鄂尔多斯盆地周长地区长9浊积岩特征及致密油意义的研究

鄂尔多斯盆地周长地区长9浊积岩特征及致密油意义的研究

葛云锦，任来义，贺永红，董丽红，王变阳

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075)

摘要：浊积砂体是鄂尔多斯盆地三叠系延长组重要的储集体，目前发现的深水浊积岩集中在长6、长7油层组，在长9油层组中尚无发现浊流沉积的具体报道。通过岩心观察结合分析化验资料对盆地吴起周长地区延长组长9砂岩进行了岩性、粒度分析、测井等多方面的研究，得出了长9油层组上部地层为深水浊流沉积，证实了长9沉积期盆地中部存在北物源的浊积岩。通过浊积岩的岩性、结构构造、垂向组合等特征的详细描述，将该段沉积划分为三角洲前缘滑塌浊积扇，进一步识别出内扇、中扇、外扇3个亚相及主水道、分支水道、水道间等3个微相。并从油源条件、圈闭及储层等角度分析了滑塌浊积扇的致密油成藏条件，明确了该地区长9浊积岩的致密油成藏条件及意义。

关键词：鄂尔多斯盆地；周长地区；长9；浊流沉积；致密油

中图分类号：TE121.1

文献标识码：A

文章编号：1004-602X(2015)01-0068-06

收稿日期：2014-12-10

基金项目：国家自然科学基金项目资助(41172111)

作者简介：葛云锦(1981—)，男，安徽怀远人，陕西延长石油(集团)有限责任公司工程师，博士。

Abstract：Turbidity was important reservoir of Yanchang formation in Ordos basin.Research of turbidite was focus on Chang 6 and Chang7 formation now.But there was no specific report about turbidite in Chang9 formation.Through analyzing the multiple perspectives of characteristics about cores,well logging data,grain size analysis and so on,the results showed that the upper strata of Chang9 reservoir group in Zhouchang area was turbidite deposit.Existence of turbidite with northern provenance was confirmed in Chang 9 formation of central basin for the first time.Through detailed discussion about rock combination,structure,sand body section and so on,slump turbidite fan was confirmed in Chang9 formation.Three subfacies of the inner fan,middle fan and three microfacies that contained main channel,branch channel,and inter-channel were identified.Tight oil geological significance of slump turbidite fan of Chang9 formation in Zhouchang area was ascertained from the oil source condition, trap,reservoir and so on.

晚三叠世延长组沉积期鄂尔多斯盆地发育大型克拉通拗陷盆地，整体具有盆大、坡缓、水浅、多源、构造稳定的特征[1，2]。盆地主要发育北东物源曲流河三角洲沉积体系以及西南物源的辫状河三角洲沉积体系，沉积岩性主要为深色泥岩与浅灰白色细-粉砂岩互层，偶见粗中砂岩；两大三角洲之间为北西-南东方向的深湖-半深湖，主要沉积了灰黑色泥岩与油页岩[3-6]。2005年以前，主要勘探工作都集中在东北和西南两大三角洲沉积的主体上，最近，随着三角洲沉积体系油气勘探工作的深入，常规油气勘探程度越来越高，非常规储层及油气在鄂尔多斯盆地三叠系延长组勘探中逐渐被重视，勘探区域从三角洲平原、前缘逐渐向深水区过渡，延长组深水浊流沉积已成为鄂尔多斯盆地今后油气勘探重要目的层位之一。浊积岩是深湖区广泛存在的良好储集砂体，与深湖区油页岩可形成良好的自生自储油气藏。前人研究发现鄂尔多斯盆地广泛发育半深湖-深湖相浊积岩，已经有众多学者对这些区域发育的浊积岩沉积特征进行了研究[7-15]。然而，受勘探资料限制，学界目前对盆地延长组深水砂岩所做的研究工作基本都集中在长6、长7油层组，关于在长9油组中的浊流尚无具体报道，仅时保宏等[16]在分析长9油组成藏地质条件时做过简单介绍。长9油组沉积期是鄂尔多斯盆地一个重要的湖侵期，进入长9沉积期后，湖盆快速下沉，形成了延长组第1套生油岩系——“李家畔页岩”，长9期湖盆面积有限，深水区主要分布于盆地东北部地区，半深湖中的浊积砂体也主要发育于这些地区，作者从岩心观察、薄片鉴定及粒度分析等资料出发，对鄂尔多斯盆地吴起周长地区延长组长9紧邻“李家畔页岩”下的沉积岩石进行了综合研究，证实了该段沉积为浊流沉积体系。首次证明了在盆地中北部吴起地区存在北物源的浊流沉积，为长9期古地理格局研究提供新的证据，同时明确了浊流沉积的石油地质意义，为该区长9浊流沉积油气勘探提供新的思路。

