張 輝 王懷廠 劉新社 趙會(huì)濤

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 西安 710018;2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 西安 710018)

湖岸線是歷史時(shí)期湖平面與古陸地的交線，是陸上和水下沉積的分界線。其位置與演化受到湖平面變化、鄰近地貌、水動(dòng)力環(huán)境及沉積物供給綜合控制，表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的界面［1］，反映地質(zhì)時(shí)期湖平面某一相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期的湖岸線即為古湖岸線。古湖岸線的研究最初主要集中在第四紀(jì)殘留湖岸線的變遷、湖平面變化及氣候演化方面［2-4］。在油氣沉積地質(zhì)領(lǐng)域，古湖岸線控制著砂體類型、砂體形態(tài)和砂體組合及油氣成藏［5-9］，因此，確定古湖岸線的位置對(duì)于油氣勘探起著重要的指導(dǎo)作用［10］。

鄂爾多斯盆地北部地區(qū)盒8段儲(chǔ)層砂體具有低孔低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體展布復(fù)雜等特征。然而，儲(chǔ)集砂體的分布主要受沉積相控制。近年來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)上古生界盒8期沉積環(huán)境、沉積相類型及特征開(kāi)展了相關(guān)研究［11-14］，但是盒8期湖岸線的具體位置仍難以確定，湖岸線演化研究較粗，由此造成的爭(zhēng)議頗多，主要體現(xiàn)在同一沉積期湖岸線的展布特征，湖盆的面積，以及各個(gè)沉積期湖岸線的演化規(guī)律。而關(guān)于古湖岸線對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用方面的研究更鮮有報(bào)道。因此，本文試圖在常規(guī)湖岸線識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，從有機(jī)巖石學(xué)分析的全新角度認(rèn)識(shí)研究區(qū)盒8段沉積環(huán)境，明確盒8段沉積時(shí)期的古湖岸線位置。在此基礎(chǔ)上探討了古湖岸線對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用，為研究區(qū)盒8期三角洲沉積模式的建立提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地北部地區(qū)北起伊金霍洛旗，南至高橋，東至榆林，西到烏達(dá)，面積約9×104km2，區(qū)域構(gòu)造隸屬伊陜斜坡(圖1)。鄂爾多斯盆地作為華北地臺(tái)西端的次級(jí)構(gòu)造單元，其晚古生代的構(gòu)造演化與華北地臺(tái)相一致，主要受北側(cè)的興蒙海槽、南和西南緣的秦祁海槽的洋底擴(kuò)張及大洋板塊的俯沖、消減作用控制［15］，同時(shí)受到特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域的雙重作用。早古生代盆地區(qū)主要為陸表海，周圍被古陸和島嶼環(huán)繞，形成厚層碳酸鹽巖沉積建造。中奧陶世后，盆地整體隆起遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，形成了極具天然氣勘探意義的奧陶系頂部古風(fēng)化面。晚石炭世華北地臺(tái)整體緩慢下沉接受沉積，呈NNE向的隆坳構(gòu)造格局，中部是中央古隆起、西側(cè)為賀蘭裂陷帶、東面是克拉通內(nèi)淺陷［16］，北緣為陰山古陸、西北緣是阿拉善地塊、南緣有秦嶺—中條古陸，并在風(fēng)化殼之上形成碎屑巖與碳酸鹽巖交互的含煤沉積，構(gòu)成上古生界含油氣系統(tǒng)。早二疊世東西部海水匯合，區(qū)域上形成碳酸鹽臺(tái)地、障壁島、淺水三角洲交互的含煤沉積。中—晚二疊世，隨地臺(tái)抬升、海水退縮，演變?yōu)榻?nèi)陸坳陷充填，形成沖積扇、河流、三角洲、湖泊沉積;晚二疊世晚期陸表海消亡，轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸坳陷，形成以湖泊沉積為主的河湖充填［15］。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Locations of structural units and the study area in Ordos Basin

