陸相湖盆致密油儲集砂體成因及發(fā)育模式 以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長6油層組為例

1、陸相湖盆致密油儲集砂體成因及發(fā)育模式 以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長6油層組為例作為非常規(guī)油氣資源的致密油，已成為全世界各國油氣資源領(lǐng)域研究、勘探、開發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，是油氣增儲上產(chǎn)的“重點(diǎn)領(lǐng)域”與“亮點(diǎn)類型”。近年來，伴隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，中國已經(jīng)在多個(gè)含油氣盆地中的多個(gè)層位實(shí)現(xiàn)了致密油勘探開發(fā)的重大突破1。鄂爾多斯盆地作為中國大型含油氣盆地之一，油氣資源總量達(dá)到250 108t。其中，延長組致密油資源豐富，初步預(yù)測總資源量約30 108t，占全國致密油總資源量的37.5 %2。在盆地內(nèi)先后發(fā)現(xiàn)的儲量規(guī)模超過10億噸級的大油田，如西峰、姬塬、華慶和慶城油田等，其致密油勘探開發(fā)的主要層系均

2、為長6（延長組6油層組）、長7和長8油層組3-5。其中，位于鄂爾多斯盆地西南部的華池-慶陽地區(qū)長6油層組是盆地內(nèi)致密油富集層段之一，其所蘊(yùn)藏的致密油地質(zhì)儲量巨大、勘探前景良好，是長慶油田增儲上產(chǎn)的重要接替層位。不同學(xué)者在不同時(shí)期針對鄂爾多斯盆地延長組致密油儲集砂體的成因認(rèn)識存在差異，主要包括以下幾個(gè)方面：基于濁流理論的濁積扇模式成因6；滑塌濁積扇與坡移濁積扇成因7；滑塌濁積巖成因8；厚層塊狀濁積巖砂體成因9；三角洲前緣砂體、震積巖砂體和濁積巖砂體共同成因10；砂質(zhì)碎屑流沉積成因11-16；多成因重力流成因17-20等。本文充分利用鄂爾多斯盆地西南部鉆及長6油層組的32口井的巖心資料，并基于前人

3、關(guān)于致密油儲集砂體的研究成果8，18，21-22，以華池慶陽地區(qū)長6油層組致密油儲集砂體為研究對象，對研究區(qū)內(nèi)長6油層組中不同成因類型的致密油儲集砂體特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，深入分析了各類致密油儲集砂體的疊置關(guān)系，進(jìn)而建立了不同沉積環(huán)境下多種事件沉積成因的致密油儲集砂體成因模式，為華池慶陽地區(qū)長6油層組致密油的進(jìn)一步勘探、開發(fā)提供儲層預(yù)測依據(jù)，提升油氣鉆探的命中率。1 地質(zhì)背景在晚三疊世延長組沉積期，鄂爾多斯盆地為一大型陸相拗陷型湖盆，并表現(xiàn)出持續(xù)沉降的特征23。該時(shí)期鄂爾多斯湖盆中主要沉積了一套厚度約為1 200 m的陸源碎屑巖，主要發(fā)育的沉積相類型包括河流、沖積扇和三角洲等10，24。中國石油

4、長慶油田分公司根據(jù)油氣實(shí)際勘探的需要，將延長組自上而下劃分為長1油層組長10油層組。其中，長6油層組又可以按照巖性特征劃分為3個(gè)亞油層組，即長61、長62和長63亞油層組（圖1）。圖1圖1鄂爾多斯盆地華池慶陽地區(qū)地理位置（a）與延長組地層綜合柱狀圖（b）Fig.1Geographical location of Huac-Qingyang area （a） and the stratigraphic column of the Yanchang Formation （b）， Ordos Basin長6油層組沉積期為鄂爾多斯湖盆萎縮期，該油層組的底部巖性以厚層塊狀砂巖夾薄層泥巖為特征，中、上部主

5、要表現(xiàn)為深灰色泥巖與薄層粉-細(xì)砂巖互層沉積（圖1）。已有研究成果認(rèn)為鄂爾多斯盆地在長6油層組沉積期主要受到來自北東方向和南西方向的兩個(gè)物源體系控制23-25，處于盆地西南部的華池慶陽地區(qū)，其長6致密油儲集砂體同樣受到了這兩個(gè)方向的沉積體系控制，形成了多成因致密油儲集砂體類型（圖2）。圖2圖2鄂爾多斯盆地長6油層組沉積相平面展布Fig.2Planar distribution of sedimentary facies of the Chang 6 pay zone， Ordos Basin2 砂體成因類型及特征華池慶陽地區(qū)長6油層組主要發(fā)育三角洲前緣砂體、地震事件成因砂體（震積巖）、碎屑流砂體

