鄂尔多斯盆地彬长地区长8段砂质碎屑流沉积及储层特征

刘昕

（中国地质大学，湖北 武汉 430074）

彬长区块位于鄂尔多斯盆地西南部，构造位置处于渭北隆起和伊陕斜坡的交汇处，由彬县和长武地区两个区块构成。该地区构造整体平缓，呈现为北西倾的单斜构造（图1）。长期以来，对该区延长组长8段沉积相研究认识经历了从浅湖—三角洲前缘亚相[1-3]到水下扇及浊流沉积[4-5]的转变。然而近年来，随着对深水重力流研究的深入，部分学者认为，鄂尔多斯盆地三叠系延长组地层中过去被长期认为是浊积岩的很大部分是砂质碎屑流沉积[6-12]。

1 沉积特征

图1 彬长区块区域位置图Fig.1 Zone position of Binchang area

砂质碎屑流这一概念最先由Mobil石油公司的沉积学家G.Shanmugam[13-14]博士提出，以G.Shanmugam为代表的地质学家通过对北海、墨西哥湾等地区的第三系、白垩系的深水砂岩长期研究，以及在大量的试验分析基础上发现深水沉积的厚层块状砂岩不具有代表浊积岩典型特征的粒序层理，所以不属于浊流，浊流的概念在过去被扩大化。

1.1 砂质碎屑流

砂质碎屑流形成于沉积物在垮塌的过程中，由于水体的注入，沉积的砂体被搅浑，形成层状流动。由于砂质碎屑流属于宾汉塑性流体，呈层状流动，所以不会形成冲刷侵蚀的现象。当重力产生的拉力小于砂质碎屑流的剪切强度时，砂质碎屑流就会整体停止，“冻结”沉积，形成平面上呈舌状的不带任何层理构造的块状砂岩。而在砂质碎屑流的流动过程中，上部的砂体会发生流动分层，形成浊流，在砂质碎屑流停止流动以后，继续向前流动，在砂质碎屑流的顶部或者前部形成浊流沉积。高红灿[7]从流体力学的角度入手进一步分析了砂质碎屑流的构成单元，指出克服屈服强度的力主要是自身重力沿底面方向向下的分力，所以砂质碎屑流所受的外力是自上而下逐渐增大的。在上部，外力会小于屈服力，沉积物整体以同一速度固态运动，称作“刚性”筏，在“刚性”筏之下，外力大于屈服力,此时沉积物会发生流动。所以，碎屑流一般具有上、下两层韵律结构，上部为“刚性”筏流段，发育块状层理，下部为层流段，发育有类似平行层理的沉积特征。沉积物的泥质含量越少，屈服强度越高，以形成”刚性”筏流的块状层理为主，当泥质含量增大时，屈服强度降低，易形成层流的平行层理。因此，在薄片观察时可以发现，同一口井同一层段的块状砂岩在粒度上较平行层理砂岩更粗，砂体也更为纯净。在概率曲线上砂质碎屑流为两段式，呈现出牵引流的特征，但在CM图上数据点平行于基线，呈现浊流的特征。

通过对研究区258块岩心样品进行观察发现：长8段岩心中有大量厚层块状砂岩，且含油性较好，而该区位于深湖半深湖环境，距离物源较远，辫状河早已停止，水下分流河道难以解释如此频繁出现的厚层砂体；再者岩心中虽然发育大量平行层理细砂岩，却没有看到冲刷面及少见到楔状交错层理、板状交错层理，不符合河道砂体沉积的剖面模式；并且在厚层的块状砂体中，常出现撕扯拉长状泥砾，这些泥砾并非出现在砂泥界面，而是出现在块状砂岩的中部甚至上部。这些特征都与砂质碎屑流沉积特征极为相符（图2、图3）。

图2 J7井，砂质碎屑流筏流部分的块状层理砂岩及泥砾Fig.2 Massive bedding sandstone and mud boulder of rafting parts of sandy clastic flow in well J7

