鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長8段沉積特征及水動力條件分析

馬 瑤，余芳，郭懿萱，張秀能，王鳳琴

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院/陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室,陜西 西安 710065;2.中國石油長慶油田公司 勘探開發(fā)研究院,陜西 西安 710018;3.長慶油田分公司 第五采油廠, 陜西 西安 710021)

隴東地區(qū)位于甘肅省東部,鄂爾多斯盆地西南部,北至吳起,南抵涇川,西起環(huán)縣演武,東鄰正寧(見圖1)。隴東地區(qū)是近幾年鄂爾多斯盆地石油預(yù)探和油藏評價的重點目標(biāo)區(qū)，現(xiàn)已探明了億噸級整裝大油田[1]。延長組長8段所發(fā)育的儲集砂體是隴東地區(qū)石油勘探開發(fā)的主力目標(biāo)之一,針對其物源體系、沉積相、儲集砂體、成藏規(guī)律等特征的研究卓有成效[2-6],但針對其水動力條件的研究卻較為缺乏。陸相湖盆的水動力條件研究認(rèn)為，水動力條件的不同，常常會影響陸相湖盆三角洲的砂體類型及展布特征[7-8]。晚三疊世延長期是內(nèi)陸湖盆發(fā)育的鼎盛時期,物源供應(yīng)充足,在鄂爾多斯盆地持續(xù)拗陷發(fā)和穩(wěn)定沉降過程中形成了一套以河流湖泊相為特征的陸源碎屑沉積[9]。在此沉積背景下，長8沉積期的水動力條件對其砂體的形態(tài)及特征有著重要的影響作用。因此，須針對隴東地區(qū)長8段及其各小層開展水動力條件研究工作。

1 隴東地區(qū)長8段沉積特征

沉積環(huán)境與沉積特征是研究水動力條件的前提。目前研究認(rèn)為，隴東地區(qū)長8油層組發(fā)育淺水辮狀河三角洲沉積[10-13]。本研究通過分析巖石類型、沉積構(gòu)造等沉積標(biāo)志認(rèn)為，研究區(qū)長8期主要以淺水辮狀河三角洲前緣沉積亞相為主。

1.1 巖石類型

據(jù)巖心觀察統(tǒng)計,隴東地區(qū)長8段巖石類型主要包括灰—灰綠色中—細砂巖、深灰色泥質(zhì)粉砂巖、黑色泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖以及差煤線等(見圖2，3)。顏色整體呈現(xiàn)還原條件下的暗色特征。粒度以細粒沉積為主,其次為中粒。中—細砂巖沉積反映研究區(qū)相對高能水動力條件發(fā)育,粉砂巖、泥巖反映相對低能水動力條件發(fā)育。研究區(qū)炭質(zhì)泥巖及差煤線較常見(見圖2a),且分布范圍大,煤線縱向上主要分布于長82上部和長81的下部,反映出長82與長81之間存在體系域轉(zhuǎn)換面,長8中期湖盆整體抬升,湖平面下降,湖盆水體較淺,全盆泥炭沼澤發(fā)育,存在短期暴露水面的過程。

1.2 沉積構(gòu)造

通過對研究區(qū)60余口鉆井巖心的觀察, 確定長8段主要發(fā)育與牽引流成因相關(guān)的一些層理構(gòu)造、生物成因構(gòu)造及古生物化石,共同指示了河湖過渡的淺水三角洲沉積環(huán)境。中—細砂巖中,主要發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理、平行層理,底部常見沖刷面及泥礫(見圖2b～e)。粉—細砂巖中，主要發(fā)育沙紋交錯層理、變形構(gòu)造以及波狀層理、波痕等(見圖2f～i)。泥巖中以水平層理為主。

1.3 古生物標(biāo)志

研究區(qū)長8段地層中主要觀察到的古生物標(biāo)志物有高角度蟲孔、炭化植物碎屑、植物莖葉、介形蟲、雙殼類以及魚鱗化石等。高角度蟲孔以及介形蟲反映水體較淺的沉積環(huán)境,長8段巖心中的高角度蟲孔在研究區(qū)廣泛分布(見圖3a，b)。雙殼類及魚鱗化石多見于濱淺湖沉積(見圖3c～e),在研究區(qū)東北部吳起一帶和西南部涇川一帶可見。炭化植物碎屑、保存較為完好植物莖葉在研究區(qū)廣泛發(fā)育(見圖3f～h),也是淺水沉積的標(biāo)志。以上研究說明，研究區(qū)在長8期整體為水體較淺的水下沉積,向東北部吳起一帶水體加深，在西南部涇川一帶可能存在小范圍水體相對加大的淺湖沉積。

