天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 7: 1275 - 1290

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2025.01.004

非常规天然气

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组73亚段页岩油岩相组合特征及沉积模式

  • 朱立文 , 1 ,
  • 辛红刚 1 ,
  • 冯胜斌 1 ,
  • 田媛媛 2 ,
  • 李响 1 ,
  • 罗顺社 , 3, 4 ,
  • 周庆安 3
展开
  • 1. 中国石油长庆油田勘探开发研究院，陕西 西安 710018
  • 2. 中国石油东方地球物理勘探有限责任公司研究院长庆分院，陕西 西安 710021
  • 3. 非常规油气省部共建协同创新中心，湖北 武汉 430100
  • 4. 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100
罗顺社（1961-），男，陕西户县人，博士，教授，主要从事沉积学方面研究. E-mail：.

朱立文（1985-），男，湖北枣阳人，博士，工程师，主要从事油气田地质与开发研究. E-mail：.

收稿日期: 2024-10-11

  修回日期: 2025-01-23

  网络出版日期: 2025-02-18

收起

Lithofacies assemblage and depositional models of shale oil reservoir in the Chang 73 sub-member， Yanchang Formation， Longdong area， Ordos Basin

  • Liwen ZHU , 1 ,
  • Honggang XIN 1 ,
  • Shenbing FENG 1 ,
  • Yuanyuan TIAN 2 ,
  • Xiang LI 1 ,
  • Shunshe LUO , 3, 4 ,
  • Qing'an ZHOU 3
Expand
  • 1. Exploration and Development Research Institute of Changqing Oilfield Branch Company Ltd. ，PetroChina，Xi'an 710018，China
  • 2. Changqing Branch，Geophysical Research Institute，BGP，PetroChina，Xi'an 710021，China
  • 3. Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas （Yangtze University），Wuhan 430100，China
  • 4. School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China

Received date: 2024-10-11

  Revised date: 2025-01-23

  Online published: 2025-02-18

Supported by

The Major Science and Technology Project of China National Petroleum Corporation(2023ZZ15)

Fold

摘要

鄂尔多斯盆地进入源内非常规油气勘探阶段后，在陇东地区长73亚段试获多口高产工业油流井，新类型页岩油勘探获得战略性突破，明确页岩油岩相组合特征及其分布规律对深化勘探部署具有重要意义。以陇东地区长73亚段页岩油储集体为研究对象，通过岩心观察、薄片鉴定、X射线衍射分析和TOC分析等方法对页岩油岩相类型和岩相组合开展了定性描述和定量表征，进一步开展了岩相组合空间展布规律的综合研究，最终建立不同沉积成因岩相组合沉积模式。根据宏观沉积特征、微观矿物组分特征和有机质含量特征，长73亚段可识别出6种岩相类型，垂向上可划分为4种不同沉积成因的岩相组合类型。在古季风、构造运动、物源供给、地形坡度、流体能量和重力流流体转化等因素共同控制下，不同岩相组合的空间上展布特征具有显著差异性。在频繁构造运动背景下，不同类型岩相组合呈现特定的分布规律，研究区湖盆陡坡富砂区自湖盆坡折带近端至远端深湖区依次发育组合类型Ⅰ、组合类型Ⅱ、组合类型Ⅲ，在湖盆陡坡富泥区附近易形成组合类型Ⅲ，在富凝灰质聚集区附近则易形成组合类型Ⅳ，同时受西南古季风的控制，在深湖区也易形成组合类型Ⅳ。

关键词： 岩相特征; 岩相组合; 沉积模式; 延长组; 鄂尔多斯盆地; 陇东地区

本文引用格式

朱立文 , 辛红刚 , 冯胜斌 , 田媛媛 , 李响 , 罗顺社 , 周庆安 . 鄂尔多斯盆地陇东地区延长组73亚段页岩油岩相组合特征及沉积模式[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(7) : 1275 -1290 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2025.01.004

Abstract

The Ordos Basin has entered an unconventional intra-source exploration phase， with multiple high-yield industrial wells drilled in the Chang 73 sub-member of Longdong area marking a strategic breakthrough in new-type shale oil exploration. It is of great significance to deepen the exploration and deployment to clarify the lithofacies assemblage characteristics and distribution patterns of shale oil. Taking the shale oil reservoir of the Chang 73 sub-member as the research object， qualitative description and quantitative characterization of the facies types and facies assemblages of shale oil have been carried out through methods such as core observation， thin-section identification， X-ray diffraction analysis and TOC analysis. Further comprehensive research on the spatial distribution of the facies assemblages has been carried out， so as to ultimately establish the deposition patterns of facies assemblages of different sedimentary genesis. Based on macroscopic sedimentary characteristics， microscopic mineral composition characteristics， and organic matter content characteristics， six lithofacies types can be identified in Chang 73 sub-member， and four lithofacies assemblages of different sedimentary origins can be divided vertically. Under the joint control of factors such as paleo-monsoon， tectonic movement， provenance supply， topographic slope and gravity flow transformation， the spatial spreading characteristics of different lithofacies assemblages are significantly different. Under the background of frequent tectonic movements， different types of lithofacies assemblage exhibit specific distribution patterns. Three distinct lithofacies assemblages （Types Ⅰ-Ⅲ） exhibit a proximal-to-distal zonation from the lake basin slope break to deep lacustrine zones in sand-rich steep slopes， while Type Ⅳ dominates tuff-rich and deep lacustrine areas under SW paleo-monsoon influence. Facies association Type Ⅳ is also easy to form in the deep lake area.

