天然气地球科学 >

2026 , Vol. 37 >Issue 3: 473 - 487

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2025.10.013

海陆过渡相页岩层系沉积与古地貌空间格局的响应关系——以鄂尔多斯盆地东缘山西组山2 3亚段为例

  • 吴勇 , 1 ,
  • 王旭旭 2 ,
  • 李永洲 3 ,
  • 周路 1 ,
  • 李树新 3
展开
  • 1. 西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500
  • 2. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
  • 3. 中石油煤层气有限责任公司，北京 100028

吴勇（1982-），男，陕西咸阳人，博士，讲师，硕士生导师，主要从事复杂油气藏/非常规油气藏地震检测方法与技术研究.E-mail：.

收稿日期: 2025-08-31

  修回日期: 2025-10-20

  网络出版日期: 2025-10-29

基金资助

中国石油—西南石油大学创新联合体科技合作项目(2020CX030103)

收起

Response relationship between sedimentation of marine-continental transitional shale strata and spatial pattern of paleogeomorphology： Taking the Shan2 3 sub-member of Shanxi Formation in the eastern margin of Ordos Basin as an example

  • Yong WU , 1 ,
  • Xuxu WANG 2 ,
  • Yongzhou LI 3 ,
  • Lu ZHOU 1 ,
  • Shuxin LI 3
Expand
  • 1. School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
  • 2. Exploration and Development Research Institute，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China
  • 3. PetroChina Coalbed Methane Co. ，Ltd. ，Beijing 100028，China

Received date: 2025-08-31

  Revised date: 2025-10-20

  Online published: 2025-10-29

Supported by

The Science and Technology Cooperation Project of the CNPC-SWPU Innovation Alliance(2020CX030103)

Fold

摘要

揭示“古地貌对沉积体系及沉积物分布的约束作用”是研究盆地沉积充填演化的关键。针对鄂尔多斯盆地东缘山西组海陆过渡相页岩层系沉积控制因素尚不明确的地质问题，基于三维地震资料，结合钻井数据，以印模法经去压实校正，重建研究区山2 3亚段沉积前古地貌空间格局，系统分析古地貌对页岩层系沉积的控制作用，为页岩气“甜点”评价提供依据。研究表明：山2 3亚段沉积前地貌呈现“隆洼相间”的地貌空间格局；古地貌结合沉积相划分有效揭示了页岩的空间分布规律与古地貌空间格局的响应关系，页岩沉积呈现出下段古地貌控制、上段沉积相控制的“两段式”沉积模式，山2 3亚段沉积早期完全受古地貌控制，形成三角洲前缘—障壁岛—潮坪—潟湖/海湾沉积组合，古地貌洼地作为页岩优势富集区，其相对低能—还原的潟湖/海湾沉积环境有利于有机质的富集与保存，水平井实施效果证实了基于古地貌恢复刻画页岩分布的可靠性；山2 3亚段沉积晚期，古地貌对沉积的控制作用明显减弱，逐渐过渡为三角洲前缘—潮坪—沼泽沉积组合，大规模的潮坪—沼泽沉积环境虽然影响着页岩层的沉积，但整体趋于富氧条件，不利于有机质的保存。海陆过渡相页岩层系沉积与古地貌之间的响应关系分析为研究区页岩气“甜点”的预测奠定了重要的基础。

关键词： 古地貌恢复; 去压实校正; 海陆过渡相; 页岩层系; 山2 3亚段; 鄂尔多斯盆地东缘

本文引用格式

吴勇 , 王旭旭 , 李永洲 , 周路 , 李树新 . 海陆过渡相页岩层系沉积与古地貌空间格局的响应关系——以鄂尔多斯盆地东缘山西组山2 3亚段为例[J]. 天然气地球科学, 2026 , 37(3) : 473 -487 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2025.10.013

