鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)侏羅系延安組古地貌特征與油氣成藏規(guī)律

耿軍陽 劉麗萍 羅順社 呂奇奇 代 榕 張 嚴(yán)

（1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國石油長慶油田公司第七采油廠，陜西 西安 710200；3.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430100；4.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100）

0 引 言

古地貌的研究起源于20世紀(jì)50年代，之后逐漸應(yīng)用于油氣勘探領(lǐng)域。中國于20世紀(jì)70年代在鄂爾多斯盆地馬嶺油田開始應(yīng)用古地貌進(jìn)行儲(chǔ)層研究。隨后楊俊杰等［1］在前人研究基礎(chǔ)上將鄂爾多斯盆地侏羅系油藏劃分為3類7種油藏序列，并總結(jié)了侏羅系古地貌油藏的勘探方法。

前人對(duì)鄂爾多斯盆地古地貌控藏進(jìn)行了深入的研究。郭正權(quán)等［2］首次對(duì)鄂爾多斯盆地進(jìn)行全盆地范圍的前侏羅紀(jì)古地貌恢復(fù)，劃分為古河谷、潛丘、階地、斜坡、平原、高地等古地貌單元；趙虹等［3］、李永鋒等［4］采用印模法恢復(fù)安塞地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌，將古河谷平原進(jìn)一步劃分為谷坡及河漫臺(tái)地；毛飛躍等［5］在對(duì)鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原油田古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上，分析了古地貌與油藏分布規(guī)律，總結(jié)出古地貌控制油氣成藏的3種有利條件；李元昊等［6］運(yùn)用殘余厚度法恢復(fù)研究區(qū)古地貌形態(tài)，并提出盆地三疊紀(jì)末期經(jīng)歷了2次構(gòu)造抬升侵蝕過程，下侏羅統(tǒng)古地貌是對(duì)這2次構(gòu)造抬升侵蝕過程的響應(yīng)；李永鋒等［4］、劉瑞東等［7］研究認(rèn)為鄂爾多斯盆地侏羅系廣泛發(fā)育“小而肥”的隱蔽型油氣藏，古地貌是侏羅系延安組油藏的一級(jí)控制因素。前人對(duì)鄂爾多斯盆地古地貌控藏的認(rèn)識(shí)多局限于斜坡、河間丘處等古地形較高處為油氣成藏的有利地帶［8?19］，對(duì)于研究區(qū)現(xiàn)存的支河谷油藏缺乏深入研究。本文采用印模法恢復(fù)鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)前侏羅紀(jì)的古地貌形態(tài)，探究不同古地貌單元對(duì)油氣運(yùn)移及成藏的控制作用，為鄂爾多斯盆地侏羅系構(gòu)造演化的進(jìn)一步研究以及環(huán)江地區(qū)油藏勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

環(huán)江地區(qū)地處鄂爾多斯盆地西南部，主體位于天環(huán)坳陷南段。主要含油層系為三疊系延長組和侏羅系延安組［20?22］。工區(qū)面積約為3 982 km2（圖1）。

圖1 環(huán)江地區(qū)構(gòu)造位置示意Fig. 1 Schematic structural location in Huanjiang area

三疊紀(jì)末期，環(huán)江地區(qū)南部自西向東發(fā)育1條貫穿盆地的一級(jí)古河——甘陜古河，古河兩側(cè)還發(fā)育有南北向的寧陜、慶西、蒙陜、晉陜等多條二級(jí)古河與甘陜古河共同構(gòu)成鄂爾多斯盆地河流系統(tǒng)［23］。在這些古河的沖刷侵蝕作用下，延長組頂部遭受大面積剝蝕，盆地整體呈現(xiàn)出一幅丘陵層疊、溝谷縱橫的古地貌景觀［12］。

在此沉積背景下，研究區(qū)侏羅系的演化整體上可以劃分為3個(gè)階段：構(gòu)造抬升—侵蝕下切—穩(wěn)定沉降、填平補(bǔ)齊；穩(wěn)定沉降—構(gòu)造穩(wěn)定；構(gòu)造再度抬升。

鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)地層演化階段與沉積體系相對(duì)應(yīng)。首先是富縣組的構(gòu)造抬升以及河谷下切作用形成的沖積扇?辮狀河沉積體系，延10油層組在富縣組的基礎(chǔ)上，地層開始穩(wěn)定沉降，進(jìn)入填平補(bǔ)齊階段，河谷水系進(jìn)一步發(fā)展，形成辮狀河沉積體系。隨后延9油層組進(jìn)入三角洲發(fā)育時(shí)期，地層繼續(xù)穩(wěn)定沉降，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多條三角洲平原分流河道，至延6油層組進(jìn)入構(gòu)造穩(wěn)定階段，形成延9—延6油層組的河流湖泊?三角洲沉積體系。最終延4+5油層組再度出現(xiàn)構(gòu)造抬升，經(jīng)歷構(gòu)造抬升、河流回春、三角洲平原河流發(fā)生進(jìn)積，由此形成網(wǎng)狀河流?殘余湖沉積體系［15］（圖2）。

