鄂尔多斯盆地陕北地区前侏罗纪古地貌特征及控藏作用

蒲磊，刘艳妮，刘文，周树勋，辛红刚，李继宏

1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018

2.中国石油长庆油田分公司勘探事业部，陕西 西安 710018

陕北地区北起靖边，南至延安，西抵吴起，东达安塞，地处鄂尔多斯盆地中东部,面积约15000km2(见图1)，属伊陕斜坡构造单元，是盆地石油勘探较早取得突破的地区之一。自20世纪80年代起，相继在延长组长6段、长2段获得发现并投入规模开发，同时在吴起、盘古梁等地发现侏罗系油藏群。与延长组岩性油藏对比，侏罗系油藏具有产量高、埋藏浅、综合效益好等优点。近年来，随着鄂尔多斯盆地三叠系规模油藏勘探开发难度持续加大，油田开发对侏罗系浅层高效油藏新发现的需求日益迫切。

图1 研究区构造位置图Fig. 1 Structural location map of the study area

前人对鄂尔多斯盆地前侏罗纪古地貌特征及油藏成藏机理进行过大量研究，认为侏罗系沉积前，鄂尔多斯盆地古地貌特征表现为西南高、东北低的大型平缓斜坡，其中发育1条一级古河(甘陕古河)及若干条二级古河，陕北地区主要发育古河谷和河谷平原地貌，延安组油藏主要位于古河谷北缘及其和河漫台地之间的谷坡部位，古地貌-沉积组合和油气运移通道是形成不同类型古地貌油藏的重要条件[1-3]。古地貌不仅影响着侏罗纪早期储层的沉积特征，对侏罗系石油运移聚集及平面分布也具有重要的控制作用，因此古地貌的精细刻画对油藏的预测以及石油勘探部署具有重要意义。

尽管通过系列研究对陕北地区前侏罗纪古地貌形态描述有了大致的轮廓，但目前对该地区古地貌特征刻画还不够细致，古地貌对石油运移及成藏过程的控制作用等问题尚不清楚。随着近年来相关资料(钻井、地震等)的日臻完善及研究工作的深入开展，为精确恢复陕北地区前侏罗纪古地貌、明确古地貌与侏罗系油藏的富集关系等研究奠定了基础。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地自晚古生代以来进入内陆坳陷沉积盆地构造演化阶段,印支运动使盆地抬升遭受剥蚀变形，盆地具有较明显的差异构造运动。在这些构造运动的作用下，鄂尔多斯盆地形成了一个起伏不平的剥蚀面，并对后期的沉积有明显的控制作用。研究区位于盆地东南部，在侏罗纪早期自东向西发育1条横贯盆地中部的一级古河(甘陕古河)，并自北而南发育几条二级古河。这几条主干河流将盆地刻画成一幅北部丘陵起伏、阶地层叠，南部坡系连绵、沟谷纵横，东部平原开阔的古地貌景观[1]。

侏罗系是研究区主要含油层位之一，自下而上可分为侏罗系下统、中统和上统。下侏罗统发育富县组地层，中侏罗统自下而上发育延安组、直罗组和安定组。受侏罗系古河下切侵蚀作用影响，延长组长1段地层部分缺失，使得局部地区侏罗系富县组地层和延长组长2段地层呈不整合接触。延安组为侏罗系主要含油层段，自下而上将延安组划分为延10段～延1段共10个油层段，地层厚约200～350m，其中延10段～延8段为侏罗系油藏主要发育层段。富县期和延安组延10期属于河流相充填型沉积，在古河谷中以辫状河沉积为主，延10段顶部演变为曲流河沉积；至延10期末，古地形已日趋夷平[2]。延9期～延6期发育河湖三角洲沉积体系，其中延9期主要发育广覆型补偿沉积，演化为沼泽化平原环境[3]。

2 古地貌表征方法

图2 印模法恢复古地貌示意图 Fig. 2 Schematic diagram of palaeogeomorphology restoration by impression method

