鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)三疊系延長組長6段滑塌變形特征研究

巨銀娟，張小莉

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安　710069)

?

·地球科學(xué)·

鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)三疊系延長組長6段滑塌變形特征研究

巨銀娟，張小莉

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

對鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)14口井長6段約950 m長的巖心中普遍發(fā)育的滑塌變形進(jìn)行詳細(xì)的觀察統(tǒng)計(jì),在巖心標(biāo)定的基礎(chǔ)上綜合薄片觀察、測井、錄井以及物性分析等資料，以研究白豹地區(qū)長6段滑塌變形的沉積特征、類型、分布規(guī)律及成因機(jī)制。研究后認(rèn)為，沉積物自身的重力是發(fā)生滑塌變形的根本動力,坡折帶及其以上的泥質(zhì)薄弱層是滑塌沉積的必要條件。滑塌面上部地層中多見滑塌角礫巖、滑塌裂縫等大強(qiáng)度脆性變形,而砂巖脈(腸)、火焰構(gòu)造、重荷模等塑性變形多發(fā)育在滑塌面附近的砂泥巖互層中,純泥巖中可見滑塌褶皺。統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)各井中長6段滑塌變形在東西方向上數(shù)量明顯多于南北方向,而且東西向各井中的滑塌變形嚴(yán)格限定在巖性地層單元內(nèi)且南北方向具有穿層特征，這說明該區(qū)滑塌沉積主要沿近南北方向發(fā)生。

白豹長6段；滑塌變形；深水重力流；滑塌沉積；重力失衡；薄弱帶

1　沉積背景及選題依據(jù)

白豹地區(qū)位于鄂爾多斯盆地吳起以南，馬嶺以北,八珠—賀旗以東，義正—張岔以西,總面積約8 000 km2(見圖1)，是陜北斜坡一級構(gòu)造單元中西部的重要勘探區(qū)域。該區(qū)延長組長6段是整個(gè)盆地的主力產(chǎn)層,不少學(xué)者對白豹地區(qū)長6段的沉積背景及其中大量發(fā)育的深水塊狀砂巖進(jìn)行了研究，并取得一定成果。目前，比較一致的認(rèn)識是白豹地區(qū)屬于三角洲前緣近前三角洲斜坡帶,沉積微相以東北—西南水下分流河道為主,河口壩不發(fā)育[1-6]；也有觀點(diǎn)認(rèn)為白豹地區(qū)存在湖盆底部的濁流沉積,屬于深水濁積扇的一部分[7-12]。這兩種觀點(diǎn)的分歧在于如何解釋白豹地區(qū)長6段為何發(fā)育大量的滑塌沉積變形?這些滑塌變形發(fā)生的根本動力是什么?各種滑塌變形的成因過程如何?

綜合分析前人的研究成果可知，若巖心中觀察到的滑塌變形為濁流沉積,則其沉積序列必然具有鮑馬序列,因?yàn)闈崃魇强恳后w湍流支撐顆粒使之呈懸浮狀態(tài)而流動,但在已發(fā)表文獻(xiàn)及實(shí)際巖心觀察中并沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。另外，近些年關(guān)于白豹地區(qū)長6期三角洲前緣末端及深水區(qū)域存在坡折帶和這些坡折帶的坡度、展布方向、排列規(guī)模等的研究均有較大進(jìn)展。其中，傅強(qiáng)等認(rèn)為，鄂爾多斯湖盆西南緣及東北緣發(fā)育典型拗陷型坡折帶,西南緣(白豹—華池)一帶為單一陡坡坡折帶，而北東緣具有多級緩坡特征[13];竇偉坦等提出，白豹地區(qū)存在三角洲臺型前緣和坡型前緣兩種坡折帶,其中臺型坡折帶以水下分流河道疊置砂體為主,坡型前緣砂體以水下分流河道和河口壩組合砂體為主[14];付鎖堂等指出，在盆地西南，巨型砂帶呈北西—南東向平行于相帶界線而展布,與三角洲前緣砂體呈現(xiàn)出“斷根”現(xiàn)象;在馬家山—吳起—白豹—張岔地區(qū)存在一條典型的水下坡折帶,幾乎平行于深湖界限,大量的深水滑塌砂體堆積在坡折帶的西南方向[15]。總結(jié)分析可得出，前人已有的研究大多是在證實(shí)白豹地區(qū)存在水下坡折帶或者是關(guān)于坡折帶以下深水塊狀砂體展布特征的研究,而對于各種滑塌變形的特征、類型、分布規(guī)律以及成因機(jī)制的研究并未深入涉及,展開針對滑塌特征的研究對于進(jìn)一步研究三角洲前緣末端坡折帶周緣儲集體的意義重大,有助于進(jìn)一步挖掘白豹地區(qū)長6段儲層油氣的潛力。

