鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組深水重力流沉積分布特征及成因

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018)

近年來，深水重力流沉積已成為沉積學(xué)和油氣田勘探開發(fā)的重要研究對(duì)象[1～4]，重力流沉積地質(zhì)理論及模式在中國(guó)陸相湖盆油氣勘探中發(fā)揮了重要指導(dǎo)作用[3～7],鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組致密油勘探因此也取得了重要突破。隴東地區(qū)長(zhǎng)7油層組致密油主要富集于重力流砂體內(nèi)[8,9]。前人對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組重力流沉積的類型、巖石特征、沉積模式等做了較多研究[10～18]，但對(duì)于不同類型重力流成因砂體在縱向上的疊置組合關(guān)系以及不同組合類型在平面上的分布規(guī)律、控制因素、成因研究還不夠深入。筆者在大量露頭、巖心觀察和綜合地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，明確了長(zhǎng)7油層組深水重力流沉積類型，進(jìn)而總結(jié)了不同深水重力流沉積砂體的垂向組合類型及平面分布，最終對(duì)深水區(qū)大面積富集砂體的主控因素及成因進(jìn)行分析，旨在為區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7油層組深水區(qū)重力流砂體致密油勘探開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 沉積背景

鄂爾多斯盆地是一個(gè)多旋回構(gòu)造盆地，經(jīng)歷多次構(gòu)造升降[19]。中生代三疊紀(jì)延長(zhǎng)組沉積期經(jīng)歷了一個(gè)整體先沉降后抬升的過程，形成了一套完整的生、儲(chǔ)、蓋成藏組合，孕育了豐富的石油資源。延長(zhǎng)組沉積充填記錄了該時(shí)期大型淡水湖盆間歇，震蕩式湖進(jìn)、湖退的完整演化史，其中長(zhǎng)7油層組沉積期，盆地基底整體下沉劇烈，湖盆發(fā)育到達(dá)鼎盛時(shí)期，為一個(gè)大型匯水盆地，湖水覆蓋面積10×104km2以上，半深湖-深湖沉積廣布于定邊-吳起-富縣-宜君-旬邑-涇川-鎮(zhèn)原-環(huán)縣地區(qū)，面積5.5×104km2以上，最大水深可達(dá)60m[11]。區(qū)內(nèi)物源分別來自于周邊不同古陸，發(fā)育東北物源、西北物源、西南物源及南部物源，其中對(duì)盆地影響最大的為東北物源及西南物源[19]。在東北物源體系控制下，主要發(fā)育曲流河三角洲-湖泊沉積體系；在西南物源體系控制下，主要發(fā)育辮狀河三角洲-重力流-湖泊沉積體系[4，12]。

長(zhǎng)7油層組按照沉積旋回可分為3個(gè)油層，自下而上為長(zhǎng)73油層、長(zhǎng)72油層和長(zhǎng)71油層。長(zhǎng)73油層沉積期為湖盆最鼎盛期，水體分布面積最大，而后逐漸抬升萎縮。

2 沉積類型及特征

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組深水區(qū)面積大，在盆地西南至湖盆中部慶陽(yáng)-寧縣-正寧-合水-華池一帶發(fā)育大規(guī)模深水重力流沉積，尤其是長(zhǎng)72油層和長(zhǎng)71油層(見圖1)。由于早期認(rèn)識(shí)不足，主要認(rèn)為是濁流沉積形成濁積扇[20,21]。近年來，隨著鉆井取心資料的不斷豐富和重力流理論研究的不斷深入，綜合分析認(rèn)為鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組深水重力流沉積主要為滑塌沉積、砂質(zhì)碎屑流沉積、濁流沉積3種[4,10～18]。

圖1 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組沉積相圖

2.1 滑塌沉積

滑塌沉積的典型沉積特征(見圖2)如下：砂泥混雜，粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖中發(fā)育包卷層理和小型褶皺構(gòu)造；可見大小不一的角礫狀泥巖撕裂屑；在底部發(fā)育滑動(dòng)面，界面上、下巖性差異顯著。

