基准面变化与岩相及砂体展布的沉积响应——以鄂尔多斯盆地苏南地区盒八段辫状河三角洲为例

李志华，黄文辉，朱伟厚

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；2.中国石化中原油田分公司工程技术管理部，河南 濮阳 457001）

基准面变化与岩相及砂体展布的沉积响应
——以鄂尔多斯盆地苏南地区盒八段辫状河三角洲为例

李志华1，黄文辉1，朱伟厚2

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；2.中国石化中原油田分公司工程技术管理部，河南 濮阳 457001）

为了弄清岩相变化及砂体展布样式的成因，文中针对基准面升降分析了其与岩相及砂体展布的沉积响应关系。以高分辨率层序地层学理论为指导，结合岩心、测井曲线在基准面变化时的识别标志，将鄂尔多斯盆地苏南地区盒八段划分为上、下2个小段，各小段又分2个IV级层序（中期旋回）。建立研究区层序地层格架，选取垂直物源和顺物源2条连井剖面，刻画剖面砂体展布样式，厘清了基准面变化与砂体展布的沉积响应关系，并在此基础上，建立了河流及三角洲相基准面升降与岩相和砂体展布的响应模式。

高分辨率；层序地层；岩相；岩心测井响应；基准面；砂体展布

0 引言

Cross在1993年首次提出高分辨率层序地层［1-2］，其关键就是识别多级次基准面变化，进行地层等时对比［3］。基准面升降能够引起可容纳空间和沉积物供给量的相对变化，其对沉积物保存程度、砂体叠加样式、相序及相类型的控制作用是高分辨率层序地层学研究的核心［4-8］。特别是对于中国陆相盆地，高分辨率层序地层学具有普遍的适用性。

截至2014年底，鄂尔多斯盆地苏里格地区天然气探明储量累计达4.23×1012m3。在中二叠纪时期，陆源碎屑物由北部进入，在南部形成辫状河三角洲［9-11］，沉积地层为石盒子组。下石盒子组盒八段是研究区的主要生产层段，天然气总资源量为1.5×1012m3，但基本探明储量只有0.3×1012m3，探明率仅为20%，是重要的天然气储量增长接替区。

近年来，许多学者对苏里格地区构造、沉积、层序、储层、成藏等方面都进行过深入研究［10-16］。郭英海等［10］认为，苏里格地区二叠系沉积体系由北部的辫状河向南逐渐过渡为辫状河三角洲，最后入湖。何自新等［15］认为，苏里格气田主力含气层段为二叠系下石盒子组盒八段和山西组山一段砂岩储层。陈世悦［16］认为，苏里格盒八段储层在东部火山物质成岩作用强烈。

也有很多学者分析过基准面的变化对河流类型及砂体分布之间的关系。如Shanley等［17］认为，基准面在低阶段主要发育下切谷充填，随着基准面上升，河流由辫状河变为曲流河，最后演化为网状河。Wright等［18］在海相层序地层学的基础上，分析了河道在低位、海侵和高位三大体系域中的叠置方式，胡光明等［19］进一步研究后认为，可将苏里格地区盒八段的河流层序分为水退体系域、低位体系域、水进体系域和高位体系域。但是，针对苏南地区盒八段储层，其岩相和砂体展布样式的成因分析，迄今还没有相应的研究。

本文以鄂尔多斯盆地苏里格南部盒八段辫状河三角洲为例，经过对基准面的升降进行详细研究，认为根据基准面升降产生的地层响应，岩相和测井曲线的形态变化，均可作为基准面变化的标志。通过对岩心的观察描述、测井曲线的归类、基准面升降不同阶段岩相和砂体展布样式分析，建立了三者之间的成因模式，对指导鄂尔多斯盆地砂体展布研究和油气勘探具有一定参考意义。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是一个叠合含油气盆地，古生代时期，盆地构造由克拉通演化为克拉通坳陷。根据盆地构造形态和基底特征等，将鄂尔多斯盆地划分为渭北隆起带、西缘冲断构造带、陕北斜坡、晋西挠褶带、天环坳陷和伊盟隆起等6个一级构造带［20-21］。苏南地区位于盆地内苏里格气田南部，伊陕斜坡中部西段，紧邻天环坳陷，地层平坦，几乎无断层发育，勘探范围大约为9 000 km2。

