鄂爾多斯盆地南部延長組沉積體系及其砂體展布特征

鄂爾多斯盆地南部延長組沉積體系及其砂體展布特征

0盆地南部沉積相鄂爾多斯盆地位于中國北部的地臺西部。它是中國大陸上的第二個沉積物盆地。穿過陜西省、甘肅省、寧山西省、山西省和晉山西省。盆地面積37.14km2。天然氣豐富。這是中國現(xiàn)在最大的石油、天然氣儲量和產(chǎn)量增長。該盆地具有“南油北氣”的特點,石油主要富集在盆地南部三疊系延長組和侏羅系延安組中,已發(fā)現(xiàn)安塞、西峰、姬塬等億噸級大油田。鄂爾多斯盆地南部由于地表條件、地震資料覆蓋及資料品質(zhì)的限制鉆井一直是油氣勘探的重要手段。前人對研究區(qū)沉積體系及砂體展布規(guī)律進行了大量研究,取得了豐富的成果[1~8],認為低孔、低滲背景下的相對高孔高滲帶是有利勘探區(qū)。盡管如此,沉積體系及砂體展布仍存在諸多爭議,特別是盆地南部,由于各自采用的劃分對比標準不同,認識結(jié)果差異很大,給油氣的進一步勘探開發(fā)帶來困難。因此,筆者在前人研究成果的基礎上,綜合利用鉆井、測井、野外露頭等資料,以層序地層學的原理和方法為指導,對該區(qū)的地層展布、沉積體系及砂體展布規(guī)律進行了重新認識。1研究區(qū)地質(zhì)背景鄂爾多斯盆地是一個多構(gòu)造體系、多旋回演化、多沉積類型的大型盆地[11~14]。根據(jù)盆地的地質(zhì)演化史及中生界地質(zhì)構(gòu)造特征,劃分為伊盟隆起區(qū)、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西褶曲帶、天環(huán)坳陷和西緣逆沖帶6個構(gòu)造單元。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部,即延安—環(huán)縣以南,構(gòu)造上包括伊陜斜坡南部、天環(huán)坳陷南部和渭北隆起北部(圖1)。鄂爾多斯盆地晚三疊世進入內(nèi)陸湖盆演化時,經(jīng)歷了晚三疊世和侏羅紀2個湖盆演化旋回階段,發(fā)育了上三疊統(tǒng)延長組和侏羅系富縣組、延安組的河流—湖泊相地層。三疊系延長組為盆地中生界主力烴源巖沉積期,長6—長8油層組為湖相暗色泥巖、頁巖、油頁巖組合,有機質(zhì)豐度高,烴源巖類型好,成熟度高,是盆地最主要的烴源巖系。研究區(qū)長期處于湖盆的沉積中心,烴源巖分布廣泛。北東、南西、北西3大物源體系形成以三角洲前緣水下分流河道砂體和砂壩為主的儲集體,總體為低孔、低滲,局部發(fā)育高孔、高滲帶,儲層和烴源巖交互疊置,形成自生、自儲油氣藏。2中期旋回及沉積特征鄂爾多斯盆地延長組經(jīng)歷了一個完整的沉積旋回。以鉆井、錄井、測井及露頭等資料為基礎,將延長組劃分為5個長期旋回,22個中期旋回(表1)。長期旋回自下而上分別命名為SC1,SC2,SC3,SC4和SC5旋回。在此基礎上建立了鄂爾多斯盆地南部高分辨率層序地層格架。SC1旋回:包括長10油層組,劃分為3個中期旋回。該旋回為盆地演化早期,河流相沉積。巖性主要為一套灰綠色、肉紅色厚層狀中、粗長石砂巖夾深灰色及暗紫色泥巖,厚度一般為250~350m。測井曲線特征為低伽馬、低自然電位。分布范圍較小,在郎9井以南地區(qū)尖滅(圖2)。SC2旋回:包括長9油層組和長82油層組,劃分為3個中期旋回。