晚三疊世鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心厚層砂體特征及形成機制分析①

付鎖堂 鄧秀芹 龐錦蓮

(1.西北大學地質系西北大學大陸動力學教育部重點實驗室西安710069;2.中國石油青海油田分公司甘肅敦煌736202; 3.長慶油田分公司勘探開發研究院西安710018;4.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室西安710018)

晚三疊世鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心厚層砂體特征及形成機制分析①

付鎖堂1，2鄧秀芹1，3，4龐錦蓮3，4

(1.西北大學地質系西北大學大陸動力學教育部重點實驗室西安710069;2.中國石油青海油田分公司甘肅敦煌736202; 3.長慶油田分公司勘探開發研究院西安710018;4.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室西安710018)

晚三疊世延長組長6、長7油層組沉積期鄂爾多斯盆地湖盆中部深水區穩定發育厚層砂巖，局部地區連續厚度可達上百米。在盆地西南沉積體系，巨型砂帶北西—南東向平行于相帶界線展布，與三角洲前緣砂體呈現出“斷根”的現象;在東北沉積體系，砂帶圍繞三角洲呈群狀、帶狀分布。厚層砂體成因復雜，總體上可稱作深水重力流—牽引流沉積復合體，包括滑塌砂體、砂質碎屑流砂體、濁積砂體、三角洲砂體及底流改造砂體5種成因類型，其中以重力流沉積組合為主，但白豹及其北部主要為三角洲沉積夾重力流沉積。不同成因的砂體縱向疊加，橫向復合連片形成了穩定分布、規模宏大的砂帶。厚層砂體的形成、展布方向、分布范圍主要受控于沉積物的供給速率、湖盆底形及構造活動等因素。

厚層砂體重力流深水牽引流鄂爾多斯盆地湖盆中部延長組

印支階段是中國地殼構造發展史上的一個重要轉折期。晚印支運動結束了長期存在的南海北陸的古地理面貌，形成了統一大陸。鄂爾多斯盆地具有西緣快速沉降坡度大，而東部斜坡寬緩的地形特征。延長組沉積類型復雜，沖積扇、河流、三角洲、湖泊相均較發育。受古地形控制，三角洲類型具有明顯的分區、分帶性，其中陡坡帶以扇三角洲、辮狀河三角洲為主，緩坡帶以曲流河三角洲為主，各沉積體系交匯于甘肅省華池—合水一帶。近年來，圍繞鄂爾多斯盆地延長組開展了大量的基礎研究，并取得了重要的進展，如在地層時代歸屬、層序劃分、原形盆地恢復、沉積充填特征等方面均提出了一些新認識［1～4］。這些研究進展對指導下一步勘探實踐具有重要的意義。

無論是周邊地質露頭還是鉆孔均顯示鄂爾多斯盆地晚三疊世長6、長7油層組沉積期湖盆沉積中心發育深水砂巖，厚度大，分布穩定，形成了“滿盆砂”的沉積格局。湖盆沉積中心發育如此大規模的砂體尚少有報道，近年來鄂爾多斯盆地鉆探揭示，這套大規模展布的砂體具有巨大的勘探潛力，因此有必要深入展開砂體成因分析，對下一步開展深水砂巖研究及油氣勘探具有重要的意義。

自20世紀50年代，許多古代和現代的深水砂巖被發現并報道，其中大部分被認為是濁流沉積產物。長期以來鮑瑪序列被作為濁積巖的典型序列［5，6］，許多學者就濁積巖的識別特征、濁積相的劃分開展了大量的研究［7～12］。但Shamugam教授為代表的一些地質學家從過程研究學的角度明確指出僅鮑瑪序列下部的粒序層段才是真正的濁積巖［13～17］。

