镇北地区长7段辫状河三角洲沉积相研究

2018-10-09李劭彧邢翔王文希

断块油气田 2018年5期

李劭彧，邢翔，王文希

（1.长江大学，湖北武汉 430000；2.恩施州能源监察监测中心，湖北恩施 445000；3.湖北工业大学工程技术学院，湖北武汉 430000）

0 引言

辫状河三角洲储层勘探潜力巨大，历来备受国内外诸多学者的关注。早期学者把辫状河三角洲归属于扇三角洲［1-4］。二者在成因机制、地貌和沉积环境等方面具有显著差别，所以把辫状河三角洲从扇三角洲中划分出来。近年来的研究主要集中在不同沉积背景下，原始沉积地貌、物源供给、湖/海浪对三角洲改造强度等方面，以及辫状河三角洲沉积序列与储层分布特征［5-10］。目前，关于辫状河三角洲研究存在的争议主要为：1）辫状河三角洲是否具有细粒三角洲的三层结构［11-15］。2）辫状河三角洲前端是否发育浊积体系，其程度如何［14-19］。3）辫状河三角洲沉积相组合的差异性与储层分布的主控因素［10-15］。

随着鄂尔多斯盆地油气勘探取得成功，关于延长组辫状河三角洲物源分析、沉积特征、相带划分等有了更多研究，但对于延长组沉积期古地貌特征、辫状河三角洲前端重力流的发育模式仍然存在争议。

本文以鄂尔多斯盆地镇北地区上三叠统延长组长7段辫状河三角洲为例，结合区域构造和沉积演化背景，在充分利用岩心、测井和地震等资料的基础上，对长7段层序地层格架和沉积体系进行了系统研究。

1 地质概况

镇北地区位于鄂尔多斯盆地西南缘，研究区范围北起环县，南至镇原，西起彭阳，东达庆阳，面积近8 000 km2。构造位置横跨天环坳陷南端和伊陕斜坡西南部，区内构造相对平缓，断层发育较少，局部发育鼻状隆起。

延长组自下而上可划分为10个油层组（见表1），长7早期经历了湖盆最大规模的湖侵事件，沉积了全区稳定分布的油页岩和泥岩段（张家滩页岩最典型）。

表1 延长组岩性

研究区物源来自盆地的西部和西南部，经边缘斜坡带搬运入湖，形成广泛分布的辫状河三角洲-浊积沉积体系［16］。延长组底部与中三叠系纸坊组呈平行不整合接触，顶部与侏罗系延安组呈不整合接触。

2 沉积相类型与沉积特征

长7段岩心内部共识别出7种岩相类型：块状层理砂岩相、变形层理砂岩相、交错层理砂岩相、平行层理砂岩相、波状层理砂岩相、砂泥薄互层相和暗色泥岩相（见图1）。这7种岩相在纵向上形成的不同相组合类型，构成了研究区辫状河三角洲-浊积各沉积序列。

图1 长7段辫状河三角洲岩心序列

图1a为2期分流河道垂向切割叠置。图1b为水下分流河道（点线）顶底与灰黑色湖相泥岩（段线）突变接触。图1c为4期浊积水道垂向叠置，从上至下，依次为重荷模、变形层理和块状层理构造，漂砾大量发育。

2.1 辫状河三角洲平原相

研究区平原相域内河控作用明显，河道普遍发育并多期切割叠置，主要识别了分流河道和泛滥平原2种微相。

2.1.1 分流河道

Kjemperud等［17］根据河道厚度、泥质夹层发育程度及相保存程度等将辫状河道分为侧向叠置型河道和垂向叠置型河道2种类型。根据岩心观察及测井相解释，研究区主要发育侧向叠置型辫状河道，特点是纵向上由多期河道侧向切割叠置而成，单期河道厚3～6 m，多期叠置形成的复合河道体厚度变化较大，最厚可达40 m，河道砂体呈块状，泥质夹层较少。构成叠置河道的单河道底部界面为明显的冲刷面，其上为滞留沉积形成的含砾粗砂岩相，槽状交错层理中粗砂岩非常发育，顶部发育平行层理中细砂岩（见图1a）。在电性曲线GR上表现为锯齿箱形特征。

