鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長4+5油層組物源分析及沉積特征

付 浩

(中國石油集團測井有限公司 長慶分公司 靖邊項目部，陜西 榆林 710201)

鄂爾多斯盆地三疊系延長組油氣勘探潛力巨大，隴東地區(qū)延長組長4+5油層組的勘探始于20世紀80年代，前人主要對隴東地區(qū)長4+5油層組區(qū)域構造、成巖作用和成藏背景進行了系統(tǒng)的研究[1]。目前，對于研究區(qū)物源的認識仍存在差異。郭艷琴等[1]指出研究區(qū)主要存在西、西南和東北3個方向的物源；而廖紀佳等[2]指出研究區(qū)存在西南、南和東北方向物源；李鳳杰等[3]指出研究區(qū)是以環(huán)湖發(fā)育的三角洲沉積為主，各地區(qū)主控物源存在差異；而較為詳細的古水流特征、輕重礦物組成及碎屑組分與物源分析卻報道較少[4-11]。

沉積盆地的物源分析對于砂體展布特征和有利儲層分布預測具有重要意義，也是沉積盆地研究的重要內容之一。其分析手段主要包括：古水流分析、古地貌再現(xiàn)、剝蝕區(qū)確定、母巖性質、重礦物分析、輕礦物分析、平面差異性分布等方面[12-13]。精細的沉積盆地物源分析對于源匯分析、盆山耦合關系、沉積體系以及原型盆地分析等方面的研究具有重要意義[12-16]。本文擬通過區(qū)域構造背景、周緣地區(qū)野外的古水流方向、巖心觀察、沉積相類型以及巖心輕、重礦物平面差異性分布的研究，對隴東地區(qū)物源方向進行精細解釋，在物源分析的基礎上闡明靶區(qū)長4+5油層組的沉積特征，為油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地位于中國東、西部構造域交匯處，東起呂梁山，西至六盤山，南達秦嶺，北至陰山[2]；盆地內發(fā)育晉西撓褶帶、天環(huán)拗陷、陜北斜坡、渭北隆起、西緣沖斷帶和伊盟隆起6個Ⅰ級構造單元(圖1)。隴東地區(qū)位于其西南部[1]，由上至下發(fā)育第四系、中侏羅統(tǒng)和三疊系。三疊系延長組發(fā)育5個巖性段，其中長三段至長一段為主要的含油氣層段，巖性差異明顯。長三段包括長7、長6以及長4+5油層組，由底部至頂部，泥巖含量逐漸降低、砂巖含量增高；長二段包括長8和長9油層組，巖性特征整體上與長一段相似，從底部的長9至頂部的長8油層組，泥質含量增高，砂質含量降低；長一段以長10油層組為主，以深灰色泥質粉砂巖、灰綠色泥巖以及厚層塊狀中細砂巖為主，局部夾灰黑色薄層泥頁巖。

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元劃分與研究區(qū)位置Fig.1 The tectonic units of Ordos Basin and the location of the study area

2 長4+5油層組物源分析

2.1 古水流分析

古水流分析是研究物源的重要手段，可用于確定古湖岸線方向、指示古隆起及拗陷帶位置以及盆地內環(huán)境演化等；確定古水流的標志主要有生物鉆孔的方向、礫石的主要長軸走向、沉積層理(如不對稱波紋層理的方向，槽狀交錯層理楔狀體傾覆方向等)、巖石粒度和成分特征等[17-20]。

鄂爾多斯盆地周緣野外露頭較好，古水流識別標志明顯。本次研究針對研究區(qū)周緣12處長4+5油層組野外露頭進行系統(tǒng)的地質考察，古水流統(tǒng)計結果見圖1和表1。研究區(qū)長4+5油層組古水流方向存在明顯的多方向特征，具有由周緣向研究區(qū)匯聚的沉積特征，表明研究區(qū)長4+5油層組可能存在混源沉積。

表1 鄂爾多斯盆地周緣長4+5油層組野外露頭剖面古流向Table 1 Paleo-flow direction in the outcrop profile of the Chang 4+5 in the periphery of Ordos Basin

