鄂爾多斯盆地延長探區石千峰組千5段沉積相分析

王若谷

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710069)

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鄂爾多斯盆地延長探區石千峰組千5段沉積相分析

王若谷

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710069)

延長探區上古生界石千峰組千5段具有較大的天然氣勘探潛力，為查明其沉積環境特征及沉積演化規律，在大量鉆井、測井及巖心測試分析資料的基礎上，識別出千5段典型相標志，并據此分析其沉積微相類型和特征，明確了沉積微相平面展布規律。研究表明，延長探區千5段主要發育辮狀河三角洲沉積體系，以靖邊-橫山-子洲-吳堡一線為界，北部為辮狀河三角洲平原亞相，南部則發育辮狀河三角洲前緣亞相；水下分流河道改道頻繁，在橫向上往復遷移，在縱向上多期疊置，形成了大規模的砂巖沉積體，是研究區最有利的儲集砂體。

鄂爾多斯盆地；延長探區；千5段；沉積微相；

延長探區位于陜北斜坡東南部，包括延安、子長、延長、延川和甘泉5個市縣，亦包含外圍陜西省內黃陵、黃龍以北區域以及橫山、佳縣以南區域其余市縣。目前，延長探區已明確的主力氣層段為上古生界石盒子組盒8段和本溪組，礦權區內盒8段和本溪組已探明天然氣地質儲量逾5 000×108m3，從周邊氣田的勘探實踐來看，上古生界石千峰組千5段天然氣勘探具有較大潛力[1-5]，是下步實現增儲的重要領域。延長探區已有的鉆探及試氣資料表明，上古生界石千峰組千5段可見不同程度的氣顯示，局部儲層發育，具有形成工業氣藏的潛力。

1 區域地質特征

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西端，晚古生代先后經歷了晚石炭世至早二疊世早期海相沉積階段，早二疊世晚期海陸過渡相階段和中晚二疊世的陸相沉積階段[6-8]。中二疊世早期，海西構造運動使得盆地北部構造運動進一步加劇，興蒙海槽逐漸關閉，引起強烈的南北差異升降，盆地北緣的陰山古陸提供了大量陸源碎屑[9-10]；而盆地南緣的祁連、秦嶺形成統一的物源區，開始大量為鄂爾多斯盆地西南及南部地區提供物源[11]。石盒子期，盆地南北向差異沉降幅度大，形成了一套巨厚的河流-三角洲-濱淺湖相碎屑沉積。晚二疊世石千峰期處于海西旋回末期，秦嶺海槽再度發生向北的俯沖消減，北緣興蒙海槽因西伯利亞板塊與華北板塊對接而消亡，華北地臺整體抬升，海水自此完全撤出鄂爾多斯盆地。

根據鄂爾多斯盆地二疊紀最新的分層方案，延長探區石千峰組地層厚度為212～280 m，平均厚251 m。根據巖性組合、電性和沉積旋回等特征，將石千峰組自下而上依次分為千5～千1共五個氣層組，其巖性主要以棕紅、紫紅和紫灰色厚層狀泥巖、砂質泥巖為主，夾紫紅、紫灰色厚-薄層狀砂巖、含礫粗砂巖，常含泥灰巖薄層或鈣質結核。其中千5段地層厚度42～65 m，砂礫巖含量明顯高于其余小層，巖性主要為中、厚層狀棕紅、紫灰、灰及灰綠色礫巖、含礫砂巖和紫紅色砂質泥巖互層，底部常為一套塊狀含礫粗砂巖并與下伏上石盒子泥巖段呈沖刷接觸。

2 沉積相標志

2.1 碎屑巖顏色

不同沉積環境下所形成的碎屑巖顏色不同，暗灰色和黑色黏土巖表征還原或強還原沉積環境，而紅、棕、黃色則反映出巖石沉積時為氧化或強氧化環境。延長探區石千峰組多見大段紫紅色、棕紅色泥巖、砂質泥巖，砂巖顏色多變，呈紫灰色、暗紫紅色、淺灰色。碎屑巖顏色的頻繁變化反映出水位變化較頻繁，并以季節性干旱氣候為主的環境特征。

2.2 巖石組分

通過對區內75塊薄片鑒定結果的統計得出，按成分-成因分類標準[12-13]，千5段主要儲集類型以長石石英砂巖和巖屑長石砂巖為主。石英含量變化范圍較大，為25.0%～72.0%，平均為44.8%；長石含量明顯高于下伏石盒子組儲層，含量為3.0%～47.0%，平均24.6%；巖屑含量為0～50.0%，平均17.5%。

2.3 沉積構造特征

沉積構造直接反映沉積時占優勢的沉積介質和能量條件,因而,它是碎屑巖最重要的成因標志之一。延長探區上古生界石千峰組地層常見的沉積構造類型主要有槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理、水平層理、塊狀層理等原生沉積構造，而波狀層理和粒序層理則比較少見，亦未見干裂、鈣質結核等暴露標志，因此可推斷出研究區石千峰組沉積期應處于水下沉積環境中，地形整體平坦，水動力條件以牽引流為主，水動力強、水位較淺、水流湍急。

