鄂爾多斯盆地南部延長(zhǎng)組沉積體系及其砂體展布特征

鄂爾多斯盆地南部延長(zhǎng)組沉積體系及其砂體展布特征

0盆地南部沉積相鄂爾多斯盆地位于中國(guó)北部的地臺(tái)西部。它是中國(guó)大陸上的第二個(gè)沉積物盆地。穿過(guò)陜西省、甘肅省、寧山西省、山西省和晉山西省。盆地面積37.14km2。天然氣豐富。這是中國(guó)現(xiàn)在最大的石油、天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長(zhǎng)。該盆地具有“南油北氣”的特點(diǎn),石油主要富集在盆地南部三疊系延長(zhǎng)組和侏羅系延安組中,已發(fā)現(xiàn)安塞、西峰、姬塬等億噸級(jí)大油田。鄂爾多斯盆地南部由于地表?xiàng)l件、地震資料覆蓋及資料品質(zhì)的限制鉆井一直是油氣勘探的重要手段。前人對(duì)研究區(qū)沉積體系及砂體展布規(guī)律進(jìn)行了大量研究,取得了豐富的成果[1~8],認(rèn)為低孔、低滲背景下的相對(duì)高孔高滲帶是有利勘探區(qū)。盡管如此,沉積體系及砂體展布仍存在諸多爭(zhēng)議,特別是盆地南部,由于各自采用的劃分對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)不同,認(rèn)識(shí)結(jié)果差異很大,給油氣的進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)困難。因此,筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上,綜合利用鉆井、測(cè)井、野外露頭等資料,以層序地層學(xué)的原理和方法為指導(dǎo),對(duì)該區(qū)的地層展布、沉積體系及砂體展布規(guī)律進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)。1研究區(qū)地質(zhì)背景鄂爾多斯盆地是一個(gè)多構(gòu)造體系、多旋回演化、多沉積類(lèi)型的大型盆地[11~14]。根據(jù)盆地的地質(zhì)演化史及中生界地質(zhì)構(gòu)造特征,劃分為伊盟隆起區(qū)、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西褶曲帶、天環(huán)坳陷和西緣逆沖帶6個(gè)構(gòu)造單元。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部,即延安—環(huán)縣以南,構(gòu)造上包括伊陜斜坡南部、天環(huán)坳陷南部和渭北隆起北部(圖1)。鄂爾多斯盆地晚三疊世進(jìn)入內(nèi)陸湖盆演化時(shí),經(jīng)歷了晚三疊世和侏羅紀(jì)2個(gè)湖盆演化旋回階段,發(fā)育了上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組和侏羅系富縣組、延安組的河流—湖泊相地層。三疊系延長(zhǎng)組為盆地中生界主力烴源巖沉積期,長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組為湖相暗色泥巖、頁(yè)巖、油頁(yè)巖組合,有機(jī)質(zhì)豐度高,烴源巖類(lèi)型好,成熟度高,是盆地最主要的烴源巖系。研究區(qū)長(zhǎng)期處于湖盆的沉積中心,烴源巖分布廣泛。北東、南西、北西3大物源體系形成以三角洲前緣水下分流河道砂體和砂壩為主的儲(chǔ)集體,總體為低孔、低滲,局部發(fā)育高孔、高滲帶,儲(chǔ)層和烴源巖交互疊置,形成自生、自儲(chǔ)油氣藏。2中期旋回及沉積特征鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組經(jīng)歷了一個(gè)完整的沉積旋回。以鉆井、錄井、測(cè)井及露頭等資料為基礎(chǔ),將延長(zhǎng)組劃分為5個(gè)長(zhǎng)期旋回,22個(gè)中期旋回(表1)。長(zhǎng)期旋回自下而上分別命名為SC1,SC2,SC3,SC4和SC5旋回。