2 古湖岸線的識(shí)別標(biāo)志

古湖岸線的位置通常根據(jù)沉積學(xué)、古生物學(xué)、地球物理及地球化學(xué)等沉積相標(biāo)志進(jìn)行推測(cè)［17-23］。本文作者除采用泥巖顏色、測(cè)井曲線特征、黏土礦物特征等常規(guī)識(shí)別方法外，主要以有機(jī)巖石學(xué)為基礎(chǔ)劃分沉積有機(jī)相，確定盒8期古湖岸線位置。

2.1 沉積學(xué)標(biāo)志

研究沉積相的沉積學(xué)標(biāo)志，包括沉積巖顏色、成分、巖石組合、結(jié)構(gòu)及粒度分布、沉積構(gòu)造、剖面結(jié)構(gòu)或序列等。其中泥巖顏色是沉積巖最直觀、最醒目的標(biāo)志，是沉積環(huán)境的良好指示劑。沉積巖顏色的變化除取決于成份外，還與其沉積環(huán)境密切相關(guān)。因此，在判別沉積環(huán)境時(shí)，泥巖顏色具有非常重要的作用。研究區(qū)600余口井巖芯和巖屑描述資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，盒8段泥巖顏色以定邊—蓮4井—陜99井—子洲一線為界，北部主體表現(xiàn)為棕紅色+雜色分布區(qū)和暗色+雜色分布區(qū)為主的水上沉積特征，南部則主要呈現(xiàn)暗色、灰色為主，表現(xiàn)出水下暗色系沉積特征(圖2)。

圖2 盆地北部地區(qū)盒8泥巖顏色分布圖Fig.2 Distribution of color of mudstone of He 8 in North Ordos Basin

2.2 有機(jī)巖石學(xué)特征

有機(jī)巖石學(xué)是用巖石學(xué)理論和方法研究沉積巖中的有機(jī)質(zhì)。有機(jī)巖石學(xué)使用的最基本的巖石單位是顯微組分，它相當(dāng)于無(wú)機(jī)巖石中的礦物。一定沉積環(huán)境下可形成一定特性的有機(jī)巖石成分，反之，據(jù)某種特定的有機(jī)巖石成分則可推測(cè)其形成的特定環(huán)境。因此，以有機(jī)巖石學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究沉積巖顯微組分組成及其組合，有助于了解沉積環(huán)境，從而確定某一沉積時(shí)期的古湖岸線位置［24-26］。

泥巖顏色統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在北部鄂托克前旗地區(qū)也存在較多的暗色泥巖，為了鑒別其與南部定邊—高橋地區(qū)暗色泥巖在成因方面的差異，開(kāi)展了暗色泥巖干酪根顯微組分分析。分析結(jié)果表明鄂托克前旗地區(qū)暗色泥巖顯微組分組成可分為三類:A類以富含鏡質(zhì)組、貧無(wú)定形為特征，鏡質(zhì)組含量在85%以上，無(wú)定形含量＜7%，表明其母質(zhì)來(lái)源于陸源高等植物;B類為以鏡質(zhì)組占優(yōu)勢(shì)，無(wú)定形含量明顯增加，介于33%～35%，表明其母質(zhì)主要為陸源高等植物，且混有低等水生生物;C類為以鏡質(zhì)組或鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組含量弱優(yōu)勢(shì)為特征，反映陸源高等植物與低等水生生物均勢(shì)的母質(zhì)特征，鄂托克前旗地區(qū)三類顯微組分組成的變化指示泥巖沉積從陸上到水下或水陸過(guò)渡環(huán)境的演化。定邊—高橋地區(qū)盒8段暗色泥巖顯微組分組成同樣可分為三類:A類為西南部的惠探1井和南部的陜339井，具有較高的鏡質(zhì)組含量，鏡質(zhì)組含量大于69%，這可能是由于沼澤泥炭中的腐殖物質(zhì)受流水搬運(yùn)，在南部再沉積，從而導(dǎo)致定邊—高橋地區(qū)泥巖中鏡質(zhì)組含量較高;B類為蘇264井和陜344井，以鏡質(zhì)組和無(wú)定形含量接近為特征，呈現(xiàn)陸源高等植物與低等水生生物均勢(shì)的母質(zhì)特征;C類以無(wú)定型高含量為主，含量在64%以上，表明其母質(zhì)為以藻類為主的低等水生生物，定邊—高橋地區(qū)三類顯微組分組成的變化指示泥巖沉積從陸上或水陸過(guò)渡到深水環(huán)境的演化(表1)。