Key words： Lithofacies; Lithofacies assemblages; Depositional model; Yanchang Formation; Ordos Basin; Longdong area

0 引言

当前，陆相页岩油已经成为中国能源格局的重要接替领域，作为中国能源结构转型中的关键一环，对保障国家能源安全具有不可估量的战略价值。中国陆相页岩油资源丰富，在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、松辽盆地、渤海湾盆地和柴达木盆地等广泛发育。鄂尔多斯盆地延长组7段（简称长7段）页岩油资源潜力尤为巨大，预测储量7.7×108 t，探明储量12.6×108 t，已成为长庆油田稳定增储上产的重要接替资源［1-2］。长庆油田立足于勘探开发需求，根据沉积环境特征、岩相组合方式、生产开发模式的差异性，长7段页岩油划分为夹层型、纹层型和泥纹型3类。长71亚段和长72亚段为夹层型页岩油，储集体多表现为三角洲前缘或深水重力流多期巨厚砂体垂向叠置；长73亚段同时发育纹层型和泥纹型2种页岩油，纹层型页岩油主要分布于极细砂—粉砂—泥页岩—沉凝灰岩多岩性复合储集体中，泥纹型则主要分布于以暗色泥页岩为主的储集体中［1-4］。陇东地区作为长庆油田页岩油勘探开发的主战场，通过建立夹层型页岩油百万吨示范区、纹层型页岩油风险勘探区［4-6］，以积极推动强非均质性页岩油储集体高效规模开发为目的，开展了多类型页岩油综合研究和技术攻关，获得了多方面的战略性突破，取得了一系列新的成果及认识。通过传统室内岩心精细描述与多种岩心样品测试实验相匹配，精细表征了长73亚段页岩油各类岩相的宏观沉积特征和微观矿物组分及主微量元素特征［7-16］；采用跨尺度多方法深度融合实验体系，结合孔喉分形理论和核磁T 2孔径转化方法，定量与定性相结合表征了砂岩和泥页岩的孔隙结构［12-23］；基于对泥页岩有机碳TOC、岩石热解参数（S 1+S 2）、生物标志物、有机质族组分等多种地球化学指标的分析，综合判识了泥页岩形成环境、母质类型、成熟度以及含油性［23-32］；从泥页岩生烃潜力、泥页岩封堵性评价、砂岩孔—缝结构体系以及含油可动性评价入手，结合古气候特征，对长73亚段纹层型页岩油成藏富集条件进行了系统研究，建立了纹层型页岩油富集发育模式［32-35］。综上所述，目前针对长73亚段页岩油的新地质认识主要集中在对粉砂岩、泥页岩和凝灰岩等单一岩石类型开展的微观组分特征、孔隙结构特征、有机地球化学特征及油气富集规律等研究中，而缺乏对陇东地区长73纹层型页岩油岩相组合类型的定量定性表征、沉积成因分析和分布规律刻画等问题的系统性研究，一定程度制约了该区纹层型页岩油高效开发。
针对陇东地区长73亚段页岩油储集体岩相类型多、相变快、厚度薄、分布连续性差的复杂地质特征，利用岩心观察、薄片鉴定、X射线衍射分析及TOC含量分析等地质资料，在宏观沉积特征和微观岩石组分特征识别的基础上，结合有机地球化学指标，明确了研究区长73亚段岩相类型及其特征，划分出不同沉积成因岩相组合方式，依托研究区长73亚段重点骨架取心井刻画出各类岩相组合在剖面和平面上的分布特征，建立陇东地区长73亚段岩相组合沉积模式，明确了不同成因类型岩相组合的空间展布规律。该研究结果对于鄂尔多斯盆地长73亚段页岩油储集体成因分析、储集体分类评价、有利甜点识别预测具有重要的理论和生产意义。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地位于我国华北地台西部，属于一个大型多旋回克拉通盆地，油气矿产资源丰富，是我国主要能源盆地之一［1-5］。在秦岭造山活动控制下，鄂尔多斯盆地在晚三叠世延长组沉积期形成了一个具有优质生储盖岩系组合的大型陆相坳陷湖盆，湖盆经历了从沉降到扩张再到消亡的完整过程。三叠系延长组整体地层厚度约在1 000~1 500 m之间，根据标志层自下而上可划分为10段（长1—长10段）［图1（b）］。其中，长7段沉积期，构造运动强烈，水体持续加深，湖盆规模达到最大，半深湖—深湖区面积约为6.5×104 km2［1］。
图1 鄂尔多斯盆地陇东地区地质综合图

