鄂爾多斯盆地隴東地區長4+5 油層組沉積相展布特征

鄭慶華，劉 喬，梁秀玲，張建魁，張建娜，劉 濤

（1.榆林學院化學與化工學院，陜西榆林 719000；2.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，西安 710200）

0 引言

隨著人們對石油需求的日益增大和石油開發技術水平的提高，分布廣、儲量大的低滲透油藏已成為世界各國石油勘探與開發的重要接替領域［1-2］。我國鄂爾多斯盆地是世界最重要的低滲透油田分布區，以發育三疊系延長組低滲透砂巖為典型特征，形成了巖性油氣藏、巖性—地層油氣藏等，石油富集區主要受有利沉積相帶和成巖作用控制［3-6］，其中關于有利沉積相帶控制厚層砂巖展布方面的研究對低滲透油氣田的勘探與開發至關重要。

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元劃分及研究區位置（據文獻［3］修改）Fig.1 Tectonic units of Ordos Basin and location of the study area

鄂爾多斯盆地延長組長4+5 油層組為典型的低滲巖性油藏［3，5］，近年來在該層位的勘探成果豐碩，已先后在靖邊、安塞、定邊等地區累計獲得探明儲量超過4 億t，而勘探面積更大、優質烴源巖更發育的隴東地區僅在南梁、白豹區塊提交控制儲量約0.2 億t，勘探與開發程度較低（圖1）。關于隴東地區長4+5 油層組沉積相研究也較為薄弱，文獻報道的研究范圍多局限于華慶區塊［7-13］，少量涉及鎮北區塊（太白梁、木缽）等［14-15］，沉積相類型劃分也較為混亂［3，5，16-18］，導致隴東地區長4+5 油層組的物源、沉積相類型、砂體展布規律等方面的認識均不清，嚴重制約著其勘探與開發進程。為此，筆者以盆地周緣野外露頭剖面和盆地內鉆井取心為基礎，進行巖心觀察，并結合測井、錄井資料取樣120 余塊（45口井），進行鑄體薄片鑒定、重礦物分析，對隴東地區長4+5 油層組的物源和沉積相類型、展布及演化特征進行系統研究，以期為研究區長4+5 油層組的下一步大規模勘探與開發提供參考。

1 區域地質概況

鄂爾多斯盆地是在華北克拉通地塊基礎上發育起來的中新生界含油氣沉積盆地，現今的構造格局基本定型于中燕山運動，后經喜馬拉雅運動進一步發展而成。據基底性質、現今構造形態及特征，可將盆地劃分為6 個一級構造單元，分別為盆地周緣構造較為復雜的伊盟隆起、西緣逆沖帶、渭北隆起、晉西撓褶帶和盆地內部構造較為簡單的天環坳陷、伊陜斜坡［3］。本次研究的隴東地區北起吳起縣，南至涇川縣，西抵郭塬，東達塔爾灣，面積約3.1 萬km2，橫跨天環坳陷和伊陜斜坡（圖1）。三疊系延長組為一套坳陷型內陸湖相碎屑沉積，記錄了湖盆從發生、發展到消亡的完整演化歷程。延長組自上而下可分為長1—長10 共10 個油層組，其中長4+5油層組自上而下又可劃分為長4+51和長4+52共2個小層。

