行。CM圖解指示出研究區(qū)應(yīng)主要受牽引流沉積作用。

2.5 剖面結(jié)構(gòu)特征

圖1 延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組千5段典型粒度概率累積曲線

千5段巖性剖面砂泥比較高，最大值可達(dá)9.8，近1/3的值大于1，均值0.9。剖面結(jié)構(gòu)多顯示為中-厚層砂體與泥質(zhì)沉積互層，常見大規(guī)模交錯(cuò)層理的中粗粒砂巖突然覆蓋在薄層的水平紋層的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖沉積之上。而且多個(gè)單砂體往往反復(fù)疊加成一個(gè)厚砂體，構(gòu)成復(fù)合正韻律結(jié)構(gòu)，其總厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于河道深度。自然伽馬曲線形態(tài)常表現(xiàn)為多個(gè)高-中幅箱型或箱型-鐘形過(guò)渡型的迭加，底部常為突變接觸，曲線強(qiáng)烈齒化(圖3)。上述特征表明千5段河道砂體具有橫向遷移快、砂體間沖刷強(qiáng)烈、經(jīng)常發(fā)生快速?gòu)U棄-復(fù)活的頻繁改道性質(zhì)，總體顯示了分布不穩(wěn)定的辮狀河三角洲特點(diǎn)。

3 沉積相類型及特征

研究區(qū)上古生界石千峰組千5段總體是一套碎屑巖砂、泥互層沉積，砂巖粒度普遍較大，以正粒序?yàn)橹?，沉積水動(dòng)力特征指示出研究區(qū)目的層段主體處于水下環(huán)境中，水體深度不大，水動(dòng)力較強(qiáng)、水流湍急，河道改道頻繁。因此判斷研究區(qū)千5段為辮狀河三角洲沉積相，并可識(shí)別出辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣兩大沉積亞相。

圖2 延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組千5段砂巖CM圖解

圖3 延長(zhǎng)探區(qū)千5段典型剖面結(jié)構(gòu)特征

辮狀河三角洲平原沉積主要由分流河道和泛濫平原兩種微相組成，其中廣泛發(fā)育的分流河道是其沉積主體。分流河道沉積巖性多為含礫粗砂巖、粗砂巖及中-細(xì)砂巖，發(fā)育大型板狀交錯(cuò)層、槽狀交錯(cuò)層、沖刷面構(gòu)造。分流河道頻繁地分叉、匯合，在橫向上不斷往返遷移，使分流河道砂體在橫向上廣泛連片，呈現(xiàn)寬/厚比高的寬平板狀。底部沖刷面較平坦，基底起伏不大。單個(gè)辮狀河分流河道單元厚度不大，一般為3～5 m，多呈寬板狀或透鏡狀，但由于泛濫平原不太發(fā)育或被后期河道沖刷掉，所以多個(gè)分流河道沉積單元疊合起來(lái)就會(huì)產(chǎn)生廣泛分布、均一組成的厚單元，厚度可達(dá)15～20 m。自然伽馬曲線呈現(xiàn)齒狀鐘形或箱形，具中高幅值，曲線頂、底變化突然。由于辮狀河三角洲平原分流河道不固定，分流河道對(duì)下伏沉積物的沖刷比較強(qiáng)烈，所以泛濫平原沉積相對(duì)于分流河道不太發(fā)育或保存不完整。沉積物主要為雜色、紫紅色泥巖、粉砂巖等。泛濫平原沉積自然伽馬曲線呈現(xiàn)低幅值、微齒狀。

辮狀河三角洲前緣亞相在研究區(qū)廣泛發(fā)育，可識(shí)別出水下分流河道、分流間灣和席狀砂等微相。由于研究區(qū)距物源區(qū)較遠(yuǎn)，地形平緩，水體深度不大，水體的可容空間有限，但水動(dòng)力較強(qiáng)，水下分流河道頻繁改道，往往侵蝕下伏沉積物，常造成河口壩被沖刷減薄或者根本不發(fā)育。水下分流河道沉積主要是含礫不等粒砂巖、粗-中砂巖，含少量細(xì)砂巖薄層，單層砂厚一般為5～8 m。砂巖中沉積構(gòu)造較發(fā)育，由下至上依次為沖刷面、大中型槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理及平行層理。單砂體在剖面上稍顯正韻律的沉積序列，反映了水動(dòng)力條件由強(qiáng)變?nèi)醯闹芷谛宰兓?。但由于水下分流河道砂體頻繁交互，剖面上則形成多層樓式的正韻律的含礫砂巖、粗砂巖組成的疊合砂體。疊合砂體中間夾有細(xì)粒的分流間灣沉積，因此自然伽馬曲線總體上表現(xiàn)為壩底突變的箱形曲線的多次疊加。分流間灣沉積發(fā)育于河道間，主要巖性為淺灰綠色、紫紅色和雜色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，常見塊狀層理及小型沙紋交錯(cuò)層理。自然伽馬曲線表現(xiàn)為低幅微齒狀。席狀砂一般是水下分流河道或河口壩砂巖經(jīng)波浪改造而成，巖性一般為分選相對(duì)較好的細(xì)砂巖、粉砂巖等，發(fā)育波狀層理及小型交錯(cuò)層理等，一般與前辮狀河三角洲沉積呈薄互層，自然伽馬曲線表現(xiàn)為指狀或尖峰狀，中等幅值，席狀砂一般厚度不大，為0.5～2.0 m。