Abstract

Revealing the constraining effect of paleogeomorphology on sedimentary systems and sediment distribution is the key to studying the sedimentary filling and evolution of basins. Aiming at the geological problem that the sedimentary controlling factors of the marine-continental transitional shale strata in the Shanxi Formation of the eastern margin of Ordos Basin， this study reconstructs the spatial pattern of pre-sedimentary paleogeomorphology of the Shan2 3 sub-member using the impression method with decompaction correction， based on 3D seismic data and combined with drilling data. A further systematic analysis of the controlling effect of paleogeomorphology on the deposition of shale strata was conducted， so as to provide a basis for the evaluation of shale gas “sweet spots”. The research shows that the pre-sedimentary paleogeomorphic of the Shan2 3 sub-member presented a spatial pattern of alternating uplifts and depressions. The combination of paleogeomorphology and sedimentary facies division effectively reveals the response relationship between the spatial distribution law of shale and the spatial pattern of paleogeomorphology. The shale deposition presents a “two-stage” sedimentary model， where the lower section is controlled by paleogeomorphology and the upper section by sedimentary facies. During the early sedimentary period of the Shan2 3 sub-member， sedimentation was completely controlled by paleogeomorphology， forming a sedimentary combination of delta front-barrier island-tidal flat-lagoon/bay. Paleogeomorphic depressions served as favorable enrichment areas for shale， and the relatively low-energy and reducing lagoon sedimentary environment was conducive to the enrichment and preservation of organic matter. The implementation effect of horizontal well has confirmed the reliability of shale distribution based on paleogeomorphology restoration. During the late sedimentary period of the Shan2 3 sub-member， the controlling effect of paleogeomorphology on sedimentation weakened significantly， and the sedimentary combination gradually transitioned to delta front-tidal flat-swamp. Large-scale tidal flat-swamp sedimentary environment influenced the deposition of shale， but the overall environment tended to be oxygen-rich， which was unfavorable for the preservation of organic matter. The analysis of the response relationship between the deposition of transitional shale strata and paleogeomorphology has laid an important foundation for the prediction of shale gas “sweet spots” in the study area.

Key words： Paleogeomorphology restoration; Decompaction correction; Marine-continental transitional facies; Shale strata; Shan2 3 sub-member; Eastern margin of Ordos Basin

0 引言

全球非常规油气资源丰富，目前已成为油气勘探开发领域研究的热点。页岩气作为一种非常规天然气，是天然气资源的重要组成部分。我国页岩气资源丰富且类型多样，主要发育海相、海陆过渡相和陆相3种类型富有机质页岩［1-2］。早期页岩气勘探开发主要集中在四川盆地及其周缘，经多年勘探开发已实现商业性规模开发，并形成涪陵、长宁、威远等多个页岩气产区［3-4］。近年来，随着海陆过渡相页岩气在鄂尔多斯盆地东缘山西组、川东地区龙潭组等钻探取得良好的试气成果，揭示了海陆过渡相页岩气丰富的资源潜力和良好的勘探开发前景，正式拉开了海陆过渡相页岩气勘探开发的序幕［5-7］。
经页岩气资源评价预测，海陆过渡相页岩分布面积广，资源量丰富，其地质资源量约为19.79×1012 m3，约占我国页岩气总资源量的1/4［8］。前人［9-12］针对海陆过渡相页岩沉积环境、资源评价、储层特征等基础研究已取得一定的成果。然而，海陆过渡相页岩有别于深水陆架环境发育的海相页岩，南方海相页岩发育的主要环境是泥质深水陆棚，水体深度大且水动力条件稳定，页岩横向分布范围广、连续性好，单层厚度大［13］，而海陆过渡相页岩在沉积范围、水体深度及沉积物分布等多个方面具有特殊性和复杂性［14-15］，沉积环境复杂，并且前人针对典型页岩层系沉积环境的研究主要是对区域大尺度或单井井点纵向变化开展的沉积环境分析［1，16-17］，形成了障壁海岸—三角洲［16］、三角洲—潟湖沉积组合［1，17］等多种认识，并存在诸多争议，然而针对山西组页岩气勘探最有利层段山2 3亚段［6］页岩层系沉积的控制因素仍不明确，页岩的空间分布规律研究较为薄弱，困扰着页岩气“甜点区”的预测并影响勘探开发效率。
已有针对海相页岩的研究表明，富有机质页岩形成与其沉积时的构造背景和沉积环境密切关联，构造作用通过控制海—陆分异格局、沉积前地貌格局控制页岩的时空分布；沉积环境通过控制水体能量及氧化还原条件等控制有机质的富集与保存［18-19］，而海陆过渡相页岩是否具备同样的控制因素尚不明确。因此，正确构建研究区海陆过渡相页岩层系沉积前古地貌，刻画古地貌单元，通过分析古地貌与沉积相之间的耦合关系，对于揭示古地貌与页岩层系沉积的响应关系、明确页岩优势发育区及其沉积控制因素，进而开展页岩气“甜点区”预测具有重要指导意义。笔者以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块山2 3亚段海陆过渡相页岩层系为研究对象，优选古地貌恢复方法重建海陆过渡相页岩层系沉积前古地貌特征，阐明古地貌单元对页岩层系沉积的控制作用，建立古地貌控制下的沉积模式，明确沉积相发育特征及页岩优势发育区，为海陆过渡相页岩气“甜点”预测和勘探开发提供研究基础和技术支撑。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于我国中西部地区，是我国重要的油气能源基地，具有“满盆气，半盆油”的地质特征。大宁—吉县区块位于盆地东南部，属于过渡性盆缘构造，构造位置位于晋西挠褶带和伊陕斜坡东南交会处［图1（a）］，区块整体呈西倾单斜，研究区位于区块西部斜坡带上，构造较为平缓［20］［图1（b）］。早二叠世太原组沉积期，研究区发育滨岸相—浅海陆棚沉积体系，期间经历多次海侵—海退，形成了多期海陆过渡沉积旋回，沉积了多套厚层灰岩，其顶部东大窑灰岩形成于浅水碳酸盐岩台地沉积环境。在太原组沉积期末，研究区发生大规模基准面（相对海平面）下降，海水在较短地质时间内向盆地东南部退去［21-22］。到山西组沉积早期，盆地东南部仍保留海相沉积，以滨海环境为主，主要发育三角洲—滨岸相沉积体系，为陆表海背景下的海陆过渡沉积阶段，主要包括三角洲前缘、潟湖相、潮坪相沉积，受地形及沉积环境影响沉积的页岩为该区过渡相页岩气的主要目标层段［1，23-24］；山西组沉积晚期，逐渐过渡为三角洲—湖泊沉积体系，以浅水河流—三角洲沉积为主［图1（c）］。
图1 研究区构造位置（a）、（b）及地层综合柱状图（c）