該時期盆地經(jīng)歷了第一次湖盆擴張,長9油層組沉積晚期湖盆擴張達到最大,沉積了第一套烴源巖,俗稱李家畔頁巖,在富縣地區(qū)比較發(fā)育,巖性為灰黑色泥巖、頁巖,測井曲線特征為高伽馬、高電阻率、高聲波時差。研究區(qū)西部主要為砂巖與泥巖的交互沉積,測井曲線特征為高伽馬、高電阻,略帶擴徑現(xiàn)象。下降半旋回(長82油層組)主要為一套砂巖沉積夾薄層泥巖,測井曲線為低伽馬、低自然電位,分布比較廣泛。SC3旋回:包括長81、長7和長63油層組,劃分為6個中期旋回。其中,上升半旋回包括長81—長73油層組,主要為粉細砂巖與泥巖的交互沉積,向上逐漸變?yōu)榘瞪鄮r、油頁巖,形成該旋回的最大湖泛沉積。該時期是湖盆發(fā)展演化的全盛期,湖盆范圍擴張至最大,形成了內(nèi)陸湖盆演化階段最主要的烴源巖,俗稱張家灘頁巖,為深湖—半深湖沉積,分布穩(wěn)定。測井曲線表現(xiàn)為高電阻、高伽馬特征。在前烈橋野外剖面中顯示為厚層暗色頁巖的特征,而在延河剖面則顯示為薄層油頁巖與砂巖互層的特征。長72—長63形成下降半旋回,主要為細砂巖、粉砂巖和泥巖夾凝灰?guī)r沉積。SC4旋回:包括長62—長33油層組,劃分為5個中期旋回。該旋回為整體湖退背景下短暫的湖侵,上升半旋回包括長62—長4+52油層組,旋回下部主要為細砂巖、粉砂巖夾泥巖和鈣質(zhì)泥巖沉積,旋回上部為暗色泥巖、薄層油頁巖和粉—細砂巖沉積,形成了延長組局部烴源巖。下降半旋回包括長4+5和長33油層組,主要為灰黑色泥巖與淺灰色粉—細砂巖互層。SC5旋回:包括長32—長1油層組,劃分為5個中期旋回。該旋回為三疊系湖盆收縮到衰亡期。長2油層組沉積時期湖盆水體變淺、萎縮,主要為河控三角洲平原亞相,分流河道砂體較發(fā)育。長1油層組為晚三疊世湖盆衰亡階段,主要為湖沼相的灰黑色和深灰色泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層與淺灰綠色粉—細砂巖的互層沉積。旋回頂部的湖沼相煤系地層是鄂爾多斯盆地的主要煤層之一。3下降型“一帶一路”砂體在層序地層格架內(nèi)分析了研究區(qū)沉積體系和砂體展布規(guī)律。鄂爾多斯盆地南部地區(qū)延長組發(fā)育南西、北東、北西3大物源體系。南西和北西為辮狀河三角洲沉積,北東為曲流河三角洲沉積,且南西和北東物源體系影響了盆地大部分地區(qū)。目前對于南東沉積體系的認識還存在較大的分歧,一種認為南東地區(qū)存在黃陵三角洲,該三角洲影響了黃陵、旬邑,甚至富縣地區(qū)也受到了北東和南東2個物源體系的控制;另一種認為北東物源影響了富縣地區(qū),而黃陵三角洲控制了旬邑、黃陵地區(qū)。層序地層分析及層序格架下的沉積體系研究認為,研究區(qū)受北東和南西2大物源控制,北東物源影響了西南部的富縣、旬邑等地區(qū)。SC1旋回(長10油層組):發(fā)育曲流河三角洲、辮狀河三角洲和深湖—半深湖沉積體系。其中三角洲沉積體系主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣亞相,南西辮狀河三角洲沉積體系發(fā)育的三角洲平原亞相分布較廣發(fā)育5支分流河道,北東物源三角洲沉積體系發(fā)育3支分流河道,向南延伸較遠,深湖—半深湖面積較小。