鄂爾多斯盆地西南部三疊系延長組劃分與對比關系再認識

關鍵詞 等時地層劃分；前積斜坡；坳陷湖盆；延長組；鄂爾多斯盆地

0 引言

地層劃分與對比是開展盆地分析，進行油氣等能源礦產勘探與開發的基礎工作。常用方法包括：巖石地層、古生物地層、層序地層、磁性地層及同位素定年等[1?4]。各種地層劃分與對比方法均有一定的適用性和局限性，因而在現實工作中，仍然面臨著諸多困難與挑戰。與海相沉積盆地相比，陸相盆地具有物源多、相帶變化快、沉積中心易遷移等特點。按照沉積旋回劃分與對比、標志層約束，參考厚度的原則，開展陸相地層的劃分與對比，在沉積古地形相對平坦的區域可靠性較高，然而在湖盆邊緣存在明顯地形起伏的坡折帶或前積斜坡沉積區，往往會引起地層劃分與對比的“穿時”問題[5?12]。

近年來，隨著高分辨率三維地震勘探技術的發展和應用，在國內外諸多盆地識別出前積斜坡，這為重新認識盆地地層格架和沉積充填過程提供了重要的啟示。如Magyar[12]通過對地震剖面上前積斜坡的追蹤與對比，結合不同水深軟體動物、藻類等化石組合特征，建立了匈牙利Pannonian盆地中新世晚期至上新世的高精度年代地層格架。Fongngern et al.[13]根據三維地震資料揭示的前積反射特征，將羅馬尼亞Dacian盆地中新統Meotian階中上部劃分為7個期次的前積體，并結合測井響應和微體古生物學研究等，重新厘定了該套地層的劃分與對比關系。周華等[14]基于地震剖面前積體分析，結合鉆井資料，將松遼盆地古龍凹陷上白堊統嫩江組三、四段底界分別上移了2個砂組。

三疊系延長組是鄂爾多斯盆地主力含油層系，發育一套厚200～1 400 m 的陸相碎屑巖沉積建造[15?19]。以往主要依據鉆井、測井及野外露頭等資料，采用沉積旋回控制，輔以凝灰質泥巖、油頁巖等標志層（K0～K9）約束，參考厚度的方法，將延長組自下而上劃分為長10—長1共10個油層組[20?22]，研究認為延長期湖盆演化具有“整體升降、平起平落”的“千層餅”式特征[23?24]。近年在盆地西南部的環縣、慶城及合水三維地震剖面上，普遍可見前積反射現象，主要發育于長7—長1油層組，這些前積現象已被部分學者關注。前人從前積體的形態特征、前積體對湖盆古水深的指示及開發區砂體對比關系等方面，開展了相關研究[25?28]。但對于發育前積反射的地層如何進行等時劃分與對比，其與傳統延長組地層劃分方案如何合理銜接等問題，前人研究尚未涉及。

本文以鄂爾多斯盆地西南部延長組為研究對象，基于最新三維地震資料解釋，結合測井和巖心資料，嘗試建立前積模式指導下延長組中上部（長7及以上地層）的等時劃分與對比方案，探索等時地層劃分與傳統分層的銜接關系。在此基礎上，重新解釋了延長組湖盆沉積充填過程，以及三角洲—深水區砂體的連通關系與分布規律等。研究結果為深化延長期湖盆的形成演化研究和石油資源的高效勘探開發提供了重要啟示。

1 地質背景

中生代鄂爾多斯盆地是在晚古生代華北克拉通盆地基礎上形成的大型內陸坳陷湖盆[23]。中—上三疊統延長組沉積期，湖盆呈西南陡、東北緩的不對稱碟狀，發育東北、西北、西南三大物源沉積體系，其中東北沉積體系以曲流河三角洲沉積為主，西北、西南主要發育辮狀河三角洲沉積體系（圖1a）[23?25，29?30]。延長組沉積期湖盆經歷多期湖侵—湖退，形成多套砂泥巖沉積組合。長7段沉積期是湖盆發育的鼎盛期，沉積一套分布約4×104 km2、厚度20～60 m的黑色油頁巖，是盆地中生界主力烴源巖（圖1c），多期砂巖儲集體廣泛分布，構成良好的源儲配置關系。

