鄂尔多斯盆地桥镇地区延长组长1段沉积相分析及其油气地质意义

2022-06-07石雪峰杜海峰仲米剑

自然资源情报 2022年5期

石雪峰，杜海峰，仲米剑

（1.中海油能源发展工程技术公司钻采工程研究院，天津塘沽 300452；2.陕西延长石油（集团）有限责任公司，陕西延安 710075）

鄂尔多斯盆地是我国重要的含油气盆地，前人针对鄂尔多斯盆地晚三叠世的沉积体系做了大量研究，并取得了许多成果[1-3]。对于延长组从长10段到长2段的沉积相展布，以及储层分布规律有了成熟的认识，但长1段除了被公认为是一套重要的区域盖层之外，对其沉积相及其油气地质意义方面的研究较少。长期以来，业内普遍认为长1段是一套在湖盆萎缩阶段形成的以泛滥平原沉积为主的含煤地层[1，2，4]，而对以子长为沉积中心且广泛分布的湖泊-三角洲相沉积地层研究较少。

本文以盆地南部桥镇地区的长1段为例，以高分辨率层序地层学理论为基础，对长1段的沉积相进行了研究，指出研究区长1段兼具烃源岩、储层、盖层条件，进一步丰富和充实了长期以来认为长1段仅作为区域盖层的认识，对该区的油气地质意义具有重要作用。

上三叠统延长组沉积时期，鄂尔多斯盆地形成了在克拉通背景上稳定沉降的内陆淡水湖泊-三角洲，盆地坡降很小，且物源供应充足，浅水型湖泊-三角洲发育[1]。在整个延长组沉积时期，鄂尔多斯盆地共经历了长9、长7、长4＋长5和长1期4次快速沉降。其中，长7期湖盆范围最广，沉积中心在庆阳—华池一带，湖岸线北到乌审旗，南到太白，沉积了延长组最重要的烃源岩——张家滩页岩，其厚度可达上百米，也是盆地内最重要的标志层[2]。从长10期到长2期，沉积中心多在华池附近；到长1期早期，盆地再次沉降，沉积中心向东北转移到子长—铜川一带。由于差异性沉降和古地貌影响，盆地内发育多个小型湖盆。到长1期末期盆地又开始抬升，晚三叠世以后，区域抬升加剧，延长组顶部遭受强烈不均匀剥蚀[3-4]。

桥镇地区位于鄂尔多斯盆地东南部，同样经历了盆地的多次沉降过程。长1期早期盆地的沉积中心由庆阳—华池一带向东转移至子长—铜川一带，盆地总体上呈现西高东低的地形特征[5-6]。桥镇和子长地区同为沉降时期的洼地，在此地质背景下形成了一套湖泊-三角洲相沉积。长1期期末，受区域抬升影响，桥镇地区地层遭受剥蚀，造成长1段上部缺失。到富县期又发生了填平补齐作用，并且沉积了一套杂色泥岩。

1 沉积相分析

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组属于内陆湖泊-三角洲沉积。根据延长组的岩性特征，前人在不同时期对延长组主要有3种地层划分方案。地质部第三普查勘探大队（简称“三普”）（1964）将延长组自下而上划分为5段，分别为长石砂岩段T3y1、油页岩段T3y2、含油段 T3y3、黄铁矿结核段 T3y4、瓦窑堡煤系 T3y5；长庆油田（1974）在原来划分方案的基础上，根据岩性、电性及含油性将延长组自下而上细分为10个段，分别命名为长10段至长1段。李文厚等（1999）应用经典层序地层学理论对延长组进行研究，将延长组自下而上划分为4个层序（S1～S4）（表1）。

表1 鄂尔多斯盆地延长组地层划分对比表

随着高分辨率层序地层学理论的引入和发展，前人对鄂尔多斯盆地长10段到长2段进行了详细研究，对其高分辨率层序格架的划分和沉积相的认识也趋于成熟，但对长1段的研究相对较少。现在长1段被公认为是一套湖沼相的含煤泥质沉积，而对其广泛发育的三角洲前缘中水下分流河道砂体及其半深湖中发育的浊积砂岩方面的论述相对较少。