Fig.1 Tectonic location （a），（b） and stratigraphic comprehensive histogram （c） of the study area

钻探资料显示，山2段页岩较为发育，累计厚度大，其中山2 3亚段为研究区海陆过渡相页岩集中发育层段，厚度一般在20~40 m之间，分布较为稳定，同时也是山2段页岩中有机质含量最丰富的层段，测井解释TOC值为1.4%~8.88%（平均值为4.91%），气测显示高，是研究区海陆过渡相页岩气勘探的重点目标层段［6，25-26］，也是本文的重点研究层段。根据山2 3亚段内部岩性组合特征，将其细分为上、下两段。

2 古地貌恢复

沉积古地貌恢复是利用各种地质和地球物理资料，通过对构造变形、风化剥蚀、沉积充填及差异压实等内容的综合性研究，从而达到揭示沉积期古地貌形态的目的［27］。目前，国内外应用于古地貌恢复的技术方法较多，常用的方法主要包括残厚法、印模法、层拉平法、沉积学分析法、层序地层法以及地球物理法等［28-29］。其中，印模法与残余厚度法在古地貌恢复中应用最为广泛，印模法主要是根据上覆标准层与待恢复界面之间的地层厚度差，利用其与古地貌之间互为镜像的关系来反映古地貌形态；而残余厚度法则是充分利用待恢复界面与其下伏标志层之间的残余厚度大小，直接反映古地貌特征。在实际应用中，两者经常结合使用，适用于地层较为平缓，构造相对简单的地区。
研究区内太原组沉积时期发生多次海侵—海退，海相—陆相沉积转换频繁，受沉积压实作用的影响，太原组整体的残余厚度难以准确描述其顶界古地貌特征。此外，研究区钻井分布不均匀，受三维地震资料主频限制（地震资料主频约为35 Hz），东大窑灰岩底界、6号煤层等标志层难以准确识别，整个研究区沉积层序难以有效控制（图2）。基于研究区地层沉积特征，对比各种古地貌恢复技术的优缺点，本文主要采用印模法，利用填平补齐的原理，经去压实校正恢复山2 3亚段海陆过渡相页岩层系沉积前古地貌。
图2 研究区过井地震剖面（南东向）

