安小平，唐穎，周小英，薄小松，王 昊，夏春明，張建亭，譚世豪，陳開運(yùn)

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018；2.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069； 3.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

引 言

風(fēng)暴巖是指非正常天氣下由風(fēng)暴作用所形成的沉積巖。國外于20世紀(jì)70—80年代形成較為完善的風(fēng)暴巖沉積學(xué)理論。20世紀(jì)80年代后，我國在渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地等陸續(xù)發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴沉積，并建立了相關(guān)的風(fēng)暴沉積模式[1-6]。

以往研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)長8油層組主要發(fā)育淺水三角洲相沉積體系[7-10]，近年來的勘探開發(fā)表明現(xiàn)有淺水三角洲相地質(zhì)認(rèn)識(shí)存在問題，具體表現(xiàn)在：(1)從巖心上觀察到大量含泥礫砂巖與塊狀砂巖等強(qiáng)水動(dòng)力條件沉積物，與典型三角洲前緣沉積環(huán)境不匹配；(2)按傳統(tǒng)三角洲控油理論，油藏主體帶方向與水下分流河道走向一致(即與物源方向一致)。目前，已開發(fā)的油藏主體帶延伸方向與湖岸線方向近于平行，與物源方向不匹配，油藏連片性較差(圖1)。這些新的證據(jù)和跡象表明，環(huán)江地區(qū)長8段可能同時(shí)發(fā)育河流-三角洲相沉積砂體和風(fēng)浪、重力等成因改造的湖盆砂體。近年來，筆者在長8儲(chǔ)層巖心發(fā)現(xiàn)大量風(fēng)暴巖沉積證據(jù)，認(rèn)為該區(qū)長8儲(chǔ)層是三角洲沉積與風(fēng)暴沉積共同作用的結(jié)果。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及井位分布Fig.1 Structural location and well location distribution of the study area

1 區(qū)域地質(zhì)概況

環(huán)江地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部(圖1)。晚三疊世延長組期，華北陸臺(tái)逐漸解體，盆地處于陸相坳陷湖盆演化階段，構(gòu)造相對穩(wěn)定，發(fā)育一套厚約1 000 m的陸相湖泊-三角洲碎屑巖沉積。長8沉積時(shí)期處于上三疊統(tǒng)湖泊擴(kuò)張晚期，沉積作用與沉降作用相對平衡，沒有劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，水體較淺，湖面平闊，故長8期地層厚度橫向穩(wěn)定，古坡降<2 m/km，地層傾角為0.1°左右，地形平緩[7]。三疊世延長期，鄂爾多斯盆地位于北緯25°～30°附近，相當(dāng)于現(xiàn)在的浙江—江蘇地區(qū)，氣候溫暖濕潤，形成熱帶氣旋與風(fēng)暴的可能性極大[11-12]。

2 風(fēng)暴沉積特征及沉積模式

風(fēng)暴沉積或風(fēng)暴巖是由風(fēng)暴流所產(chǎn)生的沉積物及沉積構(gòu)造組合。淺水湖泊風(fēng)暴沉積巖巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，缺乏粗粒沉積，沉積構(gòu)造主要表現(xiàn)為截切構(gòu)造、“V”字形泥礫、泥巖撕裂屑、沖刷面、丘狀和洼狀交錯(cuò)層理、浪成沙紋層理、波狀交錯(cuò)層理、準(zhǔn)同生變形構(gòu)造等。典型的風(fēng)暴沉積標(biāo)志一般有侵蝕突變底界、粒序?qū)印K狀層、丘狀交錯(cuò)層理、水平層理及遺跡化石等。通過對這些沉積構(gòu)造的識(shí)別與研究，結(jié)合沉積序列即可確定風(fēng)暴事件[13-15]。

2.1 風(fēng)暴沉積特征

通過對環(huán)江地區(qū)長8油層組巖心的詳細(xì)觀察與分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)風(fēng)暴沉積特征比較典型，具體表現(xiàn)在突變底界和沖刷充填構(gòu)造、泥礫砂巖與塊狀砂巖、特殊的層理構(gòu)造、生物遺跡化石、牽引流與密度流雙重屬性等方面。

2.1.1 突變底界和沖刷充填構(gòu)造

風(fēng)暴形成后在其生命高峰期能量巨大，由風(fēng)暴作用形成的波浪與各種底流具有很強(qiáng)的剪切與侵蝕作用，對湖內(nèi)前期形成的沉積物具有強(qiáng)烈的侵蝕與改造作用，可在湖盆底部形成大量不規(guī)則的突變底界和沖刷充填構(gòu)造。巖心觀察發(fā)現(xiàn)大量底面沖刷及溝模、槽模構(gòu)造(圖2)，這些底模構(gòu)造通常在濁積巖中較為發(fā)育。研究區(qū)所在位置屬于淺湖環(huán)境，河流入湖后在湖水的頂托與摩擦作用下不可能形成很強(qiáng)的侵蝕能力。同時(shí)，也不具備產(chǎn)生濁流事件的條件。因此，這些突變底界和沖刷充填構(gòu)造的形成與風(fēng)暴沉積作用有關(guān)。

