鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長7 段重力流砂體構(gòu)型及其主控因素

梁曉偉，鮮本忠，馮勝斌，陳鵬，尤源，吳千然，淡衛(wèi)東，張文淼

1.中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院，西安 710018

2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

3.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

0 引言

重力流是深水沉積物最重要的搬運(yùn)機(jī)制之一[1]。深化重力流理論研究不僅有助于層序地層學(xué)[2-3]、源—匯系統(tǒng)沉積學(xué)[4-5]、古氣候重建[6]等基礎(chǔ)科學(xué)問題的探索，而且有助于海底災(zāi)害預(yù)防、油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域[7-10]等工程應(yīng)用問題的解決。

長期以來，前人對鄂爾多斯盆地延長組7 段（長7段）重力流沉積開展了大量研究[4]，認(rèn)為重力流沉積主要有兩種類型：濁流沉積[7]和砂質(zhì)碎屑流沉積[11-13]。同時(shí)，越來越多的研究人員也意識(shí)到，重力流沉積過程中普遍存在從碎屑流向濁流沉積的流體轉(zhuǎn)換[14-16]。近年來，區(qū)內(nèi)露頭和鉆井中泥質(zhì)碎屑流[11]和異重流[17-20]的發(fā)現(xiàn)更加豐富了長7 段重力流沉積的認(rèn)識(shí)，為隴東地區(qū)長7 段重力流砂體分布規(guī)律的研究奠定了基礎(chǔ)。

盡管目前已在長7段重力流的巖相劃分、流體成因、沉積微相等方面開展了大量研究，但是對于長7段內(nèi)部不同時(shí)期小層發(fā)育期）重力流砂體的規(guī)模變化、垂向疊置關(guān)系、橫向遷移情況等構(gòu)型特征的認(rèn)識(shí)非常薄弱。這極大制約了重力流砂巖儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律的預(yù)測，進(jìn)而影響了重力流砂巖儲(chǔ)層油氣的高效勘探和開發(fā)。亟需解決的問題包括：1）深水區(qū)域面積大，但三維地震工區(qū)面積小或缺乏，重力流成因的砂體分布特征及規(guī)律認(rèn)識(shí)程度低[21]；2）缺乏合理、統(tǒng)一、有效的重力流砂體構(gòu)型分類方案[22]；3）缺乏對湖相大型重力流沉積區(qū)砂體構(gòu)型控制因素的研究[23-24]。

為了明確鄂爾多斯盆地長7 段重力流砂體構(gòu)型特征及發(fā)育模式，本文基于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)700 余口鉆測井資料，通過小層劃分對比、砂體分布編圖、單井砂體識(shí)別及疊置關(guān)系劃分、井間砂體精細(xì)對比，建立重力流砂體構(gòu)型分類方案，總結(jié)砂體構(gòu)型的平面、垂向發(fā)育規(guī)律及其主控因素，為鄂爾多斯盆地長7 段重力流砂巖儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律的理解和致密油的開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地地理位置位于我國中部秦嶺北側(cè)，大地構(gòu)造位置位于華北地臺(tái)西部，是一個(gè)中生代與新生代疊加的、有多期次旋回且沉降穩(wěn)定的大型坳陷盆地[10]?？梢詫⒍鯛柖嗨古璧胤譃榱鶄€(gè)構(gòu)造單元帶，分別為伊陜斜坡、天環(huán)坳陷、晉西撓褶帶、西緣逆沖帶、伊盟隆起以及渭北隆起，呈現(xiàn)出四周的隆起、褶皺或斷裂包圍中間穩(wěn)定盆地的、四周高中間低的特征[5]（圖1a）。本次研究區(qū)為隴東地區(qū)，橫跨慶陽、平?jīng)鰞墒?，面積約5×104km2，占盆地面積的25%，其西部為西緣沖斷帶，中部橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡，南部為渭北隆起，受四個(gè)構(gòu)造單元控制，構(gòu)造相對簡單（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)圖（a）及研究區(qū)剖面分布圖（b）Fig.1 (a) Geological map of Ordos Basin. (b) Profiles in study area

