陆相湖盆致密油储集砂体成因及发育模式 以鄂尔多斯盆地上三叠统长6油层组为例

作为非常规油气资源的致密油，已成为全世界各国油气资源领域研究、勘探、开发的重点和热点之一，是油气增储上产的“重点领域”与“亮点类型”。近年来，伴随着油气勘探开发的不断深入，中国已经在多个含油气盆地中的多个层位实现了致密油勘探开发的重大突破［1］。鄂尔多斯盆地作为中国大型含油气盆地之一，油气资源总量达到250 × 108 t。其中，延长组致密油资源丰富，初步预测总资源量约30 × 108 t，占全国致密油总资源量的37.5 %［2］。在盆地内先后发现的储量规模超过10亿吨级的大油田，如西峰、姬塬、华庆和庆城油田等，其致密油勘探开发的主要层系均为长6（延长组6油层组）、长7和长8油层组［3-5］。其中，位于鄂尔多斯盆地西南部的华池-庆阳地区长6油层组是盆地内致密油富集层段之一，其所蕴藏的致密油地质储量巨大、勘探前景良好，是长庆油田增储上产的重要接替层位。

不同学者在不同时期针对鄂尔多斯盆地延长组致密油储集砂体的成因认识存在差异，主要包括以下几个方面：基于浊流理论的浊积扇模式成因［6］；滑塌浊积扇与坡移浊积扇成因［7］；滑塌浊积岩成因［8］；厚层块状浊积岩砂体成因［9］；三角洲前缘砂体、震积岩砂体和浊积岩砂体共同成因［10］；砂质碎屑流沉积成因［11-16］；多成因重力流成因［17-20］等。

本文充分利用鄂尔多斯盆地西南部钻及长6油层组的32口井的岩心资料，并基于前人关于致密油储集砂体的研究成果［8，18，21-22］，以华池—庆阳地区长6油层组致密油储集砂体为研究对象，对研究区内长6油层组中不同成因类型的致密油储集砂体特征进行了系统研究，深入分析了各类致密油储集砂体的叠置关系，进而建立了不同沉积环境下多种事件沉积成因的致密油储集砂体成因模式，为华池—庆阳地区长6油层组致密油的进一步勘探、开发提供储层预测依据，提升油气钻探的命中率。

1 地质背景

在晚三叠世延长组沉积期，鄂尔多斯盆地为一大型陆相拗陷型湖盆，并表现出持续沉降的特征［23］。该时期鄂尔多斯湖盆中主要沉积了一套厚度约为1 200 m的陆源碎屑岩，主要发育的沉积相类型包括河流、冲积扇和三角洲等［10，24］。中国石油长庆油田分公司根据油气实际勘探的需要，将延长组自上而下划分为长1油层组—长10油层组。其中，长6油层组又可以按照岩性特征划分为3个亚油层组，即长61、长62和长63亚油层组（图1）。

图1

图1   鄂尔多斯盆地华池—庆阳地区地理位置（a）与延长组地层综合柱状图（b）

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

长6油层组沉积期为鄂尔多斯湖盆萎缩期，该油层组的底部岩性以厚层块状砂岩夹薄层泥岩为特征，中、上部主要表现为深灰色泥岩与薄层粉-细砂岩互层沉积（图1）。已有研究成果认为鄂尔多斯盆地在长6油层组沉积期主要受到来自北东方向和南西方向的两个物源体系控制［23-25］，处于盆地西南部的华池—庆阳地区，其长6致密油储集砂体同样受到了这两个方向的沉积体系控制，形成了多成因致密油储集砂体类型（图2）。

图2

图2   鄂尔多斯盆地长6油层组沉积相平面展布

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

2 砂体成因类型及特征

华池—庆阳地区长6油层组主要发育三角洲前缘砂体、地震事件成因砂体（震积岩）、碎屑流砂体、浊流砂体等多种致密油储集砂体类型（表1）。

表1   鄂尔多斯盆地长6油层组致密油储集砂体类型及特征对比

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 三角洲前缘砂体

长6油层组在研究区内以三角洲沉积为主，包括辫状河三角洲前缘和曲流河三角洲前缘两种亚相类型［10，24］。三角洲前缘亚相又可进一步划分为水下分流河道砂体和河口坝砂体［26］。单期分流河道砂体以平行层理、板状或槽状交错层理的正粒序中砂岩、中-细砂岩特征为主，单期河口坝砂体以发育板状交错层理和平行层理的反粒序细砂岩为特征。这两种砂体类型相互叠置，共同构成了多期水下分流河道砂体叠置和多期河口坝砂体叠置（图3）。

图3

图3   华池—庆阳地区长61亚油层组三角洲前缘砂体剖面结构

a.水下分流河道，白244井； b.河口坝，木22井

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

2.2 地震事件成因砂体

地震事件成因砂体与坡折带重力成因砂体有明显不同［10，27］。突发性地震事件所形成的砂体与地震发生过程（初震、强震、余震）关系密切［28-30］，其发育的典型沉积构造主要包括：①地震初期（初震期）形成的泥岩撕裂屑构造；②强震初期形成的微断裂构造；③地震强烈期（强震期）形成的滑塌变形构造；④地震初期或末期（余震期）形成的负荷构造或砂球、砂枕层［31］。

