陸相湖盆致密油儲(chǔ)集砂體成因及發(fā)育模式 以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長(zhǎng)6油層組為例

作為非常規(guī)油氣資源的致密油，已成為全世界各國(guó)油氣資源領(lǐng)域研究、勘探、開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，是油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的“重點(diǎn)領(lǐng)域”與“亮點(diǎn)類型”。近年來(lái)，伴隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，中國(guó)已經(jīng)在多個(gè)含油氣盆地中的多個(gè)層位實(shí)現(xiàn)了致密油勘探開(kāi)發(fā)的重大突破［1］。鄂爾多斯盆地作為中國(guó)大型含油氣盆地之一，油氣資源總量達(dá)到250 × 108 t。其中，延長(zhǎng)組致密油資源豐富，初步預(yù)測(cè)總資源量約30 × 108 t，占全國(guó)致密油總資源量的37.5 %［2］。在盆地內(nèi)先后發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量規(guī)模超過(guò)10億噸級(jí)的大油田，如西峰、姬塬、華慶和慶城油田等，其致密油勘探開(kāi)發(fā)的主要層系均為長(zhǎng)6（延長(zhǎng)組6油層組）、長(zhǎng)7和長(zhǎng)8油層組［3-5］。其中，位于鄂爾多斯盆地西南部的華池-慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組是盆地內(nèi)致密油富集層段之一，其所蘊(yùn)藏的致密油地質(zhì)儲(chǔ)量巨大、勘探前景良好，是長(zhǎng)慶油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要接替層位。

不同學(xué)者在不同時(shí)期針對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密油儲(chǔ)集砂體的成因認(rèn)識(shí)存在差異，主要包括以下幾個(gè)方面：基于濁流理論的濁積扇模式成因［6］；滑塌濁積扇與坡移濁積扇成因［7］；滑塌濁積巖成因［8］；厚層塊狀濁積巖砂體成因［9］；三角洲前緣砂體、震積巖砂體和濁積巖砂體共同成因［10］；砂質(zhì)碎屑流沉積成因［11-16］；多成因重力流成因［17-20］等。

本文充分利用鄂爾多斯盆地西南部鉆及長(zhǎng)6油層組的32口井的巖心資料，并基于前人關(guān)于致密油儲(chǔ)集砂體的研究成果［8，18，21-22］，以華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組致密油儲(chǔ)集砂體為研究對(duì)象，對(duì)研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)6油層組中不同成因類型的致密油儲(chǔ)集砂體特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，深入分析了各類致密油儲(chǔ)集砂體的疊置關(guān)系，進(jìn)而建立了不同沉積環(huán)境下多種事件沉積成因的致密油儲(chǔ)集砂體成因模式，為華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組致密油的進(jìn)一步勘探、開(kāi)發(fā)提供儲(chǔ)層預(yù)測(cè)依據(jù)，提升油氣鉆探的命中率。

1 地質(zhì)背景

在晚三疊世延長(zhǎng)組沉積期，鄂爾多斯盆地為一大型陸相拗陷型湖盆，并表現(xiàn)出持續(xù)沉降的特征［23］。該時(shí)期鄂爾多斯湖盆中主要沉積了一套厚度約為1 200 m的陸源碎屑巖，主要發(fā)育的沉積相類型包括河流、沖積扇和三角洲等［10，24］。中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司根據(jù)油氣實(shí)際勘探的需要，將延長(zhǎng)組自上而下劃分為長(zhǎng)1油層組—長(zhǎng)10油層組。其中，長(zhǎng)6油層組又可以按照巖性特征劃分為3個(gè)亞油層組，即長(zhǎng)61、長(zhǎng)62和長(zhǎng)63亞油層組（圖1）。

圖1

圖1   鄂爾多斯盆地華池—慶陽(yáng)地區(qū)地理位置（a）與延長(zhǎng)組地層綜合柱狀圖（b）

Fig.1   Geographical location of Huac-Qingyang area （a） and the stratigraphic column of the Yanchang Formation （b）， Ordos Basin