本文根據(jù)有機(jī)巖石成分組成，借鑒Hacgueburd等［27］巖相圖解分析有機(jī)質(zhì)的生成環(huán)境。結(jié)果顯示(圖3)，鄂托克前旗地區(qū)盒8段暗色泥巖發(fā)育二種沼澤環(huán)境，一種是河間洼地沼澤帶的陸地森林沼澤相，形成于水上環(huán)境，鏡質(zhì)組是主要的顯微組分，含有少量的無(wú)定形和惰性組成分;另一種形成于近岸淺湖區(qū)的覆水森林沼澤相，形成于水下淺水環(huán)境，無(wú)定形成分相對(duì)富集。定邊—高橋地區(qū)暗色泥巖發(fā)育淺水環(huán)境中的覆水森林沼澤相和湖泊環(huán)境中開(kāi)闊水體相，前者形成于水下淺水環(huán)境，后者為深水環(huán)境。根據(jù)盒8段暗色泥巖有機(jī)相平面分布特征，將蘇38井—蘇327井—陜9井一線作為陸上和水下沉積的分界線，即三角洲平原與三角洲前緣的分界線，結(jié)合泥巖顏色分布特征，將定邊—陜344井—陜301井—子洲一線作為淺水區(qū)和深水區(qū)的分界線(圖4)。

2.3 黏土礦物特征

通過(guò)對(duì)黏土礦物組成和含量的研究，確定沉積環(huán)境水體的酸堿度，從而判斷其所處于陸上還是水下的沉積環(huán)境。一般來(lái)說(shuō)，在母巖區(qū)性質(zhì)、氣候條件相似的同一盆地，水介質(zhì)偏酸性，多反映陸上或近岸高能環(huán)境。相反，偏堿性，多反映遠(yuǎn)岸靜水環(huán)境［28］。通常高嶺石是在酸性介質(zhì)條件下形成的，反映了沉積環(huán)境為近岸淺水或河流沼澤環(huán)境;伊利石和伊/蒙混層礦物的存在反映了堿性介質(zhì)條件，反映了沉積環(huán)境為遠(yuǎn)岸湖泊環(huán)境［28］。

表1 盒8段暗色泥巖顯微組份分析表Table 1 The compositions of the micro-components of dark mudstones of He 8 interval

暗色泥巖X衍射分析表明(表2)，定邊—高橋地區(qū)具有伊利石、伊/蒙混層礦物含量較高，高嶺石含量低的特征，伊利石含量大于20%，伊/蒙混層礦物含量變化大，平均為24%，高嶺石含量低于30%，表明該區(qū)暗色泥巖形成于堿性環(huán)境，而北部的鄂托克前旗地區(qū)黏土礦物組成以富含高嶺石為特征(含量＞75%)，反映北部暗色泥巖形成于酸性環(huán)境，這與干酪根元素分析反映該地區(qū)形成于陸上或近岸環(huán)境相對(duì)應(yīng)。由于富含鏡質(zhì)組的Ⅲ型干酪根主要來(lái)自高等植物，植物遺體在同生階段在淺層喜氧微生物參與下，遭受氧化分解形成大量腐殖酸，酸性介質(zhì)進(jìn)入砂巖儲(chǔ)層，造成長(zhǎng)石、巖屑等易溶顆粒發(fā)生溶解，生成高嶺石，從而導(dǎo)致蘇里格地區(qū)高嶺石含量偏高。因此，將蘇39井—蘇6井—陜9井一線作為三角洲平原與三角洲前緣的分界線(圖5)。

圖3 Hacgueburd巖相圖解Fig.3 Hacgueburd lithofacies diagrams

圖4 盆地北部地區(qū)盒8砂體有機(jī)相分布圖Fig.4 Distribution of organic facies of He 8 in North Ordos Basin

表2 盒8暗色泥巖黏土礦物X-衍射分析結(jié)果Table 2 X-ray diffraction analysis of dark mudstones of He 8