2 物源分析

重礦物分析法、碎屑巖類分析法均是較常用的物源分析方法［16，19-22］。鄂爾多斯盆地隴東地區長4+5油層組鉆井取心的重礦物、輕礦物、巖屑總量、白云巖巖屑的平面分布特征顯示出明顯的分區特征（表1，圖2）。其中，Ⅰ區位于隴東地區東北部，向東南延伸至高崾峴—塔爾灣一線，具有相對“高鋯石”、“高長石+低巖屑”、“高火成巖巖屑”、“白云巖巖屑不發育”的特征，反映了東北物源特征，在研究區東北部分布范圍較廣；Ⅱ區位于隴東地區西北部，向西南延伸至環縣—高崾峴一線附近，具有相對“高石榴子石”、“高長石+石英”、“高變質巖巖屑”、“白云巖巖屑較發育”的特征，總體反映了西北物源特征，在研究區西北部小面積分布；Ⅲ區位于隴東地區西南部，向東北延伸至環縣—馬嶺—慶陽一線，具有相對“低鋯石”、“高石英+巖屑”、“低火成巖巖屑”、“白云巖巖屑發育”的特征，總體反映西南物源特征，在研究區西南部大面積分布；Ⅳ區位于隴東地區南部，向西北延伸至寧縣—合水一線，具有相對“高鋯石”、“高石英+長石”、“低變質巖巖屑”、“白云巖巖屑較發育”的特征，反映了南部物源特征，在研究區南部較大面積分布；Ⅴ區位于盆地中部慶城—高崾峴一線，為混源區，重礦物、輕礦物及巖屑組合比較混雜，反映了混源特征，在研究區中部較大面積分布。上述特征反映隴東地區延長組長4+5 油層組具有東北、西北、西南和南部共4 個物源方向，且東北（Ⅰ區）、西南（Ⅲ區）和南部（Ⅳ區）等3 個方向的物源供給充足，其中東北部具有“遠源”特征。

表1 隴東地區延長組長4+5 油層組物源分析數據Table 1 Provenance analysis data of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

圖2 隴東地區延長組長4+5 油層組物源分析Fig.2 Provenance analysis of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

3 沉積相類型及特征

鄂爾多斯盆地隴東地區延長組主要發育三角洲—湖泊沉積體系，其中東北部和西北部以曲流河三角洲相為主，西南部和南部以辮狀河三角洲相為主，中部以湖相為主［3，5，17-18，23］，但沉積亞相和微相的劃分存在一定爭議。通過大量文獻的調研［23-29］，并結合油田實際生產資料，本次研究將湖底重力流沉積劃歸為湖泊相。通過研究區45 口取心井長4+5油層組的巖心觀察、分析測試以及測井、錄井資料分析，結合區域沉積相研究成果，系統劃分了隴東地區延長組長4+5 油層組的單井相和連井相，共劃分出曲流河三角洲相、辮狀河三角洲相和湖相等3類，并進一步細分為5 類亞相和10 類微相（表2）。

表2 隴東地區延長組長4+5 油層組主要沉積相類型Table 2 Major sedimentary facies types of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

3.1 曲流河三角洲相

3.1.1 曲流河三角洲前緣亞相

隴東地區長4+5 油層組東北部和西北部主要發育曲流河三角洲相的前緣亞相。曲流河三角洲前緣亞相是曲流河三角洲相中砂體集中發育區，以水下分流河道和水下分流間灣微相為主，河口壩微相和遠砂壩微相常因水下分流河道的強烈沖刷而缺失，席狀砂微相常因湖底重力流的發育而少見。

（1）水下分流河道微相。縱向上常呈多個正韻律的進積式疊置，為多期疊加的結果。巖性以灰綠色—灰褐色細砂巖為主，發育塊狀層理、板狀交錯層理、小型槽狀交錯層理、平行層理及包卷層理［圖3（a）—（e）］，底部發育沖刷面，見泥礫。測井曲線上，其自然伽馬和自然電位曲線常呈箱形、鐘形或漏斗形組合，其中漏斗形測井曲線形態常為多期水下分流河道砂體的進積式疊加或底部沖刷面上含泥礫所致，并不是河口壩微相發育的測井曲線標志［圖4（a）］。

