張廣權(quán)， 郭書元， 張守成， 陳舒薇

( 1. 中國石化勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國石油化工股份有限公司 華北石油局，河南 鄭州 450006； 3. 密蘇里科技大學(xué)，美國 密蘇里 羅拉 65401 )

鄂爾多斯盆地大牛地氣田下石盒子組一段沉積相分析

張廣權(quán)1， 郭書元2， 張守成3， 陳舒薇1

( 1. 中國石化勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國石油化工股份有限公司 華北石油局，河南 鄭州 450006； 3. 密蘇里科技大學(xué)，美國 密蘇里 羅拉 65401 )

為認識鄂爾多斯盆地大牛地氣田下石盒子組沉積相特征及其演化規(guī)律，采用巖心、錄井和測井等資料，分析地層巖石組合、沉積構(gòu)造和測井相組合，確定下石盒子組一段(盒一段)巖性組合及展布特征；在小層平面展布基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和沉積演化背景，分析下石盒子組的物源供給和水動力變化，確定盒一段沉積微相縱向演化規(guī)律。結(jié)果表明：盒一段沉積物以灰白、淺灰色含礫粗砂巖、砂礫巖，灰色、淺綠色細砂巖，灰色、棕色泥巖為主，剖面上各小層呈下砂上泥的正韻律組合特征，平面上砂巖呈近SN向條帶狀展布。盒一段沉積一套以粗碎屑巖為主的、砂泥組合的湖泊—辮狀河三角洲沉積體系，盒一段水下辮狀河道為有利儲集相帶，辮狀河道較發(fā)育，平面上擺動、遷移頻繁。盒1-1和盒1-2亞段比盒1-3亞段分流河道砂體厚度更大，連續(xù)性更好。該研究結(jié)果為大牛地氣田下石盒子組沉積相分析、高效砂體預(yù)測及勘探方向部署提供參考。

沉積相； 辮狀河三角洲； 儲集相帶； 大牛地氣田； 下石盒子組； 鄂爾多斯盆地

0 引言

大牛地氣田位于鄂爾多斯地區(qū)東北部，處于陜西省榆林市與內(nèi)蒙古自治區(qū)伊金霍洛旗、烏審旗交界地區(qū)塔巴廟區(qū)塊，面積約為2 000 km2，主要勘探目的層系為二疊系中統(tǒng)下石盒子組。人們對下石盒子組沉積相研究結(jié)果觀點不同，由于采用不同方法、視角、研究尺度和規(guī)模，對研究區(qū)沉積體系內(nèi)砂巖展布和砂層對比的結(jié)論也不同，影響砂體預(yù)測和勘探方向部署。陳俊亮等[1]對50余口井進行巖心觀察，劃分鄂爾多斯盆地大牛地氣田二疊系沉積相和沉積微相，認為二疊系經(jīng)歷海相—海陸過渡相—陸相沉積過程，下石盒子組發(fā)育河流相沉積；郝蜀民等[2]認為，在由海向陸演化過程中，鄂爾多斯盆地二疊系上古生界形成障壁海岸—潮坪、三角洲、沖積平原—河流三套沉積體系，上石盒子組為厚層泥巖封蓋及異常壓力形成的近源成藏模式；付鎖堂等[3]利用鉆井資料研究鄂爾多斯盆地晚古生代三角洲沉積體系，按時間將它分為海相和湖泊相兩個階段，不同階段具有不同的沉積背景、砂體類型及砂體平面展布特征；根據(jù)鄂爾多斯盆地塔巴廟石炭—二疊系巖石物性、測井和粒度分析等，袁志祥等[4]認為該區(qū)發(fā)育六套含氣層，其高產(chǎn)氣層下石盒子組盒二三段發(fā)育三角洲平原內(nèi)辮狀河—曲流河沉積，建立物性、巖性、測井曲線與儲層質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系；尤歡增等[5]研究大牛地氣田山西組—石盒子組沉積相，認為它屬于辮狀河三角洲沉積體系，三角洲平原亞相發(fā)育，微相包括辮狀河分流河道、天然堤、洪泛平原、平原沼澤和分流間灘等，沉積發(fā)育模式分為近海湖泊辮狀河三角洲和內(nèi)陸湖泊三角洲兩個階段；羅東明等[6]對大牛地氣田進行巖心觀察和沉積背景分析，認為盒二三段為辮狀河三角洲—濱淺湖沉積體系，并進一步劃分沉積相、亞相和微相，刻畫早二疊世時期沉積發(fā)育體系形成的地質(zhì)背景。

