鄂爾多斯盆地隴東地區延長組三角洲前緣前積結構特征

馮 雪，高勝利，2，劉永濤，王秀珍

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，西安 710065；3.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司研究院長慶分院，西安 710021）

0 引言

根據前積結構預測沉積體系、砂體分布成為當前預測儲層潛力、評價儲層性能的重要方法。近年來將鉆井與地震資料相結合，深入分析前積反射等時劃分與測井分層的關系、前積內部結構與沉積相帶之間的聯系，并將以上研究結果應用于湖盆底形恢復、指導古水流向等多領域［1-4］。研究過程中發現由于不同方向的斜坡地形、剝蝕情況、物源供給不同，造成的前積反射形態各異。通常根據前積反射的內部、外部形態進行分類，可分為S 型-楔狀、平行斜交型-板狀、切線斜交型-楔狀、S 與斜交復合型-透鏡狀、平行斜交型-丘狀、疊瓦型-板狀等結構形態［5-9］。

自2003 年在美國召開的“陸架邊緣三角洲和陸坡深水發育的石油系統”會議以來，海域沉積相研究進展迅速，三角洲-深水沉積模式開始受到重視［10-15］。國內學者在分析海、陸相的差異后，認為一些理論可以運用到內陸盆地［16-17］。如在Johannesen等［18］將三角洲亞相分布與斜坡結構相結合，提出三角洲前緣位于前積反射斜坡層的上段，前三角洲位于前積反射的斜坡主體上等一系列觀點后，叢富云等［19］系統提出了三因素陸架邊緣劃分體系和深水沉積模型，祝彥賀［20］、龐雄等［21］發現斜坡是“源-渠-匯”系統的主體，其演化歷史可通過水平面、物源供給變化表示。由Henriksen［22］研究的遷移軌跡分析理論多應用于海相沉積，但是隨著在南海北部、珠江口、東非大陸等地區深水砂體預測成果的出現，用遷移軌跡反映沉積演化的方法逐漸被接受，并應用于坡折地形在幾十米內的濱海系統和坡折地形高度達百米以上的陸架邊緣沉積系統［23］。目前Steel［18］將陸架邊緣沉積系統的概念放大至任何存在大型坡折地形的盆地，推動了遷移軌跡分析理論的完善。

鄂爾多斯盆地三疊紀湖盆演化受控于可容納空間增長速率和沉積物供給速率的相對大小［24-25］。先通過地震相總結前積反射類型、探討三角洲與深水沉積的分布，將前積反射結構和遷移軌跡分析應用在砂體展布和沉積相預測中。再根據遷移軌跡判斷湖平面的相對升降，反映沉積物供給和可容納性之間的相互作用，水平—輕微下降的陸架邊緣遷移軌跡表示沉積物進積序列，此時沉積物增長速率高于可容空間的增長速率，盆底沉積砂體［15，26-29］。

鄂爾多斯盆地隴東地區已有沿溝二維地震資料約為20 000 km，三維地震覆蓋面積約5 300 km2，選取隴東地區以志丹、鎮寧、環縣為界的二維地震資料（地震垂向分辨率約為50 m）和慶城北地區三維地震資料研究前積結構特征。結合連井剖面、合成記錄和地震屬性分析對砂巖儲層的巖性變化、沉積相進行分析，研究沉積微相、巖性分布規律，預測有利儲層發育的位置。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地夾于東部太平洋構造域和西部特提斯構造域之間，兼受板塊碰撞、海洋構造域的影響，形成了盆地的整體沉降形態［圖1（a）］。受印支、燕山運動的影響，盆地于中生代產生大規模內陸坳陷，形成了鄂爾多斯盆地的生油體系［12］。晚三疊世開始，盆地進入前陸盆地的演化階段，燕山運動早期構造活動強烈，在發育重要儲集層的同時，強烈的構造運動造成的逆沖、逆斷裂帶連接了三疊系的生油巖，使延長組的生油巖進入生排烴高峰［30］。在三疊紀延長組時湖盆發育達到鼎盛，伴隨著基準面的升降、可容納空間和沉積物補給通量的變化，湖盆經歷了坳陷到消亡4 個演化時期［圖1（b）］。研究區位于鄂爾多斯盆地的西南部，以正寧、鎮原、環縣、白豹、志丹為界。該區三疊系延長組的沉積物主要受西南物源控制，部分地區也受東北物源影響。通過對比2 個方向前積結構發現：研究區西部前積結構的特征明顯，前積層的傾斜角度高，因而延伸距離短；東部前積層的傾斜角度略小，而其延伸距離相對較長，這種差異性預示著在研究區西部發育近源的深水相沉積，而在研究區東部發育遠源的三角洲相沉積。綜合對比10 個層段的砂體類型，概括出延長組多發育細砂巖、粉砂質泥巖和粉砂巖，其中長6、長7 層段主要發育細砂巖和泥質粉砂巖。

