鄂爾多斯盆地東緣北段晚古生代沉積相研究
——以X區(qū)塊為例

劉子玉，呂 明，劉鐵樹

（中海油研究總院，北京 100028）

鄂爾多斯盆地東緣北段晚古生代沉積相研究
——以X區(qū)塊為例

劉子玉，呂 明，劉鐵樹

（中海油研究總院，北京 100028）

基于巖心、測井、地震及分析化驗資料，在區(qū)域研究基礎(chǔ)上，以X區(qū)塊為例，對鄂爾多斯盆地東緣北段晚古生代開展了沉積相研究。在研究區(qū)共識別出潮坪、沼澤、三角洲、曲流河、辮狀河等沉積相類型。通過井震標定及地震相特征分析，河道（分流河道）砂體在剖面上表現(xiàn)為弱振幅、低頻不連續(xù)、雜亂反射；河漫灘及分流河道間灣表現(xiàn)為強振幅、高頻連續(xù)反射特征，反射界面較為清楚；垂直河道走向剖面上其外形為頂平底凹或頂凸底凹的透鏡體狀，內(nèi)部雜亂或無反射，或為上超式充填反射。從研究區(qū)平面沉積相展布圖來看，本區(qū)發(fā)育的河流－三角洲沉積大致呈南北向展布，河道寬約2km～3km，河道疊置區(qū)為研究區(qū)有利儲層最為發(fā)育區(qū)。

鄂爾多斯盆地；晚古生代；沉積相；測井相；地震相

0 引言

隨著勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進步以及對能源的迫切需求，近幾年在國家及各大石油公司的大力推動下，非常規(guī)油氣勘探逐漸成為熱點。作為非常規(guī)油氣資源之一，致密氣所占的比重已經(jīng)很高，這將是今后非常規(guī)油氣勘探的一個重要領(lǐng)域，根據(jù)我國第三輪油氣資源評價結(jié)果，我國致密砂巖氣的資源量超過30×1012m3，可采儲量為8．8×1012m3～12．1×1012m3，勘探前景廣闊［1］。我國的致密氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)和開采主要集中于鄂爾多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地［2］。目前已在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)蘇里格、大牛地、榆林、米脂、神木等大型氣田，這些地區(qū)已經(jīng)成為我國重要的天然氣生產(chǎn)基地，致密氣累計地質(zhì)儲量約為3．53×1012m3，占盆地已發(fā)現(xiàn)天然氣總地質(zhì)儲量的84%，顯示了鄂爾多斯盆地豐富的致密氣資源［3－5］。上古生界石炭－二疊系含氣儲層是鄂爾多斯盆地重要的致密氣層位，以往的油氣勘探主要集中于鄂爾多斯盆地主體部位，而盆地東緣地區(qū)的勘探程度則較低，目前針對鄂爾多斯盆地東緣北段尚未開展系統(tǒng)的沉積儲層研究，對于該區(qū)沉積相平面分布特征認識不清。因此亟需開展相關(guān)研究，為下一步致密氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，是一個多旋回演化的大型疊合盆地，可以劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷以及西緣逆沖帶等六個構(gòu)造單元［6］。研究區(qū)位于盆地東緣北段的山西省臨縣和興縣境內(nèi)，面積約2 620．293km2（圖1），目前研究區(qū)僅有20余口鉆井和少量二維地震測線。

圖1 研究區(qū)位置圖［4］Fig．1 The location of study area

區(qū)域地質(zhì)背景分析認為，鄂爾多斯盆地石炭系－二疊系地層構(gòu)成了一個海侵－海退旋回，經(jīng)歷了從濱淺海相到近海三角洲相、再到?jīng)_積－河流沉積的古地理格局演化［7－10］。華北陸塊早古生代的廣闊陸表海沉積因受加里東運動影響而終結(jié)，而后經(jīng)歷了長期的抬升侵蝕夷平過程，主體缺失中晚奧陶世－早石炭世地層，至華力西旋回中期，由于秦－祁海槽和興－蒙海槽再度拉開，自晚石炭世發(fā)生區(qū)域沉降作用，再次接受海相沉積，并進入海陸過渡發(fā)展階段，開始了華北克拉通內(nèi)盆地的沉積演化階段［11］。