以區(qū)域沉積背景為基礎(chǔ)，筆者分析研究區(qū)盒一段258口井的測井、錄井資料，描述均勻分布在全區(qū)的20口取心井、近800 m巖心；利用高分辨率層序地層學(xué)和沉積學(xué)導(dǎo)向技術(shù)研究沉積相，認為下石盒子組一段為辮狀河三角洲沉積體系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯地區(qū)晚古生代位于華北克拉通盆地西部，為華北克拉通盆地的一部分，現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為一東緩西陡的不對稱向斜，其軸部位于天池—環(huán)縣南北的狹窄地帶，西翼窄而陡，東翼寬，為一西傾大單斜，構(gòu)成向斜的主體；其內(nèi)部劃分為伊盟北部隆起、渭北隆起、西緣沖斷帶、晉西擾褶帶、天環(huán)坳陷和伊陜斜坡六個一級構(gòu)造單元。大牛地氣田的構(gòu)造位置在伊陜斜坡東北部，區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造單一，總體為一北東高、西南低的平緩單斜，平均坡降為6～9 m/km，傾角為0.3°～0.6°，斷裂不發(fā)育，發(fā)育若干局部低幅隆起及鼻狀隆起。

華北早古生代克拉通盆地受加里東中期運動影響，于奧陶紀末整體抬升，直至晚石炭世早期近準平原化。當(dāng)時的構(gòu)造格局(見圖1)：北為陰山隆起，南為秦嶺—大別—膠遼隆起，在西部杭錦旗至環(huán)縣有一南北向的低隆起，向西隔賀蘭海灣與阿拉善相望，東為大洋，呈向東敞開、西高東低的箕狀盆地。至中二疊世早、中期之間，山西組沉積期后，滿蒙洋殼俯沖加劇，發(fā)生洋殼削減事件，華北板塊與歐亞板塊聚斂，華北盆地北緣急劇抬升，向盆地方向地形高差加大，物源區(qū)擴大，剝蝕量增大，物源豐富，載體能量增大，碎屑變粗；由于橫向地形較平，華北盆地中區(qū)形成陸內(nèi)坳陷盆地，在鄂爾多斯北部形成湖泊—辮狀河三角洲環(huán)境，發(fā)育以粗碎屑為主的砂、泥巖組合的下石盒子組一段沉積[7-10]。

圖1 華北晚古生代克拉通盆地構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Craton basin of late Paleozoic in north China

2 巖性組合及其展布特征

分析研究區(qū)鉆錄井、測井資料，確定中二疊統(tǒng)巖性組合和展布特征，結(jié)合區(qū)域沉積演化及巖石地層單元，將下石盒子組一段地層(盒一段)劃分為盒1-1(H11)、盒1-2(H12)和盒1-3(H13)亞段。盒1-1亞段分為盒1-1-1(H11-1)和盒1-1-2(H11-2)砂層組(小層)；盒1-2亞段分為盒1-2-1(H12-1)和盒1-2-2(H12-2)小層；盒1-3亞段分為盒1-3-1(H13-1)和盒1-3-2(H13-2)小層[11-14](見圖2)?？傮w上，盒一段沉積物主要為灰白、淺灰色含礫粗砂巖、粗砂巖和砂礫巖；灰、淺綠灰色細砂巖和粉細砂巖；灰、深灰、灰綠、棕褐色及雜色泥巖，砂質(zhì)巖大致沿SN向呈條帶狀展布。

