張占楊

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

鄂爾多斯盆地是具有多期次旋回沉積的含油氣盆地，經(jīng)歷了裂陷盆地、克拉通盆地、克拉通坳陷盆地、內(nèi)陸坳陷盆地、平緩斜坡等多個發(fā)育階段［1］，發(fā)育多套含油氣層系，是中國重要的天然氣生產(chǎn)基地，盆地內(nèi)已建成蘇里格、大牛地等大型氣田。該盆地北緣伊盟隆起—伊陜斜坡為沉積過渡帶，且為近物源沉積，與盆內(nèi)已有氣田差異較大，在整個上古生界沉積過程中，從石炭系太原組至二疊系下石盒子組疊置發(fā)育了多套沉積砂體［2］。這些砂體構(gòu)成了盆地邊緣油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。截至目前已在太原組、山西組以及下石盒子組發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)氣藏，其中，儲集砂體物性最好且最為發(fā)育的層位主要為二疊系下石盒子組盒1段［3］，該段儲集砂體在盆地邊緣表現(xiàn)為“南部大面積分布、北部沉積超覆缺失”的分布特征［4］。目前對盆地下石盒子組心灘砂體主要利用鉆井資料并根據(jù)辮狀河沉積規(guī)律進行刻畫，而沒有考慮盆緣古地貌對沉積的影響，古地貌對心灘的規(guī)?？刂埔膊幻鞔_。筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)—物探一體化手段開展石炭系古地貌恢復，深化了對鄂爾多斯盆地北緣二疊系下石盒子組盒1段沖積扇—辮狀河沉積體系心灘砂體沉積特征的認識。結(jié)合現(xiàn)今河流沉積特征，利用地質(zhì)統(tǒng)計學方法建立不同沉積相帶、不同古地貌坡度條件下心灘長度、寬度的定量計算方法，以期為該地區(qū)上古生界盒1段氣藏的精細描述及高效開發(fā)提供科學的依據(jù)。

1 沉積特征

由于研究區(qū)北部陸源碎屑物質(zhì)受古地貌的影響，其碎屑成分主要為中上元古界石英巖，物源區(qū)的母巖經(jīng)風化剝蝕后從公卡漢凸起搬運后由山谷沖出，坡降逐漸減緩，坡度由3.0°下降到0.5°，辮狀河道變寬變淺，水動力減弱，大量底負載碎屑物迅速堆積下來在斜坡及溝谷部位形成沖積扇。向南古地貌坡度繼續(xù)變緩，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闆_積平原辮狀河沉積，整體由北往南形成沖積扇—辮狀河沉積體系［5］。研究區(qū)從西到東發(fā)育3個沖積扇體，①號扇體寬度介于1～2 km，②號扇體寬度最大，介于3～5 km，③號扇體寬度介于2～3 km，從北到南依次發(fā)育沖積扇扇根、扇中、扇端、辮狀河道（圖1）。沖積扇扇根主要發(fā)育碎屑流沉積，巖性以較粗的砂礫巖及含礫粗砂巖為主，沉積構(gòu)造常見塊狀層理，測井相為疊置箱形［6］；扇中以牽引流沉積為主，其巖性較扇根變細，以含礫中粗砂巖為主，主要發(fā)育塊狀層理，也可見平行層理和槽狀交錯層理，測井相為鐘形和箱形；扇端沉積物粒度最細，以中細砂巖為主，發(fā)育塊狀層理、槽狀交錯層理、平行層理，測井相為單期鐘形和齒化箱形。研究區(qū)南部發(fā)育5條辮狀河道，疊置河道寬度介于1～3 km，以含礫中粗砂巖為主，發(fā)育塊狀層理，測井相為齒化箱形。

圖1 鄂爾多斯盆地北緣沖積扇—辮狀河沉積特征圖

沖積扇及沖積平原辮狀河主體部位測井曲線呈箱形、鐘形、微齒或直線形。光滑箱形的頂部和底部均與泥巖突變接觸［7］，巖性以含礫粗砂巖和中粗砂巖為主，巖性整體較粗，無粉砂或泥質(zhì)夾層，反映了物源充足、水動力強勁而穩(wěn)定的特征，主要發(fā)育的沉積微相為辮狀河心灘和辮流水道。鋸齒狀箱形則反映了水動力時強時弱的特征，沉積微相為辮狀河道底部的河道充填沉積［8］。當新的一期沉積旋回開始時，粗粒砂巖由于受沖刷作用而覆蓋在前一期泥巖之上，砂巖與泥巖突變接觸，形成了沖刷面。由于水動力逐漸減弱，砂巖頂部沉積了靜水環(huán)境泥巖，砂巖與頂部泥巖漸變接觸，二元結(jié)構(gòu)特征明顯，整個沉積序列的測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為鐘形。