圖2 環(huán)江地區(qū)侏羅系延安組綜合柱狀圖Fig. 2 Stratigraphic column of Jurassic Yan’an Formation in Huanjiang area

2 前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)恢復(fù)及其特征

2.1 研究方法

古地貌的恢復(fù)方法種類繁多，常用的方法有沉積 學(xué) 綜 合 分 析 法［9?10］、殘 余 厚 度 法［11?12］、印 模法［13?15］、地球物理學(xué)法［16?18］、層序地層學(xué)法［19］等。

沉積學(xué)綜合分析法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易懂、操作性強(qiáng)，但恢復(fù)的古地貌精度不高。殘余厚度法由于未考慮構(gòu)造和差異壓實(shí)的影響，誤差相對(duì)較大。印模法是在待恢復(fù)地層之上，選擇1個(gè)全區(qū)范圍的基準(zhǔn)面，將基準(zhǔn)面拉平，在古構(gòu)造恢復(fù)和地層厚度校正的基礎(chǔ)上進(jìn)行古地貌恢復(fù)。印模法考慮了古構(gòu)造和差異壓實(shí)的影響，恢復(fù)精度較高。地球物理學(xué)方法精度高，能直觀地反映研究區(qū)古地貌形態(tài)，但需要豐富的測井、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地震資料。層序地層學(xué)方法結(jié)果更加合理，但基準(zhǔn)面選擇難度較大。

環(huán)江地區(qū)開發(fā)時(shí)間長、錄井資料豐富，但缺乏高精度的三維地震資料，因此本文采用印模法恢復(fù)研究區(qū)古地貌形態(tài)。

環(huán)江地區(qū)在延9油層組進(jìn)入三角洲發(fā)育期，全區(qū)范圍內(nèi)延9油層組地層頂界廣泛發(fā)育1段厚約2~5 m的煤層，可選取為基準(zhǔn)面。將延9油層組地層頂界作為基準(zhǔn)面拉平，統(tǒng)計(jì)延10油層組+富縣組的殘余地層厚度。地層由于埋深不同，導(dǎo)致自身遭受不均勻壓實(shí)。去壓實(shí)校正就是將不同深度下多個(gè)單井孔隙度數(shù)據(jù)擬合，得出研究區(qū)孔隙度和深度的關(guān)系，進(jìn)而得到研究區(qū)原始地層厚度。

在去壓實(shí)校正的基礎(chǔ)上，反演前侏羅紀(jì)古地貌起伏形態(tài)。具體方法為：h1為基準(zhǔn)面鉆井深度、h2為風(fēng)化剝蝕面距基準(zhǔn)面間厚度、h3為目的層厚度，目的層底部與基準(zhǔn)面間總厚度為H，即H=h2+h3，因此h2=H-h3，通過H、h3計(jì)算出單井h2值并刻畫h2的平面分布即得古地貌形態(tài)，通?？坍媓3平面分布并進(jìn)行反向填色即可視為古地貌形態(tài)（圖3）。

圖3 印模法古地貌恢復(fù)示意Fig. 3 Schematic diagram of restoring paleomorphology by moldic method

2.2 古地貌特征

在恢復(fù)環(huán)江地區(qū)延10油層組+富縣組原始地層厚度的基礎(chǔ)上，以延9油層組地層頂界作為基準(zhǔn)面，采用軟件生成前侏羅紀(jì)古地貌（圖4）。研究區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌格局為1條古河谷、3條支河谷、2個(gè)高地、3個(gè)斜坡、2個(gè)河間丘。

圖4 環(huán)江地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌模擬Fig. 4 Pre-Jurassic paleogeomorphology modeling of Huanjiang area

2.2.1 古河谷

研究區(qū)南部發(fā)育1條自西向東的一級(jí)古河——甘陜古河，為研究區(qū)地形最低的古地貌單元。

甘陜古河河谷處的延安組地層發(fā)育較為完整，延10油層組+富縣組古河與高地間的高差差值普遍大于80 m、最大可達(dá)160 m以上。古河谷東西長度達(dá)80 km，南北寬度可達(dá)30 km以上，古河谷處的下蝕作用強(qiáng)烈，常見延10油層組或富縣組與長2、長3油層組不整合接觸。

古河谷處發(fā)育限制性辮狀河沉積，多見垂向連續(xù)疊置心灘砂體，研究區(qū)5種古地貌中，古河谷的儲(chǔ)層物性最好。

2.2.2 支河谷

支河谷的河流規(guī)模明顯小于甘陜古河谷中發(fā)育的河流，其延伸長度較短、下切深度較小、地層厚度較薄、巖性相對(duì)較細(xì)，主要發(fā)育中?細(xì)粒石英砂巖。

