神木气田早二叠世太原期海侵事件与砂体展布的关系

安文宏 石小虎 杨 勇 黄有根 冯永玖 杨文敬 冯炎松

1．中国石油长庆油田公司勘探开发研究院 2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 3．中国石油长庆油田公司勘探部

神木气田位于鄂尔多斯盆地一级构造单元伊陕斜坡东北部，北部与大牛地气田相接，西与榆林气田相邻，目前提交探明地质储量近1 000×108m3，2012年投入开发，效果较好。下二叠统太原组作为开发主力层，其砂体发育厚度大，但各期砂体展布特征不明且多期叠置［1］，成为目前制约气田水平井规模化开发的瓶颈。

神木气田在早二叠世处于鄂尔多斯盆地东北部，接受来自华北海域的海水漫延［2－3］，形成海相碳酸盐岩沉积，因此碳酸盐岩的发育范围、类型、厚度直接揭示了早二叠世海侵的期次和方向。其沉积环境决定了太原组发育以碎屑岩和碳酸盐岩互层含煤岩系为特征性的地层，包含碎屑岩型、石灰岩型和互层型3种组合。

1 层序地层划分方案

该区地层划分注重层序界面识别：标志性地层、岩性突变界面等［4］：①太原组下伏9号煤层底面存在的沉积间断面为一级层序界面识别标志。该界面为区域构造体制转换面、海侵方向转换面、生物类型交替面［5］、地球化学异常面［6］。9号煤层在剖面上易于识别，野外露头可见与上部桥头砂岩直接接触。②太原组上覆北岔沟砂岩具有底冲刷特征［7］，为一级层序界面识别标志。③太原组1段与太2段界面多为砂岩（或碳酸盐岩）直接沉积于煤层之上，揭示了较厚的障壁砂坝（或澙湖沉积）环境，以冲刷间断关系覆于沼泽泥岩之上。太2—太1段发育4套石灰岩，代表了4次海平面的变化，是层序地层划分的重要旋回标志层。

太原组以北岔沟砂岩和9号煤层为一级层序界面，以4套石灰岩为二级层序界面，可以划分为2个长期旋回、4个中期旋回（MSC1～ MSC4）。各长期、中期旋回层序分别与岩石地层单位划分方案中的段、亚段相对应（图1）。

2 海侵事件与砂体展布的关系

2．1 海侵事件分析

2．1．1 海侵方向

鄂尔多斯盆地晚石炭世南隆北倾在早二叠世早期转变为北隆南倾的构造格局，因此晚石炭世的海水主要来自于东及东北部，而早二叠世早期转为来自东及东南方向。早二叠世海侵初期形成大范围的覆水环境，利于成煤环境的发育，由此在晚石炭世发育了区域性分布的9号煤层。

2．1．2 海侵期次与石灰岩分布

图1 神木气田早二叠世太原期层序地层划分方案图

4次海侵对应发育4套石灰岩，盆地海侵方向演化史和目前的石灰岩分布图显示，太原组的分布具有南北分异特征，石灰岩在南部更为发育。太原组4套石灰岩中，庙沟石灰岩（以下采用习惯性叫法——庙沟灰岩）仅在该区南部局部发育，以毛儿沟灰岩、斜道灰岩分布范围最大，也代表了范围最大的2次海侵事件；东大窑灰岩分布范围缩小，揭示海水开始向东南方向退缩（图2）。

2．2 砂体展布特征

海侵和河流相互作用奠定了3套砂岩的沉积格局。该区以浅水三角洲沉积相为主，由北向南发育三角洲平原、三角洲前缘亚相，其中桥头砂岩分布稳定，平面分布规模最大（图3）；马兰砂岩在气田中北部分布较范围广，厚度大（图4）；七里沟砂岩发育厚度和范围明显减小（图5）。

太原期（早二叠世早期），海水总体向北推进，来自北部的河流相砂体发育受到抑制，在海侵范围与砂体展布范围互为消长的关系影响下，太原组发育3套海侵三角洲砂岩体：即七里沟砂岩体（以下采用习惯性叫法七里沟砂岩）、马兰砂岩和桥头砂岩。

2．2．1 桥头砂岩

“桥头砂岩”是指发育在太原组庙沟灰岩与毛儿沟灰岩之间的一套砂体，是神木气田太原组最主要的砂体之一。

图2 神木气田早二叠世太原期石灰岩分布图

图3 太原组桥头砂岩分布图

图4 太原组马兰砂岩分布图

桥头砂岩形成于庙沟灰岩沉积期海退背景，是北隆南倾构造体制建立后形成的第一套砂体。底部冲刷、下切显著，为陆表海背景下的下切谷充填。沉积物中多见泥砾，层理构造以前积纹层倾角低缓为特征，生物扰动构造发育。桥头砂岩均由多个正粒序旋回组成；每个旋回均与下伏岩层呈冲刷接触关系；研究区太原期以三角洲平原亚相沉积为主。三角洲平原亚相区主要展布在陕202—双28一线以北，其前方为三角洲前缘亚相分布区，砂体发育面积大。

2．2．2 马兰砂岩

形成于毛儿沟期至斜道期海侵扩大的背景下，为浅水三角洲沉积，砂体分布局限，规模较小。与桥头砂岩期相比，岸线向物源区退缩，其太原期沉积环境主要为三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相。三角洲平原相区主要展布在陕202—双19—双30一线以北，其前方为三角洲前缘分布区，主要为水下分流河道沉积。其展布趋势大体继承了桥头砂岩的沉积格局。

2．2．3 七里沟砂岩

七里沟砂岩是继晚古生代海侵规模最大的斜道期海侵之后海平面下降期间形成的［8－9］，三角洲前缘亚相和滨海潮坪相沉积占主导地位，砂体发育的规模和厚度相对较小［10］。

2．3 优势砂体与海侵事件的关系

钻井数据显示（表1），3套砂岩中马兰砂岩钻遇率最高，平均气层厚度大。分析化验分析表明：太21亚段马兰砂岩石英含量高、填隙物含量低、物性明显好于太22亚段桥头砂岩及太1段七里沟砂岩。斜道灰岩和毛儿沟灰岩代表了太原期波及范围最大的2次海侵事件，由于马兰砂岩沉积发生在这2次海侵事件之间，受最大范围的2次海侵影响，沉积砂岩颗粒受海水的淘洗岩性更纯［11－13］，因此物性也优于其他两套砂岩。

表1 太原组3套砂岩体特征参数表

3 结论

1）神木气田早二叠世太原期经历4次海侵事件，海侵方向为东南向，相应发育的4套石灰岩具有分带性，且自北向南发育程度渐好。

2）海侵范围和期次直接影响到砂岩的分布范围和期次，太原组发育3套砂岩，在海进和北部地区抬升及物源供给变化的控制下，三角洲平原砂岩体的分布范围逐渐缩小。

3）斜道灰岩、毛儿沟灰岩代表了太原期波及范围最大的2次海侵事件，由于马兰砂岩沉积发生在这2次海侵事件之间，受到最大范围的2次海侵影响，沉积砂岩颗粒受海水的淘洗岩性更纯，因此物性也优于其他两套砂岩。

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