鄂爾多斯盆地西南部三疊系延長組劃分與對(duì)比關(guān)系再認(rèn)識(shí)

關(guān)鍵詞 等時(shí)地層劃分；前積斜坡；坳陷湖盆；延長組；鄂爾多斯盆地

0 引言

地層劃分與對(duì)比是開展盆地分析，進(jìn)行油氣等能源礦產(chǎn)勘探與開發(fā)的基礎(chǔ)工作。常用方法包括：巖石地層、古生物地層、層序地層、磁性地層及同位素定年等[1?4]。各種地層劃分與對(duì)比方法均有一定的適用性和局限性，因而在現(xiàn)實(shí)工作中，仍然面臨著諸多困難與挑戰(zhàn)。與海相沉積盆地相比，陸相盆地具有物源多、相帶變化快、沉積中心易遷移等特點(diǎn)。按照沉積旋回劃分與對(duì)比、標(biāo)志層約束，參考厚度的原則，開展陸相地層的劃分與對(duì)比，在沉積古地形相對(duì)平坦的區(qū)域可靠性較高，然而在湖盆邊緣存在明顯地形起伏的坡折帶或前積斜坡沉積區(qū)，往往會(huì)引起地層劃分與對(duì)比的“穿時(shí)”問題[5?12]。

近年來，隨著高分辨率三維地震勘探技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在國內(nèi)外諸多盆地識(shí)別出前積斜坡，這為重新認(rèn)識(shí)盆地地層格架和沉積充填過程提供了重要的啟示。如Magyar[12]通過對(duì)地震剖面上前積斜坡的追蹤與對(duì)比，結(jié)合不同水深軟體動(dòng)物、藻類等化石組合特征，建立了匈牙利Pannonian盆地中新世晚期至上新世的高精度年代地層格架。Fongngern et al.[13]根據(jù)三維地震資料揭示的前積反射特征，將羅馬尼亞Dacian盆地中新統(tǒng)Meotian階中上部劃分為7個(gè)期次的前積體，并結(jié)合測井響應(yīng)和微體古生物學(xué)研究等，重新厘定了該套地層的劃分與對(duì)比關(guān)系。周華等[14]基于地震剖面前積體分析，結(jié)合鉆井資料，將松遼盆地古龍凹陷上白堊統(tǒng)嫩江組三、四段底界分別上移了2個(gè)砂組。

三疊系延長組是鄂爾多斯盆地主力含油層系，發(fā)育一套厚200～1 400 m 的陸相碎屑巖沉積建造[15?19]。以往主要依據(jù)鉆井、測井及野外露頭等資料，采用沉積旋回控制，輔以凝灰質(zhì)泥巖、油頁巖等標(biāo)志層（K0～K9）約束，參考厚度的方法，將延長組自下而上劃分為長10—長1共10個(gè)油層組[20?22]，研究認(rèn)為延長期湖盆演化具有“整體升降、平起平落”的“千層餅”式特征[23?24]。近年在盆地西南部的環(huán)縣、慶城及合水三維地震剖面上，普遍可見前積反射現(xiàn)象，主要發(fā)育于長7—長1油層組，這些前積現(xiàn)象已被部分學(xué)者關(guān)注。前人從前積體的形態(tài)特征、前積體對(duì)湖盆古水深的指示及開發(fā)區(qū)砂體對(duì)比關(guān)系等方面，開展了相關(guān)研究[25?28]。但對(duì)于發(fā)育前積反射的地層如何進(jìn)行等時(shí)劃分與對(duì)比，其與傳統(tǒng)延長組地層劃分方案如何合理銜接等問題，前人研究尚未涉及。

本文以鄂爾多斯盆地西南部延長組為研究對(duì)象，基于最新三維地震資料解釋，結(jié)合測井和巖心資料，嘗試建立前積模式指導(dǎo)下延長組中上部（長7及以上地層）的等時(shí)劃分與對(duì)比方案，探索等時(shí)地層劃分與傳統(tǒng)分層的銜接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，重新解釋了延長組湖盆沉積充填過程，以及三角洲—深水區(qū)砂體的連通關(guān)系與分布規(guī)律等。研究結(jié)果為深化延長期湖盆的形成演化研究和石油資源的高效勘探開發(fā)提供了重要啟示。