6、、濁流砂體等多種致密油儲集砂體類型（表1）。表1鄂爾多斯盆地長6油層組致密油儲集砂體類型及特征對比Table 1Comparison of the four types of tight oil reservoir sand bodies in genesis and characteristics in the Chang 6 pay zone， Ordos Basin儲集砂體類型成因類型主要特征三角洲前緣砂體辮狀河三角洲前緣和曲流河三角洲前緣正常沉積分流河道砂體、河口壩砂體相互疊置地震事件成因砂體由突發(fā)性地震事件所形成的砂體發(fā)育地震事件沉積所特有的典型沉積構(gòu)造，如泄水構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造等砂質(zhì)碎

7、屑流沉積砂體具有塑性流變性質(zhì)和層流流動狀態(tài)的沉積物重力流常見呈層狀集中分布的泥巖撕裂屑，泥巖撕裂屑形狀不規(guī)則且無定向性，大小不一，磨圓度較差濁流沉積砂體近源砂質(zhì)濁積巖和遠(yuǎn)端細(xì)粒濁積巖近源砂質(zhì)濁積巖通常為鮑馬序列組合的ABC，CD，CDE和DE等，遠(yuǎn)端細(xì)粒濁積巖表現(xiàn)出塊狀或者遞變紋層。新窗口打開|下載CSV2.1 三角洲前緣砂體長6油層組在研究區(qū)內(nèi)以三角洲沉積為主，包括辮狀河三角洲前緣和曲流河三角洲前緣兩種亞相類型10，24。三角洲前緣亞相又可進(jìn)一步劃分為水下分流河道砂體和河口壩砂體26。單期分流河道砂體以平行層理、板狀或槽狀交錯層理的正粒序中砂巖、中-細(xì)砂巖特征為主，單期河口壩砂體以發(fā)育板狀交

8、錯層理和平行層理的反粒序細(xì)砂巖為特征。這兩種砂體類型相互疊置，共同構(gòu)成了多期水下分流河道砂體疊置和多期河口壩砂體疊置（圖3）。圖3圖3華池慶陽地區(qū)長61亞油層組三角洲前緣砂體剖面結(jié)構(gòu)a.水下分流河道，白244井； b.河口壩，木22井Fig.3Lithological profile of the delta front sand bodies in the Chang61pay zone， HuachiQingyang area2.2 地震事件成因砂體地震事件成因砂體與坡折帶重力成因砂體有明顯不同10，27。突發(fā)性地震事件所形成的砂體與地震發(fā)生過程（初震、強(qiáng)震、余震）關(guān)系密切28-30，其發(fā)

9、育的典型沉積構(gòu)造主要包括：地震初期（初震期）形成的泥巖撕裂屑構(gòu)造；強(qiáng)震初期形成的微斷裂構(gòu)造；地震強(qiáng)烈期（強(qiáng)震期）形成的滑塌變形構(gòu)造；地震初期或末期（余震期）形成的負(fù)荷構(gòu)造或砂球、砂枕層31。長6油層組在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育由地震事件形成的震褶巖、震塌巖、微同沉積斷裂、液化擺動構(gòu)造、液化砂巖脈和液化卷曲變形等多種典型震積巖類型（圖4）。其中，震塌巖和微同沉積斷裂為硬巖層的破碎和斷裂所形成，對應(yīng)了地震強(qiáng)震期；而液化擺動構(gòu)造、液化砂巖脈和液化卷曲變形等是由未固結(jié)的沉積層發(fā)生液化作用所形成，震褶巖則是由未固結(jié)巖層發(fā)生水塑性變形作用所形成，對應(yīng)了地震初期或末期。圖4圖4華池慶陽地區(qū)長6油層組不同鉆井地震事件

10、沉積特征（巖心照片）a.震褶巖，埋深2 489.00 m，環(huán)62井； b.震塌巖，埋深1 553.67 m，寧36井； c.兩組相反方向的微同沉積斷層，埋深1 679.00 m，固9井； d.液化擺動構(gòu)造，埋深1 434.10 m，塔17井； e.液化砂巖脈，埋深2 154.30 m，鎮(zhèn)279井； f.液化卷曲變形，埋深1 503.00 m，寧36井Fig.4Sedimentary characteristics of seismites in cores from different wells in the Chang 6 pay zone in HuachiQingyang area（c