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育山城支河谷、洪德支河谷、郝家澗支河谷3條次級(jí)河谷，主要分布于中部、西北部，且與南部河谷干流成銳角相交。支河谷處延10油層組+富縣組地層厚度為30~80 m，河谷寬度為1.28~8.39 km，支河谷的儲(chǔ)層物性較好，僅次于古河谷的儲(chǔ)層物性（表1）。

表1 環(huán)江地區(qū)侏羅系古河流儲(chǔ)層物性特征Table 1 Reservoir property of Jurassic palaeochannels in Huanjiang area

2.2.3 高地

高地是最高處的古地貌單元，所處位置海拔高，坡度較為平緩。高地古地貌單元在富縣組、延10油層組沉積時(shí)期原始地層被剝蝕，且并未沉積形成新地層，表現(xiàn)為富縣組、延10油層組缺失的特征。環(huán)江地區(qū)高地古地貌單元主要分布在西部、西北部及東北部。

2.2.4 斜坡

斜坡是高地與河谷之間的過渡地帶，地層厚度為0~40 m。研究區(qū)主要發(fā)育山城、洪德、郝家澗3個(gè)斜坡帶。在古地貌單元中，斜坡區(qū)域是細(xì)粒沉積物的主要沉積場所，也是油藏分布的主要場所。

2.2.5 河間丘

河間丘是位于一級(jí)古河——甘陜古河河道的小型隆起，由于自身抗風(fēng)化剝蝕或水流侵蝕能力較強(qiáng)，在后續(xù)地層發(fā)育時(shí)期保留下來，地層厚度為20~80 m。

3 古地貌與油氣富集關(guān)系

3.1 古地貌形態(tài)對(duì)沉積相展布的控制作用

延安組延10油層組沉積相帶的分布受到古地貌的直接影響。延安組早期古地形較復(fù)雜，地形相對(duì)高差較大。延安組延10油層組作為侏羅紀(jì)早期的沉積地層，首先對(duì)負(fù)古地形進(jìn)行充填。工區(qū)范圍內(nèi)自北向南發(fā)育3條支河，在南部甘陜古河處匯聚，砂體在重力作用下向古地形低凹處聚集。與古地貌匹配，古地貌高地對(duì)應(yīng)于沉積微相平面圖中的剝蝕區(qū)域，古河道處主要發(fā)育辮狀河心灘微相，沿河道兩側(cè)斜坡處常見河漫灘微相（圖5、圖6）。沉積范圍主要存在于研究區(qū)的南部，受到次級(jí)古河道的影響，研究區(qū)西北部砂體厚度也較大。

圖5 環(huán)江地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌Fig. 5 Pre-Jurassic paleogeomorphology of Huanjiang area

圖6 環(huán)江地區(qū)延安組延101油層組沉積微相Fig. 6 Sedimentary microfacies of Yan 101 layer of Yan’an Formation in Huanjiang area

3.2 低幅度鼻隆構(gòu)造是油氣富集的主要地帶

低幅度構(gòu)造指構(gòu)造幅度差為5~30 m的由構(gòu)造應(yīng)力場或構(gòu)造應(yīng)力與基底隆升共同控制的構(gòu)造及其組合［24?26］。王建民等［24］研究認(rèn)為，低幅度構(gòu)造對(duì)于大面積油藏的形成具有重要作用。

環(huán)江地區(qū)延10油層組為一大型西傾背斜，西部位于天環(huán)坳陷構(gòu)造單元，兩側(cè)地層相對(duì)陡傾，東部緊靠陜北斜坡構(gòu)造單元，地層寬緩；西部地區(qū)頂面海拔從-1 100 m迅速升至東部地區(qū)的-90 m，東西部頂面海拔相差最大可達(dá)1 010 m，呈現(xiàn)典型的“東高西低”構(gòu)造格局（圖7）。

圖7 環(huán)江地區(qū)侏羅系延安組延101油層組頂面構(gòu)造與油藏疊合Fig. 7 Superimposition of Yan 101 layer top structure and reservoir in Huanjiang area

侏羅紀(jì)早期由于河流下切和風(fēng)化剝蝕的共同作用，研究區(qū)呈現(xiàn)凹凸不平的古地貌景觀，古河谷處的沉積物厚度大，古斜坡及古隆起處沉積物厚度小，不同古地貌單元交接處砂巖發(fā)育程度不一，差異壓實(shí)作用明顯，極易形成大量微型構(gòu)造。因此，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列小型鼻隆構(gòu)造，鼻隆構(gòu)造近東西向發(fā)育，隆起幅度為4~30 m，隆起范圍為2~5 km2、鼻軸間距為2~4 km。

