鄂尔多斯盆地周缘延长组露头剖面砂岩组分及地质意义分析
2011-01-16冯胜斌袁效奇解古巍张才利
贺 静,冯胜斌,袁效奇,韩 鹏,解古巍,张才利
(1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院;2.中国石油长庆油田分公司低渗透油气田勘探开发国家工程实验室)
0 引言
经过多年的勘探研究,鄂尔多斯盆地周缘三叠系延长组露头剖面已取得了重要的成果和认识[1-2],这些研究对盆地内部石油勘探起到了重要的指导和助推作用。但近年勘探实践表明,不同方向物源控制的延长组储集砂岩在碎屑组分、成岩作用特征、孔隙结构等方面均不同,由此导致其含油性和开发效果存在较大差异[3]。另外,湖盆中部存在混源沉积区,沉积特征表现为不同方向物源砂体垂向叠置或不同方向物源碎屑混合沉积,致使砂岩组分变化大、砂体形态复杂。为此,笔者近年对鄂尔多斯盆地周缘延长组露头剖面加强了系统采样和分析,并结合盆地内部钻井剖面资料,初步对延长组典型露头剖面的砂岩组分特征进行了分析和总结,试图较为客观、真实地恢复不同物源砂岩组分特征,为盆地内有利区块预测及其开发方案提供地质依据。
1 鄂尔多斯盆地周缘延长组露头剖面分布特征
上三叠统延长组是鄂尔多斯盆地主力含油层系,按沉积旋回自下而上可划分为长10至长1共10个油层组[4]。其中,盆地中东部露头剖面分布最广,亦是长10至长1油层组发育齐全,且保存较好的露头剖面分布区,自神木窟野河经绥德大理河、延长延河等剖面延伸至韩城薛峰川一带出露;盆地东南缘露头剖面主要分布在铜川金锁关、耀县柳林川及黄陵洛河—沮河一带,受构造运动与植被影响,延长组顶部地层遭受剥蚀或剖面呈断续状出露;盆地南部受强烈构造运动的影响,延长组地层保存不全,典型露头剖面主要分布于旬邑三水河、彬县百子沟及麟游澄水河地带;盆地西南缘既是延长组露头剖面分布较发育地带,也是地质现象最为复杂的地带,典型露头剖面主要有汭河、崆峒山和安口等;随着近年对六盘山地区窑山组精细沉积时限的确定,盆地西部窑山组为三叠纪最晚期—瑞替期沉积,其为延长组顶部一套地层,区域相当于盆地西南缘的安口组[2],据此分析,盆地西部至今未见确切的延长组露头剖面;盆地西北部延长组露头剖面有石沟驿、古窑子、汝箕沟、水磨沟和乌仁都喜等;盆地北部延长组露头剖面目前仅在达拉特旗高头窑见到(图1)。
2 盆地周缘延长组不同物源沉积区露头剖面砂岩组分特征
图1 鄂尔多斯盆地周缘延长组露头剖面分布位置图Fig.1 Outcrop section distribution of Yanchang Formation in the margin of Ordos Basin
2.1 东北物源沉积区露头剖面砂岩组分特征
东北物源控制的延长组沉积体系是鄂尔多斯盆地主要的石油富集区带,已发现了亿吨级安塞和华庆等油田。通过该区露头剖面的系统分析和对比认为:神木窟野河和秃尾河、佳县佳芦河、绥德大理河、子长秀延河、延长延河及宜川仕望河等剖面砂岩的轻、重矿物组合特征极其相似,为典型的东北物源控制的沉积;而韩城薛峰川剖面虽然相对远离物源区,但砂岩的轻、重矿物组合与宜川仕望河剖面以北的延长组差别不大。据此分析,东北物源控制的沉积体系在盆地内部延伸较远,砂岩粒间孔发育,因此,东北沉积体系是盆地内有利的储集区带。限于篇幅,笔者仅选取典型露头剖面揭示东北物源沉积区的砂岩组分特征。
2.1.1 延长延河露头剖面
延长延河三叠系剖面是延长组命名的正层型剖面。延长组长10至长2油层组自罗子山沿延河向西经白家河、张家滩镇、延长县城至甘谷驿镇出露,长1油层组由姚店向西至延安桥儿沟镇一带,并沿210国道出露,延长组累计厚度为1140.8m。