本文以鄂尔多斯盆地南部的桥镇地区为例，以高分辨率层序地层学理论为基础，着重从露头资料和桥镇地区钻井资料两方面对长1段进行了划分，并在此基础上对其短期旋回沉积体系进行了研究。

1.1 露头沉积相分析

鄂尔多斯盆地延长组长1段的露头主要分布于榆林、神木、富县、子长和铜川一带，其中陕北地区大理河-清涧河剖面长1段最为完整。从大理河剖面的沉积序列来看，长1段可以划分为一个不完整的中期旋回、4个短期旋回（图1），其顶界为剥蚀面，底界为一套凝灰岩层（K9标志层），4个短期旋回相当于4个层序段[7-8]。第一层序段（SSQ1）厚度较大，整体为砂泥岩互层，夹薄煤层和煤线，底部以细砂岩为主，向上逐渐变细；第二层序段（SSQ2）较薄，整体岩性偏细，以暗色泥岩和泥质粉砂岩为主，夹泥灰岩，含双壳类和鱼鳞化石；第三层序段（SSQ3）最薄，岩性以泥质粉砂岩为主，底部有薄层细砂岩；第四层序段（SSQ4）为砂泥岩互层，厚度较大但分布不均，下段夹厚煤层（瓦窑堡煤），中部油页岩中含介壳类化石，上段以厚层砂岩为主，具鲍马序列；与上覆侏罗系富县组风化壳杂色泥砾岩呈不整合接触[4]。

图1 鄂尔多斯盆地大理河剖面沉积序列

根据露头岩性特征和沉积相标志将该区长1段沉积相划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲-浅湖-半深湖相亚相，以三角洲前缘和浅湖亚相为主。

1.2 钻井和测井沉积相分析

桥镇地区的测井和岩芯资料同样揭示长1段底界为一套凝灰岩，即K9标志层，顶界为富县组的风化壳，以疏松杂色泥岩为主。根据本区电性特征和岩芯观察资料，把长1段划分为一个不完整的中期半旋回，在此基础上进一步划分出两个短期旋回SSQ1和SSQ2，分别对应长11小层和长12小层（图2）。在长1期期末，由于地层抬升遭受剥蚀，缺失SSQ3、SSQ4，富县组不整合覆于长12小层之上。结合Q172井的岩、电特征，可将其单井相划分为三角洲平原-三角洲前缘-浅湖沉积亚相。

图2 Q172井单井综合柱状剖面图

2 沉积体系分析

长1段是盆地总体抬升过程中差异沉降背景下沉积的一套地层。在盆地的大部分地区，长1期为泛滥平原及沼泽地带，但由于盆地内部的差异沉降，局部地区形成积水洼地和小型湖泊。从区域上来看，在长1期，子长地区为深湖相，也是该时期的沉积中心。在桥镇地区，长1期主要为三角洲平原-三角洲前缘-浅湖亚相，其分支河道和水下分流河道以北东—南西向和南东—北西向为主。根据高分辨率层序地层划分和识别结果，桥镇地区长1段包括两个短期旋回长11和长12。下面分2个地层单元进行沉积微相分析。

2.1 SSQ1（长11）沉积体系

长11地层在研究区以南的茶坊—牛武地区出露，露头为砂岩泥岩互层夹薄煤层和煤线，砂体为具有冲刷面的上平下凸的透镜体，泥岩中富含植物碎屑和植物根茎。从研究区的岩芯和测井曲线特征看（图2），砂体的粒度偏细，为粉细砂岩，岩芯观察可见砂岩发育各种小型交错层理，泥岩颜色为灰色、灰黑色，富含植物碎屑和介壳类化石，指示沉积环境为水下还原环境。分析可知，SSQ1的短期旋回以基准面上升旋回为主，基本为一个湖进过程，研究区整体为三角洲前缘和浅湖沉积，在上升的正旋回发育了一套三角洲前缘水下分流河道沉积，其主要砂体为水下分流河道砂体。