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元劃分（a）及地層綜合柱狀圖（b）（據文獻［8］修改）Fig.1 Division of structural units（a）and stratigraphic column（b）of Ordos Basin

2 隴東地區延長組地震前積反射類型

選取東西向2 條二維長測線，識別出剖面中前積反射類型，分析各前積類型的特征，認為不同地震反射形態代表的地質含義不同。為體現不同類型前積體在時間域上的關系，對延長組進行古地貌恢復，選取侏羅系直羅組底進行層拉平，其結果可反映出三疊紀古斜坡西南高東北低的構造特征，提供了發育前積的有利條件。依據內部幾何形態與外部形狀組合模式，剖面中識別出4 種前積反射類型（圖2）：S 型-透鏡狀反射（Ⅰ類）、S 型-楔狀反射（Ⅱ類）、平行斜交型-楔狀反射（Ⅲ類）和切線斜交型-板狀反射（Ⅳ類）。

圖2 隴東地區延長組地震剖面及其地質解釋地震剖面為沿侏羅系直羅組底的層拉平剖面；Ⅰ類：S 型-透鏡狀反射；Ⅱ類：S 型-楔狀反射；Ⅲ類：平行斜交型-楔狀反射；Ⅳ類：切線斜交型-板狀反射；剖面位置見圖1Fig.2 Seismic progradation reflection section and its geological interpretation of Yanchang Formation in Longdong area

2.1 內部形態S 型-外部形態呈透鏡狀反射（Ⅰ類）

S 型-透鏡狀前積反射（Ⅰ類）對應測井分層的長4+5—長7 段，以長4+5 期短暫的湖侵形成的區域性洪泛面為界。反射外部形態呈現透鏡狀，內部近似S 型，總體連續性較好，具有中等強度振幅和地層下超現象［圖3（a）］。此類前積反射形態與地貌接近，S 型-透鏡狀反射形態主要由斜坡地貌控制。

深入分析Ⅰ類前積反射的振幅變化、幾何形態和遷移軌跡，發現其主要具有以下5 種特征：①前積反射在上部平行反射和前積層下段處振幅強，在前積層上部和底端振幅較弱，連續性呈現強—弱—強—弱的變化；②前積反射頂部向陸地方向延伸較遠，達到了133 km，代表三角洲平原相發育；③頂積層厚度大，而底積層不發育；④前積層長度約21 km，前積高度為150～230 m，計算得前積體傾斜角度約1°，表示此時水體較淺；⑤斜坡遷移軌跡呈平穩狀態［圖3（a）］。這5 點特征說明此類前積發育三角洲平原相及三角洲前緣相，深水沉積相欠發育。

圖3 隴東地區三疊系延長組地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of Triassic Yanchang Formation in Longdong area

2.2 內部形態S 型-外部形態呈楔狀反射（Ⅱ類）

Ⅱ類前積反射內部為S 型，外部形態為楔狀，大致對應測井分層的長3—長7 段，前積層上部對應長3—長4+5 段，前積層下部對應長6—長71段，據此推測可能發育三角洲前緣與深水沉積。深入研究發現此類前積反射連續性差，底部有高振幅下超現象，前積坡度緩（前積反射的長度為14.237 km，前積層的高度為135～193 m，前積體傾斜角度約為0.8°），前積層有平坦到略微向下的遷移軌跡［圖3（b）］，且前積體有頂部沉積薄、斜坡體厚度變大、底積層發育的特征，說明此段深水沉積發育而三角洲平原不發育。

