鄂爾多斯盆地陜北地區前侏羅紀古地貌特征及控藏作用

蒲磊，劉艷妮，劉文，周樹勛，辛紅剛，李繼宏

1.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西 西安 710018

2.中國石油長慶油田分公司勘探事業部，陜西 西安 710018

陜北地區北起靖邊，南至延安，西抵吳起，東達安塞，地處鄂爾多斯盆地中東部,面積約15000km2(見圖1)，屬伊陜斜坡構造單元，是盆地石油勘探較早取得突破的地區之一。自20世紀80年代起，相繼在延長組長6段、長2段獲得發現并投入規模開發，同時在吳起、盤古梁等地發現侏羅系油藏群。與延長組巖性油藏對比，侏羅系油藏具有產量高、埋藏淺、綜合效益好等優點。近年來，隨著鄂爾多斯盆地三疊系規模油藏勘探開發難度持續加大，油田開發對侏羅系淺層高效油藏新發現的需求日益迫切。

圖1 研究區構造位置圖Fig. 1 Structural location map of the study area

前人對鄂爾多斯盆地前侏羅紀古地貌特征及油藏成藏機理進行過大量研究，認為侏羅系沉積前，鄂爾多斯盆地古地貌特征表現為西南高、東北低的大型平緩斜坡，其中發育1條一級古河(甘陜古河)及若干條二級古河，陜北地區主要發育古河谷和河谷平原地貌，延安組油藏主要位于古河谷北緣及其和河漫臺地之間的谷坡部位，古地貌-沉積組合和油氣運移通道是形成不同類型古地貌油藏的重要條件[1-3]。古地貌不僅影響著侏羅紀早期儲層的沉積特征，對侏羅系石油運移聚集及平面分布也具有重要的控制作用，因此古地貌的精細刻畫對油藏的預測以及石油勘探部署具有重要意義。

盡管通過系列研究對陜北地區前侏羅紀古地貌形態描述有了大致的輪廓，但目前對該地區古地貌特征刻畫還不夠細致，古地貌對石油運移及成藏過程的控制作用等問題尚不清楚。隨著近年來相關資料(鉆井、地震等)的日臻完善及研究工作的深入開展，為精確恢復陜北地區前侏羅紀古地貌、明確古地貌與侏羅系油藏的富集關系等研究奠定了基礎。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地自晚古生代以來進入內陸坳陷沉積盆地構造演化階段,印支運動使盆地抬升遭受剝蝕變形，盆地具有較明顯的差異構造運動。在這些構造運動的作用下，鄂爾多斯盆地形成了一個起伏不平的剝蝕面，并對后期的沉積有明顯的控制作用。研究區位于盆地東南部，在侏羅紀早期自東向西發育1條橫貫盆地中部的一級古河(甘陜古河)，并自北而南發育幾條二級古河。這幾條主干河流將盆地刻畫成一幅北部丘陵起伏、階地層疊，南部坡系連綿、溝谷縱橫，東部平原開闊的古地貌景觀[1]。

侏羅系是研究區主要含油層位之一，自下而上可分為侏羅系下統、中統和上統。下侏羅統發育富縣組地層，中侏羅統自下而上發育延安組、直羅組和安定組。受侏羅系古河下切侵蝕作用影響，延長組長1段地層部分缺失，使得局部地區侏羅系富縣組地層和延長組長2段地層呈不整合接觸。延安組為侏羅系主要含油層段，自下而上將延安組劃分為延10段～延1段共10個油層段，地層厚約200～350m，其中延10段～延8段為侏羅系油藏主要發育層段。富縣期和延安組延10期屬于河流相充填型沉積，在古河谷中以辮狀河沉積為主，延10段頂部演變為曲流河沉積；至延10期末，古地形已日趨夷平[2]。延9期～延6期發育河湖三角洲沉積體系，其中延9期主要發育廣覆型補償沉積，演化為沼澤化平原環境[3]。

2 古地貌表征方法

圖2 印模法恢復古地貌示意圖 Fig. 2 Schematic diagram of palaeogeomorphology restoration by impression method