1区域地质特征

周长地区位于鄂尔多斯盆地中部吴起县西北部，为周湾镇与长城镇的合称，面积约400 km2，构造位置位于陕北斜坡中部(图1)，坡度平缓，地层倾角小于1°，平均坡降8 m/km，仅见面积较小的鼻状隆起，鼻状构造形态及倾向与斜坡倾向近一致。周长地区主要含油层系为上三叠统延长组长2、长6、长9油层组。盆地北部延长组沉积在纵向上可划分为河流相、浅湖-三角洲相、半深湖—深湖相、三角洲相及河流-沼泽相，记录了一个完整的水进、水退旋回，长9油组沉积时期，周长地区处于在半深湖区[16]，碎屑物质可经过三角洲前缘斜坡流入深水区形成浊积岩，构成了一种重要的储层类型。与长7期相比，长9油组沉积期该地区半深湖、深湖发育持续时间较短，因此浊积砂体在平面上分布规模较小，呈零星分布。

图1　研究区构造位置及取样井位

2长9油层组浊积岩沉积特征

本次研究针对的岩心段位于长9油层组上部长91亚油组，紧邻“李家畔页岩”之下发育，紧邻油页岩发育表明其沉积时处在较深的水体环境中。结合地质背景、现场岩心描述与分析化验资料，得出该段沉积为深水浊积岩，具体为三角洲前缘的滑塌浊积岩。

2.1　岩石学特征

周长地区延长组长9浊积岩岩性主要为灰白色、灰色薄-中厚层中砂岩、细砂岩、粉-细砂岩，细粒沉积主要为灰黑色粉砂质泥岩和黑色泥岩。部分井中可见黑色碳质泥岩。判断其沉积时为深水环境的证据主要有两点，一是其紧邻油页岩发育，二是其泥岩的颜色都为黑色、深灰色，表明沉积时为还原环境，水体比较深。与常规三角洲前缘岩性组合反旋回不同的是，浊积岩下部为粗-中砂岩，向上逐渐过渡为粉-细砂岩，再到暗色泥岩，表现的是下粗上细的正粒序。砂岩和泥岩交替出现反映砂体沉积时湖面进退频繁，水体动荡，这些都是引发三角洲前缘沉积物滑塌的可能影响因素。

2.2　岩石结构特征

研究区浊积砂岩矿物成分以长石和石英为主，暗色矿物较少，现场及分析化验都定义为长石砂岩和岩屑长石砂岩，其总体矿物成分和砂岩类型都与相邻的三角洲前缘砂岩基本一致，这反映了两者为同一个物源；从现场岩心观察发现，砂岩的泥质含量较高，主要表现为泥质胶结，砂岩较疏松。结构上来说中-差分选，颗粒磨圆较差，多呈次棱角状，颗粒间呈点-线接触。从结构特征来看，分选差、磨圆差都表明该段砂岩搬运距离比较短，沉积快速，泥质含量高，表明其沉积时为低能水动力环境，总体来说是深水低能环境，短途搬运，快速混杂沉积的产物。