在湖盆深水區(qū)發(fā)育規(guī)模較小，平面上發(fā)育于湖盆近源地區(qū)，縱向上常出現(xiàn)于一套重力流沉積體的底部，單層厚度一般小于40cm，向上過渡為砂質(zhì)碎屑流沉積。

2.2 砂質(zhì)碎屑流沉積

砂質(zhì)碎屑流沉積由灰色、褐灰色塊狀細(xì)砂巖構(gòu)成，其沉積特征如下：砂巖厚度均在0.5m以上，多數(shù)大于1m，最厚可達(dá)10m以上；塊狀層理極其發(fā)育，不顯示粒序?qū)永?見圖3)；含油性較好，泥質(zhì)含量極低；測(cè)井曲線主要呈箱形，自然伽馬在51～105API；粒度概率累積曲線表現(xiàn)為一段式，但粒度較粗；砂質(zhì)碎屑流沉積物與上覆、下伏巖層呈突變接觸；砂巖內(nèi)部偶見零散分布的泥巖碎片/泥礫，直徑長(zhǎng)度為1～5cm，呈懸浮狀，且有拖長(zhǎng)變形現(xiàn)象。研究區(qū)巖心觀察共識(shí)別出2種類型的砂質(zhì)碎屑流沉積物：一種是泥質(zhì)含量極少且呈塊狀的灰色細(xì)砂巖、粉砂巖，另一種是富含泥礫的塊狀灰色細(xì)砂巖、粉砂巖。

砂質(zhì)碎屑流沉積在盆地西南和湖盆中部廣泛分布，規(guī)模大、縱向厚大、橫向連通性好，是鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組深水重力流沉積的主要類型，也是致密油主要的儲(chǔ)集體。

圖2 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組滑塌沉積巖心照片

圖3 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組砂質(zhì)碎屑流沉積巖心照片

2.3 濁流沉積

由灰色、深灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成，其沉積特征為：砂巖單層厚從幾厘米到幾十厘米；具有完整或不完整的鮑瑪序列(見圖4)；巖心及野外可見砂巖底部不平整，巖性突變，常有較清楚的槽模構(gòu)造(見圖5)；自然伽馬曲線呈中高幅的鋸齒狀，自然伽馬在90～137API；粒度概率累積曲線表現(xiàn)為一段式，但粒度較細(xì)；常以砂泥巖薄互層形式出現(xiàn)，構(gòu)成多個(gè)韻律層；常常發(fā)育在重力流沉積的前端、側(cè)翼或頂部。濁流沉積在粒序?qū)永砩皫r之上，可出現(xiàn)平行層理、小-中型交錯(cuò)層理、水平層理以及沙紋層理等牽引流構(gòu)造，可能是濁流的體部和尾部中細(xì)小的顆粒被加入的水稀釋，導(dǎo)致流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?。通過巖心仔細(xì)觀察，研究區(qū)可見不完整的鮑瑪序列AB、ABC、ABE、AC、AE、CDE等。

圖4 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組濁流沉積鮑馬序列

圖5 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組槽模構(gòu)造

3 垂向組合類型及分布

沉積環(huán)境控制著不同成因類型砂體的發(fā)育，由于沉積過程中水動(dòng)力特征、物源供應(yīng)及湖平面的演化，會(huì)導(dǎo)致不同成因類型的重力流砂體在縱向上以不同方式疊置組合，形成多樣的縱向組合類型。通過野外剖面、巖心觀察及測(cè)井資料分析，在長(zhǎng)7油層組深水重力流砂體中識(shí)別出疊置型砂體(A型)、厚層等厚型砂體(B型)、薄層等厚型砂體(C型)、向上變薄型砂體(D型)、向上變厚型砂體(E型)、薄厚互層型砂體(F型)共6種垂向組合類型。平面上，不同地區(qū)重力流砂體垂向組合類型的發(fā)育具一定規(guī)律性。

3.1 疊置型砂體(A型)