Fig.2 Cross-well seismic profile of the study area （south-east direction）

2.1　印模法

研究区山2 3亚段为典型的海陆过渡相煤系页岩地层，为一套发育在太原组不整合面之上的沉积充填序列。山2 3亚段顶部发育5号煤层，全区稳定分布，为一区域等时界面，钻井上易于识别，同时在地震剖面上表现为中振幅波峰反射特征，横向分布连续，是作为研究区印模法古地貌恢复的关键上覆标志层。研究区山西组内不存在由于构造运动引起的地层剥蚀，5号煤层与山2 3亚段底界之间为连续沉积，能够近似代表当时海水基准面，因此，充分利用5号煤层与待恢复界面之间沉积厚度趋势面的镜像来表征古地貌的形态才能正确恢复山2 3亚段页岩层系沉积前古地貌空间格局（图3）。
图3 印模法古地貌恢复示意

Fig.3 Schematic diagram of paleogeomorphic restoration by impression method

2.2　去压实校正

印模法恢复古地貌的主要依据是待恢复界面与上覆标志层之间的厚度变化，但现今地层厚度受沉积压实影响，因此，现今地层去压实校正是古地貌恢复的关键问题［30］。由于研究区太原组—山西组为典型的海陆过渡相沉积体系［1，25］，山2 3亚段海陆过渡相页岩层系岩性主要为炭质页岩、泥页岩、煤层及砂岩，现今的地层均存在一定程度的压实。因此，在进行山2 3亚段沉积前古地貌恢复时，需对5号煤层基准面以下至东大窑灰岩顶面之间的山2 3亚段页岩层系进行去压实校正，恢复沉积时期原始地层厚度。
对于沉积地层，前人提出采用反演回剥技术研究压实过程中地层厚度的变化，其基本原理是假设压实前后岩石骨架体积不变［式（1）］，同时仅考虑纵向压实，地层厚度减小是岩层孔隙体积不断减小所形成［31-32］，去压实校正过程如图4所示。
图4 标准去压实校正方法示意（据文献［32］修改）

Fig.4 Schematic diagram of the standard decompaction correction method （modified from Ref.［32］）

∫ Z t o p Z b a s e 1 - φ ( z ) d z = ∫ Z t o p k Z b a s e k 1 - φ ( z ) d z
式中： Z t o p和 Z b a s e分别为目的层段顶、底面的现今埋藏深度，m； φ ( z )为某一埋藏深度的孔隙度值；k为地层沉积时的时间，Ma； Z t o p k、 Z b a s e k分别为t=k时目的层顶、底界面深度，m；z为埋藏深度，m。
不同岩性的孔隙随埋藏深度的增加呈一定经验公式递减［33］，可表达为：
φ ( z ) = a e c z
式中： φ ( z )表示深度为z时的孔隙度，%；z为埋藏深度，m；a、c为常数，无量纲。
根据前人［27，34-36］研究成果，鄂尔多斯盆地泥页岩孔隙度随埋藏深度变化的经验公式为：
φ ( z ) = 38.56 e - 0.000   6 z
砂岩孔隙度随埋藏深度变化的经验公式为：
φ ( z ) = 27.27 e - 0.000   5 z
煤岩孔隙度随埋藏深度变化的经验公式为：
φ ( z ) = 36.45 e - 0.000   6 z
针对研究区山2 3亚段海陆过渡相页岩层系，岩性主要发育炭质页岩、泥页岩、薄砂岩及薄煤层，该套地层岩性组合与前人［27，35］针对鄂尔多斯盆地不同岩性随埋藏深度变化关系的地层具有相似性，在此基础上，以5号煤层为相对基准面，结合现场实际获取的孔隙度随埋深的变化关系（图5），开展去压实校正，以更准确恢复山2 3亚段沉积前古地貌。
图5 鄂尔多斯盆地东南部砂、泥岩及煤层孔隙度随埋深变化统计（据文献［27，34-36］修改）

Fig.5 Statistics of sandstone， mudstone and coal seam porosity variation with burial depth in the southeastern Ordos Basin （modified from Refs.［27，34-36］）

