華慶地區長63深水重力流沉積及油氣地質意義

阮 昱 ，王 超 ，代 超

（1．西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065；2．中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西西安 710200；3．中國石油長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅慶陽 745000）

深水重力流沉積一直是當今沉積學研究的熱點問題。近些年來，我國深水沉積研究取得了一定成果，特別是鄂爾多斯盆地深水沉積儲層油氣勘探的成功，更是推動了我國陸相湖盆深水重力流沉積研究的發展[1]。因此，研究及總結深水重力流沉積特征對油氣勘探具有重要意義。

鄂爾多斯盆地隴東地區延長組長6油層組儲層發育層位多、分布面積廣、勘探潛力大，現已建成了億噸級大油田。華慶地區長63儲層是延長組含油性最好、砂體最發育的層段，但其儲層物性較差，是典型的低孔低滲儲層[2]。勘探開發結果表明，長63儲層非均質性強，開發風險大，儲層主要分布在三角洲前緣水下分流河道、河口壩砂體及大型濁積砂體之中，烴源巖的分布和沉積相展布對三疊系延長組油藏的分布控制作用比較明顯。因此，研究沉積相特征，對油藏的分布規律具有重要的地質意義，本文在長63亞段沉積微相劃分和儲層非均質性研究的基礎上，系統研究深水重力流沉積微相對儲層非均質性的控制作用，總結儲層非均質性的變化規律，為預測優質儲層區帶、降低勘探開發風險以及下一步油藏評價及開發提供地質依據。

1 地質概況

華慶地區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部，西鄰天環凹陷；地理位置處于甘肅省華池縣和慶陽縣境內，面積約5 500 km2（圖1）。中生界延長組為一套內陸湖盆沉積，主體發育三角洲砂體，該區以巖性油藏為主，儲集條件差、非均質程度高、油水關系復雜、隱蔽性強[3-4]。華慶地區上三疊統延長組按沉積旋回及含油性劃分為10個油層組，其中，長63亞段為主力油層組，可進一步劃分為長三個小層[2]。長63亞段為三角洲前緣湖底扇沉積，厚度為50～65 m，是本次研究的主要目的層段。

2 深水重力流沉積特征

鄂爾多斯地區延長組沉積期為大型內陸湖泊沉積，隴東華慶地區位于半深湖-深湖區，處于東北和西南等多物源體系的交匯部位，經歷了長8淺水三角洲、長7最大湖泛和長6深水重力流廣泛發育等湖盆演化階段。其中長63亞段沉積期華慶地區位于陡坡帶，水體較深，物源供給充沛，發育深水重力流沉積體系。鄂爾多斯盆地重力流的研究始于20世紀 70年代，前期大多數是以濁積扇模式為基礎進行研究。在解釋鄂爾多斯盆地上三疊統延長組深水砂體成因時，出現了滑塌濁積扇與坡移濁積扇、滑塌濁積巖與厚層塊狀濁積巖等多種解釋。近年來，隨著重力流理論的進一步發展，砂質碎屑流理論逐步被運用到三疊系延長組重力流研究中。李相博等通過巖心和野外剖面觀察，發現湖盆中心白豹、合水地區的長6段塊狀砂巖屬于砂質碎屑流；鄒才能等也認為白豹地區長6期三角洲前緣發育砂質碎屑流；付鎖堂等發現在湖盆中心長 6、長 7 沉積期廣泛發育厚層塊狀砂質碎屑流砂體；更有學者認為鄂爾多斯盆地南部地區上三疊統延長組長7段發育廣泛的深水重力流沉積，如滑移-滑塌沉積、砂質碎屑流沉積、濁流沉積[5]。

圖1 研究區構造位置示意圖

根據研究區巖心、測井及地震等資料，分析認為華慶地區長63亞段主要發育陡坡背景下的三角洲湖底扇沉積，具有多物源扇體相互疊加、以砂巖儲層為主的特點，根據成因將重力流沉積體系分為砂質碎屑流、泥質碎屑流、濁流、滑塌四種微相類型。沉積微相是指具有獨特的巖性、巖石結構、構造、厚度、韻律性及一定平面分布規律的最小沉積組合[6]，通過沉積微相識別標志、微相類型、平面展布特征對該區沉積微相進行研究。