2.1 盒1-1亞段

(1)盒1-1-1小層。研究區(qū)巖性以灰、灰白色厚—巨厚層粗砂巖、含礫粗砂巖、砂礫巖為主，上部為灰、深灰色泥巖。砂巖發(fā)育槽狀交錯層理、板狀交錯層理和平行層理，沖刷面發(fā)育。該層砂巖展布范圍較大，砂體沿近SN向呈條帶狀展布。研究區(qū)中北部砂體厚度不一，最厚達14 m；東南部發(fā)育一條沿D20井-D80井的、寬度較大的、近NW-SE向展布的條帶砂體，厚度較大?？傮w上，研究區(qū)北部砂體較南部的發(fā)育，西部砂體較東部的發(fā)育。

圖2 大牛地氣田下石盒子組一段地層劃分Fig.2 Stratigraphic division of the 1th member of lower-Shihezi formation in Daniudi gas field

(2)盒1-1-2小層。研究區(qū)巖性與盒1-1-1小層的相似，砂巖平面展布范圍較大，厚度不一。西南部和北部砂體發(fā)育良好，厚度較大；西北部發(fā)育一條沿D75井-D49井的條帶砂體；北部砂體發(fā)育，厚度較大，沿SN向呈條帶狀發(fā)育；中部D25井區(qū)砂體呈條帶狀變窄，厚度變薄。

2.2 盒1-2亞段

(1)盒1-2-1小層。研究區(qū)巖性與盒1-1-2小層的相似，泥巖占比略有增加。砂巖展布范圍較大，幾乎覆蓋全區(qū)，砂巖厚度變化較大。研究區(qū)北部發(fā)育兩個條帶，西部發(fā)育的條帶在研究區(qū)中部，條帶分叉；東部發(fā)育的條帶近SN向展布，厚度變化不大。

(2)盒1-2-2小層。研究區(qū)巖性與盒1-2-1小層的相似，為灰、深灰色泥巖夾薄層細砂巖。砂巖沿SN向呈四個條帶狀展布，條帶砂體厚度變化較大，最厚達11 m。總體上，研究區(qū)中部砂體較東、西兩側(cè)的發(fā)育，南部砂體較北部的發(fā)育(見圖3)。

圖3 大牛地氣田盒1-2-2小層砂巖厚度分布Fig.3 Sandstone thickness distribution of H12-2 formation in Daniudi gas field

2.3 盒1-3亞段

(1)盒1-3-1小層。研究區(qū)巖性以灰色、深灰厚層泥巖為主，下部發(fā)育灰白、灰色厚層砂巖。條帶砂體主要分布在研究區(qū)中部，厚度變化不大，平均為2～6 m。北部發(fā)育三個條帶砂體，平均厚度較大，大于6 m；南部砂體條帶較中北部的窄，局限分布。

(2)盒1-3-2小層。研究區(qū)巖性以細、中砂巖為主，砂巖局限分布，砂體厚度較小。北部發(fā)育三個條帶，其中西部的兩個條帶砂體在研究區(qū)中部發(fā)育變差，東部的條帶在研究區(qū)中部分叉，沿NW-SE向展布，砂體較為發(fā)育，最厚達9 m。