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)的延長組地層厚度約為1 000~1 300 m，自上而下可以劃分為10個(gè)油組，也可稱為10個(gè)段（圖2a）。伴隨著秦嶺造山等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，晚三疊世延長期的鄂爾多斯湖盆依次經(jīng)歷了水體變深—變淺的變化過程，其中7油組沉積時(shí)期水體最深、湖盆面積最大，為湖盆演化發(fā)育的決定時(shí)期，主要包括河流、三角洲和湖泊等沉積環(huán)境，且重力流廣泛發(fā)育。

Chenet al.[25]根據(jù)鄂爾多斯盆地長7段伽馬（GR）測井曲線及密度（DEN）測井曲線的變化特點(diǎn)，利用旋回地層學(xué)基礎(chǔ)理論，建立了鄂爾多斯盆地長7段地層格架，以及各亞段沉積的起止時(shí)間。依照地質(zhì)年代表獲得了長7 段烴源巖高分辨沉積速率變化情況和405 kyr 濾波天文校準(zhǔn)曲線，并結(jié)合滑動(dòng)窗口相關(guān)系數(shù)分析對獲得的結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證（圖2b）。從時(shí)間跨度上來看，長7 段為1 個(gè)完整的三級旋回，其中，長71、長72、長73亞段各自構(gòu)成1個(gè)完整的四級旋回或亞段，之下各個(gè)旋回分界線可作為五級旋回或小層劃分的重要依據(jù)。

因此，本次參照前人地層劃分對比結(jié)果，依據(jù)油組標(biāo)志層特征、沉積旋回特征和測井曲線特征，將長7 段分劃為長71、長72和長73三個(gè)亞段，每個(gè)亞段厚度為32~40 m。其中，長72可細(xì)分為長722和長712兩個(gè)小層，長71可細(xì)分為長721和長711兩個(gè)小層（圖2b），每個(gè)小層厚度大致相同，為15~23 m。

圖2 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組地層柱狀圖（a）及延長組長7 段小層劃分及沉積演化圖（b）Fig.2 (a) Column map of Upper Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin. (b) Stratigraphic subdivision and sedimentary evolution of Chang 7 member

2 研究資料與方法

本次研究主要圍繞7 條覆蓋全區(qū)的連井剖面而展開（圖1b）。研究資料包括7 條剖面上310 口鉆井的錄井資料和巖心資料、約735 口井的測井?dāng)?shù)據(jù)、共56口井巖心觀察及巖石樣品粒度、薄片分析。

研究中首先通過巖心觀察、巖相分析、測錄井深度校正、測井曲線形態(tài)分析，明確研究區(qū)重力流砂體的沉積特征和沉積規(guī)律，建立重力流沉積微相的劃分方案。然后，在沉積微相分析的基礎(chǔ)上分析砂體的級次關(guān)系、規(guī)模變化和縱橫向疊置關(guān)系，開展重力流砂體構(gòu)型的細(xì)分和平面展布特征研究?；赑etrel和Direct工區(qū)，進(jìn)行區(qū)域性連井砂體對比，總結(jié)鄂爾多斯盆地長7段重力流砂體構(gòu)型發(fā)育規(guī)律，構(gòu)建研究區(qū)重力流砂體構(gòu)型模型。最后，總結(jié)重力流砂體構(gòu)型發(fā)育的主控因素。