1 厚層砂體特征

湖盆沉積中心長6、長7油層組砂巖粒度較細，以細砂巖、粉砂巖為主，局部地區見中砂巖，一些層段夾大量的泥巖撕裂屑。砂體垂向疊合厚度較大，砂地比一般30%以上，局部地區甚至達到80%以上，平面上呈北西—南東向沿環縣—合水一線大致平行于相帶界線分布，砂體延展長約150 km，寬15～70 km，單砂層厚度一般5～40 m，有些地區測井解釋砂巖連續厚度達百米。其中在深湖區，長63、長71等小層砂地比大于30%的范圍均超過5 000 km2。砂體縱向分析表明，從長7油層組中上部至長6油層組上部，湖盆中部厚層砂體范圍逐漸減小，厚度逐漸變薄，砂體的橫向連續性也隨之變差。長6、長7油層組沉積期在西南沉積體系環縣—慶陽一線以西地區主要為三角洲前緣沉積，砂體規模小，水下分流河道窄、延伸距離短，厚度小，與該線以東深水區形成的巨型砂帶分布不連續，砂體表現出“斷根”的現象，而受東北體系影響的半深湖—深湖區域砂體圍繞三角洲呈群狀、帶狀，如白豹長63、長62小層砂體(圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地延長組湖盆中部長6、長7油層組砂地比分布特征圖Fig.1Sand-strata ratio of Chang6－Chang7 oil bearing formation in the centre of Ordos Basin

受物源區母巖性質影響，鄂爾多斯盆地湖盆中部長6、長7油層組深水砂巖的結構成熟度相對較高，顆粒主要為次棱—次圓，分選中—好，成分成熟度較低［18］。其中，在盆地西部和西南物源控制區，沉積物具有石英含量較高(一般35%～55%)，長石含量較低(一般18%～31%)的特征，加之隴西古陸老山地質體有早古生代海相碳酸鹽巖地層的參與，碎屑中還含有大量的白云巖巖屑，平均含量3.1%，巖石類型以長石巖屑砂巖為主，巖屑長石砂巖次之;東北物源控制區碎屑巖中石英含量較低(一般20%～33%)，長石含量較高(一般35%～50%)，基本不含白云巖巖屑，以長石砂巖、巖屑長石砂巖為主。在華池—合水東一帶沉積物具有混源特征。如圖2所示，莊41井長6、長7油層組碎屑具有高石英、低長石含量的特征，反映了西南物源的沉積特征;塔23井長6、長7油層組碎屑具有高長石、低石英含量的東北物源特征;位于中間的莊61井長63、長71小層砂巖厚度大，連續厚度近50 m，沉積物中碎屑石英和長石含量的高低變化頻繁，具有典型的混源特征。從巖礦特征分析該厚層砂巖至少由8期砂體組成，其中①③⑤⑦井段的砂巖主要來自東北物源，②④⑥⑧井段的砂巖主要來自西部、西南物源。

圖2 莊41井—塔23井長6—長7厚層混源砂體解釋剖面圖Fig.2The interpretation on thick mixed sources sandbody of Chang6—Chang7 in the well area of Zhuang41—Ta23

2 厚層砂體成因類型

經歷了長7早期的最大湖泛，長7油層組沉積的中晚期至長6油層組沉積期為湖盆萎縮的早期階段。該階段半深湖、深湖分布范圍仍較廣泛，厚層砂體北西—南東向展布，西起環縣—慶陽，東至華池—正寧以東地區，北抵吳起，向南可達寧縣以南，沉積物中記錄了大量的深水信息，如在砂、泥巖巖性界面常常發育滑動或沖刷作用形成的槽模、溝模、刷模構造和不均勻負載壓實形成的重荷模、泥火焰等沉積構造(圖版Ⅰ-1，2);沉積物中還可見豐富的變形、包卷層理(圖版Ⅰ-3);泥巖或為厚層塊狀，或頁理發育，亦或呈砂泥巖薄互層產出。泥巖質純，層面干凈，偶見細小的植物碎片或魚鱗(圖版Ⅰ-4)、魚牙化石。這些沉積現象綜合說明沉積物形成于半深湖—深湖沉積環境。