延长延河剖面延长组岩性自下而上以灰绿色中厚层块状细砂岩为主,其中长10至长6砂岩受肉红色浊沸石胶结物的影响,岩石呈麻斑状特征。砂岩碎屑组分统计表明:长10至长2砂岩的长石含量均高于石英;岩屑中浅变质岩岩屑和高变质岩岩屑含量略高,最高可达7%,但普遍不含白云岩岩屑。长1与其下延长组沉积具有较大变化,以石英含量略高于长石,并含大量白云岩岩屑为特征(表1);填隙物主要由绿泥石、方解石、浊沸石、硅质、长石质等组成,其中浊沸石仅分布在长10至长6砂岩中,而高岭石、铁白云石和蚀变凝灰质仅在长1砂岩中发育。另外,东北物源区沉积物均具有水云母杂基含量极低的特征。笔者对延长组长6和长8砂岩重矿物特征进行了研究,表现为均具低锆石、高石榴石以及含榍石、绿帘石的重矿物组合特征,其中锆石含量约6%,石榴石含量高达60%(以淡红色石榴石为主),榍石和绿帘石的含量均大于10%,含极少量的金红石、电气石和硬绿泥石。
表1 延长延河剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 1 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Yanhe strata section in Yanchang area
2.1.2 韩城薛峰川露头剖面
该剖面出露于韩城市西北薛峰川,延长组地层累计厚度达1 123.0 m。延长组砂岩以灰绿色厚层细砂岩为主,夹粉砂岩、泥质粉砂岩,在长10底部及长2分别见到厚20 m及10 m的肉红色浊沸石胶结的麻斑砂岩。
砂岩组分特征分析表明:长10至长2砂岩碎屑组分均以低石英、高长石含量为主,石英含量一般占岩石的17%~24%,长石含量一般为33%~49%;岩屑为高变质岩屑,含量略高(4%~12%),不含白云岩岩屑;填隙物主要由水云母杂基、绿泥石、方解石、长石质和石英质组成,偶见蚀变凝灰质、高岭石和网状黏土。与宜川以北露头剖面不同的是,填隙物中水云母杂基明显增高,另外,该剖面在长2砂岩中见麻斑状分布的浊沸石,这也是盆地唯一在长2砂岩中含有浊沸石的剖面。重矿物组合与宜川以北延长组砂岩相似,具低锆石、高石榴石(以淡红色石榴石为主)的组合特征,但长7上部砂岩和长3砂岩中,无色石榴石的含量明显增加,且长10及长7上部至长3砂岩中未见榍石,这有别于东北物源沉积。上述特征揭示了该区虽主要受东北物源的控制,但也受到其他物源的影响,表明在延长组沉积期,东北物源在盆地内的延伸距离和范围在不断变化(表2)。
表2 韩城薛峰川剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 2 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Xuefengchuan strata section in Hancheng area
2.2 东南物源沉积区露头剖面砂岩组分特征
鄂尔多斯盆地延长组已在东北、西北、西部、西南和南部等沉积体系中的石油勘探相继取得了重大发现[4-6],而东南沉积体系虽有出油井点发现,但未取得重大突破。对盆地东南部露头剖面的砂岩组分特征分析表明:铜川金锁关和黄陵洛河—沮河剖面砂岩轻、重矿物组合特征基本相似,石英含量均高于长石,石英岩屑、浅变质岩岩屑明显增加,普遍含碳酸盐岩岩屑;重矿物组分中锆石含量明显增加,石榴石含量降低。以长6油层组为例,砂岩中锆石含量高达62.5%,电气石、白钛矿含量明显增加,分别达6.5%和9.5%,而石榴石含量仅18%(无色和淡红色石榴石均有),仍含有3%左右的榍石和少量绿帘石。综合特征揭示该区沉积以东南物源为主,但受东北物源的影响,显示出混源沉积的特征。笔者以耀县柳林川露头剖面为例,对东南物源沉积区的砂岩组分特征进行分析。
柳林川剖面延长组长3以上地层由于构造抬升作用被剥蚀,长9部分及长10被覆盖,现延长组可测厚度近500 m。其岩性多为灰绿色、灰黄色细粒砂岩,部分含油后呈棕褐色,在露头上见长6砂岩普遍含油,长81砂岩部分含油。