主要是不同期砂質(zhì)碎屑流砂體疊加所形成(見圖6(a))。巖心中常見連續(xù)數(shù)米后的無(wú)粒序塊狀細(xì)砂巖，仔細(xì)觀察均為多期砂質(zhì)碎屑流砂體垂向相互疊置而成，由于不同期之間沉積間隔時(shí)間短，沒有沉積一定厚度的泥巖將其隔開。該類砂體主要發(fā)育在斜坡區(qū)的重力流溝道沉積中或者斜坡末端的坡腳處。

3.2 厚層等厚型砂體(B型)

主要發(fā)育在坡折帶沉積環(huán)境下，不同沉積期的砂質(zhì)碎屑流在垂向上相互疊加，2期砂質(zhì)碎屑流砂體之間被一定厚度的細(xì)粒沉積所分割(見圖6(b))。該類砂體組合也主要發(fā)育在斜坡和斜坡末端坡腳處。

3.3 薄層等厚型砂體(C型)

主要發(fā)育在湖盆中部深水沉積環(huán)境下，不同沉積期的濁流砂體在垂向上相互疊加，2期濁流沉積砂體之間被一定厚度的細(xì)粒沉積所分割(見圖6(c))。該類沉積砂體與厚層等厚型砂體類似，相鄰的砂體垂向上不連通，導(dǎo)致物性變差。

3.4 向上變薄型砂體(D型)

主要發(fā)育在深水重力流沉積后期，濁流砂體疊加在前期砂質(zhì)碎屑流砂體之上(見圖6(d))，表現(xiàn)為砂質(zhì)碎屑流向濁流沉積的演化過程。該類砂體組合主要發(fā)育在湖盆中較深水沉積環(huán)境中。

3.5 向上變厚型砂體(E型)

主要發(fā)育在深水重力流沉積后期，砂質(zhì)碎屑流砂體疊加在前期濁流砂體之上(見圖6(e))，表現(xiàn)為濁流向砂質(zhì)碎屑流沉積的演化過程[13～15]。該類砂體主要發(fā)育在湖盆中部的深水沉積環(huán)境中。

3.6 薄厚互層型砂體(F型)

主要為砂質(zhì)碎屑流沉積和濁流沉積相互演化時(shí)，砂體在垂向上的疊加(見圖6(f))。該類砂體發(fā)育部位一般離物源較遠(yuǎn)。

圖6 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組重力流砂體垂向組合類型

4 沉積成因分析

4.1 湖盆底形

圖7 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組重力流沉積模式圖

盆地西南較陡的湖盆底形為重力流沉積發(fā)育提供了有利條件，并控制了重力流沉積的類型及分布。湖盆底形恢復(fù)研究表明，長(zhǎng)7油層組沉積期，湖盆具東北緩、西南陡的特征，在盆地邊緣斜坡古水深為30～70m，湖盆中部最大水深150m左右。盆地南部、西南部由盆緣向盆內(nèi)發(fā)育斜坡，平均坡度為3～5°[11]，平面上分布于環(huán)縣-慶陽(yáng)-寧縣-旬邑一線，至湖盆中部地形變平緩，變?yōu)楹灼皆矫嫔衔挥谌A池西北-華池-正寧東南一帶。湖盆的底形對(duì)重力流的分布和類型有明顯控制作用，在湖盆西南物源近端，坡折帶斜坡地帶，由于坡度較陡，沉積物以過路為主，所沉積重力流砂體主要以多條溝道型的砂質(zhì)碎屑流為主，在溝道之外發(fā)育薄層的濁流沉積，因此平面上砂體順物源的北東-南西向連續(xù)性好，而在垂直物源的北西-南東向連續(xù)性差。在湖盆遠(yuǎn)端中部地區(qū)，湖盆底形變平滑，地形變?yōu)楹灼皆?，重力流沉積沿斜坡搬運(yùn)至此后，由于坡度驟變而大量卸載堆積，形成以多期疊置的砂質(zhì)碎屑流為主的大規(guī)模砂體，其厚度大，平面連片性好。沉積物沿北東向繼續(xù)向湖盆中部運(yùn)移，更加遠(yuǎn)離物源，主要發(fā)育多期疊置或孤立的薄層濁流沉積(見圖7)。

