鄂尔多斯盆地南部延长组沉积体系及其砂体展布特征

鄂尔多斯盆地南部延长组沉积体系及其砂体展布特征

0盆地南部沉积相鄂尔多斯盆地位于中国北部的地台西部。它是中国大陆上的第二个沉积物盆地。穿过陕西省、甘肃省、宁山西省、山西省和晋山西省。盆地面积37.14km2。天然气丰富。这是中国现在最大的石油、天然气储量和产量增长。该盆地具有“南油北气”的特点,石油主要富集在盆地南部三叠系延长组和侏罗系延安组中,已发现安塞、西峰、姬塬等亿吨级大油田。鄂尔多斯盆地南部由于地表条件、地震资料覆盖及资料品质的限制钻井一直是油气勘探的重要手段。前人对研究区沉积体系及砂体展布规律进行了大量研究,取得了丰富的成果[1~8],认为低孔、低渗背景下的相对高孔高渗带是有利勘探区。尽管如此,沉积体系及砂体展布仍存在诸多争议,特别是盆地南部,由于各自采用的划分对比标准不同,认识结果差异很大,给油气的进一步勘探开发带来困难。因此,笔者在前人研究成果的基础上,综合利用钻井、测井、野外露头等资料,以层序地层学的原理和方法为指导,对该区的地层展布、沉积体系及砂体展布规律进行了重新认识。1研究区地质背景鄂尔多斯盆地是一个多构造体系、多旋回演化、多沉积类型的大型盆地[11~14]。根据盆地的地质演化史及中生界地质构造特征,划分为伊盟隆起区、伊陕斜坡、渭北隆起、晋西褶曲带、天环坳陷和西缘逆冲带6个构造单元。研究区位于鄂尔多斯盆地南部,即延安—环县以南,构造上包括伊陕斜坡南部、天环坳陷南部和渭北隆起北部(图1)。鄂尔多斯盆地晚三叠世进入内陆湖盆演化时,经历了晚三叠世和侏罗纪2个湖盆演化旋回阶段,发育了上三叠统延长组和侏罗系富县组、延安组的河流—湖泊相地层。三叠系延长组为盆地中生界主力烃源岩沉积期,长6—长8油层组为湖相暗色泥岩、页岩、油页岩组合,有机质丰度高,烃源岩类型好,成熟度高,是盆地最主要的烃源岩系。研究区长期处于湖盆的沉积中心,烃源岩分布广泛。北东、南西、北西3大物源体系形成以三角洲前缘水下分流河道砂体和砂坝为主的储集体,总体为低孔、低渗,局部发育高孔、高渗带,储层和烃源岩交互叠置,形成自生、自储油气藏。2中期旋回及沉积特征鄂尔多斯盆地延长组经历了一个完整的沉积旋回。以钻井、录井、测井及露头等资料为基础,将延长组划分为5个长期旋回,22个中期旋回(表1)。长期旋回自下而上分别命名为SC1,SC2,SC3,SC4和SC5旋回。在此基础上建立了鄂尔多斯盆地南部高分辨率层序地层格架。SC1旋回:包括长10油层组,划分为3个中期旋回。该旋回为盆地演化早期,河流相沉积。岩性主要为一套灰绿色、肉红色厚层状中、粗长石砂岩夹深灰色及暗紫色泥岩,厚度一般为250~350m。测井曲线特征为低伽马、低自然电位。分布范围较小,在郎9井以南地区尖灭(图2)。SC2旋回:包括长9油层组和长82油层组,划分为3个中期旋回。该时期盆地经历了第一次湖盆扩张,长9油层组沉积晚期湖盆扩张达到最大,沉积了第一套烃源岩,俗称李家畔页岩,在富县地区比较发育,岩性为灰黑色泥岩、页岩,测井曲线特征为高伽马、高电阻率、高声波时差。研究区西部主要为砂岩与泥岩的交互沉积,测井曲线特征为高伽马、高电阻,略带扩径现象。下降半旋回(长82油层组)主要为一套砂岩沉积夹薄层泥岩,测井曲线为低伽马、低自然电位,分布比较广泛。SC3旋回:包括长81、长7和长63油层组,划分为6个中期旋回。其中,上升半旋回包括长81—长73油层组,主要为粉细砂岩与泥岩的交互沉积,向上逐渐变为暗色泥岩、油页岩,形成该旋回的最大湖泛沉积。该时期是湖盆发展演化的全盛期,湖盆范围扩张至最大,形成了内陆湖盆演化阶段最主要的烃源岩,俗称张家滩页岩,为深湖—半深湖沉积,分布稳定。测井曲线表现为高电阻、高伽马特征。在前烈桥野外剖面中显示为厚层暗色页岩的特征,而在延河剖面则显示为薄层油页岩与砂岩互层的特征。长72—长63形成下降半旋回,主要为细砂岩、粉砂岩和泥岩夹凝灰岩沉积。