鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长8段沉积特征及水动力条件分析

马 瑶，余芳，郭懿萱，张秀能，王凤琴

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院/陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西 西安 710065;2.中国石油长庆油田公司 勘探开发研究院,陕西 西安 710018;3.长庆油田分公司 第五采油厂, 陕西 西安 710021)

陇东地区位于甘肃省东部,鄂尔多斯盆地西南部,北至吴起,南抵泾川,西起环县演武,东邻正宁(见图1)。陇东地区是近几年鄂尔多斯盆地石油预探和油藏评价的重点目标区，现已探明了亿吨级整装大油田[1]。延长组长8段所发育的储集砂体是陇东地区石油勘探开发的主力目标之一,针对其物源体系、沉积相、储集砂体、成藏规律等特征的研究卓有成效[2-6],但针对其水动力条件的研究却较为缺乏。陆相湖盆的水动力条件研究认为，水动力条件的不同，常常会影响陆相湖盆三角洲的砂体类型及展布特征[7-8]。晚三叠世延长期是内陆湖盆发育的鼎盛时期,物源供应充足,在鄂尔多斯盆地持续拗陷发和稳定沉降过程中形成了一套以河流湖泊相为特征的陆源碎屑沉积[9]。在此沉积背景下，长8沉积期的水动力条件对其砂体的形态及特征有着重要的影响作用。因此，须针对陇东地区长8段及其各小层开展水动力条件研究工作。

1 陇东地区长8段沉积特征

沉积环境与沉积特征是研究水动力条件的前提。目前研究认为，陇东地区长8油层组发育浅水辫状河三角洲沉积[10-13]。本研究通过分析岩石类型、沉积构造等沉积标志认为，研究区长8期主要以浅水辫状河三角洲前缘沉积亚相为主。

1.1 岩石类型

据岩心观察统计,陇东地区长8段岩石类型主要包括灰—灰绿色中—细砂岩、深灰色泥质粉砂岩、黑色泥岩、黑色炭质泥岩以及差煤线等(见图2，3)。颜色整体呈现还原条件下的暗色特征。粒度以细粒沉积为主,其次为中粒。中—细砂岩沉积反映研究区相对高能水动力条件发育,粉砂岩、泥岩反映相对低能水动力条件发育。研究区炭质泥岩及差煤线较常见(见图2a),且分布范围大,煤线纵向上主要分布于长82上部和长81的下部,反映出长82与长81之间存在体系域转换面,长8中期湖盆整体抬升,湖平面下降,湖盆水体较浅,全盆泥炭沼泽发育,存在短期暴露水面的过程。

1.2 沉积构造

通过对研究区60余口钻井岩心的观察, 确定长8段主要发育与牵引流成因相关的一些层理构造、生物成因构造及古生物化石,共同指示了河湖过渡的浅水三角洲沉积环境。中—细砂岩中,主要发育板状交错层理、槽状交错层理、平行层理,底部常见冲刷面及泥砾(见图2b～e)。粉—细砂岩中，主要发育沙纹交错层理、变形构造以及波状层理、波痕等(见图2f～i)。泥岩中以水平层理为主。

1.3 古生物标志

研究区长8段地层中主要观察到的古生物标志物有高角度虫孔、炭化植物碎屑、植物茎叶、介形虫、双壳类以及鱼鳞化石等。高角度虫孔以及介形虫反映水体较浅的沉积环境,长8段岩心中的高角度虫孔在研究区广泛分布(见图3a，b)。双壳类及鱼鳞化石多见于滨浅湖沉积(见图3c～e),在研究区东北部吴起一带和西南部泾川一带可见。炭化植物碎屑、保存较为完好植物茎叶在研究区广泛发育(见图3f～h),也是浅水沉积的标志。以上研究说明，研究区在长8期整体为水体较浅的水下沉积,向东北部吴起一带水体加深，在西南部泾川一带可能存在小范围水体相对加大的浅湖沉积。

a C105井,2 110 m,长81,煤线;b Y169井,2 420 m,长82,板状交错层理; c Q98井,1 840.6 m,长81,槽状交错层理; d L62井,1 397.7 m,长82 平行层理; e H19井,2 767 m,长82,冲刷面、泥砾; f N196井,1 724 m,长81,沙纹交错层理; g N137井,长82,变形层理; h Y68井,2 077 m,长81,波状层理; i G3井,1 903 m,长81,波痕图2 陇东地区长8段主要岩石类型及沉积构造Fig.2 Rock types and sedimentary structures of Chang 8 member in Longdong Area

