神木氣田早二疊世太原期海侵事件與砂體展布的關(guān)系

安文宏 石小虎 楊 勇 黃有根 馮永玖 楊文敬 馮炎松

1．中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2．低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室 3．中國石油長慶油田公司勘探部

神木氣田位于鄂爾多斯盆地一級構(gòu)造單元伊陜斜坡東北部，北部與大牛地氣田相接，西與榆林氣田相鄰，目前提交探明地質(zhì)儲量近1 000×108m3，2012年投入開發(fā)，效果較好。下二疊統(tǒng)太原組作為開發(fā)主力層，其砂體發(fā)育厚度大，但各期砂體展布特征不明且多期疊置［1］，成為目前制約氣田水平井規(guī)?；_發(fā)的瓶頸。

神木氣田在早二疊世處于鄂爾多斯盆地東北部，接受來自華北海域的海水漫延［2－3］，形成海相碳酸鹽巖沉積，因此碳酸鹽巖的發(fā)育范圍、類型、厚度直接揭示了早二疊世海侵的期次和方向。其沉積環(huán)境決定了太原組發(fā)育以碎屑巖和碳酸鹽巖互層含煤巖系為特征性的地層，包含碎屑巖型、石灰?guī)r型和互層型3種組合。

1 層序地層劃分方案

該區(qū)地層劃分注重層序界面識別：標(biāo)志性地層、巖性突變界面等［4］：①太原組下伏9號煤層底面存在的沉積間斷面為一級層序界面識別標(biāo)志。該界面為區(qū)域構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換面、海侵方向轉(zhuǎn)換面、生物類型交替面［5］、地球化學(xué)異常面［6］。9號煤層在剖面上易于識別，野外露頭可見與上部橋頭砂巖直接接觸。②太原組上覆北岔溝砂巖具有底沖刷特征［7］，為一級層序界面識別標(biāo)志。③太原組1段與太2段界面多為砂巖（或碳酸鹽巖）直接沉積于煤層之上，揭示了較厚的障壁砂壩（或澙湖沉積）環(huán)境，以沖刷間斷關(guān)系覆于沼澤泥巖之上。太2—太1段發(fā)育4套石灰?guī)r，代表了4次海平面的變化，是層序地層劃分的重要旋回標(biāo)志層。

太原組以北岔溝砂巖和9號煤層為一級層序界面，以4套石灰?guī)r為二級層序界面，可以劃分為2個長期旋回、4個中期旋回（MSC1～ MSC4）。各長期、中期旋回層序分別與巖石地層單位劃分方案中的段、亞段相對應(yīng)（圖1）。

2 海侵事件與砂體展布的關(guān)系

2．1 海侵事件分析

2．1．1 海侵方向

鄂爾多斯盆地晚石炭世南隆北傾在早二疊世早期轉(zhuǎn)變?yōu)楸甭∧蟽A的構(gòu)造格局，因此晚石炭世的海水主要來自于東及東北部，而早二疊世早期轉(zhuǎn)為來自東及東南方向。早二疊世海侵初期形成大范圍的覆水環(huán)境，利于成煤環(huán)境的發(fā)育，由此在晚石炭世發(fā)育了區(qū)域性分布的9號煤層。

2．1．2 海侵期次與石灰?guī)r分布

圖1 神木氣田早二疊世太原期層序地層劃分方案圖

4次海侵對應(yīng)發(fā)育4套石灰?guī)r，盆地海侵方向演化史和目前的石灰?guī)r分布圖顯示，太原組的分布具有南北分異特征，石灰?guī)r在南部更為發(fā)育。太原組4套石灰?guī)r中，廟溝石灰?guī)r（以下采用習(xí)慣性叫法——廟溝灰?guī)r）僅在該區(qū)南部局部發(fā)育，以毛兒溝灰?guī)r、斜道灰?guī)r分布范圍最大，也代表了范圍最大的2次海侵事件；東大窯灰?guī)r分布范圍縮小，揭示海水開始向東南方向退縮（圖2）。

2．2 砂體展布特征

海侵和河流相互作用奠定了3套砂巖的沉積格局。該區(qū)以淺水三角洲沉積相為主，由北向南發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣亞相，其中橋頭砂巖分布穩(wěn)定，平面分布規(guī)模最大（圖3）；馬蘭砂巖在氣田中北部分布較范圍廣，厚度大（圖4）；七里溝砂巖發(fā)育厚度和范圍明顯減小（圖5）。