SC4旋回:包括长62—长33油层组,划分为5个中期旋回。该旋回为整体湖退背景下短暂的湖侵,上升半旋回包括长62—长4+52油层组,旋回下部主要为细砂岩、粉砂岩夹泥岩和钙质泥岩沉积,旋回上部为暗色泥岩、薄层油页岩和粉—细砂岩沉积,形成了延长组局部烃源岩。下降半旋回包括长4+5和长33油层组,主要为灰黑色泥岩与浅灰色粉—细砂岩互层。SC5旋回:包括长32—长1油层组,划分为5个中期旋回。该旋回为三叠系湖盆收缩到衰亡期。长2油层组沉积时期湖盆水体变浅、萎缩,主要为河控三角洲平原亚相,分流河道砂体较发育。长1油层组为晚三叠世湖盆衰亡阶段,主要为湖沼相的灰黑色和深灰色泥岩、炭质泥岩、煤层与浅灰绿色粉—细砂岩的互层沉积。旋回顶部的湖沼相煤系地层是鄂尔多斯盆地的主要煤层之一。3下降型“一带一路”砂体在层序地层格架内分析了研究区沉积体系和砂体展布规律。鄂尔多斯盆地南部地区延长组发育南西、北东、北西3大物源体系。南西和北西为辫状河三角洲沉积,北东为曲流河三角洲沉积,且南西和北东物源体系影响了盆地大部分地区。目前对于南东沉积体系的认识还存在较大的分歧,一种认为南东地区存在黄陵三角洲,该三角洲影响了黄陵、旬邑,甚至富县地区也受到了北东和南东2个物源体系的控制;另一种认为北东物源影响了富县地区,而黄陵三角洲控制了旬邑、黄陵地区。层序地层分析及层序格架下的沉积体系研究认为,研究区受北东和南西2大物源控制,北东物源影响了西南部的富县、旬邑等地区。SC1旋回(长10油层组):发育曲流河三角洲、辫状河三角洲和深湖—半深湖沉积体系。其中三角洲沉积体系主要发育三角洲平原和三角洲前缘亚相,南西辫状河三角洲沉积体系发育的三角洲平原亚相分布较广发育5支分流河道,北东物源三角洲沉积体系发育3支分流河道,向南延伸较远,深湖—半深湖面积较小。SC2旋回(长9—长82油层组):盆地南部继承性坳陷扩张,湖泊沉积体系以半深湖—深湖相和湖底扇为主,三角洲沉积体系以三角洲前缘亚相为主。该时期,沉降中心为偏西南,在陇东地区形成了该区第一套烃源岩,谷称李家畔页岩,而晚期长82油层组的分流河道砂体则形成陇东地区主力油层(图2)。南西向发育3支分流河道,第一支呈南西—北东向,沿镇探4井—镇33井分布;第二支基本与第一支平行,沿花所—党原—井陈家一带延伸;第三支呈北东向,沿泾川—庆6井一带展布。彬县地区发育继承性湖底扇砂体,西部的湖底扇向北东方向推进,大致在长庆桥—长14井区中部的湖底扇宽度减小,呈细条带状经正宁地区向北东方向延伸。富县、旬邑—宜君地区主要发育三角洲前缘水下分流河道、河口坝、分流间湾微相。水下分流河道砂体主要有3支,均为北东—南西向展布,在旬邑—宜君地区汇集成1支。SC3旋回(长81—长63油层组):该时期为鄂尔多斯盆地湖盆扩张鼎盛期,特别是长73沉积时期,湖盆面积达到最大,以一套稳定、巨厚的深湖—半深湖相泥岩沉积为主,是盆地中生界最重要的生油岩系。此时,西南地区砂体分布范围有限,主要发育水下分流河道砂体和河口坝砂体,呈南西—北东向延伸;东北地区发育2支水下分流河道,呈南西—北东向延伸,并在旬邑—宜君区块变为湖底扇。后期,随着盆地基底的抬升,湖盆开始收缩,沉积补偿速率大于沉降速率,沉积作用渐趋增强。研究区水体较深,在半深湖—深湖相环境中沉积了湖底扇和三角洲前缘储集砂体。西南地区发育2支分流河道砂体,一支分布于花所—党原—白家下坳—平泉地区,呈南西—北东展布;另一支沿镇评1井—红河5井呈南西—北东向展布。此时,东北地区砂体最为发育,共发育5支水下分流河道,向西南方向延伸至旬邑—宜君地区,逐渐演变为湖底扇。SC4旋回(长62—长33油层组):湖盆开始萎缩,但长4+5油层组沉积早期湖盆经历了短暂的扩张,形成了一套局部烃源岩。与长63油层组相比,该旋回沉积时期砂体的厚度、分布面积有所减小。西南地区主要发育2支主河道砂体,呈南西—北东向平行展布,一条沿平泉—镇评1井—镇33井一线分布;另一支沿崇信—党原—红河8井一线分布,呈南西—北东向展布。