鎮(zhèn)北地區(qū)長7段辮狀河三角洲沉積相研究

李劭彧，邢翔，王文希

（1.長江大學，湖北 武漢 430000；2.恩施州能源監(jiān)察監(jiān)測中心，湖北 恩施 445000；3.湖北工業(yè)大學工程技術學院，湖北 武漢 430000）

0 引言

辮狀河三角洲儲層勘探潛力巨大，歷來備受國內外諸多學者的關注。早期學者把辮狀河三角洲歸屬于扇三角洲［1-4］。二者在成因機制、地貌和沉積環(huán)境等方面具有顯著差別，所以把辮狀河三角洲從扇三角洲中劃分出來。近年來的研究主要集中在不同沉積背景下，原始沉積地貌、物源供給、湖/海浪對三角洲改造強度等方面，以及辮狀河三角洲沉積序列與儲層分布特征［5-10］。目前，關于辮狀河三角洲研究存在的爭議主要為：1）辮狀河三角洲是否具有細粒三角洲的三層結構［11-15］。2）辮狀河三角洲前端是否發(fā)育濁積體系，其程度如何［14-19］。3）辮狀河三角洲沉積相組合的差異性與儲層分布的主控因素［10-15］。

隨著鄂爾多斯盆地油氣勘探取得成功，關于延長組辮狀河三角洲物源分析、沉積特征、相帶劃分等有了更多研究，但對于延長組沉積期古地貌特征、辮狀河三角洲前端重力流的發(fā)育模式仍然存在爭議。

本文以鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長7段辮狀河三角洲為例，結合區(qū)域構造和沉積演化背景，在充分利用巖心、測井和地震等資料的基礎上，對長7段層序地層格架和沉積體系進行了系統(tǒng)研究。

1 地質概況

鎮(zhèn)北地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣，研究區(qū)范圍北起環(huán)縣，南至鎮(zhèn)原，西起彭陽，東達慶陽，面積近8 000 km2。構造位置橫跨天環(huán)坳陷南端和伊陜斜坡西南部，區(qū)內構造相對平緩，斷層發(fā)育較少，局部發(fā)育鼻狀隆起。

延長組自下而上可劃分為10個油層組（見表1），長7早期經歷了湖盆最大規(guī)模的湖侵事件，沉積了全區(qū)穩(wěn)定分布的油頁巖和泥巖段（張家灘頁巖最典型）。

表1 延長組巖性

研究區(qū)物源來自盆地的西部和西南部，經邊緣斜坡帶搬運入湖，形成廣泛分布的辮狀河三角洲-濁積沉積體系［16］。延長組底部與中三疊系紙坊組呈平行不整合接觸，頂部與侏羅系延安組呈不整合接觸。

2 沉積相類型與沉積特征

長7段巖心內部共識別出7種巖相類型：塊狀層理砂巖相、變形層理砂巖相、交錯層理砂巖相、平行層理砂巖相、波狀層理砂巖相、砂泥薄互層相和暗色泥巖相（見圖1）。這7種巖相在縱向上形成的不同相組合類型，構成了研究區(qū)辮狀河三角洲-濁積各沉積序列。

圖1 長7段辮狀河三角洲巖心序列

圖1a為2期分流河道垂向切割疊置。圖1b為水下分流河道（點線）頂底與灰黑色湖相泥巖（段線）突變接觸。圖1c為4期濁積水道垂向疊置，從上至下，依次為重荷模、變形層理和塊狀層理構造，漂礫大量發(fā)育。

2.1 辮狀河三角洲平原相

研究區(qū)平原相域內河控作用明顯，河道普遍發(fā)育并多期切割疊置，主要識別了分流河道和泛濫平原2種微相。

2.1.1 分流河道

Kjemperud等［17］根據河道厚度、泥質夾層發(fā)育程度及相保存程度等將辮狀河道分為側向疊置型河道和垂向疊置型河道2種類型。根據巖心觀察及測井相解釋，研究區(qū)主要發(fā)育側向疊置型辮狀河道，特點是縱向上由多期河道側向切割疊置而成，單期河道厚3～6 m，多期疊置形成的復合河道體厚度變化較大，最厚可達40 m，河道砂體呈塊狀，泥質夾層較少。構成疊置河道的單河道底部界面為明顯的沖刷面，其上為滯留沉積形成的含礫粗砂巖相，槽狀交錯層理中粗砂巖非常發(fā)育，頂部發(fā)育平行層理中細砂巖（見圖1a）。在電性曲線GR上表現為鋸齒箱形特征。