圖3 隴東地區延長組長4+5 油層組巖心照片（a）午222 井，1 896.78 m，長4+51，塊狀構造；（b）午222 井，1 894.69 m，長4+51，板狀交錯層理；（c）午222 井，1 896.19 m，長4+51，槽狀交錯層理；（d）白304 井，1 900.83 m，長4+51，平行層理；（e）午222 井，1 892.90 m，長4+51，包卷層理；（f）白106 井，1 956.40 m，長4+51，浪成沙紋層理、波狀層理、透鏡狀層理；（g）午222 井，1 891.95 m，長4+51，水平層理、波狀層理；（h）華183 井，1 822.70 m，長4+51，黑色泥巖的小魚化石；（i）白401 井，1 840.10 m，長4+52，垂直蟲孔；（j）午222 井，1 892.60 m，長4+51，植物碎片；（k）演214 井，2 227.05 m，長4+51，灰白色含礫粗砂巖；（l）鎮106 井，2 482.72 m，長4+52，灰綠色中砂巖；（m）演78 井，2 134.26 m，長4+52，碳化植物大莖桿化石；（n）鎮106 井，2 527.80 m，長4+52，植物根莖；（o）演78 井，2 127.45 m，長4+52，灰白色粉砂質泥巖；（p）鎮327 井，1 979.00 m，長4+52，塊狀層理；（q）鎮320 井，2 043.10 m，長4+52，板狀交錯層理；（r）鎮141 井，2 058.60 m，長4+51，槽狀交錯層理；（s）鎮131 井，2 138.20 m，長4+52，平行層理；（t）鎮320 井，1 891.90 m，長4+52，浪成沙紋層理；（u）鎮327 井，1 979.40 m，長4+52，砂球和砂枕構造；（v）木32 井，2 305.50 m，長4+51，沖刷面、泥礫；（w）鎮283 井，2 074.10 m，長4+51，瓣鰓類化石；（x）鎮141 井，2 018.90 m，長4+51，垂直蟲孔Fig.3 Core photographs of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

（2）水下分流間灣微相。研究區油田實際生產過程中，一般將水下天然堤微相、水下決口扇微相和水下分流間灣微相巖石劃入非儲層，據此本次研究將上述微相統稱為水下分流間灣微相。水下分流間灣微相巖石以灰黑色—黑色泥巖為主，也含相對少量細砂—粉砂巖，常發育浪成沙紋層理、波狀層理、透鏡狀層理和水平層理，魚化石、垂直蟲孔和植物碎片等［圖3（f）—（j）］。測井曲線上，其自然伽馬多為中高值，自然電位曲線常呈“低平直線”形態［圖4（a）］。

圖4 隴東地區延長組長4+5 油層組沉積相綜合柱狀圖Fig.4 Column of sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

3.2 辮狀河三角洲相

3.2.1 辮狀河三角洲平原亞相

隴東地區長4+5 油層組西南部和南部主要發育辮狀河三角洲相的平原亞相和前緣亞相。辮狀河三角洲平原亞相為辮狀河三角洲相的水上部分，可細分為分流河道微相和泛濫平原微相。

（1）分流河道微相。縱向上常呈單一旋回正韻律，多期分流河道砂體疊加現象不明顯。巖性以灰白色—灰褐色含礫粗砂巖、細砂巖為主［圖3（k），（l）］，底部常見沖刷面，塊狀層理、槽狀交錯層理和板狀交錯層理發育。測井曲線上，其自然伽馬和自然電位曲線常呈鐘形［圖4（b）］。

（2）泛濫平原微相。研究區油田實際生產過程中，一般將決口扇微相、天然堤微相、河漫灘微相巖石劃入非儲層，因此本次研究將上述微相統稱為泛濫平原微相。泛濫平原微相巖石以灰白色—灰色泥巖、泥質粉砂巖為主，常見相對較大的植物根莖化石［圖3（m）—（o）］。測井曲線上，其自然伽馬多為中高值，自然電位曲線相對低平［圖4（b）］。

3.2.2 辮狀河三角洲前緣亞相

辮狀河三角洲前緣主要發育水下分流河道微相和分流間灣微相，河口壩微相和遠砂壩微相常因水下分流河道的強烈沖刷而缺失，席狀砂微相常因湖底重力流的發育而少見。

（1）水下分流河道微相。三角洲平原分流河道入湖后在水下進行延伸，形成水下分流河道，縱向上常呈單一旋回正韻律或多個正韻律的進積式疊加，水下分流河道砂體多期疊加現象明顯。巖性以灰綠色—灰褐色細砂巖為主，夾薄層粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，常發育塊狀層理、板狀交錯層理、小型槽狀交錯層理、平行層理、浪成沙紋層理、砂球和砂枕構造［圖3（p）—（u）］，砂巖底部沖刷面和泥礫亦發育［圖3（v）］。測井曲線上，其自然伽馬和自然電位曲線常呈漏斗形和鐘形組合，常見的漏斗形測井曲線形態常為多期水下分流河道砂體的進積式疊加或底部沖刷面上含泥礫所致，并非河口壩微相的測井曲線標志［圖4（c），（d）］。