研究区含气层为上古生界下二叠统山西组和下石盒子组碎屑岩沉积。主要生产层段是下石盒子组盒八段，埋深在3 400～4 200m，平均厚度80～100m（见表1）。沉积体系属于辫状河三角洲相，北部为辫状河三角洲平原，南部为辫状河三角洲前缘［22］。截至2012年底，苏里格南部已完钻天然气探井167口，开发井73口，达到工业油气流井28口。

表1 鄂尔多斯盆地上古生界地层划分

2 基准面与层序地层格架

基准面变化产生沉积、剥蚀、过路等地层响应，形成地层旋回。高分辨率层序地层对比依据正是岩石记录的地层和沉积对基准面变化的响应，它是时间地层单元的等时对比［23］。

2.1 层序识别

盒八段地层厚度较小，且地震资料的分辨率不高，因此，以研究区全部240口井的测井曲线为基础进行地层划分，该区井位的分布北部较多，南部较少，东西部比较平均。

选取22口具有代表性，且基本可以代表整个研究区岩性特点的取心井，进行岩心观察描述。综合岩心和测井曲线，再结合基准面升降来划分IV级层序（中期旋回）。在剖面结构中，IV级层序界面位于由粗—细—粗的正向粒序到逆向粒序结构的转换点上，界面形式主要表现为间歇暴露面、较大规模的冲刷面或与之相关的整合面［24］。

2.1.1 岩心识别

岩心剖面分辨率高，可用来分析岩相，识别基准面旋回。识别标志主要有滞留沉积、岩相变化转换、旋回对称、砂—泥变化等特征。苏南地区盒八段岩心主要的岩性响应是冲刷面（见图1a，1b）和岩性突变面（见图1c，1d）。

苏111井在一套板状交错细砂岩上冲刷出一套中砾岩，粒径约2～4 mm。苏199井在一套板状交错中细砂岩上发生冲刷，冲刷面含大量滞留砾岩，在冲刷面上沉积一套槽状交错中砂岩。苏208井，一套泥岩直接沉积在含砾粗砂岩上，发生岩性突变。苏249井的下部深灰绿中砂岩和上部浅灰含砾粗砂岩接触界面处岩性突变很明显。

图1 岩心层序界面识别标志

2.1.2 测井识别

测井曲线具有高分辨率特征，可以用来识别基准面变化的短期旋回叠加样式，进而识别中期旋回。对陆源碎屑沉积为主的岩性剖面来说，自然电位（SP），自然伽马（GR），电阻率（RT），声波时差（AC）等测井曲线都能反映地层的旋回性。

研究区的GR测井曲线能够很好地反映并区分砂岩和泥岩，可以作为划分基准面旋回的主要依据（见图2）。它在高分率层序边界附近有较大的变化，其幅度、形态和组合形式都能反应沉积环境的变化，也可同时结合SP，RT和AC曲线进行辅助识别。

由图2可以看出：苏383井GR测井曲线在盒八上一段和盒八上二段界面处表现为低幅突变，上部为箱型，反映了一套河道冲刷叠置；陕357井GR测井曲线在盒八上、下段界面处变形为钟型向箱型转变，在一套粉砂岩之上以不整合方式沉积一套中粗砂岩；苏113井GR测井曲线在盒八下一段和盒八上二段界面处变形为低幅渐变，2个钟型的垂向叠置，反映出2套完整的河道沉积叠加；苏203井GR测井曲线的盒八下段底界面就是一套箱型的底，突变接触。