2 沉積相類型

研究區(qū)從本溪組至石千峰組經(jīng)歷了由海到陸的滄桑巨變，形成了豐富多樣的巖石組合，反映了多種沉積相特征，構(gòu)成多種沉積體系。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景分析、取心井段的巖心觀察、測井曲線及其組合特征分析、地震相特征分析以及分析化驗資料等，研究區(qū)石炭－二疊紀的沉積相可以劃分為三大沉積體系、6種沉積相類型（表1）。

表1 研究區(qū)石炭－二疊紀沉積相類型Tab．1 Types of sedimentary facies of study area in in late paleozoic

2．1 沉積相標志

2．1．1 巖石學特征

本溪組頂部為一套煤層，其下為灰色泥巖、碳質(zhì)泥巖和灰白色中砂巖，主要為石英砂巖，以粗粒為主，次棱角－次圓、分選中等石英含量高達86．9%，巖屑含量為10．5%；太原組上部為灰黑色泥巖、碳質(zhì)泥巖，夾煤層；下部為厚層淺灰色細砂巖、中砂巖。主要為巖屑砂巖，石英含量57．5%～69．8%，巖屑含量為28．3%～42．5%；山西組上段由灰色或淺灰色巖屑砂巖和灰黑色泥巖組成；下段砂巖夾煤線和暗色泥巖。砂巖富含高嶺石、白云母及巖屑，石英含量為31．6%～73%，巖屑含量為25．8%～63．3%。下石盒子組含綠灰色泥質(zhì)粉砂巖，淺灰色含礫石英砂巖，及灰色泥巖。細砂巖以石英砂巖為主，次棱角－次圓狀，分選中等，泥質(zhì)膠結(jié)。主要為巖屑砂巖和石英砂巖，石英含量為32．3%～87%，巖屑含量為9．8%～65．6%；上石盒子組含灰色、褐紅色泥巖和灰色、細砂巖泥質(zhì)粉砂巖互層，主要為巖屑砂巖和石英砂巖，石英含量為34．6%～86．2%，巖屑含量為9．2%～61．7%；石千峰組上部紫紅色泥巖夾紫紅、淺紅色中－細粒長石砂巖，下部淺紅、紫紅色，淺灰色不等粒長石砂巖，底部礫狀長石砂巖，石英含量為22．5%～89．7%，巖屑含量為6．9%～62%，長石含量有所增加，個別井長石含量達17．5%，指示隨著區(qū)域抬升，上覆沉積靠近物源區(qū)。

2．1．2 測井相特征

依據(jù)區(qū)塊鉆井測井曲線分析，總結(jié)了研究區(qū)測井相識別標志（圖2）。

1）潮坪主要發(fā)育于本溪組和太原組，由潮道、砂坪、泥坪和灰坪等組成。整體呈反旋回或正旋回，其中潮道和砂坪GR曲線一般呈鐘形或箱形；泥坪GR曲線顯示低值，由于夾雜薄煤層或者炭質(zhì)泥巖，出現(xiàn)高值現(xiàn)象，呈尖峰狀；灰坪GR呈高幅度峰狀。

2）三角洲平原主要發(fā)育于山西組，分流河道GR曲線主要呈箱形和鐘形特征，砂巖薄層出現(xiàn)中高幅值尖峰狀，分流河道間泥巖段GR呈現(xiàn)高值，呈微齒狀，整體為正旋回，上部偶爾發(fā)育漏斗形，指示決口扇沉積。

3）曲流河發(fā)育于下石盒子組和石千峰組，GR曲線總體呈正旋回。河道GR顯示低值，一般表現(xiàn)為鐘形或箱形，電阻率則有升高趨勢。泛濫平原沉積由于泥巖增多，GR顯示高值，而電阻率顯示為低值。