3 重力流砂巖沉積與分布特征

3.1 重力流砂體沉積微相劃分

重力流沉積微相精細(xì)研究是其砂體構(gòu)型研究的基礎(chǔ)[26-27]，在沉積微相內(nèi)部討論砂體構(gòu)型特征，才能更準(zhǔn)確地把握砂體構(gòu)型的變化規(guī)律。因此，重力流砂體構(gòu)型研究的前提在于重力流沉積微相的劃分?；谇叭藢ρ芯繀^(qū)重力流觸發(fā)機(jī)制、流體類型判識(shí)基礎(chǔ)上，首先根據(jù)露頭中所觀察到的上下巖層接觸關(guān)系、巖性突變特征及砂體形態(tài)進(jìn)行識(shí)別，然后綜合應(yīng)用研究區(qū)單井巖心沉積剖面結(jié)構(gòu)、連井沉積剖面、巖性組合和結(jié)構(gòu)特征及測井曲線響應(yīng)特征，確定了各類構(gòu)型要素的識(shí)別標(biāo)志，開展了重力流沉積構(gòu)型要素定量—半定量劃分（表1）。本區(qū)重力流砂巖沉積分為重力流水道、溢岸和湖底扇3 個(gè)亞相7 個(gè)微相（圖3）。

圖3 研究區(qū)重力流沉積微相剖面及測井響應(yīng)示意圖Fig.3 Profile and logging response of gravity￣flow sedimentary facies in the study area

表1 鄂爾多斯盆地延長組長7段重力流沉積微相識(shí)別標(biāo)志Table 1 Identification marks of gravity?flow sedimentary facies in Chang 7 member, Ordos Basin

3.2 長7段小層劃分與對比

研究區(qū)共建立7條區(qū)域性連井對比剖面，分別為剖面1—剖面7（平面位置見圖1b），在7 條剖面上開展長7段四個(gè)小層尺度的砂體對比。

以剖面3 中里91—里119—白81—木100—里34為例（圖4），從圖中可以看出長7段四個(gè)小層均有砂體分布，但相比于長72，長71的長721和長711兩個(gè)小層砂體更為發(fā)育，最多可發(fā)育4~5 期重力流砂體，單期砂體厚度可達(dá)3 m。這可能與其處于上升的三級半旋回末端有關(guān)（圖2b），因?yàn)榇藭r(shí)湖盆已經(jīng)萎縮到很小，重力流砂體逐漸向湖中心推進(jìn)。

圖4 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組7 段小層對比與砂體對比圖（位置見圖1b）Fig.4 Comparison of small layers and sandbodies in the Chang 7 member, Longdong Area, Ordos Basin (location Fig.1b)

3.3 重力流砂體分布特征

研究區(qū)重力流砂體規(guī)模較大，主要來源于南北兩大物源體系[28]。從長期砂體厚度平面圖上可以看出，南北兩大物源體系仍較為明顯（圖5）。其中南部和西南部物源的砂體連片性逐漸增強(qiáng)，尤其在慶陽和正寧一帶，砂體成條帶狀（舌狀）往前，物源供給更加穩(wěn)定，水道發(fā)育。北部物源的砂體成土豆?fàn)睿瑐€(gè)別地方往前成條帶狀（舌狀），物源不穩(wěn)定，砂體連片性較差，但砂體厚度也有向盆地中心增大的趨勢（圖5）。

圖5 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長小層重力流砂巖厚度圖Fig.5 Thickness map of gravity￣flow sandstone in Changsmall layer, Longdong area, Ordos Basin

4 重力流砂體構(gòu)型特征

4.1 重力流砂體構(gòu)型分類方案

本研究基于砂體的沉積成因解釋與沉積微相的精細(xì)刻畫，綜合考慮沉積微相、砂體級次關(guān)系、砂體規(guī)模變化與疊置關(guān)系對構(gòu)型進(jìn)行分類。基于各小層沉積微相分析，落實(shí)不同時(shí)期砂體成因類型及其分布。研究區(qū)發(fā)育洪水型重力流相[18]，包括重力流水道、湖底扇、溢岸等不同微相（表1、圖3），不同成因類型砂體因其形成過程不同，具有不同的形態(tài)與展布[29-30]。