1 地質(zhì)背景

中生代鄂爾多斯盆地是在晚古生代華北克拉通盆地基礎(chǔ)上形成的大型內(nèi)陸坳陷湖盆[23]。中—上三疊統(tǒng)延長組沉積期，湖盆呈西南陡、東北緩的不對(duì)稱碟狀，發(fā)育東北、西北、西南三大物源沉積體系，其中東北沉積體系以曲流河三角洲沉積為主，西北、西南主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系（圖1a）[23?25，29?30]。延長組沉積期湖盆經(jīng)歷多期湖侵—湖退，形成多套砂泥巖沉積組合。長7段沉積期是湖盆發(fā)育的鼎盛期，沉積一套分布約4×104 km2、厚度20～60 m的黑色油頁巖，是盆地中生界主力烴源巖（圖1c），多期砂巖儲(chǔ)集體廣泛分布，構(gòu)成良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系。

2 研究方法與資料基礎(chǔ)

基于沉積學(xué)、地震地層學(xué)理論，首先對(duì)盆地西南部環(huán)縣、慶城及合水三維地震資料進(jìn)行精細(xì)解釋，取得前積體形態(tài)類型、遷移疊加關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等認(rèn)識(shí)，進(jìn)而在前積模式指導(dǎo)下，結(jié)合巖心沉積相標(biāo)志的識(shí)別，通過井—震相互約束和標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)延長組中上部（對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)分層的長7—長1）地層的等時(shí)劃分與對(duì)比。對(duì)慶城三維工區(qū)進(jìn)行了600 m×300 m間隔的地震層位追蹤與閉合檢驗(yàn)，刻畫出前積模式下等時(shí)地層單元的平面分布樣式。資料基礎(chǔ)包括盆地內(nèi)環(huán)縣、慶城與合水地區(qū)約5 000 km2的三維地震資料，146口井的測井資料和35口井的巖心觀察資料。

3 剖面地層等時(shí)對(duì)比關(guān)系的建立

3.1 前積體類型與期次劃分

依據(jù)地震地層學(xué)和地震沉積學(xué)原理，區(qū)域性標(biāo)志層的地震反射同相軸大多數(shù)是等時(shí)的[31]。盆地西南部延長組長7底部發(fā)育一套分布穩(wěn)定的20～60 m油頁巖（俗稱“張家灘頁巖”），在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的強(qiáng)振幅連續(xù)反射，地震反射同相軸連續(xù)性好，區(qū)域可追蹤，可作為等時(shí)地層劃分的依據(jù)。此外，分析前積體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，應(yīng)將地層恢復(fù)至沉積結(jié)束時(shí)的水平狀態(tài)。但由于印支運(yùn)動(dòng)影響，延長組沉積后，盆地發(fā)生整體抬升和差異剝蝕改造，難以在延長組中上部找到理想的拉平基準(zhǔn)面。侏羅系富縣組（J1 f）、延安組延10（J2y10）是延長組頂部不整合面之上的填平補(bǔ)齊式沉積[32?33]，延10沉積結(jié)束后，盆地又進(jìn)入一個(gè)類似于延長組的大型坳陷湖盆演化階段?；诖?，且利用延安組煤層廣覆分布、地震反射特征明顯的特點(diǎn)，本文將延安組延9（J2y9）煤層作為拉平基準(zhǔn)面，來近似反映延長組沉積結(jié)束后的古地貌特征。以下分別對(duì)盆地西南部3個(gè)工區(qū)順物源方向的典型前積現(xiàn)象進(jìn)行分析。