圖2 環(huán)江油田長8儲(chǔ)層巖心底模沉積構(gòu)造Fig.2 Sedimentary structure of core bottom mold of Chang 8 reservoir in Huanjiang Oilfield

2.1.2 泥礫砂巖與塊狀砂巖

研究區(qū)長8油層組巖心中一個(gè)重要的特征是含泥礫砂巖與塊狀砂巖發(fā)育。含泥礫砂巖通常位于侵蝕面之上， 塊狀砂巖之下。含泥礫砂巖中的泥礫巖為灰色泥巖，形狀多樣，有扁圓形、薄片形、條柱形，磨圓度差， 原地剝蝕與堆積特征明顯。泥礫大小混雜， 顆粒為0.5 cm×0.8 cm， 最大者為2.0 cm×3.0 cm， 無規(guī)則地漂浮于砂巖中， 呈雜基支撐結(jié)構(gòu)(圖3)，反映該區(qū)水動(dòng)力條件具有突然增強(qiáng)，然后快速衰竭的特征。塊狀砂巖位于含礫砂巖上部，以粉-細(xì)砂巖為主， 少見層理構(gòu)造， 理論上是密度流沉積物。含泥礫砂巖與塊狀砂巖總厚度約占砂巖總厚度的20%左右。考慮到該區(qū)淺湖沉積背景， 認(rèn)為含泥礫砂巖與塊狀砂巖是風(fēng)暴沉積存在的又一重要證據(jù)。

圖3 環(huán)江地區(qū)長8儲(chǔ)層巖心Fig.3 Cores of Chang 8 reservoir in Huanjiang area

2.1.3 層理構(gòu)造

環(huán)江地區(qū)長8油層組巖心層理構(gòu)造發(fā)育，主要層理構(gòu)造類型有丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理、波狀層理、平行層理、透鏡狀層理等。其中，波狀層理、平行層理、透鏡狀層理等是河流與三角洲沉積中常見的沉積構(gòu)造，與牽引流有關(guān)。

丘狀交錯(cuò)層理是鑒定風(fēng)暴沉積的特征標(biāo)志，也是最能反映風(fēng)暴作用特征的沉積構(gòu)造。丘狀交錯(cuò)層理由一系列緩波狀層系組成，外形像隆起的圓丘，向四周緩傾斜。風(fēng)暴掀起的巨浪觸及海底，在沉積物表面鑄造成大的緩波狀起伏，形成丘狀交錯(cuò)層理[11-13]。

洼狀交錯(cuò)層理，由一系列彼此以低角度交切的淺洼坑狀紋層系組成。淺洼坑的深度一般為10～30 cm，寬1～5 cm，其細(xì)層與洼坑底界平行。洼狀交錯(cuò)層理也是風(fēng)暴流沉積最典型的沉積構(gòu)造，構(gòu)成洼狀交錯(cuò)層理的沉積物粒度較丘狀交錯(cuò)層理略粗[16-18]。

在巖心上識(shí)別丘狀、洼狀交錯(cuò)層理相對比較困難，其原因是巖心視域相對較小。丘狀、洼狀交錯(cuò)層理與槽狀交錯(cuò)層理在斷面上較為相似，但在空間上差別明顯。丘狀、洼狀交錯(cuò)層理在各個(gè)方向上都具有類似的表現(xiàn)特征，即層面平緩并微微上凸或下凹(圖4)。槽狀交錯(cuò)層理不同方向展示的特征差異較大，沿河道走向?qū)永砻娼谄叫小Ｑ芯繀^(qū)長8油層組巖心的丘狀、洼狀交錯(cuò)層理主要發(fā)育在粉-細(xì)砂巖中，紋層厚度0.5～1.0 cm，層面較為平緩，并微微上凸或下凹，具有平緩的波狀特征，仔細(xì)辨別可與槽狀交錯(cuò)層理區(qū)分。研究區(qū)長8油層組發(fā)育丘狀、洼狀交錯(cuò)層理，說明該區(qū)可能存在風(fēng)暴沉積。

圖4 環(huán)江地區(qū)長8油層巖心的丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理Fig.4 Mound cross bedding and depression cross bedding in cores of Chang 8 reservoir in Huanjiang area