常用的古地貌恢复方法有沉积学古地貌恢复法、残留厚度和补偿厚度印模法、层序地层学恢复方法及“双界面法”等恢复方法，其中应用较为广泛的是印模法[5-7]。近年来，随着地震资料在古地貌刻画方面应用愈加深入，在相对钻井资料稀少以及认识模糊区域辅助应用地震剖面解释等多方法综合可精确恢复前侏罗纪古地貌形态[8，9]。同时，三维地质建模技术用于恢复古地貌，可更加直观显示古地貌各单元形态。下面，笔者以印模法为基础，以井震结合为补充，以三维建模为手段，采用3种方法相结合，恢复出陕北地区前侏罗纪古地貌形态特征。

前侏罗纪古地貌是影响侏罗纪早期沉积体系发育状况和沉积物分布的主控因素。因此，研究侏罗系早期沉积地层发育特点和沉积体系时空配置特征是进行沉积前古地形地貌恢复的重要依据[4]。三叠纪末期，受印支运动影响，盆地整体抬升形成了广泛而明显的侵蚀古地貌。下侏罗统富县组和延安组延10段属河道充填型沉积，延9段为广覆型补偿沉积，至延9期末，古地形基本被夷平。延长组顶部侵蚀面至延9段顶之间的地层厚度与前侏罗纪古地貌成镜像关系，因此，可应用印模法来反映侵蚀面的起伏形态(见图2)。

受控于古地形特征，陕北地区侏罗纪富县组～延10沉积期主体为甘陕古河与蒙陕古河交汇区，发育巨厚砂岩，沉积厚度达120～260m(见图3),河床底部发育大量滞留沉积，砾岩、含砾砂岩及粗砂岩混杂堆积，分选、磨圆度较差；延10期以延安市宝塔砂岩为典型特征，发育巨厚块状中粗砂岩，多见板状、槽状交错层理(见图4)；研究区西北部地势相对较高，以河漫亚相沉积为主，地层厚度25～80m，自西南向东北方向古地形逐渐抬升(见图5)。

图3 陕北地区侏罗纪富县组～延10期沉积相图Fig. 3 Sedimentary facies map of Jurassic Fuxian formation～Yan 10 stage in northern Shaanxi area

图4 陕北地区侏罗系地层野外露头观察Fig. 4 Field outcrop observation of Jurassic strata in northern Shaanxi area

图5 陕北地区G81井-Y106井延安组延9段～富县组地层剖面图Fig. 5 Stratigraphic profile of Yan 9 member～Fuxian formation in Yan’an formation of Well G81-Y106 in northern Shaanxi area

3 古地貌精细刻画及新认识

图6 陕北地区前侏罗纪古地貌三维地质模型 Fig. 6 3D geological model of pre-Jurassic paleogeomorphology in northern Shaanxi area

前人研究表明，陕北地区前侏罗纪古地貌格局为“两河谷、两河间丘和一梁”[4],可划分出古河、高地、斜坡及河间丘等主要的古地貌单元。经过重新恢复，应用Petrel软件开展三维地质建模，更直观反映古地貌展布形态。认为陕北地区古地貌形态整体表现为“两古河控制、多支沟支坡、高地不发育”。与已有的认识对比，首先，古地貌整体格局表现为西侧为甘陕、蒙陕古河交汇，古河中夹持若干规模较大的河间丘，东侧发育宽缓的靖边斜坡；其次，靖边高地不发育，为斜坡古地貌；同时，靖边斜坡西侧发育三岔渠支沟、石瑶沟支坡等一系列次级古地貌单元，使得靖边斜坡更加破碎化(见图6)。

根据各地貌单元特征将陕北地区前侏罗纪古地貌划分为以下几个单元：

1)古河谷 主要发育甘陕一级古河和蒙陕二级古河，同时发育多条规模不等的支沟。甘陕古河自西向东南流经研究区，蒙陕古河流向为北西-南东向，宽度20～30km，古河中延10段+富县组地层厚度大于120m，最厚可达260m(顺219井)，河谷中充填巨厚块状砂岩，底部见底砾石沉积，板状交错层理发育，为典型的河流充填沉积。支沟河谷狭窄，流域面积较小，并将斜坡分割为众多坡咀。