（a）鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区位置图；（b）延长组7段综合柱状图

Fig.1 Geological comprehensive map of Longdong area in Ordos Basin

研究区位于鄂尔多斯盆地西南部的陇东地区［图1（a）］，北起华池，南抵庆阳，西起贺旗，东至山庄，属于长庆油田页岩油主力产油区之一。长7段沉积时期，研究区整体位于湖盆沉积中心，属于半深湖—深湖沉积环境，主要物源方向为西部物源和西南物源［9-17，36-39］，区域内广泛发育具有良好生烃潜力的巨厚富有机质泥页岩和具有良好储集性能的重力流成因的细粒薄层砂岩。根据沉积旋回和岩性特征，长7段又可细分出3个亚段［图1（b）］，长73亚段湖盆规模达到鼎盛，气候温暖潮湿，火山活动频繁，藻类等生烃母质繁盛，为页岩油大规模富集创造有利条件，长72亚段至长71亚段沉积期，湖盆开始逐渐萎缩［3，9-11］。

2 岩相类型及特征

岩相是岩石的颜色、碎屑组分、颗粒大小等特征综合体现，能直接反映岩石的沉积环境。本文在重点取心井的岩心观察和岩心样品分析化验基础上，根据岩石的粒度、沉积构造、碎屑矿物组分及TOC含量，综合认为陇东地区长73亚段主要发育极细砂岩相、粉砂岩相、粉砂质泥岩相、泥页岩相、沉凝灰岩相和凝灰岩相。
极细砂岩相厚度范围为0.3~1.9 m，平均厚度为0.9 m，颜色以灰色、灰褐色为主，岩性为极细砂岩，矿物组分表现为高石英、低黏土、高长石特征（图2，表1），粒径范围为0.18~0.03 mm，分选差—较好，磨圆次棱—次圆状，常见块状层理、交错层理和平行层理［图3（a）—图3（c）］，镜下有机质常充填孔隙，与泥页岩接触面呈不规则状，与粉砂岩接触面则呈平行状，易出现构造缝［图4（a），图4（b）］。该类岩相主要发育在距离物源较近、沉积物卸载速度快、水体能量强的沉积环境中［40-46］。
图2 陇东地区长73亚段不同岩相矿物成分分类

Fig.2 Petrographic mineralogical compositions of different lithofacies in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

表1 陇东地区长73亚段不同岩相矿物成分

Table 1 Petrographic mineralogical compositions of different lithofacies in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

岩相类型 矿物含量/% 样品数量/块
石英 黏土矿物 长石 黄铁矿 方解石
极细砂岩相

49.9~68.8

（58.4）

19.6~31.8

（27.3）

10.4~15.2

（12.3）

0.5~1.3

（0.8）

0.7~1.8

（1.2）

 15
粉砂岩相

46.7~60.4

（51.2）

32.7~43.5

（40.4）

5.7~7.2

（6.7）

0.6~1.1

（0.8）

0.6~1.5

（1.2）

 10
粉砂质泥岩相

32.7~44.8

（36.3）

52.3~61.8

（58.3）

1.9~3.1

（2.3）

0.6~3.8

（2.3）

0.6~1.0

（0.8）

 10
泥页岩相

12.4~32.5

（16.5）

55.6~67.8

（57.3）

1.3~2.4

（1.5）

7.4~11.8

（9.5）

3.2~5.6

（4.7）

 6
沉凝灰岩相

35.8~47.3

（42.1）

41.7~52.1

（46.4）

7.5~9.3

（8.1）

1.1~2.2

（1.3）

0.6~2.4

（2.1）

 7
凝灰岩相

35.7~43.9

（39.7）

43.5~57.1

（46.4）

3.2~5.4

（4.7）

2.8~4.1

（3.9）

1.2~3.2

（2.8）

 7

注：“——”上为变化范围，“（）”内为平均值

图3 陇东地区长73亚段不同岩相典型沉积构造及岩心照片

（a）L230井，1 586.3 m，块状极细砂岩相；（b）N278井，1 685.6 m，平行层理极细砂岩相；（c）N265井，1 790.6 m，交错层理极细砂岩相；（d）L16井，1 756.1 m，软沉积变形粉砂岩相；（e）Y66井，2 327.4 m，上部为砂纹层理粉砂岩相，底部为水平层理粉砂岩相；（f）W100井，1 986.8 m，水平层理粉砂岩相；（g）L230井，1 596.5 m，水平纹层粉砂质泥岩相；（h）Z334井，1 837.56 m，水平纹层粉砂质泥岩相；（i）X395井，1 993.2 m，泥质粉砂岩夹泥质条带，顶部见黄铁矿；（j）Z40井，1 642.3 m，泥页岩相含黄铁矿；（k）B36井，2 005.3 m，泥页岩相含碳化植物碎屑；（l）Z353井，1 803.9 m，交错层理沉凝灰岩相；（m）N278井，1 687.1 m，水平层理沉凝灰岩相；（n）Z80井，1 682.1 m，凝灰岩与泥岩薄互层；（o）L302井，2 129.9 m，凝灰岩与泥岩薄互层；（p）Z375井，1 960.7 m，凝灰岩与泥岩互层

Fig.3 Sedimentary structure and core photos of different lithofacies in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

图4 陇东地区长73亚段不同岩相微观特征

（a）N228井，1 772.8 m，极细砂岩与富有机质泥岩接触，具微裂缝；（b）N228井，1 778.3 m，极细粒砂岩和粉砂岩接触，接触面具水平状构造缝；（c）L16井，1 758.6 m，具粒序递变的粉砂岩与富有机质泥岩接触界面呈不规则状，具火焰状构造；（d）L230井，1 587.3 m，粉砂岩与粉砂质泥页岩接触，具微裂缝；（e）Z80井，1 679.5 m，粉砂岩和富有机质泥岩互层，具水平状构造缝；（f）C96井，1 688.4 m，泥页岩具纹层构造；（g）L302井，2 125.4 m，沉凝灰岩与富有机质泥岩互层；（h）LY10井，1 707.8 m，凝灰岩与富有机质泥岩互层