SC2旋回(長9—長82油層組):盆地南部繼承性坳陷擴張,湖泊沉積體系以半深湖—深湖相和湖底扇為主,三角洲沉積體系以三角洲前緣亞相為主。該時期,沉降中心為偏西南,在隴東地區(qū)形成了該區(qū)第一套烴源巖,谷稱李家畔頁巖,而晚期長82油層組的分流河道砂體則形成隴東地區(qū)主力油層(圖2)。南西向發(fā)育3支分流河道,第一支呈南西—北東向,沿鎮(zhèn)探4井—鎮(zhèn)33井分布;第二支基本與第一支平行,沿花所—黨原—井陳家一帶延伸;第三支呈北東向,沿涇川—慶6井一帶展布。彬縣地區(qū)發(fā)育繼承性湖底扇砂體,西部的湖底扇向北東方向推進,大致在長慶橋—長14井區(qū)中部的湖底扇寬度減小,呈細條帶狀經(jīng)正寧地區(qū)向北東方向延伸。富縣、旬邑—宜君地區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、河口壩、分流間灣微相。水下分流河道砂體主要有3支,均為北東—南西向展布,在旬邑—宜君地區(qū)匯集成1支。SC3旋回(長81—長63油層組):該時期為鄂爾多斯盆地湖盆擴張鼎盛期,特別是長73沉積時期,湖盆面積達到最大,以一套穩(wěn)定、巨厚的深湖—半深湖相泥巖沉積為主,是盆地中生界最重要的生油巖系。此時,西南地區(qū)砂體分布范圍有限,主要發(fā)育水下分流河道砂體和河口壩砂體,呈南西—北東向延伸;東北地區(qū)發(fā)育2支水下分流河道,呈南西—北東向延伸,并在旬邑—宜君區(qū)塊變?yōu)楹咨?。后?隨著盆地基底的抬升,湖盆開始收縮,沉積補償速率大于沉降速率,沉積作用漸趨增強。研究區(qū)水體較深,在半深湖—深湖相環(huán)境中沉積了湖底扇和三角洲前緣儲集砂體。西南地區(qū)發(fā)育2支分流河道砂體,一支分布于花所—黨原—白家下坳—平泉地區(qū),呈南西—北東展布;另一支沿鎮(zhèn)評1井—紅河5井呈南西—北東向展布。此時,東北地區(qū)砂體最為發(fā)育,共發(fā)育5支水下分流河道,向西南方向延伸至旬邑—宜君地區(qū),逐漸演變?yōu)楹咨?。SC4旋回(長62—長33油層組):湖盆開始萎縮,但長4+5油層組沉積早期湖盆經(jīng)歷了短暫的擴張,形成了一套局部烴源巖。與長63油層組相比,該旋回沉積時期砂體的厚度、分布面積有所減小。西南地區(qū)主要發(fā)育2支主河道砂體,呈南西—北東向平行展布,一條沿平泉—鎮(zhèn)評1井—鎮(zhèn)33井一線分布;另一支沿崇信—黨原—紅河8井一線分布,呈南西—北東向展布。同時,沉積剝蝕邊界向盆地內(nèi)部遷移,在長4+5油層組沉積時期,沉積邊界已經(jīng)到達隴東地區(qū)南緣。在正寧以西發(fā)育北西—南東向展布的殘留深湖及半深湖泥巖沉積,西南部彬縣地區(qū)湖底扇沉積范圍明顯縮小,南緣分布的濁積砂體隨著湖底地形的改變向西南方向退縮,僅在正3井西南部分布。東北地區(qū)主要發(fā)育4支北東向分支河道,穿過陜北—富縣地區(qū)在旬邑—宜君地區(qū)匯聚成一條主河道,砂體寬度、厚度增加。SC5旋回(長32—長1油層組):湖盆開始逐步淤淺、萎縮、消亡。由于盆地抬升,湖盆明顯萎縮,三角洲沉積體系大幅度地向湖盆內(nèi)推進,深湖范圍已退縮至正寧一帶。西南彬縣地區(qū)發(fā)育濁積巖,但僅限于正1井、寧縣慶37井及慶7井區(qū),砂體厚度較薄,沉積范圍較小。