S 型反射內有明顯的凹進和凸出，結合前人研究認為凹進形成的谷為河道或湖底峽谷深溝，前積層中的凸出部分是輸送的沉積物堆積形成的砂體。

2.3 內部形態平行斜交型-外部形態呈楔狀反射（Ⅲ類）

Ⅲ類前積反射外部形態為楔狀，內部結構為平行斜交型，斜坡以上主要對應測井分層的長4+5段，斜坡以下對應測井分層的長6—長7 段。具有連續性較強、振幅中等—弱、陸架邊緣遷移軌跡輕微下降、頂積層和底積層發育明顯、前積坡度較大的特征［圖3（c）］。

前積繼續向湖盆推進，來自西南和東部的物源在此處交匯，并在前積反射終止處出現前積匯水現象。前積反射整體振幅較弱，在前積反射底部匯水處振幅略有增強，說明該地區發育深水砂巖，且前積反射延伸17.52 km，高度為176～250 m，坡度在1.6°左右，代表發育于水動力較弱的深水環境。前積反射上段坡度突變處向陸地方向延伸距離約為5 km，說明此處三角洲相發育，并與前積反射底部的深水沉積形成三角洲-深水沉積模式。

2.4 內部形態切線斜交型-外部形態呈板狀反射（Ⅳ類）

Ⅳ類前積反射外部形態為板狀，內部形態為切線斜交型，主要對應長3 段及長4+5 段。以測井標定的長61頂部為下組合面，長31頂部為上組合面，構成了層內厚度均勻，無頂、底積層，且具有中等—弱振幅、弱連續性、緩傾（前積距離22 419 m，高度為140～180 m，前積角度為0.46°）的前積反射，代表三角洲前緣沉積環境［圖3（d）］。

3 延長組前積反射的沉積相分析

3.1 三角洲平原亞相與三角洲前緣亞相

三角洲相在盆地延長組地區分布廣，主要發育部位具有S 型-透鏡狀前積反射（Ⅰ類）與切線斜交型-板狀前積反射（Ⅳ類）的地震相。S 型-透鏡狀前積反射（Ⅰ類）有略微上升或略微上升后變為平坦的遷移軌跡，略微上升的遷移軌跡是快速湖侵的標志，此時湖平面上升，沉積物堆積在靠近陸地的平原區域以及斜坡頂部的坡折帶，造成三角洲平原亞相及三角洲前緣亞相發育，湖水攜帶的泥質從湖底運移到前積體頂端，造成三角洲前緣砂體發育（沉積物也可能在湖侵時期沉積，但沉積厚度比水退序列薄，產生的沉積物進積現象不明顯）。在相對湖平面上升期間，當沉積物供應充足，即沉積物供給速率與可容空間的生成速率相等時，前積體上部沉積砂體，湖底發育泥巖；當沉積物供應不充足時，沉積物供給速率低，造成以有限沉積為特征的整個區域的快速湖侵，沉積物無法運移到湖盆底部，深水沉積不發育［15］。

略微上升后平坦的軌跡表明相對湖平面略微上升，沉積物供應充足可以抵消湖平面上升產生的可容空間。傾斜的地形會使沉積物隨水流繞過平原向下運移并在三角洲前緣沉積，湍急河流攜帶的沉積物一部分沉積在平原區域，一部分流到斜坡上，構成三角洲前緣亞相［圖4（a）—（b）］。地震剖面中前積層頂端的凸出就是三角洲前緣發育的特征，反映水平面上升期河流主導的砂質三角洲的進積。傾斜的原始地層、充足的沉積物供給及湖平面的上升是構成S 型-透鏡狀反射的主要因素，此類反射代表三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相發育，深水沉積不發育［圖4（a）—（b）］。

切線斜交型-板狀前積反射（Ⅳ類）無頂積層發育，是強烈進積的現象，沉積物供給充足，未在盆地邊緣停留而隨河流進入盆地。前積層段的坡度變化處到前積結束的距離較長，中間有小幅的凹進和凸起，說明存在水道和下切谷，是前積層輸送沉積物的標志［圖4（g）—（h）］。前積反射底積層不發育，從時間域上看，此類型前積初始沉積到最后一次沉積的反射同相軸接近平行，且與東北向前積反射交匯，具有前積層厚度大，延伸長的特征，說明切線斜交型-板狀反射三角洲前緣沉積十分發育。