通過沉積結構、構造特征對比分析，湖盆中部的厚層砂體可劃分為滑塌砂體、砂質碎屑流砂體、濁積砂體、三角洲砂體及底流改造砂體5種成因類型。2.1滑塌砂體

滑塌砂體為重力驅動下原始沉積于三角洲前端沉積物順斜坡滑動、滑塌、整體搬運的產物。滑塌沉積為突發事件沉積地層，因此它與上覆和下伏地層呈巖性突變接觸，測井自然電位曲線往往為箱狀，底部存在滑動面，界面上下巖性差異大。滑動面是識別滑塌的重要依據，它既可以存在于砂巖與泥巖之間，也可以存于砂巖與砂巖之間，界面上下巖層呈較大的交角，并伴生牽引紋層(圖版Ⅰ-5，6)。在滑動、垮塌過程中，砂泥攪混揉皺可形成各種各樣的變形、包卷構造、砂巖巖脈以及砂包泥、泥包砂等現象(圖版Ⅰ-7，8)，滑塌體中還常常攜帶大量的角礫狀泥巖撕裂屑。滑塌沉積廣泛發育在湖盆中部地區。

2.2 砂質碎屑流砂體

碎屑流為重力流的一種，可發生于陸上、水下多種環境，具陣發性特征。流變學上碎屑流屬于塑性流，流態上屬于層流。碎屑流由基質和雜基支撐，通常具有一定的粘附強度，這個粘附力是粗碎屑物質的主要支撐力，碎屑流以凝結的方式沉積。位于鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心的長6、長7油層組中的碎屑流沉積，常常以細砂為基質，含有數量不等的來自深湖的泥巖撕裂屑，泥屑大小混雜，無分選、定向性，但有時具有一定的成層性(圖版Ⅱ-1)，稱作砂質碎屑流。該類砂體規模相對較大，單旋回厚度從幾十厘米至十余米，均勻塊狀，局部可見正粒序疊復沖刷的現象(圖3)。與上下巖層具有多種類型的接觸關系，如頂底突變、頂部突變底部漸變等。砂質碎屑流中也存在大量的砂泥攪混現象。

圖3 寧12井長7疊覆沖刷現象Fig.3The phenomena of repeating scouring in Chang 7，Well Ning12

2.3 濁積砂體

濁流常常發生于重力流的前端，為牛頓流體，流態上屬于紊流，具有向上的湍流支撐機制。湖盆中部長6、長7油層組砂巖儲層C值、M值投影到C—M圖上，為平行C=M基線的直線段(圖4)，具有濁流的遞變懸浮特征，沉積物顯示向上變細的正粒序(圖版Ⅱ-2)，不顯層理。長6、長7油層組的濁積巖粒度普遍較細，一般下部為細砂巖、粉砂巖，向上漸變為泥質沉積，形成底部突變，頂部漸變的巖性接觸關系。一些層段粒度差異不大，粒序性不明顯。濁積巖單旋回厚度相對較小，一般幾厘米至幾十厘米，但疊加厚度較大。

2.4 深水三角洲砂體

在陜西省吳起縣白豹及其北部地區，在深水背景下發育三角洲沉積。該區厚層砂體主要發育在長6油層組中下部長63和長62小層。長63小層厚層砂體最發育，為灰綠色中、細砂巖、粉砂巖夾薄層黑色、灰黑色泥巖、粉砂質泥巖。顆粒較細的泥質巖、粉砂質沉積常常發育溝模、槽模、刷模、刻蝕模及泥火焰構造等底模構造及豐富的液化卷曲變形構造，指示形成于半深湖—深湖亞相。但是白豹地區長6油層組中下部的砂巖中常常發育平行層理、板狀交錯層理等層理類型。砂體通常為水下分流河道、遠砂壩等沉積(圖5)，具有牽引流水道沉積的特征，測井曲線形態多為鐘形、箱形、漏斗形。

圖4 鄂爾多斯盆地湖盆中部延長組長6油層組C－M圖Fig.4C－M diagram of turbidite of Chang 6，Yanchang Formation in the central Ordos Basin

圖5 白224井長6遠砂壩Fig.5Distal bar of Chang6 oil bearing formation，Well Bai224

因此，從厚層砂體成因分析出發，白豹及其北部地區長6油層組中下部主要為深水區牽引流作用下的三角洲前緣和前三角洲沉積，即深水三角洲沉積。厚層砂巖主要為水下分流河道疊加型、遠砂壩與水下分流河道疊加型等砂體組合類型。

2.5 底流改造砂巖

水體溫度差、密度差、暴風均可引起底流，它可以改造沉積在水底的松散的沉積物，形成沙紋層理、平行層理、水平層理等牽引流沉積構造(圖版Ⅱ-3)。底流改造砂體厚度薄，不能構成厚層砂巖的主體。