通過詳細(xì)觀察白豹地區(qū)14口重點(diǎn)井長約950 m的巖心特征,總結(jié)分析巖心中存在的各種滑塌變形特征及成因,在巖心和成像測井資料共同匹配標(biāo)定的基礎(chǔ)上，拾取該區(qū)滑塌變形測井響應(yīng)特征,系統(tǒng)識別解釋出白豹各井中長6段滑塌變形的長度及數(shù)量,統(tǒng)計(jì)出滑塌沉積在區(qū)域上的分布規(guī)律進(jìn)而探討目的層段滑塌沉積的成因機(jī)制。

2　巖心滑塌類型及特征

2.1滑塌變形的類型特征

巖心中滑塌變形主要發(fā)育在灰色、深灰色正遞變的細(xì)礫砂巖、細(xì)粉砂巖中,鑒別標(biāo)志是:粒序?qū)永砗偷酌媲治g構(gòu)造與下部泥巖呈截然平直接觸，與其上部泥巖呈漸變接觸。儲集體有兩種,一種為含有灰黑色漂浮狀泥礫，以細(xì)砂巖為基質(zhì)的儲層,另一種是底部無侵蝕面，與長條狀泥礫順層排列無層理的塊狀砂巖儲層,這兩種塊狀砂巖呈互層出現(xiàn)[16-18]。白豹地區(qū)巖心中滑塌變形的特征及成因分析如下。

2.1.1滑塌角礫巖滑塌角礫巖是未固結(jié)細(xì)粒沉積物因含有大量水分在地形稍有起伏的情況下,在重力作用下沿斜坡滑動,巖石遭到強(qiáng)烈揉皺或破碎成塊而具有角礫狀外貌；其以飛鳥狀和不規(guī)則團(tuán)塊狀最為常見,泥巖碎屑一般具有被拉長、彎曲或明顯撕裂的痕跡,也有泥礫邊緣被擠壓而變圓滑,這表明當(dāng)時(shí)其處于半固結(jié)狀態(tài)(見圖2A, D,F, G)。

2.1.2液化巖脈及巖腸液化砂、泥巖脈或巖腸是重力滑塌引發(fā)軟沉積物液化泄水而成。巖脈在泥巖或砂巖中均有發(fā)育,脈體成分多為砂質(zhì)(其中或多或少含有“圍巖”巖屑),呈不規(guī)則狀延伸；在縱向剖面上呈絲絮狀、飄帶狀，這表明充填微裂隙過程時(shí)對“圍巖”的侵蝕和吞食作用,形成機(jī)理類似于巖漿侵入圍巖(見圖2B, G)。

2.1.3滑塌褶皺滑塌褶皺是細(xì)粒沉積物未固結(jié)呈塑性狀態(tài)時(shí),因重力失衡產(chǎn)生含水塑性滑塌變形而形成。此類小揉皺相互連接呈波狀彎曲,形態(tài)各異，褶皺面無規(guī)律可循,與構(gòu)造作用引起的層間褶皺變形有明顯的區(qū)別(見圖2A,C)。

