淺湖細粒沉積特征及砂體疊加樣式
——以鄂爾多斯盆地陜北地區三疊系延長組為例

孟選剛，徐帥康

(1.延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054；3.陜西省煤炭綠色開發地質保障重點實驗室，陜西 西安 710054)

0 引 言

陜北地區上三疊統延長組以三角洲-湖泊沉積體系為主，淺湖細粒沉積砂巖是最重要的油氣儲層，占鄂爾多斯盆地延長組油氣發現的70%以上。關于入湖細粒砂體疊加樣式的研究，一直是盆地儲層研究的重點。不同學者具有不同認識，但整體缺乏對淺湖細粒沉積巖不同沉積微相砂體接觸樣式的系統分析。胡光義、劉君龍、梁旭、郝睿林等通過對高精度地層分析，結合沉積構型研究來對砂體的疊置進行研究，對其劃分成了堆疊型、側疊型和孤立型雙向遷移形[1-4]；徐波、封從軍、張福順等在沉積微相研究的基礎上，通過對巖心、測井、生產動態等資料的研究對砂體疊置進行歸納，將其在垂直方向上分為分離式、疊加式、切疊式、替代式，在平面上分為分離式、相變式、對接式、切割式[5-7]；鄒拓從沉積速率與可容納空間比值角度對砂體疊置關系進行分析，發現共有孤立型、橋接型、疊加型、切疊型和復合型5種類型[8]；劉麗在井點分析的基礎上，用波動方程正演和地質統計學反演等多種方法對砂體疊置進行綜合判別，分為了5種疊置模式分別為縱向上的分離式、復合疊置式以及側向上的分隔式、河岸接觸式和切疊式[9]。郭德運、劉鈺洋、楊榮國、張新印、陳林、石雪峰、劉暢、趙輝、席明利、劉良剛、鄭慶華等以露頭、巖心、測井曲線為基礎，來對延長組沉積特征以及湖盆演化進行研究，識別出其沉積特征，劃分了沉積相類型[10-20]；銀曉、張志攀、李江山等進一步對儲層特征、巖層的發育與物性、孔隙進行了研究確定了該地區的巖性、孔隙度以及滲透率[21-23]；黨犇、馬成龍等把高分辨率層序地層學理論與實際勘測和數據資料相結合對研究區沉積旋回及界面的空間配置進行了分析，認為不同級次界面的識別是高精度層序地層研究的核心[24-25]。每個地方的沉積都有其各自不同的細微之處，都需要進行實際的野外勘測來結合相關的案例與理論來進行進一步的研究。筆者以陜北地區上三疊統淺湖細粒沉積為例，根據測井曲線、巖心及野外露頭等資料，結合不同微相的沉積韻律、沉積旋回、沉積厚度及巖電組合等特征分析淺湖細粒砂體疊加樣式和沉積模式。

1 區域地質特征

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地，面積25×104km2。中生代鄂爾多斯盆地上三疊統延長組為一套河湖相碎屑巖沉積，晚三疊世后逐漸與華北盆地分離，并演化為一大型內陸坳陷盆地，是一個穩定沉降、拗陷遷移、扭動明顯的多旋回內陸克拉通含油氣盆地。延長組按地層沉積旋回將延長組自下而上劃分為5段：T3y1(砂巖段)、T3y2(油頁巖段)、T3y3(含油砂頁巖段)、T3y4(塊狀砂巖段)和T3y5(含煤段)，分別代表了湖盆初期沉積階段、發展沉積階段、擴張期沉積階段、抬升回返早期沉積階段和湖盆抬升收縮晚期沉積階段，其中對應T3y3段對應延長組長7～長4+5油層組，為盆地湖相沉積主要時期，陜北地區主要為淺湖沉積，以發育三角洲前緣沉積相為主，為淺湖區細粒碎屑巖最主要的物質來源。

2 沉積相識別

2.1 地質識別特征

2.1.1 巖石學特征

陜北地區延長組諾利階(Norian)廣泛分布一套淺湖細粒碎屑巖。巖石主要類型主要為長石砂巖(圖1)。延長組長6段砂巖具有“低石英，高長石”特點，其中碎屑顆粒中石英含量為10%～24%，長石含量為41%～76%，巖屑含量為1%～14%，巖屑主要以變質巖為主，火成巖次之，局部云母巖屑含量相對較多，尤其是粉細砂巖的層系界面上，巖心觀察可見大量云母(圖2)。砂巖分選性較差，且研究區東部較西部分選更差，碎屑顆粒為次棱角狀，膠結類型以孔隙為主，其次為薄膜型、可見少量薄膜-孔隙型等。

圖1 陜北地區延長組淺湖細粒砂體組分類型Fig.1 Composition types of shallow lacustrine fine-grained sand bodies of Yanchang Formation in Northern Shaanxi

圖2 陜北地區延長組淺湖細粒沉積主要沉積構造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of shallow lake of Yanchang Formation in Northern Shaanxi