3 沉積構(gòu)造與沉積相特征

3.1 沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造為判斷沉積相的重要標(biāo)志，觀察并描述研究區(qū)取心井巖心資料，主要發(fā)育6類沉積構(gòu)造，主要分為流動成因構(gòu)造和同生構(gòu)造。(1)沖刷面、平行層理、槽狀交錯層理和板狀交錯層理普遍存在于砂巖(見圖4(a-b))。(2)粒序?qū)永?。砂巖中常見正粒序?qū)永?，底部為滯積層，礫石磨圓度好(見圖4(c))。(3)水平層理。常見于泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，單層厚度小。(4)塊狀層理出現(xiàn)在較厚層砂巖、礫巖,灰色、灰綠色泥巖和棕褐色、棕紅色泥巖中。(5)植物根跡。泥巖中可見根跡巖存在(見圖4(d))。(6)花斑狀構(gòu)造。巖心中見花斑狀泥巖，棕紅色、棕褐色泥巖發(fā)育，呈角礫狀顆粒，基質(zhì)為淺灰色、灰綠色泥巖，兩者界線清晰。一類花斑狀泥巖與其下的棕紅色、棕褐色泥巖有時呈沖刷面接觸，有時呈漸變狀接觸，底部角礫呈撕裂狀，未與其下的棕紅色、棕褐色泥巖分離(見圖4(e))，為風(fēng)暴沉積。另一類雜色泥巖或花斑狀泥巖沿棕紅色、棕褐色泥巖裂隙發(fā)育灰綠色的侵潤，由成巖過程中富含烴類的水沿裂隙運移、受還原作用而形成[11-12](見圖4(f))。

圖4 大牛地氣田下石盒子組組巖心照片F(xiàn)ig.4 Core pictures of lower-Shihezi formationof the Daniudi gas field

巖心觀察表明，盒一段砂巖見多期河道沖刷面，以中粗砂為主，含礫石。礫石多為細礫，砂礫少見。泥巖主要為深灰色，見植物化石碎片，顯示為還原環(huán)境。盒一段中上部見紫紅色的泥巖，說明環(huán)境改變，氣候變干燥，水體變淺，但未見暴露標(biāo)志。

3.2 沉積相特征

3.2.1 沉積相劃分

區(qū)域沉積背景表明，研究區(qū)下石盒子組為內(nèi)陸坳陷湖盆環(huán)境[13-14]。盒一段沉積時期，華北盆地北緣物源豐富，載體能量大，碎屑較粗，沉積一套以粗碎屑巖為主的砂、泥組合的湖泊—辮狀河三角洲沉積環(huán)境[15-21]。分析研究區(qū)鉆井巖心、地質(zhì)錄井、測井資料，將研究區(qū)盒一段沉積相分為辮狀河三角洲相和湖泊相，細分為辮狀河三角洲前緣亞相和濱淺湖亞相，以及水下辮狀分流河道、水下辮狀河分流間灣、天然堤和決口扇微相。

3.2.1.1 辮狀河三角洲相

(1)水下辮狀河分流河道微相。粒度較三角洲分流河道的偏粗，以粗砂、含礫粗砂和砂礫為主，礫石磨圓度好，表明距物源區(qū)遠；顏色以灰色、淺灰色為主，分選較差，含下伏地層的砂巖、泥巖角礫，發(fā)育大量沖刷面，呈多層砂巖疊置；自然伽馬電測曲線以齒狀箱型為主，多呈一元結(jié)構(gòu)，多期河道相互沖刷、疊置，向上突變?yōu)槟鄮r，呈二元結(jié)構(gòu)。由于橫向地形高差不大，水量充沛，河道擺動頻繁，在一定時段內(nèi)形成全區(qū)皆砂的現(xiàn)象。

(2)水下辮狀河分流間灣微相。主要沉積細粒碎屑沉積物，以灰色為主，巖性一般以泥巖為主，含粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖;自然伽馬電測曲線為近光滑的基線。發(fā)育厚層塊狀層理，局部見粉砂質(zhì)條帶、水平層理。

(3)天然堤微相。沉積物粒度較細，以粉砂巖為主，其次為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，顏色以灰色為主；發(fā)育水平層理，見砂質(zhì)條帶和泥質(zhì)條帶；自然伽馬電測曲線為中、高幅度的鐘型。