长6油层组在研究区内主要发育由地震事件形成的震褶岩、震塌岩、微同沉积断裂、液化摆动构造、液化砂岩脉和液化卷曲变形等多种典型震积岩类型（图4）。其中，震塌岩和微同沉积断裂为硬岩层的破碎和断裂所形成，对应了地震强震期；而液化摆动构造、液化砂岩脉和液化卷曲变形等是由未固结的沉积层发生液化作用所形成，震褶岩则是由未固结岩层发生水塑性变形作用所形成，对应了地震初期或末期。

图4

图4   华池—庆阳地区长6油层组不同钻井地震事件沉积特征（岩心照片）

a.震褶岩，埋深2 489.00 m，环62井； b.震塌岩，埋深1 553.67 m，宁36井； c.两组相反方向的微同沉积断层，埋深1 679.00 m，固9井； d.液化摆动构造，埋深1 434.10 m，塔17井； e.液化砂岩脉，埋深2 154.30 m，镇279井； f.液化卷曲变形，埋深1 503.00 m，宁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 砂质碎屑流沉积砂体

华池—庆阳地区分布最广、含油性最好、储集性能最佳的砂体类型是砂质碎屑流沉积砂体［11，14-15，32］，其岩性主要为中-细砂岩，呈块状构造，分选性和磨圆度好，泥质杂基含量介于4.8 %～10.0 %，单层砂体厚度一般大于0.5 m［33-34］。砂质碎屑流沉积砂体中常见呈层状集中分布的泥岩撕裂屑，这些泥岩撕裂屑形状不规则且无定向性，大小不一，磨圆度较差（图5）。此外，砂质碎屑流沉积砂体中常见典型的“泥包砾”结构，这是确定砂体成因类型为砂质碎屑流沉积砂体的重要证据［32］。

图5

图5   华池—庆阳地区长6油层组砂质碎屑流沉积特征（岩心照片）

a.块状中-细砂岩，埋深1 495.00 m，宁36井； b.泥岩撕裂屑，埋深1 500.00 m，宁36井； c.泥岩撕裂屑，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 浊流沉积砂体

浊流沉积砂体在研究区长6油层组中广泛发育［21，35］，常见正粒序特征，且在底部可见多种底面构造类型，如槽模和沟模等［36］（图6）。研究区内的浊流沉积砂体类型主要为近源砂质浊积岩和远端细粒浊积岩［37］。近源砂质浊积岩岩性一般为细砂岩和粉砂岩，岩相组合一般为一个或者多个向上变细的不完整鲍马序列组合，通常为鲍马序列组合中的ABC，CD，CDE和DE等，在其底面可见侵蚀接触，见沟模、槽模、重荷模等构造类型（图7）。远端细粒浊积岩岩性一般为粒度小于0.1 mm的细粒沉积岩（泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及富有机质泥页岩等），岩相组合表现为块状砂岩和具递变纹层砂岩的相互叠置。

图6

图6   华池—庆阳地区长62亚油层组浊积砂体底部的底模构造（岩心照片）

a.沟模，埋深1 678.80 m，固6井； b.槽模，埋深1 768.40 m，庄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）

图7

图7   华池—庆阳地区庄42井长6油层组浊积扇沉积序列

a.地层综合柱状图； b.鲍马序列，埋深1 787.20～1 788.40 m； c.单一粒级递变序列浊积岩，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 砂体叠置关系

研究区长6油层组发育多种类型的砂体，其垂向叠置特征对于认识不同砂体的成因关系意义重大。通过对研究区大量钻井进行岩心观察，可以看出长6油层组致密油储集砂体具有以下叠置特征。

3.1 三角洲前缘砂体与震积岩砂体叠置

在研究区，这种砂体叠置特征主要表现为正常沉积的三角洲前缘砂体与地震事件形成的具有液化变形构造的震积岩砂体之间的叠置（图8）。这类震积岩砂体通常是由地震发生期的三角洲前缘砂体发生液化而形成；在地震平静期，正常沉积的三角洲前缘砂体沉积在震积岩砂体之上；地震发生期与地震平静期交替发生，就形成了三角洲前缘砂体与震积岩砂体在垂向上相互叠置的现象。

图8

图8   华池—庆阳地区镇58井长62亚油层组三角洲前缘水下分流河道砂体与震积岩砂体叠置特征

a.岩心素描图；b.整盒岩心照片解释与典型照片位置； c.褶皱层（液化卷曲变形），埋深2 277.03 m； d.褶皱层（液化卷曲变形），埋深2 274.92 m；e.褶皱层（液化卷曲变形），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 震积岩砂体与碎屑流沉积砂体叠置

古地震发生时，不仅会形成具有液化变形构造的震积岩砂体，还会在湖盆底部发育碎屑流，形成碎屑流沉积砂体。在研究区内的长6油层组沉积演化过程中，当地震事件和其导致的碎屑流事件同时发生时，就形成了震积岩砂体与碎屑流沉积砂体的叠置，这两种事件沉积砂体类型在垂向上相互叠置、在平面上密切共生（图9a）。