2.1 沉積微相識別標志

2.1.1 儲層巖石學特征

根據研究區近 30口井的巖心觀察以及樣品實驗分析表明，長63儲層主要以還原壞境形成的灰色、灰褐色以及深灰色碎屑巖為主，巖性以細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖為主，發育少量的鈣質砂巖。長63儲層砂巖類型以巖屑長石砂巖為主，其次是長石砂巖（圖2），碎屑顆粒粒度均值為0.257 mm，一般小于0.500 mm，砂巖粒度較細，分選差-中等，雜基含量較高，原生粒間孔隙不發育，成分成熟度低，填隙物含量較高，主要由黏土礦物和碳酸鹽巖礦物組成。總體上長63亞段砂巖結構成熟度較低，為低能環境中快速混亂堆積的結果。

圖2 華慶地區長63儲層砂巖分類

2.1.2 沉積構造和古生物特征

沉積構造一直被視為分析和判斷沉積環境的重要標志，是確定沉積相類型最直接的標志之一[7-8]。華慶地區長63亞段中的原生沉積構造類型多樣，包括粒序層理、溝模、塊狀層理、重荷模、泥質撕裂屑、槽狀交錯層理、滑塌變形、韻律層理、火焰狀構造、透鏡狀層理、砂紋層理以及包卷層理，含撕裂碎屑等（圖3），均是識別濁流沉積的重要標志。濁積巖是指具有不同層段鮑馬層序或序列的濁積巖（Bouma，1962）[9]。研究區長63亞段自下而上出現A段底部遞變段、B段下平行紋層段、C段流水波紋層段、D段上平行紋層段，顯示包含近源至遠源的濁流沉積類型[10]。長 63油層組細砂巖、泥質粉砂巖和泥巖中發育植物莖葉化石，古生物化石較少，可見到炭化的植物屑。

2.2 主要微相類型及特征

根據研究區長63油層組的沉積背景及相標志的分析，認為長63油層組為三角洲前緣湖底扇沉積。主要發育內扇、中扇和外扇亞相，進一步劃分為砂質碎屑流、泥質碎屑流、濁流、滑塌四種微相。其中，砂質碎屑流、滑塌沉積主要屬于內扇亞相，砂質碎屑流與濁流間互為中扇，薄層濁流主要屬于外扇亞相，泥質碎屑流發育相對較少。四種微相的形成機理包括整體凍結、摩擦固結以及懸浮沉降。

2.2.1 砂質碎屑流微相

砂質碎屑流是一種塑性流變、層流狀態的沉積物流，沉積物通常以整體“凍結”的方式發生沉積，常呈現為塑性成層的黏著流動狀態，塊狀搬運沉積物[11]。砂質碎屑流微相主要發育于研究區的東南部。由于沉積物經較長距離搬運入湖，湖水的阻力使碎屑顆粒的搬運能力減弱，因此，長63儲層砂質碎屑流微相巖石粒度較細，以細砂巖和泥質粉砂巖為主，分選和磨圓度較差，支撐方式為顆粒支撐，偶夾薄層深灰色泥巖。底部可見印模，自下而上發育遞變層理、平行層理，砂巖中夾黑色泥礫、泥質條帶等沉積構造，自然電位、自然伽馬曲線呈中-高幅箱形、齒化箱形。主要發育連續疊加型、間隔疊加型砂體結構，是長期加積、持續沉降的結果，砂體間以沖刷面為界，沖刷面泥礫和頂底中發育鈣質膠結。

2.2.2 濁流微相

濁流是一種沉積物由湍流支撐的具有流變學特征的沉積物重力流，顆粒被湍流支撐且懸浮沉降。濁流微相主要分布在研究區的中部，發育細砂巖、粉砂巖。底部發育印模、溝模以及包括火焰構造、砂球構造和重荷模在內的同生變形構造，向上發育植物枝干化石、攪混構造以及裂縫等。常見正粒序，可見平行層理、槽狀交錯層理及沙紋層理等牽引流構造，由于新加入的水體稀釋了濁流的體部和尾部中細小的顆粒，流態發生轉變而變為牽引流[12]。自然電位、自然伽馬曲線呈中-高幅鐘形、指狀。砂體結構以多期互層型為主，隔夾層以夾層為主，發育鈣質膠結。

