鄂尔多斯盆地临兴地区上石盒子组浅水三角洲沉积相研究

谢英刚，孙新阳，万 欢，段长江，陈 庆，喻玉洁.

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011；3.北京油源恒业科技有限公司，北京 100015)

鄂尔多斯盆地临兴地区上石盒子组浅水三角洲沉积相研究

谢英刚1，孙新阳2，万 欢1，段长江1，陈 庆3，喻玉洁3.

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011；3.北京油源恒业科技有限公司，北京 100015)

根据岩性特征、电性特征、沉积构造特征、粒度分析和测井相分析，对临兴地区上石盒子组沉积相进行了研究。通过岩心描述定相与单井相剖面划分，定性—半定量评价不同沉积相岩石属性的测井响应特征，建立准确的测井相模式；在沉积体系及相模式宏观控制下，以测井相为依据，以剖面相为控制，考虑沉积相空间分布与配置关系，进行目的层位沉积相平面展布分析。结果表明，临兴地区上石盒子组以中细砂岩为主，岩性组合以正韵律为主；泥岩颜色以褐红色为主，夹灰色和灰绿色，表明为弱氧化—弱还原环境。结合各相标志判断临兴地区上石盒子组发育浅水三角洲沉积体系。纵向上单砂体规模较小，叠加成片，以(水下)分流河道为骨架微相。平面上常表现为“鸟足状”和“树枝状”，具有横向规模大、多分叉、多河道的沉积特点。

临兴地区；浅水三角洲；相标志；沉积微相

1 概况

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，是一个多旋回演化的大型叠合盆地，由伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、晋西挠褶带、天环坳陷和西缘掩冲带等6个次级构造单元组成(图1)。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分图

鄂尔多斯盆地具有太古代及早元古代变质结晶基底，其上为中上元古界、古生界、中生界、新生界沉积盖层，盖层时代较全，属多旋回型；盆地除缺失志留系—泥盆系、下石炭统外，从寒武系至新近系均有发育，沉积盖层总厚度达6000 m。上古生界地层在盆地内分布广泛，层位稳定，主要由碎屑岩系组成，仅石炭系发育少量碳酸盐岩。上古生界自下而上依次为：石炭系本溪组(C2b)，下二叠统太原组(P1t)和山西组(P1s)，中二叠统下石盒子组(P2x)、上石盒子组(P2s)，上二叠统石千峰组(P3s)。其中，上石盒子组又细分为盒1段、盒2段、盒3段、盒4段。本次研究目标层位为上古生界，包含二叠系和石炭系。

临兴地区位于鄂尔多斯盆地东缘，包含山西省西部临县和兴县地区，地跨伊陕斜坡、晋西挠褶带两个构造单元，面积约746.29 km2。前期勘探显示该区块具有良好的煤层气、页岩气和致密砂岩气勘探前景。

鄂尔多斯盆地临兴地区气藏类型较单一，古生界主要气藏类型为岩性气藏，包括上倾尖灭岩性气藏、物性遮挡气藏及水层封堵气藏。目前临兴地区共钻探25口井，L-1、L-5、L-6等6口井上石盒子组压裂测试获工业气流。本研究对上石盒子组11口取心井进行岩心观察，共描述岩心89.19 m，系统编制11口取心井单井相图，开展测井响应特征与岩石类型关系研究，建立工区标准测井相模式；分析典型沉积相的剖面相层序，并对上石盒子组沉积相平面分布规律进行了讨论。

鄂尔多斯盆地上石炭统本溪组和下二叠统太原组沉积时发育广阔的陆表海沉积，至山西组沉积时期开始了以陆相为主的沉积建造[1-2]。上石盒子组下部地层以杂色泥岩为主，夹薄层砂岩；上部与下部岩性类似，但岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩增多。上石盒子组厚约200 m，向东有加厚趋势，与下伏下石盒子组为整合接触。