根据研究区内的砂岩百分含量等值线平面图特征，结合地层倾角测井所测的古水流方向判断，水下分流河道分别从南西、南、南东和东侧等方向汇入湖区，水下分流河道在研究区内分布范围大，浅湖区范围相对局限（图3）。

图3 桥镇地区延长组长11段沉积相图

2.2 SSQ2（长12）沉积体系

长12期，研究区的湖区范围达到最大，已和子长湖区相连。本段地层在子长—秀延河出露，岩性以深灰色泥岩为主，夹泥灰岩、粉砂岩和粉细砂岩。研究区钻井岩芯的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩中常见包卷层理、透镜层理及生物扰动构造，泥岩中含双壳类和鱼类等化石。钻井资料揭示本区发育浅湖和三角洲前缘沉积亚相。骨架砂体中发育小型槽状、板状交错层理、平行层理及波状层理，泥岩中富含植物碎屑、双壳类和鱼类化石。平面上三角洲前缘水下分流河道分为单独的两支，东部一支自南东—北西流入湖区；西部一支自南西—北东流过研究区，出研究区入湖（图4）。这一时期河道变窄，河道分支减少。在SSQ2短期旋回以基准面上升为主，继承了上期的湖侵过程，在此基础上发育了一套辫状河三角洲前缘沉积。

图4 桥镇地区延长组长12段沉积相图

2.3 沉积演化分析

研究区长1段是在盆地整体抬升过程中局部差异沉降背景下发育的一套辫状河三角洲-湖相沉积体系。长1期早期，研究区开始下陷，而盆地南缘抬升，水流流向发生逆转。该时期盆地南缘坡降较大，物源距离适中，形成了一套浅水型辫状河三角洲沉积。随着研究区继续沉降，物源区向南退缩，研究区长12沉积期湖盆发育达到鼎盛时期。此后，长1期晚期沉积均已被剥蚀；到富县期，研究区开始填平补齐作用，沉积了一套杂色的泥岩。

3 油气地质意义

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长1段兼具烃源岩、储层和盖层的特点，这是对原来普遍认为长1段主要是一套区域性盖层认识的进一步拓展，具有重要的油气地质意义。

首先，长1段以泥岩为主，厚度大、分布广，是重要的区域盖层。其次，长1段沉积时期，在桥镇等地区局部发育有辫状河三角洲，存在一定规模的三角洲沉积砂体。在研究区内，长1段主要发育三角洲前缘，水下分流河道砂体构成了骨架砂体，因而在研究区长1段是重要的油气储层。第三，本区长1段的暗色泥岩富含植物碎屑等有机质，蟠龙地区延长组长1段的烃源岩有机地球化学特征揭示，该地区长1段的烃源岩有可能是长2段油气藏的油气源[9]；靖边-安塞地区长1段沉积相及烃源岩有机地化特征表明，长1段的富有机质暗色泥岩已经达到生烃标准，并与长2段的原油具有相似的油源关系[4]。蟠龙和陕北斜坡东部延长组的油气特征研究结果，显示长1段烃源岩达到有效烃源岩的标准，可作为长2段油气藏的重要烃源岩，与长2段的储层构成新生古储型成藏组合，长1段内部的烃源岩和储层也可以构成自生自储型成藏组合[10]。

综合分析认为，鄂尔多斯盆地三叠系延长组长1段属于三角洲前缘－浅湖沉积亚相，不仅发育厚层泥岩、薄煤层和煤线，还发育三角洲前缘水下分流河道砂体。该套地层既是重要的区域盖层，也可以作为烃源岩和油气储层，这是对长1段在油气地质意义认识方面的进一步拓展和加深，也是对持续加强“老油区、新层位”油气勘探研究工作的具体落实，对积极推动国内油气增储上产、保障国家能源安全具有重要的实践意义。