2.2 层序划分及地层格架建立

2.2.1 划分单井旋回

单井高分辨率层序地层分析是层序地层学研究的重要部分，其主要目的是垂向上划分旋回，是建立高分辨率层序格架、进行沉积体系研究的基础。

研究区盒八段主要为大型缓坡辫状河三角洲相，根据岩心和测井曲线识别层序地层，可将其分为上段和下段，上段又分为上一、上二2个中期旋回；下段又分为下一、下二2个中期旋回。

盒八上一段基准面上升，发育半个中期上升半旋回，在苏383井，上一段基准面一直上升，上二段基准面先升后降，发育一个完整的中期旋回。在陕357井，上二段基准面上升时期远长于下降时期，下一段基准面上升，发育半个中期上升半旋回。苏113井，下一段基准面一直上升，下二段基准面先升后降，发育一个完整的中期旋回。苏203井盒八下二段基准面的上升时期也长于下降时期（见图2）。

2.2.2 建立连井层序格架

通过对各井多级基准面识别及划分，建立连井层序地层格架，并选取纵向（顺物源方向）和横向（垂直物源方向）2条连井剖面进行精细对比。

1）垂直物源方向剖面：苏217—苏259—莲7—陕333—陕372井，地层变化较平缓，厚度由东向西略有减小，构造上也呈现出东高西低的特征（见图3）。

2）顺物源方向剖面：苏 199—苏南 6-93—苏124—莲4—苏202—苏383—苏275—陕431—苏234井，地形略有起伏，北部和南部地层略薄，中部地层偏厚，地层垂向构造变化小，继承性好，构造上呈现出北高南低的趋势（见图4）。

图2 盒八段层序界面测井基准面响应

图3 垂直物源方向连井剖面

图4 顺物源方向连井剖面

3 基准面旋回变化与砂体展布响应

3.1 基准面旋回升降与岩相响应

基准面是一个剥蚀与沉积作用达到平衡但实际上并不存在的势能面。当基准面发生变化且处于不同的阶段时，其所代表的势能不同，岩相也就不同。当基准面处于初期上升阶段时，水动力较强，沉积响应砂体颗粒较粗，槽状、板状层理发育较多。随着基准面继续上升，水动力随之变小，沉积响应砂体颗粒变细，水平和平行层理增加。当基准面由最高点开始下降时，水动力又开始变强，槽状、板状层理又开始出现。

3.1.1 基准面上升初期阶段

岩性以粗砂岩和含砾砂岩为主，分选差，磨圆多为次棱状。在沉积构造特征方面，大规模槽状交错层理和高角度下截型板状交错层理大量发育，冲刷面、块状砂砾滞留沉积发育，整体反映出水动力比较强的特点（见图2）。苏383井、陕357、苏113井在此阶段多沉积冲刷不整合面，槽状、板状层理发育，砂岩粒度较粗。

3.1.2 基准面上升末期阶段

整体为细粉砂岩，顶部发育的中厚层块状泥岩段，可用来进行层位标定。砂岩颗粒分选较好，为次圆状。在沉积构造特征方面，发育有槽状交错层理和板状交错层理，规模较小。陕357井在3 535m处可见顺层排列的泥岩撕裂屑。苏113井见大段泥岩，在4 312m处见流水纱纹层理，同时在苏383井的3 722m处也见到流水纱纹层理，苏203井多处见粉砂岩，整体反映出水动力变弱的趋势（见图2）。

3.1.3 基准面下降阶段

沉积整体为中粗砂岩，颗粒分选为差—中等，磨圆以次棱状为主，岩性呈现反粒序，由下部的泥岩向上过渡到粗砂岩，发育有板状交错层理，规模不大。苏203井可见薄层砾岩，槽状交错层理较发育，陕357井块状层理和板状层理发育，反映出水动力开始慢慢变强（见图2）。

3.2 基准面旋回升降与砂体展布响应

基准面旋回及其伴随的可容纳空间变化的动力学系统，控制着地层的结构及其沉积特征。根据Cross提出的沉积物体积划分概念，可将成因地层内沉积物划分成不同的相域结构，即苏南盒八段辫状河三角洲砂体展布样式也与基准面和可容纳空间变化息息相关。