4）辮狀河發(fā)育于上石盒子組，心灘GR曲線多呈頂?shù)淄蛔兊南湫危约臃e為主，亦有的顯示鐘形，電阻率曲線為中、低阻。

圖2 研究區(qū)典型測井相Fig．2 Typical logging facies of study area

表2 研究區(qū)河道地震相類型Tab．2 Types of seismic facies of channel of the study area

2．1．3 地震相特征

沿橫切河道的地震剖面，古河道沉積反映為單透鏡狀體，頂面平直，底面下凹；河床兩側(cè)一般不對稱，一邊陡一邊緩；河道內(nèi)充填成分比較單一，很難形成明顯的波阻抗界面，一般是非連續(xù)、零星或空白反射。研究區(qū)可以識別出三類河道地震相類型，即孤立河道，遷移河道和大型下切河道（表2）。下石盒子組沉積于山西組準平原化之上，北部物源供應充足，河流下切能力增強，發(fā)育大型下切河道，地震剖面上略呈不對稱，反映曲流河的側(cè)向加積作用；上石盒子組主要發(fā)育辮狀河沉積，河道不固定，易于遷移。到了二疊紀晚期石千峰組沉積期，構(gòu)造活動穩(wěn)定，地勢平坦，曲流河河道一般比較穩(wěn)定，地震剖面上常表現(xiàn)為孤立河道充填，且較為對稱。

通過井震標定，在地震剖面上，河道充填表現(xiàn)為弱振幅、低頻不連續(xù)，雜亂反射特征；泛濫平原表現(xiàn)為強振幅、亞平行高頻連續(xù)，強反射特征（圖3）。

圖3 井震標定地震相特征Fig．3 Well－seismic standardization of seismic facies characteristics

2．1．4 微量元素特征

微量元素在沉積物中的變化，一方面與沉積區(qū)周圍土壤或巖石中元素的質(zhì)量分數(shù)多少有關(guān)，另一方面與微量元素自身的遷移特征有關(guān)，環(huán)境條件同時對這兩個方面起作用。C．M．卡特欽科夫提出：在淡水沉積物中Sr／Ba＜1，在海相沉積物中Sr／Ba＞1，并為人們所接受。但在不同地區(qū)、不同時代，Sr／Ba比值具體大小也不一，只能反映環(huán)境的相對意義和變化趨勢。通過對研究區(qū)鉆井巖心微量元素分析，Si／Ba比自下而上呈下降趨勢。本溪組Si／Ba比為0．21～1．34，平均值為0．63，反映出水體介質(zhì)主要以海水為主，但已經(jīng)受陸源碎屑注入的影響，所以Si／Ba比小于正常海水比值。上石盒子組Si／Ba比為0．26～0．44，平均值為0．31；下石盒子組Si／Ba比為0．18～0．32，平均值為0．26；山西組Si／Ba比為0．2～0．44，平均值為0．29，反映出水體介質(zhì)均以淡水為主，指示陸相沉積環(huán)境。

單從本溪組Si／Ba比來看，自下而上也顯示出下降趨勢，反映了海退變化過程。本溪組頂部廣泛發(fā)育泥炭沼澤沉積，形成了一套穩(wěn)定的煤層。

2．2 沉積相類型

2．2．1 沼澤相

發(fā)育在研究區(qū)本溪組和太原組，橫向上分布比較穩(wěn)定，如本溪組頂部8＃煤，區(qū)域上可以追蹤對比。沼澤沉積主要由煤層（圖4（a）），以及碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成，典型的構(gòu)造是塊狀層理、水平層理，偶有小型沙紋層理。含有大量科達木植物碎屑（圖4（b）），并伴有黃鐵礦等，反映是在還原環(huán)境下生成的。