周緣12個露頭的野外測量結果反映研究區(qū)東北部古水流方向為225°左右，局部存在差異；南部永參1井附近古水流方向為320°左右，西南部華亭汭水河附近古水流方向主要為80°(圖1)。平面上，長4+5油層組的最大粒徑分布也存在差異，南部永參1井附近長4+5油層組粒度較粗，平均最大粒徑可達0.75 mm；富縣—宜川等地區(qū)的長4+5油層組粒徑中等偏粗，平均最大粒徑約為0.62 mm；而隴東地區(qū)長4+5油層組的最大粒徑僅為0.32 mm，明顯偏細。砂巖中大顆粒的主要軸向方向與槽狀交錯層理的軸向傾伏方向具有較好的對應性。因此，粒度、礫石的長軸方向以及古水流方向均指示出研究區(qū)存在東北、西南和東南3個方向的主要物源。然而，3個方向物源的主次關系仍不清晰，本文借助系統(tǒng)的重礦物、輕礦物以及巖石組分含量確定3個方向物源的主次關系。

2.2 重礦物組合特征

鄂爾多斯盆地內400余塊長4+5油層組樣品的分析結果顯示重礦物有：重晶石、硬綠泥石、鋯石、綠簾石、電氣石、金紅石、無色石榴石、磁鐵礦和白鈦礦。其中，鋯石、白鈦礦、電氣石以及無色石榴石等為主要礦物，綠簾石、硬綠泥石、磁鐵礦等為次要礦物。重礦物中的鋯石一般為低溫穩(wěn)定礦物，具有搬運距離遠、化學性質穩(wěn)定的特征，一般富集于沉積區(qū)。本區(qū)的鋯石含量具有中心高、周緣低的特征；石榴石分布具有明顯的北高南低的特征，隴東地區(qū)的石榴石含量整體較低，僅在西部具有增高的趨勢；電氣石分布特征與鋯石類似。從重礦物的組合特征看，鋯石含量高的區(qū)域主要分布于鄂爾多斯盆地的東北部安邊至華池一帶；東北部靖邊至安邊一帶為石榴石含量高的區(qū)域；石榴石和鋯石的含量都高的區(qū)域主要位于西北李莊子至擺宴井一帶；西南部為白鈦礦含量高的區(qū)域，東南部為鋯石+白鈦礦含量高的區(qū)域；中心的華池至馬嶺一帶為明顯的混源區(qū)(圖2)。

圖2 鄂爾多斯盆地長4+5油層組重礦物分布圖Fig.2 Distribution of heavy minerals in Chang 4+5, Ordos Basin

上述研究表明：不同地區(qū)長4+5油層組受3個方向的物源影響差異較大，其中鎮(zhèn)原、慶陽、沙井子至馬嶺一帶可能主要受西南部物源影響；南部物源主要控制正寧、合水以及寧縣一帶的長4+5油層組的沉積；東北部物源主要影響華池至吳堡一帶長4+5油層組的沉積；慶城(中心部位)混源沉積特征明顯。此外，重礦物的平面差異性分布特征顯示在物源分析時如果僅用隴東地區(qū)小范圍的重礦物資料易誤判為僅受西南部物源影響。

2.3 輕礦物組合特征

輕礦物中的主要礦物為砂巖的主要骨架組成顆粒，包括石英、長石、碳酸鹽碎屑顆粒及沸石等，密度<2.8 g/cm3的淺色礦物。Dickinson圖版[21-22]是輕礦物應用于物源分析的一個典型實例。50口鉆井的100余張薄片的鑒定、分析結果表明，研究區(qū)以巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，輕礦物平面分布特征見圖3。此外，由于砂巖中骨架顆粒主要由石英、長石和巖屑組成，因此在研究輕礦物組合特征時，利用石英、長石和巖屑三個指標來指示研究的物源特征。

圖3 鄂爾多斯盆地長4+5油層組輕礦物分布圖Fig.3 Distribution of light minerals in Chang 4+5, Ordos Basin