Fig.4 Microcosmic characteristics of different lithofacies in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

粉砂岩相厚度范围为0.2~1.7 m，平均厚度为0.7 m，以灰色、深灰色粉砂岩为主，碎屑矿物组分具有高石英、中黏土矿物、中长石含量特征（图2，表1），粒径范围为0.1~0.4 mm，分选中等—较好，磨圆次棱—次圆状，发育水平层理、沙纹层理和软沉积变形构造［图3（d）—图3（f）］，与富有机质泥岩接触界面多呈不规则状，具负载及火焰状构造，砂岩层略显粒序递变，发育微裂缝［图4（c），图4（d）］。该类岩相主要发育在砂质物源供给较为充足、沉积物卸载速度稳定、水体能量较强的沉积环境中，主要为浊流沉积产物［43-48］。
粉砂质泥岩相厚度范围为0.2~2.1 m，平均厚度为0.7 m，以深灰色、灰黑色粉砂质泥岩为主，碎屑矿物组分表现为高黏土矿物、中石英、低长石含量特征（图2，表1），粒径范围为0.05~0.2 mm，分选磨圆较好，主要发育水平层理［图3（g），图3（h）］，多与粉砂岩呈薄互层，发育水平构造缝［图4（e）］，有机质含量高，TOC值范围为1.9%~3.7%，平均值为2.6%。该类岩相主要发育在泥质物源供给充足、沉积物卸载速度慢且稳定、水体能量较弱的沉积环境中，属于浊流转化形成的低能泥质碎屑流沉积产物［42-44］。
泥页岩相厚度范围为0.4~2.4 m，平均厚度为0.8 m，岩相多为灰黑色、黑色泥岩和页岩，碎屑矿物组分具有高黏土矿物、高黄铁矿、低石英含量特征（图2，表1），多呈块状和条带状［图3（i）］，水平层理发育，可见植物碎屑、炭屑和自生黄铁矿［图3（j），图3（k）］，镜下泥页岩具纹层构造，上部发育富碎屑的硅质纹层，下部发育含藻类孢子囊化石富有机质纹层［图4（f）］，有机质含量高，TOC值范围为2.3%~10.2%，平均值为4.2%，属于水体能能量弱的半深湖—深湖环境下形成深水原地沉积［42-44］。
沉凝灰岩相（火山碎屑含量在25%~75%之间）厚度范围为0.3~1.8 m，平均厚度为0.5 m，岩性主要为黄色、褐灰色沉凝灰岩，矿物组分多表现为中石英、中黏土矿物、中长石含量的特征（图2，表1），多发育块状、交错层理和水平层理［图3（l），图3（m）］，镜下沉凝灰岩常与富有机质泥页岩薄互层［图4（g）］，体现出沉积水动力的多变性。块状和交错层理表明水携火山碎屑流水体能量高，沉积厚度较大，而水平层理薄层沉凝灰岩相则属于相对低能的环境产物［39-45］。
凝灰岩相（火山碎屑含量在50%~90%之间），范围为0.5~11 cm，岩性主要为灰黄色凝灰岩，分选性较好，与沉凝灰岩相相比，黏土矿物含量平均较高，矿物组分表现为中石英、中黏土矿物、低长石含量的特征（图2，表1），纹层—薄层状凝灰岩相多与黑色富有机质泥页岩顺层分布、交替发育［图3（n）—图3（p），图4（h）］，多属于风携火山碎屑空降沉积的产物［42-47］。

3 岩相组合类型及垂向叠置分布特征

3.1　岩相组合类型

在岩相识别的基础上，依据岩相矿物特征、有机质特征、垂向接触关系、厚度规模和沉积环境，将陇东地区长73亚段岩相组合归纳为4个组合类型，分别为高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）、高石英中黏土矿物富有机粉砂薄层互层型岩相组合（组合类型Ⅱ）、高黏土矿物富有机粉砂薄层孤立型岩相组合（组合类型Ⅲ）和高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合（组合类型Ⅳ）。
高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）主要由极细砂岩相与泥页岩相以互层形式产出，底部为多期叠置的厚层块状极细砂岩相，上覆块状泥页岩相，极细砂岩相与下伏泥页岩多呈突变接触，反映了沉积物的快速沉降，属于块状搬运的砂质碎屑流沉积与深水原地沉积交替沉积产物，自然伽马曲线表现为厚层或薄层箱形［图5（a）］。整体厚度范围在1.18~19.73 m之间，平均厚度为8.17 m，单砂层厚度在0.2~2.39 m之间，平均厚度为1.73 m，砂地比平均为0.2（表2）。整体矿物组分表现为高石英、低黏土矿物特征（图6），TOC平均值为2.8%，有机质含量中等。
图5 陇东地区长73亚段不同类型岩相组合

（a）组合类型Ⅰ：高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合；（b）组合类型Ⅱ：高石英中黏土富有机粉砂薄层叠置型岩相组合；