2.4 地球物理學(xué)標(biāo)志

隨著地球物理測(cè)井技術(shù)的日益完善，特別是數(shù)字測(cè)井的普及和測(cè)井地質(zhì)學(xué)的迅猛發(fā)展，在沉積學(xué)研究中，已廣泛應(yīng)用測(cè)井地質(zhì)學(xué)中有關(guān)理論來(lái)進(jìn)行有關(guān)沉積學(xué)問(wèn)題的研究。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐已經(jīng)證明，利用測(cè)井資料分析沉積環(huán)境，是一種快速而有效的方法，它可以為鑒定沉積環(huán)境提供十分有價(jià)值的依據(jù)性資料［29］。

定邊—子洲一線以北地區(qū)自然伽馬曲線主要呈現(xiàn)箱狀、鐘狀特征，而在定邊—子洲一線以南地區(qū)有漏斗狀逆粒序的沉積結(jié)構(gòu)特征，表明有三角洲前緣河口壩的沉積微相。因此，將定邊—子洲一線作為三角洲平原與三角洲前緣的分界線(圖6)。

2.5 湖岸線恢復(fù)

圖5 盆地北部地區(qū)盒8砂體黏土礦物X-衍射分析分布圖Fig.5 Distribution of X-ray analysis of He 8 in North Ordos Basin

圖6 盆地北部地區(qū)盒8砂體自然伽馬曲線分布圖Fig.6 Distribution of gamma ray curve of He 8 in North Ordos Basin

圖7 盒8湖岸線位置Fig.7 Lacustrine palaeoshoreline position of He 8

綜合泥巖顏色、干酪根顯微組分、黏土X衍射分析以及自然伽馬曲線特征將蘇38井—蘇327井—陜9井一線作為盒8期湖泊的湖岸線(最大洪水期與陸地的交界線)(圖7)。鄂爾多斯盆地盒8期古地形平緩，古沉積坡度小于2°，在此古地形背景下，湖平面的垂向變化可以引起湖岸線橫向上的大幅度遷移。氣候、構(gòu)造沉降等變化易造成短期水進(jìn)水退頻繁發(fā)生，致使湖岸線不停地來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而形成了湖岸線擺動(dòng)帶。華北板塊在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)不斷地自赤道附近向北漂移，伴隨著氣候升溫和干燥帶的向赤道擴(kuò)張，其主體逐漸脫離熱帶雨林氣候帶，到石盒子期研究區(qū)進(jìn)入熱帶—亞熱帶干旱氣候①趙會(huì)濤等.2010.蘇里格南部天然氣成藏規(guī)律研究(內(nèi)部資料)，決定了石盒子組盒8段沉積期河水補(bǔ)給以間歇性的大氣降水為主，湖岸線受季節(jié)性降水影響，洪水期湖水水位上升，湖岸線前進(jìn);枯水期湖水水位下降，湖岸線后退，湖盆在洪水期與枯水期之間的湖岸線頻繁擺動(dòng)，導(dǎo)致大面積地區(qū)在洪水期處于水下，在枯水期處于水上。盒8段泥巖顏色分布圖顯示在湖岸線南部存在雜色泥巖和暗色泥巖混合區(qū)，干酪根顯微元素分析表明在湖岸線南部存在鏡質(zhì)組與無(wú)定形均勢(shì)的特征，這些均反映湖岸線頻繁擺動(dòng)。研究區(qū)三角洲前緣相陜344井沉積相縱剖面(圖8)顯示在盒8下段有漏斗狀結(jié)構(gòu)的河口壩砂體，暗色泥巖干酪根鏡鑒結(jié)果也顯示為水下前緣相沉積，但至盒8上段泥巖突變?yōu)殡s色泥巖，反映該井區(qū)曾暴露出水面，湖岸線經(jīng)歷了反復(fù)擺動(dòng)的過(guò)程。根據(jù)南部暗色泥巖的分布特征以及有機(jī)相分布特征，認(rèn)為湖岸線向南最大擺動(dòng)大致在定邊—蓮4井—陜344井—陜271井—子洲一線，與北部蘇38井—蘇327井—陜9井一線共同構(gòu)成了盒8期湖岸線擺動(dòng)帶。