对砂岩组分特征的分析表明(表3):该区延长组长6、长7砂岩具典型的东南物源沉积特征,轻矿物组合中长石含量极低,一般不足10%,石英含量约30%,岩屑含量偏高,且以浅变质岩岩屑和灰岩岩屑为主;富含灰岩岩屑是该剖面长6和长7砂岩的一大特点,而灰岩岩屑中常见有孔虫及藻屑等生物化石碎片,据文献[7-8]和野外地质调查分析,灰岩岩屑可能来自北秦岭的泥盆系—石炭系沉积(需说明的是其区别于盆地内西部物源控制的长7及以上沉积含有的来自盆地西缘“古脊梁”的灰岩岩屑),故据此可划分出东南物源控制的砂体展布范围。砂岩的重矿物组合与盆地其他物源方向的沉积区砂岩亦截然不同,具低锆石、高无色石榴石的特征,锆石含量为21.0%,无色石榴石含量达72.0%,另含少量硬绿泥石。延长组长8砂岩的碎屑组分特征与盆地内部陇东和西北地区沉积非常相似,而与东北物源沉积区明显不同,即砂岩中长石与石英含量相近,岩屑含量略高,且火成岩岩屑和高变质岩岩屑含量偏高,不含碳酸盐岩岩屑;重矿物组合中,锆石含量为45.0%,无色石榴石含量为39.0%,另含6%的白钛矿及7%的硬绿泥石;砂岩填隙物由黏土杂基、绿泥石和硅质组成。长9砂岩碎屑组分具高长石含量,低石英含量,变质岩岩屑含量偏高,不含碳酸盐岩岩屑为特征;填隙物以绿泥石膜为主,含少量方解石。
表3 耀县柳林川剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 3 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Liulinchuan strata section in Yaoxian area
2.3 盆地南缘露头剖面砂岩组分特征
由于盆地南缘延长组地质露头出露相对较少,且断续出露和保存不全,对其物源的指示意义不甚明确,因此,笔者仅对旬邑三水河露头剖面砂岩组分特征作简要介绍。
该剖面位于旬邑县城西小塔村对面三水河河口左侧,延长组地层平缓,受后期构造破坏,地层多呈断续状分布,局部覆盖严重。剖面延长组仅出露长10至长6地层,并由灰、灰绿色中—细砂岩与粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、暗色泥页岩间互组成,夹含油砂岩、油页岩及煤线,偶见泥灰岩夹层,现残余地层累计厚度1 113.6 m。
由于地层出露不连续,野外地层划分对比时无法划分出小层界限,故总结砂岩组分特征时将长6与长7合并、长9与长10合并进行。碎屑组分特征表现为:长6与长7砂岩以高石英、低长石(不足10%)和岩屑含量偏高为特征,且以浅变质岩岩屑为主,并含少量以白云岩岩屑为主的碳酸盐岩岩屑;长8砂岩以长石和石英含量相近与岩屑含量略高为特征,火成岩岩屑和浅变质岩岩屑含量较高,不含碳酸盐岩岩屑;长9和长10砂岩以低石英、高长石含量为特征,岩屑含量相应偏低,不含碳酸盐岩岩屑(表4)。填隙物特征为:长6与长7砂岩以水云母杂基为主,含少量铁白云石和硅质;长8砂岩则以绿泥石和铁方解石为主,含高岭石和硅质;长9和长10砂岩以绿泥石为主,含少量铁方解石。重矿物组合表现为:长6和长7砂岩以高锆石、低石榴石为特征;长8砂岩以高无色石榴石、中等锆石为特征,另含少量磁铁矿、白钛矿和硬绿泥石。对上述砂岩组分特征综合分析可知,该区长7以上的砂岩组分具有西部物源沉积物的特征,这表明该区物源较为复杂。另外,笔者在最近的地质露头调查中还发现了该剖面长6+7油层组有油苗显示,展示了该地区具有良好的石油勘探潜力。
表4 旬邑三水河剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 4 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Sanshuihe strata section in Xunyi area
2.4 盆地西南缘露头剖面砂岩组分特征