河流基准面在河流入海、湖时，与海、湖平面相切。在海、湖中，基准面与海、湖平面重合，海、湖平面的升降影响着河流基准面的变化。因此，可基于苏南地区盒八段辫状河三角洲在基准面发生的变化，结合2条连井剖面，分析砂体展布在不同基准面阶段的沉积响应。

3.2.1 垂直物源方向连井剖面

连井剖面呈东西向位于研究区中部，垂直于由北到南的物源方向，在盒八上段处于辫状河三角洲平原，在盒八下段地层穿过湖岸线，部分地层处于辫状河三角洲前缘（见图3）。

基准面上升初期。物源供给量非常大，但是可容纳空间增加速率有限，水动力强，河流下切成谷，粗粒的砂砾岩充填河道，砂体在纵向上互相叠置、横向上互相连通。

由图3可以看出：在盒八段的4个小层中，三角洲前缘和平原处砂体都发育很好，苏217、苏259、陕333及陕372井在盒八上二段和盒八下二段水道砂体大量发育，叠置连通；苏217、莲7、陕372井在盒八下一段水道砂体发育，相互叠置连通。莲7盒八上一段水道砂体发育，相互叠置连通。

基准面上升末期。可容纳空间增加速率较快，物源供给明显小于可容纳空间增加速率，水动力条件逐渐减弱，沉积作用增强，沉积物在垂向上快速加积。

由图3可以看出：在盒八下二段和下一段，苏217、莲7、苏259、陕333及陕372井都为泥岩；在盒八上二段，苏259、陕333井有砂体零星分布，苏217、莲7及陕372井泥岩较为发育；在盒八上一段，苏259、莲7、陕333及陕372井砂体孤立发育，苏217井也有泥岩发育。总体来看，在该时期，4个小层中砂体发育较差，多为河漫砂或水下漫溢砂，河道和滩坝砂体零星孤立分布；泥质沉积在整个研究区大量发育，整体砂泥比很小，形成了“多细粒泥岩，少坝道砂体”的沉积特点。

基准面下降阶段。沉积物供给速率增长，可容纳空间增加速率逐步降低，同时水动力慢慢变大，河道加积或侧积作用增强。砂泥比低于上升初期，但高于上升末期。由图3可以看出：在盒八下二段，莲7井砂体比较发育，但连通性较差，苏217、苏259、陕333及陕372井泥岩发育；在盒八下二段，莲7和陕333井有砂体发育但不连通，苏217、苏259及陕372井处多泥岩发育。总体来说，该阶段2个小层砂体发育一般，河道砂体垂向和横向有叠置，但不连通，多为分布孤立发育，形成了砂体“叠而不通”的沉积特点。

3.2.2 顺物源方向剖面

顺物源方向连井剖面呈北南向，位于研究区中部，穿过三角洲平原和前缘（见图4）。

基准面上升阶段。可容纳空间向陆岸方向迁移，在基准面开始上升时，砂体沉积产生垂向加积，之后产生向陆岸方向的退积。

由图4可以看出：在盒八段的4个小层中，当基准面上升时，砂体几乎都呈向后退积；苏124、莲4井及苏234井和井间砂体在盒八上一段部分呈现出向上加积，这是在基准面上升的缓慢阶段发生的，或者是由于砂体切面方向的原因，由侧积呈现出的一种假象。

基准面下降阶段。可容纳空间向湖心方向迁移，在基准面下降早期，砂体沉积产生垂向加积，之后产生向湖内方向的进积。

由图4可以看出：2段基准面下降的地层都较薄，盒八上二段，苏南6-93、苏124、莲4、苏383、苏275及陕431井和井间砂体发育，砂体向前发生进积；盒八下二段，莲4、苏202及苏383井和井间砂体较发育，砂体进积；苏234井附近砂体出现向上加积，这是基准面下降缓慢引起的。