長(zhǎng)6油層組沉積期為鄂爾多斯湖盆萎縮期，該油層組的底部巖性以厚層塊狀砂巖夾薄層泥巖為特征，中、上部主要表現(xiàn)為深灰色泥巖與薄層粉-細(xì)砂巖互層沉積（圖1）。已有研究成果認(rèn)為鄂爾多斯盆地在長(zhǎng)6油層組沉積期主要受到來(lái)自北東方向和南西方向的兩個(gè)物源體系控制［23-25］，處于盆地西南部的華池—慶陽(yáng)地區(qū)，其長(zhǎng)6致密油儲(chǔ)集砂體同樣受到了這兩個(gè)方向的沉積體系控制，形成了多成因致密油儲(chǔ)集砂體類型（圖2）。

圖2

圖2   鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組沉積相平面展布

Fig.2   Planar distribution of sedimentary facies of the Chang 6 pay zone， Ordos Basin

2 砂體成因類型及特征

華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組主要發(fā)育三角洲前緣砂體、地震事件成因砂體（震積巖）、碎屑流砂體、濁流砂體等多種致密油儲(chǔ)集砂體類型（表1）。

表1   鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組致密油儲(chǔ)集砂體類型及特征對(duì)比

Table 1  Comparison of the four types of tight oil reservoir sand bodies in genesis and characteristics in the Chang 6 pay zone， Ordos Basin

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2.1 三角洲前緣砂體

長(zhǎng)6油層組在研究區(qū)內(nèi)以三角洲沉積為主，包括辮狀河三角洲前緣和曲流河三角洲前緣兩種亞相類型［10，24］。三角洲前緣亞相又可進(jìn)一步劃分為水下分流河道砂體和河口壩砂體［26］。單期分流河道砂體以平行層理、板狀或槽狀交錯(cuò)層理的正粒序中砂巖、中-細(xì)砂巖特征為主，單期河口壩砂體以發(fā)育板狀交錯(cuò)層理和平行層理的反粒序細(xì)砂巖為特征。這兩種砂體類型相互疊置，共同構(gòu)成了多期水下分流河道砂體疊置和多期河口壩砂體疊置（圖3）。

圖3

圖3   華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)61亞油層組三角洲前緣砂體剖面結(jié)構(gòu)

a.水下分流河道，白244井； b.河口壩，木22井

Fig.3   Lithological profile of the delta front sand bodies in the Chang61 pay zone， Huachi?Qingyang area

2.2 地震事件成因砂體

地震事件成因砂體與坡折帶重力成因砂體有明顯不同［10，27］。突發(fā)性地震事件所形成的砂體與地震發(fā)生過(guò)程（初震、強(qiáng)震、余震）關(guān)系密切［28-30］，其發(fā)育的典型沉積構(gòu)造主要包括：①地震初期（初震期）形成的泥巖撕裂屑構(gòu)造；②強(qiáng)震初期形成的微斷裂構(gòu)造；③地震強(qiáng)烈期（強(qiáng)震期）形成的滑塌變形構(gòu)造；④地震初期或末期（余震期）形成的負(fù)荷構(gòu)造或砂球、砂枕層［31］。

長(zhǎng)6油層組在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育由地震事件形成的震褶巖、震塌巖、微同沉積斷裂、液化擺動(dòng)構(gòu)造、液化砂巖脈和液化卷曲變形等多種典型震積巖類型（圖4）。其中，震塌巖和微同沉積斷裂為硬巖層的破碎和斷裂所形成，對(duì)應(yīng)了地震強(qiáng)震期；而液化擺動(dòng)構(gòu)造、液化砂巖脈和液化卷曲變形等是由未固結(jié)的沉積層發(fā)生液化作用所形成，震褶巖則是由未固結(jié)巖層發(fā)生水塑性變形作用所形成，對(duì)應(yīng)了地震初期或末期。

圖4

圖4   華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組不同鉆井地震事件沉積特征（巖心照片）

a.震褶巖，埋深2 489.00 m，環(huán)62井； b.震塌巖，埋深1 553.67 m，寧36井； c.兩組相反方向的微同沉積斷層，埋深1 679.00 m，固9井； d.液化擺動(dòng)構(gòu)造，埋深1 434.10 m，塔17井； e.液化砂巖脈，埋深2 154.30 m，鎮(zhèn)279井； f.液化卷曲變形，埋深1 503.00 m，寧36井

Fig.4   Sedimentary characteristics of seismites in cores from different wells in the Chang 6 pay zone in Huachi?Qingyang area（core images）