2 心灘砂體發(fā)育特征及控制因素

通過野外剖面觀察及測量可知，單期心灘厚度接近于河道深度，其寬度則取決于河道寬度、彎度及坡度。心灘沉積物巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，屬于近源沉積，巖屑含量高，碎屑分選磨圓度差，所以成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。沉積物在粒度分布上主要為跳躍組分和滾動組分，碎屑物分選中等—差。在心灘沉積中，沉積構(gòu)造主要以下切型或下截型板狀交錯層理和塊狀層理為主，在較細的沉積物中也常見槽狀交錯層理［10］。通過野外露頭測量、公式法以及實鉆情況驗證，心灘厚度與規(guī)模呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，厚度越大，心灘整體規(guī)模越大。盒1段心灘長度介于500～1 200 m，長寬比為3∶1。

一般情況下，將在古地貌坡度1.3°～1.8°條件下形成的心灘稱為陡坡心灘，而緩坡心灘是指古地貌坡度介于0.8°～1.0°條件下形成的心灘。陡坡心灘沉積物粒度粗，中細粒級礫石含量很高，以塊狀層理為主，可見交錯層理，礫石大小混雜分選差，排列雜亂無規(guī)則，單期沉積厚度較大。陡坡心灘砂地比為0.40～0.85，河道寬厚比為64～92，心灘長寬比為2.8。而緩坡心灘由于河道中水動力較小、搬運能力弱且遠離物源，沉積物粒度較細，以中細砂巖為主，礫石含量較低，常見平行層理、槽狀交錯層理，可見礫石定向排列，分選較好，常見沖刷面，單期沉積厚度較薄。緩坡心灘砂地比為0.30～0.70，河道寬厚比為50～72，心灘長寬比為2.3，這3個參數(shù)均小于陡坡心灘［11］。從辮狀河橫切河道野外露頭可以看出，多期心灘砂體互相疊置，單期心灘厚度較薄，后期心灘切割改造前期心灘，連通性好，內(nèi)部疊切關(guān)系與分布復雜。說明強水動力水道中，砂體頻繁遷移，沖刷作用較為強烈（圖2a）。從辮狀河垂向沉積序列看，一定厚度范圍內(nèi)發(fā)育多期正旋回，單期旋回厚度薄，巖性以含礫中粗砂巖為主，較多細礫成懸浮狀，砂質(zhì)支撐，每期旋回底部常見滯留礫石沉積形成的沖刷面，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主（圖2b）。

圖2 辮狀河心灘發(fā)育特征圖

通過統(tǒng)計盒1段野外剖面及實際鉆遇情況分析認為，心灘的形態(tài)主要受古地貌坡度的影響，坡度越大，心灘長寬比越大，坡度越小，心灘長寬比越?。▓D3a、圖3b）。

圖3 心灘形態(tài)參數(shù)與古地貌坡度相關(guān)性分析圖

盒1段沉積時期盆地內(nèi)地貌坡度較為平緩，在低緩的伊陜斜坡上，由北向南依次發(fā)育沖積扇—沖積平原辮狀河—內(nèi)陸湖盆辮狀河三角洲沉積體系，其沉積碎屑物主要源自盆地北部的阿拉善和陰山古陸，盆地物源中—東部沉積物主要受陰山古陸的影響［12］。在盆地基底形成初期，由于基準面抬升，盆地中部的古隆起受到海侵作用從而被海水淹沒，僅在盆地北緣公卡漢地區(qū)未被海水淹沒而露出海面呈島狀。二疊紀早期至三疊紀晚期，盆地從海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，盆地北緣古隆起逐漸消失，全區(qū)進入廣覆型補償沉積時期［13］。從公卡漢凸起向南地層厚度逐漸增厚，越往北部則太原組、山西組及部分下石盒子組沉積地層依次缺失。采用印模法恢復盆地北緣前石炭系古地貌圖，并依據(jù)古地貌特征，可以劃分為凸起、洼地、斜坡、溝谷4種古地貌單元［14-15］（圖4）。研究區(qū)主要位于古地貌的斜坡單元上，不同斜坡部位的坡度有所差異，古地貌坡度不同造成了水動力的差異［16］，由此心灘表現(xiàn)出不同的特征。在古地貌坡度相同的東西方向，由于物源供給碎屑物的不同，①號扇體、②號扇體、③號扇體規(guī)模不同，②、③號扇體物源碎屑物供給充足，扇體與心灘規(guī)模較大。在南北向古地貌坡度相近的情況下，北部心灘比南部心灘粒度更粗、厚度更大。由上述可知，古地貌控制了心灘形態(tài)，物源控制了心灘規(guī)模。