石英、長石和巖屑3種碎屑顆粒的化學穩(wěn)定性差異大，石英的化學穩(wěn)定性最高，長石次之；巖屑因類型不同，穩(wěn)定性差異較大。主要輕礦物的平面分布特征顯示盆地內存在4個主要分布帶：長石含量高+巖屑含量低的區(qū)域、石英+巖屑含量高的區(qū)域、石英+長石含量高的區(qū)域以及混雜分布區(qū)域，其平面分布特征與重礦物分布特征類似。也指示研究區(qū)存在西南部物源、南部物源和東北部物源的特征，研究區(qū)中心慶城地區(qū)主要為混源的特征。如果僅以隴東地區(qū)的輕礦物分布特征分析其物源，易誤判為西南和東北兩大物源供應，忽略南部物源的影響。利用輕礦物進行物源分析時需考慮由源區(qū)至沉積中心的分布特征。

2.4 巖屑組合特征

巖屑組分對于物源研究具有重要意義，其平面分布特征受物源控制。變質巖、沉積巖和火成巖碎屑由于其穩(wěn)定性的差異，對物源指示的意義差異相對較大，一般利用火成巖和變質巖的含量作為物源判識的標志之一。沉積巖屑的化學穩(wěn)定性差，但存在沉積過程中再生特點，較難作為物源判識的標志。巖石薄片分析結果顯示研究區(qū)發(fā)育變質巖屑+火成巖屑含量高的區(qū)域、變質巖屑+沉積巖屑含量高的區(qū)域、變質巖屑含量中等的區(qū)域、變質巖屑含量高+火成巖屑含量低+沉積巖屑含量低的區(qū)域和混合區(qū)。巖屑的平面分布差異表明隴東地區(qū)長4+5油層組存在西南部物源、南部物源、東北部物源和西北物源4個方向的物源，這與上述分析的結論具有一致性。此外，與輕、重礦物平面差異分布特征類似，僅僅利用研究區(qū)小范圍的資料，易將研究區(qū)的物源誤判為南部和西南部物源主控(圖4)。

圖4 鄂爾多斯盆地長4+5油層組巖屑組合分布圖Fig.4 Distribution of rock debris in Chang 4+5, Ordos Basin

碳酸鹽巖屑作為一類特殊的巖屑，其來源與物源和沉積相帶具有明顯的相關性。研究區(qū)白云巖碎屑的分布具有明顯的西南高、東北低的特征，與鄂爾多斯盆地內的分布特征類似。依據(jù)白云巖碎屑的含量，可將研究區(qū)劃分為白云巖碎屑發(fā)育區(qū)、較發(fā)育區(qū)以及不發(fā)育區(qū)3大區(qū)帶。平面上呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸降低的特征，表明南部和西南部物源區(qū)存在白云巖含量相對較高的母巖區(qū)，這與前人的認識具有較好的一致性[2]。

綜上所述，從重礦物分布上，研究區(qū)東北物源體系以鋯石含量高為特征，西南物源體系以白鈦礦含量高為特征，南部物源體系以鋯石和白鈦礦含量高為特征；輕礦物分布上，東北物源體系以長石含量高和巖屑含量低為特征，西南物源體系以石英和巖屑含量高為特征，南部物源體系以石英和長石含量高為特征；巖屑組合分布上，東北體系物源以變質巖屑含量高、火成巖和沉積巖屑含量低為特征，西南物源體系以變質巖屑和沉積巖屑含量高為特征，南部物源體系以變質巖屑含量中等為特征；白云巖屑分布，東北物源體系白云巖屑不發(fā)育，西南物源體系以白云巖碎屑發(fā)育為特征，南部物源體系以白云巖碎屑較發(fā)育為特征。綜合重礦物、輕礦物、巖屑以及白云巖碎屑的平面分布特征，認為研究區(qū)主要發(fā)育東北、西北、西南和南部4個方向的物源，其中隴東地區(qū)長4+5油層組受東北、西南兩大物源控制最為明顯。

3 沉積體系特征及分布

3.1 巖石學特征及相標志

3.1.1 巖石學特征

隴東地區(qū)長4+5油層組的巖石學特征平面差異大，在西南部，以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，各組分的平均質量分數(shù)(w)：石英為43.9%，巖屑為22.0%，長石為16.4%；東北部長4+5油層組主要為長石砂巖，各組分的平均質量分數(shù)(w)：長石為41.4%，石英為25.4%，巖屑為11.3%，云母為6.6%，以長石含量高為主要特征，區(qū)別于西南部，云母含量較高，巖屑含量低。整體上，隴東地區(qū)長4+5油層組以細砂巖為主，東北部分選性較好，次棱角狀，成分成熟度高，反映遠源沉積特征；西南部長4+5油層組以中-細砂為主，較東北部粗，分選性為好-中等，次棱角狀，成分成熟度低，反映相對近源沉積特征。