2.1.4 生物遺跡化石

地層中遺體化石保存產(chǎn)狀、完整程度和遺跡化石形態(tài)可以反映古沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件。若水動(dòng)力強(qiáng)，水生生物就需要生活在潛穴中躲避巨浪的傷害。研究區(qū)長8油層組粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖中廣泛發(fā)育蟲孔，蟲孔以直立或高角度傾斜為主(圖5)，反映該區(qū)水動(dòng)力較強(qiáng)。研究區(qū)屬于湖泊淺水區(qū)，正常情況下波浪不大，生活在這里的水生生物無需選擇穴居生活方式，若在巨浪環(huán)境中，生長在濱淺湖的水生動(dòng)物選擇穴居方式生活，可有效躲避風(fēng)暴作用形成的巨浪打擊，會(huì)在地層中形成大量蟲孔與逃逸跡。直立或高角度傾斜蟲孔的存在，也可以作為風(fēng)暴作用發(fā)育的證據(jù)之一。研究區(qū)存在直立或高角度傾斜蟲孔現(xiàn)象，應(yīng)與風(fēng)暴作用有關(guān)。

2.1.5 牽引流與密度流雙重屬性

研究區(qū)長8油層組以中-細(xì)砂巖為主，在儲(chǔ)層中，中粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂、黏土的體積分?jǐn)?shù)分別為0.43%、23.05%、67.18%、4.13%、5.16%。砂巖巖中泥質(zhì)雜基相對較少，以顆粒支撐結(jié)構(gòu)為主，砂巖結(jié)構(gòu)成熟度相對較高。

圖5 環(huán)江地區(qū)長8巖心高角度蟲孔構(gòu)造Fig.5 High angle wormhole in Chang 8 cores in Huanjiang area

粒度概率累積曲線可以較好地區(qū)分顆粒搬運(yùn)方式和水流強(qiáng)弱等。環(huán)江地區(qū)長8油層組砂巖粒度概率累積曲線可劃分為三段式和兩段式2種類型(圖6)。三段式和兩段式均表現(xiàn)出以跳躍總體為主的特征，跳躍總體為60%～80%，跳躍總體斜率60°～75°，分選中等，反映堆積相對較快的特征。

圖6 環(huán)江地區(qū)長8砂巖典型粒度概率分布Fig.6 Typical grain-size probability distribution of Chang 8 sandstone in Huanjiang area

C-M圖中C值為累計(jì)頻率曲線上顆粒含量1%處對應(yīng)的粒徑，M值為累計(jì)頻率曲線顆粒含量50%處對應(yīng)的粒徑。研究區(qū)長8油層組碎屑巖粒度C-M圖的特點(diǎn)是散點(diǎn)圖近似線性分布，并且與C=M基線平行(圖7)，反映密度流沉積特征。

圖7 環(huán)江地區(qū)長8儲(chǔ)層砂巖C-M圖Fig.7 C-M diagram of Chang 8 sandstone in Huanjiang area

2.2 風(fēng)暴巖沉積模式

風(fēng)暴巖是在風(fēng)暴流作用下形成的具有一定瞬間性和周期性的沉積組合。因此，風(fēng)暴浪基面上下附近區(qū)域是頻繁發(fā)生振蕩、侵蝕、再搬運(yùn)濱淺湖沉積物的主要場所。三角洲前緣微相，尤其是沉積時(shí)期湖盆坡折帶更是尋找風(fēng)暴巖的重要區(qū)域(圖8)。此類事件沉積形成的砂體在垂向上具有較為典型的沉積特征，進(jìn)而將其歸納總結(jié)成一套風(fēng)暴巖地層縱向沉積模式。地層縱向沉積模式對于判定其沉積相類型具有重要意義。

環(huán)江地區(qū)長8段可見突變底界、沖刷充填構(gòu)造、含泥礫砂巖與塊狀砂巖，丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理、直立或高角度傾斜蟲孔，這些都表明研究區(qū)長8段沉積時(shí)發(fā)生過風(fēng)暴沉積作用。風(fēng)暴沉積屬于事件性沉積，研究區(qū)是多期次風(fēng)暴作用反復(fù)侵蝕堆積的結(jié)果。巖性方面看到一個(gè)完整的風(fēng)暴沉積序列是比較困難的，更多的是不完整的沉積序列組合，類似于鮑馬序列，即很少見完整的鮑馬序列[19-22]。通過借鑒前人總結(jié)的風(fēng)暴巖沉積模式，建立環(huán)江地區(qū)長8油層組風(fēng)暴巖縱向沉積模式。自下而上依次為塊狀層理段(SA)、平行層理段(SB)、丘狀交錯(cuò)層理段(SC)、波狀層理段(SD)和湖相泥巖段(SE)等5個(gè)層段(圖9)。塊狀層理段(SA)巖性主要以含泥礫砂巖與塊狀砂巖為主，含泥礫砂巖位于塊狀砂巖之下，底部發(fā)育的槽模與溝模等強(qiáng)沖刷構(gòu)造是風(fēng)暴發(fā)展高峰期的產(chǎn)物。平行層理段(SB)巖性以細(xì)砂巖為主，含有少量粉砂巖，反映水動(dòng)力條件較強(qiáng)。丘狀交錯(cuò)層理段(SC)巖性以細(xì)砂巖為主，含有少量粉砂巖，是風(fēng)暴形成渦流衰減過程中由沉積物堆積形成的。波狀層理段(SD)巖性主要以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，發(fā)育波狀層理與水平層理，可見生物遺跡化石，具有牽引流沉積特征，是風(fēng)暴期后的沉積特征。湖相泥巖段(SE)巖性以灰色泥巖為主，發(fā)育塊狀層理與水平層理，為靜水環(huán)境下的湖相沉積。該沉積模式可與其他地區(qū)風(fēng)暴沉積模式類比。因此，該區(qū)存在風(fēng)暴沉積。