2.3 砂質(zhì)碎屑流沉積砂體

華池—慶陽(yáng)地區(qū)分布最廣、含油性最好、儲(chǔ)集性能最佳的砂體類型是砂質(zhì)碎屑流沉積砂體［11，14-15，32］，其巖性主要為中-細(xì)砂巖，呈塊狀構(gòu)造，分選性和磨圓度好，泥質(zhì)雜基含量介于4.8 %～10.0 %，單層砂體厚度一般大于0.5 m［33-34］。砂質(zhì)碎屑流沉積砂體中常見(jiàn)呈層狀集中分布的泥巖撕裂屑，這些泥巖撕裂屑形狀不規(guī)則且無(wú)定向性，大小不一，磨圓度較差（圖5）。此外，砂質(zhì)碎屑流沉積砂體中常見(jiàn)典型的“泥包礫”結(jié)構(gòu)，這是確定砂體成因類型為砂質(zhì)碎屑流沉積砂體的重要證據(jù)［32］。

圖5

圖5   華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組砂質(zhì)碎屑流沉積特征（巖心照片）

a.塊狀中-細(xì)砂巖，埋深1 495.00 m，寧36井； b.泥巖撕裂屑，埋深1 500.00 m，寧36井； c.泥巖撕裂屑，埋深1 998.02 m，西206井

Fig.5   Images showing the characteristics of the sandy debris?flow deposits in the Chang 6 pay zone in Huachi?Qingyang area（core images）

2.4 濁流沉積砂體

濁流沉積砂體在研究區(qū)長(zhǎng)6油層組中廣泛發(fā)育［21，35］，常見(jiàn)正粒序特征，且在底部可見(jiàn)多種底面構(gòu)造類型，如槽模和溝模等［36］（圖6）。研究區(qū)內(nèi)的濁流沉積砂體類型主要為近源砂質(zhì)濁積巖和遠(yuǎn)端細(xì)粒濁積巖［37］。近源砂質(zhì)濁積巖巖性一般為細(xì)砂巖和粉砂巖，巖相組合一般為一個(gè)或者多個(gè)向上變細(xì)的不完整鮑馬序列組合，通常為鮑馬序列組合中的ABC，CD，CDE和DE等，在其底面可見(jiàn)侵蝕接觸，見(jiàn)溝模、槽模、重荷模等構(gòu)造類型（圖7）。遠(yuǎn)端細(xì)粒濁積巖巖性一般為粒度小于0.1 mm的細(xì)粒沉積巖（泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖等），巖相組合表現(xiàn)為塊狀砂巖和具遞變紋層砂巖的相互疊置。

圖6

圖6   華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)62亞油層組濁積砂體底部的底模構(gòu)造（巖心照片）

a.溝模，埋深1 678.80 m，固6井； b.槽模，埋深1 768.40 m，莊42井； c.重荷模，埋深1 675.60 m，固10井

Fig.6   Images showing the mold structure at the bottom of turbidite sand bodies in the Chang 62 pay zone in Huachi?Qingyang area（core images）

圖7

圖7   華池—慶陽(yáng)地區(qū)莊42井長(zhǎng)6油層組濁積扇沉積序列

a.地層綜合柱狀圖； b.鮑馬序列，埋深1 787.20～1 788.40 m； c.單一粒級(jí)遞變序列濁積巖，埋深1 816.10～1 817.00 m

Fig.7   Sedimentary sequence of turbidite fans in the Chang 6 pay zone in Well Zhuang 42 in Huachi-Qingyang area

3 砂體疊置關(guān)系

研究區(qū)長(zhǎng)6油層組發(fā)育多種類型的砂體，其垂向疊置特征對(duì)于認(rèn)識(shí)不同砂體的成因關(guān)系意義重大。通過(guò)對(duì)研究區(qū)大量鉆井進(jìn)行巖心觀察，可以看出長(zhǎng)6油層組致密油儲(chǔ)集砂體具有以下疊置特征。