2.2 測井相識別特征

測井曲線是巖石各種物理性質沿井孔深度變化的物理響應，反映了巖石的巖性、粒度、分選性、泥質含量及垂向序列等重要的成因標志。不同沉積相常常具有不同的測井曲線形態特征，而不同沉積相的測井曲線形態特征則是由幾種基本類型組合而成的。利用自然電位曲線幅度可直接反映巖石的巖性、粒度、分選性、泥質含量等，并可根據其形態特征來判斷沉積時水流能量的變化，進而判斷沉積環境。

陜北地區延長組諾利階(Norian)發育淺湖細粒沉積以三角洲前緣為主，沉積微相為水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂，測井曲線主要為鐘型、箱型、鐘箱復合型以及漏斗型(圖3)。

2.3 沉積相類型

根據陜北地區延長組的測井、巖心及野外露頭，結合沉積韻律、沉積旋回、沉積厚度及巖電組合等特征，識別出陜北地區上三疊統諾利階(Norian)淺湖細粒沉積以三角洲前緣沉積為主，并進一步細分為水下分流河道、分流間灣、河口壩、水下天然堤等微相。

2.3.1 水下分流河道

水下分流河道是淺湖細粒沉積的主體，它是三角洲平原分支河道的水下延伸部分，主要為灰色、淺灰色的粉-細砂巖(圖3)為主，同河道一樣，具有向上變細、變淺的特點，且在每個正旋回中，從下到上為細砂巖、粉細砂巖漸變為泥質砂巖，向上泥質含量增高，由于河道砂頻繁交互，平面上三角洲前緣廣泛連片，剖面上多層樓式正韻律的粉細砂巖組成的疊合砂體，疊合砂體中間夾有細粒的水下河道間沉積。

圖3 水下分流河道及分流間灣沉積特征(鄭520井)Fig.3 Sedimentary characteristics of underwater distributary channel and inter distributary Bay(well Zheng 520)

2.3.2 分流間灣

分流間灣以灰色、灰黑色、灰綠色泥巖為主，夾粉砂質泥巖及泥質粉砂巖等細粒沉積，常見泥質粉砂巖和粉砂質泥巖的互層，或泥巖中夾細砂巖和粉砂巖的條帶或透鏡體，泥巖、粉砂質泥巖中見植物葉片及植物莖干化石。水動力條件弱，砂巖見平行層理、透鏡狀層理、塊狀層理、沙紋層理及波狀層理，泥質粉砂巖中發育沙紋層理、波狀層理及水平層理。洪水期大量沉積物的注入，可以使動植物的遺體及遺跡快速埋藏并保存下來，常見植物碎片和動物的遺體及遺跡化石，測井曲線伽馬值較高，易于識別(圖3)。

2.3.3 席狀砂

前緣席狀砂分布于三角洲前緣側翼而形成的薄而大的砂層，并向湖區逐漸變薄。席狀砂砂體分選好，質較純，常見平行層理和浪成沙紋交錯層理，化石稀少。伽馬曲線呈指狀高值，砂體厚度一般不超過2 m。當三角洲以慣性推進作用為主時，砂體容易保存但不易形成大面積的席狀砂；當三角洲以摩擦推進作用為主時，三角洲朵葉體發育，三角洲向海推進時，砂覆蓋在薄的湖相泥之上，生儲蓋配置好，為極好的油藏儲層(圖4)。

圖4 席狀砂微相沉積特征(郭804井)Fig.4 Sedimentary characteristics of sheet sand microfacies(well Guo 804)

2.3.4 河口壩

河口壩沉積巖性為灰色細砂巖、粉砂巖夾灰黑色泥巖薄層，粉砂巖單個砂體具有向上粒度變粗和泥質含量減少的趨勢。在剖面上多位于三角洲旋回的下部，由一個或局部由多個河口壩與水下分流河道疊置組成向前三角洲下超的進積復合體，頂部常被向湖盆方向延伸的水下分流河道截切超覆。河口壩多出現在三角洲沿湖盆方向加寬沉積部位，在每一個三角洲生長小旋回的水下分流河道不斷向湖心延伸，河口壩不斷向湖盆方向遷移。主要發育中小型板狀交錯層理、波狀層理、變形層理等，常見生物潛穴、黃鐵礦結核等。測井曲線以單個中幅漏斗狀為主，局部由數個幅度向上加大的漏斗狀、箱形臺階狀疊置的復合形態(圖5)。

圖5 河口壩微相沉積特征(郭621井)Fig.5 Sedimentary characteristics of microfacies in Hekou bar(well Guo 621)

3 砂體接觸樣式

砂體間的平面接觸反映不同單砂體平面上的位置關系。淺湖細粒沉積體單砂體的接觸關系主要受水動力條件、水下分流河道擺動程度、古氣候等因素的影響，在平面上形成不同的疊置樣式及組合。

3.1 截切式接觸樣式

截切式接觸是淺湖細粒沉積體水下分流河道主要疊置樣式，主要表現為后期形成的砂體完全把早期單砂體完全沖刷，早晚期2個單砂體之間已無早期單砂體的痕跡，完全被晚期砂體侵占。局部晚期砂體完全替代了早期砂體，雖局部兩砂體之間有接觸的部分，但不影響連通性。陜北地區延長組淺湖沉積截切式接觸砂體相對較發育，不同時期形成的單砂體或同一時期形成的不同單砂體之間，截切作用明顯，早期單砂體較少一部分能保留下來。厚度差異的砂體特征是最典型的識別標志(圖6)。