首先，對各小層以復(fù)合水道與復(fù)合扇體級別進(jìn)行砂體垂向規(guī)模變化類型的劃分。由于各小層處于層序演化的不同階段，砂體垂向上規(guī)模受基準(zhǔn)面變化的影響，呈規(guī)律性的變化，可識(shí)別出規(guī)模穩(wěn)定型（等厚型）與規(guī)模不穩(wěn)定型，其中規(guī)模不穩(wěn)定型可細(xì)分為規(guī)模增加型與規(guī)模減弱型。然后，針對各小層內(nèi)部砂地比與單砂體垂向疊置關(guān)系進(jìn)行細(xì)分，分出連續(xù)疊加型、間隔疊加型、單層型和薄互層型。其中連續(xù)疊加型砂地比>50%，無或者少夾層；間隔疊加型砂地比>50%，夾層較發(fā)育；單層型砂地比<50%，隔層厚且分布穩(wěn)定；薄互層型砂地比<50%，隔夾層多且穩(wěn)定。同時(shí)可結(jié)合砂體橫向遷移情況對各類進(jìn)行細(xì)分，分為穩(wěn)定型、定向型和不定向型。綜合考慮砂體規(guī)模變化、垂向疊置關(guān)系、橫向遷移情況，劃分出30種砂體構(gòu)型類型（表2）。

表2 重力流砂體構(gòu)型分類方案Table 2 Gravity?flow sandbody configuration classification scheme

4.2 主要砂體構(gòu)型特征

通過對全區(qū)7條長剖面的研究，共識(shí)別出723個(gè)砂體構(gòu)型，包含27種類型。其中，最常出現(xiàn)的砂體構(gòu)型為間隔疊加型，細(xì)分砂體構(gòu)型以間隔疊加等厚穩(wěn)定型（D1）、間隔疊加增強(qiáng)穩(wěn)定型（E1）、間隔疊加減弱穩(wěn)定型（F1）為主；出現(xiàn)較少的砂體構(gòu)型為薄互層型（H、I、J）；未識(shí)別出薄互層減弱穩(wěn)定型（J1）、薄互層減弱不定向型（J3）和連續(xù)疊加減弱不定向型（C3）。連續(xù)疊加型、間隔疊加型、單層型和薄互層型是最基礎(chǔ)的4 類砂體構(gòu)型，不同構(gòu)型具有其獨(dú)特的砂地比、單砂體厚度和隔夾層泥巖厚度。

（1）單層型

砂地比小于30%，多為孤立單砂體，表現(xiàn)為沉積作用較弱，多發(fā)育于侵蝕型水道微相中（圖6a）。侵蝕型水道因具有較強(qiáng)的側(cè)向遷移能力，導(dǎo)致不同時(shí)期的水道砂體相互切割，砂體間的連通性較好。

（2）薄互層型

砂地比小于30%，以發(fā)育大于2m 厚的泥質(zhì)夾層為主要特征，多發(fā)育于過渡型水道邊緣的漫溢沉積（天然堤）與湖底扇的扇緣部位（圖6b，c）。由于漫溢沉積泥巖含量較高，導(dǎo)致垂向上不同時(shí)期單砂體之間彼此不連通；同時(shí)水道與漫溢之間被泥巖所分隔，表現(xiàn)為弱連通或者不連通。

（3）間隔疊加型

泥質(zhì)含量較連續(xù)疊加型相對增加，砂地比大于50%，可見發(fā)育厚度小于1 m 的泥質(zhì)夾層或泥質(zhì)條帶，在過渡型水道及板狀朵葉體中均有發(fā)育，但在侵蝕型水道沉積微相中少見（圖6b，d）。過渡型水道沉積時(shí)處于欠補(bǔ)償條件下，在洪水能量增強(qiáng)—減弱交替演化過程中，不同時(shí)期水道間易發(fā)生泥質(zhì)沉降，導(dǎo)致垂向上水道砂體不連通。