3.1 三角洲前緣砂體與震積巖砂體疊置

在研究區(qū)，這種砂體疊置特征主要表現(xiàn)為正常沉積的三角洲前緣砂體與地震事件形成的具有液化變形構(gòu)造的震積巖砂體之間的疊置（圖8）。這類震積巖砂體通常是由地震發(fā)生期的三角洲前緣砂體發(fā)生液化而形成；在地震平靜期，正常沉積的三角洲前緣砂體沉積在震積巖砂體之上；地震發(fā)生期與地震平靜期交替發(fā)生，就形成了三角洲前緣砂體與震積巖砂體在垂向上相互疊置的現(xiàn)象。

圖8

圖8   華池—慶陽(yáng)地區(qū)鎮(zhèn)58井長(zhǎng)62亞油層組三角洲前緣水下分流河道砂體與震積巖砂體疊置特征

a.巖心素描圖；b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 277.03 m； d.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 274.92 m；e.褶皺層（液化卷曲變形），埋深2 273.65 m

Fig.8   Superimposition characteristics of delta front underwater distributary channel sand bodies and seismite sand bodies of the Chang 62 pay zone in Well Zhen 58， Huachi?Qingyang area

3.2 震積巖砂體與碎屑流沉積砂體疊置

古地震發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)形成具有液化變形構(gòu)造的震積巖砂體，還會(huì)在湖盆底部發(fā)育碎屑流，形成碎屑流沉積砂體。在研究區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)6油層組沉積演化過(guò)程中，當(dāng)?shù)卣鹗录推鋵?dǎo)致的碎屑流事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，就形成了震積巖砂體與碎屑流沉積砂體的疊置，這兩種事件沉積砂體類型在垂向上相互疊置、在平面上密切共生（圖9a）。

圖9

圖9   華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)63亞油層組致密油儲(chǔ)集砂體在鉆井巖心上的疊置關(guān)系

a.震積巖砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體疊置，樣品7-63/71—8-39/77，木11井，埋深1 211～1 218 m； b.碎屑流砂體與濁流砂體疊置，夾有小段震積巖砂體，樣品6-52/119—6-83/119，莊42井，埋深1 189～1 196 m

Fig.9   Superimposition characteristics of sand bodies in cores from the Chang 63 tight oil pay zone in Huachi?Qingyang area

3.3 碎屑流砂體與濁流事件成因砂體疊置

古地震事件所誘發(fā)的碎屑流會(huì)順著湖盆坡度逐漸向湖盆中心流動(dòng)，伴隨流動(dòng)進(jìn)程，碎屑流在半深湖-深湖地區(qū)逐漸演化為濁流沉積［37-38］。在半深湖-深湖沉積環(huán)境主要發(fā)育濁流事件成因砂體，而在濱淺湖區(qū)域則以發(fā)育碎屑流砂體為主，而在坡折帶區(qū)域不僅廣泛發(fā)育濁積砂體，也發(fā)育有與地震事件相關(guān)的碎屑流砂體，這些區(qū)域在垂向上形成了碎屑流砂體與濁積砂體的疊置現(xiàn)象（圖9b）。在研究區(qū)內(nèi)，長(zhǎng)6油層組在寧縣、慶陽(yáng)、合水和固城川地區(qū)，主要發(fā)育碎屑流砂體與濁流事件成因砂體疊置。

3.4 震積巖砂體、碎屑流砂體、濁流砂體之間的疊置

在研究區(qū)內(nèi)，除了三角洲前緣砂體與震積巖砂體、震積巖砂體與碎屑流沉積砂體、碎屑流砂體與濁流事件成因砂體這些兩種類型砂體之間發(fā)生疊置之外，在相關(guān)鉆井巖心中還可以看到震積巖砂體、碎屑流砂體以及濁流事件成因砂體之間相互疊置的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象反映了在半深湖-深湖區(qū)域，不僅發(fā)育碎屑流砂體和濁流砂體，而且地震事件也可以在其中發(fā)生震動(dòng)變形作用，產(chǎn)生震積巖砂體（圖9b）。