2.2.3 滑塌微相

滑塌是指塊狀沉積物隨著滑動面的移動，經歷旋轉變形或崩塌墜入正在沉積的異地沉積物中的重力流沉積[13-14]。流體向上流動所產生的超孔隙壓力作為滑塌的原支撐，在異地整體固結沉積，以朵體、孤立砂體的形態分布，主要發育灰色細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖。常發育包卷層理、砂質褶皺、球枕構造、砂質注入體以及底面重荷模等構造。砂泥高度混雜，發育攪混構造和滑塌變形構造，整體呈塊狀。砂體結構為側向單層型，發育堤岸滑塌沉積。

圖3 華慶地區典型巖心照片

2.2.4 泥質碎屑流微相

泥質碎屑流是一種以泥質為主（泥質含量大于75%），混雜少量砂質團塊、不規則泥礫和粉砂質泥巖的塑性流體。長63亞段泥質碎屑流微相發育較少，主要沉積泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，在灰黑色泥巖中發育致密炭質碎屑、泥巖中夾砂紋以及泥質條帶等，大多為塊狀，反映了整體凍結的沉積方式。

2.3 沉積微相的平面展布特征

鄂爾多斯盆地西南部在延長組沉積期具有西部、東北和南部 3個方向的物源[15]。通過觀察與描述研究區的大量巖心，結合測井和地震資料，對華慶地區長63亞段沉積微相展布特征進行研究。

華慶地區長63亞段主要發育厚層砂質碎屑流，邊部發育薄層濁積巖，局部發育少量滑塌巖。在地震剖面上具有明顯的楔形疊瓦狀前積反射結構或丘形反射特征，反映具有坡折的陸架邊緣背景的低水位體系域扇三角洲或湖底扇沉積（圖4）。

鄂爾多斯盆地中生界上三疊統延長組經歷了完整的湖進-湖退沉積旋回，發育湖泊-三角洲相沉積，儲層主要為三角洲砂體和濁積砂體，油藏類型主要為巖性、構造-巖性油氣藏[16]，在三疊紀末期，鄂爾多斯盆地受印支運動的影響發生整體抬升，延長組頂部遭受風化、河流侵蝕等作用，形成水系廣布、溝壑縱橫、丘陵起伏的古地貌景觀[17]。現階段構造特征整體表現為一個東高西低，北高南低的單斜，長63亞段油層處于湖盆開始坳陷的特殊時期，受構造影響主要發育的微相包括正常沉積作用的半深湖-深湖相和事件沉積作用的砂質碎屑流沉積、滑塌沉積和濁流沉積。砂體呈北東向展布，受西部和東北物源共同影響，中部發育大量的重力流沉積。沉積相基本控制了砂體的展布，厚層砂體主要發育于靠近物源方向的中部及東北部，西南部主要發育薄砂層（圖5）。通過對部分井的巖心觀察發現，砂體構成形式變化不大，一般由盆緣向盆地中心發育砂質滑塌、碎屑流、泥質碎屑流、濁流沉積。即來自東北部的厚層砂體表現為大段塊狀，偶見泥質條帶，上部常見不規則接觸面或扭曲層理、褶皺層理等滑塌變形構造，主要是由前緣坡折帶滑塌形成的砂質碎屑流；西南部砂體相對較薄，發育濁流沉積，沉積物較為混雜，巖心常表現為不完整的鮑馬序列。

圖4 B245井-B476井地震剖面

3 儲層的非均質性特征

儲層非均質性是儲層的性質隨其空間位置而變化的屬性。由于沉積和成巖后生作用的差異，碎屑巖儲層的礦物組成、基質含量、膠結物含量均不同，使孔隙形狀、大小和儲層物性發生變化，進而形成儲層層內、平面和層間的非均質性[18-20]。不同沉積微相孔隙發育及物性特征不同（表1），水下分流河道砂體粒間孔發育程度高，孔滲相對較好，砂質碎屑流和濁流粒間孔發育程度低，物性相對較差。

圖5 華慶地區長63亞段沉積微相

表1 不同沉積微相孔隙類型及物性差異統計

物性參數的平面分布特征反映儲層物性的平面非均質性，通常利用孔隙度和滲透率來表征[21]。從孔滲參數可以看出，研究區儲層的非均質性較強，油層段平均孔隙度為 9.40%；平均滲透率為 0.30×10-3μm2，東北部儲層物性較好，非均質程度相對較弱；中部和西南部砂質碎屑流、濁流微相發育，非均質性強。