11、ore images）2.3 砂質(zhì)碎屑流沉積砂體華池慶陽地區(qū)分布最廣、含油性最好、儲集性能最佳的砂體類型是砂質(zhì)碎屑流沉積砂體11，14-15，32，其巖性主要為中-細(xì)砂巖，呈塊狀構(gòu)造，分選性和磨圓度好，泥質(zhì)雜基含量介于4.8 %10.0 %，單層砂體厚度一般大于0.5 m33-34。砂質(zhì)碎屑流沉積砂體中常見呈層狀集中分布的泥巖撕裂屑，這些泥巖撕裂屑形狀不規(guī)則且無定向性，大小不一，磨圓度較差（圖5）。此外，砂質(zhì)碎屑流沉積砂體中常見典型的“泥包礫”結(jié)構(gòu)，這是確定砂體成因類型為砂質(zhì)碎屑流沉積砂體的重要證據(jù)32。圖5圖5華池慶陽地區(qū)長6油層組砂質(zhì)碎屑流沉積特征（巖心照片）a.塊狀中-細(xì)砂巖，埋深1 4

12、95.00 m，寧36井； b.泥巖撕裂屑，埋深1 500.00 m，寧36井； c.泥巖撕裂屑，埋深1 998.02 m，西206井Fig.5Images showing the characteristics of the sandy debrisflow deposits in the Chang 6 pay zone in HuachiQingyang area（core images）2.4 濁流沉積砂體濁流沉積砂體在研究區(qū)長6油層組中廣泛發(fā)育21，35，常見正粒序特征，且在底部可見多種底面構(gòu)造類型，如槽模和溝模等36（圖6）。研究區(qū)內(nèi)的濁流沉積砂體類型主要為近源砂質(zhì)濁積巖和遠(yuǎn)端細(xì)粒

13、濁積巖37。近源砂質(zhì)濁積巖巖性一般為細(xì)砂巖和粉砂巖，巖相組合一般為一個(gè)或者多個(gè)向上變細(xì)的不完整鮑馬序列組合，通常為鮑馬序列組合中的ABC，CD，CDE和DE等，在其底面可見侵蝕接觸，見溝模、槽模、重荷模等構(gòu)造類型（圖7）。遠(yuǎn)端細(xì)粒濁積巖巖性一般為粒度小于0.1 mm的細(xì)粒沉積巖（泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及富有機(jī)質(zhì)泥頁巖等），巖相組合表現(xiàn)為塊狀砂巖和具遞變紋層砂巖的相互疊置。圖6圖6華池慶陽地區(qū)長62亞油層組濁積砂體底部的底模構(gòu)造（巖心照片）a.溝模，埋深1 678.80 m，固6井； b.槽模，埋深1 768.40 m，莊42井； c.重荷模，埋深1 675.60 m，固10井Fig.6I

14、mages showing the mold structure at the bottom of turbidite sand bodies in the Chang 62pay zone in HuachiQingyang area（core images）圖7圖7華池慶陽地區(qū)莊42井長6油層組濁積扇沉積序列a.地層綜合柱狀圖； b.鮑馬序列，埋深1 787.201 788.40 m； c.單一粒級遞變序列濁積巖，埋深1 816.101 817.00 mFig.7Sedimentary sequence of turbidite fans in the Chang 6 pay zone i

15、n Well Zhuang 42 in Huachi-Qingyang area3 砂體疊置關(guān)系研究區(qū)長6油層組發(fā)育多種類型的砂體，其垂向疊置特征對于認(rèn)識不同砂體的成因關(guān)系意義重大。通過對研究區(qū)大量鉆井進(jìn)行巖心觀察，可以看出長6油層組致密油儲集砂體具有以下疊置特征。3.1 三角洲前緣砂體與震積巖砂體疊置在研究區(qū)，這種砂體疊置特征主要表現(xiàn)為正常沉積的三角洲前緣砂體與地震事件形成的具有液化變形構(gòu)造的震積巖砂體之間的疊置（圖8）。這類震積巖砂體通常是由地震發(fā)生期的三角洲前緣砂體發(fā)生液化而形成；在地震平靜期，正常沉積的三角洲前緣砂體沉積在震積巖砂體之上；地震發(fā)生期與地震平靜期交替發(fā)生，就形成了三角洲前

16、緣砂體與震積巖砂體在垂向上相互疊置的現(xiàn)象。圖8圖8華池慶陽地區(qū)鎮(zhèn)58井長62亞油層組三角洲前緣水下分流河道砂體與震積巖砂體疊置特征a.巖心素描圖；b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 277.03 m； d.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 274.92 m；e.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 273.65 mFig.8Superimposition characteristics of delta front underwater distributary channel sand bodies and seismite sand bodies of the