2 研究方法與資料基礎

基于沉積學、地震地層學理論，首先對盆地西南部環縣、慶城及合水三維地震資料進行精細解釋，取得前積體形態類型、遷移疊加關系及內部結構等認識，進而在前積模式指導下，結合巖心沉積相標志的識別，通過井—震相互約束和標定，實現延長組中上部（對應傳統分層的長7—長1）地層的等時劃分與對比。對慶城三維工區進行了600 m×300 m間隔的地震層位追蹤與閉合檢驗，刻畫出前積模式下等時地層單元的平面分布樣式。資料基礎包括盆地內環縣、慶城與合水地區約5 000 km2的三維地震資料，146口井的測井資料和35口井的巖心觀察資料。

3 剖面地層等時對比關系的建立

3.1 前積體類型與期次劃分

依據地震地層學和地震沉積學原理，區域性標志層的地震反射同相軸大多數是等時的[31]。盆地西南部延長組長7底部發育一套分布穩定的20～60 m油頁巖（俗稱“張家灘頁巖”），在地震剖面上表現為明顯的強振幅連續反射，地震反射同相軸連續性好，區域可追蹤，可作為等時地層劃分的依據。此外，分析前積體的形態和結構，應將地層恢復至沉積結束時的水平狀態。但由于印支運動影響，延長組沉積后，盆地發生整體抬升和差異剝蝕改造，難以在延長組中上部找到理想的拉平基準面。侏羅系富縣組（J1 f）、延安組延10（J2y10）是延長組頂部不整合面之上的填平補齊式沉積[32?33]，延10沉積結束后，盆地又進入一個類似于延長組的大型坳陷湖盆演化階段?；诖?，且利用延安組煤層廣覆分布、地震反射特征明顯的特點，本文將延安組延9（J2y9）煤層作為拉平基準面，來近似反映延長組沉積結束后的古地貌特征。以下分別對盆地西南部3個工區順物源方向的典型前積現象進行分析。

對環縣工區順物源的南西—北東向多條地震剖面分析發現，頂積段為中、強振幅強連續地震反射，前積段多為中強振幅中連續反射，底積段多為中強、強振幅強連續反射。以A—A’地震剖面為例，延長組中上部可識別出5期前積體，自下而上依次命名為F1～F5（圖2a）。各期前積體頂積段同相軸近水平且連續性好，向西南方向可延伸追蹤，反映濱湖區沉積物垂向加積特征。F1～F4前積斜坡體以進積為主，內部地震反射結構主要為“S”形態，局部可見斜交型。其中F1僅可見底積段沉積，厚度較薄且相對穩定；F2、F3 頂積段厚度小于前積段，F2 為不對稱“S”形態，F3為中間厚、兩端薄的對稱“S”形態；F4僅可見頂積段、前積段，頂積段厚度明顯小于前積段。F5期以垂向加積為主，外部形態為板狀，F5底部為一上超面，其頂部遭受印支運動抬升后的剝蝕改造。

慶城工區北東—南西方向地震剖面上前積斜坡現象最為典型，也反映了西南部為物源供給方向（圖2b）。前積段多為中強振幅的中連續反射，底積段多為中強或強振幅強連續反射。以B—B’地震剖面為例，可識別出F1～F6共6期前積體。頂積段同相軸連續性好，可向物源方向追蹤延伸。由于工區范圍較小，剖面上F1僅可見前積段和底積段，形態為不對稱“S”型，F2～F4頂積段厚度明顯小于前積段，外部形態呈透鏡狀，內部結構為S型或斜交型前積反射。F2頂積段較前積段和底積段厚，F3、F4具有前積段厚、頂積、底積段薄的特點。F5、F6以垂向加積沉積為主，且頂部均遭受印支運動的剝蝕改造，地層保存不完整。