在此基礎(chǔ)上建立了鄂爾多斯盆地南部高分辨率層序地層格架。SC1旋回:包括長(zhǎng)10油層組,劃分為3個(gè)中期旋回。該旋回為盆地演化早期,河流相沉積。巖性主要為一套灰綠色、肉紅色厚層狀中、粗長(zhǎng)石砂巖夾深灰色及暗紫色泥巖,厚度一般為250~350m。測(cè)井曲線特征為低伽馬、低自然電位。分布范圍較小,在郎9井以南地區(qū)尖滅(圖2)。SC2旋回:包括長(zhǎng)9油層組和長(zhǎng)82油層組,劃分為3個(gè)中期旋回。該時(shí)期盆地經(jīng)歷了第一次湖盆擴(kuò)張,長(zhǎng)9油層組沉積晚期湖盆擴(kuò)張達(dá)到最大,沉積了第一套烴源巖,俗稱(chēng)李家畔頁(yè)巖,在富縣地區(qū)比較發(fā)育,巖性為灰黑色泥巖、頁(yè)巖,測(cè)井曲線特征為高伽馬、高電阻率、高聲波時(shí)差。研究區(qū)西部主要為砂巖與泥巖的交互沉積,測(cè)井曲線特征為高伽馬、高電阻,略帶擴(kuò)徑現(xiàn)象。下降半旋回(長(zhǎng)82油層組)主要為一套砂巖沉積夾薄層泥巖,測(cè)井曲線為低伽馬、低自然電位,分布比較廣泛。SC3旋回:包括長(zhǎng)81、長(zhǎng)7和長(zhǎng)63油層組,劃分為6個(gè)中期旋回。其中,上升半旋回包括長(zhǎng)81—長(zhǎng)73油層組,主要為粉細(xì)砂巖與泥巖的交互沉積,向上逐漸變?yōu)榘瞪鄮r、油頁(yè)巖,形成該旋回的最大湖泛沉積。該時(shí)期是湖盆發(fā)展演化的全盛期,湖盆范圍擴(kuò)張至最大,形成了內(nèi)陸湖盆演化階段最主要的烴源巖,俗稱(chēng)張家灘頁(yè)巖,為深湖—半深湖沉積,分布穩(wěn)定。測(cè)井曲線表現(xiàn)為高電阻、高伽馬特征。在前烈橋野外剖面中顯示為厚層暗色頁(yè)巖的特征,而在延河剖面則顯示為薄層油頁(yè)巖與砂巖互層的特征。長(zhǎng)72—長(zhǎng)63形成下降半旋回,主要為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖夾凝灰?guī)r沉積。SC4旋回:包括長(zhǎng)62—長(zhǎng)33油層組,劃分為5個(gè)中期旋回。該旋回為整體湖退背景下短暫的湖侵,上升半旋回包括長(zhǎng)62—長(zhǎng)4+52油層組,旋回下部主要為細(xì)砂巖、粉砂巖夾泥巖和鈣質(zhì)泥巖沉積,旋回上部為暗色泥巖、薄層油頁(yè)巖和粉—細(xì)砂巖沉積,形成了延長(zhǎng)組局部烴源巖。下降半旋回包括長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)33油層組,主要為灰黑色泥巖與淺灰色粉—細(xì)砂巖互層。SC5旋回:包括長(zhǎng)32—長(zhǎng)1油層組,劃分為5個(gè)中期旋回。該旋回為三疊系湖盆收縮到衰亡期。長(zhǎng)2油層組沉積時(shí)期湖盆水體變淺、萎縮,主要為河控三角洲平原亞相,分流河道砂體較發(fā)育。長(zhǎng)1油層組為晚三疊世湖盆衰亡階段,主要為湖沼相的灰黑色和深灰色泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層與淺灰綠色粉—細(xì)砂巖的互層沉積。旋回頂部的湖沼相煤系地層是鄂爾多斯盆地的主要煤層之一。3下降型“一帶一路”砂體在層序地層格架內(nèi)分析了研究區(qū)沉積體系和砂體展布規(guī)律。鄂爾多斯盆地南部地區(qū)延長(zhǎng)組發(fā)育南西、北東、北西3大物源體系。南西和北西為辮狀河三角洲沉積,北東為曲流河三角洲沉積,且南西和北東物源體系影響了盆地大部分地區(qū)。目前對(duì)于南東沉積體系的認(rèn)識(shí)還存在較大的分歧,一種認(rèn)為南東地區(qū)存在黃陵三角洲,該三角洲影響了黃陵、旬邑,甚至富縣地區(qū)也受到了北東和南東2個(gè)物源體系的控制;另一種認(rèn)為北東物源影響了富縣地區(qū),而黃陵三角洲控制了旬邑、黃陵地區(qū)。層序地層分析及層序格架下的沉積體系研究認(rèn)為,研究區(qū)受北東和南西2大物源控制,北東物源影響了西南部的富縣、旬邑等地區(qū)。SC1旋回(長(zhǎng)10油層組):發(fā)育曲流河三角洲、辮狀河三角洲和深湖—半深湖沉積體系。