對(duì)環(huán)縣工區(qū)順物源的南西—北東向多條地震剖面分析發(fā)現(xiàn)，頂積段為中、強(qiáng)振幅強(qiáng)連續(xù)地震反射，前積段多為中強(qiáng)振幅中連續(xù)反射，底積段多為中強(qiáng)、強(qiáng)振幅強(qiáng)連續(xù)反射。以A—A’地震剖面為例，延長組中上部可識(shí)別出5期前積體，自下而上依次命名為F1～F5（圖2a）。各期前積體頂積段同相軸近水平且連續(xù)性好，向西南方向可延伸追蹤，反映濱湖區(qū)沉積物垂向加積特征。F1～F4前積斜坡體以進(jìn)積為主，內(nèi)部地震反射結(jié)構(gòu)主要為“S”形態(tài)，局部可見斜交型。其中F1僅可見底積段沉積，厚度較薄且相對(duì)穩(wěn)定；F2、F3 頂積段厚度小于前積段，F(xiàn)2 為不對(duì)稱“S”形態(tài)，F(xiàn)3為中間厚、兩端薄的對(duì)稱“S”形態(tài)；F4僅可見頂積段、前積段，頂積段厚度明顯小于前積段。F5期以垂向加積為主，外部形態(tài)為板狀，F(xiàn)5底部為一上超面，其頂部遭受印支運(yùn)動(dòng)抬升后的剝蝕改造。

慶城工區(qū)北東—南西方向地震剖面上前積斜坡現(xiàn)象最為典型，也反映了西南部為物源供給方向（圖2b）。前積段多為中強(qiáng)振幅的中連續(xù)反射，底積段多為中強(qiáng)或強(qiáng)振幅強(qiáng)連續(xù)反射。以B—B’地震剖面為例，可識(shí)別出F1～F6共6期前積體。頂積段同相軸連續(xù)性好，可向物源方向追蹤延伸。由于工區(qū)范圍較小，剖面上F1僅可見前積段和底積段，形態(tài)為不對(duì)稱“S”型，F(xiàn)2～F4頂積段厚度明顯小于前積段，外部形態(tài)呈透鏡狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為S型或斜交型前積反射。F2頂積段較前積段和底積段厚，F(xiàn)3、F4具有前積段厚、頂積、底積段薄的特點(diǎn)。F5、F6以垂向加積沉積為主，且頂部均遭受印支運(yùn)動(dòng)的剝蝕改造，地層保存不完整。

合水工區(qū)順物源方向的剖面也顯示出典型的前積斜坡結(jié)構(gòu)（圖2c）。以C—C’地震剖面為例，延長組中上部也可識(shí)別出F1～F6共6期前積體。頂積段同相軸水平段連續(xù)性較好，可向西南物源方向追蹤。F1、F2頂積段厚度略小于前積段和底積段，為不對(duì)稱“S”形態(tài)。F3、F4頂積段厚度明顯小于前積段，外部形態(tài)呈透鏡狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為S型和斜交型。F5與前期斜坡頂面呈上超接觸，內(nèi)部為中—強(qiáng)振幅的中—弱連續(xù)反射層。F6呈板狀，是在F5基礎(chǔ)上近水平疊加的中—弱振幅中連續(xù)反射層。

3.2 等時(shí)地層劃分對(duì)比方案

通過對(duì)環(huán)縣、慶城、合水工區(qū)典型三維地震剖面分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)延長組中上部前積反射現(xiàn)象普遍發(fā)育，各工區(qū)前積形態(tài)存在差異，但共性特征明顯。結(jié)合測井、巖心資料，大致以長7底為界，可識(shí)別出6期前積體。F1～F6的頂積段分別與傳統(tǒng)分層長7—長1對(duì)應(yīng)，F(xiàn)1～F4以進(jìn)積為主，F(xiàn)5、F6以垂向加積為主。F1～F4的頂積段均可向物源方向延伸追蹤，在頂積段與傳統(tǒng)分層方案形成較好的銜接對(duì)應(yīng)關(guān)系，而前積段、底積段與傳統(tǒng)“千層餅”式的分層方案差異較大（圖3）。