（c）组合类型Ⅲ：高黏土富有机粉砂薄层孤立型岩相组合；（d）组合类型Ⅳ：高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合

Fig.5 Different types of lithofacies assemblages in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

表2 陇东地区长73亚段不同岩相组合厚度特征

Table 2 Thickness characteristics of different lithofacies assemblage types in the Chang 73 sub-member in the Longdong are

井名 组合Ⅰ 组合Ⅱ 组合Ⅲ 组合Ⅳ
单砂层均厚/m 砂地比

整体

厚度/m

 单砂层均厚/m 砂地比

整体

厚度/m

单砂层

均厚/m

 砂地比

整体

厚度/m

 单砂层均厚/m 砂地比

整体

厚度/m
Q91 3.40 0.28 12.30 / / / 2.89 0.18 15.80 1.90 0.28 6.72
X395 4.40 0.26 17.00 / / / 3.62 0.20 18.26 3.06 0.24 12.64
X270 4.72 0.24 19.73 4.36 0.25 17.38 1.59 0.21 7.52 1.00 0.26 3.86
L302 0.55 0.12 4.42 8.23 0.27 30.48 0.80 0.15 5.34 1.50 0.17 8.73
L568 / / / 5.43 0.26 20.50 3.50 0.19 18.55 / / /
L230 / / / 1.90 0.19 10.00 0.80 0.14 5.71 0.30 0.12 2.50
Y245 0.20 0.17 1.18 1.70 0.15 11.33 1.60 0.10 16.00 0.10 0.10 1.00
W100 / / / 0.70 0.04 17.50 0.70 0.05 14.00 0.10 0.13 0.77
N278 2.10 0.20 10.50 0.90 0.10 9.00 / / / 0.10 0.07 1.43
Z375 1.30 0.23 5.65 2.20 0.20 11.00 0.50 0.10 5.00 1.60 0.20 8.00
Z353 1.50 0.30 5.00 0.50 0.18 2.78 0.10 0.05 2.00 2.30 0.30 7.67
Y274 0.40 0.15 2.67 2.10 0.24 8.75 1.50 0.08 18.75 0.20 0.03 6.67
Z334 1.30 0.25 5.20 1.10 0.12 9.17 0.80 0.05 16.00 0.30 0.27 1.11
LY10 2.30 0.21 10.95 0.90 0.10 9.00 1.10 0.18 6.11 0.90 0.25 3.60
J221 / / / 1.20 0.15 8.00 0.80 0.03 26.67 / / /
N265 1.20 0.19 6.32 0.60 0.14 4.29 0.20 0.09 2.22 0.40 0.11 3.64
B36 1.60 0.20 8.00 1.20 0.19 6.32 0.30 0.07 4.29 0.10 0.03 3.33
B42 1.50 0.17 8.82 0.80 0.20 4.00 0.40 0.09 4.44 0.90 0.20 4.50
L287 0.60 0.12 5.00 1.30 0.20 6.50 / / / 0.30 0.17 1.76
X140 2.30 0.22 10.45 / / / 0.60 0.05 12.00 0.80 0.18 4.44
J217 / / / 1.60 0.17 9.41 0.10 0.02 5.00 0.10 0.04 2.50
Z80 1.20 0.12 10.00 0.80 0.15 5.33 0.20 0.08 2.50 0.10 0.20 0.50
C96 0.50 0.13 3.85 1.40 0.14 10.00 0.30 0.15 2.00 0.10 0.07 1.43
均值 1.73 0.20 8.17 1.95 0.17 10.54 1.07 0.11 9.91 0.77 0.16 4.13
图6 陇东地区长73亚段不同岩相组合矿物成分

Fig.6 Petrographic mineralogical compositions of different lithofacies assemblage types in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

高石英中黏土矿物富有机粉砂薄层互层型岩相组合（组合类型Ⅱ）表现为泥页岩相、粉砂质泥岩相、粉砂岩相和极细砂岩相在垂向上互层发育，底部多发育为薄层极细砂岩，之上为粒度较细具有平行纹层、沙纹层理的厚层粉砂岩相，顶部为块状或水平层理泥页岩相，整体上表现出“鲍马序列”特征，反映了能量递减条件下多期沉积物的逐级沉降，属于浊流沉积与深水原地沉积交互产物，自然伽马曲线表现为钟形［图5（b）］。整体厚度范围在2.78~30.48 m之间，平均厚度为10.54 m，单砂层厚度在0.8~8.23 m之间，平均厚度为1.95 m，砂地比平均为0.17（表2）。矿物组分表现为高石英、中黏土矿物特征（图6），TOC平均值为4.3%，有机质含量较高。
高黏土富有机粉砂薄层分离型岩相组合（组合类型Ⅲ）表现为泥页岩相、粉砂质泥岩相和粉砂岩相混杂沉积，底部为软沉积变形薄层状的粉砂岩相，其上覆盖厚层水平层理粉砂质泥岩相，顶部发育厚层块状泥页岩相，整体属于深水泥质沉积与泥质碎屑流沉积相互作用的结果，自然伽马曲线表现为齿状［图5（c）］。该组合整体厚度范围在2.0~26.67 m之间，平均厚度为9.91 m，单砂层厚度在0.1~0.8 m之间，平均厚度为1.07 m，砂地比平均为0.11（表2）。矿物组分具有高黏土矿物、高黄铁矿和低石英含量特征（图6），TOC平均值为8.9，有机质含量高。
高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合（组合类型Ⅳ）在研究区有2种表现形式，一种形式表现为泥页岩上覆于极细砂岩相和沉凝灰岩相垂向互层组合体。极细砂岩相和沉凝灰岩中可见交错层理和水平层理，表明水体能量较强，整体属于水携火山碎屑流与深水原地沉积交互产物，自然伽马曲线表现为锯齿状单峰或双峰状［图5（d）］；该组合整体厚度范围在0.5~12.4 m之间，平均厚度为4.13 m，单砂层厚度在0.1~3.06 m之间，平均厚度为0.77 m，砂地比平均为0.16（图6）。矿物组分具有高石英、中黏土矿物含量特征［图6］，TOC平均值为6.1%，有机质含量高。另一种形式表现为凝灰岩与泥页岩呈毫米或厘米级纹层状互层［图5（d）］，厚度多在数毫米到十几厘米之间，属于风携火山碎屑空降沉积与深水环境交互产物。