2 沉积相标志

沉积相鉴别主要依据各种相标志，包括岩性、古生物、地球化学和地球物理4种类型[3-4]。本区上石盒子组主要发育浅水三角洲平原亚相和前缘亚相，进一步分为(水下)分流河道、(水下)天然堤及分流间洼地等微相(表1)。

表1 临兴地区上石盒子组沉积微相分类表

2.1 岩性标志

岩性标志包括岩石颜色、岩石类型、岩性组合等。

(1)岩石颜色。

颜色是沉积岩最直观、醒目的标志，是沉积环境的良好指示[5,7]。这里所指的岩石颜色是自生色，自生色主要取决于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类与数量。沉积物的颜色特别是泥岩的原生色可直接反映沉积时水介质的氧化还原条件，间接反映水体的深浅[6]。红色、紫色反映氧化环境，水体极浅或为陆上环境；绿色、褐色反映弱氧化—弱还原环境，水体浅；灰色、深灰色、黑色反映还原环境，水体较深。

岩心观察显示，临兴地区上石盒子组泥岩颜色以紫红色、褐红色和杂色为主，局部夹灰色和灰绿色(图2)，反映上盒子组沉积时为水体较浅的弱氧化—弱还原环境，是典型的陆相湖盆浅水三角洲标志[3-4]。

(2)岩石类型。

岩石类型是分析沉积环境及其水动力条件的良好标志，不同沉积体系的岩石类型及组合特征略有不同[7]。研究区上石盒子组岩石类型多样，包括含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩及过渡类型。以浅灰色中、细砂岩为主，其次是浅灰色—灰白色粗砂岩及少量灰白色含砾粗砂岩和灰色粉砂岩、泥质粉砂岩，岩性总体偏细。

(3)岩性组合。

指不同岩层在垂向上的规律，是沉积环境演变的物质表现[8]。一般来说，不同沉积环境会形成不同的岩性组合。

上石盒子组岩性组合以正韵律为主，几乎无反韵律，以粗砂—中砂—细砂和中砂—细砂的岩性组合为主，含少量的块状含砾粗砂岩—粗砂岩—中砂岩组合及细砂岩—泥质粉砂岩组合。

图2 临兴地区上石盒子组岩心照片

2.2 原生沉积构造及古生物标志

沉积岩的沉积构造是沉积过程中或沉积后—固结成岩前形成的构造现象。前者称为原生沉积构造，后者称为准同生变形构造[9]。原生沉积构造是沉积时水动力条件的直接反映[5]，可提供沉积介质的性质和能量强弱信息，是判别环境的重要标志之一。

浅水三角洲受河流和湖水波浪双重控制，沉积时水体浅，以河流作用为主，波浪及湖平面频繁波动造成的冲刷和回流作用影响相对较小[10-11]。浅水三角洲发育的沉积构造以强水动力条件下的冲刷、叠置构造为主，同时存在波浪改造的各种层理。上石盒子组沉积构造包括河道充填的平行层理和交错层理，河道底部发育冲刷面，冲刷面之上的粗粒砂岩中可见定向排列的砾石。同时还发育一些以波浪作用为主的沉积构造，如双向水流的波状层理、爬升层理及透镜状层理等，生物扰动作用强烈，发现丰富的生物钻孔，层理上可见植物根茎(图3)。

2.3 碎屑颗粒结构

碎屑颗粒的粒度、圆度、球度、表面特征及其定向分布等均具有一定指向性[6]。本次研究主要采用砂岩粒度参数来分析沉积相。

根据砂岩So(指在粒度累积曲线上25%与75%处对应的颗粒直径的比值)的大小可以划分分选等级：So为1.0～2.5说明分选好，So为2.5～4.0时说明分选中等，So大于4.0时说明分选差[3,15]。