4 砂体展布响应模式

根据苏南地区盒八段辫状河三角洲的基准面升降与岩相及砂体展布样式成因关系，总结出一个响应模式，可以用于河流和三角洲的沉积体系（见图5）。

在基准面上升开始时，岩相颗粒粗，分选磨圆差，顺物源方向的砂体垂向加积，垂直物源方向的坝道砂体相互叠置连通；随着基准面继续上升，岩相颗粒变细，分选磨圆变好，顺物源方向的砂体向后叠置退积，垂直物源方向的坝道砂体零散孤立分布；在基准面开始下降的早期阶段，岩相颗粒细，多泥岩，分选磨圆好，顺物源方向的砂体垂向加积，垂直物源方向的坝道砂体也是零散孤立分布；随着基准面继续下降，岩相颗粒又开始变粗，分选磨圆变差，顺物源方向的砂体向前叠置进积，垂直物源方向的坝道砂体叠置相邻，但连通性不好。

图5 河流或三角洲沉积体系基准面升降与岩相及剖面砂体展布响应模式

5 结论

1）根据岩心和测井曲线识别层序地层，盒八段可分为上、下2段，上段又分为上一、上二2个中期旋回，下段也分为下一、下二2个中期旋回。

2）岩相受基准面变化的影响较大，在基准面变化的不同时期，发育的岩相在粗细、分选、磨圆、层理及规模等方面均不相同。

3）在垂直物源方向上，剖面在基准面上升期间，初期坝道砂体相互叠置连通，末期坝道砂体零散孤立分布，不连通，基准面下降阶段，坝道砂体叠置相邻，不连通；在顺物源方向上，剖面在基准面上升开始时期，砂体垂向加积，随着基准面继续上升，砂体向后叠置退积，基准面开始下降早期，砂体也垂向加积，随着基准面继续下降，砂体向前叠置进积。

［1］CROSS T A，BAKER M A，CHAPIN M S，et al.Applications of highresolution sequence stratigraphy to reservoir analysis［C］//ESCHARD R，DOLIGEZ B.Subsurface reservoir characterization from outcrop observions.Ptoceeding of the 7th IFP Exploration and Production Research Conference，April 12-17，1992.Paris：Institut Francais Du Petrole,1993：11-33.

［2］邓宏文.美国层序地层研究中的新学派：高分辨率层序地层学［J］.石油与天然气地质，1995，16（2）：89-97.

［3］王军，郑浚茂，代胜群，等.河流相高分辨率层序地层划分与等时对比［J］.国外油田工程，2005，21（3）：44-46.

［4］CROSS T A.Stratigraphic controls on reservoir attributes in continentalstrata［J］.EarthScienceFrontiers，2000，7（4）：322-350.

［5］邓宏文.高分辨率层序地层学应用中的问题探析［J］.古地理学报，2009，11（5）：471-480.

［6］邓宏文，王红亮，宁宁.沉积物体积分配原理：高分辨率层序地层学的理论基础［J］.地学前缘，2000，7（4）：305-313.

［7］邓宏文，王洪亮，李小孟.高分辨率层序地层对比在河流相中的应用［J］.石油与天然气地质，1997，18（2）：90-96.

［8］郑荣才，尹世民，彭军.基准面旋回结构与叠加样式的沉积动力学分析［J］.沉积学报，2000，18（3）：360-366.

［9］陈瑞银，罗晓容，陈占坤，等.鄂尔多斯盆地埋藏演化史恢复［J］.石油学报，2006，27（2）：43-47.

［10］郭英海，刘焕杰，权彪，等.鄂尔多斯地区晚古生代沉积体系及古地理演化［J］.沉积学报，1998，16（3）：44-51.

［11］汪正江，张锦泉，陈洪德，等.鄂尔多斯盆地晚古生代陆源碎屑沉积源区分析［J］.成都理工学院学报，2001，28（1）：7-12.

［12］郑荣才，彭军，吴朝容.陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义［J］.沉积学报，2001，19（2）：249-255.

［13］温立峰，吴胜和，岳大力，等.胜二区沙二段7砂组地层基准面旋回与沉积微相研究［J］.中国地质，2010，37（1）：144-151.