（4）連續(xù)疊加型

砂體泥質(zhì)含量少，砂地比遠(yuǎn)大于30%，少數(shù)發(fā)育泥質(zhì)夾層，但一般僅有0.2~0.5 m，為多期沉積疊加形成，砂體沉積穩(wěn)定疊加，多發(fā)育于沉積型水道或板狀朵葉體沉積微相中，該類砂體的垂向連通性和橫向連通性相對較好（圖6c）。

4.3 重力流砂體構(gòu)型平面分布特征

進(jìn)入長71亞段之后，湖泊進(jìn)入了另一個(gè)湖平面上升—下降的沉積旋回。其中長小層處于下半部的湖平面上升—下降初期，盆地早期小規(guī)模擴(kuò)張之后再次轉(zhuǎn)入小規(guī)模萎縮階段（圖2b）。受此影響，長長小層的砂體構(gòu)型表現(xiàn)出復(fù)雜多變、規(guī)律性差的整體特征。其中，減弱—增強(qiáng)復(fù)合性質(zhì)的間隔疊加和連續(xù)疊加型砂體非常普遍（圖7c）。除此之外，在物源供給較為充分的地區(qū)也發(fā)育間隔疊加穩(wěn)定型和連續(xù)疊加穩(wěn)定型砂體。本階段砂體連片性增強(qiáng)，北部物源增強(qiáng)后導(dǎo)致北部的華池一帶也開始發(fā)育較為連續(xù)的規(guī)模性間隔疊加或連續(xù)疊加的砂體；減弱—增強(qiáng)復(fù)合性質(zhì)的砂體與該時(shí)期整體處于長7 段水體快速小規(guī)模加深又快速小規(guī)模變淺、湖泊出現(xiàn)擴(kuò)張之后快速小規(guī)模萎縮有關(guān)（圖2b）。

圖7 研究區(qū)重力流砂體構(gòu)型平面分布（a）長小層；（b）長小層；（c）長小層；（d）長小層Fig.7 Plan view of gravity￣flow sandbody types in study area(a)Chang small layer;(b)Changsmall layer;(c)Changsmall layer;(d)Changsmall layer

5 重力流砂體構(gòu)型主控因素

重力流砂體構(gòu)型受控于重力流沉積微相類型、基準(zhǔn)面旋回變化以及物源供給速率，以下分別討論這三種因素對砂體構(gòu)型的影響。

5.1 沉積微相是控制重力流砂體構(gòu)型的主要因素

由于不同沉積微相沉積過程與水動(dòng)力條件的差異，導(dǎo)致砂體構(gòu)型在平面上存在差異且受相帶控制。對于侵蝕型水道來說，由于水動(dòng)力較強(qiáng)，以“過路不沉積”為主要特征，通常發(fā)育薄層砂體，因此以單層型為主，多出現(xiàn)遷移擺動(dòng)等特征。對于過渡型水道來說，由于水動(dòng)力慢慢減弱，通常發(fā)育薄層砂體或間隔疊加型砂體，因此以單層型和間隔疊加型為主。而對于沉積型水道來說，由于水動(dòng)力較弱，以沉積為主要特征，通常發(fā)育間隔疊加型或連續(xù)疊加型砂體，無遷移擺動(dòng)等特征。朵葉體也主要發(fā)育間隔疊加型或連續(xù)疊加型砂體，但單期砂體厚度較薄，表明水動(dòng)力已經(jīng)達(dá)到最弱。濁積席狀砂以薄互層型為主，砂體之間的間距較大（表3）。

順物源方向表現(xiàn)為侵蝕型水道—過渡型水道—沉積型水道—朵葉體相序的構(gòu)型類型以單層型—間隔疊加型—連續(xù)疊加型—間隔疊加型序列為主要特征（表3）。

表3 研究區(qū)長7段重力流砂體構(gòu)型類型與沉積相關(guān)系Table 3 Relationship between configuration types and sedimentary facies of gravity?flow sandbodies in study area,Chang 7 member