2.1.4包卷層理在三角洲前緣前端滑塌過程中，原來的片狀、長條狀泥巖或粉砂巖在變形過程中不斷被移動、旋轉(zhuǎn)，兩端被圓化,形成一種類似眼球的橢圓體。巖心觀察可見有粉砂巖包繞泥巖，也有暗色泥巖被撕裂開并塞入砂巖(見圖2G)。另外，由于重力滑塌使軟沉積物發(fā)生液化后,粉砂中的壓力相對較大,流動性也相對較好,致使它們“亂竄”，把泥巖撕裂或膨脹成拉長的絮狀構(gòu)造(見圖2H，I)。

2.1.5環(huán)形層理紋層狀軟沉積物尚未達(dá)到液化程度時(shí)發(fā)生伸展變形,環(huán)形橫斷面呈封閉同心圓狀,環(huán)形層長軸平行于巖層層面,短軸垂直于層面,長軸略微向下傾斜,大部分環(huán)形層理因其長度超過巖心直徑,故不能見到完整的環(huán)形層(見圖2E，I，J)。

2.1.6砂枕、重荷模及火焰構(gòu)造這種構(gòu)造因其上下相鄰的沉積物存在較大的密度差,在地震液化作用結(jié)束后，沉積物體積收縮，底面下沉，滑塌過程中，上覆細(xì)、粉砂層等未固結(jié)沉積物不均衡負(fù)載向軟性泥質(zhì)沉積物中沉陷而成(見圖2C)。研究區(qū)重荷模厚度在側(cè)面有變化,內(nèi)部層理通常發(fā)生輕微變形并與火焰構(gòu)造伴生,當(dāng)砂層呈枕狀或球狀脫落并墜入下伏泥質(zhì)沉積物時(shí)，可形成火焰構(gòu)造(見圖2A，C，K)。

2.2滑塌變形體的測井特征及分布規(guī)律

詳細(xì)觀察白豹地區(qū)14口井累計(jì)約950多米長的巖心滑塌沉積特征,以12口具有成像測井資料的單井作為重點(diǎn),總結(jié)白豹長6段巖心中滑塌變形縱向分布特征有以下幾點(diǎn):①巖心中滑塌變形或裂縫大多斜切巖心柱,縫面不平直呈凸凹起伏狀。②在不同巖性中滑塌變形的類型不同。砂巖中以滑塌礫巖、撕裂等高角度變形為主;砂泥互層中以滑塌褶皺、包卷變形、液化巖腸(脈)為主;純泥巖中只見滑塌褶皺。③滑塌變形中顯性破裂發(fā)生在三角洲前緣砂體中,而褶皺等塑性變形則多發(fā)育在三角洲前緣末端與前三角洲泥巖之間的砂泥互層中。

圖3　白269井長6滑塌構(gòu)造及巖心對比圖Fig.3　Calibration showing core characters and log analysisi of Bai 269 well

在巖心滑塌特征精確標(biāo)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合常規(guī)及成像測井等有效單井資料(見圖3),拾取出能系統(tǒng)識別滑塌變形及滑塌裂縫的綜合測井響應(yīng)特征為:成像測井中團(tuán)塊、長條等形狀不規(guī)則的異常暗色或亮色造影；當(dāng)滑塌縫被方解石膜等高阻物質(zhì)充填時(shí)顯示為亮色異常,若是被泥質(zhì)等松散物質(zhì)充填,因壓實(shí)及成巖作用差，含水多而導(dǎo)致其導(dǎo)電性相對于原巖明顯變好,顯示為黑色或暗色異常。滑塌構(gòu)造及滑塌裂縫在形態(tài)上呈凸凹無序狀，極不規(guī)則,所以在成像測井上顯示為塊狀(滑塌角礫)、無規(guī)則網(wǎng)狀或團(tuán)狀(滑塌包卷、撕裂)、邊緣層次不齊、延伸沒有統(tǒng)一規(guī)則和方向的條帶狀(滑塌縫)等暗色或亮色異常。成像測井中有弧度和弦狀的不規(guī)則條帶，聲波時(shí)差曲線在高值背景上有頻繁跳躍,擬合波阻抗曲線呈明顯異常低值,電阻率曲線出現(xiàn)正向幅度差(見圖4)。在裂縫測井識別中,常規(guī)測井資料一般比較齊全，但其負(fù)載能力有限；成像等特殊測井系列、滲透率異常及泥漿漏失等鉆井異常對裂縫反映直觀，但資料比較有限。所以，應(yīng)用各項(xiàng)測井響應(yīng)特征來判斷裂縫時(shí),基本上當(dāng)各項(xiàng)測井曲線都有響應(yīng)時(shí)方可確定為裂縫層段,如僅憑一、二項(xiàng)測井曲線響應(yīng)特征進(jìn)行判斷,則易造成誤判。