4 不同砂體之間成因關(guān)系及發(fā)育模式

4.1 不同砂體之間成因關(guān)系

在長(zhǎng)6油層組沉積期，湖盆處于收縮期，周圍的三角洲不斷向盆內(nèi)進(jìn)積，搬運(yùn)來(lái)了大量的陸源碎屑物質(zhì)，此時(shí)研究區(qū)內(nèi)的華池地區(qū)處于東北三角洲前緣部位，慶陽(yáng)地區(qū)處于西南三角洲前緣位置。周期性突發(fā)的地震事件會(huì)導(dǎo)致三角洲前緣不穩(wěn)定的前緣朵葉體發(fā)生坍塌，形成液化變形的震積巖砂體，震積巖最上部在重力作用下，轉(zhuǎn)化為碎屑流進(jìn)一步搬運(yùn)，形成碎屑流沉積砂體；碎屑流進(jìn)一步向前推進(jìn)轉(zhuǎn)化為濁流，進(jìn)而形成濁積砂體（圖9）。當(dāng)?shù)卣鹗录俅伟l(fā)生時(shí)，上述變化會(huì)重復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致不同地區(qū)、不同沉積相帶、不同成因類型的儲(chǔ)集砂體在垂向上相互疊置，在平面上密切共生 （圖10，圖11）。

圖10

圖10   華池—慶陽(yáng)地區(qū)寧34井長(zhǎng)63亞油層組震積巖砂體、碎屑流砂體、濁積砂體巖心照片及相互疊置剖面結(jié)構(gòu)

a.巖心素描圖；b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.底模構(gòu)造與鮑馬序列，埋深1 574.30 m； d.褶皺層（液化卷曲變形），埋深1 572.80 m；e.震塌巖，埋深1 571.70 m； f.濁積巖底模構(gòu)造，埋深1 571.90 m

Fig.10   Core pictures showing sand bodies of seismite， debris?flow and turbidite types， and profile showing their superimposition in the Chang 63 pay zone in Well Ning 34， Huachi?Qingyang area

圖11

圖11   華池—慶陽(yáng)地區(qū)環(huán)62井長(zhǎng)63亞油層組震積巖與濁積砂體巖心照片及互層剖面結(jié)構(gòu)

a.巖心素描圖； b.整盒巖心照片解釋與典型照片位置； c.震塌巖及液化變形構(gòu)造，埋深1 575.50 m

Fig.11   Core pictures showing sand bodies of seismite and turbidite types and profile showing their alternation in the Chang 63 pay zone in Well Huan 62， Huachi?Qingyang area

4.2 不同成因砂體發(fā)育模式

由前文可以看出，長(zhǎng)6油層組沉積時(shí)期華池—慶陽(yáng)地區(qū)三角洲前緣不規(guī)則的朵葉體是其他事件沉積砂體發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，突發(fā)性的地震事件是震積巖砂體發(fā)育的直接原因，也是碎屑流沉積砂體和濁流沉積砂體發(fā)育的關(guān)鍵誘因。從三角洲前緣到湖盆中心，由于不同位置所處的古地貌背景和環(huán)境條件不同，導(dǎo)致了不同成因類型砂體的垂向相互疊置。據(jù)此，在區(qū)域沉積格局的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了華池—慶陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組致密油儲(chǔ)集砂體時(shí)-空發(fā)育模式（圖12）。

圖12

圖12   鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組沉積模式

Fig.12   Depositional model of Chang 6 pay zone in the Ordos Basin

5 結(jié)論

1） 鄂爾多斯盆地華池—慶陽(yáng)地區(qū)三疊系長(zhǎng)6油層組沉積演化過(guò)程中發(fā)育了多類型致密油儲(chǔ)集砂體，主要包括：三角洲前緣砂體、地震事件成因砂體（震積巖）、砂質(zhì)碎屑流沉積砂體和濁流沉積砂體。

2） 長(zhǎng)6油層組致密油儲(chǔ)集砂體具有4種疊置組合：三角洲前緣砂體與震積巖砂體疊置、震積巖砂體與碎屑流沉積砂體疊置、碎屑流砂體與濁流事件成因砂體疊置，以及震積巖砂體、碎屑流砂體、濁流砂體的疊置。

3） 從三角洲前緣到湖盆中心，古地貌及環(huán)境條件的差異導(dǎo)致不同成因類型砂體在垂向上相互疊置，具體表現(xiàn)為：地震事件導(dǎo)致三角洲前緣砂體垮塌，部分在原地堆積形成震積巖砂體，部分沿湖底向前搬運(yùn)轉(zhuǎn)化為碎屑流并形成碎屑流砂體，進(jìn)一步搬運(yùn)的碎屑流轉(zhuǎn)化為濁流并形成濁積砂體。