3.2 濁積扇與前三角洲

濁積扇與前三角洲主要發育部位具有S 型-楔狀前積反射（Ⅱ類）的地震相，具有平坦到略微向下的遷移軌跡。遷移軌跡表明沉積發生在相對湖平面穩定到湖平面略微下降時期，此時S 型前積代表沉積物的進積。平坦的遷移軌跡代表沉積物供應充足，可以抵消潛在的相對湖平面的上升［26］，前積層頂部出現的水道充填和下切谷是斜坡上沉積物運移構成的輸送系統［圖4（c）—（d）］，此系統可使高速水流繼續將沉積物運移到湖盆底部，構成濁積扇沉積環境［25］。觀察S 型-楔狀前積反射［圖3（b）］前積層上存在水道、下切谷，但底積層不發育、前積層厚度大，說明沉積物大部分運移到斜坡上，斜坡富含砂體而深水區砂巖較少，沉積物繞過平原運移到斜坡致使前三角洲亞相發育。

3.3 三角洲-濁積扇系統

三角洲-濁積扇系統主要發育部位具有平行斜交-楔狀反射（Ⅲ類）的地震相，遷移軌跡呈現略微下降或略微下降至平穩趨勢，前積結構主體為前積層。遷移軌跡表面湖平面下降，沉積物強烈進積，造成前積的距離較長且底積層發育。前積反射結構具有斜坡地形坡度較大、前積層下段振幅強、底積層發育、頂積層與前積層過渡部位外凸的特征，此構造處三角洲前緣砂巖、砂質碎屑巖、濁積巖較發育［圖4（e）—（f）］。根據遷移軌跡和前積結構特征可以判斷此類型前積主要發育三角洲前緣亞相和深水沉積。

圖4 隴東地區延長組前積反射的地震沉積學解釋Fig.4 Seismic sedimentological interpretation of progradational reflection of Yanchang Formation in Longdong area

4 慶城北三維區塊地震沉積學解釋

依據慶城北地區三維地震資料（圖5）將前積結構劃分為5 個期次。5 個期次分別有不同的形態特征，其中，期次Ⅰ振幅弱、前積角度小、前積層呈斜直線狀；期次Ⅱ振幅由弱變強，前積層近似斜直線狀且延伸較遠；期次Ⅲ前積連續性較差、振幅呈中等強度、前積角度較大，S 型前積層傾斜段延伸至湖盆底部；期次Ⅳ為典型平行斜交型-楔狀反射，前積層為斜直線狀，連續性較好，振幅中等，底積層發育；期次Ⅴ發育頂積層，前積角度小，振幅弱。根據前積結構分析，期次Ⅲ振幅強度較強、前積角度較大，預測此期次發育深水沉積；期次Ⅳ可以根據振幅強度中等、斜直線前積層以及底積層發育判斷此期次發育深水前積。

根據古地形［圖6（a）］演化可以看出，該地區最初呈現北低南高的構造特征，西南部物源隨水流從高到低運輸至北部、東部，整體上砂巖從南向北擴散分布。從遷移軌跡分析沉積環境，因期次Ⅰ和期次Ⅱ從剖面中（圖5）無法判斷遷移軌跡，故只分析期次Ⅲ—Ⅴ。期次Ⅲ遷移軌跡略微向上，水平面上升、沉積物退積，盆地邊緣發育三角洲砂巖［圖6（b3）］；期次Ⅳ遷移軌跡平坦，且前積層呈平滑傾斜狀，沉積物隨水流快速搬運至斜坡，導致粗粒砂巖沉積在湖盆底部［圖6（b4）］；期次Ⅴ遷移軌跡先平坦后上升，水平面從穩定到升高，發生湖侵現象，沉積物退積，既有濁積巖又有三角洲砂巖發育［圖6（b5）］。根據遷移軌跡和砂體展布對應關系可以看出，遷移軌跡上升時，湖盆邊緣三角洲砂巖發育；遷移軌跡平坦或略微下降時，湖盆底部濁積扇發育。

圖5 隴東地區慶城北三維區塊地震解釋Fig.5 3D seismic interpretation of northern Qingcheng project in Longdong area

圖6 隴東地區慶城北三維區塊古地形演化（a）及地震振幅屬性（b）Fig.6 Paleotopography evolution（a）and seismic amplitude attributes（b）of northern Qingcheng project in Longdong area