盆地西南缘延长组露头剖面长期以来受到广大学者的关注,尤以崆峒山和汭河露头剖面最为瞩目。其中,“崆峒山砾岩”作为边缘相沉积曾成为存在西南部物源的主要证据[9-10],但近年的研究成果揭示,分布于崆峒山、策底坡一带的“崆峒山砾岩”向北并未进入鄂尔多斯湖盆,其为盆地边缘局部坳陷沉积,非盆地延长组边缘相沉积[11]。另外,崇信汭河,陇县普陀河、老虎沟及峡口等露头剖面的综合分析表明,其砂岩粒度总体偏细,碎屑组分总体表现为石英、长石和岩屑含量相近,火成岩岩屑和浅变质岩岩屑相对较高,普遍不含白云岩岩屑,这与盆地内部钻井剖面所揭示的长7以上沉积物富含白云岩岩屑、灰岩岩屑,贫长石和高石英的岩矿组合特征截然不同。另外,笔者近年在华亭地区“崆峒山砾岩”和汭河地区延长组长1之上发现了一套新的沉积,通过古植物化石组合特征及其平行不整合于富县组之下的接触关系分析,其为晚三叠世最晚期沉积,同期盆地内未见沉积。因此,据上述分析可推测,西南物源控制的西南沉积体系延伸距离短、分布范围较为局限(仅分布于盆地西南缘一隅)。为了便于全盆地物源特征的总体对比分析,笔者选取崇信汭河露头剖面分析砂岩组分特征。
崇信汭河剖面延长组地层累计厚度约3 000 m,长10至长1均为灰绿色细—中粒长石岩屑砂岩或岩屑长石砂岩。砂岩碎屑组分以石英、长石、岩屑含量相近,富含火成岩岩屑和浅变质岩岩屑,不含碳酸盐岩岩屑为特征(表5);填隙物以绿泥石膜为主,含水云母、方沸石、浊沸石、方解石及硅质等;重矿物具有低锆石、高石榴石(石榴石以无色为主,淡红色次之)、含绿帘石的组合特征,另含少量榍石、白钛矿等。
表5 崇信汭河剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 5 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Ruihe strata section in Chongxin area
2.5 西部物源沉积区砂岩特征
西部物源问题长期以来困扰着地质学者,争议颇多[12-18],但随着井下剖面岩矿资料的积累,问题趋于明朗。近年环县—演武一带钻井揭示,在延长组长7以上钻遇富含碳酸盐岩砾石的延长组粗砂岩,如演43井,在2 174.35~2 181.03 m见到厚度近7 m的含碳酸盐岩和燧石、砾石的砂砾岩或砾状砂岩,砾石砾径大者可至8 cm,且碳酸盐岩砾石中的部分灰岩和白云岩含隐藻类、残余鲕粒及生物碎屑,但生物类型中未见有孔虫。结合晚三叠世盆地西缘存在近南北向展布的“古脊梁”构造背景[19],综合分析可知,以蓟县系、寒武系和奥陶系碳酸盐岩为主的“古脊梁”晚三叠世隆升后成为盆地中西部延长组长7及以上沉积物源区,且西部沉积体系延伸到盆地内部。但需指出的是:延长组长10至长8沉积在盆地内未见相对较粗的碎屑沉积。碎屑组分特征表现为石英、长石、岩屑含量相近,富含火成岩岩屑、变质岩岩屑,不含碳酸盐岩岩屑,这与长7以上沉积呈石英含量高、长石含量低及富含碳酸盐岩岩屑的特征存在明显差别,揭示了延长组长10至长8沉积期盆地西部物源沉积区较远,可能延伸到河西走廊地区[18]。
鉴于上述原因及盆地西部缺少延长组露头剖面的缺陷,笔者以盆地内部延长组长6砂岩组分特征补充来说明。长6沉积期受西部物源的控制,沉积区分布于山城—环县—演武—镇原—合水一带。岩石类型以极细—细粒长石岩屑砂岩为主。碎屑组分具有高石英、低长石、普遍含碳酸盐岩岩屑(白云岩岩屑为主)和浅变质岩岩屑偏高的特征;填隙物以水云母杂基、铁白云石和硅质为主;重矿物组合以高锆石、低石榴石,基本不含淡红色石榴石和榍石及白钛矿含量高为特征。
2.6 西北物源沉积区露头剖面砂岩组分特征
盆地西北部露头剖面砂岩组分特征对比分析表明,其与盆地内部钻井剖面揭示的延长组砂岩组分极其相似,笔者以石沟驿露头剖面为例说明。
石沟驿露头剖面位于灵武市东南约50 km处,剖面起点位于杜家窑沟,沿杜家窑沟向东经白碱坑、新白尔庄子、石沟驿古城至石沟驿煤业公司附近的龙背子分布。由于受逆冲挤压构造背景控制,沉积厚度大,剖面累积厚度达2 411.73 m[20]。延长组岩性为一套黄绿、灰绿色厚层块状中—粗粒砂岩,普遍含砾,局部为砾状砂岩或呈细砾岩条带,砾石以花岗斑岩、流纹岩、霏细岩等火成岩砾石为主。
