鄂爾多斯盆地東部子洲地區(qū)淺水三角洲沉積特征

任世杰，高勝利，高超利

(1.延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安　717600；2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安　710065)

鄂爾多斯盆地子洲探區(qū)的構(gòu)造位置位于伊陜斜坡東部，行政區(qū)劃包括陜西省米脂、子洲、綏德、清澗等縣，距榆林氣田東南約50 km，勘探面積為7000 km2。該區(qū)山2石英砂巖發(fā)育，分布面積大，具有較大的勘探潛力，2005年子洲地區(qū)已探明山2含氣面積1016.78 km2，探明地質(zhì)儲量922.58×108m3。

長期以來，普遍認(rèn)為鄂爾多斯盆地地區(qū)山西組沉積期主要發(fā)育河流-三角洲-湖泊沉積體系[1-3]。隨著盆地天然氣勘探程度的提高和研究的不斷深入，鄂爾多斯盆地山西組早期的海相沉積環(huán)境證據(jù)越來越多，從而對山西組特別是山2沉積環(huán)境的認(rèn)識有了很大的改變，認(rèn)為山西組早期沉積在中東部地區(qū)具有獨(dú)特的淺水三角洲沉積特征，盆地北部上三角洲平原帶發(fā)育，而盆地東南部下三角洲平原帶發(fā)育，其間為過渡沉積帶海相，上、下三角洲平原又各具其自身的沉積特點(diǎn)。子洲地區(qū)處于盆地的東南部，該區(qū)下三角洲平原沉積以水下分流河道為主體砂體。該區(qū)淺水三角洲沉積環(huán)境的地質(zhì)認(rèn)識打破了長期以來固有的思維模式，該認(rèn)識在子洲大氣田的發(fā)現(xiàn)過程中起到了重要作用。

1　山西組早期海相特征

1.1　沉積背景

鄂爾多斯盆地地區(qū)中央古隆起及其東部地區(qū)在晚古生代是華北盆地西部寬緩斜坡區(qū)，其沉積演化特征受控于華北盆地古地理背景。中奧陶世至早石炭世，華北地臺隆升遭受長期風(fēng)化剝蝕，地表已成準(zhǔn)平原狀態(tài)，現(xiàn)今的鄂爾多斯盆地地區(qū)也不例外，處于風(fēng)化剝蝕期。早石炭世晚期，華北盆地開始最早的海侵，海侵主要來自東北方向，海侵沉積主要發(fā)育在遼南及其以東地區(qū)，這時(shí)的鄂爾多斯盆地仍處于隆升剝蝕區(qū)。晚石炭世早期—晚石炭世晚期，華北盆地海侵已波及現(xiàn)今鄂爾多斯盆地地區(qū)，形成陸表海沉積[4]。華北盆地最大的海侵期為早二疊世太原組沉積期，表現(xiàn)為大范圍發(fā)育灰?guī)r沉積，鄂爾多斯盆地地區(qū)也有多層灰?guī)r發(fā)育。山西組沉積早期，發(fā)生向東南方向的海退，但海水沒有完全退出鄂爾多斯盆地地區(qū)(圖1)。

圖1　華北盆地山西組早期巖相古地理圖Fig.1　Map of lithofacies palaeogeography during Shanxi formation forepart in Huabei basin

1.2　泥巖微量元素、古生物化石特征

縱向上，從山23到山21總的趨勢從大變小，山23、山22泥巖樣品的Sr/Ba變化范圍較大，局部比值大于1,甚至更大，反映有海水強(qiáng)烈改造過的特征，而山21中泥巖樣品的Sr/Ba絕大多數(shù)均小于0.5(圖2)，表明其為陸相沉積環(huán)境的產(chǎn)物，微量元素的縱向變化特點(diǎn)說明，山西期沉積是一海退的過程，山西沉積早期海水對本區(qū)沉積有改造作用，至山西期末海水徹底退出本區(qū)。橫向上，山2底部Sr/Ba從盆地的西北向東南逐漸增大，子洲及其東部地區(qū)Sr/Ba大于1(圖3)，說明山西早期海水對盆地沉積的改造從東南向西北逐漸減弱，表明了沉積環(huán)境由海相向過渡相、再向陸相的轉(zhuǎn)化過程。

圖2　榆30、榆36山2段Sr/Ba—深度關(guān)系Fig.2　Relationship between Sr/ Ba and depth in well Yu-30 and well Yu-36

圖3　鄂爾多斯盆地東部山2段Sr/Ba平面分布Fig.3　Plane distribution of member 2 of Shanxi formation in the east Ordos basin