4.2 細(xì)粒沉積物的高速率供應(yīng)

盆地西南長(zhǎng)7油層組沉積期發(fā)育辮狀河三角洲沉積，由于地形、氣候及物源區(qū)母巖性質(zhì)等因素決定，沉積物質(zhì)供應(yīng)充足，沉積供應(yīng)速率高，在坡折帶上端辮狀河三角洲前緣堆積大量細(xì)砂沉積物，在地震等促發(fā)機(jī)制下沿斜坡下滑，形成重力流沉積。此外，大量巖心粒度分析表明，鄂爾多斯盆地西南至湖盆中部，長(zhǎng)7油層組重力流沉積砂巖粒度組成中，細(xì)砂及以下組分體積占94.2%，而細(xì)砂以上粗粒組分體積僅占5.8%。由于所攜沉積物粒度細(xì)，較粗粒沉積物更利于在重力作用下向更遠(yuǎn)方向搬運(yùn)。

4.3 高頻次地震促發(fā)

地震是重力流發(fā)育的主要促發(fā)機(jī)制[22]。構(gòu)造及沉積演化研究表明，晚三疊世，特提斯北緣的昆侖-秦嶺洋沿阿尼瑪卿-商丹斷裂帶由東向西呈“剪刀式”碰撞閉合，盡管盆地內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不明顯，但在西緣、南緣已經(jīng)發(fā)生了斷裂逆沖，并且在古太平洋板塊俯沖影響下，盆地開始由南北分異向東西分異轉(zhuǎn)變[23～25]。在長(zhǎng)7油層組沉積前的長(zhǎng)10～長(zhǎng)8油層組沉積期, 盆地總體上處于河流、三角洲、濱淺湖及沼澤等沉積環(huán)境, 地勢(shì)相對(duì)平坦，至長(zhǎng)7油層組沉積期，格局發(fā)生重大變化,盆地西緣逆沖推覆更為強(qiáng)烈，而盆內(nèi)發(fā)生快速沉降,形成了面廣、水深的湖盆，且盆地西南坡度明顯陡于西北[26～28]。西緣強(qiáng)烈的推覆構(gòu)造使得盆地西南及南部鄰區(qū)火山及古地震作用強(qiáng)烈。較陡的地形和地震促發(fā)作用,易于重力流沉積的形成。盆地西南長(zhǎng)7油層組砂巖巖心中常見階梯狀斷層、腸狀構(gòu)造，具典型的震積巖特征[29,30]，表明古沉積期地震頻發(fā)。在高頻次地震作用下，盆地西南辮狀河三角洲前緣細(xì)粒沉積物發(fā)生重力流事件，形成多期縱向疊置的特征。同時(shí)，每一次地震促發(fā)的重力流事件將上次形成的沉積體繼續(xù)向湖盆中心搬運(yùn)，歷經(jīng)多次，最終將其搬運(yùn)至遠(yuǎn)離邊緣幾十公里的湖盆中部深水區(qū)，這也是湖盆中部發(fā)育大規(guī)模重力流砂體的原因。

5 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組在盆地西南及湖盆中部深水環(huán)境發(fā)育大規(guī)模重力流沉積，類型主要為滑塌沉積、砂質(zhì)碎屑流沉積和濁流沉積。

2)由于沉積形成過程中的水動(dòng)力特征、物源供應(yīng)及湖平面演化，造成長(zhǎng)7油層組不同成因類型的重力流砂體相互疊置，形成疊置型、厚層等厚型、薄層等厚型、向上變薄型、向上變厚型、薄厚互層型6種砂體垂向組合。

3)盆地西南較陡的湖盆底形、細(xì)粒沉積物的高速率供應(yīng)和高頻次地震促發(fā)是重力流砂體發(fā)育的重要原因。