華慶地區長63亞段縱向滲透率主要發育三種韻律類型，其中砂質碎屑流以均質韻律為主，濁流主要為正韻律，儲層的整體滲透率較低，主體砂帶部分層段存在高滲透段，加劇了非均質程度。如B437井平均孔隙度為7.48%，平均滲透率為0.15×10-3μm2，變異系數為 1.89，級差系數為 624，突進系數為20.93；B432井平均孔隙度為10.52%，平均滲透率為0.26×10-3μm2，變異系數為1.27，級差系數為343，突進系數為9.37；S157井平均孔隙度為 7.62%，平均滲透率為 0.04×10-3μm2，變異系數為 1.20，級差系數為 9.07，突進系數為 191。以上參數表明儲層非均質性強，鈣質、泥質隔夾層加劇了層內及層間非均質性。

4 重力流沉積對儲層非均質性的作用

華慶地區長63亞段為三角洲前緣湖底扇沉積，三角洲前緣水道進入深湖區，依次發育湖底扇內扇、中扇及外扇亞相，形成砂質碎屑流、砂質碎屑流與濁流組合、濁流3類砂體成因模式（圖6）。以湖底扇為沉積體系的重力流沉積，重力流進入湖盆中心后，對先期的沉積物進行搬運及再沉積，沉積序列上常表現出如圖所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型厚砂體多期疊置的樣式。不同的砂體疊置模式，形成了不同的沉積微相。沉積物常發育于坡折帶處，從物源區沿坡折帶向下滑塌，一般經歷滑動、滑塌、碎屑流、濁流四個階段。濁積體分布范圍廣，厚度薄，與湖相泥巖互層。砂體發育程度及沉積微相分布特征綜合影響儲層非均質性[22]。結合巖心與測錄井數據觀察分析本區三角洲沉積特征，識別相標志，劃分出砂質碎屑流、濁流與滑塌三個主要的沉積微相。沉積微相展布控制了儲層平面非均質性，其中，砂質碎屑流與濁流是本區儲層的主體相帶，從而導致儲層層內、層間及平面非均質性較強，隔層分布于遠離物源的方向，砂體連通性差[23]。

圖6 華慶地區長63亞段沉積相及砂體形成模式

5 油氣地質意義分析

延長組沉積期鄂爾多斯湖盆水體振蕩表現在兩個方面，一方面經歷了多次的湖侵、湖退，另一方面是沉積中心的振蕩遷移。這兩方面控制了烴源巖與儲集砂體在橫向上尖滅或側變，縱向疊置的沉積組合關系。湖盆的震蕩發展，有利于形成大型巖性油氣藏。研究區長63油藏主要為巖性油藏，而影響長63儲層含油性的主要沉積微相類型為砂質碎屑流、濁流，勘探有利區位于河道砂體的主體部位，該部位一般砂層較厚、粒度較粗、儲層物性相對較好。

低滲透儲層中的相對物性高值區（“甜點”），是油氣聚集的主要場所，油氣優先進入物性好的河道中央部位，河道邊部由于泥質含量增加，物性變差，含油性也隨之變差。非均質性是影響油氣運移及分布的重要因素，非均質程度強，導致油氣運移不暢，充注程度不高，飽和度低。

研究區長63亞段優勢砂體主要發育在河道的主體部位，厚度較大、隔夾層發育少、連通性好、非均質性弱、平均物性高于長63亞段骨架砂體整體平均物性，“甜點”區發育，勘探潛力大。

6 結論

（1）華慶地區長 63亞段為三角洲前緣湖底扇沉積，發育深水重力流沉積，可識別出砂質碎屑流、濁流、滑塌、泥質碎屑流四種沉積微相。

（2）華慶地區長 63儲層巖石類型多樣，砂體成因復雜，連通性差，加劇了縱向層間的非均質性。

（3）長 63亞段砂質碎屑流砂體主要發育在東北部，西南部主要發育濁流砂體，而中部則受到砂質碎屑流與濁流共同影響。沉積微相展布控制了儲層平面的非均質性，砂質碎屑流與濁流發育區是華慶地區長63亞段優質儲層的主體相帶，但儲層層內、層間及平面非均質性較強。