临兴地区上石盒子组样品的粒度分析表明，砂岩粒度以中—细砂岩为主，其次是粗砂岩，分选较好(图4)。

砂岩粒度概率累积曲线分布特征反应水动力条件和搬运方式，是重要的沉积相标志。C-M图是根据每个样品的C值和M值绘成的图形，C值是累积曲线上1%处对应的粒径(Φ值)，与样品中最粗颗粒的粒径相当，代表水动力搅动开始搬运的最大能量；M值是累积曲线上50%处对应的粒径，代表水动力的平均能量。沉积物点群在C-M图上的位置取决于沉积物的搬运沉积方式，因此利用C-M图可对碎屑物质的搬运和沉积条件做出判断[3]。

上石盒子组砂岩粒度概率累积曲线以三段式为主，含少量两段式。三段式包含两类：

图3 临兴地区上石盒子组典型沉积构造

图4 临兴地区上石盒子组粒度分布直方图

第一类是典型的三段式，跳跃组分占主导，斜率高，分选好，滚动组分和悬浮组分总体占比少，含量均不到5%，反映强牵引流的水动力环境，属于浅水三角洲相中分流河道中下部沉积[12-13](图5a)。

第二类是“两跳一悬浮式”，这类粒度概率累积曲线是浅水三角洲中最常见的类型，两段跳跃主体斜率高，分选好，占比80%以上，与悬浮组分的交截点位于2.5Φ～4.0Φ之间。这类曲线反映沉积物经历了波浪的冲刷和回流作用，表明砂岩受到湖水波浪的改造作用，属于浅水三角洲前缘亚相水下分流河道沉积[12-13](图5b、图5c)。

粒度概率曲线两段模式由跳跃组分总体和悬浮组分总体构成，跳跃组分斜率高，分选好，是典型的河道沉积特征，属于浅水三角洲平原亚相分流河道中上部沉积[13](图5d)。

上石盒子组C-M图反映以牵引流为主的特征，与粒度概率累积曲线完全吻合，粒度值主要位于PQ、QR及RS段。PQ段是悬浮、滚动悬浮段，以悬浮为主，含少量滚动搬运颗粒；QR段代表递变悬浮沉积；RS段代表均匀悬浮搬运，是粒径和密度不随深度变化的完全悬浮；OP段以滚动为主，含少量悬浮滚动搬运。研究区QR段和PQ段最为发育，反映颗粒主要以递变悬浮搬运和悬浮、滚动悬浮段搬运为主，少量滚动搬运方式[12](图6)。

2.4 测井相标志

2.4.1 常规测井相标志

一口井任意深度的一组测井值可以认为是该深度岩石特征的反映，如电阻率、含氢指数、体积密度、声波时差等；每一条测井曲线都可以认为是岩石物理特征的一个谱，有了一组不同的测井曲线参数，就可确定与之对应的“相”，即测井相。常用的测井相标志是自然电位(SP)、自然伽马(GR)和电阻率(M2R2、M2RX)曲线的形态、幅度、接触关系、光滑程度等。

图5 临兴地区上石盒子组典型井砂岩粒度概率累积曲线

图6 临兴地区上石盒子组C-M曲线

(1)幅度。

幅度受地层岩性、厚度、流体性质等控制，可以反映出沉积物的粒度、分选性及泥质含量等沉积特征[12]。一般高幅度纯净砂岩颗粒粗、渗透性好，是高能环境中沉积的产物，具有高电阻率、高自然电位和低自然伽马等特征，反映水流作用强；反之，低幅度砂岩层段代表弱水流沉积特征。

(2)形态。

根据自下而上曲线外形的变化，可分为箱形、钟形和漏斗形。箱形曲线反映沉积过程中物源供应充足、水动力条件稳定、快速沉积；钟形曲线是水流能量逐渐减弱和物源供应越来越少的表现，垂向上是正粒序的直接反映，如三角洲前缘水下分流河道沉积；漏斗形曲线与钟形相反，垂向上是反粒序水退层系，表示水流能量逐渐增强和物源供应越来越丰富的环境[12]，如三角洲前缘河口坝和远砂坝沉积。