(4)決口扇微相。沉積物粒度偏細，以細砂為主，其次為粉砂巖和少量中砂巖，顏色以灰色為主。沉積物以正粒序為主，自然伽馬電測曲線為中、高幅度的指型—鐘型。發(fā)育水平層理和波狀層理，夾泥質(zhì)條帶，局部可見沖刷面。

3.2.1.2 湖泊相

泥巖以灰色為主，也發(fā)育棕褐色、棕紅色和灰色構(gòu)成的雜色泥巖，呈花斑狀，發(fā)育厚層塊狀層理，為異常氣候的產(chǎn)物；自然伽馬電測曲線為細齒線型。

3.2.2 單井相與剖面相

圖5 大牛地氣田D1井單井微相Fig.5 Single well microfacies of well D1 in Daniudi gas field

研究區(qū)盒一段發(fā)育湖泊—辮狀河三角洲相沉積，相序為辮狀河三角洲前緣亞相—濱淺湖亞相。以大牛地氣田D1井為例，分析單井微相(見圖5)。由圖5可見，D1井盒一段早、中期發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相沉積，晚期發(fā)育濱淺湖亞相沉積。盒1-1亞段下部發(fā)育水下分流河道沉積，砂體發(fā)育；上部發(fā)育水下分流間灣和決口扇沉積，砂體發(fā)育較差。盒1-2亞段上部和下部各發(fā)育一套水下分流河道沉積砂體，頂部為一套濱淺湖亞相泥巖沉積。盒1-3亞段為濱淺湖相沉積，為一大套厚層的泥巖沉積體。D1井盒一段辮狀河三角洲前緣分流河道微相為有利的儲集相帶。

以研究區(qū)東部過D65井-D28井的近SN向的連井剖面為例(見圖6)，分析盒一段沉積剖面及其演化。由圖6可見，盒1-1亞段砂體極為發(fā)育，橫向連續(xù)性較好；盒1-2亞段砂體在研究區(qū)中部較發(fā)育，在北部砂體較??；盒1-3亞段砂體發(fā)育較差、厚度較薄、連續(xù)性一般。總體上，多期疊加的分流河道在盒一段發(fā)育，分流河道擺動、遷移頻繁。其中，盒1-1亞段較盒1-2和盒1-3亞段的厚度更大，連續(xù)性更好。

3.2.3 沉積相平面展布

根據(jù)研究區(qū)盒一段巖心和測井資料，編制連井砂體對比圖、連井剖面圖和每個段或亞段的巖性等厚圖，并結(jié)合測井曲線組合，分析其沉積相特征及平面展布規(guī)律(見圖7)。

圖6 過D65-D28井下石盒子組連井沉積相剖面(剖面線見圖3)Fig.6 Section between well D65-D28 of lower-Shihezi formation(section line see fig.3)

(1)盒1-3-2小層。辮狀河分流河道在研究區(qū)分布范圍有限，河道寬度較窄。研究區(qū)西北部發(fā)育兩條分流河道流入研究區(qū)，其中西側(cè)的分流河道能量減弱并逐漸消失，在河道晚期發(fā)育天然堤和決口扇沉積；東側(cè)的分流河道在研究區(qū)中部分叉，其中一條流向研究區(qū)南部并逐漸消失(見圖7(a))。

(2)盒1-3-1小層。辮狀河分流河道主要在研究區(qū)中、東部發(fā)育，東部三條寬度較窄的分流河道在研究區(qū)中部合并，然后由研究區(qū)東南部流出；北部發(fā)育兩條主河道，寬度較窄，在研究區(qū)中部分叉，擺動、遷移頻繁；由于能量減弱，研究區(qū)南部辮狀河分流河道變窄，彎曲度較大，發(fā)育天然堤和決口扇沉積(見圖7(b))。