3.1.2 巖相類型

隴東地區(qū)長4+5油層組發(fā)育灰色泥巖、黑色炭質泥巖、灰白色粉砂巖、灰綠色細砂巖及灰白色(含礫)粗砂巖等巖相類型，其中泥巖常含粉砂，顏色主要為灰色(圖5-A)；黑色炭質泥巖多發(fā)育于水體較深的沉積環(huán)境(圖5-B)；砂巖多以灰綠色細砂巖為主，但常因含油顯示次生的褐色(圖5-D、E)，反映淺水沉積環(huán)境；同時還發(fā)育灰白色粉砂質泥巖(圖5-C)和灰白色含礫粗砂巖(圖5-F)，反映水上沉積環(huán)境。

圖5 隴東地區(qū)長4+5油層組的巖相類型Fig.5 The lithofacies of Chang 4+5 oil formation in Longdong area(A)灰色泥巖,W222井，長4+51，深度1 905.15 m; (B)黑色炭質泥巖，B522井，長4+52，深度1 706.34 m; (C)灰白色粉砂質泥巖，Y78井，長4+52，深度2 127.45 m; (D)灰綠色細砂巖,W222井，長4+51，深度1 901.99 m; (E)灰綠色細砂巖,106井，長4+52，深度2 482.72 m; (F)灰白色含礫粗砂巖,Y214井，長4+51，深度2 227.05 m

3.1.3 沉積構造

隴東地區(qū)長4+5油層組的沉積構造類型豐富，水動力條件復雜，發(fā)育浪成沙紋層理、波狀層理、脈狀層理、水平層理、平行層理、板狀和槽狀交錯層理、塊狀層理以及沖刷面等沉積構造。粉砂巖和泥巖多發(fā)育水平層理及波狀、脈狀、浪成沙紋層理等，其中水平層理的層薄，紋層厚度小(1.0～2.0 mm)，多見于低能環(huán)境中，主要為懸移物質緩慢沉積形成(圖6-A、B)；波狀、脈狀和浪成沙紋層理水動力條件相對較強，前兩者多為泥巖與粉砂巖的互層形成，但砂泥比存在差異(圖6-B)；浪成沙紋層理是由沙丘在波浪作用下逐漸遷移形成(圖6-C)。上述3種層理類型的沉積環(huán)境動力條件弱，以三角洲前緣席狀砂、分流間灣沉積泥巖、粉砂質泥巖以及粉砂巖沉積為主。

細砂巖中多發(fā)育平行層理，單層厚度較大，在1.0 mm以上，紋層面云母含量高，水動力條件相對較強，多由周期性的床沙遷移形成(圖6-D)。細、中砂巖和粗砂巖中多發(fā)育板狀和槽狀交錯層理(圖6-F、I)，局部發(fā)育塊狀層理；在含礫粗砂巖的底部多發(fā)育沖刷面，是高流態(tài)下的產(chǎn)物，多見于河道底部(圖6-H)。這幾種沉積構造特征均顯示較強的水動力環(huán)境，多出現(xiàn)于河流三角洲前緣的河口壩、水下分流河道以及河流三角洲平原的分流河道中。

圖6 隴東地區(qū)長4+5油層組沉積構造特征Fig.6 Characteristics of sedimentary structures in Chang 4+5, Longdong area(A)水平層理、波狀層理,午222井，長4+51，深度1 893.65 m; (B)波狀、脈狀層理,鎮(zhèn)381井，長4+52，深度2 166.60 m; (C)浪成沙紋層理,白106井，長4+51，深度1 956.40 m; (D)平行層理,白304井，長4+51，深度1 900.83 m; (E)包卷構造,午222井，長4+51，深度1 891.90 m; (F)槽狀交錯層理,午222井，長4+51，深度1 891.19 m; (G)塊狀層理,鎮(zhèn)327井，長4+52，深度 1 979.00 m; (H)沖刷面、泥礫,木32井，長4+51，深度2 305.50 m; (I)板狀交錯層理,白409井， 長4+51， 深度 1 956.67 m; (J)砂球、砂枕構造,鎮(zhèn)327井， 長4+52， 深度 1 979.40 m