1.4 沉积相类型

研究区在长8期以浅水辫状河三角洲前缘沉积为主,在东北部吴起一带发育浅湖沉积。水体整体较浅,存在短期水体下降的过程,但优势相仍以水下三角洲前缘为主。研究区辫状河三角洲前缘主要的沉积微相类型有水下分流河道、分流间湾以及席状砂,反映河口坝沉积的漏斗形测井曲线几乎不发育。

a Z234井,2 167 m,长81,虫孔;b N160井,1 811.5 m,长81,垂直虫孔; c G3井,1 913.8 m,长81,鱼鳞; d Z74井,2 582 m,长81,双壳类; e Z234井,2 152.53 m,长81,鱼鳞; f Y68井,2 083.4 m, 长81,炭化植物碎屑; g Y68井,2 082 m,长81,植物叶片; h C105井,2 094.6 m,长81,植物茎干、虫孔图3 陇东地区长8段主要岩石类型及古生物标志Fig.3 Rock types and paleontological markers of Chang 8 member in Longdong Area

2 主控水动力条件分析

陆相三角洲的形成、发育和形态特征主要受控于河流作用和湖浪作用的影响。相较于河流作用对砂体起到的形成与建设性作用,湖浪作用通常对河口砂体起着改造、使之形态再分布的作用。研究区长8期发育辫状河三角洲前缘以及浅湖亚相,处于湖浪作用的影响范围内,湖浪和河流作用对长8段砂体的发育皆有影响。本文将陆相三角洲的水动力条件按相对水动力强弱划分为2类,分别为浪控作用以及河控作用；同时受到浪控作用和河控作用影响时,根据主控水动力条件进行评价,如当受湖浪作用影响的岩层段厚度大于受河流作用影响的岩层段厚度时,认为其主控水动力条件为浪控作用。

2.1 沉积构造表征主控水动力条件

学者通过室内水槽试验以及现代河流分析,证实了不同的水动力强度会形成不同的沉积构造,沉积构造的空间分布对应湖泊水动力条件的变化[14-18],原生沉积构造是对沉积环境的反映,也是对其主控水动力条件的记录[19]。

研究区发育多种沉积构造,层理类型多样,按照不同沉积构造类型所形成的水动力环境,将这些沉积构造划分为河控和浪控沉积构造两大类。其中,河控为主的强水动力条件控制作用下所发育的沉积构造类型主要包括:板状交错层理、槽状交错层理、沙纹交错层理以及冲刷面;浪控为主的水动力条件控制作用下所发育的沉积构造类型主要包括:波痕、波状层理。水平层理主要反映一种低能、弱水动力环境,在河流作用和湖浪作用中都可形成。根据研究区长8段单井取心观察到的，反映河控或浪控作用的沉积构造所占总岩心段的比例,即可半定量地统计该单井的主控水动力条件(见表1)。

表1 陇东地区长8段沉积构造类型及其对应形成环境、水动力条件关系

2.2 单井主控水动力条件分析

对研究区60余口取心井位进行沉积构造分类统计(单井主控水动力条件分析部分应加浪控和河控特征加以以总结),其中6口代表性单井的分析结果如下。

1)Y169井位于研究区西南部,距离物源区较近。长81段几乎全部取心,长82段仅上部取心。从其长8单井柱状图可见,长82段顶部主要为厚层细砂岩,发育板状交错层理、槽状交错层理,砂岩底部可见冲刷面,反映河控作用下的水下分流河道沉积。长81段主要以大段厚层中—细粒砂岩为主,夹薄层黑色泥岩、灰黑色泥质粉砂岩段,由下往上体现出正粒序的沉积特征;砂岩段多发育槽状和板状交错层理等强水动力条件的河控作用所形成的沉积构造,也反映河控作用下的水下分流河道沉积。统计结果显示,长8取心总长度为45.2 m,河控作用沉积段共计45.2 m,河控作用段比例占100%(见图4a)。

2)B52井位于研究区北部。从单井柱状图中可见,长82取心段以厚层中—细砂岩为主,层理类型多样,主要为交错层理及平行层理,反映河控作用下的水下分流河道沉积。长81取心段主要发育中—厚层细砂岩与泥岩、粉砂岩互层,以槽状交错层理、平行层理、水平层理等为主,反映河控作用下的水下分流河道与分流间湾沉积。长8取心总长度为29.2 m,河控作用沉积段共计29.2 m,河控作用段比例占100%(见图4b)。

3)Y68井位于研究区中部偏东,仅在长81段取心。取心段下段岩性为细砂岩与粉砂岩,主要发育波状层理,反映受湖浪改造作用的砂质沉积。取心段上段岩性为泥岩、泥质粉砂岩与细砂岩互层,砂岩部分主要为槽状交错层理、板状交错层理以及沙纹交错层理,反映河控作用下的水下分流河道与分流间湾沉积。长81取心总长度为29.9 m,河控作用沉积段共计23.9 m,河控作用段比例占79.9%(见图4c)。

4)N197井位于研究区东南部,仅在长81段取心,取心段分为上下两段。下段岩性主要为中—薄细砂岩与薄层泥岩、中层泥质粉砂岩,主要发育波状层理、平行层理等沉积构造,反映湖浪改造作用的砂质、泥质沉积,体现出浪控作用为主的特点。上段岩性主要为厚层细砂岩,沉积构造以槽状交错层理、冲刷面等为主,反映河控作用下的水下分流河道沉积。统计结果显示,长82取心总长度为20.3 m,浪控作用沉积段为12.3 m,浪控作用段比例占60.6%(见图5a)。`