其中三角洲沉積體系主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣亞相,南西辮狀河三角洲沉積體系發(fā)育的三角洲平原亞相分布較廣發(fā)育5支分流河道,北東物源三角洲沉積體系發(fā)育3支分流河道,向南延伸較遠(yuǎn),深湖—半深湖面積較小。SC2旋回(長(zhǎng)9—長(zhǎng)82油層組):盆地南部繼承性坳陷擴(kuò)張,湖泊沉積體系以半深湖—深湖相和湖底扇為主,三角洲沉積體系以三角洲前緣亞相為主。該時(shí)期,沉降中心為偏西南,在隴東地區(qū)形成了該區(qū)第一套烴源巖,谷稱(chēng)李家畔頁(yè)巖,而晚期長(zhǎng)82油層組的分流河道砂體則形成隴東地區(qū)主力油層(圖2)。南西向發(fā)育3支分流河道,第一支呈南西—北東向,沿鎮(zhèn)探4井—鎮(zhèn)33井分布;第二支基本與第一支平行,沿花所—黨原—井陳家一帶延伸;第三支呈北東向,沿涇川—慶6井一帶展布。彬縣地區(qū)發(fā)育繼承性湖底扇砂體,西部的湖底扇向北東方向推進(jìn),大致在長(zhǎng)慶橋—長(zhǎng)14井區(qū)中部的湖底扇寬度減小,呈細(xì)條帶狀經(jīng)正寧地區(qū)向北東方向延伸。富縣、旬邑—宜君地區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、河口壩、分流間灣微相。水下分流河道砂體主要有3支,均為北東—南西向展布,在旬邑—宜君地區(qū)匯集成1支。SC3旋回(長(zhǎng)81—長(zhǎng)63油層組):該時(shí)期為鄂爾多斯盆地湖盆擴(kuò)張鼎盛期,特別是長(zhǎng)73沉積時(shí)期,湖盆面積達(dá)到最大,以一套穩(wěn)定、巨厚的深湖—半深湖相泥巖沉積為主,是盆地中生界最重要的生油巖系。此時(shí),西南地區(qū)砂體分布范圍有限,主要發(fā)育水下分流河道砂體和河口壩砂體,呈南西—北東向延伸;東北地區(qū)發(fā)育2支水下分流河道,呈南西—北東向延伸,并在旬邑—宜君區(qū)塊變?yōu)楹咨?。后?隨著盆地基底的抬升,湖盆開(kāi)始收縮,沉積補(bǔ)償速率大于沉降速率,沉積作用漸趨增強(qiáng)。研究區(qū)水體較深,在半深湖—深湖相環(huán)境中沉積了湖底扇和三角洲前緣儲(chǔ)集砂體。西南地區(qū)發(fā)育2支分流河道砂體,一支分布于花所—黨原—白家下坳—平泉地區(qū),呈南西—北東展布;另一支沿鎮(zhèn)評(píng)1井—紅河5井呈南西—北東向展布。此時(shí),東北地區(qū)砂體最為發(fā)育,共發(fā)育5支水下分流河道,向西南方向延伸至旬邑—宜君地區(qū),逐漸演變?yōu)楹咨?。SC4旋回(長(zhǎng)62—長(zhǎng)33油層組):湖盆開(kāi)始萎縮,但長(zhǎng)4+5油層組沉積早期湖盆經(jīng)歷了短暫的擴(kuò)張,形成了一套局部烴源巖。與長(zhǎng)63油層組相比,該旋回沉積時(shí)期砂體的厚度、分布面積有所減小。西南地區(qū)主要發(fā)育2支主河道砂體,呈南西—北東向平行展布,一條沿平泉—鎮(zhèn)評(píng)1井—鎮(zhèn)33井一線分布;另一支沿崇信—黨原—紅河8井一線分布,呈南西—北東向展布。同時(shí),沉積剝蝕邊界向盆地內(nèi)部遷移,在長(zhǎng)4+5油層組沉積時(shí)期,沉積邊界已經(jīng)到達(dá)隴東地區(qū)南緣。在正寧以西發(fā)育北西—南東向展布的殘留深湖及半深湖泥巖沉積,西南部彬縣地區(qū)湖底扇沉積范圍明顯縮小,南緣分布的濁積砂體隨著湖底地形的改變向西南方向退縮,僅在正3井西南部分布。東北地區(qū)主要發(fā)育4支北東向分支河道,穿過(guò)陜北—富縣地區(qū)在旬邑—宜君地區(qū)匯聚成一條主河道,砂體寬度、厚度增加。SC5旋回(長(zhǎng)32—長(zhǎng)1油層組):湖盆開(kāi)始逐步淤淺、萎縮、消亡。由于盆地抬升,湖盆明顯萎縮,三角洲沉積體系大幅度地向湖盆內(nèi)推進(jìn),深湖范圍已退縮至正寧一帶。西南彬縣地區(qū)發(fā)育濁積巖,但僅限于正1井、寧縣慶37井及慶7井區(qū),砂體厚度較薄,沉積范圍較小。