盆地內(nèi)，榆48井山西組山2段的泥巖中(井深2566～2568 m)，發(fā)現(xiàn)有棘皮類化石碎片存在，大小約12 mm，邊緣部分已被菱鐵礦交代，但棘皮類化石的單晶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)仍清晰可見，碳酸鹽礦物的菱面解理特征也基本保留，確系棘皮類化石碎片無疑，可以認(rèn)為它們是在確有海水侵入的環(huán)境下被帶入或原地生成的。大12井山2段2813.55 m處顯微鏡下發(fā)現(xiàn)晶粒白云石化的海百合及有孔蟲骨屑[5]，這些化石的存在無疑說明盆地山2段具有海相沉積的特點(diǎn)。

2　淺水三角洲特征

考察本區(qū)的山西組山23三角洲沉積特點(diǎn)，不具備經(jīng)典的三角洲沉積模式，而具有其獨(dú)特的沉積特征，普遍發(fā)育三角洲前緣沉積。我國華北地區(qū)石炭—二疊紀(jì)含煤巖系是在構(gòu)造穩(wěn)定的陸表海條件下沉積的，而此時(shí)鄂爾多斯盆地是華北穩(wěn)定克拉通盆地的一部分，其結(jié)晶基底穩(wěn)定，地形平坦，在晚石炭世至早二疊世形成平坦寬闊的陸表的一部分[6-8]。而前述的泥巖微量元素、古生物化石特征，已經(jīng)證明山西沉積早期盆地東部地區(qū)又有明顯的海水改造作用，依據(jù)淺水三角洲沉積體系的劃分模式(圖4)，認(rèn)為本區(qū)山西沉積早期具有淺水三角洲沉積特征。淺水三角洲沉積體系通常被分為上三角洲平原、下三角洲平原以及其間的過渡帶，其中下三角洲平原包括三角洲前緣和前三角洲或海灣沉積，在受海水到微咸水改造過的地區(qū)發(fā)育下三角洲平原[6]。子洲地區(qū)下三角洲平原發(fā)育，發(fā)育獨(dú)特的三角洲前緣特征。三角洲前緣構(gòu)成子洲地區(qū)三角洲沉積的主體，也是本區(qū)氣藏的主要儲集體，三角洲前緣又可進(jìn)一步劃分為水下分流河道、分流間灣、河口砂壩及間灣沼澤，本區(qū)主要發(fā)育水下分流河道、分流間灣、間灣沼澤微相，以及以水下分流河道為主的沉積微相組合類型。

圖4　淺水三角洲沉積體系模式Fig.4　Model of shallow water delta sedimentary system in the east Ordos basin

2.1　水下分流河道微相

巖性為灰白色、灰色、深灰色含礫粗砂巖—灰色細(xì)砂巖，砂體常具有由含礫粗砂巖向上變?yōu)榧?xì)、粉砂巖組成的正粒序。分選中等—好，次棱—次圓狀。砂巖中見槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理及平行層理，普遍見對下伏深灰色泥巖或灰?guī)r的沖刷面，且含礫石，礫石成分主要為燧石、泥礫(圖5)。

測井曲線上由多個(gè)向上變細(xì)的正旋回構(gòu)成，自然伽馬曲線表現(xiàn)為多個(gè)齒化箱狀曲線組合的疊加，從下到上幅度逐漸降低，反映了水動力條件逐漸減弱的特征。

麒2井山23粒度分布概率曲線以跳躍總體為主(60%左右),推移總體較少(20%左右)，懸浮總體不發(fā)育，斜率高，反映了沉積時(shí)水動力條件較強(qiáng)。

2.2　分流間灣微相

沉積物由灰色、深灰色、黑色的細(xì)碎屑物質(zhì)和泥質(zhì)組成，常形成泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖的互層，或者泥巖中夾細(xì)砂巖和粉砂巖的條帶或透鏡體，發(fā)育水平層理和透鏡狀層理，見塊狀層理、沙紋層理及波狀層理。見植物葉片、植物莖干化石、莖干印模、動物的遺體及遺跡化石。自然伽馬曲線總體表現(xiàn)為低幅值，或呈鋸齒狀或呈小的尖峰狀。

2.3　間灣沼澤微相

在覆水相對閉塞的分流間灣，在還原—弱還原的環(huán)境中沼澤化，形成較厚的煤層(煤線)和炭質(zhì)泥巖的堆積，所以，沉積物為煤層與灰黑色炭質(zhì)泥巖互層，夾深灰色泥巖，與下部砂巖為突變接觸。在煤層段，自然伽馬曲線為低幅齒狀，聲波時(shí)差曲線為高的尖峰狀。

圖5　鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)山2水下分流河道沉積特征Fig.5　Sedimentary characteristics of the subaqueous distributary channel of member 2 of Shanxi formation in Zizhou area, Ordos basin

3　氣藏特征

本區(qū)獨(dú)特的淺水三角洲平原沉積序列特征決定了本區(qū)天然氣藏的成藏特征，水下分流河道沉積是主體沉積砂體，縱向上，其上、下沉積微相是分流間灣或間灣沼澤。