圖8 環(huán)江地區(qū)長8儲(chǔ)層風(fēng)暴巖沉積模式Fig.8 Sedimentary mode of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

圖9 環(huán)江地區(qū)長8儲(chǔ)層風(fēng)暴巖縱向沉積模式Fig.9 Vertical sedimentary mode of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

3 地質(zhì)意義

研究區(qū)發(fā)育槽模、溝模等強(qiáng)沖刷面，同時(shí)發(fā)育含泥礫砂巖與塊狀砂巖等。理論研究認(rèn)為這樣的沉積構(gòu)造和巖石一般發(fā)育于強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境。前人研究認(rèn)為該區(qū)長8期地形平坦，水體較淺(不超過10 m)，很難產(chǎn)生很強(qiáng)的水動(dòng)力條件。過去一般解釋為水下分流河道在洪水期沉積的產(chǎn)物，略顯牽強(qiáng)。隨著該區(qū)風(fēng)暴巖的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)，理論上較好地解釋了該區(qū)強(qiáng)水動(dòng)力沉積構(gòu)造產(chǎn)生的成因。

前人普遍認(rèn)為該區(qū)為一套淺水三角洲相沉積，水下分流河道為主要儲(chǔ)集相[16]，以巖性油藏為主，油藏主體帶展布方向應(yīng)與水下分流河道方向一致或者與物源方向一致。目前，開發(fā)實(shí)踐證明油藏主體帶方向與湖岸線伸展方向一致，與物源方向大角度相交(圖1)。單一的淺水三角洲相認(rèn)識(shí)很難解釋這一現(xiàn)象。環(huán)江地區(qū)長8段取心統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，縱向剖面風(fēng)暴沉積與非風(fēng)暴沉積交互出現(xiàn)，隨著井位從湖岸線逐漸向湖泊中心靠近，風(fēng)暴沉積占長8段總地層厚度比重有所降低，但整體上風(fēng)暴沉積砂體所占比重可觀(表1)。此外，風(fēng)暴成因的砂體主要以細(xì)-中砂為主，雜基含量低，具有較好的儲(chǔ)集潛力。風(fēng)暴砂體臨近或處于湖泊中心，極易與三角洲前緣砂體發(fā)生互相疊置并被湖相泥巖包圍，長8風(fēng)暴巖上覆于長7生油巖之上，近源優(yōu)勢使其很有可能成為巖性油藏。因此，長8風(fēng)暴巖可作為有利的新勘探目標(biāo)。

環(huán)江地區(qū)長8風(fēng)暴巖的發(fā)現(xiàn)揭示該區(qū)砂巖主體帶的發(fā)育方向是三角洲沉積與風(fēng)暴共同作用的結(jié)果。在油氣勘探開發(fā)過程中不僅要注重三角洲相帶的研究，還要充分考慮風(fēng)暴作用對三角洲砂體的改造，準(zhǔn)確預(yù)測油藏主體帶，提高勘探開發(fā)效益。

表1 環(huán)江地區(qū)長8油層組風(fēng)暴巖發(fā)育程度Tab.1 Thickness of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

4 結(jié) 論

(1)環(huán)江地區(qū)長8油層組發(fā)育半深湖相風(fēng)暴沉積，風(fēng)暴巖發(fā)育典型的丘狀、洼狀交錯(cuò)層理、底面沖刷、溝模、槽模等突變底界、沖刷充填構(gòu)造以及直立或高角度蟲孔。

(2)建立了環(huán)江地區(qū)長8油層組風(fēng)暴巖縱向沉積模式，該沉積模式自下而上依次為塊狀層理段(SA)、平行層理段(SB)、丘狀交錯(cuò)層理段(SC)、波狀層理段(SD)和湖相泥巖段(SE)5個(gè)層段。