常用的古地貌恢復方法有沉積學古地貌恢復法、殘留厚度和補償厚度印模法、層序地層學恢復方法及“雙界面法”等恢復方法，其中應用較為廣泛的是印模法[5-7]。近年來，隨著地震資料在古地貌刻畫方面應用愈加深入，在相對鉆井資料稀少以及認識模糊區域輔助應用地震剖面解釋等多方法綜合可精確恢復前侏羅紀古地貌形態[8，9]。同時，三維地質建模技術用于恢復古地貌，可更加直觀顯示古地貌各單元形態。下面，筆者以印模法為基礎，以井震結合為補充，以三維建模為手段，采用3種方法相結合，恢復出陜北地區前侏羅紀古地貌形態特征。

前侏羅紀古地貌是影響侏羅紀早期沉積體系發育狀況和沉積物分布的主控因素。因此，研究侏羅系早期沉積地層發育特點和沉積體系時空配置特征是進行沉積前古地形地貌恢復的重要依據[4]。三疊紀末期，受印支運動影響，盆地整體抬升形成了廣泛而明顯的侵蝕古地貌。下侏羅統富縣組和延安組延10段屬河道充填型沉積，延9段為廣覆型補償沉積，至延9期末，古地形基本被夷平。延長組頂部侵蝕面至延9段頂之間的地層厚度與前侏羅紀古地貌成鏡像關系，因此，可應用印模法來反映侵蝕面的起伏形態(見圖2)。

受控于古地形特征，陜北地區侏羅紀富縣組～延10沉積期主體為甘陜古河與蒙陜古河交匯區，發育巨厚砂巖，沉積厚度達120～260m(見圖3),河床底部發育大量滯留沉積，礫巖、含礫砂巖及粗砂巖混雜堆積，分選、磨圓度較差；延10期以延安市寶塔砂巖為典型特征，發育巨厚塊狀中粗砂巖，多見板狀、槽狀交錯層理(見圖4)；研究區西北部地勢相對較高，以河漫亞相沉積為主，地層厚度25～80m，自西南向東北方向古地形逐漸抬升(見圖5)。

圖3 陜北地區侏羅紀富縣組～延10期沉積相圖Fig. 3 Sedimentary facies map of Jurassic Fuxian formation～Yan 10 stage in northern Shaanxi area

圖4 陜北地區侏羅系地層野外露頭觀察Fig. 4 Field outcrop observation of Jurassic strata in northern Shaanxi area

圖5 陜北地區G81井-Y106井延安組延9段～富縣組地層剖面圖Fig. 5 Stratigraphic profile of Yan 9 member～Fuxian formation in Yan’an formation of Well G81-Y106 in northern Shaanxi area

3 古地貌精細刻畫及新認識

圖6 陜北地區前侏羅紀古地貌三維地質模型 Fig. 6 3D geological model of pre-Jurassic paleogeomorphology in northern Shaanxi area

前人研究表明，陜北地區前侏羅紀古地貌格局為“兩河谷、兩河間丘和一梁”[4],可劃分出古河、高地、斜坡及河間丘等主要的古地貌單元。經過重新恢復，應用Petrel軟件開展三維地質建模，更直觀反映古地貌展布形態。認為陜北地區古地貌形態整體表現為“兩古河控制、多支溝支坡、高地不發育”。與已有的認識對比，首先，古地貌整體格局表現為西側為甘陜、蒙陜古河交匯，古河中夾持若干規模較大的河間丘，東側發育寬緩的靖邊斜坡；其次，靖邊高地不發育，為斜坡古地貌；同時，靖邊斜坡西側發育三岔渠支溝、石瑤溝支坡等一系列次級古地貌單元，使得靖邊斜坡更加破碎化(見圖6)。

根據各地貌單元特征將陜北地區前侏羅紀古地貌劃分為以下幾個單元：

1)古河谷 主要發育甘陜一級古河和蒙陜二級古河，同時發育多條規模不等的支溝。甘陜古河自西向東南流經研究區，蒙陜古河流向為北西-南東向，寬度20～30km，古河中延10段+富縣組地層厚度大于120m，最厚可達260m(順219井)，河谷中充填巨厚塊狀砂巖，底部見底礫石沉積，板狀交錯層理發育，為典型的河流充填沉積。支溝河谷狹窄，流域面積較小，并將斜坡分割為眾多坡咀。