以此響應(yīng)特征系統(tǒng)識別白豹地區(qū)57口井長6段中滑塌變形層段的數(shù)量和長度,結(jié)果顯示，滑塌變形在東西方向明顯多于南北方向；在區(qū)域上選取8口重點(diǎn)井，橫縱比對研究滑塌變形區(qū)域的分布特征,結(jié)果顯示，東西方向滑塌變形嚴(yán)格限定在巖性地層單元內(nèi)，而南北方向則具有穿層特點(diǎn)，這說明滑塌主要沿近南北方向發(fā)生。

3　滑塌成因的機(jī)制分析

從沉積背景、地形和沉積物搬運(yùn)3個(gè)方面分析滑塌變形的沉積過程[19-21]可知：①研究區(qū)周邊不同方向三角洲前緣坡折帶圍成的一個(gè)以白豹、吳起、華池為中心，沿西北—東南向延伸的帶狀深水區(qū)域,沿此帶狀深水區(qū)域的西南向周邊有一長條陡坡帶,下一級次陡坡帶位于三角洲前緣前端,水下分流河道攜帶大量沉積物搬運(yùn)至此二級斜坡帶，由于水體變深變寬,環(huán)境相對變穩(wěn)定，能量大大減弱而在此沉積下來。②大量前緣砂體多期前積作用累加疊置以及水下坡折帶的存在,增加了坡折帶上覆巖層負(fù)荷的同時(shí)也加劇了原始斜坡的坡度。這種前積作用多期次交替作用,導(dǎo)致長6段以細(xì)砂巖與薄層粉砂質(zhì)泥巖、純泥巖呈互層出現(xiàn)。由于泥巖級細(xì)粒沉積物在相對平穩(wěn)的時(shí)期沉積在陡坡最上層,這種細(xì)粒薄層為具有異常低孔隙的高壓軟弱帶。③隨著地形坡腳的逐漸增大,當(dāng)其上的沉積物堆積角度超過穩(wěn)定休止角度時(shí),未完全固結(jié)或呈半塑性狀態(tài)的沉積物因上覆巖層的多期累加而重力失衡,導(dǎo)致沉積物沿斜坡帶上飽和水欠壓實(shí)的泥質(zhì)軟弱層發(fā)生各種滑塌變形。這也解釋了滑塌角礫巖中常見泥礫的原因。沉積物可再次被搬運(yùn)到前三角洲或更遠(yuǎn)。④滑塌面上部地層發(fā)生強(qiáng)烈變形而滑塌面之下地層基本保持不變。滑斷面之上的褶皺軸基本呈水平或向著斷層面下傾方向，這進(jìn)一步證明此類滑塌是重力失衡所致,褶皺形態(tài)表明滑塌變形是巖石在未完全固結(jié)時(shí)發(fā)生。⑤滑塌面之上是巖塊的整體固體運(yùn)動而不是流體運(yùn)動,因此不能稱之為濁流，而應(yīng)稱為滑塌沉積。

圖4　白豹單井滑塌及裂縫測井綜合響應(yīng)特征Fig.4　log interpretation characters of slump and fracture in single well

圖5　滑塌塊體南—北向和東—西向分布比對圖Fig.5　The number and comparison of slump along the E-W and the S-N direction in Baibao