2.3　古地貌特征

基于上述分析，对山2 3亚段沉积前古地貌特征进行了恢复（图6）。去压实前，通过分析发现研究区山2 3亚段厚度与古地貌单元之间存在矛盾，例如A2、A5、A9井3口井山2 3亚段厚度呈现A9井>A5井>A2井的特征，基于印模法原理，A9井应位于低地貌区，A5井位置应略低于A2井，A2井处于古地貌相对高部位，但图中3口井的地貌相对位置与现今地层厚度反映的特征不一致［图6（a）］，去压实前地层厚度大反而呈现地貌高的特征。
图6 研究区山2 3亚段页岩层系沉积前古地貌特征

（a）去压实前；（b）去压实校正后

Fig.6 Pre-sedimentary paleogeomorphic characteristics of the shale strata in the Shan2 3 sub-member of the study area

去压实校正后，A9井处于古地貌洼地，A5井略高于A9井，A2井处于斜坡区，3口井之间的地貌位置关系无矛盾，也进一步表明利用印模法恢复古地貌时去压实校正的重要性。同时去压实校正后研究区古地貌整体呈现出周缘高、中间低，隆洼相间的地貌空间格局［图6（b）］。
为了验证印模法地貌恢复的准确性，选取下伏标志层太原组顶部东大窑灰岩，利用钻井数据对井下太原组顶部东大窑灰岩厚度进行统计，基于残余厚度古地貌恢复原理，利用东大窑灰岩的厚度变化来进一步证实古地貌恢复的可靠性，井下东大窑灰岩厚度呈现出明显的高程差异（图7），整体呈现出高、低相间的特征，同时与去压实校正后古地貌特征对比发现东大窑灰岩厚度变化与古地貌之间具有良好的对应关系，高地貌区灰岩厚度相对较大，低地貌区灰岩厚度小，进一步证实了经去压实校正印模法对研究区山2 3亚段沉积前古地貌形态的准确性，能够有效反映出海陆过渡相页岩层系沉积前古地貌特征。
图7 研究区太原组顶部东大窑灰岩厚度分布

Fig.7 Distribution map of Dongdayao limestone thickness at the top of Taiyuan Formation in the study area

3 古地貌对沉积的控制作用

3.1　典型相标志特征

研究区山西组为典型的海陆过渡相沉积，通过野外露头观察及岩心描述对研究区沉积相标志进行了分析。野外剖面上可观察到暗色页岩、薄砂岩、薄煤层互层的沉积规律，岩性纵向变化频繁［图8（a），图8（b）］，钻井岩心上显示岩性以薄煤层、细砂岩、粉砂质页岩及页岩为主，颜色以灰色—灰黑色等暗色系为主（图8），岩心上可观察到水平层理、平行层理及河流冲刷面等原生沉积构造［图8（d），图8（i），图8（j）］。此外，山2 3亚段上段页岩中可见大量植物残茎化石［图8（e），图8（f）］，山2 3亚段底部暗色页岩中包含丰富的海相生物碎屑，包括海百合、介形虫、海绵骨针等［图8（g），图8（h）］。上述岩性及其组合特征、沉积构造、古生物等沉积标志均反映出研究区山2 3亚段页岩层系的形成是海相、陆相沉积作用共同影响的结果。
图8 研究区山2 3亚段岩石学特征及沉积标志

（a）页岩、砂岩、薄煤层互层沉积，乡宁—台头剖面；（b）砂岩—泥岩互层；（c）煤层，A1井，2 261.03 m；（d）页岩与粉砂质纹层互层，水平层理，邻区A34井，2 123.2 m；（e）灰黑色泥岩，断面见植物残茎化石，A1井，2 276.24~2 276.37 m；（f）灰黑色泥岩，断面见植物残茎化石，A1井，2 271.46~2 271.54 m；（g）灰黑色页岩，含丰富的海相生物碎屑，A1井，2 294.89 m；（h）页岩，见海绵骨针、介形虫等海相生物碎屑，A1井，2 297 m；（i）灰色砂岩，正韵律，粒度向上逐渐减小，平行层理，A18井，2 246.6~2 047.1 m；（j）河流冲刷面，A18井，2 049.6~2 050 m

Fig.8 Petrological characteristics and sedimentary indicators of Shan2 3 sub-member in the study area