图9

图9   华池—庆阳地区长63亚油层组致密油储集砂体在钻井岩心上的叠置关系

a.震积岩砂体与砂质碎屑流砂体叠置，样品7-63/71—8-39/77，木11井，埋深1 211～1 218 m； b.碎屑流砂体与浊流砂体叠置，夹有小段震积岩砂体，样品6-52/119—6-83/119，庄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 碎屑流砂体与浊流事件成因砂体叠置

古地震事件所诱发的碎屑流会顺着湖盆坡度逐渐向湖盆中心流动，伴随流动进程，碎屑流在半深湖-深湖地区逐渐演化为浊流沉积［37-38］。在半深湖-深湖沉积环境主要发育浊流事件成因砂体，而在滨浅湖区域则以发育碎屑流砂体为主，而在坡折带区域不仅广泛发育浊积砂体，也发育有与地震事件相关的碎屑流砂体，这些区域在垂向上形成了碎屑流砂体与浊积砂体的叠置现象（图9b）。在研究区内，长6油层组在宁县、庆阳、合水和固城川地区，主要发育碎屑流砂体与浊流事件成因砂体叠置。

3.4 震积岩砂体、碎屑流砂体、浊流砂体之间的叠置

在研究区内，除了三角洲前缘砂体与震积岩砂体、震积岩砂体与碎屑流沉积砂体、碎屑流砂体与浊流事件成因砂体这些两种类型砂体之间发生叠置之外，在相关钻井岩心中还可以看到震积岩砂体、碎屑流砂体以及浊流事件成因砂体之间相互叠置的现象。这种现象反映了在半深湖-深湖区域，不仅发育碎屑流砂体和浊流砂体，而且地震事件也可以在其中发生震动变形作用，产生震积岩砂体（图9b）。

4 不同砂体之间成因关系及发育模式

4.1 不同砂体之间成因关系

在长6油层组沉积期，湖盆处于收缩期，周围的三角洲不断向盆内进积，搬运来了大量的陆源碎屑物质，此时研究区内的华池地区处于东北三角洲前缘部位，庆阳地区处于西南三角洲前缘位置。周期性突发的地震事件会导致三角洲前缘不稳定的前缘朵叶体发生坍塌，形成液化变形的震积岩砂体，震积岩最上部在重力作用下，转化为碎屑流进一步搬运，形成碎屑流沉积砂体；碎屑流进一步向前推进转化为浊流，进而形成浊积砂体（图9）。当地震事件再次发生时，上述变化会重复发生，导致不同地区、不同沉积相带、不同成因类型的储集砂体在垂向上相互叠置，在平面上密切共生 （图10，图11）。

图10

图10   华池—庆阳地区宁34井长63亚油层组震积岩砂体、碎屑流砂体、浊积砂体岩心照片及相互叠置剖面结构

a.岩心素描图；b.整盒岩心照片解释与典型照片位置； c.底模构造与鲍马序列，埋深1 574.30 m； d.褶皱层（液化卷曲变形），埋深1 572.80 m；e.震塌岩，埋深1 571.70 m； f.浊积岩底模构造，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

图11

图11   华池—庆阳地区环62井长63亚油层组震积岩与浊积砂体岩心照片及互层剖面结构

a.岩心素描图； b.整盒岩心照片解释与典型照片位置； c.震塌岩及液化变形构造，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 不同成因砂体发育模式

由前文可以看出，长6油层组沉积时期华池—庆阳地区三角洲前缘不规则的朵叶体是其他事件沉积砂体发育的物质基础，突发性的地震事件是震积岩砂体发育的直接原因，也是碎屑流沉积砂体和浊流沉积砂体发育的关键诱因。从三角洲前缘到湖盆中心，由于不同位置所处的古地貌背景和环境条件不同，导致了不同成因类型砂体的垂向相互叠置。据此，在区域沉积格局的基础上，构建了华池—庆阳地区长6油层组致密油储集砂体时-空发育模式（图12）。

图12

图12   鄂尔多斯盆地长6油层组沉积模式

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

5 结论

1） 鄂尔多斯盆地华池—庆阳地区三叠系长6油层组沉积演化过程中发育了多类型致密油储集砂体，主要包括：三角洲前缘砂体、地震事件成因砂体（震积岩）、砂质碎屑流沉积砂体和浊流沉积砂体。

2） 长6油层组致密油储集砂体具有4种叠置组合：三角洲前缘砂体与震积岩砂体叠置、震积岩砂体与碎屑流沉积砂体叠置、碎屑流砂体与浊流事件成因砂体叠置，以及震积岩砂体、碎屑流砂体、浊流砂体的叠置。

3） 从三角洲前缘到湖盆中心，古地貌及环境条件的差异导致不同成因类型砂体在垂向上相互叠置，具体表现为：地震事件导致三角洲前缘砂体垮塌，部分在原地堆积形成震积岩砂体，部分沿湖底向前搬运转化为碎屑流并形成碎屑流砂体，进一步搬运的碎屑流转化为浊流并形成浊积砂体。