5.2 基準(zhǔn)面變化影響重力流砂體的垂向疊置方式

由于砂體規(guī)模受基準(zhǔn)面旋回變化影響，不同時(shí)期主要構(gòu)型類型存在差異。長72至長71沉積期，基準(zhǔn)面下降，可容納空間（A）減小，橫向上整體表現(xiàn)為進(jìn)積特征（圖2b），垂向上砂體構(gòu)型逐步變?yōu)樵鰪?qiáng)型；同時(shí)長72與長71各小層內(nèi)部砂體構(gòu)型也受次一級基準(zhǔn)面波動(dòng)影響，表現(xiàn)為基準(zhǔn)面上升時(shí)發(fā)育減弱型與穩(wěn)定型，基準(zhǔn)面下降時(shí)發(fā)育穩(wěn)定型與增強(qiáng)型（表4）。

表4 研究區(qū)長7段各小層重力流砂體構(gòu)型類型特征Table 4 Gravity?flow sandbody configuration type characteristics of each small layer in study area,Chang 7 member

5.3 物源供給速率影響砂體的垂向連通性

沉積物供給速率（S）會(huì)影響砂體的厚度，也影響砂體的垂向連通性，因此形成近源和遠(yuǎn)源差異性的砂體構(gòu)型。沉積物供給速率越快的地方，A/S值不斷減小，水道易發(fā)生側(cè)向遷移和侵蝕早期形成的砂體，出現(xiàn)連續(xù)疊加型的幾率越大（圖7）。而平面上相同厚度砂體的區(qū)域，由于沉積過程不同，泥質(zhì)夾層發(fā)育程度也會(huì)有所不同，因此內(nèi)部可形成不同種類的砂體構(gòu)型（圖4、圖7c）。

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)重力流砂體規(guī)模較大，主要來源于南北兩大物源體系。靠近物源的三角洲前緣斜坡—深水區(qū)，砂體較薄，厚度多為0~8 m，連片性差；而靠近盆地中心的深湖區(qū)，砂體較厚，多為8~16 m，連片性好。

（2）研究區(qū)長7 段重力流砂巖發(fā)育典型的水道—湖底扇體系，可細(xì)分為侵蝕型水道、過渡型水道、沉積型水道、溢岸、溝道化朵葉體、板狀朵葉體和濁積席狀砂7種沉積微相。

（3）綜合考慮重力流砂體規(guī)模變化、垂向疊置關(guān)系、橫向遷移情況，建立了重力流砂體構(gòu)型劃分方案。研究區(qū)共識(shí)別出723個(gè)構(gòu)型單元，分為連續(xù)疊加型、間隔疊加型、單層型和薄互層型4類27種砂體構(gòu)型，其中間隔疊加型最常出現(xiàn)，薄互層型發(fā)育最少。

（4）沉積微相、基準(zhǔn)面變化和沉積物供給速率是該區(qū)重力流砂體構(gòu)型的主控因素。順物源方向，隨著沉積微相從侵蝕型水道—過渡型水道—沉積型水道向湖底扇演化，砂體構(gòu)型從單層型—間隔疊加型—連續(xù)疊加型向間隔疊加型演化。此外，重力流砂體構(gòu)型受到基準(zhǔn)面升降影響，不同時(shí)期砂體的優(yōu)勢構(gòu)型不同。從亞段尺度看，隨著基準(zhǔn)面下降，長72至長71整體表現(xiàn)為進(jìn)積，可容納空間減小，增強(qiáng)型砂體增多；從小層尺度看，長72與長71內(nèi)部各小層砂體構(gòu)型還受次級基準(zhǔn)面波動(dòng)影響，基準(zhǔn)面上升時(shí)發(fā)育減弱型，基準(zhǔn)面下降時(shí)發(fā)育穩(wěn)定型與增強(qiáng)型。最后，沉積物供給速率影響砂體厚度，進(jìn)而影響砂體的垂向連通性。

致謝 本研究得到了長慶油田分公司研究院張曉輝、袁效奇、賀靜、雷秀潔、李士祥等專家的大力幫助，在此一并致謝。