图3 J12井，砂质碎屑流层流部分的平行层理砂岩Fig.3 Parallel bedding sandstone of laminar flow parts of sandy clastic flow in well J12

1.2 浊流沉积

浊流属于紊流，从流态上讲也只有紊流才能让沉积物由大到小依次沉积，形成正粒序层理。但是由于研究区沉积物颗粒较细，而浊流又发生在重力搬运过程中的最前端，即塑性流阶段之后，流体的粒度更加细，沉积物成悬浮搬运，以粉砂岩或者泥质粉砂岩为主，所以粒度的变化并不明显。多见不完整的鲍马序列，如AE、CD、CDE等。单砂体厚度小于0.5 m，多为几厘米的砂泥互层，形成多个韵律层，侧向延伸稳定，泥质条带连续，可见火焰状构造（图4）。

图4 J37井，浊积岩Fig.4 Flysch of well J37

图5 J19井，滑塌岩Fig.5 Olistolith of well J19

1.3 滑塌岩

研究区的滑塌沉积的主要特征是砂泥混杂，并有强烈变形。G.Shanmugam[13-14]认为滑塌沉积发生于重力沉积的初期阶段，沉积物在外力触发或者自身重力的作用下，发生滑塌，砂泥物质瞬间失重，来不及分离，在重力流的根部形成滑塌岩。滑塌岩的厚度从0.2～2 m不等，横向变化较大（图5）。

表1 彬长地区长8段沉积物特征对比（修改自李相博，2011）Table 1 Sediment characteristics comparison of Chang-8 formation in Binchang area(modified by Li Xiangbo,2011)

早期学者曾把这四种沉积物统称为浊积岩，G.Shanmugam[13-14]指出浊积岩只是浊流的产物，过去浊积岩的概念被扩大化。鲍马序列是深水沉积的多种岩相的组合，只有A段下部的粒序层理才是真正的浊流，A段上部的块状砂岩是砂质碎屑流沉积，而B、C、D段则是深水底流沉积或者牵引流的产物。这四种沉积在岩石结构、流变学特征、沉积构造和空间分布等方面均有不同（表1）。

砂质碎屑流与浊流在空间上可以相互转换，G.Shanmugam[13-14]给出了砂质碎屑流和浊流时空转换的几种模式。时间上，砂质碎屑流在搬运过程中通过流动分层，可以转化为浊流；反之，浊流通过水体注入，砂体重新搅浑、搬运，也可以转化为砂质碎屑流。空间上，滑塌岩最先沉积在重力流的根部，碎屑流继续向前流动，流动中塑性流体发生流动分层，形成浊流，分布于砂质碎屑流的上部及四周。在研究区，这三种重力流在纵向上可相互出现，尤其以砂质碎屑流和浊流的组合最为常见。如图6所示：彬长地区长8段砂体以箱形及低幅钟形为主，分别对应砂质碎屑流及浊流沉积，而砂质碎屑流内部不同流态及其变化主要反映为测井曲线的齿化变化。从力度曲线上观察，砂质碎屑流呈“两段式”，跳跃总体为主，少量悬浮总体，砂体分选较好；而浊流则呈现出典型的“一段式”特征。由镜下薄片可见，砂质碎屑流内部，筏流块状砂岩部分物性条件略优于层流平行层理砂岩段（图6）。

图6 J32井综合柱状图Fig.6 Synthetic histogram of well J32

2 储层特征

2.1 岩石特征

该工区目的层以细粒的岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，少量长石砂岩（图7）。

图7 长8段砂岩岩性三角分类图Fig.7 The lithology triangle classification of Chang-8 formation

岩石成分上石英的变化范围在21%～62%，平均含量为48.02%，石英中主要以碎屑石英为主；碎屑长石的变化范围分布在9%～47%，平均含量为28.05%，钾长石分布范围为3%～35%，平均20.58%，斜长石为5%～21%，平均15.07%；岩屑的变化范围分布在12%～56%，平均含量为23.6%，成分以火成岩岩屑（平均17.16%）和变质岩岩屑（平均6.74%）为主；岩屑云母分布于1%～14%。总体看，研究区长8段砂岩的成分成熟度均低（石英含量小于75%）。