2.4 碎屑巖粒度特征

沉積物的粒度分布受沉積時水動力條件的控制，是反映原始沉積狀況的直接標志，薄片鑒定結果表明，研究區千5段砂巖粒度主要以中砂和粗砂為主，顆粒磨圓度較好，多呈次圓狀。通過對粒度數據進行統計，根據薩胡判斷沉積環境的判別函數，判別結果全部小于-7.149 0，最大值為-26.695 6，最小值為-41.586 5,符合河流(三角洲)相判別結果。

粒度概率曲線中粒度頻率直方圖峰值20%左右，主峰位于細粒一側，以細粒組分為主，指示了水下沉積特征。粒度概率曲線多為兩段式，以跳躍組分和懸浮組分為主，懸浮組分含量很少，多小于10%，跳躍組分含量很高，多在90%以上，斜率陡。部分樣品跳躍總體發育兩個次總體(圖1a)，該類沉積受單一河流作用或者單一湖泊作用的影響較小，大多數為二者共同作用的結果，代表的是一種復雜多樣的水流沉積環境，是三角洲前緣相的特征。此外，部分樣品的粒度概率曲線特征與其余樣品存在一定差別，其粒度頻率直方圖主峰可位于粗粒一側，概率曲線為兩段式或三段式，偶見滾動組分，跳躍組分含量略低，斜率略緩；懸浮組分含量較少，一般為15%～25%(圖1b)，這一特征反映了千5段沉積水動力條件較強、分選略差的特征。CM圖是表示沉積物結構與沉積作用關系的樣品集合圖，C值與M值這兩個粒度參數最能反映介質搬運和沉積作用的能力。將區內26個樣品的C值、M值分別投影圖解得出(圖2)，C值為279～1 383 μm，M值為146～548 μm，主要發育QR段，少量PQ段，即遞變懸浮部分為主，其次為懸浮和滾動部分，QR段代表遞變懸浮段，遞變懸浮搬運是指懸浮物質由下到上粒度逐漸變細，密度逐漸變低，C值與M值成比例變化，圖形與C-M基線平行。CM圖解指示出研究區應主要受牽引流沉積作用。

2.5 剖面結構特征

圖1 延長探區石千峰組千5段典型粒度概率累積曲線

千5段巖性剖面砂泥比較高，最大值可達9.8，近1/3的值大于1，均值0.9。剖面結構多顯示為中-厚層砂體與泥質沉積互層，常見大規模交錯層理的中粗粒砂巖突然覆蓋在薄層的水平紋層的粉砂巖、粉砂質泥巖沉積之上。而且多個單砂體往往反復疊加成一個厚砂體，構成復合正韻律結構，其總厚度遠遠大于河道深度。自然伽馬曲線形態常表現為多個高-中幅箱型或箱型-鐘形過渡型的迭加，底部常為突變接觸，曲線強烈齒化(圖3)。上述特征表明千5段河道砂體具有橫向遷移快、砂體間沖刷強烈、經常發生快速廢棄-復活的頻繁改道性質，總體顯示了分布不穩定的辮狀河三角洲特點。

3 沉積相類型及特征

研究區上古生界石千峰組千5段總體是一套碎屑巖砂、泥互層沉積，砂巖粒度普遍較大，以正粒序為主，沉積水動力特征指示出研究區目的層段主體處于水下環境中，水體深度不大，水動力較強、水流湍急，河道改道頻繁。因此判斷研究區千5段為辮狀河三角洲沉積相，并可識別出辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣兩大沉積亞相。

圖2 延長探區石千峰組千5段砂巖CM圖解

圖3 延長探區千5段典型剖面結構特征

辮狀河三角洲平原沉積主要由分流河道和泛濫平原兩種微相組成，其中廣泛發育的分流河道是其沉積主體。分流河道沉積巖性多為含礫粗砂巖、粗砂巖及中-細砂巖，發育大型板狀交錯層、槽狀交錯層、沖刷面構造。分流河道頻繁地分叉、匯合，在橫向上不斷往返遷移，使分流河道砂體在橫向上廣泛連片，呈現寬/厚比高的寬平板狀。底部沖刷面較平坦，基底起伏不大。單個辮狀河分流河道單元厚度不大，一般為3～5 m，多呈寬板狀或透鏡狀，但由于泛濫平原不太發育或被后期河道沖刷掉，所以多個分流河道沉積單元疊合起來就會產生廣泛分布、均一組成的厚單元，厚度可達15～20 m。自然伽馬曲線呈現齒狀鐘形或箱形，具中高幅值，曲線頂、底變化突然。由于辮狀河三角洲平原分流河道不固定，分流河道對下伏沉積物的沖刷比較強烈，所以泛濫平原沉積相對于分流河道不太發育或保存不完整。沉積物主要為雜色、紫紅色泥巖、粉砂巖等。泛濫平原沉積自然伽馬曲線呈現低幅值、微齒狀。