圖8 S344井盒8段綜合柱狀圖Fig.8 Comprehensive histogram of He 8 from Well S344l

3 古湖岸線控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布

表3 不同沉積相砂體物性對(duì)比表Table 3 Correlation of physical properties of different sedimentary facies sandbodies

沉積微相不僅控制砂體的厚度及空間展布，還在微觀上控制著儲(chǔ)層物性。按照沉積微相與水深的關(guān)系，將研究區(qū)細(xì)分為水上沉積帶、岸線擺動(dòng)沉積帶和水下沉積帶。不同沉積帶砂巖物性特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表3)，水上沉積帶砂巖物性要優(yōu)于岸線擺動(dòng)沉積帶和水下沉積帶砂巖，滲透率尤為明顯。砂巖孔隙類型統(tǒng)計(jì)反映水上沉積帶砂巖巖屑溶孔、晶間孔、粒間孔、粒間溶孔含量及面孔率要明顯高于岸線擺動(dòng)沉積帶和水下沉積帶砂巖(表4)。這主要是因?yàn)椴煌练e帶沉積物中砂巖粒度、軟巖屑含量、填隙物組成的差異以及后期成巖作用影響。從水上沉積帶到水下沉積帶，砂巖的粒度變細(xì)，軟巖屑含量增加。砂巖粒徑越大，孔隙度和滲透率值越高，相比之下滲透率受影響的程度更為明顯［30］，砂巖中軟巖屑含量越低，面孔率越大［31］。水上沉積帶砂巖中高嶺石、硅質(zhì)含量明顯高于岸線擺動(dòng)沉積帶和水下沉積帶砂巖(表5)，反映其處于相對(duì)較強(qiáng)的酸性成巖環(huán)境［32］，強(qiáng)烈溶蝕作用導(dǎo)致研究區(qū)水上沉積帶砂巖呈現(xiàn)出凝灰質(zhì)含量相對(duì)偏低的特點(diǎn)。晚成巖階段烴源巖中有機(jī)質(zhì)在熱成熟過(guò)程中釋放出CO2和有機(jī)酸，造成地層水呈酸性，使砂巖層中的凝灰質(zhì)填隙物及不穩(wěn)定巖屑的發(fā)生溶蝕，并且酸性介質(zhì)濃度越高凝灰質(zhì)填隙物溶蝕作用越強(qiáng)烈，在殘余粒間孔隙發(fā)育的較開(kāi)放環(huán)境里凝灰質(zhì)填隙物溶蝕作用強(qiáng)烈［33］，這些酸性的溶蝕流體不僅可以擴(kuò)大、增加巖石孔隙，還可以改善孔隙的連通性和滲流條件，提高滲透率，從而使儲(chǔ)層物性得到改善。

表4 不同沉積相砂體孔隙類型對(duì)比表(%)Table 4 Correlation of pore type of differents sedimentary facies sandbodies

表5 不同沉積相砂體填隙物組成對(duì)比表(%)Table 5 Correlation of interstitial material of different sedimentary facies sandbodies

4 結(jié)論

古湖岸線是歷史時(shí)期湖平面與古陸地的交線，是陸上和水下沉積的分界線。確定古湖岸線的位置對(duì)于油氣勘探起著重要的指導(dǎo)作用。本文在綜合利用泥巖顏色、泥巖X衍射分析以及自然伽馬曲線特征等常規(guī)湖岸線識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，從有機(jī)巖石學(xué)分析的全新角度認(rèn)識(shí)研究區(qū)盒8段沉積環(huán)境，確定了盒8期古湖岸線具體位置及湖岸線擺動(dòng)區(qū)。將蘇38井—蘇327井—陜9井一線作為盒8期湖泊的湖岸線(最大洪水期與陸地的交界線)，湖岸線向南最大擺動(dòng)大致在定邊—蓮4井—陜344井—陜271井—子洲一線，與北部湖岸線共同構(gòu)成了盒8期湖岸線擺動(dòng)帶。沉積盆地中古湖岸線控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的形成與發(fā)育，由于砂巖粒度、軟巖屑含量、填隙物組成的差異以及后期成巖作用導(dǎo)致水上沉積帶砂巖物性要優(yōu)于岸線擺動(dòng)沉積帶和水下沉積帶砂巖。

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