2.1.2 泛滥平原

泛滥平原发育于分流河道之间的区域，受间歇性湖水进退影响。泛滥平原以杂色、灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，可见薄层煤线，厚度分布多变，与分流河道砂岩顶底突变接触。测井曲线GR呈高值、低幅齿状。

2.2 辫状河三角洲前缘相

辫状河三角洲前缘沉积沿湖岸线周缘分布，范围与细粒三角洲相比，较为局限［18］。研究区前缘相沉积砂体以水下分流河道为主，伴有河口坝、席状砂等微相。

2.3 前辫状河三角洲相

随着辫状河三角洲不断进积，前缘砂体不断在湖盆斜坡部位积累，加之长7时期湖盆斜坡较陡，受自身重力及波浪等作用，被重新搬运至斜坡下部形成土豆状滑塌浊积砂岩［19］。该相域主要由浊积岩和湖相泥岩组成。

2.3.1 浊积岩

浊积岩由多期浊积水道叠置而成，顶底与湖湘泥岩突变接触，以灰色、灰黑色粉细砂岩为主，厚度为2～10 m，块状层理及变形层理细砂岩相大量发育，富含泥砾及棱角状泥质条带，可见沟模及负荷构造，发育鲍马序列A—C段。测井曲线GR呈锯齿箱形。浊积砂席为浊积岩远源细粒沉积。

2.3.2 湖泥

湖泥以黑灰色、黑色碳质泥岩和油页岩为特征，局部夹砂质条带，断续水平层理发育，代表最大湖泛期沉积。测井曲线GR呈现低幅齿状特征。

3 层序划分与对比

3.1 辫状河三角洲层序划分方法

岩心、测井信息反映出的相序和相组合特征，反映了基准面旋回的变化［20］。在基准面旋回变化过程中，可容纳空间与沉积物供给比值发生变化，产生了成因地层单元的进积与退积的叠加样式。研究区识别出的成因地层单元包括辫状河三角洲、前端浊积岩及湖泊沉积（地层对比穿过这些相域）。当辫状河三角洲向湖盆进积时，近源相叠加在远源相之上；向岸退积时，远源相叠加在近源相之上。辫状河三角洲的进退旋回形成了垂向相序，各相域内的沉积学和地层学特征也随之产生有规律的变化。

3.2 长7段层序划分

湖泛期形成的稳定泥岩段可作为地层对比和划分的标志层［21］。长7段底部普遍发育1套稳定的油页岩，具有一级标志层意义。根据层段内部的细粒段，结合地震反射特征，将长7段划分为1个包含下降、上升对称的长期旋回，并进一步细分为5个中期旋回（见图2）。

下降半旋回：随着成因地层单元不断向湖盆方向进积，平原相域内分流河道垂相叠置厚度不断增大。同时，前缘相域内，由于充足的供给，水下分流河道和河口坝伴生发育增多。前三角洲相域大量滑塌浊积岩出现，反映了长期基准面下降过程。根据内部发育的泥岩和砂泥薄互层段，可进一步划分出3个次级旋回，自下而上为 C75（见图 3a），C74和 C73旋回（见图 3b）。

图2 长7段层序地层与沉积相对比剖面

上升半旋回：上升半旋回靠近湖盆中心位置，与下降半旋回以稳定泥岩段分开。在盆地边缘，由于平原相域内河道割叠置作用较强，泥岩段发育不明显。与下降半旋回不同，上升半旋回成因地层单元不断向湖岸方向退积，同时沉积中心也不断后退，平原相域内分流河道垂相叠置厚度逐渐减小，且泥质夹层增多。前缘相域内水下分流河道和河口坝伴生发育逐渐减少。前三角洲相域滑塌浊积岩相应减少，反映了长期基准面上升过程。根据内部发育的泥岩和砂泥薄互层段，可进一步划分出2个次级旋回，自下而上命名为C72和C71旋回（见图 3c、图 3d）。