该剖面由于地层平缓、剖面厚度大、泥岩夹层不发育,故野外小层划分困难,但据少量暗色泥岩的分布并结合该地区探井资料分析,初步认为石沟驿剖面存在长7以上地层。本次对长7以下延长组砂岩的岩石学特征进行了分析,结果表明:石沟驿剖面延长组砂岩的岩石类型均以长石岩屑砂岩为主,岩屑长石砂岩次之;砂岩的碎屑组分自下而上变化不大,石英、长石和岩屑含量相近或石英含量略高于长石,以火成岩岩屑和变质岩岩屑为主,沉积岩岩屑极少,均未见碳酸盐岩岩屑(表6);填隙物以绿泥石和浊沸石为主,含少量水云母、方解石和硅质;重矿物总体表现为低锆石、高无色石榴石、中等绿帘石和磁铁矿的特征;锆石含量不足5%,无色石榴石含量近45%,绿帘石含量近15%,另含近17%的磁铁矿和约10%的褐铁矿和白钛矿。
表6 石沟驿剖面延长组砂岩碎屑(%)组分表Table 6 Characteristics of sandstone detrital component(%)of Yanchang Formation in the Shigouyi strata section
对于盆地北部的达拉特旗高头窑露头剖面,由于目前缺少系统的砂岩组分分析资料,暂不做介绍。但据杭锦旗南部钻井钻遇厚度达616.5 m的延长组,岩性为灰绿色的粗—砾状砂岩夹薄层砾岩及泥质粉砂岩、炭质泥岩和煤线的特征分析,盆地北部存在物源区。
3 石油地质意义讨论
对盆地周缘延长组典型露头剖面和钻井剖面砂岩组分特征的综合分析表明:盆地周缘典型露头剖面砂岩组分特征研究是进行物源分析的一种有效手段,鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组沉积受多个物源方向的控制,且不同物源控制的沉积体系之间及其同一沉积体系不同沉积期的沉积物砂岩组分存在较大差别,这种认识对盆地内延长组的石油勘探具有重要意义。其一,石油勘探中落实和扩大一个油藏面积最为重要的地质工作是精细刻画不同沉积体系砂体展布特征[21]。而上述研究成果说明,盆地内不同物源沉积物砂岩组分存在明显差异,故在生产实践中可根据邻井砂岩组分特征,准确划分和预测沉积体系的分布范围和砂体展布方向,由此可确定部署井位并降低勘探风险和生产成本。其二,对碎屑岩储集层储集性能的控制因素分析表明,成岩作用是影响储集性能好坏的最主要因素,原始沉积组分是控制砂岩成岩作用的内在因素[22]。周缘露头剖面揭示,不同物源的沉积物在碎屑组分、填隙物类型与组合存在较大差异,如东北物源控制区沉积物绿泥石膜最为发育,其在成岩过程中可有效地保存粒间孔隙,储层物性总体较好;西部物源控制沉积物,水云母和碳酸盐胶结物含量较高,致使储层相对致密。因此,通过物源分析可准确预测有利储层的分布规律,同时还可确定对储层不利的成岩矿物在平面上的分布范围,这为储层的有效改造提供了地质依据。其三,钻井资料揭示,盆地内长8顶部发育一套薄层凝灰岩,厚度3~6 m,测井曲线表现为高自然伽马、高声波时差和低电阻率、低密度,是盆地分布最广、特征最突出的标志层,称为K1标志层,在地层划分对比时可据此向上或向下逐层追踪对比[23]。但受沉积背景和环境的影响,盆地西部长8与长7之间不存在K1标志层,因此钻井剖面的地层划分与对比存在较大的难度,而上述研究表明,受物源区母岩特征的影响,盆地西部长7以上沉积与长8碎屑组分截然不同,因此,通过碎屑组分特征的分析可精细进行地层划分与对比。
4 结论
(1)鄂尔多斯盆地三叠系延长组具有丰富的露头剖面资料,周缘露头剖面砂岩的碎屑组分、填隙物类型及重矿物组合可以类比,表明其砂岩组分其主要受控于物源区岩石类型。
(2)周缘延长组露头剖面砂岩组分特征对比分析表明,晚三叠世延长组沉积期存在东北、东南、西南、西部和西北等多个物源区,其中东北、西部和西北物源控制的沉积体系规模大、范围广,且不同物源控制区沉积物碎屑组分、重矿物组合和填隙物类型不同。
(3)通过对周缘露头剖面的研究,可以有效地进行物源分析和沉积体系的划分,为精细刻画砂体展布方向、预测有利储层分布及储层改造等提供地质依据,是进行地层划分与确定标志层的有效手段。
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