（2）水下分流間灣微相。根據油田實際生產過程中的慣例，本次研究將水下天然堤微相、水下決口扇微相和水下分流間灣微相統稱為水下分流間灣微相。水下分流間灣微相巖性主要為厚層狀含植物碎片、瓣鰓類化石和垂直蟲孔的灰黑色泥巖、粉砂質泥巖［圖3（w），（x）］，部分含少量細、粉砂。測井曲線上，其自然伽馬多為中高值，自然電位曲線相對低平［圖4（c），（d）］。

3.3 湖泊相

隴東地區中部延長組長4+5 油層組湖泊相沉積廣泛發育，包括濱淺湖亞相、半深湖亞相和湖底重力流亞相。濱淺湖亞相是濱湖亞相和淺湖亞相的合稱，因在研究區與三角洲前緣亞相相鄰且區分難度大，所以將其并入到辮狀河三角洲前緣亞相或曲流河三角洲前緣亞相，不再單獨劃出［30］。

3.3.1 半深湖亞相

巖性主要為粉砂質泥巖、黑色泥巖［圖5（a）］。測井曲線上，其自然伽馬多為高值，自然電位曲線多具“低幅”特征［圖5（h）］。

3.3.2 湖底重力流亞相

Shanmugam［25，28-29］根據沉積過程中的流變學特征，將重力流劃分為滑動、滑塌、碎屑流和濁流等沉積類型，其中滑動巖發育不明顯的彈性形變，基本保留了原始結構特征［圖5（b）］，但測井識別難度較大，故將長4+5 油層組的湖底重力流亞相劃分為滑塌巖微相、砂質碎屑流微相和濁積巖微相。

（1）滑塌巖微相。巖性以粉—細砂巖為主，發育同沉積變形的砂球、砂枕構造和包卷層理［圖5（c）］，縱向上多呈透鏡狀分布于半深湖亞相沉積中，平面上一般呈土豆狀、片狀分布。測井曲線上，自然電位曲線和自然伽馬曲線常為指形或漏斗形態［圖5（h）］。

（2）濁積巖微相。濁積巖由濁流形成，流態上屬于紊流，具有向上的湍流支撐機制，其在半深湖亞相中廣泛分布［圖5（d）—（f），（h）］。主要特征為:①發育完整或不完整的鮑瑪序列，常見AB 段、AC 段等組合類型；②鮑瑪序列A 段，細砂巖發育正粒序層理；③砂體厚度從幾厘米至幾米不等，一般小于0.5 m，常與黑色泥巖或粉砂質泥巖呈薄互層狀；④砂巖底部不平整，巖性突變，常可見火焰狀構造；⑤自然伽馬和自然電位曲線多為鐘形。

（3）砂質碎屑流微相。砂質碎屑流具有塑性流變、層流狀態的重力流特征，其支撐機制主要是由其塑性流變的性質所決定，與其所具有的屈服強度緊密有關，包括基質強度和由顆粒碰撞所產生的摩擦強度，在半深湖亞相中廣泛分布。主要特征為:①巖性以厚度大于0.5 m 的細砂巖為主，最厚可達十幾米［圖5（g），（h）］；②常見發育塊狀層理；③細砂巖內部常見順層分布的泥巖撕裂屑，反映了層流特征；④底部與下伏巖層的接觸處常見沖刷面構造，指示砂質碎屑流整體在運移過程中對下伏沉積物具有剪切作用，頂部與上覆半深湖亞相泥巖沉積呈突變、不規則接觸；⑤測井曲線上，自然電位和自然伽馬曲線形態常為箱形，但由于泥巖撕裂屑的發育使得曲線常出現漏斗形和箱形組合。