東北部陜北—富縣地區(qū)發(fā)育大套三角洲前緣和前三角洲沉積,在里1井至建1井廣大區(qū)域內(nèi)主要以水下分流河道砂體為主。向南部至廟灣、四朗廟一帶,河流的水動力明顯減弱,主要的儲集砂體類型為河口壩、遠砂壩,砂體厚度較薄。長2期由于盆地強烈抬升剝蝕,地層僅在湖盆內(nèi)及南部部分地區(qū)有所保留,西南部剝蝕殆盡。隨著湖盆的萎縮和肢解,湖盆的收縮速度加劇,區(qū)內(nèi)沉積相均以濱淺湖和三角洲平原相為主。砂體只在東南部四朗廟、耀縣廟灣一帶發(fā)育,水下分流河道由東北四朗廟地區(qū)向西南廟灣和東南金鎖關一帶散開。在建莊以北,主要為三角洲平原沉積,砂體厚度明顯增厚。富縣地區(qū)主要發(fā)育三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道砂體。鄂爾多斯盆地南部三疊系延長組沉積體系的演化主要分為2個階段,即長7油層組沉積之前和之后。長7油層組沉積之前,湖盆從河流相沉積向湖泊相沉積轉(zhuǎn)化,并經(jīng)歷2次湖侵(一次在長9油層組沉積晚期,一次在長7油層組沉積早期)。早期湖侵范圍局限,主要集中在該區(qū)的東部地區(qū),晚期湖侵最大,形成延長組沉積時期的最大湖泛。長7期之后,湖盆整體處于萎縮階段,但在長4+5油層組沉積時期形成了萎縮期的一次短暫湖侵。長3期之后,北東物源成為該區(qū)沉積的主要物源。4西峰油田油氣勘探的地質(zhì)背景鄂爾多斯盆地南部地區(qū)的小層對比存在嚴重的穿時性,影響了油氣的勘探,特別是東南部地區(qū)的油氣勘探。層序地層的對比保證了小層的等時性,在此基礎上進行的沉積體系研究更接近實際沉積特征和演化規(guī)律。鄂爾多斯盆地南部三疊系延長組北東物源體系控制的陜北地區(qū)發(fā)現(xiàn)了安塞油田,主要層位為長2+3油層組和長6油層組;南西物源體系控制的隴東地區(qū)發(fā)現(xiàn)了西峰油田,主要層位為長8油層組,儲集砂體為三角洲前緣水下分流河道砂體。南西物源發(fā)育4~5支辮狀河三角洲前緣水下分支河道砂體,北東物源發(fā)育2~3支三角洲前緣水下分流河道砂體,這些河道砂體具有良好的繼承性,可在長6—長8油層組內(nèi)與主力烴源巖構(gòu)成“交互式”(生油層與儲集層互層)、“側(cè)變式”(儲層向深水區(qū)相變?yōu)樯蛯?、“覆蓋式”(生油巖覆蓋在儲層之上)、“上覆式”(生油巖在儲層之下)和“指狀式”(生油巖與儲層呈指狀夾層接觸)等接觸方式,構(gòu)成良好的生、儲、蓋組合,從而形成有效的巖性圈閉,成因此可為油氣富集的主要場所(圖3)。研究認為,北東物源主要為曲流河三角洲沉積,是一個強勢物源體系。它不僅提供了陜北、富縣地區(qū)沉積,而且其三角洲前緣及滑塌還提供了旬邑、宜君地區(qū)沉積。研究區(qū)東南部富縣的3~4支分流河道砂體及旬邑地區(qū)的水下分流河道砂體和前緣滑塌砂體成為東南地區(qū)油氣富集和勘探的主要目標。低幅度構(gòu)造對油氣聚集的影響也不容忽視,特別是在陜北地區(qū),低幅度構(gòu)造與油氣分布具有較為明顯的關系,因此,相對高孔、滲帶與低幅度構(gòu)造的疊加區(qū)應是最有利的勘探區(qū)。5盆地南部地區(qū)(1)鄂爾多斯盆地南部延長組高分辨率層序地層可劃分為5個長期旋回,22個中期旋回。這種劃分統(tǒng)一了該地區(qū)