此外，隴東地區(qū)長4+5油層組在砂泥巖過渡帶中常發(fā)育重力流成因的同生變形構造，例如球狀構造(圖6-J)和包卷層理(圖6-E)等， 多出現(xiàn)在河流三角洲的前緣斜坡環(huán)境。

3.1.4 沉積物結構成熟度及粒度特征

隴東地區(qū)長4+5油層組砂巖的顆粒形態(tài)主要表現(xiàn)為次棱角狀，分選性為中等-好，巖石的結構成熟度高，但存在區(qū)域性的差異，其中鎮(zhèn)北地區(qū)較華慶地區(qū)砂巖顆粒的磨圓度好，但分選性較差。隴東地區(qū)長4+5油層組砂巖的粒度概率累計曲線以兩段式為主，推移組分缺失，躍移和懸移組分含量高。其中躍移組分的質量分數(shù)主要為75%～80%，斜率高，主要為60°～65°，砂巖分選性較好；懸移組分的質量分數(shù)主要為25%～15%，含量低。隴東地區(qū)長4+5油層組砂巖樣品的粒度概率累計曲線反映水動力條件較強，但由于推移組分多表現(xiàn)為缺失，因此河流的滯留沉積整體發(fā)育差，以河流三角洲前緣的水下分流河道沉積為主，局部發(fā)育河流三角洲平原的分流河道(圖7)。

圖7 隴東地區(qū)長4+5油層組砂巖粒度特征Fig.7 The characteristics of grain size of Chang 4+5 in Longdong area(A)細砂巖,白213井，長4+52，深度2 015.92 m; (B)細砂巖，白213井，長4+52，深度2 015.92 m; (C)細砂巖,木13井，長4+51，深度2 264.47 m; (D)細砂巖,鎮(zhèn)39井，長4+51，深度2 006.60 m

利用隴東地區(qū)長4+5油層組樣品的粒度分析結果繪制C-M圖，結果表明隴東地區(qū)長4+5油層組主要分布于牽引流的遞變懸移物質沉積區(qū)域，即QR段(圖8)，C值的均值為0.28 mm，M值的均值為0.14 mm，這與河流三角洲的沉積物特征較為吻合。

圖8 隴東地區(qū)長4+5油層組砂巖C-M圖解Fig.8 C-M plot for Chang 4+5 samples in Longdong area

3.1.5 測井相標志

隴東地區(qū)長4+5油層組的自然電位曲線(SP)以低中幅度為主，表明研究區(qū)長4+5油層組的巖性整體較細。此外，巖性及錄井顯示了類似的特征。長4+5油層組整體以粉砂巖和泥巖為主，細砂巖至粗砂巖含量整體較低。自然電位曲線的形態(tài)主要表現(xiàn)為底部漸變、頂部突變的特征，且以微齒形最為常見，這與隴東地區(qū)長4+5油層組沉積時期湖泛面發(fā)育、整體為湖退進積的沉積背景相吻合。此外，隴東地區(qū)長4+5油層組自然電位曲線類型整體較為豐富，常見的有鐘形、箱形、漏斗形、指形和直線形。其中：鐘形曲線多見于河流三角洲前緣的水下分流河道砂體和河流三角洲平原的分流河道砂體；箱形曲線為河流三角洲前緣的水下分流河道砂或河流三角洲平原的分流河道砂疊置的結果；在河流三角洲前緣或前三角洲環(huán)境中的河口壩或遠砂壩沉積，自然電位曲線主要以漏斗形為主(圖9)。依據(jù)上述特征，對隴東地區(qū)長4+5油層組的沉積相特征展開系統(tǒng)識別。