图2　周长地区长9浊积岩粒度概率累计曲线图

图3　周长地区长9浊积岩C-M图

研究区长91样品的粒度分布显示了较明显浊积岩特征，主要表现在，概率累积频率曲线呈向上微凸形曲线，连成直线则为2段直线段，主要由跳跃式和悬浮式总体组成，直线斜率较缓，表现为悬浮搬运和分选较差的特点(图2)。在C-M图上，研究区样品的点群平行于C-M基线分布(图3)，即以跳跃、悬浮载荷为主，反映为重力流沉积，随着水流强度的减弱，C，M值系统地减少，反映了递变悬浮的特点[17]。

2.3　沉积构造特征

沉积构造是沉积物和沉积岩中最常见的特征之一，是沉积环境、水动力条件在岩石中的直接反映，它与岩性组合具有内在的联系。浊积岩发育的沉积构造现象比较多，主要包括沉积层面构造与层内构造。浊积岩中发育的最典型的沉积构造就是鲍马序列，它实质上是浊积岩在形成过程中由于水动力的变化而导致的比较规律的沉积层序组合，鲍马序列是浊积岩的直接判别标志。

岩心观察中发现，研究区长91中浊积岩具有比较清楚的的鲍马序列和准同生变形构造，整体具有正粒序性和多期韵律性旋回。受物源和水流动力变化的影响，目的层段中鲍玛序列中标准的ABCDE段没有发育完全，而是形成一段段不完整的组合。研究区内目的层段比较常见的组合层序类型有AACE型、ACE型、AE型等。其中A段底面冲刷构造发育，底部有正粒序层理，可见冲刷泥砾(图4a)；C段发育沙纹交错层理(图4e)，并出现同生变形构造，包括泥岩撕裂屑等；E段为正常深湖相暗色泥岩，发育水平层理。浊积岩每段单元厚度变化较大，A段砂岩厚度一般在1~5 m，总厚度在5~10 m之间，两期浊积体之间或由深湖相暗色泥岩相隔，或直接叠置，后期浊积A段直接将前期的泥岩冲刷殆尽。此外岩心中可观察到火焰状构造、包卷层理等准同生变形构造(图4b、c、d)。

a泥砾，zc7井，2170 m，长91；b火焰构造，zc4井，2056.64 m，长91；c泥岩揉皱变形，zc10-3-1井，2056.64 m，长91；d包卷层理，zc4井，2059.9 m，长91；e砂纹构造，zc10-4-1，2036 m，长91；f鲍马序列A段，底部见泥岩撕裂屑，zc7井，2170 m，长91。

图4鄂尔多斯盆地周长地区长91浊积岩主要沉积构造

周长地区长91浊积岩自下而上发育的沉积构造表述如下：

(1)冲刷面及印模，冲刷面是在高密度高能量流态下产生的一种层面构造，其层面不平整，层面向上为浊积岩A段，层面下为被冲刷的深水黑色泥页岩。研究区目的层段浊积岩底部印模构造发育较少，仅有少数岩心可见呈平直线状延伸的印模，且规模较小，反映了深水垮塌等事件规模较小。

(2)粒序递变层理，为鲍马序列的A段，浊流中的湍流悬浮沉积作用，在同一沉积层内同时产生垂向和侧向的粒度递变。其特点是粒度细、横向具相变关系。本段是浊积岩最重要和典型的层段，反映浊流的悬浮搬运和递变悬浮沉积的特点。底部一般都会见到因冲刷残留的泥砾和碎屑块状砂岩，见冲刷面(图4 f)。

(3)沙纹层理，发育于鲍马序列的C段，由粉砂岩、泥质粉砂岩组成，具沙纹交错层理和变形层理，本段沉积反映水动力条件已经相对减弱，物源供给减少，说明此时浊流事件已接近尾声。

(4)细粒沉积层，在鲍马序列中表示为E段，湍流悬浮液长时期持续沉积的产物。也可以形成无构造细粒沉积物。从岩性上来说E段也可以不属浊流沉积，因为其为深-半深湖泥岩，表明浊流事件结束，又重新进入深水低能沉积环境，它是判断深水浊流沉积的重要标志。