3.1　成藏模式

山西組山2底部的北岔溝砂巖與上覆的黑色泥巖、煤層及灰色泥巖夾粉細(xì)砂巖構(gòu)成含氣組合(圖6)。山2底部砂主要為中—粗粒石英砂巖，孔隙度為2%～10%，滲透率為0.1～10 mD，而上部發(fā)育的暗色泥巖既是有效的烴源巖又是直接蓋層，形成自生自儲的源內(nèi)成藏模式(圖7)。

3.2　巖性圈閉

盆地東部現(xiàn)今構(gòu)造為十分平緩的西傾大單斜，傾角<1°，整體表現(xiàn)為東高西低、北高南低的特征。在斜坡背景上發(fā)育幅度很小的鼻狀隆起，淺水三角洲前緣砂體往往呈孤立或不同時(shí)期的砂體垂向疊置，因此構(gòu)造作用對子洲—清澗地區(qū)天然氣的聚集成藏不起決定性控制作用。

子洲地區(qū)山2砂帶主要呈北西—南東向帶狀展布，受三角洲前緣水下分流河道的控制，主砂體帶與分流河道間的泥質(zhì)巖相間分布，不同期次的砂體在垂向上相互疊置。在砂體的主體部位儲層厚度較大，物性相對較好，工業(yè)氣流井主要位于儲層巖性為石英砂巖且厚度較大、物性較好的部位，而主砂體側(cè)翼和邊緣物性相對較差，含氣性也隨之變差。榆29井2507.6～2513.5 m段為粗粒石英砂巖，粒間孔及溶孔較為發(fā)育，孔隙度為7.4%，滲透率為17.6 mD，試氣獲得了27.7790×104m3/d的高產(chǎn)氣流。而在主砂體的側(cè)翼，水動力條件減弱，砂巖粒度變細(xì)、泥質(zhì)含量增加，儲層物性變差或變致密，形成了上傾部位的巖性遮擋。在砂體向前緣的傾沒端，由于砂體厚度減薄，砂體致密或尖滅，形成巖性圈閉(圖8)。與此同時(shí)，砂體受沉積、成巖作用等多種地質(zhì)作用的影響，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，也增加了圈閉的復(fù)雜性。因此，本區(qū)多期沉積的水下分流河道和河口壩砂體在側(cè)向(上傾方向)或縱向上與水下分流河道間灣及濱淺湖相沉積的泥巖相互配置，構(gòu)成了眾多的巖性圈閉。近年來的地質(zhì)綜合研究認(rèn)為，該區(qū)石英砂巖沿東南方向展布，子洲地區(qū)已在山2提交探明地質(zhì)儲量922.58×108m3，子洲東的鎮(zhèn)川2-榆39-榆78一帶(米脂東)預(yù)測砂巖分布面積約800 km2，山2含氣顯示較好，揭示本區(qū)具有較大的勘探潛力。

圖6　鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)山2段氣藏縱向模式Fig.6　Vertical gas reservoir model of member 2 of Shanxi formation in Zizhou area, Ordos basin

圖7　鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)天然氣成藏模式Fig.7　Modelon gas reservoirs in Zizhou area, Ordos basin

4　結(jié)論

通過上述研究，本文得出以下結(jié)論:

(1)鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)山西組沉積早期具有明顯的海相特征。縱向上，山2段從下到上Sr/Ba從大變小，山2段中下部Sr/Ba變化范圍較大，局部比值大于1、甚至更大；橫向上，Sr/Ba從盆地的西北向東南逐漸增大，子洲及其東部地區(qū)Sr/Ba大于1。同樣，古生物化石也證明山西組沉積早期的海相特征。

(2)位于盆地東部的子洲地區(qū)，山2段沉積具有獨(dú)特的淺水三角洲沉積特征，下三角洲平原發(fā)育, 以水下分流河道為主的分流間灣-水下分流河道-間灣沼澤沉積微相組合為其特征。

(3)山2氣藏為巖性氣藏圈閉，水下分流河道和河口壩砂體在側(cè)向(上傾方向)或縱向上與水下分流河道間灣及濱淺湖相沉積的泥巖相互配置，構(gòu)成了眾多的巖性圈閉。

(4)子洲地區(qū)山2砂帶主要呈北西—南東向帶狀展布，受三角洲前緣水下分流河道的控制，主砂體帶與分流河道間的泥質(zhì)巖相間分布，儲層厚度較大，物性相對較好，子洲地區(qū)已在山2提交探明地質(zhì)儲量922.58×108m3，子洲東的鎮(zhèn)川2-榆39-榆78一帶(米脂東)預(yù)測砂巖分布面積約800 km2，山2含氣顯示較好，揭示本區(qū)具有較大的勘探潛力。