圖9 隴東地區(qū)長4+5油層組測井相標志Fig.9 Logging facies markers of Chang 4+5 oil formation in Longdong area (A)辮狀河三角洲前緣水下分流河道箱形曲線特征, 木30井; (B)三角洲前緣水下分流河道漏斗形-鐘形曲線組合特征,鎮(zhèn)106井;(C)三角洲前緣分流間灣指形或直線形曲線組合特征,鎮(zhèn)370井

3.2 沉積體系分布特征

平面上隴東地區(qū)長4+5油層組受不同物源影響大，橫貫西南物源至東北物源的剖面顯示：由西南至東北地區(qū)，分別發(fā)育辮狀河三角洲前緣、半深湖及曲流河三角洲沉積(圖10)。辮狀河三角洲前緣及曲流河三角洲前緣沉積砂體主要為水下分流河道沉積；半深湖到深湖沉積體系巖性主要為泥巖沉積，局部地區(qū)發(fā)育滑塌和濁積水道等重力流沉積。沉積地貌對砂體分布特征具有一定的影響，從辮狀河三角洲平原的分流河道進入辮狀河三角洲前緣的水下分流河道沉積，地形相對較為平坦，水動力快速減弱，河道的擺動和側積明顯增加，從而形成了厚度大、多期疊置的厚層砂體。如東北部的吳堡、喬川地區(qū)等，西南部的太白梁、木缽地區(qū)(圖10)。隴東地區(qū)長4+52亞組到長4+51亞組表現(xiàn)出明顯的進積特征，東北部的河流三角洲前緣砂體明顯厚于西南部河流三角洲前緣的砂體沉積，如東北部吳堡地區(qū)與西南部太白梁地區(qū)，東北部喬川地區(qū)與西南部木缽地區(qū)(圖11)。

圖10 隴東地區(qū)西南部長4+51亞組砂體縱剖面圖Fig.10 Longitudinal profile of Chang 4+51 sand body in southwestern Longdong area

圖11 隴東地區(qū)東北部長4+51亞組砂體縱剖面圖Fig.11 Longitudinal profile of Chang 4+51 sand body in northeastern Longdong area

平面上隴東地區(qū)長4+5油層組的沉積特征差異大，其中東北部物源主控的曲流河三角洲沉積體系主要分布于華慶地區(qū)；西南部物源主控的辮狀河三角洲沉積體系主要分布于鎮(zhèn)北地區(qū)；隴東地區(qū)的中部主要發(fā)育半深湖-深湖沉積，砂體薄。隴東地區(qū)河流三角洲前緣的水下分流河道平面分布差異大，東北部的長4+52亞組和長4+51亞組主要為河流三角洲前緣的水下分流河道砂體和分流間灣泥巖沉積；西南部地區(qū)主要表現(xiàn)為辮狀河三角洲平原的辮狀河道砂體沉積和泛濫平原泥巖沉積；靠近湖盆中心主要為辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲沉積，砂體以水下分流河道沉積為主；湖盆中心主要為滑塌濁積巖和濁積水道砂體沉積(圖12)。

圖12 隴東地區(qū)長4+5油層組沉積相圖Fig.12 Sedimentary facies map of Chang 4+5 oil formation in Longdong area(A)長4+52亞組; (B)長4+51亞組

4 結 論

a.基于古水流、重礦物、輕礦物、巖屑以及白云巖碎屑的平面分布特征分析，認為隴東地區(qū)存在東北、西北、西南和南部4個方向的物源。雖然隴東地區(qū)的長4+5油層組具有明顯的混源沉積特點，但主要受東北、西南兩大物源控制。

b.隴東地區(qū)長4+5油層組發(fā)育湖泊相(中部)、曲流河三角洲相(東北部)和辮狀河三角洲相(南部至西南部)3類沉積相，由長4+51亞組至長4+52亞組進積特征明顯，湖泊發(fā)生明顯的萎縮。

c.物源供應的差異引起砂體分布存在明顯差異，隴東地區(qū)東北部的長4+5油層組沉積速率更快，砂體厚且多期疊置明顯。

d.在沉積盆地中進行物源分析時，需要結合多種資料，在較大的范圍內展開研究。研究區(qū)域需包括物源至沉積中心，否則易引起物源的誤判，對后期沉積模式建立以及砂體差異分布的分析具有較大影響。