4 沉積相平面展布特征

晚二疊世海西旋回末期，秦嶺海槽發(fā)生向北的俯沖消減，華北地臺(tái)整體抬升。千5期是石千峰期盆地北緣構(gòu)造碰撞最強(qiáng)的時(shí)期，同時(shí)也是石千峰期位于盆地南緣的秦嶺海槽向北俯沖削減最強(qiáng)的，給研究區(qū)提供了充沛的南、北物質(zhì)來(lái)源。受物源區(qū)抬升和湖平面迅速下降的影響，可容空間有限，水動(dòng)力強(qiáng)，形成的辮狀河三角洲快速向湖推進(jìn)，(水下)分流河道在橫向上往復(fù)遷移，在縱向上出現(xiàn)多期疊置，形成了大規(guī)模的砂巖沉積體。在研究區(qū)北部靖邊-橫山-子洲-吳堡一線以北發(fā)育辮狀河三角洲平原沉積，分流河道砂體反復(fù)疊置，累積厚度巨大，平均厚度可達(dá)20 m。在該線以南，則進(jìn)入辮狀河三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體改道頻繁，砂體連續(xù)性好，寬度大，彎曲度較小，分流、匯合作用強(qiáng)。北部物源區(qū)自東向西可大致識(shí)別出6條近南北向展布的水下分流河道砂體，分別沿吳堡-宜川、清澗-延長(zhǎng)、橫山-子長(zhǎng)、靖邊-志丹、吳起及定邊展布，在東部的子長(zhǎng)、延川、延長(zhǎng)區(qū)域水下分流河道分流、匯合作用顯著，砂體疊置連片，呈席狀大范圍展布，砂體累積厚度多在25 m及以上，砂地比多在40%以上，最高可達(dá)60%。西部定邊、吳起地區(qū)水下分流河道交匯作用有限，水下分流河道的彎曲度明顯低于東部地區(qū)，呈扇狀或朵葉狀向湖盆展布，砂體累積厚度略有減薄，多在15 m及以上，砂地比為30%～50%。南部物源區(qū)自東向西可大致識(shí)別出4條辮狀河水下分流河道砂體，分流、匯合作用強(qiáng)烈，砂體呈扇狀向湖盆展布。黃陵-洛川-富縣一線砂體累積厚度最大，砂厚多在25 m及以上，砂地比40%及以上。南、北向物源砂體在甘泉-宜川一帶交匯貫通，連片性強(qiáng)。濱淺湖范圍較小，僅發(fā)育于研究區(qū)東南部和西南部(圖4)。

圖4 延長(zhǎng)探區(qū)石千峰組千5段沉積相平面展布

5 結(jié)論

研究區(qū)上古生界石千峰組千5段沉積期地形整體平坦，水動(dòng)力條件以牽引流為主，水動(dòng)力強(qiáng)，水位較淺。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，以靖邊-橫山-子洲-吳堡一線為界，北部為辮狀河三角洲平原亞相，南部則發(fā)育大范圍的辮狀河三角洲前緣亞相。水下分流河道改道頻繁，在橫向上往復(fù)遷移，在縱向上出現(xiàn)多期疊置，形成了大規(guī)模的砂巖沉積體，是研究區(qū)最有利的儲(chǔ)集砂體。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-0001-04

2016-04-20

王若谷，博士，工程師，1985年生，2013年畢業(yè)于西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，現(xiàn)從事天然氣勘探方面的工作。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃項(xiàng)目“鄂爾多斯盆地多種能源綜合調(diào)查評(píng)價(jià)”(12120114009201)。

TE111.3

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