現(xiàn)今白豹長6段沉積體系是滑塌變形多次遷移疊置結(jié)果的累加,滑塌塊體的存在使得長6段儲層在整體低滲的背景下發(fā)育局部優(yōu)勢儲層,同時(shí)滑塌變形的隨機(jī)性也大大增加了儲層非均質(zhì)性及其評價(jià)的難度。

滑塌沉積產(chǎn)生的根本動力是前緣砂體自身的重力,坡折帶上飽含水欠壓實(shí)的薄層泥巖是發(fā)生滑塌的前提條件。若沒有底形坡度就不會在重力作用下形成滑塌相關(guān)的砂體,前緣液化只能使得底部砂巖上涌而不能向前運(yùn)移脫離主滑塌體。在重力滑動作用中存在垂向和水平兩種分力,垂向分力使松散堆積物壓實(shí),水平分力使沉積物產(chǎn)生沿斜坡水平拉張,在壓實(shí)和水平拉張力的共同作用下,斜坡上部的沉積物會產(chǎn)生裂縫及各種滑塌變形,強(qiáng)度大時(shí)甚至?xí)纬蓴嗔裑21-22]。形成模式示意圖如圖6所示。

圖6　白豹長6地層中滑塌塊體形成機(jī)制示意圖(圖中紅線代表滑塌)Fig.6　Diagram of slump formation process in Chang 6 Baibao

4　結(jié)　論

1)研究區(qū)各井中長6段滑塌變形在東西方向上數(shù)量明顯多于南北方向,且東西向各井中滑塌變形嚴(yán)格限定在巖性地層單元內(nèi)，而南北方向上具有穿層特征，這說明該區(qū)滑塌沉積主要沿近南北方向發(fā)生。

2)滑塌變形發(fā)生的根本動力是沉積物自身的壓實(shí)沉陷,前提條件則是坡折帶及其上易發(fā)生滑塌的泥質(zhì)薄弱層。前緣砂體前積作用的累積，加大了坡折帶上覆巖層負(fù)荷的同時(shí)也加劇了原始斜坡的坡度,導(dǎo)致砂質(zhì)沉積物沿斜坡帶上飽和水欠壓實(shí)的泥質(zhì)軟弱層發(fā)生重力滑塌。

[1]鄒才能,趙文智,張興陽,等.大型敞流拗陷湖盆淺水三角洲與湖盆中心砂體的形成與分布[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,82(6):813-825.

[2]李文厚,龐軍剛,曹紅霞,等.鄂爾多斯盆地晚三疊世延長期沉積體系及古地理演化[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,39(3):501-506.

[3]李樹同,王多云,陶輝飛,等.鄂爾多斯盆地三疊紀(jì)延長期湖水分布特征及演化規(guī)律[J].沉積學(xué)報(bào)，2009,27(1):41-46.

[4]鄒才能,趙政璋,楊華,等.陸相湖盆深水砂質(zhì)碎屑流成因機(jī)制與分布特征[J].沉積學(xué)報(bào),2009,27(6):1065-1073.

[5]付金華,鄧秀芹,楚美娟,等.鄂爾多斯盆地延長組深水巖相發(fā)育特征及其石油地質(zhì)意義[J].石油學(xué)報(bào),2013,31(5):928-938.

[6]鄧秀芹,李文厚,李士祥,等.鄂爾多斯盆地華慶油田延長組長 6油層組深水沉積組合特征[J].地質(zhì)科學(xué),2010,45(3): 745-756.

[7]鄢繼華,陳世悅,宋國奇,等.三角洲前緣滑塌濁積巖形成過程初探[J].沉積學(xué)報(bào), 2004, 22(4): 573-578.

[8]夏青松,田景春.鄂爾多斯盆地南部上三疊統(tǒng)延長組震積巖的發(fā)現(xiàn)及地質(zhì)意義[J].沉積學(xué)報(bào), 2007, 25(2): 246-252.