(3)接触关系。

顶底接触关系反映砂体沉积末期、初期水动力能量及物源供应的变化速度，有渐变和突变两类。突变往往表示冲刷(底部突变)或物源中断(顶部突变)。

(4)曲线光滑程度：属于曲线形态的次一级变化，可分为光滑、微齿、齿化3级。光滑表示物源丰富，水动力作用强；齿化则表示间歇性沉积的叠积。

不同微相测井曲线幅度、形态、顶底接触关系及曲线光滑程度存在差异。分流河道微相自然电位、电阻率曲线主要为齿化钟形和齿化箱形；水下分流河道微相自然电位、电阻率曲线形态主要为齿化钟形(正韵律)；(水下)天然堤微相自然电位、电阻率曲线形态主要为低幅指型、齿化钟形，幅度差小；水下分流间湾和分流间洼地微相自然电位、电阻率曲线为低幅齿状、平直形；决口扇微相自然电位、电阻率曲线为指型、齿化漏斗形，幅度差小(图7)。

图7 临兴地区上石盒子组浅水三角洲各微相测井响应特征

2.4.2 沉积微相蛛网图

选取分析测试数据较全的4条测井曲线，统计各沉积微相每条测井曲线的平均值，得到取心井沉积微相蛛网图[16]。4条测井曲线为：GR(自然伽马)、POR(孔隙度)、M2RX(地层电阻率)和CNCF(补偿中子)，可以较好地表征各沉积微相岩性、物性和电性特征。对4条测井曲线进行校正，乘以或除以校正系数，使其值均在0～15之间波动。不同沉积微相蛛网图特征不同，(水下)分流河道微相表现为POR一极为长边的左偏型菱形，(水下)决口扇微相和天然堤微相多表现为POR略低、GR和CNCF偏高的菱形；分流间洼地和水下分流间湾微相多表现为POR几乎为零、GR和CNCF高值的右偏型菱形(表2、图8)。

表2 临兴地区上石盒子组沉积微相测井响应特征

图8 临兴地区上石盒子组各沉积微相蛛网图

3 沉积微相研究

3.1 砂体展布

在单井相研究的基础上，以地层单元为对象，统计各层组完钻井点砂岩厚度数据，无井地区根据三维地震属性均方根振幅预测砂岩发育趋势，绘制出临兴地区上石盒子组砂岩百分比平面分布等值线图(图9)。

图9 临兴地区上石盒子组砂岩百分比等值线图

从图9可见，临兴地区西北部有3个主河道，分别指向L-10井、L-9井、L-8井方向，砂岩百分比为25%～40%；L-27井、L-102井、L-105井方向，砂岩百分比为35%～50%；L-28井、L-22井、L-3井方向，砂岩百分比为25%～45%。

3.2 沉积微相剖面展布

上石盒子组沉积微相剖面特征：单砂体规模较小，叠加成片，以分流河道为主构成砂岩骨架。以分流河道—天然堤—决口扇微相组合为主，分流河道砂为上石盒子组主要的砂体类型，剖面上呈顶平底凸的透镜状(图10)。

3.3 沉积微相平面展布特征

根据沉积物源、微量元素、岩心观察描述和粒度分析成果，在单井沉积微相研究基础上，通过测井相分析、剖面相解剖，完成了鄂尔多斯盆地东缘临兴地区沉积微相平面展布特征研究(图11)。

以砂岩百分比大于45%为主河道，砂岩百分比介于35%～45%之间的为分流河道(水下分流河道)，介于25%～35%之间的为河道外缘(天然堤+决口扇)，小于25%的为分流间洼地(水下分流间湾)。

临兴地区上石盒子沉积时期，北部伊蒙隆起抬升速度减慢并逐渐趋于稳定，南北地形差异逐渐减小，水系活动减弱。浅水三角洲沉积受气候条件控制明显，湖岸线变化快[17]；因地形平缓，河道频繁分叉、改道，横向分布面积广，常常表现为“鸟足状”和“树枝状”。在靠近湖岸线的范围内，相对较厚的单一成因砂体不是厚层的反韵律河口坝砂体，而是具有明显垂向加积特征的窄条带(水下)分流河道砂体。分流河道砂体构成了浅水三角洲的骨架砂体。而浅水三角洲前缘组合(主要是河口坝、远砂坝、席状砂)和前浅水三角洲组合不甚发育，常被分流河道冲刷变薄，甚至消失。分流河道是浅水三角洲中砂体集中发育带，亦是三角洲的骨架砂体。