17、 Chang 62pay zone in Well Zhen 58， HuachiQingyang area3.2 震積巖砂體與碎屑流沉積砂體疊置古地震發(fā)生時(shí)，不僅會形成具有液化變形構(gòu)造的震積巖砂體，還會在湖盆底部發(fā)育碎屑流，形成碎屑流沉積砂體。在研究區(qū)內(nèi)的長6油層組沉積演化過程中，當(dāng)?shù)卣鹗录推鋵?dǎo)致的碎屑流事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，就形成了震積巖砂體與碎屑流沉積砂體的疊置，這兩種事件沉積砂體類型在垂向上相互疊置、在平面上密切共生（圖9a）。圖9圖9華池慶陽地區(qū)長63亞油層組致密油儲集砂體在鉆井巖心上的疊置關(guān)系a.震積巖砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體疊置，樣品7-63/718-39/77，木11井，埋深1 211

18、1 218 m； b.碎屑流砂體與濁流砂體疊置，夾有小段震積巖砂體，樣品6-52/1196-83/119，莊42井，埋深1 1891 196 mFig.9Superimposition characteristics of sand bodies in cores from the Chang 63tight oil pay zone in HuachiQingyang area3.3 碎屑流砂體與濁流事件成因砂體疊置古地震事件所誘發(fā)的碎屑流會順著湖盆坡度逐漸向湖盆中心流動，伴隨流動進(jìn)程，碎屑流在半深湖-深湖地區(qū)逐漸演化為濁流沉積37-38。在半深湖-深湖沉積環(huán)境主要發(fā)育濁流事件成因砂體，而在

19、濱淺湖區(qū)域則以發(fā)育碎屑流砂體為主，而在坡折帶區(qū)域不僅廣泛發(fā)育濁積砂體，也發(fā)育有與地震事件相關(guān)的碎屑流砂體，這些區(qū)域在垂向上形成了碎屑流砂體與濁積砂體的疊置現(xiàn)象（圖9b）。在研究區(qū)內(nèi)，長6油層組在寧縣、慶陽、合水和固城川地區(qū)，主要發(fā)育碎屑流砂體與濁流事件成因砂體疊置。3.4 震積巖砂體、碎屑流砂體、濁流砂體之間的疊置在研究區(qū)內(nèi)，除了三角洲前緣砂體與震積巖砂體、震積巖砂體與碎屑流沉積砂體、碎屑流砂體與濁流事件成因砂體這些兩種類型砂體之間發(fā)生疊置之外，在相關(guān)鉆井巖心中還可以看到震積巖砂體、碎屑流砂體以及濁流事件成因砂體之間相互疊置的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象反映了在半深湖-深湖區(qū)域，不僅發(fā)育碎屑流砂體和濁流砂體

20、，而且地震事件也可以在其中發(fā)生震動變形作用，產(chǎn)生震積巖砂體（圖9b）。4 不同砂體之間成因關(guān)系及發(fā)育模式4.1 不同砂體之間成因關(guān)系在長6油層組沉積期，湖盆處于收縮期，周圍的三角洲不斷向盆內(nèi)進(jìn)積，搬運(yùn)來了大量的陸源碎屑物質(zhì)，此時(shí)研究區(qū)內(nèi)的華池地區(qū)處于東北三角洲前緣部位，慶陽地區(qū)處于西南三角洲前緣位置。周期性突發(fā)的地震事件會導(dǎo)致三角洲前緣不穩(wěn)定的前緣朵葉體發(fā)生坍塌，形成液化變形的震積巖砂體，震積巖最上部在重力作用下，轉(zhuǎn)化為碎屑流進(jìn)一步搬運(yùn)，形成碎屑流沉積砂體；碎屑流進(jìn)一步向前推進(jìn)轉(zhuǎn)化為濁流，進(jìn)而形成濁積砂體（圖9）。當(dāng)?shù)卣鹗录俅伟l(fā)生時(shí)，上述變化會重復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致不同地區(qū)、不同沉積相帶、不同成因類

21、型的儲集砂體在垂向上相互疊置，在平面上密切共生 （圖10，圖11）。圖10圖10華池慶陽地區(qū)寧34井長63亞油層組震積巖砂體、碎屑流砂體、濁積砂體巖心照片及相互疊置剖面結(jié)構(gòu)a.巖心素描圖；b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.底模構(gòu)造與鮑馬序列，埋深1 574.30 m； d.褶皺層（液化卷曲變形），埋深1 572.80 m；e.震塌巖，埋深1 571.70 m； f.濁積巖底模構(gòu)造，埋深1 571.90 mFig.10Core pictures showing sand bodies of seismite， debrisflow and turbidite types， and profile showing their superimposition in the Chang 63pay zone in Well Ning 34， HuachiQingyang area圖11圖11華池慶陽地區(qū)環(huán)62井長63亞油層組震積巖與濁積砂體巖心照片及互層剖面結(jié)構(gòu)a.巖心素描圖； b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.震塌巖及液化變形構(gòu)造，埋深1 575.50 mFig.11Core pictures showing sand bodies of seismite and