圖5 鄂爾多斯盆地及鄰區延長組長4+5 油層組湖底重力流沉積特征（a）隴東地區中部白522 井，1 706.34 m，長4+52，黑色泥巖；（b）隴東地區中部鎮333 井，1 929.00 m，長4+52，滑動變形；（c）隴東地區中部鎮327 井，1 979.20 m，長4+52，砂球構造；（d）隴東地區中部寧42 井，1 294.90 m，長4+51，濁積巖中鮑瑪序列的A 段和B 段；（e）河南南召長4+5 油層組野外露頭剖面發育的濁積巖；（f）河南南召長4+5 油層組野外露頭剖面見濁積巖中鮑瑪序列的A 段、B 段、C 段、D 段；（g）河南南召長4+5 油層組野外露頭剖面見砂質碎屑流沉積底部與下伏泥巖沖刷接觸，頂部與上覆泥巖突變、不規則接觸；（h）隴東地區中部寧42 井長4+5 油層組沉積相綜合柱狀圖Fig.5 Sedimentary characteristics of sublacustrine gravity flow of Chang 4+5 reservoir in Ordos Basin and its adjacent areas

4 沉積相及砂體展布特征

依據沉積相及砂體展布編圖和研究方法［31-32］，以單井相分析和橫跨隴東地區連井剖面分析（圖6）為基礎，編制了鄂爾多斯盆地隴東地區長4+52小層、長4+51小層的沉積相平面圖，并對其沉積特征和砂體展布特征進行了分析。整體上，湖泊面積有所萎縮，砂體向沉積中心進積。

圖6 隴東地區延長組長4+5 油層組沉積相剖面Fig.6 Profile of sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

隴東地區長4+5 油層組東北部主要為曲流河三角洲前緣亞相，以水下分流河道和水下分流間灣微相為主，河口壩微相不發育。西南部主要為辮狀河三角洲平原和前緣亞相，前者以分流河道微相、泛濫平原微相為主，后者以水下分流河道和水下分流間灣微相為主，河口壩微相不發育。中部主要為半深湖、湖底重力流亞相，以湖泥、砂質碎屑流、濁流和滑塌巖微相為主。隴東地區長4+5 油層組西南部發育的辮狀河三角洲平原、前緣2 個亞相的分布范圍和砂體發育規模顯示（圖7），三角洲前緣亞相范圍和砂體發育規模相對東北部明顯更小，沉積相變化相對較大，反映其地形相對較陡、水動力相對較強、物源供給不充足的沉積特征。

隴東地區長4+52小層和長4+51小層均為湖退進積式沉積，反旋回特征明顯，長4+51沉積時相對于長4+52沉積時的湖岸線、半深湖線均向湖盆中心有所推進，砂體更為發育（圖7）。長4+5 辮狀河三角洲和曲流河三角洲前緣亞相的水下分流河道微相均受地形和湖岸線的影響，水動力較弱，加積和側向擺動作用較強，形成了多期砂體進積式疊加現象，從而組合成大規模厚層砂體，如東北部的吳堡區塊和西南部的太白梁區塊。東北部三角洲前緣亞相的砂體厚度和規模明顯大于西南部，主要由于東北部相對西南部具有物源供給充分、地形坡度緩、河流持續搬運的特征，東北部水下分流河道的加積和側向擺動作用也更強，表現為三角洲前緣亞相多支水下分流河道砂體匯聚作用更明顯，最終造成了東北部發育大面積、疊合連片分布的厚層砂體（厚度大于25 m），為隴東地區長4+5 油層組油氣勘探的有利目標區。

圖7 隴東地區延長組長4+5 油層組沉積相平面圖Fig.7 Sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地隴東地區長4+5 油層組沉積期物源主要來自盆地東北部、西北部、西南部、南部等4 個物源方向，其中以東北部、西南部和南部等3 個物源方向為主。

（2）隴東地區長4+5 油層組東北部和西北部主要發育曲流河三角洲前緣亞相，西南部和南部主要發育辮狀河三角洲前緣亞相，中部主要發育半深湖和湖底重力流亞相。

（3）隴東地區長4+52小層至長4+51小層總體為湖退進積式沉積，在三角洲前緣亞相形成了多期砂體進積式疊合而成的大規模厚層砂體。東北部相對西南部物源供給更充分，水下分流河道的加積作用和橫向擺動作用更強，形成了大面積、疊合連片分布的厚層砂體，為有利勘探目標。