2.4　垂向特征

滑塌浊积扇沉积体系在沉积序列特征上主要表现为一套含有较粗陆源碎屑的、重力流搬运和快速堆积的砂、泥岩互层组合，完整的浊积扇砂体包括内扇、中扇、外扇三个沉积亚相。以周长4井长9油层为例，该井发育多期粗细交替变化的叠置复合砂体，单个旋回砂体在1~5 m之间，自下而上可划分出内扇、中扇和外扇亚相3个沉积亚相及几个微相(图5)。三角洲前缘垮塌事件是爆发性事件，并不像普通沉积那样存在开始-高潮-减弱三个阶段，而是直接就达到最鼎盛点，随后慢慢减弱。开始爆发时沉积物位于内扇，主要发育浊流的主水道，因为此时水动力较强，物源供给旺盛，快速搬运沉积，所以沉积的砂体岩性较粗，为灰色粗-中粒砂岩，底部泥岩收到强烈冲刷而产生冲刷面及泥砾；砂岩为向上正递变粒序层理，发育鲍马序列的A段，测井曲线为轻微齿化的箱型，类似于大型河流砂岩特征；随着水动力减弱，此时发育的中扇分支水道砂体逐渐变细，岩性为深灰色长石细砂岩和岩屑长石细砂岩及粉砂岩，主要发育的平行层理或斜层理表明水动力已比内扇时降低，测井曲线特征上表现为中-低幅不规则钟型或钟型-箱型复合型，中扇水道间主要为暗色泥岩及粉砂质泥岩的组合；随着水动力进一步减弱，物源供给更少，垮塌事件已基本结束，所以外扇岩性主要为黑色泥页岩，偶尔可见薄层泥质粉砂岩于泥岩互层，以鲍马序列D-E段为主，自然伽马曲线为齿状、指状，表明砂泥频繁互层且岩层较薄。岩心观察及资料收集发现，研究区的三角洲前缘滑塌浊积扇由于受水体深度不太大，湖盆范围较小影响，垮塌规模也较小，三个相带发育不完整，浊积岩有的缺少内扇，有的仅为一小块透镜体砂岩分布在泥岩中，很难划分出经典的沉积相带。

图5　鄂尔多斯盆地周长地区长9 1滑塌浊积扇垂向剖面(ZC4井)

2.5　浊积岩背景及成因

发育浊积岩的首要条件是必须有深湖-半深湖环境，据前人研究长91时期吴起周长地区位于深湖-半深湖环境，除三角洲前缘亚相外，还发育湖泊浊积相沉积[16]。深水环境是浊流发育的前提条件，此外深水环境还能保护浊积岩不被后续的水下分流河道等冲刷破坏；三角洲前缘垮塌的另一个必要条件是必须有一定的坡度，鄂尔多斯盆地长91的半深湖环境为一个向北延伸的细窄长条，中间深，向两侧迅速变浅，这种特殊的湖泊深水构型必然导致两侧坡度较陡，不像大面积深湖盆那样坡度较平缓，因此在河流三角洲大规模向湖盆中心推进时，此处较陡的坡度，加上沉积物不断加积形成的厚度较大堆积物一起为浊流发育提供了充足的物质来源及有利的坡降条件。当沉积物堆积至一定厚度或有某种阵发性的偶然因素(如火山、地震、风暴等)诱发时[18-20]，三角洲前缘含水较多的软沉积物便沿着陡坡向前滑塌，形成一系列滑塌浊流沉积。受本地区该沉积时期古湖盆面积不大、湖平面上升期物源及水动力相对不强等条件控制，本区形成的滑塌浊积体普遍规模不大，在平面上分布也不广，常呈串珠状分布，在剖面上呈透镜状，砂体厚度一般不超过10 m。

综合上述判别标志及特征，周长地区长91沉积颗粒-结构成熟度比较低，底部正粒序水道砂体冲刷泥岩，发育鲍马序列，包卷层理，泥岩揉皱变形等具有明显浊流特征的沉积构造。粒度分析显示其以跳跃、悬浮载荷为主，为重力流沉积，随着水流强度的减弱，C，M值系统地减少，反映了递变悬浮的特点。结合砂体规模一般较小，单个砂体厚度为1~5 m，累计砂体厚度小于10 m，反映浊流规模较小。由此综合推论，研究区长91上部沉积为深湖-半深湖沉积背景中发育的三角洲前缘滑塌浊积扇沉积。