a C105井,2 110 m,長81,煤線;b Y169井,2 420 m,長82,板狀交錯層理; c Q98井,1 840.6 m,長81,槽狀交錯層理; d L62井,1 397.7 m,長82 平行層理; e H19井,2 767 m,長82,沖刷面、泥礫; f N196井,1 724 m,長81,沙紋交錯層理; g N137井,長82,變形層理; h Y68井,2 077 m,長81,波狀層理; i G3井,1 903 m,長81,波痕圖2 隴東地區(qū)長8段主要巖石類型及沉積構(gòu)造Fig.2 Rock types and sedimentary structures of Chang 8 member in Longdong Area

1.4 沉積相類型

研究區(qū)在長8期以淺水辮狀河三角洲前緣沉積為主,在東北部吳起一帶發(fā)育淺湖沉積。水體整體較淺,存在短期水體下降的過程,但優(yōu)勢相仍以水下三角洲前緣為主。研究區(qū)辮狀河三角洲前緣主要的沉積微相類型有水下分流河道、分流間灣以及席狀砂,反映河口壩沉積的漏斗形測井曲線幾乎不發(fā)育。

a Z234井,2 167 m,長81,蟲孔;b N160井,1 811.5 m,長81,垂直蟲孔; c G3井,1 913.8 m,長81,魚鱗; d Z74井,2 582 m,長81,雙殼類; e Z234井,2 152.53 m,長81,魚鱗; f Y68井,2 083.4 m, 長81,炭化植物碎屑; g Y68井,2 082 m,長81,植物葉片; h C105井,2 094.6 m,長81,植物莖干、蟲孔圖3 隴東地區(qū)長8段主要巖石類型及古生物標(biāo)志Fig.3 Rock types and paleontological markers of Chang 8 member in Longdong Area

2 主控水動力條件分析

陸相三角洲的形成、發(fā)育和形態(tài)特征主要受控于河流作用和湖浪作用的影響。相較于河流作用對砂體起到的形成與建設(shè)性作用,湖浪作用通常對河口砂體起著改造、使之形態(tài)再分布的作用。研究區(qū)長8期發(fā)育辮狀河三角洲前緣以及淺湖亞相,處于湖浪作用的影響范圍內(nèi),湖浪和河流作用對長8段砂體的發(fā)育皆有影響。本文將陸相三角洲的水動力條件按相對水動力強弱劃分為2類,分別為浪控作用以及河控作用；同時受到浪控作用和河控作用影響時,根據(jù)主控水動力條件進行評價,如當(dāng)受湖浪作用影響的巖層段厚度大于受河流作用影響的巖層段厚度時,認(rèn)為其主控水動力條件為浪控作用。

2.1 沉積構(gòu)造表征主控水動力條件

學(xué)者通過室內(nèi)水槽試驗以及現(xiàn)代河流分析,證實了不同的水動力強度會形成不同的沉積構(gòu)造,沉積構(gòu)造的空間分布對應(yīng)湖泊水動力條件的變化[14-18],原生沉積構(gòu)造是對沉積環(huán)境的反映,也是對其主控水動力條件的記錄[19]。

研究區(qū)發(fā)育多種沉積構(gòu)造,層理類型多樣,按照不同沉積構(gòu)造類型所形成的水動力環(huán)境,將這些沉積構(gòu)造劃分為河控和浪控沉積構(gòu)造兩大類。其中,河控為主的強水動力條件控制作用下所發(fā)育的沉積構(gòu)造類型主要包括:板狀交錯層理、槽狀交錯層理、沙紋交錯層理以及沖刷面;浪控為主的水動力條件控制作用下所發(fā)育的沉積構(gòu)造類型主要包括:波痕、波狀層理。水平層理主要反映一種低能、弱水動力環(huán)境,在河流作用和湖浪作用中都可形成。根據(jù)研究區(qū)長8段單井取心觀察到的，反映河控或浪控作用的沉積構(gòu)造所占總巖心段的比例,即可半定量地統(tǒng)計該單井的主控水動力條件(見表1)。