綜上所述，湖盆中部厚層砂體成因復雜，存在五種成因類型，其中以滑塌砂體、砂質碎屑流砂體、濁積砂體、深水三角洲砂體為主，是多種成因類型的砂體疊加、連片的產物，總體上可稱作深水重力流—牽引流沉積復合體。但不同地區沉積類型有所差異，其中西南沉積體系和東北沉積體系的末端主要為重力流沉積夾底流改造沉積，白豹及其北部地區主要為三角洲夾重力流沉積。

3 厚層砂體形成控制因素

湖盆中心地區長6、長7油層組大規模穩定分布的厚層砂體是在特定的地質條件下形成的，其形成主要受湖盆底形、湖盆演化及構造活動三方面因素控制，其中構造動力是長6、長7厚層砂體大面積分布的關鍵因素。

3.1 湖盆底形的影響

地形坡度是重力流形成的前提條件，它控制了厚層砂體的發育程度、類型和分布范圍。晚三疊世湖盆底形具有東部寬緩，西部、西南陡傾的特點。重力流沉積主要發育于坡度較陡的西南辮狀河三角洲和西緣扇三角洲前端的湖底地區。而東北物源影響地區坡度較緩，僅在東北體系末端的華池附近發育重力流沉積。再從盆地西南和西緣地區重力流發育的情況分析，西南部坡度相對較西部緩，重力流的分布受湖平面的升降影響較大，長7油層組沉積中晚期至長6油層組沉積末期，隨著湖盆的萎縮，重力流沉積砂體向東遷移了大約30 km;而盆地西部地形坡度陡，湖平面的升降影響的范圍較小，湖退過程中深水砂體的展布僅向東略有擺動(圖1)。

3.2 湖盆演化的影響

長7油層組沉積中晚期至長6油層組沉積期，湖盆中部地區為湖退背景下的半深湖、深湖環境，隨著湖盆萎縮，侵蝕基準面降低，源區剝蝕量不斷增大，河流攜帶了大量碎屑，物質供給充足，沉積物卸載堆積速率加快，活躍的三角洲前緣砂體不斷向湖方向進積，產生高孔隙流體壓力，穩定性差，在斜坡區易于產生滑動和滑塌(尤其是當有外力作用時)形成重力流。此外，快速進積的三角洲前緣砂體在前端易形成陡傾的斜坡，有利于重力流的形成，因此即使東北體系湖盆底形相對較緩，但三角洲前端仍有可能形成較陡的斜坡，形成廣泛發育的重力流沉積體。

3.3 構造活動的影響

大規模重力流沉積往往是多個事件層的疊加。在長6、長7沉積物中經常可以發現火山活動、地震等構造事件的痕跡。晚三疊世碎屑沉積物中常常夾多層凝灰巖薄層，厚度一般0.2～10 cm，但分布于長63、長62、長73底部的凝灰巖層沉積厚度較大，測井曲線特征顯著，具有低阻、高伽馬、高聲速等特征，反映盆地周緣地區在構造事件影響下火山活動頻繁［18］。巖芯見到大量與地震活動有關的沉積現象，如已經固結的巖石在地震活動中震裂、位移產生階梯狀正斷層、震碎角礫巖等(圖版Ⅱ-4，5)，半固結、未固結泥、砂和水在振動作用下改變其原來的排列狀態，形成各類卷曲變形構造和脈體，巖脈規模不等，如寧36井巖芯中發現直徑約8 cm的巖脈(圖版Ⅱ-6)，正11井長6油層組發現的砂巖巖脈直徑2～4 cm，延伸長度超過1 m(圖版Ⅱ-7)。因此晚三疊世長7、長6沉積期盆地周緣處于一個動蕩的環境中，使得未固結的三角洲前緣砂體在構造力、重力作用下沿斜坡發生多期滑動、滑塌并引發湍流運動，堆積于坡角及湖底平原地區，縱向疊加、橫向復合形成平行于湖岸線展布的大型復合重力流堆積群，具有較好的區域對比性。