2.1.2 泛濫平原

泛濫平原發(fā)育于分流河道之間的區(qū)域，受間歇性湖水進退影響。泛濫平原以雜色、灰色泥巖、粉砂質泥巖為主，可見薄層煤線，厚度分布多變，與分流河道砂巖頂底突變接觸。測井曲線GR呈高值、低幅齒狀。

2.2 辮狀河三角洲前緣相

辮狀河三角洲前緣沉積沿湖岸線周緣分布，范圍與細粒三角洲相比，較為局限［18］。研究區(qū)前緣相沉積砂體以水下分流河道為主，伴有河口壩、席狀砂等微相。

2.3 前辮狀河三角洲相

隨著辮狀河三角洲不斷進積，前緣砂體不斷在湖盆斜坡部位積累，加之長7時期湖盆斜坡較陡，受自身重力及波浪等作用，被重新搬運至斜坡下部形成土豆狀滑塌濁積砂巖［19］。該相域主要由濁積巖和湖相泥巖組成。

2.3.1 濁積巖

濁積巖由多期濁積水道疊置而成，頂底與湖湘泥巖突變接觸，以灰色、灰黑色粉細砂巖為主，厚度為2～10 m，塊狀層理及變形層理細砂巖相大量發(fā)育，富含泥礫及棱角狀泥質條帶，可見溝模及負荷構造，發(fā)育鮑馬序列A—C段。測井曲線GR呈鋸齒箱形。濁積砂席為濁積巖遠源細粒沉積。

2.3.2 湖泥

湖泥以黑灰色、黑色碳質泥巖和油頁巖為特征，局部夾砂質條帶，斷續(xù)水平層理發(fā)育，代表最大湖泛期沉積。測井曲線GR呈現低幅齒狀特征。

3 層序劃分與對比

3.1 辮狀河三角洲層序劃分方法

巖心、測井信息反映出的相序和相組合特征，反映了基準面旋回的變化［20］。在基準面旋回變化過程中，可容納空間與沉積物供給比值發(fā)生變化，產生了成因地層單元的進積與退積的疊加樣式。研究區(qū)識別出的成因地層單元包括辮狀河三角洲、前端濁積巖及湖泊沉積（地層對比穿過這些相域）。當辮狀河三角洲向湖盆進積時，近源相疊加在遠源相之上；向岸退積時，遠源相疊加在近源相之上。辮狀河三角洲的進退旋回形成了垂向相序，各相域內的沉積學和地層學特征也隨之產生有規(guī)律的變化。

3.2 長7段層序劃分

湖泛期形成的穩(wěn)定泥巖段可作為地層對比和劃分的標志層［21］。長7段底部普遍發(fā)育1套穩(wěn)定的油頁巖，具有一級標志層意義。根據層段內部的細粒段，結合地震反射特征，將長7段劃分為1個包含下降、上升對稱的長期旋回，并進一步細分為5個中期旋回（見圖2）。

下降半旋回：隨著成因地層單元不斷向湖盆方向進積，平原相域內分流河道垂相疊置厚度不斷增大。同時，前緣相域內，由于充足的供給，水下分流河道和河口壩伴生發(fā)育增多。前三角洲相域大量滑塌濁積巖出現，反映了長期基準面下降過程。根據內部發(fā)育的泥巖和砂泥薄互層段，可進一步劃分出3個次級旋回，自下而上為 C75（見圖 3a），C74和 C73旋回（見圖 3b）。

圖2 長7段層序地層與沉積相對比剖面

上升半旋回：上升半旋回靠近湖盆中心位置，與下降半旋回以穩(wěn)定泥巖段分開。在盆地邊緣，由于平原相域內河道割疊置作用較強，泥巖段發(fā)育不明顯。與下降半旋回不同，上升半旋回成因地層單元不斷向湖岸方向退積，同時沉積中心也不斷后退，平原相域內分流河道垂相疊置厚度逐漸減小，且泥質夾層增多。前緣相域內水下分流河道和河口壩伴生發(fā)育逐漸減少。前三角洲相域滑塌濁積巖相應減少，反映了長期基準面上升過程。根據內部發(fā)育的泥巖和砂泥薄互層段，可進一步劃分出2個次級旋回，自下而上命名為C72和C71旋回（見圖 3c、圖 3d）。

3.3 長7段層序對比

通過大致平行物源走向并穿越所有相域的H54—L193—L52連井剖面來看，在越過長7早期最大洪泛形成的油頁巖段之后，整個層段總是被近湖區(qū)的辮狀河三角洲和湖盆內部濁積巖所覆蓋。H54—M42井區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲平原和前緣沉積，L193—L52井區(qū)主要發(fā)育濁積巖及湖相細粒沉積，辮狀河三角洲總體進退積幅度較小，僅辮狀河三角洲前緣與前三角洲部分疊置。下降半旋回地層厚度向湖區(qū)略顯減薄趨勢，整體呈進積特征，上升半旋回地層厚度變化不大，整體略顯退積特征（見圖3）。