表1 隴東地區(qū)長8段沉積構(gòu)造類型及其對應(yīng)形成環(huán)境、水動力條件關(guān)系

2.2 單井主控水動力條件分析

對研究區(qū)60余口取心井位進行沉積構(gòu)造分類統(tǒng)計(單井主控水動力條件分析部分應(yīng)加浪控和河控特征加以以總結(jié)),其中6口代表性單井的分析結(jié)果如下。

1)Y169井位于研究區(qū)西南部,距離物源區(qū)較近。長81段幾乎全部取心,長82段僅上部取心。從其長8單井柱狀圖可見,長82段頂部主要為厚層細砂巖,發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理,砂巖底部可見沖刷面,反映河控作用下的水下分流河道沉積。長81段主要以大段厚層中—細粒砂巖為主,夾薄層黑色泥巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖段,由下往上體現(xiàn)出正粒序的沉積特征;砂巖段多發(fā)育槽狀和板狀交錯層理等強水動力條件的河控作用所形成的沉積構(gòu)造,也反映河控作用下的水下分流河道沉積。統(tǒng)計結(jié)果顯示,長8取心總長度為45.2 m,河控作用沉積段共計45.2 m,河控作用段比例占100%(見圖4a)。

2)B52井位于研究區(qū)北部。從單井柱狀圖中可見,長82取心段以厚層中—細砂巖為主,層理類型多樣,主要為交錯層理及平行層理,反映河控作用下的水下分流河道沉積。長81取心段主要發(fā)育中—厚層細砂巖與泥巖、粉砂巖互層,以槽狀交錯層理、平行層理、水平層理等為主,反映河控作用下的水下分流河道與分流間灣沉積。長8取心總長度為29.2 m,河控作用沉積段共計29.2 m,河控作用段比例占100%(見圖4b)。

3)Y68井位于研究區(qū)中部偏東,僅在長81段取心。取心段下段巖性為細砂巖與粉砂巖,主要發(fā)育波狀層理,反映受湖浪改造作用的砂質(zhì)沉積。取心段上段巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與細砂巖互層,砂巖部分主要為槽狀交錯層理、板狀交錯層理以及沙紋交錯層理,反映河控作用下的水下分流河道與分流間灣沉積。長81取心總長度為29.9 m,河控作用沉積段共計23.9 m,河控作用段比例占79.9%(見圖4c)。

4)N197井位于研究區(qū)東南部,僅在長81段取心,取心段分為上下兩段。下段巖性主要為中—薄細砂巖與薄層泥巖、中層泥質(zhì)粉砂巖,主要發(fā)育波狀層理、平行層理等沉積構(gòu)造,反映湖浪改造作用的砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積,體現(xiàn)出浪控作用為主的特點。上段巖性主要為厚層細砂巖,沉積構(gòu)造以槽狀交錯層理、沖刷面等為主,反映河控作用下的水下分流河道沉積。統(tǒng)計結(jié)果顯示,長82取心總長度為20.3 m,浪控作用沉積段為12.3 m,浪控作用段比例占60.6%(見圖5a)。`

5)G3井位于研究區(qū)東北部,遠離物源區(qū),靠近淺湖亞相沉積區(qū),僅在長81段取心。取心段巖性以細砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主。沉積構(gòu)造主要以波痕、波狀層理等浪控沉積構(gòu)造為主,僅在中下部可見槽狀交錯層理等河控沉積構(gòu)造發(fā)育,反映該段主要發(fā)育湖浪改造作用的沉積環(huán)境,發(fā)育小段河控作用沉積。長81取心總長度為16.7m,浪控作用沉積段共計13.5m,浪控作用段比例占80.8%(見圖5c)。

6)C105井位于研究區(qū)東部。長81段大段取心,長82段僅頂部取心。長82段巖性主要為灰黑色粉砂巖和泥巖,主要發(fā)育波狀層理、變形層理等沉積構(gòu)造,反映湖浪改造作用的沉積環(huán)境,主要受浪控作用影響。長81段以多期正旋回的砂泥巖互層為主,沉積構(gòu)造類型多變,槽狀交錯層理、板狀交錯層理以及波狀層理、變形層理等沉積構(gòu)造交錯發(fā)育，可將其分別劃分為河控作用段和浪控作用段。統(tǒng)計結(jié)果顯示,長8取心總長度為29.2 m,浪控作用沉積段為20.5 m,浪控作用段比例占70.2%(見圖5b)。

結(jié)合不同井位在研究區(qū)平面上的分布位置及其發(fā)育的沉積環(huán)境,通過上述不同井位所發(fā)育的水動力條件特征來看,研究區(qū)淺湖沉積區(qū)或者鄰近淺湖沉積區(qū)的井位受浪控作用的影響較大。