依據(jù)延長組中上部前積地層發(fā)育特征，探索建立了前積模式指導(dǎo)的延長組中上部等時(shí)地層劃分與對(duì)比新方法，即：“頂積段自然延伸追蹤，前積反射及標(biāo)志層約束，三維空間閉合檢驗(yàn)”。具體方法為：（1）根據(jù)盆地區(qū)域性標(biāo)志層確定目的層頂、底界線。長7油頁巖、延長組頂部不整合面及延安組延9煤層，在測井和地震響應(yīng)上特征明顯，均為區(qū)域性標(biāo)志層。據(jù)此確定延長組中上部地層的頂、底界面（圖4）。（2）利用鉆井、測井資料合成地震記錄，標(biāo)定地震剖面頂積段的分層，結(jié)合地震剖面上的前積反射和包絡(luò)特征，由頂積段向前積斜坡區(qū)、深水區(qū)自然延伸，對(duì)前積斜坡沉積進(jìn)行識(shí)別和疊加關(guān)系劃分，完成順物源地震剖面的前積體解釋。（3）將地震剖面的解釋方案應(yīng)用到鉆井剖面。通過時(shí)深轉(zhuǎn)換，進(jìn)行鉆井層位標(biāo)定，完成前積模式指導(dǎo)下順物源方向鉆井剖面的等時(shí)地層劃分與對(duì)比。（4）通過同相軸追蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直物源方向（地震和鉆井）剖面的等時(shí)地層劃分與對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等時(shí)地層劃分與對(duì)比的三維空間閉合，刻畫出各等時(shí)地層單元的平面分布特征。

3.3 等時(shí)劃分對(duì)比方案與傳統(tǒng)分層方案的對(duì)比

分析表明，前積模式下的等時(shí)劃分方案與傳統(tǒng)分層方案的差異主要體現(xiàn)在前積體的前積段和底積段。按照傳統(tǒng)分層方案，研究區(qū)長7厚度介于100～120 m，長6厚度介于110～130 m，長4+5厚度介于80～90 m，長3厚度介于90～110 m，長2—長1由于遭受印支運(yùn)動(dòng)抬升剝蝕，地層厚度變化較大?？傮w上，長7—長3地層厚度相近，呈近等厚的“千層餅”狀疊加分布[32?33]。

在前積模式指導(dǎo)下的等時(shí)地層劃分對(duì)比方案中，各期前積體斜坡段逐期向湖盆中心遷移，剖面上呈“頂積段薄，前積段厚，底積段薄”的透鏡狀形態(tài)。兩種分層方案在前積段與底積段厚度差異明顯（圖5）。F2～F4沉積期，物源供應(yīng)充足，碎屑沉積物向湖盆中心進(jìn)積，斜坡部位堆積量大，各期前積段地層普遍增厚，而深水區(qū)地形平緩，底積段厚度比傳統(tǒng)分層明顯減薄。F5、F6期沉積物以垂向加積為主，地層厚度增加。對(duì)單井地層厚度計(jì)算表明，在前積段，F(xiàn)1厚度介于80～100 m，F(xiàn)2厚度介于60～250 m，F(xiàn)3厚度介于80～170 m，F(xiàn)4厚度介于80～210 m；在底積段，F(xiàn)1、F2逐漸減薄至10～40 m凝縮段，F(xiàn)3、F4厚度介于60～80 m，F(xiàn)5、F6厚度介于200～250 m。

4 前積模式下地層厚度平面分布特征

為揭示前積模式下地層厚度平面分布特征，選擇慶城三維地震工區(qū)，開展了600 m×300 m間隔的地震層位追蹤，采用層位內(nèi)插功能的線性插值算法加密三維地震解釋，得到工區(qū)長7以上各期前積體的時(shí)間域厚度，并通過時(shí)深轉(zhuǎn)換，生成F1～F4前積期次的深度域地層厚度分布圖（圖6）。與傳統(tǒng)分層近等厚的“千層餅”狀分布模式相比，在前積模式指導(dǎo)下建立的等時(shí)地層格架中，地層平面展布具有明顯的分帶性。工區(qū)內(nèi)各期前積體在平面上均呈北西—南東向的帶狀展布，由西南向東北依次表現(xiàn)為薄—厚—薄的地層分布樣式。各期次前積斜坡在西南部與東北部地層厚度較薄，分別對(duì)應(yīng)前積斜坡的頂積段和底積段，而中部地層厚度較大，為前積體的前積段。F1沉積期，前積段斜坡帶位于工區(qū)西南角，底積段厚度變化較小，主要在20 m左右；F2沉積期，斜坡帶向工區(qū)東北遷移，沉積范圍變大，可占工區(qū)面積的1/3～1/2；F3沉積期，斜坡體頂積段厚度較F2減薄，斜坡帶持續(xù)向東北遷移，底積段厚度與F2期底積段厚度相近；F4沉積期，前積段持續(xù)向東北遷移，斜坡帶分布面積較F3斜坡帶減小。綜上可知，從F1到F4，斜坡帶逐漸向北東遷移，指示慶城地區(qū)前積斜坡體由西南向東北持續(xù)進(jìn)積，形成大規(guī)模進(jìn)積型三角洲，湖盆逐漸收縮充填的過程。