太原期（早二疊世早期），海水總體向北推進(jìn)，來自北部的河流相砂體發(fā)育受到抑制，在海侵范圍與砂體展布范圍互為消長的關(guān)系影響下，太原組發(fā)育3套海侵三角洲砂巖體：即七里溝砂巖體（以下采用習(xí)慣性叫法七里溝砂巖）、馬蘭砂巖和橋頭砂巖。

2．2．1 橋頭砂巖

“橋頭砂巖”是指發(fā)育在太原組廟溝灰?guī)r與毛兒溝灰?guī)r之間的一套砂體，是神木氣田太原組最主要的砂體之一。

圖2 神木氣田早二疊世太原期石灰?guī)r分布圖

圖3 太原組橋頭砂巖分布圖

圖4 太原組馬蘭砂巖分布圖

橋頭砂巖形成于廟溝灰?guī)r沉積期海退背景，是北隆南傾構(gòu)造體制建立后形成的第一套砂體。底部沖刷、下切顯著，為陸表海背景下的下切谷充填。沉積物中多見泥礫，層理構(gòu)造以前積紋層傾角低緩為特征，生物擾動構(gòu)造發(fā)育。橋頭砂巖均由多個正粒序旋回組成；每個旋回均與下伏巖層呈沖刷接觸關(guān)系；研究區(qū)太原期以三角洲平原亞相沉積為主。三角洲平原亞相區(qū)主要展布在陜202—雙28一線以北，其前方為三角洲前緣亞相分布區(qū)，砂體發(fā)育面積大。

2．2．2 馬蘭砂巖

形成于毛兒溝期至斜道期海侵?jǐn)U大的背景下，為淺水三角洲沉積，砂體分布局限，規(guī)模較小。與橋頭砂巖期相比，岸線向物源區(qū)退縮，其太原期沉積環(huán)境主要為三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相。三角洲平原相區(qū)主要展布在陜202—雙19—雙30一線以北，其前方為三角洲前緣分布區(qū)，主要為水下分流河道沉積。其展布趨勢大體繼承了橋頭砂巖的沉積格局。

2．2．3 七里溝砂巖

七里溝砂巖是繼晚古生代海侵規(guī)模最大的斜道期海侵之后海平面下降期間形成的［8－9］，三角洲前緣亞相和濱海潮坪相沉積占主導(dǎo)地位，砂體發(fā)育的規(guī)模和厚度相對較小［10］。

2．3 優(yōu)勢砂體與海侵事件的關(guān)系

鉆井?dāng)?shù)據(jù)顯示（表1），3套砂巖中馬蘭砂巖鉆遇率最高，平均氣層厚度大。分析化驗(yàn)分析表明：太21亞段馬蘭砂巖石英含量高、填隙物含量低、物性明顯好于太22亞段橋頭砂巖及太1段七里溝砂巖。斜道灰?guī)r和毛兒溝灰?guī)r代表了太原期波及范圍最大的2次海侵事件，由于馬蘭砂巖沉積發(fā)生在這2次海侵事件之間，受最大范圍的2次海侵影響，沉積砂巖顆粒受海水的淘洗巖性更純［11－13］，因此物性也優(yōu)于其他兩套砂巖。

表1 太原組3套砂巖體特征參數(shù)表

3 結(jié)論

1）神木氣田早二疊世太原期經(jīng)歷4次海侵事件，海侵方向?yàn)闁|南向，相應(yīng)發(fā)育的4套石灰?guī)r具有分帶性，且自北向南發(fā)育程度漸好。

2）海侵范圍和期次直接影響到砂巖的分布范圍和期次，太原組發(fā)育3套砂巖，在海進(jìn)和北部地區(qū)抬升及物源供給變化的控制下，三角洲平原砂巖體的分布范圍逐漸縮小。

3）斜道灰?guī)r、毛兒溝灰?guī)r代表了太原期波及范圍最大的2次海侵事件，由于馬蘭砂巖沉積發(fā)生在這2次海侵事件之間，受到最大范圍的2次海侵影響，沉積砂巖顆粒受海水的淘洗巖性更純，因此物性也優(yōu)于其他兩套砂巖。

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