合水工區順物源方向的剖面也顯示出典型的前積斜坡結構（圖2c）。以C—C’地震剖面為例，延長組中上部也可識別出F1～F6共6期前積體。頂積段同相軸水平段連續性較好，可向西南物源方向追蹤。F1、F2頂積段厚度略小于前積段和底積段，為不對稱“S”形態。F3、F4頂積段厚度明顯小于前積段，外部形態呈透鏡狀，內部結構為S型和斜交型。F5與前期斜坡頂面呈上超接觸，內部為中—強振幅的中—弱連續反射層。F6呈板狀，是在F5基礎上近水平疊加的中—弱振幅中連續反射層。

3.2 等時地層劃分對比方案

通過對環縣、慶城、合水工區典型三維地震剖面分析，發現研究區延長組中上部前積反射現象普遍發育，各工區前積形態存在差異，但共性特征明顯。結合測井、巖心資料，大致以長7底為界，可識別出6期前積體。F1～F6的頂積段分別與傳統分層長7—長1對應，F1～F4以進積為主，F5、F6以垂向加積為主。F1～F4的頂積段均可向物源方向延伸追蹤，在頂積段與傳統分層方案形成較好的銜接對應關系，而前積段、底積段與傳統“千層餅”式的分層方案差異較大（圖3）。

依據延長組中上部前積地層發育特征，探索建立了前積模式指導的延長組中上部等時地層劃分與對比新方法，即：“頂積段自然延伸追蹤，前積反射及標志層約束，三維空間閉合檢驗”。具體方法為：（1）根據盆地區域性標志層確定目的層頂、底界線。長7油頁巖、延長組頂部不整合面及延安組延9煤層，在測井和地震響應上特征明顯，均為區域性標志層。據此確定延長組中上部地層的頂、底界面（圖4）。（2）利用鉆井、測井資料合成地震記錄，標定地震剖面頂積段的分層，結合地震剖面上的前積反射和包絡特征，由頂積段向前積斜坡區、深水區自然延伸，對前積斜坡沉積進行識別和疊加關系劃分，完成順物源地震剖面的前積體解釋。（3）將地震剖面的解釋方案應用到鉆井剖面。通過時深轉換，進行鉆井層位標定，完成前積模式指導下順物源方向鉆井剖面的等時地層劃分與對比。（4）通過同相軸追蹤，實現對垂直物源方向（地震和鉆井）剖面的等時地層劃分與對比，進而實現等時地層劃分與對比的三維空間閉合，刻畫出各等時地層單元的平面分布特征。

3.3 等時劃分對比方案與傳統分層方案的對比

分析表明，前積模式下的等時劃分方案與傳統分層方案的差異主要體現在前積體的前積段和底積段。按照傳統分層方案，研究區長7厚度介于100～120 m，長6厚度介于110～130 m，長4+5厚度介于80～90 m，長3厚度介于90～110 m，長2—長1由于遭受印支運動抬升剝蝕，地層厚度變化較大。總體上，長7—長3地層厚度相近，呈近等厚的“千層餅”狀疊加分布[32?33]。

在前積模式指導下的等時地層劃分對比方案中，各期前積體斜坡段逐期向湖盆中心遷移，剖面上呈“頂積段薄，前積段厚，底積段薄”的透鏡狀形態。兩種分層方案在前積段與底積段厚度差異明顯（圖5）。F2～F4沉積期，物源供應充足，碎屑沉積物向湖盆中心進積，斜坡部位堆積量大，各期前積段地層普遍增厚，而深水區地形平緩，底積段厚度比傳統分層明顯減薄。F5、F6期沉積物以垂向加積為主，地層厚度增加。對單井地層厚度計算表明，在前積段，F1厚度介于80～100 m，F2厚度介于60～250 m，F3厚度介于80～170 m，F4厚度介于80～210 m；在底積段，F1、F2逐漸減薄至10～40 m凝縮段，F3、F4厚度介于60～80 m，F5、F6厚度介于200～250 m。