5 等時(shí)地層劃分與對(duì)比的地質(zhì)指示

5.1 對(duì)開發(fā)區(qū)塊小層與砂體劃分對(duì)比的指示

以往在缺乏高精度三維地震資料的情況下，基于鉆井資料解釋建立的地層劃分方案，未考慮到三角洲—深水區(qū)存在前積現(xiàn)象，造成延長組中上部砂體劃分的“穿時(shí)”問題及砂體橫向連通對(duì)比關(guān)系的判斷偏差。在近年來油田開發(fā)過程中，上述問題已有所顯現(xiàn)。如曹江駿等[34]、屈雪峰等[35]指出合水地區(qū)長6油層組砂體連通出現(xiàn)錯(cuò)位情況，導(dǎo)致注采關(guān)系匹配性欠佳等。王西強(qiáng)等[22]對(duì)姬塬油田羅38區(qū)、羅211區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)分層所依據(jù)的K2～K5標(biāo)志層是穿時(shí)的，不能作為區(qū)域?qū)Ρ鹊臉?biāo)志層，指出按照前積模式進(jìn)行延長組地層劃分與對(duì)比的合理性。

按照等時(shí)地層劃分對(duì)比方法，結(jié)合區(qū)內(nèi)典型鉆井、取心資料，重新進(jìn)行砂體解釋和對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1～F4期具有斜坡下半部富砂的特點(diǎn)。前積體頂積段發(fā)育三角洲平原和前緣亞相的水下分流河道、河口壩砂體等，如慶城工區(qū)Z518、Z389井均鉆遇F2、F4頂積段。巖心觀察表明，頂積段主要為灰白色、灰色細(xì)砂巖，發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理等牽引流成因沉積構(gòu)造（圖7a），見植物碎屑（圖7b），指示沉積水體較淺。前積段砂體主要富集于前積段頂?shù)撞课?，如Z130、X260、Y49等大量鉆井鉆遇到前積段，其頂部常見灰綠色細(xì)砂巖，發(fā)育逆粒序構(gòu)造，火焰狀構(gòu)造（圖7c）、沖刷面等沉積構(gòu)造，砂泥巖薄互層較為常見，反映三角洲前緣的沉積特征。前積段底部可見深灰色塊狀細(xì)砂巖（圖7d），發(fā)育包卷變形構(gòu)造、槽痕和溝痕（圖7e）、泥質(zhì)撕裂屑（圖7f）和階梯狀斷層（圖7g）等，指示深水重力流沉積相標(biāo)志。底積段主要發(fā)育灰黑色泥巖，偶見魚鱗化石（圖7h），具包卷變形構(gòu)造的深灰色砂巖等，指示深水沉積環(huán)境。

與傳統(tǒng)等厚方案不同，前積模式下的地層劃分和砂體對(duì)比更強(qiáng)調(diào)同期性和等時(shí)性，主張按照前積體生長形態(tài)進(jìn)行砂體連通，區(qū)別于以往的“等巖性”連通方式。為檢驗(yàn)前積模式下的砂體連通關(guān)系，對(duì)慶城工區(qū)典型鉆井剖面進(jìn)行了砂體對(duì)比解釋（圖8）。由圖8可知，依據(jù)前積模式，F(xiàn)2期砂體連通性由西南逐漸向東北方向穩(wěn)定可追蹤，F(xiàn)3晚期由西南部位的頂積段向東北方向的斜坡延伸，砂體連通關(guān)系持續(xù)可對(duì)比，F(xiàn)4期砂體的連通性在頂積段、前積段上部和底積段亦較好。前積模式下砂體連通關(guān)系更趨合理，更能客觀地反映地下砂體橫向展布及其連通的真實(shí)情況，有利于油田開發(fā)井網(wǎng)的合理布置和注水開發(fā)層位的選擇（圖8）。