颗粒磨圆程度以次棱为主，其次是次棱—次圆，少量棱角，分选主要为好、较好、少量、中等。

通过铸体薄片的分析可以看出，砂质碎屑流沉积的孔隙类型以粒间溶孔和粒内溶孔为主，少量铸模孔，同时存在少量剩余粒间孔，平均孔隙半径为23.2 μm，平均喉道宽度为5.56 μm，为细孔—细喉型储层。

2.2 物性特征

通过对该区1 361块砂岩样本的物性资料进行比较，可以看出砂质碎屑流由于砂质较纯净，孔隙度与渗透率要明显好于其它岩类，浊流的鲍马序列A段，虽也有储集性，但厚度太薄，并且砂泥互层，所以物性较差。在砂质碎屑流内部，不同韵律层的砂岩物性也有区分。在对比242块“刚性”筏流块状砂岩样本与113块层流平行层理砂岩样本的物性资料统计发现，块状砂岩的孔隙度与渗透率均好于平行层理砂岩。块状砂岩的孔隙度集中在4%～8%，占了样品总数的70%，小于4%的样品仅占样品总数的15%左右，在累计概率50%时的值为5.67%；渗透率全部大于0.2×10-3μm2，主要集中在（0.2～0.4）×10-3μm2，占62%，累计概率为50%时的值为0.192×10-3μm2。而“似平行层理”砂岩的孔隙度虽也集中在4%～8%，占样品总数的50%，但小于4%的样本较砂质碎屑流多，占40%，累计概率50%时的值为5.01%，渗透率小于0.2×10-3μm2的占20%，样品主要集中于0.2×10-3μm2，占样品总数的38%，累计概率50%时的值为0.187×10-3μm2，这是由于平行层理砂岩的泥质含量高于块状砂岩（图8、图9）。

2.3 含油性特征

通过对含油性进行观察对比发现，砂质碎屑流含油性最好，以油浸、油斑居多，部分层段由于钙质胶结严重导致不含油。浊流沉积因为砂泥频繁互层，韵律层理发育，只有A段含油，其以上层段不含油。滑塌岩含油性最差，仅有部分井见油迹显示。砂质碎屑流中，块状砂岩的含油性总体要好于平行层理砂岩。块状砂岩岩样中，油浸占28%，油斑占51%，不含油的仅占13%，而平行层理砂岩样品中，油浸要明显少于块状砂岩，仅占10%，不含油的样品占了30%（图10）。

图8 砂质碎屑流筏流部分（左）、砂质碎屑流层流部分（中）与浊流（右）孔隙度分布直方图Fig.8 Porosity distribution histogram of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

图9 砂质碎屑流筏流部分（左）、砂质碎屑流层流部分（中）与浊流（右）渗透率分布直方图Fig.9 Permeability distribution histogram of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

图10 砂质碎屑流筏流部分（左）、砂质碎屑流层流部分（中）与浊流（右）含油性图Fig.10 Oiliness of rafting parts of sandy clastic flow(left),laminar flow parts of sandy clastic flow(middle)and muddy flow(right)

3 结论

鄂尔多斯盆地彬长地区长8段的砂质碎屑流沉积储层有如下特征：

1）岩性主要以细粒的岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，少量长石砂岩，砂岩内存在有大量的块状层理及隐约的平行层理，厚度变化较大，连续性差，底部与泥岩突变接触。

2）块状砂岩内部可见泥砾，位于砂岩的中部或上部，有被撕扯拉长的现象。

3）粒度曲线呈两段式，既有牵引流特征又有重力流特征。

4）砂质碎屑流物性及含油性均好于周边的其它岩相的砂岩。

5）在砂质碎屑流内部发育韵律层，上部筏流段的物性及含油性要好于下部层流段。

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