2)斜坡 位于高地与河谷之间具有一定坡度的过渡地带。研究区主要发育靖边斜坡，延10段+富县组地层厚度25～80m，靖边斜坡相对姬塬地区较为宽缓，每千米坡降约2.2～3.5m。斜坡受古河及支沟冲刷切割而肢解破碎，斜坡坡咀处发育延10期边滩沉积，二元结构明显，是古地貌油藏有利富集区。

3)古阶地 为原先河谷受河流下切后，侵蚀面抬升到洪水位以上，以阶梯状分布于河谷两侧。延10段+富县组地层厚度为80～120m。主要发育延10段上部沉积。

4)河间丘 发育于一级和二级古河中延长组剥蚀厚度相对较小的残丘，是相对较高的河中高地，其特征为延10段+富县组地层厚度相对四周河谷减薄，河间丘与河谷间高差约30～120m。研究区古河谷中共发育3个大的河间丘，面积80～140km2，河间丘上沉积厚层中-粗砂岩，易形成披盖压实构造，有利于形成古地貌油藏。

4 古地貌控藏作用

鄂尔多斯盆地多年勘探实践证实，侏罗系油藏主要富集在古河两侧斜坡、坡咀及河间丘中。古地貌形态控制着侏罗系储层发育、油气运移聚集成藏等各个方面，对侏罗系下部富县组和延安组油藏分布均有着重要的控制作用[10]。一方面充当“通道”的角色，将延长组油源与侏罗系储层紧密地联系起来，另一方面又影响侏罗系沉积地层的发育，古地貌控制下形成的储层可直接捕获油气圈闭成藏。

4.1 古地貌控制下的有利储集体

储层展布及物性特征是影响侏罗系油藏富集的重要因素。古地貌直接控制了沉积微相的展布，也控制了储层的分布特征。已有研究表明，陕北地区早侏罗世沉积经历了由富县-延8期曲流河～三角洲沉积的演化过程，其中富县组、延安组延10段储层主要发育于曲流河道，岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩；延9段～延8段储层主要发育于三角洲平原分流河道砂体，岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和少量长石石英砂岩，岩屑均以变质岩岩屑为主(见表1)。

表1 陕北地区延8段～延10段碎屑成分及含量统计表

碎屑岩储层的孔隙类型是碎屑岩沉积、成岩作用的共同结果。延安组砂岩孔隙类型以粒间孔和长石溶孔为主，含少量粒间溶孔、岩屑溶孔及晶间孔，面孔率以延9段最好，延10段次之(见图7)。延10段储层孔隙度一般为12%～16%,以厚层块状砂岩为主，石油向砂岩顶部聚集，易形成底水油藏；延9段～延8段储层孔隙度为10%～15%,分流河道沉积砂体物性较好，为延9段～延8段石油富集的良好场所。

图7 陕北地区侏罗系延安组储层铸体薄片(正交偏光)Fig. 7 Cast thin section of Jurassic Yan’an Formation reservoir in northern Shaanxi area (orthogonal polarization)

4.2 古地貌对油气运移的影响

当延长组地层被印支运动期古河谷侵蚀切割时，不同级别的古河谷下切延长组顶部地层，进一步沟通了油源，蒙陕古河中形成的厚层复合砂体也为油气自底部延长组长7段向上运移提供了通道[11-13]。前人研究表明，鄂尔多斯盆地侏罗系油气充注期为早白垩世末期[14]，该时期在盆地西缘前缘形成坳陷中心，东部逐步抬升，延9段顶面构造表现为西倾单斜背景下分布的排状鼻隆构造，石油更易向蒙陕古河东北侧更远方向运移。侏罗系延安组与长7段泥岩原油生物标志化合物特征高度相符(见图8)，表明侏罗系原油来自延长组长7段烃源岩。

图8 长7泥岩与侏罗系原油生物标志化合物对比Fig. 8 Comparison of biomarkers between Chang 7 mudstone and Jurassic crude oil