3.2　岩相组合分布特征

基于对陇东地区长73取心井岩心精描，通过建立顺物源方向的岩相组合连井剖面（图7），厘清从湖盆边缘到湖盆中心各类岩相组合的在纵向和横向上的分布规律。
图7 陇东地区长73亚段不同岩相组合连井剖面分布特征

Fig.7 Distribution characteristics of connecting well profile of different lithofacies assemblage types in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）在研究区边部发育频率最高，极细砂岩单砂层厚度大，泥页岩沉积较薄，多发育块状和平行层理；在研究区深水区，砂地比减小，泥页岩沉积变厚，极细砂岩单砂层多表现为薄层条状。
高石英中黏土富有机粉砂薄层叠置型岩相组合（组合类型Ⅱ）主要发育在湖盆深水区，向深湖区延伸较远，随延伸距离增加，砂地比逐渐减小，泥质沉积增厚，极细砂岩和粉砂岩相单砂层厚度减薄，出现由具小型交错和平行层理条带状极细砂岩相夹薄层粉砂岩相向具沙纹层理和水平层理厚层粉砂岩相夹薄层极细砂岩相的演化。
高黏土矿物富有机粉砂薄层孤立型岩相组合（组合类型Ⅲ）在研究区广泛发育，在区域中部深水区该组合单砂层多为具有水平层理的粉砂岩薄层，深水泥质沉积厚度大，泥质碎屑分选磨圆较好，表明经历过长距离搬运距离。在研究区边部该类岩相组合单砂层表现为具变形层理的粉砂岩，泥质沉积多为深灰色厚层的块状粉砂质泥岩和泥页岩，指示整体块状固结的沉积方式，体现了泥质碎屑流与深水泥质沉积垂向叠置。
高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合（组合类型Ⅳ）在研究区边部至深湖区均有发育。在研究区西南部组合类型Ⅳ发育厚度大，单砂层多为厚层极细砂岩和沉凝灰岩互层，交错层理和平行发育较好，向深水区延伸，单砂层厚度逐渐变薄。自西南向东北方向厚度较薄的组合类型Ⅳ发育频率逐渐减少，其单砂层多呈具水平层理的薄层凝灰岩。
总体来看，从研究区湖盆边缘到湖盆中心深湖区依次出现砂质碎屑流沉积厚层极细砂岩相与深水泥页岩沉积互层叠置、浊流沉积粉砂岩相与深水泥页岩沉积垂向叠置、泥质碎屑流砂泥混层沉积与深水泥页岩原地沉积垂向组合的变化特征，表明依次发育组合类型Ⅰ、组合类型Ⅱ、组合类型Ⅲ。在研究区边部发育厚层组合类型Ⅲ表明湖盆边部广泛发育泥质碎屑流，厚层组合类型Ⅳ仅在研究区西南部附近，表明西南部水携火山碎屑流发育较多，而薄层组合类型Ⅳ则全区各处均有发育，表明风携火山碎屑空降沉积在研究区发育广泛。剖面显示，从研究区湖盆边缘到湖盆中心深湖区，组合类型Ⅰ、组合类型Ⅱ和组合类型Ⅳ的发育频率逐渐减低，单砂层厚度减薄，砂地比减小，而组合类型Ⅲ则出现先减少后增多的趋势。同时，组合类型Ⅱ常发育于组合类型Ⅰ之上，且组合类型Ⅲ多发育于组合类型Ⅰ和组合类型Ⅱ之上，此类现象属于流体运移转化时沉积物重力分异造成的，流体在运动过程中，流体能量下降，泥质含量增加，密度降低，使得低密度、粒度较细的流体常位于在高密度、粒度较粗的流体前端和顶部。

3.3　岩相组合平面展布特征

本文在岩心详细观察与描述的基础上，按照“点—线—面”研究思路，基于重点单井和连井岩相组合分布特征（图8），刻画出各类岩相组合平面展布特征。长73亚段沉积期，在西部物源和西南物源影响下，陇东地区从湖盆边部到湖盆中心深湖区，各类岩相组合发育位置和厚度、形态具有明显差异性。
图8 陇东地区长73亚段岩相组合平面分布特征