3.2　古地貌对沉积物分配的影响

根据去压实校正后的古地貌特征，结合山2 3亚段页岩层系砂岩、页岩预测结果，建立了沉积前古地貌与不同岩性（砂岩、页岩）平面分布的空间对应关系（图9）。山2 3亚段下段页岩与砂岩之间具有良好的耦合关系，同时下段页岩的分布与沉积前古地貌之间具有明确的镜像关系，由中部地貌洼地到周缘地貌高的区域页岩厚度逐渐减小，而砂岩分布则呈现相反的对应关系，高地貌区砂岩厚度大，这些特征均表明沉积前古地貌对山2 3亚段下段沉积物的空间分布具有明显的控制作用；而山2 3亚段上段页岩在研究区分布广泛，其分布特征与下段页岩分布、沉积前古地貌之间无具有明显的对应关系，同时砂岩分布与沉积前古地貌无明显对应关系，结合下段砂岩与页岩之间的耦合关系，沉积物直接充填于沉积前地貌之上，对早期地貌具有填平补齐作用，同时山2 3亚段上段砂岩与页岩累计厚度介于14~18 m之间，整体地层厚度差异变化小，反映出上段沉积前沉积地貌起伏幅度小，沉积基准面横向差异小的特征，进一步表明下段沉积后，山2 3亚段上段沉积物分布不再受沉积前古地貌的控制。
图9 山2 3亚段沉积前古地貌与主要沉积物分布关系

（a）砂岩；（b）页岩

Fig.9 The relationship between pre-sedimentary paleogeomorphology and the distribution of main sediments in Shan2 3 sub-member

综上分析，山2 3亚段下段沉积物的分布是对沉积前古地貌逐渐填平补齐的过程，到山2 3亚段上段沉积时，研究区中部的地貌洼地被填平补齐，导致上段沉积物的分布不再受地貌控制，也反映出山2 3亚段页岩层系纵向上表现出上、下两段式的沉积特征。

3.3　古地貌对沉积相发育的控制

沉积相标志均反映出山2 3亚段页岩层系的形成是海相、陆相沉积作用共同影响的结果，结合区域沉积背景［22，37］，根据岩性组合差异及沉积相标志等，对研究区典型取心井进行单井相划分（图10，图11），其中A1井位于研究区中部低地貌区，该井以滨岸相沉积为主，受多期海进—海退影响，纵向上潟湖/海湾、潮坪、障壁岛、沼泽相频繁交互，下段沉积水体较深以潮坪—潟湖/海湾沉积组合为主，向上沉积水体逐渐变浅，薄煤层及岩心植物根茎化石增多，形成障壁岛—潮坪—沼泽沉积组合（图10）。位于北部高地貌区的A18井，其沉积特征与A1井具有明显差异，该井下段发育多套叠置砂岩，砂岩中夹泥质条带，整体呈现出下粗上细的正粒序特征，岩心上可见平行层理及河流冲刷面［图8（i），图8（j）］，综合认为该井整体发育三角洲前缘亚相，下段以水下分流河道沉积为主，向上逐渐过渡为间湾沼泽沉积（图11）。
图10 研究区A1井山2 3亚段沉积相综合柱状图

Fig.10 Comprehensive histogram of sedimentary facies in Shan2 3 sub-member of Well A1 in the study area

图11 研究区A18井山2 3亚段沉积相综合柱状图

Fig.11 Comprehensive histogram of sedimentary facies in Shan2 3 sub-member of Well A18 in the study area

研究区山2 3亚段下段地貌洼地内以低能—还原沉积环境为主，向斜坡及地貌高地还原性逐渐减弱，水体能量（岩性、伽马能谱测井Th/K值［24］）逐渐增强，沉积环境逐渐向高能—氧化环境过渡；山2 3亚段上段古氧化还原条件（岩性组合、伽马能谱测井Th/U值［24］）整体趋于好氧，水体能量以高能—亚高能为主，整体反映出高能、弱氧化过渡环境［1，24，38］。结合古地貌特征、主要沉积物分布规律及沉积环境，研究区山2 3亚段整体以三角洲前缘—滨岸相沉积为主。在山2 3亚段沉积早期，研究区沉积规律受沉积前地貌空间格局控制，研究区北部地貌高地形成了该区域由陆到海的地貌高差特征，结合单井相特征，在北部高地区域以三角洲前缘亚相为主，发育水下分流河道、水下分流间湾等微相。研究区中南部隆洼相间的地貌格局形成了典型的障壁岛—潮坪—潟湖/海湾沉积体系，地貌高地为障壁岛的形成提供了地形条件，由于受周缘的地貌高地影响，水体流通受阻，易形成相对低能—还原环境，中部低地貌区内形成封闭—半封闭的潟湖/海湾沉积环境；潮坪沉积主要发育在高地及洼地之间相对平缓、水体能量较强的斜坡区域［图12（b）］。
图12 研究区山2 3亚段沉积相平面展布