5)G3井位于研究区东北部,远离物源区,靠近浅湖亚相沉积区,仅在长81段取心。取心段岩性以细砂岩和泥质粉砂岩为主。沉积构造主要以波痕、波状层理等浪控沉积构造为主,仅在中下部可见槽状交错层理等河控沉积构造发育,反映该段主要发育湖浪改造作用的沉积环境,发育小段河控作用沉积。长81取心总长度为16.7m,浪控作用沉积段共计13.5m,浪控作用段比例占80.8%(见图5c)。

6)C105井位于研究区东部。长81段大段取心,长82段仅顶部取心。长82段岩性主要为灰黑色粉砂岩和泥岩,主要发育波状层理、变形层理等沉积构造,反映湖浪改造作用的沉积环境,主要受浪控作用影响。长81段以多期正旋回的砂泥岩互层为主,沉积构造类型多变,槽状交错层理、板状交错层理以及波状层理、变形层理等沉积构造交错发育，可将其分别划分为河控作用段和浪控作用段。统计结果显示,长8取心总长度为29.2 m,浪控作用沉积段为20.5 m,浪控作用段比例占70.2%(见图5b)。

结合不同井位在研究区平面上的分布位置及其发育的沉积环境,通过上述不同井位所发育的水动力条件特征来看,研究区浅湖沉积区或者邻近浅湖沉积区的井位受浪控作用的影响较大。

图4 陇东地区长8段单井主控水动力条件分析Fig.4 Main hydrodynamic condition analysis of single well of Chang 8 member in Longdong Area

图5 陇东地区长8段单井主控水动力条件分析Fig.5 Main hydrodynamic condition analysis of single well of Chang 8 member in Longdong Area

3 主控水动力条件的平面分区

对陇东地区60余口井的岩心进行观察分析，对其沉积构造发育情况进行汇总,在平面上对研究区长82和长81各期水动力条件的影响范围进行划分,进而指示出了研究区平面上浪控和河控影响作用下的差异。

陇东地区长82段基于岩心观察所整理的沉积构造分布位置图显示(见图6),槽状交错层理在全区皆有发育,反映强水动力条件的板状交错层理、冲刷面等沉积构造大部分发育在研究区西北部以及西南部,离物源区较近的范围内;研究区东北及东部大范围集中性地发育反映浪控作用为主的波状层理;此外,少量包卷层理、扰动构造、压扁层理等变形构造不均匀地分布在研究区各个位置。根据波状层理等沉积构造的发育位置,将研究区平面上划分为浪控影响区和河控影响区,浪控影响区主要分布在研究区东北部,浪控和河控影响区的分界线分布在罗庞塬—马岭—庆阳—宁县一带。

图6 陇东地区长82段主控水动力作用平面分区图Fig.6 Sectional map of the master hydrodynamic condition of Chang 82 section in Longdong Area

陇东地区长81段基于岩心观察所整理的层理分布位置图显示(见图7),反映强水动力条件的槽状交错层理、板状交错层理、冲刷面、泥砾等沉积构造分布范围较长82有所扩大;研究区东北部小范围集中性地发育反映浪控作用为主的波状层理;浪控影响区较长82期明显缩小,主要分布在研究区东北部,浪控和河控影响区的分界线分布在罗庞塬—华池—王家大庄一带。

图7 陇东地区长81段主控水动力作用平面分区图Fig.7 Sectional map of the master hydrodynamic condition of Chang 81 section in Longdong Area

从分析结果来看,长81期受河控作用的影响明显强于长82期,浪控作用的影响区域明显缩小,发育较多的河控影响区;而且，长8各期的浪控影响区皆位于远离物源、靠近湖盆中心的区域。这与长8期沉积环境的演化密切相关：长82期继承了长9期首次湖侵期的湖盆底形特征,湖盆面积相对较大,湖浪作用相对较强;至长81期湖盆逐渐整体抬升,湖平面下降,反映水退背景的泥炭沼泽环境中发育的炭质泥岩及差煤线较常见,河流作用增强。

4 结 论

1)综合岩石类型、沉积构造、古生物标志等沉积标志可知，鄂尔多斯盆地陇东地区长8段主要发育浅水辫状河三角洲前缘亚相,在吴起一带发育浅湖沉积；长8中期存在湖平面下降,短期暴露水面的过程。

2)研究区长8段沉积主要受河流作用以及湖浪作用的影响。根据主要发育的沉积构造类型,将长8期水动力条件划分为河控作用及浪控作用2类。河控为主的水动力条件下所发育的沉积构造类型主要有:板状交错层理、槽状交错层理、沙纹交错层理以及冲刷面等;浪控作用下所发育的沉积构造类型主要有:波痕、波状层理等。

3)平面上， 浪控作用影响区主要发育在研究区的东北部, 远离物源、 靠近湖盆中心的区域。 长81期河流作用较强,长82期较长81期受浪控影响区的范围更大,这符合长8期沉积演化的特征。