［14］肖建新，孙粉锦，何乃祥，等.鄂尔多斯盆地二叠系山西组及下石盒子组盒八段南北物源沉积汇水区与古地理［J］.古地理学报，2008，10（4）：341-354.

［15］何自新，付金华，席胜利，等.苏里格大气田成藏地质特征［J］.石油学报，2003，24（2）：6-12.

［16］陈世悦，侯中帅，张顺，等.苏里格气田东区盒8段火山物质成岩作用特征［J］.断块油气田，2015，22（2）：173-177.

［17］SHANLEY K W，MECABE P J.Perspectives on the sequence stratigraphy of continental strata［J］.AAPG Bulletin，1994，78（4）：544-568.

［18］WRIGHE V P，MARRILTT S B.The sequence straitigraphy of fluvial depositional systems the role of floodplain sediment storage［J］. Sedimentary Geology，1993，86：203-210.

［19］胡光明，王军，纪友亮，等.河流相层序地层模式与地层等时对比［J］．沉积学报，2010，28（4）：745-751.

［20］何自新，杨华，费安琪，等.鄂尔多斯盆地演化与油气［M］.北京：石油工业出版社，2003：88-123.

［21］黄志龙，江青春，席胜利，等.鄂尔多斯盆地陕北斜坡带三叠系延长组和侏罗系油气成藏期研究［J］.西安石油大学学报（自然科学版），2009，24（1）：21-25.

［22］王世成，郭亚斌，杨智，等.苏里格南部盒八段沉积微相研究［J］.岩性油气藏，2010，22（增刊1）：31-36.

［23］于兴河.碎屑岩系油气储层沉积学［M］.2版.北京：石油工业出版社，2008：77-83.

［24］柯光明.苏皖地区中、新生代层序地层研究及其在油气勘探开发中的应用沉积学［D］.成都：成都理工大学，2007.

（编辑 高学民）

Sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sand body distribution: a case of braided delta in 8th Member of Shihezi Formation,southern Sulige Area, Erdos Basin

LI Zhihua1,HUANG Wenhui1,ZHU Weihou2
(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.Engineering Management Department, Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China)

In order to find out the origin of lithofacies variation and sand body distribution pattern,the sedimentary response of baselevel to lithofacies and reservoirs sand body distribution are analyzed.Taking the braided delta in 8th Member of Shihezi Formation in southern Sulige as an example,according to the theory and approach of high-resolution sequence stratigraphy,based on core and well-logging as identification marks of base-level,the 8th Member of Shihezi Formation in southern Sulige is divided into two Members:the Upper 8th Member and the Lower 8th Member,both of which are divided into two fourth-order sequences respectively. The sequence stratigraphic framework is established,and two profiles,one perpendicular to the direction of the source and the other parallel with the direction of the source,are selected to describe the characteristics of sand body distribution.The sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sandbody distribution is analyzed.Based on the response,the sedimentary response model of fluvial and delta is established.

high-resolution;sequence stratigraphy;lithofacies;response of core and logging;base-level;sand body distribution

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2014CB238901）；国家自然科学基金项目“鄂尔多斯盆地煤中稀土元素分布与赋存特征及其地质意义”（41472136）

TE121

A

10.6056/dkyqt201606006

2016-04-20；改回日期：2016-08-05。

李志华，男，1986年生，在读博士研究生，主要从事储层沉积学及煤层气方面的研究。E-mail：abclizhi@126.com。

李志华，黄文辉，朱伟厚.基准面变化与岩相及砂体展布的沉积响应：以鄂尔多斯盆地苏南地区盒八段辫状河三角洲为例［J］.断块油气田，2016，23（6）：709-715.

LI Zhihua，HUANG Wenhui，ZHU Weihou.Sedimentary response of base-level to lithofacies and reservoirs sand body distribution:a case of braided delta in 8th Member of Shihezi Formation,southern Sulige Area,Erdos Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（6）：709-715.