（a）上段；（b）下段

Fig.12 Plane distribution map of sedimentary facies of Shan2 3 sub-member in the study area

到山2 3亚段沉积后期，早期隆洼相间的地貌格局逐渐被填平补齐，上段沉积受地貌控制作用明显减弱，水体变浅，水体能量逐渐增强，此时研究区北部继承了下段三角洲前缘沉积特征，三角洲前缘沉积范围向南有所延伸，水下分流河道发育较差；研究区中南部整体以潮坪—沼泽沉积为主，在A6井区域局部发育障壁岛沉积［图12（a）］。

3.4　古地貌控制下的沉积模式

基于沉积前古地貌与山2 3亚段页岩层系主要沉积物、沉积相展布之间的关系，认为在山2 3亚段下段沉积时期，受周缘高、中间低、“隆洼相间”的地貌格局控制，形成了北部三角洲前缘，南部障壁岛—潮坪—潟湖/海湾的海陆过渡相沉积组合（图13），其地貌高地为障壁岛及三角洲前缘的形成提供了地形条件，高能—弱氧化的沉积环境导致砂质沉积物相对发育；受障壁岛的约束，地貌洼地内水体流通受阻，结合前人针对地貌洼地内A1井地球化学分析结果：整体反映出低能、半咸水—咸水、弱还原水体，此时气候温暖湿润［1，38］，指示为封闭—半封闭、低能（弱水动力）—弱还原潟湖/海湾沉积环境，有利于有机质富集与保存，主要沉积了一套厚度较大的暗色富有机质页岩。
图13 研究区山2 3亚段下段沉积模式

（a）北—南向；（b）西—东向

Fig.13 The sedimentary model of the lower section of Shan2 3 sub-member in the study area

山2 3亚段上段沉积时期，由于上段的砂岩、页岩分布规律与沉积前古地貌之间不具有明显的对应关系，沉积早期的沉积物（山2 3亚段下段）分布将地貌洼地逐渐填平补齐，上段地层沉积不再受古地貌的控制，同时结合井下煤层及页岩岩心中植物碎屑增多，均表明此时期水体相对变浅，在整体海退的趋势下沉积环境逐渐过渡为正常的潮坪—沼泽沉积，上段富有机质页岩的沉积模式不再为障壁岛—潟湖沉积模式，该时期富有机质页岩沉积主要取决于局部的沉积微相的变化（图14）。虽然上段页岩在整个研究区分布，且厚度较大［图9（b）］，但此时期研究区以高能—弱氧化过渡环境为主，整体趋于富氧条件［12，38］，不利于有机质的保存。
图14 研究区山2 3亚段上段沉积模式

（a）北—南向；（b）西—东向

Fig.14 The sedimentary model of the upper section of Shan2 3 sub-member in the study area

综合认为研究区山2 3亚段沉积前古地貌格局对山2 3亚段页岩层系的沉积具有显著的控制作用，在沉积早期完全受古地貌控制形成了典型的障壁岛—潟湖/海湾沉积模式，地貌洼地内的潟湖/海湾相是富有机质页岩沉积的有利相带；而到沉积后期，地貌控制作用明显减弱，该时期富有机质页岩沉积受局部沉积微相变化控制。因此，山2 3亚段页岩层系下段地貌控制、上段沉积相控制的两段式沉积模式的建立为后续页岩气“甜点”的分析与预测具有重要的指导意义。