[9]陳全紅,李文厚,郭艷琴,等. 鄂爾多斯盆地南部延長組濁積巖體系及油氣勘探意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2006, 80(5):656-663.

[10] 王起琮,李文厚,趙虹,等. 鄂爾多斯盆地東南部三疊延長組一段湖相濁積巖特征及意義[J].地質(zhì)科學(xué), 2006,41(1):54-63.

[11] 鄭榮才,文華國,韓永林,等. 鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長6 油層組湖底滑塌濁積扇沉積特征及其研究意義[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,33(6): 566-575.

[12] 傅強(qiáng),李益.鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組長6期湖盆坡折帶特征及其地質(zhì)意義[J].沉積學(xué)報(bào),2010,28(2):294-298.

[13] 竇偉坦,劉新社,羅靜蘭.鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)三疊統(tǒng)坡折帶、斜坡類型與油藏關(guān)系[J].沉積學(xué)報(bào),2010,28(6):1130-1134.

[14] 付鎖堂,鄧秀芹,龐錦蓮.晚三疊世鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心厚層砂體特征及形成機(jī)制分析[J].沉積學(xué)報(bào)，2010,28(6)：1081-1086.

[15] 賀靜,馮勝斌,黃靜,等.物源對鄂爾多斯盆地中部延長組長6砂巖孔隙發(fā)育的控制作用[J].石油學(xué)報(bào),2011,29(1):80-87.

[16] 丁曉琪,張哨楠,葛鵬莉,等.鄂爾多斯盆地東南部延長組儲層成巖體系研究[J].石油學(xué)報(bào),2011,29(1):97-104.

[17] 文國華,鄭榮才,陳洪德,等.鄂爾多斯盆地白豹—華池地區(qū)長6砂巖儲層特征[J].石油學(xué)報(bào),2007,28(4):46-51.

[18] 李鳳杰,王多云,徐旭輝.鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)三疊系延長組儲層特征及影響因素分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2005,27(4):365-370.

[19] 屈紅軍,馬強(qiáng),高勝利,等.物源與沉積相對鄂爾多斯盆地東南部上古生界砂體展布的控制[J].石油學(xué)報(bào),2011,29(5):865-834.

[20] 田景春,隆昊,蘇楠,等.鄂爾多斯盆地白豹—華池地區(qū)長6厚層塊狀砂體成因[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,37(4):359-365.

[21] 鄒才能,趙政璋,楊華,等.陸相湖盆深水砂質(zhì)碎屑流成因機(jī)制與分布特征[J].沉積學(xué)報(bào),2009,27(6):1065-1074.

(編輯雷雁林)

Slump sedimentary characteristics of the Triassic Chang 6 reservoir from the Baibao Area, Ordos Basin

JU Yin-juan, ZHANG Xiao-li

(Department of Geology/State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi′an 710069， China)

To summarize the slump sedimentary features in the Chang 6 reservoir. According the detailed core observations of 950 m from 14 wells in the Baibao area, slump deformations are well developed in all the cores. In combination with the data from well logging, physical property and thin section, the sedimentary features, genetic types, distribution patterns and origin of the slump sediments were analyzed in the Chang 6threservoir. The compacting force in the sedimentary process and muddy weak plane play the predominant role in the slump process. The brittle deformations, i.e., slump breccia and cracks, are well developed in the upper plane, well the ductile deformations, including the sandstone dikes, flamy structure and load cast well developed in the slump plane. The statistical data indicate that slump deformations along the E-W direction are more than those in N-S direction. Slump deformations along the E-W direction are restricted in single lithologic unite, the sump deformations alone the N-S direction can cross many different lithologic unites, this features indicate that the slump process mainly takes place along the N-S direction.

Chang 6 reservoir； slump deformation； gravity flow； Ordos Basin； gravity unbalance； weak plane

2015-03-15

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2007BAB170)

巨銀娟，女，陜西岐山人，西北大學(xué)博士生,從事測井?dāng)?shù)據(jù)處理與解釋研究。

P512.2

ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-01-016