Fig.8 Plane distribution of different lithofacies assemblage types in the Chang 73 sub-member in the Longdong area

组合类型Ⅰ在研究区湖盆边部多呈宽带状延伸，在深水区相交汇聚成片状，主要分布于研究区庆城—庆阳—合水地区。组合类型Ⅱ集中发育在研究区中部深湖区，平面上环带状分布于组合类型Ⅰ前端和侧翼，呈细条带状延伸，并在深湖区呈片状朵体，主要分布于华池—悦乐—五蛟一带。组合类型Ⅲ在研究区广泛发育，多呈片状环绕着其他三类岩相组合分布。组合类型Ⅳ多呈点状或土豆状在深湖区零星分布，同时呈条状广泛分布于研究区西南部的庆阳—白马—盘客附近。
综上所述，从研究区湖盆边部到湖盆中心深水区，长73亚段岩相组合呈现出由组合类型Ⅰ、组合类型Ⅱ、组合类型Ⅲ的演化规律，表明了砂质碎屑流、浊流和泥质碎屑流之间的有序转化［36-38，45-49］。研究区广泛发育的片状组合类型Ⅲ表明在湖盆边缘泥质富集区易形成泥质碎屑流，也表明了浊流向泥质碎屑流转化较为频繁。呈厚层条带状分布的组合类型Ⅳ集中发育于在研究区西南部表明该地区存在火山碎屑沉凝灰岩富集区，易形成水携火山碎屑流向深水区延伸展布。同时，区域内零星发育的薄层点状分布的组合类型Ⅳ与当时盛行的西南向古季风有关［36-38］。

4 沉积模式

综合研究区岩相类型特征和岩相组合空间展布特征，建立了陇东地区长73亚段岩相组合沉积模式（图9）。长73亚段沉积期，鄂尔多斯盆地西南部快速伸展沉降，湖盆不断扩张，水体持续加深，形成了广泛发育的半深湖—深湖沉积。同时，盆地西南部构造运动强烈，地震和火山事件频繁，湖盆边缘坡度陡，使得陇东地区湖盆陡坡附近的砂质富集区、泥质富集区和凝灰质富集区的沉积物频繁垮塌形成不同类型流体。随着流体向湖盆深处运动，受物源供给和水体能量的影响，砂质碎屑流、浊流和泥质碎屑流不同流体之间常常相互转化，这导致了不同沉积成因的岩相组合在空间上的差异性分布。
图9 陇东地区长73亚段岩相组合沉积模式（据文献［10，12，45］，有修改）

Fig.9 Depositional model of different lithofacies assemblage types in the Chang 73 sub-member in the Longdong area（modified from Refs.［10，12，45］）