同时,沉积剥蚀边界向盆地内部迁移,在长4+5油层组沉积时期,沉积边界已经到达陇东地区南缘。在正宁以西发育北西—南东向展布的残留深湖及半深湖泥岩沉积,西南部彬县地区湖底扇沉积范围明显缩小,南缘分布的浊积砂体随着湖底地形的改变向西南方向退缩,仅在正3井西南部分布。东北地区主要发育4支北东向分支河道,穿过陕北—富县地区在旬邑—宜君地区汇聚成一条主河道,砂体宽度、厚度增加。SC5旋回(长32—长1油层组):湖盆开始逐步淤浅、萎缩、消亡。由于盆地抬升,湖盆明显萎缩,三角洲沉积体系大幅度地向湖盆内推进,深湖范围已退缩至正宁一带。西南彬县地区发育浊积岩,但仅限于正1井、宁县庆37井及庆7井区,砂体厚度较薄,沉积范围较小。东北部陕北—富县地区发育大套三角洲前缘和前三角洲沉积,在里1井至建1井广大区域内主要以水下分流河道砂体为主。向南部至庙湾、四朗庙一带,河流的水动力明显减弱,主要的储集砂体类型为河口坝、远砂坝,砂体厚度较薄。长2期由于盆地强烈抬升剥蚀,地层仅在湖盆内及南部部分地区有所保留,西南部剥蚀殆尽。随着湖盆的萎缩和肢解,湖盆的收缩速度加剧,区内沉积相均以滨浅湖和三角洲平原相为主。砂体只在东南部四朗庙、耀县庙湾一带发育,水下分流河道由东北四朗庙地区向西南庙湾和东南金锁关一带散开。在建庄以北,主要为三角洲平原沉积,砂体厚度明显增厚。富县地区主要发育三角洲平原分流河道和三角洲前缘水下分流河道砂体。鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组沉积体系的演化主要分为2个阶段,即长7油层组沉积之前和之后。长7油层组沉积之前,湖盆从河流相沉积向湖泊相沉积转化,并经历2次湖侵(一次在长9油层组沉积晚期,一次在长7油层组沉积早期)。早期湖侵范围局限,主要集中在该区的东部地区,晚期湖侵最大,形成延长组沉积时期的最大湖泛。长7期之后,湖盆整体处于萎缩阶段,但在长4+5油层组沉积时期形成了萎缩期的一次短暂湖侵。长3期之后,北东物源成为该区沉积的主要物源。4西峰油田油气勘探的地质背景鄂尔多斯盆地南部地区的小层对比存在严重的穿时性,影响了油气的勘探,特别是东南部地区的油气勘探。层序地层的对比保证了小层的等时性,在此基础上进行的沉积体系研究更接近实际沉积特征和演化规律。鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组北东物源体系控制的陕北地区发现了安塞油田,主要层位为长2+3油层组和长6油层组;南西物源体系控制的陇东地区发现了西峰油田,主要层位为长8油层组,储集砂体为三角洲前缘水下分流河道砂体。南西物源发育4~5支辫状河三角洲前缘水下分支河道砂体,北东物源发育2~3支三角洲前缘水下分流河道砂体,这些河道砂体具有良好的继承性,可在长6—长8油层组内与主力烃源岩构成“交互式”(生油层与储集层互层)、“侧变式”(储层向深水区相变为生油层)、“覆盖式”(生油岩覆盖在储层之上)、“上覆式”(生油岩在储层之下)和“指状式”(生油岩与储层呈指状夹层接触)等接触方式,构成良好的生、储、盖组合,从而形成有效的岩性圈闭,成因此可为油气富集的主要场所(图3)。研究认为,北东物源主要为曲流河三角洲沉积,是一个强势物源体系。它不仅提供了陕北、富县地区沉积,而且其三角洲前缘及滑塌还提供了旬邑、宜君地区沉积。研究区东南部富县的3~4支分流河道砂体及旬邑地区的水下分流河道砂体和前缘滑塌砂体成为东南地区油气富集和勘探的主要目标。低幅度构造对油气聚集的影响也不容忽视,特别是在陕北地区,低幅度构造与油气分布具有较为明显的关系,因此,相对高孔、渗带与低幅度构造的叠加区应是最有利的勘探区。5盆地南部地区(1)鄂尔多斯盆地南部延长组高分辨率层序地层可划分为5个长期旋回,22个中期旋回。这种划分统一了该地区