4 長7段砂體平面展布規(guī)律

在詳細的巖心觀察、測井相分析基礎上，結合古地貌特征，以中期旋回為制圖單元，分析鎮(zhèn)北地區(qū)長7段辮狀河三角洲—濁積砂體的形成與演化過程。

長7沉積初期，延長湖盆范圍為全區(qū)最大，C75時期辮狀河三角洲平原面積最小，僅分布在H78—H54—Y17井一帶，平原分流河道分布較為孤立；前緣水下分流河道迅速減薄尖滅，與之伴生的河口壩規(guī)模也相對較??；前三角洲發(fā)育薄層、有限范圍的滑塌濁積沉積（見圖3a）。隨著沉積供給速率的增加，辮狀河三角洲向盆地方向不斷進積，在C73時期，辮狀河三角洲平原面積到達最大，且平原分流河道頻繁擺動遷移形成了厚層、帶狀砂體；前緣水下分流河道和河口壩規(guī)模相應增大，主要分布在M42—Z76—Z114井一帶；前三角洲發(fā)育連片、厚層的濁積水道沉積，主要分布在H67—H58—L20井一帶（見圖 3b）。之后，至 C71時期沉積供給速率減少，辮狀河三角洲開始退積，平原重新退縮至H78—H54—Y17井附近，分流河道遷移作用逐漸減弱，孤立河道逐漸增加；前緣水下分流河道、河口壩規(guī)模也相應減?。磺叭侵藁鷿岱e沉積范圍減小，并孤立發(fā)育（見圖 3c、圖 3d）。

圖3 長7段沉積相分布與演化特征

研究區(qū)儲層以辮狀河三角洲前緣水下分流河道及前端濁積水道沉積為主，水下分流河道和濁積水道的規(guī)模與基準面變化密切相關，在基準面較低時，多呈大面積、厚層、連片分布?；鶞拭孑^高時，則較為孤立并且分布局限。

5 主控因素

控制沉積體系與儲層分布的主要因素包括：構造、古氣候、沉積物供給、湖平面和斜坡古地形等［12-13，22］。前人研究表明，在晚三疊世，鄂爾多斯盆地延長組構造整體以坳陷為主，構造沉降速率較為緩慢，約8.38 m/Ma，沉積速率為 30.00 m/Ma，為過充填狀態(tài)［23］。在過度充填盆地中，古氣候對湖平面變化影響作用較小［22］。斜坡古地形作為主控因素，控制了湖平面變化中湖岸線進退范圍，進一步制約湖盆可容納空間及沉積體系分布［12］。

在區(qū)域層序地層格架內，通過地層剝蝕恢復、壓實校正和古水深校正，恢復了鎮(zhèn)北地區(qū)湖盆邊緣斜坡古地形，地形坡度約0.45°，斜坡長約10 km，向湖盆方向地形下降近 70 m［15］。根據 Postma 等［11，24］對斜坡坡角及坡長類型的研究，鎮(zhèn)北地區(qū)長7段辮狀河三角洲屬于陡坡型三角洲。由于較陡的斜坡背景，湖平面變化引起的湖岸線進退范圍較為局限，導致辮狀河三角洲總體進退積幅度較小，辮狀河三角洲前緣與前三角洲疊置部分較少；同時，湖盆可容納空間主要分布于古斜坡前部。辮狀河三角洲平原分流河道的頻繁擺動和沉積物在斜坡部位不斷的積累，導致了辮狀河三角洲前端滑塌濁積巖的形成。研究區(qū)辮狀河三角洲發(fā)育了完整的3層結構，底積層發(fā)育大量濁積巖和湖相沉積。

6 結論

1）鎮(zhèn)北地區(qū)長7段發(fā)育典型的辮狀河三角洲-濁積沉積體系，具近物源、斜坡陡等特點，由分流河道、分支間灣、水下分流河道、河口壩、席狀砂及濁積體組成。

2）根據層段內部的細粒段，結合地震反射特征，將長7段劃分為1個包含下降、上升對稱的長期旋回，并細分為5個中期旋回。

3）高精度時間地層單元和沉積相分布的研究表明，長7段儲層以水下分流河道和滑塌濁積沉積為主，與基準面變化密切相關，基準面較低時，砂巖厚度大、連通性好是剩余油分布、開發(fā)挖潛的主要目標。

4）鎮(zhèn)北地區(qū)辮狀河三角洲是陸相坳陷湖盆陡坡型辮狀河三角洲典型代表，發(fā)育了完整的3層結構，斜坡古地形作為主控因素，控制其沉積體系及儲層的分布。