圖4 隴東地區(qū)長8段單井主控水動力條件分析Fig.4 Main hydrodynamic condition analysis of single well of Chang 8 member in Longdong Area

圖5 隴東地區(qū)長8段單井主控水動力條件分析Fig.5 Main hydrodynamic condition analysis of single well of Chang 8 member in Longdong Area

3 主控水動力條件的平面分區(qū)

對隴東地區(qū)60余口井的巖心進行觀察分析，對其沉積構(gòu)造發(fā)育情況進行匯總,在平面上對研究區(qū)長82和長81各期水動力條件的影響范圍進行劃分,進而指示出了研究區(qū)平面上浪控和河控影響作用下的差異。

隴東地區(qū)長82段基于巖心觀察所整理的沉積構(gòu)造分布位置圖顯示(見圖6),槽狀交錯層理在全區(qū)皆有發(fā)育,反映強水動力條件的板狀交錯層理、沖刷面等沉積構(gòu)造大部分發(fā)育在研究區(qū)西北部以及西南部,離物源區(qū)較近的范圍內(nèi);研究區(qū)東北及東部大范圍集中性地發(fā)育反映浪控作用為主的波狀層理;此外,少量包卷層理、擾動構(gòu)造、壓扁層理等變形構(gòu)造不均勻地分布在研究區(qū)各個位置。根據(jù)波狀層理等沉積構(gòu)造的發(fā)育位置,將研究區(qū)平面上劃分為浪控影響區(qū)和河控影響區(qū),浪控影響區(qū)主要分布在研究區(qū)東北部,浪控和河控影響區(qū)的分界線分布在羅龐塬—馬嶺—慶陽—寧縣一帶。

圖6 隴東地區(qū)長82段主控水動力作用平面分區(qū)圖Fig.6 Sectional map of the master hydrodynamic condition of Chang 82 section in Longdong Area

隴東地區(qū)長81段基于巖心觀察所整理的層理分布位置圖顯示(見圖7),反映強水動力條件的槽狀交錯層理、板狀交錯層理、沖刷面、泥礫等沉積構(gòu)造分布范圍較長82有所擴大;研究區(qū)東北部小范圍集中性地發(fā)育反映浪控作用為主的波狀層理;浪控影響區(qū)較長82期明顯縮小,主要分布在研究區(qū)東北部,浪控和河控影響區(qū)的分界線分布在羅龐塬—華池—王家大莊一帶。

圖7 隴東地區(qū)長81段主控水動力作用平面分區(qū)圖Fig.7 Sectional map of the master hydrodynamic condition of Chang 81 section in Longdong Area

從分析結(jié)果來看,長81期受河控作用的影響明顯強于長82期,浪控作用的影響區(qū)域明顯縮小,發(fā)育較多的河控影響區(qū);而且，長8各期的浪控影響區(qū)皆位于遠離物源、靠近湖盆中心的區(qū)域。這與長8期沉積環(huán)境的演化密切相關(guān)：長82期繼承了長9期首次湖侵期的湖盆底形特征,湖盆面積相對較大,湖浪作用相對較強;至長81期湖盆逐漸整體抬升,湖平面下降,反映水退背景的泥炭沼澤環(huán)境中發(fā)育的炭質(zhì)泥巖及差煤線較常見,河流作用增強。

4 結(jié) 論

1)綜合巖石類型、沉積構(gòu)造、古生物標(biāo)志等沉積標(biāo)志可知，鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長8段主要發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣亞相,在吳起一帶發(fā)育淺湖沉積；長8中期存在湖平面下降,短期暴露水面的過程。

2)研究區(qū)長8段沉積主要受河流作用以及湖浪作用的影響。根據(jù)主要發(fā)育的沉積構(gòu)造類型,將長8期水動力條件劃分為河控作用及浪控作用2類。河控為主的水動力條件下所發(fā)育的沉積構(gòu)造類型主要有:板狀交錯層理、槽狀交錯層理、沙紋交錯層理以及沖刷面等;浪控作用下所發(fā)育的沉積構(gòu)造類型主要有:波痕、波狀層理等。

3)平面上， 浪控作用影響區(qū)主要發(fā)育在研究區(qū)的東北部, 遠離物源、 靠近湖盆中心的區(qū)域。 長81期河流作用較強,長82期較長81期受浪控影響區(qū)的范圍更大,這符合長8期沉積演化的特征。