3.3 长7段层序对比

通过大致平行物源走向并穿越所有相域的H54—L193—L52连井剖面来看，在越过长7早期最大洪泛形成的油页岩段之后，整个层段总是被近湖区的辫状河三角洲和湖盆内部浊积岩所覆盖。H54—M42井区主要发育辫状河三角洲平原和前缘沉积，L193—L52井区主要发育浊积岩及湖相细粒沉积，辫状河三角洲总体进退积幅度较小，仅辫状河三角洲前缘与前三角洲部分叠置。下降半旋回地层厚度向湖区略显减薄趋势，整体呈进积特征，上升半旋回地层厚度变化不大，整体略显退积特征（见图3）。

4 长7段砂体平面展布规律

在详细的岩心观察、测井相分析基础上，结合古地貌特征，以中期旋回为制图单元，分析镇北地区长7段辫状河三角洲—浊积砂体的形成与演化过程。

长7沉积初期，延长湖盆范围为全区最大，C75时期辫状河三角洲平原面积最小，仅分布在H78—H54—Y17井一带，平原分流河道分布较为孤立；前缘水下分流河道迅速减薄尖灭，与之伴生的河口坝规模也相对较小；前三角洲发育薄层、有限范围的滑塌浊积沉积（见图3a）。随着沉积供给速率的增加，辫状河三角洲向盆地方向不断进积，在C73时期，辫状河三角洲平原面积到达最大，且平原分流河道频繁摆动迁移形成了厚层、带状砂体；前缘水下分流河道和河口坝规模相应增大，主要分布在M42—Z76—Z114井一带；前三角洲发育连片、厚层的浊积水道沉积，主要分布在H67—H58—L20井一带（见图 3b）。之后，至 C71时期沉积供给速率减少，辫状河三角洲开始退积，平原重新退缩至H78—H54—Y17井附近，分流河道迁移作用逐渐减弱，孤立河道逐渐增加；前缘水下分流河道、河口坝规模也相应减小；前三角洲滑塌浊积沉积范围减小，并孤立发育（见图 3c、图 3d）。

图3 长7段沉积相分布与演化特征

研究区储层以辫状河三角洲前缘水下分流河道及前端浊积水道沉积为主，水下分流河道和浊积水道的规模与基准面变化密切相关，在基准面较低时，多呈大面积、厚层、连片分布。基准面较高时，则较为孤立并且分布局限。

5 主控因素

控制沉积体系与储层分布的主要因素包括：构造、古气候、沉积物供给、湖平面和斜坡古地形等［12-13，22］。前人研究表明，在晚三叠世，鄂尔多斯盆地延长组构造整体以坳陷为主，构造沉降速率较为缓慢，约8.38 m/Ma，沉积速率为 30.00 m/Ma，为过充填状态［23］。在过度充填盆地中，古气候对湖平面变化影响作用较小［22］。斜坡古地形作为主控因素，控制了湖平面变化中湖岸线进退范围，进一步制约湖盆可容纳空间及沉积体系分布［12］。

在区域层序地层格架内，通过地层剥蚀恢复、压实校正和古水深校正，恢复了镇北地区湖盆边缘斜坡古地形，地形坡度约0.45°，斜坡长约10 km，向湖盆方向地形下降近 70 m［15］。根据 Postma 等［11，24］对斜坡坡角及坡长类型的研究，镇北地区长7段辫状河三角洲属于陡坡型三角洲。由于较陡的斜坡背景，湖平面变化引起的湖岸线进退范围较为局限，导致辫状河三角洲总体进退积幅度较小，辫状河三角洲前缘与前三角洲叠置部分较少；同时，湖盆可容纳空间主要分布于古斜坡前部。辫状河三角洲平原分流河道的频繁摆动和沉积物在斜坡部位不断的积累，导致了辫状河三角洲前端滑塌浊积岩的形成。研究区辫状河三角洲发育了完整的3层结构，底积层发育大量浊积岩和湖相沉积。