2)斜坡 位于高地與河谷之間具有一定坡度的過渡地帶。研究區主要發育靖邊斜坡，延10段+富縣組地層厚度25～80m，靖邊斜坡相對姬塬地區較為寬緩，每千米坡降約2.2～3.5m。斜坡受古河及支溝沖刷切割而肢解破碎，斜坡坡咀處發育延10期邊灘沉積，二元結構明顯，是古地貌油藏有利富集區。

3)古階地 為原先河谷受河流下切后，侵蝕面抬升到洪水位以上，以階梯狀分布于河谷兩側。延10段+富縣組地層厚度為80～120m。主要發育延10段上部沉積。

4)河間丘 發育于一級和二級古河中延長組剝蝕厚度相對較小的殘丘，是相對較高的河中高地，其特征為延10段+富縣組地層厚度相對四周河谷減薄，河間丘與河谷間高差約30～120m。研究區古河谷中共發育3個大的河間丘，面積80～140km2，河間丘上沉積厚層中-粗砂巖，易形成披蓋壓實構造，有利于形成古地貌油藏。

4 古地貌控藏作用

鄂爾多斯盆地多年勘探實踐證實，侏羅系油藏主要富集在古河兩側斜坡、坡咀及河間丘中。古地貌形態控制著侏羅系儲層發育、油氣運移聚集成藏等各個方面，對侏羅系下部富縣組和延安組油藏分布均有著重要的控制作用[10]。一方面充當“通道”的角色，將延長組油源與侏羅系儲層緊密地聯系起來，另一方面又影響侏羅系沉積地層的發育，古地貌控制下形成的儲層可直接捕獲油氣圈閉成藏。

4.1 古地貌控制下的有利儲集體

儲層展布及物性特征是影響侏羅系油藏富集的重要因素。古地貌直接控制了沉積微相的展布，也控制了儲層的分布特征。已有研究表明，陜北地區早侏羅世沉積經歷了由富縣-延8期曲流河～三角洲沉積的演化過程，其中富縣組、延安組延10段儲層主要發育于曲流河道，巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖；延9段～延8段儲層主要發育于三角洲平原分流河道砂體，巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖和少量長石石英砂巖，巖屑均以變質巖巖屑為主(見表1)。

表1 陜北地區延8段～延10段碎屑成分及含量統計表

碎屑巖儲層的孔隙類型是碎屑巖沉積、成巖作用的共同結果。延安組砂巖孔隙類型以粒間孔和長石溶孔為主，含少量粒間溶孔、巖屑溶孔及晶間孔，面孔率以延9段最好，延10段次之(見圖7)。延10段儲層孔隙度一般為12%～16%,以厚層塊狀砂巖為主，石油向砂巖頂部聚集，易形成底水油藏；延9段～延8段儲層孔隙度為10%～15%,分流河道沉積砂體物性較好，為延9段～延8段石油富集的良好場所。

圖7 陜北地區侏羅系延安組儲層鑄體薄片(正交偏光)Fig. 7 Cast thin section of Jurassic Yan’an Formation reservoir in northern Shaanxi area (orthogonal polarization)

4.2 古地貌對油氣運移的影響

當延長組地層被印支運動期古河谷侵蝕切割時，不同級別的古河谷下切延長組頂部地層，進一步溝通了油源，蒙陜古河中形成的厚層復合砂體也為油氣自底部延長組長7段向上運移提供了通道[11-13]。前人研究表明，鄂爾多斯盆地侏羅系油氣充注期為早白堊世末期[14]，該時期在盆地西緣前緣形成坳陷中心，東部逐步抬升，延9段頂面構造表現為西傾單斜背景下分布的排狀鼻隆構造，石油更易向蒙陜古河東北側更遠方向運移。侏羅系延安組與長7段泥巖原油生物標志化合物特征高度相符(見圖8)，表明侏羅系原油來自延長組長7段烴源巖。

圖8 長7泥巖與侏羅系原油生物標志化合物對比Fig. 8 Comparison of biomarkers between Chang 7 mudstone and Jurassic crude oil