辮狀河三角洲前緣亞相在研究區廣泛發育，可識別出水下分流河道、分流間灣和席狀砂等微相。由于研究區距物源區較遠，地形平緩，水體深度不大，水體的可容空間有限，但水動力較強，水下分流河道頻繁改道，往往侵蝕下伏沉積物，常造成河口壩被沖刷減薄或者根本不發育。水下分流河道沉積主要是含礫不等粒砂巖、粗-中砂巖，含少量細砂巖薄層，單層砂厚一般為5～8 m。砂巖中沉積構造較發育，由下至上依次為沖刷面、大中型槽狀交錯層理、板狀交錯層理及平行層理。單砂體在剖面上稍顯正韻律的沉積序列，反映了水動力條件由強變弱的周期性變化。但由于水下分流河道砂體頻繁交互，剖面上則形成多層樓式的正韻律的含礫砂巖、粗砂巖組成的疊合砂體。疊合砂體中間夾有細粒的分流間灣沉積，因此自然伽馬曲線總體上表現為壩底突變的箱形曲線的多次疊加。分流間灣沉積發育于河道間，主要巖性為淺灰綠色、紫紅色和雜色泥巖、泥質粉砂巖，常見塊狀層理及小型沙紋交錯層理。自然伽馬曲線表現為低幅微齒狀。席狀砂一般是水下分流河道或河口壩砂巖經波浪改造而成，巖性一般為分選相對較好的細砂巖、粉砂巖等，發育波狀層理及小型交錯層理等，一般與前辮狀河三角洲沉積呈薄互層，自然伽馬曲線表現為指狀或尖峰狀，中等幅值，席狀砂一般厚度不大，為0.5～2.0 m。

4 沉積相平面展布特征

晚二疊世海西旋回末期，秦嶺海槽發生向北的俯沖消減，華北地臺整體抬升。千5期是石千峰期盆地北緣構造碰撞最強的時期，同時也是石千峰期位于盆地南緣的秦嶺海槽向北俯沖削減最強的，給研究區提供了充沛的南、北物質來源。受物源區抬升和湖平面迅速下降的影響，可容空間有限，水動力強，形成的辮狀河三角洲快速向湖推進，(水下)分流河道在橫向上往復遷移，在縱向上出現多期疊置，形成了大規模的砂巖沉積體。在研究區北部靖邊-橫山-子洲-吳堡一線以北發育辮狀河三角洲平原沉積，分流河道砂體反復疊置，累積厚度巨大，平均厚度可達20 m。在該線以南，則進入辮狀河三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體改道頻繁，砂體連續性好，寬度大，彎曲度較小，分流、匯合作用強。北部物源區自東向西可大致識別出6條近南北向展布的水下分流河道砂體，分別沿吳堡-宜川、清澗-延長、橫山-子長、靖邊-志丹、吳起及定邊展布，在東部的子長、延川、延長區域水下分流河道分流、匯合作用顯著，砂體疊置連片，呈席狀大范圍展布，砂體累積厚度多在25 m及以上，砂地比多在40%以上，最高可達60%。西部定邊、吳起地區水下分流河道交匯作用有限，水下分流河道的彎曲度明顯低于東部地區，呈扇狀或朵葉狀向湖盆展布，砂體累積厚度略有減薄，多在15 m及以上，砂地比為30%～50%。南部物源區自東向西可大致識別出4條辮狀河水下分流河道砂體，分流、匯合作用強烈，砂體呈扇狀向湖盆展布。黃陵-洛川-富縣一線砂體累積厚度最大，砂厚多在25 m及以上，砂地比40%及以上。南、北向物源砂體在甘泉-宜川一帶交匯貫通，連片性強。濱淺湖范圍較小，僅發育于研究區東南部和西南部(圖4)。

圖4 延長探區石千峰組千5段沉積相平面展布

5 結論

研究區上古生界石千峰組千5段沉積期地形整體平坦，水動力條件以牽引流為主，水動力強，水位較淺。區內主要發育辮狀河三角洲沉積體系，以靖邊-橫山-子洲-吳堡一線為界，北部為辮狀河三角洲平原亞相，南部則發育大范圍的辮狀河三角洲前緣亞相。水下分流河道改道頻繁，在橫向上往復遷移，在縱向上出現多期疊置，形成了大規模的砂巖沉積體，是研究區最有利的儲集砂體。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-0001-04

2016-04-20

王若谷，博士，工程師，1985年生，2013年畢業于西北大學地質學系礦產普查與勘探專業，現從事天然氣勘探方面的工作。

中國地質調查局地質調查計劃項目“鄂爾多斯盆地多種能源綜合調查評價”(12120114009201)。

TE111.3

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