2．2．2 潮坪相

潮坪是指平均高潮面至平均低潮面之間的地帶即潮間帶，水動力條件以潮汐作用為主，廣泛發(fā)育在障壁砂壩后及瀉湖海灣周緣地帶。潮坪沉積是本區(qū)本溪組、太原組的一個重要沉積相類型，通過巖心觀察其潮汐層理非常發(fā)育（圖4（c）、（d））。

圖4 研究區(qū)典型巖心照片F(xiàn)ig．4 Typical core photos of study area

2．2．3 三角洲相

研究區(qū)山西組主要發(fā)育三角洲平原亞相，三角洲前緣和前三角洲不甚發(fā)育?？勺R別出分流河道、分流河道間灣、決口扇和泛濫平原等微相。

1）分流河道：巖石類型包括石英砂巖與巖屑砂巖，砂巖中發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理、平行層理等，整體為正旋回，可見底部沖刷構(gòu)造。通過樣品粒度分析，概率累積曲線大致呈兩段式，總體以跳躍為主，分選較好，懸浮成分較少，滾動不發(fā)育（圖5）。

2）分流河道間灣主要由灰色泥巖、炭質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖組成，層理不發(fā)育，局部發(fā)育煤層。

2．2．4 曲流河相

研究區(qū)曲流河相沉積主要發(fā)育于下石盒子組和石千峰組，包括河道充填、河道邊緣和泛濫平原等亞相。由于河道擺動頻繁，側(cè)向遷移較快，河道邊緣與泛濫平原亞相較為發(fā)育。

1）河道充填亞相是曲流河砂質(zhì)儲集體的沉積主體，包括河床滯留滯留和邊灘微相。

圖5 X－3井粒度分析曲線（山西組，949．19m）Fig．5 Grading analysis cuve of well X－3（Shanxi formation，949．19m）

河床滯留沉積：主要由礫巖、含礫粗砂巖等組成。礫石大小不等，分選磨圓較差。主要發(fā)育平行層理不明顯，底部具有明顯的沖刷面（圖4（e）、（f）），含有泥礫，指示侵蝕作用強烈，導致先期形成的天然堤崩塌，再次發(fā)生沉積。

邊灘沉積：一般為中－粗砂巖，分選中等到差，圓度中等－差。粒度分析顯示主要由跳躍總體組成，懸浮總體含量也較高，滾動不發(fā)育。發(fā)育大型槽狀、板狀、楔狀交錯層理

2）河道邊緣亞相包括天然堤與決口扇微相。

天然堤微相：巖性由粉砂巖、細砂巖和泥質(zhì)砂巖組成。常見植物化石碎片。具水平層理、砂泥互層層理和小型交錯層理及上攀沙紋層理，少見菱鐵礦結(jié)核。

決口扇微相：洪水漫溢河床沖破天然堤形成決口扇。巖性主要為中細粒巖屑石英雜砂巖夾粉砂巖和泥質(zhì)巖。沉積物厚度和粒級橫向變化均大，平面上呈扇形，剖面上呈透鏡狀，頂?shù)捉绯橥蛔兘佑|。常見植物化石碎片。具砂、泥互層層理和板狀交錯層理。

3）泛濫平原亞相。洪泛平原是曲流河岸后蓄水洼地垂向加積的產(chǎn)物，也是曲流河沉積中細粒沉積物的主要建造單元。主要由紫紅色泥巖、雜色泥巖組成，容易破碎（圖4（g））。

2．2．5 辮狀河相

研究區(qū)上石盒子組主要發(fā)育辮狀河沉積。巖性為雜色礫巖、細砂巖、具有板狀交錯層理灰綠色、黃褐色厚層狀細砂巖、粗砂質(zhì)礫巖、礫質(zhì)粗砂巖、中粗粒巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，以大型楔狀層理和大型板狀交錯層理為主，可見槽狀層理、平行層理、板狀層理。厚砂體內(nèi)部實際上由多個向上變粗的正旋回構(gòu)成，底部有沖刷面。如在X－1井1 566．04m～1 570．49m，頂部為頂部為紫紅色泥巖，下為淺灰色含礫粗砂巖，見多個底沖刷面（圖4（h））。