東北部陜北—富縣地區(qū)發(fā)育大套三角洲前緣和前三角洲沉積,在里1井至建1井廣大區(qū)域內(nèi)主要以水下分流河道砂體為主。向南部至廟灣、四朗廟一帶,河流的水動(dòng)力明顯減弱,主要的儲(chǔ)集砂體類(lèi)型為河口壩、遠(yuǎn)砂壩,砂體厚度較薄。長(zhǎng)2期由于盆地強(qiáng)烈抬升剝蝕,地層僅在湖盆內(nèi)及南部部分地區(qū)有所保留,西南部剝蝕殆盡。隨著湖盆的萎縮和肢解,湖盆的收縮速度加劇,區(qū)內(nèi)沉積相均以濱淺湖和三角洲平原相為主。砂體只在東南部四朗廟、耀縣廟灣一帶發(fā)育,水下分流河道由東北四朗廟地區(qū)向西南廟灣和東南金鎖關(guān)一帶散開(kāi)。在建莊以北,主要為三角洲平原沉積,砂體厚度明顯增厚。富縣地區(qū)主要發(fā)育三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道砂體。鄂爾多斯盆地南部三疊系延長(zhǎng)組沉積體系的演化主要分為2個(gè)階段,即長(zhǎng)7油層組沉積之前和之后。長(zhǎng)7油層組沉積之前,湖盆從河流相沉積向湖泊相沉積轉(zhuǎn)化,并經(jīng)歷2次湖侵(一次在長(zhǎng)9油層組沉積晚期,一次在長(zhǎng)7油層組沉積早期)。早期湖侵范圍局限,主要集中在該區(qū)的東部地區(qū),晚期湖侵最大,形成延長(zhǎng)組沉積時(shí)期的最大湖泛。長(zhǎng)7期之后,湖盆整體處于萎縮階段,但在長(zhǎng)4+5油層組沉積時(shí)期形成了萎縮期的一次短暫湖侵。長(zhǎng)3期之后,北東物源成為該區(qū)沉積的主要物源。4西峰油田油氣勘探的地質(zhì)背景鄂爾多斯盆地南部地區(qū)的小層對(duì)比存在嚴(yán)重的穿時(shí)性,影響了油氣的勘探,特別是東南部地區(qū)的油氣勘探。層序地層的對(duì)比保證了小層的等時(shí)性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的沉積體系研究更接近實(shí)際沉積特征和演化規(guī)律。鄂爾多斯盆地南部三疊系延長(zhǎng)組北東物源體系控制的陜北地區(qū)發(fā)現(xiàn)了安塞油田,主要層位為長(zhǎng)2+3油層組和長(zhǎng)6油層組;南西物源體系控制的隴東地區(qū)發(fā)現(xiàn)了西峰油田,主要層位為長(zhǎng)8油層組,儲(chǔ)集砂體為三角洲前緣水下分流河道砂體。南西物源發(fā)育4~5支辮狀河三角洲前緣水下分支河道砂體,北東物源發(fā)育2~3支三角洲前緣水下分流河道砂體,這些河道砂體具有良好的繼承性,可在長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組內(nèi)與主力烴源巖構(gòu)成“交互式”(生油層與儲(chǔ)集層互層)、“側(cè)變式”(儲(chǔ)層向深水區(qū)相變?yōu)樯蛯?、“覆蓋式”(生油巖覆蓋在儲(chǔ)層之上)、“上覆式”(生油巖在儲(chǔ)層之下)和“指狀式”(生油巖與儲(chǔ)層呈指狀?yuàn)A層接觸)等接觸方式,構(gòu)成良好的生、儲(chǔ)、蓋組合,從而形成有效的巖性圈閉,成因此可為油氣富集的主要場(chǎng)所(圖3)。研究認(rèn)為,北東物源主要為曲流河三角洲沉積,是一個(gè)強(qiáng)勢(shì)物源體系。它不僅提供了陜北、富縣地區(qū)沉積,而且其三角洲前緣及滑塌還提供了旬邑、宜君地區(qū)沉積。研究區(qū)東南部富縣的3~4支分流河道砂體及旬邑地區(qū)的水下分流河道砂體和前緣滑塌砂體成為東南地區(qū)油氣富集和勘探的主要目標(biāo)。低幅度構(gòu)造對(duì)油氣聚集的影響也不容忽視,特別是在陜北地區(qū),低幅度構(gòu)造與油氣分布具有較為明顯的關(guān)系,因此,相對(duì)高孔、滲帶與低幅度構(gòu)造的疊加區(qū)應(yīng)是最有利的勘探區(qū)。5盆地南部地區(qū)(1)鄂爾多斯盆地南部延長(zhǎng)組高分辨率層序地層可劃分為5個(gè)長(zhǎng)期旋回,22個(gè)中期旋回。這種劃分統(tǒng)一了該地區(qū)