5 沉積相帶的地震解釋

將相同形態的前積反射認為是同時期形成，不同形態的前積反射則認為不是同一時期形成［5，31］。所以根據前積形態的不同，宏觀上將隴東地區延長組西南方向層序劃分為4 個前積期次，分別對應于長7—長6時期的深湖沉積階段、長6—長4+5 時期的三角洲與深湖沉積階段、長4+5—長3 時期的三角洲沉積階段和長3—長1 時期的曲流河沉積階段。第一期對應復雜S 型透鏡狀前積反射，第二期發育S 型楔狀前積反射，第三期發育斜交型楔狀反射，第四期為平行斜交型板狀反射，最終上覆加積充填。

研究隴東地區湖盆沉積環境，首先對二維資料前積反射精細解釋，根據前積反射的外部形態與前積反射的地層疊置關系進行層序劃分（圖7），再根據地震相特征結合測井巖心資料劃分深湖范圍。在長7 期之后，盆地基底抬升回返，周緣碎屑物質迅速向湖盆中部推進，三角洲前緣斜坡快速增長，當坡度大于休止角度時，在外力觸發下前緣沉積物會垮塌形成重力流。

圖7 華池地區前積初始點、結束點（M，N）（a）與慶城地區前積初始、結束點（O，P）（b）［位置見圖8（a）］Fig.7 Initial and end points of progradation in Huachi area（M，N）（a）and in Qingcheng area（O，P）（b）

延長組前積反射主要由三角洲和重力流湖底扇（或濁積扇）構成，前積反射整體發育在淺湖—深湖背景中［32-33］。圖8 顯示各期前積反射的深湖范圍，對確定油氣藏、尋找優質儲層有重要意義。第一期前積（長7—長6）發育在前積反射結構的底部，位于底積層或前積層下段，多發育深水重力流沉積；第二期前積對應長4+5—長6，發育三角洲沉積和深水沉積，是油氣藏的重要位置；第三期和第四期多發育三角洲沉積，湖泊范圍大幅縮小。在確定沉積相分布后，根據反射類型和反射結構預測濁積巖的位置（圖8）。

圖8 隴東地區三疊紀延長期湖盆岸線與古地理格局Fig.8 Shoreline and paleogeographic pattern of Triassic lake basin in Longdong area

6 延長組成藏組合

長7 期湖盆強烈擴張，半深湖—深湖沉積相范圍達到最大，發育富含有機質且成熟度高的優質烴源巖［24，30，34］。前積體下部沉積砂巖，且近距離接觸長7 源巖，構成優質含油砂巖直接覆蓋在長7 源巖之上的儲集單元（圖9）。隴東地區長7—長6—長4+5 段構成了一個完整的生儲蓋組合。長7 提供半深湖—深湖相優質烴源巖，長6 三角洲前緣砂體成為良好儲層，二者構成了一個優質的生儲組合，長4+5 段是以淺湖相砂泥巖、深湖泥巖形成的良好蓋層。

圖9 隴東地區三疊系延長組成藏和源儲組合［位置見圖8（a）］Fig.9 Accumulation and source reservoir assemblage of Triassic Yanchang Formation in Longdong area

7 結論

（1）鄂爾多斯盆地隴東地區三疊系延長組存在4 種前積反射類型，S 型透鏡狀、S 型楔狀、平行斜交型楔狀、切線斜交型板狀。其中S 型透鏡狀反射為三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相；S 型楔狀反射主要發育三角洲前緣亞相和濁積扇；平行斜交型楔狀反射為三角洲—深水沉積模式；切線斜交型板狀主要為三角洲前緣沉積。

（2）遷移軌跡上升代表三角洲砂巖較發育，遷移軌跡平坦或下降代表濁積巖發育。有頂積層的S 型前積遷移軌跡一般為上升，三角洲砂巖發育；有頂積層且有底積層的S 型前積結構一般為遷移軌跡平坦至下降，前積層頂端三角洲砂巖發育，前積層底部濁積巖發育；平行斜交型前積遷移軌跡為平坦，無頂積層、有底積層，濁積扇較發育。

（3）根據反射類型的不同，將鄂爾多斯盆地隴東地區延長組長7—長1 劃分為4 個前積期次，第一期（長7—長6）對應S 型透鏡狀，第二期（長6—長4+5）對應S 型楔狀，第三期（長4+5—長3）對應平行斜交型楔狀，第四期（長3—長1）對應切線斜交型板狀，展示了湖盆消亡過程的同時也體現了三角洲平原、三角洲前緣、深水沉積之間的變化關系。