3 單井沉積相分析

本次研究對區(qū)塊新鉆井進行了單井相分析，并編制了沉積相綜合柱狀圖。以區(qū)塊X－6井為例進行單井相分析（圖6）。

1）本溪組沉積期，研究區(qū)結(jié)束了長期風化剝蝕的歷史，進入早期充填沉積階段，奧陶系風化基底上溝壑逐漸被填平補齊，至本溪組沉積末期，區(qū)域海平面下降?？v向上，X－6井底部發(fā)育了潮坪沉積，之后局部沼澤化，發(fā)育煤及碳質(zhì)泥巖。從巖心來看，本溪組主要由煤、炭質(zhì)泥巖、灰色泥巖和灰白色中－細砂巖組成?；野咨猩皫r富含云母，具有低角度交錯層理。炭質(zhì)泥巖含大量科達木植物碎屑。

2）太原組石炭紀末，受北方西伯利亞板塊向南俯沖擠壓，華北地臺發(fā)生北升南降的構(gòu)造變動，形成了北高南低的地貌格局。下部發(fā)育潮坪沉積，隨著抬升海平面不斷下降，上部發(fā)育一套沼澤沉積。本組主要由炭質(zhì)泥巖和灰綠色中砂巖組成，富含化石，層理豐富，常見波狀層理和透鏡狀層理。

圖6 X區(qū)塊X－6井沉積相分析柱狀圖Fig．6 Column of sedimentary facies analysis of well X－6

圖7 研究區(qū)二疊系沉積相平面分布圖Fig．7 Distribution map of sedimentary facies in permian

3）山西組：山西期由于華北地塊整體抬升，海水從鄂爾多斯地塊兩側(cè)迅速退出。縱向上可劃分為兩個沉積旋回。巖性主要由淺灰色含礫中砂巖、細砂巖、灰色泥巖和煤層組成，屬于三角洲平原沉積，發(fā)育分流河道和泛濫平原及分流間灣沼澤等。山2段主要發(fā)育分流河道，GR曲線呈箱狀。隨著海平面上升，山1段主要發(fā)育分流間灣和決口扇沉積。

4）下石盒子組主要為曲流河沉積，GR曲線主要表現(xiàn)為鐘狀或箱形。從巖心上看，下石盒子組下部由灰白色粗砂巖、灰綠色細砂巖組成，發(fā)育正韻律，見底礫巖沖刷，具交錯層理。上部為雜色泥巖、紫紅色砂質(zhì)泥巖、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，易破碎，屬于泛濫平原沉積。

5）上石盒子組沉積期，盆地北部抬升，地形梯度相對下石盒子組時期增大，在沖積平原上河流經(jīng)常分叉易于形成辮狀水系。縱向上發(fā)育了多套正旋回，主要由辮狀河道和泛濫平原組成。

6）石千峰組沉積期，完全變?yōu)閮?nèi)陸環(huán)境，巖性主要由紫紅色砂巖、泥巖組成，發(fā)育正旋回，常見具斜層理、平行層理、交錯層理。縱向上曲流河二元結(jié)構(gòu)比較明顯。

4 沉積演化特征

通過對研究區(qū)二疊系四個層位二維測線地震相解釋，編制了區(qū)塊二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組沉積相平面分布圖。

1）山西組沉積時期，研究區(qū)處于海盆向近海湖盆轉(zhuǎn)化和區(qū)域構(gòu)造活動的重新分化與組合的過渡時期，區(qū)域構(gòu)造活動較為強烈，在太原組海退之后，北部物源區(qū)經(jīng)歷了長期的暴露和風化剝蝕，隨著興蒙海槽的向南俯沖，北部地區(qū)快速上升，沉積物質(zhì)不斷向南推進。區(qū)塊以三角洲平原亞相沉積為主（圖7（a）），發(fā)育分流河道和分流間灣微相，大致呈南北向展布。分流河道寬約2km～3km，最寬處約5 km。山西組也是重要的成煤期，煤層厚度的變化也反映了沉積環(huán)境的空間配置，即厚度較大的煤層分布于河道之間的間灣沼澤中。