5.2 對(duì)湖盆充填過程的指示

以往認(rèn)為，鄂爾多斯盆地延長期湖盆中心以細(xì)粒沉積為主，由湖水表層細(xì)粒懸浮物的垂向加積以及深水重力流異地搬運(yùn)形成，湖盆沉積表現(xiàn)為“千層餅”式的垂向疊加充填。在前積模式指導(dǎo)下，認(rèn)為湖盆的充填主要是由多物源方向的前積體向湖盆中心持續(xù)進(jìn)積作用形成。在同一沉積期，前積斜坡的不同部位可形成厚度差異顯著的等時(shí)沉積體（圖9）。

湖平面在F1沉積期上升至最大，此時(shí)湖盆可容納空間最大，沉積物供給速率小于可容納空間增長速率。此后湖平面持續(xù)下降且伴隨短暫湖進(jìn)（F2～F4沉積期），沉積物供給充足，供給速率大于可容納空間增長速率，且沉積物供給速率與可容納空間增長速率的比值總體上不斷增大。F2～F4沉積期，在早期形成的沉積斜坡基礎(chǔ)上，后期前積體不斷進(jìn)積，雖存在湖盆范圍短期擴(kuò)張的情況，但湖盆范圍總體收縮，形成多方向進(jìn)積型斜坡體。在湖盆演化末期（F5～F6沉積期），多方向物源推進(jìn)合圍，湖盆范圍顯著縮小，物源供給速率遠(yuǎn)大于可容納空間的增長速率，湖盆充填以垂向加積為主，湖盆萎縮消亡（圖9）。

6 結(jié)論

（1） 鄂爾多斯盆地西南部慶城、合水地區(qū)延長組長7及以上地層可劃分為6期前積斜坡體，環(huán)縣地區(qū)可識(shí)別出5期前積體。根據(jù)對(duì)前積發(fā)育區(qū)地震反射樣式的分析，探索建立了“頂積段自然延伸追蹤，前積反射及標(biāo)志層約束，三維空間閉合檢驗(yàn)”的等時(shí)地層劃分與對(duì)比方法，提出盆地西南延長組中上部等時(shí)地層劃分與對(duì)比方案。

（2） 等時(shí)劃分與對(duì)比結(jié)果表明，在各期斜坡體頂積段，新方案與傳統(tǒng)分層方案的劃分結(jié)果一致；在前積段，新方案普遍較傳統(tǒng)分層增厚；而在底積段，新方案的F1～F3 期地層厚度較傳統(tǒng)分層顯著變小，F(xiàn)5～F6期地層厚度則顯著增大。平面上，F(xiàn)1～F4期前積斜坡體地層等厚線呈北西—南東向展布，地層厚度由西南向東北呈薄—厚—薄的分布樣式。

（3） 前積模式指導(dǎo)下，地層劃分和砂體的追蹤具有等時(shí)性，砂體連通關(guān)系更符合客觀實(shí)際，更有利于油田開發(fā)井網(wǎng)的合理布置和注水開發(fā)層位的確定。延長組湖盆的沉積充填主要是由多物源方向的前積體向湖盆中心持續(xù)進(jìn)積作用實(shí)現(xiàn)，直到沉積晚期（F5～F6沉積期）才轉(zhuǎn)變?yōu)榇瓜蚣臃e作用為主，而不是傳統(tǒng)認(rèn)為的始終以“千層餅”式垂向加積作用為主。上述認(rèn)識(shí)更能客觀地反映湖盆的充填和萎縮過程，為深化延長期湖盆的形成演化和石油資源的高效勘探開發(fā)提供了重要啟示。