圖4 盆地北緣盒1段沉積期古地貌圖

3 心灘砂體定量刻畫

河流地質(zhì)學與地貌研究表明，水動力條件控制河道心灘的形態(tài)［17］，而古地貌坡度是影響水動力大小的一個主要因素。同一地區(qū)不同古地貌坡度的心灘規(guī)模差異較大，古地貌坡度越大，心灘形態(tài)主要呈“瘦長”型，古地貌坡度越小，心灘形態(tài)主要呈“短胖”型。利用地質(zhì)統(tǒng)計學方法對賈木納河上游辮狀河段不同地貌坡度條件下的心灘規(guī)模進行統(tǒng)計分析，建立了地貌坡度與心灘長寬比等參數(shù)的定量關(guān)系?；谙嚓P(guān)性研究，利用古地貌坡度并結(jié)合心灘厚度對心灘的規(guī)模進行定量計算。

由于地下地質(zhì)體經(jīng)過長期壓實，筆者通過壓實校正恢復計算出原始沉積期單期心灘厚度。依據(jù)古地貌刻畫成果，明確古地貌坡度，進一步計算出地下心灘寬度和長度。通過文獻調(diào)研及相關(guān)性分析（圖5），筆者總結(jié)出4個心灘形態(tài)計算公式：

圖5 心灘定量計算參數(shù)示意圖

式中，W為心灘寬度，m；h為壓實校正后的心灘厚度，m。

式中，H為壓實校正前的心灘厚度，m。

式中，K為心灘長寬比；Hd為坡降，m／100 m。

式中，Y為心灘長度，m。

盒1段地形坡降較大，為1.3～1.8 m／100 m，主要發(fā)育沖積扇沉積體系，沖積扇單期心灘砂體厚度介于2～9 m，單期心灘砂體寬度介于53～352 m，隨著古地貌坡度的增大，心灘平面形態(tài)及規(guī)模也逐漸增大。研究區(qū)南部盒1段地形坡降較小，為0.8～1.0 m／100 m，主要發(fā)育沖積平原辮狀河沉積體系，單期心灘砂體厚度介于4～7 m，沖積平原上單期心灘砂體寬度介于102～247 m（表1）。

表1 研究區(qū)盒1段心灘規(guī)模參數(shù)統(tǒng)計表

根據(jù)切河道實鉆水平段統(tǒng)計，研究區(qū)心灘寬度介于150～350 m，砂體厚度介于4～7 m，寬厚比為50～75，與計算結(jié)果相同。心灘規(guī)模定量化研究與物探儲層預測相結(jié)合確定心灘規(guī)模及疊置模式，心灘預測符合率從72%提高到93%，實現(xiàn)了研究區(qū)內(nèi)心灘砂體的精確刻畫，提高了優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率，實現(xiàn)了氣藏的高效開發(fā)。

4 結(jié)論

1）通過對不同沉積相帶典型井進行垂向沉積序列精細描述，建立了盒1段北部沖積扇—過渡帶—南部沖積平原辮狀河沉積模式。明確了北部以沖積扇為主，南部發(fā)育沖積平原辮狀河，中間過渡帶兼具有南北部的綜合特征。不同沉積相帶發(fā)育不同的沉積特征、巖石相及測井相。

2）古地貌控制了心灘的形態(tài)，物源控制了心灘的規(guī)模，在心灘砂體厚度一定的條件下，古地貌坡度越大，心灘長寬比越大，古地貌坡度越小，心灘長寬比越小。不同古地貌坡度造成了碎屑物粒度、沉積構(gòu)造、礫石結(jié)構(gòu)、砂地比、單期旋回厚度方面的顯著差異。

3）利用地質(zhì)統(tǒng)計學方法建立了古地貌坡度與心灘規(guī)模的相關(guān)關(guān)系，通過公式法定量計算心灘長度、寬度、厚度與長寬比，精細刻畫心灘展布形態(tài)，提高了儲層鉆遇率，實現(xiàn)了氣藏的高效開發(fā)。