2）下石盒子組沉積時期，中二疊世早期，興蒙海槽逐漸關(guān)閉，南北發(fā)生差異升降，逐漸形成了早二疊世晚期南傾北隆的構(gòu)造格局。海水不斷向南退去，本區(qū)開始轉(zhuǎn)為陸相沉積，古氣候變得干旱—半干旱。下石盒子組沉積期，區(qū)塊主要發(fā)育曲流河沉積（圖7（b）），發(fā)育7條河道大致沿南北向展布，河道寬約2km～3km。

3）進入上石盒子組沉積期，盆地北部繼續(xù)抬升，地形梯度相對增加，研究區(qū)主要以辮狀河沉積為主，發(fā)育辮狀河道和河漫灘（7（c））。

4）石千峰組沉積時期，華北陸塊整體抬升，海水自此完全退出，鄂爾多斯地塊也由前期的近海湖盆演變?yōu)閮?nèi)陸湖盆。區(qū)塊主要發(fā)育曲流河沉積，發(fā)育了8條河道，大致呈南北向展布，寬約2km～3 km（圖7（d））。

5 結(jié)論

1）基于巖心、測井相、地震相分析，在研究區(qū)共識別出潮坪、沼澤、三角洲、曲流河、辮狀河等沉積相類型。上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組主要為潮坪、沼澤沉積；下二疊統(tǒng)山西組主要發(fā)育三角洲平原亞相沉積；中二疊統(tǒng)下石盒子組發(fā)育曲流河沉積；中二疊統(tǒng)上石盒子組發(fā)育辮狀河沉積；上二疊統(tǒng)石千峰組發(fā)育曲流河沉積。

2）通過井震標定及地震相分析，研究區(qū)主要發(fā)育河道（分流河道）砂體，剖面上表現(xiàn)為弱振幅、低頻不連續(xù)、雜亂反射，河漫灘及分流河道間灣表現(xiàn)為強振幅、高頻連續(xù)反射特征，邊界較為清楚。垂直河道走向剖面上其外形為頂平底凹或頂凸底凹的透鏡體狀，內(nèi)部雜亂或無反射，或為上超式充填反射。

3）從平面沉積相圖來看，本區(qū)發(fā)育的河流－三角洲沉積大致呈南北向展布，河道一般寬2km～3 km，河道疊置區(qū)為研究區(qū)有利儲層最為發(fā)育區(qū)。

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Study on sedimentary facies of north section of eastern Ordos basin in late paleozoic：a case of X block

LIU Zi-yu，LU Ming，LIU Tie-shu
（CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China）

Based on core，well log，seismic and testing data，and region geological analysis，we study sedimentary facies of north section of eastern Ordos basin in late paleozoic taking the X block as an example．Several sedimentary facies types are identifies in the study block，including tidal－flat，marsh，delta，meandering and braided river．By well－seismic facies analyzing，channel（distributary channel）sand bodies show weak amplitude，low frequency discontinuity，chaotic seismic reflection configuration，silty mud from flood－plain and distributary bay shows strong amplitude，high frequency continuity characteristics，reflecting interface is clear．The channel shows lenticular shape in seismic profile，chaotic seismic reflection configuration，oronlapfill．By sedimentary facies distribution of the area，fluvial－delta extend along south and north direction，channel width is about 2km～3km，stacked channels area is the optimum reservoir development area．

Ordos basin；late paleozoic；sedimentary facies；log facies；sesmic facies

P 512．2

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．17

1001-1749（2015）03-0379-09

2014-07-25 改回日期：2014-10-24

中海油研究總院（2013－KT－09）

劉子玉（1981－），男，工程師，現(xiàn)主要從事沉積儲層方面的研究，E-mail：254129811＠qq．com。