4 結論

(1)鄂爾多斯盆地湖盆中部長6、長7油層組碎屑巖儲層發育，砂體縱向疊加，橫向連片形成了厚度大、分布穩定的大型復合油氣儲集體，局部地區砂巖連續厚度達百米以上。

(2)厚層砂體為深水重力流—牽引流沉積復合體，可劃分滑塌、砂質碎屑流、濁流、三角洲牽引流、底流5種成因類型砂體。其中，以重力流沉積為主夾薄層深水牽引流沉積，但白豹及其北部地區厚層砂體主要為三角洲砂體。

(3)厚層砂體的形成受控于特定的地質背景條件，湖盆萎縮的早期階段，源區剝蝕量不斷增大為厚層砂體形成奠定了物質基礎;湖盆底形控制了沉積組合類型，位于緩坡帶的東北三角洲體系主要發育三角洲砂體，在相對陡坡帶的西南西部沉積體系和東北三角洲的前端主要發育重力流;此外，盆地周邊地區構造活動是誘發大規模重力流的重要動力。

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Characteristics and Mechanism of Thick Sandbody of Yanchang Formation at the Centre of Ordos Basin

FU Suo-tang1，2DENG Xiu-qin1，3，4PANG Jin-lian3，4
(1.Geology Pepartment of Northwest University，Xi＇an 710069; 2.Qinghai Oilfield Branch PetroChina，Dunhuang，Gansu 736202; 3.Exploration and Development Research Institution of Changqing Oilfield Company，Xi＇an 710018; 4.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil＆Gas Fields，Xi’an 710018)

Thick sandbody are widely and stably developed at the depositional period of Chang6 and Chang7 oil bearing formation in late Triassic in the centre of Ordos basin.The thickness surpass one hundred metres uninterruptedly in some areas.The large-scale sand belt，formed in deep lake，stretches along the facies boundary and isolates itself from delta-front sandbody in the southwest sedimentary system，while the sand belt or lobes encircle the delta-front in the northeast sedimentary system.The thick sandbody was resulted from gravity flow and deep-water tractive current and can be divided into five types，i.e.slump，sandy debrite，turbidite，delta sandbody and underflow transforming sandbody.Among them，deposition of gravity flow is the dominant sedimentary type;However，thick sanbody in Baibao area and its north area belong to delta deposition and sandy debrite，with deposition of gravity flow.The stable distribution of thick sandbody is controlled by the factors as supply rate of sediment，bottom shape of basin and tectonic activity.

thick sandbody;gravity flow;deep-water tractive current;Ordos Basin;basin centre;Yanchang Formation

book=6,ebook=448

付鎖堂男1962年出生博士石油地質E-mail:fstqh@petrochina.com.cn

P512.2TE121.3

A

圖版Ⅰ說明:1.西33井，長7油層組，重力滑動形成槽模;2.剖18井，長6油層組，不均勻負載形成火焰狀構造;3.環62井，長6油層組，沉積物液化形成滑塌變形構造;4.正11井，長7油層組，方鱗魚鱗片化石;5.午25井，長6油層組，滑塌過程中形成的滑動面，傾角大，上下巖層產狀差異大，巖性突變;6.莊38井，長6油層組，滑塌形成的滑動面，傾角大，上下巖層產狀差異大，巖性突變;7.莊49井，長6油層組，滑塌過程中形成的砂泥攪混變形;8.西44井，長7油層組，滑塌過程中細砂攜帶已固結的砂泥韻律層團塊

圖版Ⅱ說明:1.耿71井，長6油層組，砂巖中含有大量泥巖撕裂屑，一些泥巖撕裂屑中保存了原始沉積的層理;2.莊69井，長6油層組，碎屑搬運中具遞變懸浮特征，形成正粒序濁積巖;3.里60井，長6油層組，底流作用形成的沙紋交錯層理;4.剖20井，長7油層組，地震作用下固結巖層斷裂并產生短距離的位移，形成階梯狀小斷層;5.莊20井，長7油層組，地震作用下固結、半固結巖層斷裂、位移形成階梯狀小斷層;6.寧36井，長7油層組，砂巖巖脈直徑約8cm;7.正11井，長6油層組，砂巖注入泥巖形成腸狀構造。

1000-0550(2010)06-1081-09

①國家科技重大專項(編號:2008ZX05044和2008ZX05001)資助。

2009-12-11;收修改稿日期:2010-03-05