4 前積模式下地層厚度平面分布特征

為揭示前積模式下地層厚度平面分布特征，選擇慶城三維地震工區，開展了600 m×300 m間隔的地震層位追蹤，采用層位內插功能的線性插值算法加密三維地震解釋，得到工區長7以上各期前積體的時間域厚度，并通過時深轉換，生成F1～F4前積期次的深度域地層厚度分布圖（圖6）。與傳統分層近等厚的“千層餅”狀分布模式相比，在前積模式指導下建立的等時地層格架中，地層平面展布具有明顯的分帶性。工區內各期前積體在平面上均呈北西—南東向的帶狀展布，由西南向東北依次表現為薄—厚—薄的地層分布樣式。各期次前積斜坡在西南部與東北部地層厚度較薄，分別對應前積斜坡的頂積段和底積段，而中部地層厚度較大，為前積體的前積段。F1沉積期，前積段斜坡帶位于工區西南角，底積段厚度變化較小，主要在20 m左右；F2沉積期，斜坡帶向工區東北遷移，沉積范圍變大，可占工區面積的1/3～1/2；F3沉積期，斜坡體頂積段厚度較F2減薄，斜坡帶持續向東北遷移，底積段厚度與F2期底積段厚度相近；F4沉積期，前積段持續向東北遷移，斜坡帶分布面積較F3斜坡帶減小。綜上可知，從F1到F4，斜坡帶逐漸向北東遷移，指示慶城地區前積斜坡體由西南向東北持續進積，形成大規模進積型三角洲，湖盆逐漸收縮充填的過程。

5 等時地層劃分與對比的地質指示

5.1 對開發區塊小層與砂體劃分對比的指示

以往在缺乏高精度三維地震資料的情況下，基于鉆井資料解釋建立的地層劃分方案，未考慮到三角洲—深水區存在前積現象，造成延長組中上部砂體劃分的“穿時”問題及砂體橫向連通對比關系的判斷偏差。在近年來油田開發過程中，上述問題已有所顯現。如曹江駿等[34]、屈雪峰等[35]指出合水地區長6油層組砂體連通出現錯位情況，導致注采關系匹配性欠佳等。王西強等[22]對姬塬油田羅38區、羅211區的研究發現，傳統分層所依據的K2～K5標志層是穿時的，不能作為區域對比的標志層，指出按照前積模式進行延長組地層劃分與對比的合理性。

按照等時地層劃分對比方法，結合區內典型鉆井、取心資料，重新進行砂體解釋和對比。研究發現，F1～F4期具有斜坡下半部富砂的特點。前積體頂積段發育三角洲平原和前緣亞相的水下分流河道、河口壩砂體等，如慶城工區Z518、Z389井均鉆遇F2、F4頂積段。巖心觀察表明，頂積段主要為灰白色、灰色細砂巖，發育平行層理、交錯層理等牽引流成因沉積構造（圖7a），見植物碎屑（圖7b），指示沉積水體較淺。前積段砂體主要富集于前積段頂底部位，如Z130、X260、Y49等大量鉆井鉆遇到前積段，其頂部常見灰綠色細砂巖，發育逆粒序構造，火焰狀構造（圖7c）、沖刷面等沉積構造，砂泥巖薄互層較為常見，反映三角洲前緣的沉積特征。前積段底部可見深灰色塊狀細砂巖（圖7d），發育包卷變形構造、槽痕和溝痕（圖7e）、泥質撕裂屑（圖7f）和階梯狀斷層（圖7g）等，指示深水重力流沉積相標志。底積段主要發育灰黑色泥巖，偶見魚鱗化石（圖7h），具包卷變形構造的深灰色砂巖等，指示深水沉積環境。