受频繁构造活动的影响，湖盆陡坡富砂区沉积物滑动滑塌形成砂质碎屑流沿交错坡向深湖区运移。作为高能流体，砂质碎屑流携带大量富含石英矿物的粗碎屑沉积物，在向深湖区运移的过程中，水体能量快速减弱，在重力分异下碎屑中粒径较大的极细砂首先在坡折带末端逐渐沉降堆积，由于构造活动频繁，砂质物源供给充足，沉积物多期叠置发育，最终形成了流水沉积构造发育明显、厚度较大的极细砂岩岩相。湖盆陡坡富砂区形成的高能砂质碎屑流展现出强大的供砂能力，但陆源有机质含量较少，沉积速率大，使得极细砂岩相中有机质含量较低。值得注意的是，高能砂质碎屑流在迁移过程中，往往会剥蚀并携带富含有机质的泥质基底，并将其搬运至深水区域，显著促进了湖盆深水区有机质的富集。随着砂质碎屑流持续向湖盆中心搬运，滑动滑塌形成物源砂质供给减少，加之环境水体卷入和稀释，流体搬运能力减弱，粗碎屑逐渐沉降，流体密度逐渐降低，促使砂质碎屑流逐渐向浊流转化。相较于高密度砂质碎屑流，低密度浊流具有更快的运移速度，因此常呈片带状分布于砂质碎屑流前端和侧翼。
低密度浊流携带剩余沉积物向湖盆深处继续运动，由于物源砂质供给的匮乏以及流体搬运能力的进一步衰退，浊流承载的沉积物发生逐级沉降，粒度较大且密度较高的粗碎屑沉积在下部，粒度较小且密度较低的泥质沉积物在上部沉积，在垂向上形成泥页岩岩相、泥质粉砂岩岩相及极细砂岩岩相依次叠置的正粒序沉积构造，向湖盆深处延伸砂质沉积物厚度逐渐减薄。浊流在运动过程中持续侵蚀湖盆泥质基底，导致流体中泥质沉积物含量持续上升，随流体能量减弱，携带沉积物中极细砂逐渐沉降完全，低密度浊流逐渐转化为泥质碎屑流。
最终，水体能量衰减导致泥质碎屑在浊流前端和侧翼沉积。泥质碎屑颗粒以粉砂和泥为主，混杂堆积，形成厚层泥页岩相和粉砂质泥岩相夹薄层粉砂岩岩相。在构造运动影响下，湖盆陡坡富泥区大块含粉砂泥质沉积物垮塌后在运动过程中与盆地水体混合稀释也可形成泥质碎屑流。这些来源于富泥区的泥质碎屑流在向湖盆深处运移时，携带了丰富的陆源有机质，随着水体搬运能力逐渐减弱，沉积物发生差异性沉降。底部粉砂质沉积物富集，而顶部则是泥质沉积物富集，沉积速率较快，削弱了有机质氧化速度，有利于有机质的保存富集，因此，泥质碎屑流沉积的岩相有机质含量较高。
鄂尔多斯盆地晚三叠世火山事件频繁，研究区内较为显著，特别是在西南部湖盆边缘地带，火山碎屑沉积物广泛发育，向东北部减薄［37-44］。在强烈构造运动背景下，湖盆边部的凝灰质富集区易形成水携火山碎屑流，携带大量湖盆边缘的砂质和沉凝灰质沉积物向深水区迁移，这一迁移过程类似于砂质碎屑流搬运机制，表现为在搬运过程物源供给逐渐减少，水体中侵蚀基底的富有机泥质含量增高，随水体搬运能力逐渐减弱，流体携带的沉积物逐级沉积，垂向上形成厚度差异较大的沉凝灰岩与极细砂岩互层体。同时，在研究区内西南方向的古季风影响下［36-42］，富含凝灰岩和泥的火山灰被季风卷携至湖盆深水区降落后形成薄层沉积。整体来看，古季风、构造运动、物源供给、地形坡度和流体转化共同控制着研究区岩相组合空间分布的差异性。
综上可知，高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）的发育明显受高能砂质碎屑流和深水原地泥质沉积的双重控制，多发育于湖盆富砂区坡折带至半深湖—深湖区，坡度越陡，砂质物源供给充足，该类型岩相组合砂质夹层沉积厚度越大，范围越广。高石英中黏土富有机粉砂薄层叠置型岩相组合（组合类型Ⅱ）的分布受到浊流沉积和深水原地泥页岩沉积的影响，该类型岩相组合多环绕着组合类型Ⅰ前端和侧翼连片发育，并顺组合类型Ⅰ运动方向朝深水区延伸较远。受泥质碎屑流形成条件差异的影响，高黏土富有机粉砂薄层孤立型岩相组合（组合类型Ⅲ）在富泥区坡折带附近呈厚层片状，而富砂区远端的深湖区多呈薄层片状分布于组合类型Ⅱ边缘。高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合（组合类型Ⅳ）在富凝灰质物源供给的影响下通过火山碎屑流在湖盆坡折带附近规模分布，同时受古季风影响在湖盆深处悬浮沉降多呈薄层点状分布。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地陇东地区长73亚段主要发育6种类型岩相，分别为极细砂岩相、粉砂岩相、粉砂质泥岩相、泥页岩相、沉凝灰岩相和凝灰岩相。受沉积环境控制，不同岩相矿物组分及有机质含量具有明显差异。
（2）基于各类岩相的沉积特征、砂体规模、砂体接触关系、砂地比、微观矿物及TOC含量的差异性分析，研究认为陇东地区长73亚段垂向上主要发育4种岩相组合，分别为高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）、高石英中黏土富有机粉砂薄层互层型岩相组合（组合类型Ⅱ）、高黏土富有机粉砂薄层分离型（组合类型Ⅲ）和高石英富有机凝灰质不等厚互层型（组合类型Ⅳ）。
（3）研究表明，从研究区湖盆边部到湖盆中心深湖区，岩相组合呈现出由组合类型Ⅰ、组合类型Ⅱ、组合类型Ⅲ的演化规律，表明了砂质碎屑流、浊流和泥质碎屑流之间的有序转化。研究区广泛发育的片状组合类型Ⅲ表明在湖盆边缘泥质富集区易形成泥质碎屑流，也表明浊流向泥质碎屑流转化较为频繁。呈厚层条带状分布的组合类型Ⅳ集中发育于研究区西南部表明该地区存在火山碎屑沉凝灰岩富集区，易形成水携火山碎屑流向深水区延伸展布。同时，研究区零星发育的薄层点状分布组合类型Ⅳ与当时盛行的西南向古季风有关。
（4）地震活动、火山作用等强烈且频繁的构造作用和湖盆边缘陡峭的地形是形成重力流流体的先决条件，物源供给类型、水体能量变化是控制重力流流体之间转化关键要素，而不同流体之间相互转化是决定不同沉积成因岩相组合差异性分布的主导因素，同时沉积期盛行的古季风也对岩相组合的分布有着重要影响。强烈的构造运动使得湖盆陡坡近端在砂质、泥质和凝灰质含量不同的区域形成的不同类型岩相组合，表明了物源供给类型和水体能量强弱对岩相组合分布的主导作用。湖盆陡坡富砂区自近端至远端深湖区依次发育高石英中有机极细砂厚层叠置型岩相组合（组合类型Ⅰ）、高石英中黏土矿物富有机粉砂薄层互层型岩相组合（组合类型Ⅱ）、高黏土矿物富有机粉砂薄层分离型岩相组合（组合类型Ⅲ），体现了重力流流体有序转化对岩相组合差异性分布的主控作用。同时，高石英富有机凝灰质不等厚互层型岩相组合（组合类型Ⅳ）在东北呈薄层点状的分布规律体现了东北古季风的盛行也对区域岩相组合分布有着重要影响。

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