同時，原油中咔唑類含氮化合物含量變化亦可用于研究油氣運移的方向[15]。咔唑類含氮化合物可以分為裸露型(2,7-二甲基咔唑)和屏蔽型(1,8-二甲基咔唑),原油運移過程中咔唑類化合物發生分餾效應，暴露型化合物易被周圍介質吸附，含量逐漸降低；屏蔽型化合物與周圍介質作用小，其含量逐漸增大。從陜北地區部分井樣品分析結果可以看出，1,8-二甲基咔唑含量與2,7-二甲基咔唑含量的比值縱向上自長6向侏羅系逐步增大(見表2)，平面上從生烴中心向東逐漸增大(見表3)，表明油氣自下部延長組向上垂向運移后繼而自西向東進行側向運移，即由蒙陜古河向靖邊斜坡方向運移(見圖9)。

表2 陜北地區含氮化合物含量縱向變化統計表

表3 侏羅系含氮化合物1,8-二甲基咔唑含量與2,7-二甲基咔唑含量數據表

圖9 侏羅系原油1,8-二甲基咔唑含量2,7-二甲基咔唑含量比值分布圖Fig. 9 Distribution diagram of 1,8-dimethylcarbazole and 2, 7-dimethylcarbazole ratio of Jurassic crude oil

4.3 成藏組合

理想的儲蓋組合是油氣聚集的重要因素[16]。延安組延9段三角洲平原分流間洼地沉積的一套灰色、灰黑色泥巖可作為延10段油藏較好蓋層，同時延8段廣泛發育的灰色泥巖可作為延9段及延8段油藏的良好蓋層。蓋層阻擋了油氣進一步向上運移，使油氣在延9段、延10段砂體與構造匹配較好的圈閉聚集成藏(見圖10)。

圖10 侏羅系延安組成藏示意圖 Fig. 10 Schematic diagram of accumulation in Jurassic Yan’an formation

4.4 古地貌與油藏富集的關系

在上述關于古地貌控藏影響基礎上，綜合考慮油源距離、儲層展布、蓋層特征等條件，建立了侏羅系油藏運移-成藏模式：

油氣由長7段烴源巖經垂向和側向運移共同作用下自西向東發生側向遠距離運移。吳起地區由于古河侵蝕長1段地層，使得油氣可以進一步向上運移至侏羅系地層，縱向特征表現為在長6段、長2段、侏羅系等儲層發育區復合成藏；五里灣-天賜灣地區因長1段地層阻擋，油氣經垂向運移難以到達侏羅系地層，主要沿斜坡帶自西向東側向運移，在延8段蓋層遮擋作用下，石油主要在延9段～延8段有利圈閉聚集成藏，因此在天賜灣等相對遠源地區依然具備成藏條件(見圖11)。

圖11 陜北地區侏羅系石油運移-成藏模式圖Fig. 11 Model diagram of Jurassic petroleum migration and accumulation in northern Shaanxi area

5 結論

1)采用印模法、井震結合及三維建模方法綜合恢復陜北地區前侏羅紀古地貌形態，陜北地區古地貌具有“兩古河控制、多支溝支坡、高地不發育”的特征，總體表現為西傾的寬緩斜坡。

2)古地貌形態對侏羅系儲層特征、油氣運移路徑及方向、油藏富集規律等均有重要控制作用。一二級古河中主要填充了一套富縣+延10段中粗粒河流相沉積砂體，斜坡部位則多發育泛濫平原微相的灰黑色泥巖。古地貌下切延長組地層為油氣自底部長7段向上運移提供了通道，油氣在垂向及側向運移條件下由蒙陜古河及眾多支溝自西向東向靖邊斜坡方向運移，在蓋層遮擋作用下，石油主要在延9段～延8段有利圈閉聚集成藏。

3)古地貌對侏羅系油藏富集具有多重控制作用，靠近古河的斜坡帶、河間丘等古地貌單元是油藏富集的有利區帶，尋找局部儲蓋組合與低幅構造匹配較好的圈閉是下步陜北地區侏羅系油藏精細勘探的有利方向。