同时，原油中咔唑类含氮化合物含量变化亦可用于研究油气运移的方向[15]。咔唑类含氮化合物可以分为裸露型(2,7-二甲基咔唑)和屏蔽型(1,8-二甲基咔唑),原油运移过程中咔唑类化合物发生分馏效应，暴露型化合物易被周围介质吸附，含量逐渐降低；屏蔽型化合物与周围介质作用小，其含量逐渐增大。从陕北地区部分井样品分析结果可以看出，1,8-二甲基咔唑含量与2,7-二甲基咔唑含量的比值纵向上自长6向侏罗系逐步增大(见表2)，平面上从生烃中心向东逐渐增大(见表3)，表明油气自下部延长组向上垂向运移后继而自西向东进行侧向运移，即由蒙陕古河向靖边斜坡方向运移(见图9)。

表2 陕北地区含氮化合物含量纵向变化统计表

表3 侏罗系含氮化合物1,8-二甲基咔唑含量与2,7-二甲基咔唑含量数据表

图9 侏罗系原油1,8-二甲基咔唑含量2,7-二甲基咔唑含量比值分布图Fig. 9 Distribution diagram of 1,8-dimethylcarbazole and 2, 7-dimethylcarbazole ratio of Jurassic crude oil

4.3 成藏组合

理想的储盖组合是油气聚集的重要因素[16]。延安组延9段三角洲平原分流间洼地沉积的一套灰色、灰黑色泥岩可作为延10段油藏较好盖层，同时延8段广泛发育的灰色泥岩可作为延9段及延8段油藏的良好盖层。盖层阻挡了油气进一步向上运移，使油气在延9段、延10段砂体与构造匹配较好的圈闭聚集成藏(见图10)。

图10 侏罗系延安组成藏示意图 Fig. 10 Schematic diagram of accumulation in Jurassic Yan’an formation

4.4 古地貌与油藏富集的关系

在上述关于古地貌控藏影响基础上，综合考虑油源距离、储层展布、盖层特征等条件，建立了侏罗系油藏运移-成藏模式：

油气由长7段烃源岩经垂向和侧向运移共同作用下自西向东发生侧向远距离运移。吴起地区由于古河侵蚀长1段地层，使得油气可以进一步向上运移至侏罗系地层，纵向特征表现为在长6段、长2段、侏罗系等储层发育区复合成藏；五里湾-天赐湾地区因长1段地层阻挡，油气经垂向运移难以到达侏罗系地层，主要沿斜坡带自西向东侧向运移，在延8段盖层遮挡作用下，石油主要在延9段～延8段有利圈闭聚集成藏，因此在天赐湾等相对远源地区依然具备成藏条件(见图11)。

图11 陕北地区侏罗系石油运移-成藏模式图Fig. 11 Model diagram of Jurassic petroleum migration and accumulation in northern Shaanxi area

5 结论

1)采用印模法、井震结合及三维建模方法综合恢复陕北地区前侏罗纪古地貌形态，陕北地区古地貌具有“两古河控制、多支沟支坡、高地不发育”的特征，总体表现为西倾的宽缓斜坡。

2)古地貌形态对侏罗系储层特征、油气运移路径及方向、油藏富集规律等均有重要控制作用。一二级古河中主要填充了一套富县+延10段中粗粒河流相沉积砂体，斜坡部位则多发育泛滥平原微相的灰黑色泥岩。古地貌下切延长组地层为油气自底部长7段向上运移提供了通道，油气在垂向及侧向运移条件下由蒙陕古河及众多支沟自西向东向靖边斜坡方向运移，在盖层遮挡作用下，石油主要在延9段～延8段有利圈闭聚集成藏。

3)古地貌对侏罗系油藏富集具有多重控制作用，靠近古河的斜坡带、河间丘等古地貌单元是油藏富集的有利区带，寻找局部储盖组合与低幅构造匹配较好的圈闭是下步陕北地区侏罗系油藏精细勘探的有利方向。