3浊流沉积的致密油意义

鄂尔多斯盆地已在长6、长7深湖区砂体中发现大量油气[21，22]，勘探对象也经历了由常规油藏到低渗透油藏再到非常规致密油的转变，下一步勘探的方向就是向深湖区、深水砂岩及致密油进军，而浊流砂体是深湖相致密油重要的储集砂体，对致密油勘探具有重要意义。

致密油为一种非常规油气资源，一般认为致密油是一种以游离态或吸附态赋存于油页岩或与之互邻共生的致密砂岩或碳酸盐岩中的、未经过长距离运移的石油聚集，单井一般无自然产能或产量较低。但目前对致密储集体的物性尚无统一的标准，匡立春等提出储集层孔隙度小于10%，空气渗透率小于2×10-3μm2(基质负压渗透率小于0.2×10-3μm2)为致密储集层[23]。周长地区长91浊积砂岩平均孔隙度仅为5.6%，渗透率主要分布在0.02 mD~0.6 mD，平均值仅为0.31 mD，属于致密储层。

浊流沉积具有良好的油气成藏条件。首先其紧邻油源发育，油气供应充足。三叠系延长组长91沉积时期，研究区处于深湖区，沉积了有机质丰度高、类型好的烃源岩“李家畔页岩”，平面上在本区呈南北向条带状发育，形成两个烃源岩厚值区域，分别位于北部的周长10-38以及南部的周长10-20井附近，厚度超过12 m。长9段油页岩有机显微组分以腐泥无定型为主，有机质类型主要为Ⅱ2型，有机质丰度高，TOC在0.88%～7.44%，平均4.05%；Ro值在平均为0.74%，油页岩源岩母质类型较好，有机质含量高，并且有机质已达到成熟演化阶段，为一套优质的源岩。

图6　鄂尔多斯盆地吴起周长地区

其次浊流沉积易于形成岩性圈闭。浊积砂体与湖相泥页岩相伴生，横向变化较快，经常侧向尖灭为泥岩，在后期构造运动的影响下，易于形成上倾尖灭的岩性圈闭。此外，垮塌形成的砂岩上下均为泥岩覆盖，易于形成自生自储的透镜体岩性圈闭(图6)。

浊积岩砂体分布于深湖暗色泥岩区内，距离盆地烃源岩较近，优先得到油气充注，易于捕获油气。经过深入勘探，研究区长9浊积砂体具备形成致密油的良好条件，已发现一批油藏，(如周长32井长9日产油4.3 m3)，具备一定的勘探潜力。

5认识与讨论

(1)研究区延长组长91上部沉积为滑塌浊积扇沉积，具有5点典型浊积扇沉积判别标志及特征，进一步可识别出内扇、中扇、外扇三个亚相及主水道、分支水道、水道间等3个微相。

(2)浊流沉积体具有较好的成藏条件，处于油源中心或与烃源岩互层共生，具有优先捕获油气的优势，易与深湖相泥岩形成上倾尖灭、透镜体等油气藏。有利于油气捕获。

(3)前人对鄂尔多斯盆地浊积岩的研究平面上主要集中在盆地西南部，纵向上集中在长6、长7油层组，而对盆地中部北物源长9油层组的浊流沉积未见报道，周长地区长91油层组滑塌浊积扇的发现，既为该地区长91沉积期岩相古地理格局提供了新的地质资料，又为岩性致密油藏的勘探开发提供了新的可借鉴的思路。

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[责任编辑李晓霞]

Turbidity Characteristics and Tight Oil Significance of Chang 9

oil Bearing Formation in Zhouchang Area of Ordos Basin

GE Yun-jin,REN Lai-yi,HE Yong-hong

DONG Li-hong,WANG Bian-yang

(Research Institute of Yanchang Petroleum(Group)Co.LTD,Xi'an 710075,China)

Key words：Ordos Basin; Zhouchang area; Chang9 formation; turbidity current deposit; tight oil