3.2 天然堤接觸樣式

天然堤對接式接觸樣式是2個砂體彼此接觸，但接觸部分較少或接觸部分較薄，為弱連通或不連通。三角洲前緣水下分流河道的側向加積等原因，不同時期單砂體或同一時期不同單砂體之間，均有弱沖刷、弱切割作用，剖面上具有兩側砂體厚、中間砂體薄的特點。因此，“厚砂-薄砂-厚砂”的剖面砂體特征是最典型的識別標志(圖6)。

圖6 陜北地區淺湖沉積砂體接觸樣式Fig.6 Contact pattern of cut sand bodies in shallow lake sediments in Northern Shaanxi

3.3 分流間灣接觸樣式

分流間灣接觸樣式是2個單砂體彼此不接觸，砂體之間為分流間灣泥巖沉積，導致單砂體不連通，形成2個獨立的成藏滲流系統。在三角洲前緣水下分流河道末端水下分流河道繼續向前延伸，彼此間主要為間灣接觸。分流間灣接觸樣式主要發育于湖平面上升的晚期及湖平面下降的早期可容納空間較大時期，單砂體不發育且單砂體主要為間灣接觸樣式(圖7)。

圖7 陜北地區淺湖沉積分流間灣接觸樣式Fig.7 Bay contact patterns of shallow lake sediments in Northern Shaanxi

圖8 陜北地區延長組淺湖沉積相分布特征(據文獻[26]修改)Fig.8 Distribution characteristics of shallow lacustrine sedimentary facies of Yanchang Formation in Northern Shaanxi(modified according to reference[26])

4 淺湖細粒沉積體系及沉積模式

鄂爾多斯地區延長組發育三角洲湖泊沉積，在盆地沉積演化過程中，盆地擴張晚期沉積階段、抬升回返早期沉積階段主要發育淺湖沉積。淺湖沉積期一般地形平緩，水體較淺，湖岸線遷移、擺動頻繁，濱湖和淺湖亞相分布范圍較廣。濱湖亞相處于湖岸線遷移擺動地帶，常間歇性暴露地表，縱向上水下沉積和水上沉積交替出現。淺湖亞相長期處于水下，缺少陸上暴露標志。陜北地區淺湖沉積時期，半深湖亞相分布面積小，淺湖細粒沉積體以三角洲前緣沉積為主。在湖盆演化過程中，隨著湖泊水體進一步變淺，局部地區發生沼澤化，湖岸線退至城川1—陜64—塞21—延長以南—線。半深湖范圍僅局限于木18—環縣—環30—白240—華池—白275—張8所圈定的范圍內，形成了大面積分布淺湖細粒沉積，沉積時由于水動力條件減弱，周緣物源的供應碎屑能力相對較弱，發育大面積分布的三角洲前緣沉積，水下分流河道厚度相對較薄，單砂層厚度一般為4～12 m，垂向上與淺湖泥巖呈互層，或被淺湖泥巖包圍的透鏡狀薄層砂巖，形成研究區淺湖細粒沉積砂體主要空間分布格局。東南部曲流河三角洲規模明顯減小，河道變窄，穩定性變差，遷移擺動較頻繁，主砂體的砂地比一般為30%～40%，但延伸的距離仍較遠，可以達到子長—延長一帶，形成推進較遠的細粒沉積體卸載區。西北部鹽池—定邊三角洲規模略有增大，向西北北延伸到城川1—安參4一帶，主砂體砂地比一般為30%～40%，但細粒沉積體規模有所變弱。

5 結 論

1)淺湖細粒沉積以三角洲前緣水下分流河道為主，為主要的油氣儲集體。巖石類型主要為長石砂巖，分選性較差，尤其是東西方向，但圓度相當，水動力條件強，發育平行層理、板狀交錯層理、槽狀交錯層理等。

2)根據巖心、野外露頭及鉆井測井資料對淺湖細粒沉積體的巖性、粒度、分選性及垂向序列的分析，識別出水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂為陜北地區淺湖細粒沉積主要沉積微相，測井曲線主要為鐘型、箱型、鐘箱復合型以及漏斗型。

3)淺湖細粒沉積體砂體間平面接觸樣式反映了不同單砂體平面上的位置關系，據水動力條件、水下分流河道擺動程度、古氣候等因素的影響，分為截切式接觸樣式、天然堤接觸樣式、分流間灣接觸樣式等類型。

4)淺湖沉積湖岸線遷移、擺動頻繁，明顯影響細粒沉積體分布范圍。距離周緣物源遠，碎屑補給能力相對較弱，是淺湖細粒沉積主要特征。水下分流河道砂體垂向上與淺湖泥巖呈互層或透鏡狀分布是淺湖細粒沉積體砂體分布的主要空間結構。