图11 临兴地区上石盒子组沉积微相平面展布图

4 结论

(1)临兴地区上石盒子组以中细砂岩为主，粒度总体偏细，岩性组合以正韵律为主，几乎无反韵律；泥岩颜色以褐红色、杂色为主，夹灰色和灰绿色，表明上石盒子组沉积时期水体较浅，处于弱氧化—弱还原环境，是浅水三角洲相的典型标志。

(2)上石盒子组沉积构造以牵引流为主，主要发育以河流作用为主的单向水流沉积构造，同时存在湖水波浪建造的沉积作用。

(3)临兴地区上石盒子组发育多种类型的粒度概率累积曲线，主要有3类：典型的三段式、“两跳一悬浮式”、两段式“一跳一悬”。

(4)浅水三角洲(水下)分流河道微相测井曲线形态呈钟形(正韵律)或箱型，蛛网图为POR偏高的左偏菱形；(水下)天然堤测井曲线为低指型、齿化钟形；决口扇测井曲线为指型、齿化漏斗形，其蛛网图为POR略低、GR和CNCF偏高的菱形；水下分流间湾和分流间洼地微相测井曲线为低幅齿状、平直形，蛛网图为POR几乎为零、GR和CNCF高值的右偏型菱形。

(5)上石盒子组沉积时期，北部伊蒙隆起抬升速度减慢并趋于稳定，南北地形差异减小，水系活动减弱。因地形平缓，湖岸线变化快，河道频繁分叉、改道，横向分布面积广，常表现为“鸟足状”和“树枝状”。在靠近湖岸线的地方，相对较厚的单成因砂体不是厚层的反韵律河口坝砂体，而是具有明显垂向加积特征的窄条带(水下)分流河道沉积体。

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A Study of Shallow-Water Deltaic Facies From Upper Shihezi Formation in Linxin Area, Ordos Basin

Xie Yinggang1, Sun Xinyang2, Wan Huan1, Duan Changjiang1, Chen Qing3, Yu Yujie3

(1.EngineeringandTechnologyBranch,CNOOCEnergyTechnologyandServicesLimited,Tianjin300452,China; 2.ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.,Beijing100011,China; 3.BeijingPetroparkTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100015,China)

We carried out this research for upper Shihezi formation in Linxing area based on the lithology, petrophysical study, grain size analysis, sedimentary features, structural characteristics and well log analysis. Through core description and single-well-facies stratigraphic division, the features of logging response of rock properties from different sedimentary facies are evaluated, which leads to the accurate establishment of electrofacies model. Based on electrofacies and stratigraic facies divisions, we further combine the spatio-temporal topological relationships of sedimentary facies, thus the distributional characteristics of facies of target rock formations are comprehensively analyzed. The results demonstrate: Upper Shihezi formation is mainly composed of medium-fine-sized sandstones fining upwards. Mudstones is major of maroon color with greyish and greyish-green interlayers which indicates the weak-oxidation to weak-reduction environment. Combing all the facies' marks, upper Shihezi formation in Linxing area is considered to develop in a shallow-water lacustrine deltaic environment. In this depositional system, sand-bodies are smaller sized upwards with underwater distributary channel as framework microfacies. In the planar view, sands distribute in shape of bird-foot and channels exhibit a large horizontal scale and featured by furcation.

Linxing area; shallow-water deltaic facies; facies marker; sedimentary microfacies

谢英刚(1977—)，男，硕士，高级工程师，主要从事石油天然气地质研究工作。邮箱：xieyg2@cnooc.com.cn.

TE122

A