當(dāng)優(yōu)質(zhì)砂體與鼻隆構(gòu)造疊合，在上覆泥巖或致密砂巖遮蔽下，便可形成小型構(gòu)造油藏。

3.3 不整合面及古河道厚砂帶是油氣運(yùn)移的主要通道

三疊紀(jì)末期，受控于印支運(yùn)動(dòng)，鄂爾多斯盆地開始抬升，進(jìn)而導(dǎo)致延長組頂部遭受剝蝕，在甘陜古河以及山城、洪德、郝家澗3條三級(jí)河流的強(qiáng)烈下切作用下，富縣組、長1油層組、長2油層組大面積缺失（甘陜古河處甚至可見長6地層），導(dǎo)致延10油層組或富縣組與下伏延長組直接接觸，成為油氣運(yùn)移的有利通道。

研究區(qū)延安組下部地層發(fā)育多條規(guī)模不等的河道，河道中廣泛發(fā)育厚層心灘砂體，這些心灘砂體本身的孔滲特性較好，在單砂體層面上具有垂向疊加、側(cè)向切疊、垂向切疊、底部替代等多種接觸關(guān)系［27?29］，連通性好，是油氣運(yùn)移的良好通道。

油氣在異常壓力驅(qū)動(dòng)下從下部長7烴源巖中出發(fā)，通過不整合面與古河道厚砂帶向上運(yùn)移，在延10油層組及以上層位形成油藏（圖8）。

圖8 環(huán)江地區(qū)延安組成藏模式Fig. 8 Accumulation pattern of Yan’an Formation in Huanjiang area

4 古地貌油藏成藏模式

依據(jù)研究區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌特征以及測井等資料，劃分出斜坡成藏和支河谷成藏2種成藏模式（圖9）。

圖9 環(huán)江地區(qū)延安組成藏模式Fig. 9 Accumulation patterns of Yan’an Formation in Huanjiang area

4.1 斜坡成藏

受甘陜古河及各條支河的侵蝕與切割，研究區(qū)古地貌表現(xiàn)為低山丘陵，期間又被次一級(jí)的支河谷進(jìn)一步分割，在高地與河谷之間形成了規(guī)模不等的斜坡。

斜坡處砂體物性良好，存在側(cè)向、垂向多方向油氣源供給，為環(huán)江地區(qū)延10油層組成藏的有利地帶。

同時(shí)研究區(qū)廣泛發(fā)育底水油藏，河谷砂體底水發(fā)育，水體能量充足，能夠有效將下部油氣運(yùn)移至斜坡位置（圖9（a））。

此外斜坡常發(fā)育河漫灘微相，相較于支河谷處，斜坡處上部常見漫灘泥覆蓋，形成良好的封閉條件，利于成藏［5］。

環(huán)江地區(qū)侏羅系已開發(fā)區(qū)塊中，B30區(qū)、H85區(qū)、H7區(qū)、H46區(qū)、L146區(qū)、L219區(qū)共6個(gè)區(qū)塊屬于斜坡成藏，平均含油面積為1.90 km2（表2）。

表2 環(huán)江地區(qū)延安組延10油層組油藏分布Table 2 Reservoir distribution of Yan 10 layers in Yan’an Formation in Huanjiang area

4.2 支河谷成藏

次級(jí)河谷主要位于研究區(qū)北部，河谷下切作用導(dǎo)致延10地層與下伏延長組直接溝通，加之河道中部廣泛發(fā)育孔滲特性較好的厚層心灘砂體，油氣從長7烴源巖出發(fā)［30?32］，垂向運(yùn)移聚集，在鼻隆位置聚集成藏（圖9（b）），如環(huán)江地區(qū)的B29區(qū)、L285區(qū)、B13區(qū)、B33區(qū)等。環(huán)江地區(qū)發(fā)育多條支河谷，覆蓋面積廣，資源潛力較大，為重點(diǎn)勘探區(qū)域。

5 結(jié) 論

（1）本文采用印模法恢復(fù)鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)。研究結(jié)果表明，環(huán)江地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌格局為1條古河谷、3條支河谷、2個(gè)高地、3個(gè)斜坡、2個(gè)河間丘。

（2）古地貌對(duì)研究區(qū)侏羅系下部油藏具有多方面影響。古地貌的起伏形態(tài)直接控制沉積相的展布，古地貌背景下的低幅度鼻隆構(gòu)造是油藏的富集空間，延長組頂部的不整合面與古河道厚砂帶為油氣運(yùn)移提供有利通道。

（3）根據(jù)不同類型古地貌單元，總結(jié)出2種主要成藏模式，即斜坡成藏和支河谷成藏。其中斜坡成藏在環(huán)江地區(qū)最為發(fā)育。