(3)盒1-2-2小層。辮狀河分流河道在研究區(qū)主要發(fā)育四條近SN向的分流河道條帶，西側(cè)的分流河道寬度較窄；東側(cè)的分流河道沿D73井-D74井-D84井區(qū)發(fā)育；中部的兩條分流河道寬度較大，在研究區(qū)中北部分叉、合并，擺動、遷移頻繁，邊部發(fā)育天然堤和決口扇沉積；由于能量減弱，南部的分流河道寬度變窄(見圖7(c))。

圖7 大牛地氣田下石盒子組盒一段小層沉積相Fig.7 Sedimentary facies of the 1th member of lower-Shihezi formation in Daniudi gas field

(4)盒1-2-1小層。辮狀河分流河道在研究區(qū)發(fā)育良好。北部主要有兩條主河道流入研究區(qū)，分別過D33井-D37井區(qū)和D46井-D35井區(qū)。西側(cè)的主河道在研究區(qū)中部分叉，然后合并，擺動、遷移頻繁，最后在研究區(qū)西南側(cè)流出。東側(cè)的主河道在研究區(qū)中部D6井區(qū)分叉，在辮狀河分流河道邊部發(fā)育天然堤和決口扇沉積(見圖7(d))。

(5)盒1-1-2小層。辮狀河分流河道主要發(fā)育在研究區(qū)的西南部和東北部。北部主要有三條主河道流入：西北部、東北部和北部河道寬度較大，為多期辮狀河分流河道擺動、遷移疊加，邊部發(fā)育天然堤、決口扇沉積，在研究區(qū)中部分叉、合并(見圖7(e))。

(6)盒1-1-1小層。研究區(qū)北部發(fā)育多期辮狀河分流河道疊加沉積，中部辮狀河分流河道分叉、合并，擺動、遷移頻繁；南部主要發(fā)育三條近SN向的辮狀河分流河道；東部辮狀分流河道較西部的孤立，辮狀分流河道邊部發(fā)育天然堤、決口扇沉積(見圖7(f))。

3.3 沉積相縱向演化規(guī)律

根據(jù)研究區(qū)下石盒子組一段6個小層的沉積微相平面展布，分析盒一段縱向沉積相演化規(guī)律。盒一段下部3個小層較上部3個小層河道寬度大，即盒1-1亞段2個小層和盒1-2-1小層河道寬度較大，盒1-2-2小層和盒1-3亞段2個小層河道寬度較窄。

原因是盒一段在演化過程中受到物源供給和水動力影響。盒一段沉積初期，構(gòu)造運動劇烈，物源豐富，供給充足，水動力能量強，碎屑較粗；盒一段沉積后期，構(gòu)造活動變?nèi)酰A北板塊北緣處于松弛并再度拉張的環(huán)境，物源區(qū)縮小，水動力能量較弱，碎屑物變細?？傮w上，由盒1-1亞段—盒1-2亞段—盒1-3亞段，物源供給表現(xiàn)為充足—較充足—欠充足，水動力條件表現(xiàn)為強—較強—較弱。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地大牛地氣田下石盒子組一段發(fā)育一套以粗碎屑為主，砂、泥組合的湖泊—辮狀河三角洲相沉積環(huán)境。

(2)下石盒子組盒一段的盒1-1亞段和盒1-2亞段以辮狀河三角洲相沉積為主，盒1-3亞段以湖泊相沉積為主。河道砂體在盒1-1亞段和盒1-2亞段厚度較大，縱向和橫向的連通性、連續(xù)性較好。

(3)根據(jù)下石盒子組盒一段縱向上沉積微相的演化規(guī)律與物源供給、水動力變化的關(guān)系，由盒1-1亞段—盒1-2亞段—盒1-3亞段，河道規(guī)模逐漸變差，物源供給和水動力條件逐漸變?nèi)酢?/p>

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2017-01-16；編輯：張兆虹

中國石化油田部開發(fā)先導(dǎo)項目(G5800-08-ZS-YTB029)

張廣權(quán)(1979-)，男，碩士，高級工程師，主要從事石油與天然氣開發(fā)地質(zhì)方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2017)02-0054-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.02.006