與傳統等厚方案不同，前積模式下的地層劃分和砂體對比更強調同期性和等時性，主張按照前積體生長形態進行砂體連通，區別于以往的“等巖性”連通方式。為檢驗前積模式下的砂體連通關系，對慶城工區典型鉆井剖面進行了砂體對比解釋（圖8）。由圖8可知，依據前積模式，F2期砂體連通性由西南逐漸向東北方向穩定可追蹤，F3晚期由西南部位的頂積段向東北方向的斜坡延伸，砂體連通關系持續可對比，F4期砂體的連通性在頂積段、前積段上部和底積段亦較好。前積模式下砂體連通關系更趨合理，更能客觀地反映地下砂體橫向展布及其連通的真實情況，有利于油田開發井網的合理布置和注水開發層位的選擇（圖8）。

5.2 對湖盆充填過程的指示

以往認為，鄂爾多斯盆地延長期湖盆中心以細粒沉積為主，由湖水表層細粒懸浮物的垂向加積以及深水重力流異地搬運形成，湖盆沉積表現為“千層餅”式的垂向疊加充填。在前積模式指導下，認為湖盆的充填主要是由多物源方向的前積體向湖盆中心持續進積作用形成。在同一沉積期，前積斜坡的不同部位可形成厚度差異顯著的等時沉積體（圖9）。

湖平面在F1沉積期上升至最大，此時湖盆可容納空間最大，沉積物供給速率小于可容納空間增長速率。此后湖平面持續下降且伴隨短暫湖進（F2～F4沉積期），沉積物供給充足，供給速率大于可容納空間增長速率，且沉積物供給速率與可容納空間增長速率的比值總體上不斷增大。F2～F4沉積期，在早期形成的沉積斜坡基礎上，后期前積體不斷進積，雖存在湖盆范圍短期擴張的情況，但湖盆范圍總體收縮，形成多方向進積型斜坡體。在湖盆演化末期（F5～F6沉積期），多方向物源推進合圍，湖盆范圍顯著縮小，物源供給速率遠大于可容納空間的增長速率，湖盆充填以垂向加積為主，湖盆萎縮消亡（圖9）。

6 結論

（1） 鄂爾多斯盆地西南部慶城、合水地區延長組長7及以上地層可劃分為6期前積斜坡體，環縣地區可識別出5期前積體。根據對前積發育區地震反射樣式的分析，探索建立了“頂積段自然延伸追蹤，前積反射及標志層約束，三維空間閉合檢驗”的等時地層劃分與對比方法，提出盆地西南延長組中上部等時地層劃分與對比方案。

（2） 等時劃分與對比結果表明，在各期斜坡體頂積段，新方案與傳統分層方案的劃分結果一致；在前積段，新方案普遍較傳統分層增厚；而在底積段，新方案的F1～F3 期地層厚度較傳統分層顯著變小，F5～F6期地層厚度則顯著增大。平面上，F1～F4期前積斜坡體地層等厚線呈北西—南東向展布，地層厚度由西南向東北呈薄—厚—薄的分布樣式。

（3） 前積模式指導下，地層劃分和砂體的追蹤具有等時性，砂體連通關系更符合客觀實際，更有利于油田開發井網的合理布置和注水開發層位的確定。延長組湖盆的沉積充填主要是由多物源方向的前積體向湖盆中心持續進積作用實現，直到沉積晚期（F5～F6沉積期）才轉變為垂向加積作用為主，而不是傳統認為的始終以“千層餅”式垂向加積作用為主。上述認識更能客觀地反映湖盆的充填和萎縮過程，為深化延長期湖盆的形成演化和石油資源的高效勘探開發提供了重要啟示。