3.5　古地貌成果应用

沉积前古地貌格局为山2 3亚段沉积早期的沉积组合及沉积环境的形成奠定了基础，古地貌格局对沉积早期页岩的空间展布具有良好的控制作用［图15（a），图15（b）］。前期在研究区中部实施一口水平井（AH井），针对A1井山2 3亚段底部页岩段，该井水平段累计进尺1 760 m，钻遇页岩、炭质页岩、粉砂质页岩［图15（c），图15（d）］，整体页岩钻遇率高，其中含气页岩钻遇率达81.08%，该井前期试采114 d，累计产气288.8×104 m3，稳定日产气量2.7×104 m3，通过对该井生产动态分析，预测单井EUR为4 400×104 m3，表现出良好的开发前景。水平井实施效果证明，古地貌洼地对研究区山2 3沉积早期页岩沉积具有重要的控制作用，沉积的页岩分布稳定，含气页岩钻遇率高，是页岩气富集的有利场所。同时进一步证实了基于印模法经去压实校正重建沉积前古地貌空间格局，可以有效刻画页岩的空间分布，提高页岩气“甜点”预测的可靠性。
图15 研究区局部古地貌与页岩厚度平面对比、山2 3亚段完钻水平井剖面

（a）局部沉积前古地貌；（b）山2 3亚段下段页岩厚度（局部）；（c）A1井单井柱状图；（d）AH水平井完钻剖面

Fig.15 The plane comparison of local paleogeomorphology and shale thickness in the study area， and the completed horizontal well profile of Shan2 3 sub-member

4 结论

（1）去压实校正是印模法恢复古地貌准确性的关键，去压实校正后研究区呈现出周缘高、中间低、“隆洼相间”的古地貌空间格局。沉积前的古地貌单元对山2 3亚段沉积早期沉积组合及沉积物的分布具有明显的控制作用；到山2 3亚段沉积后期，早期地貌洼地逐渐被填平补齐，对沉积的控制作用明显减弱。
（2）研究区山2 3亚段在海陆过渡的沉积背景下，呈现出下段地貌控制、上段沉积相控制的两段式沉积模式，由沉积早期受古地貌控制的三角洲前缘—障壁岛—潮坪—潟湖/海湾沉积组合，逐渐过渡为沉积晚期的三角洲前缘—潮坪—沼泽沉积组合。
（3）应用古地貌、沉积相划分有效揭示了页岩的空间分布规律，山2 3亚段沉积早期地貌洼地内为页岩沉积与保存提供了良好的条件，页岩厚度大且分布稳定，水平井含气页岩钻遇率高，试采效果良好，取得了较好的钻探效果，可作为下一步研究区页岩气勘探开发的重要目标区；山2 3亚段沉积晚期，大规模的潮坪—沼泽沉积环境控制着页岩的沉积，但整体趋于好氧条件，不利于有机质的保存。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
董大忠，邱振，张磊夫，等.海陆过渡相页岩气层系沉积研究进展与页岩气新发现［J］.沉积学报，2021，39（1）：29-45.

DONG D Z， QIU Z， ZHANG L F， et al. Progress on sedimentology of transitional facies shales and new discoveries of shale gas［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2021，39（1）：29-45.

[2]
郭旭升，王濡岳，申宝剑，等.中国页岩气地质特征、资源潜力与发展方向［J］.石油勘探与开发，2025，52（1）：15-28.

GUO X S， WANG R Y， SHEN B J， et al. Geological characteristics，resource potential，and development direction of shale gas in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2025，52（1）：15-28.

[3]
邹才能，赵群，董大忠，等.页岩气基本特征、主要挑战与未来前景［J］.天然气地球科学，2017，28（12）：1781-1796.

ZOU C N， ZHAO Q， DONG D Z， et al. Geological characteristics， main challenges and future prospect of shale gas［J］. Natural Gas Geoscience，2017，28（12）：1781-1796.

[4]
赵文智，贾爱林，位云生，等.中国页岩气勘探开发进展及发展展望［J］.中国石油勘探，2020，25（1）：31-44.

ZHAO W Z， JIA A L， WEI Y S， et al. Progress in shale gas exploration in China and prospects for future development［J］. China Petroleum Exploration，2020，25（1）：31-44.

[5]
郭旭升，胡东风，刘若冰，等.四川盆地二叠系海陆过渡相页岩气地质条件及勘探潜力［J］.天然气工业，2018，38（10）：17-24.

GUO X S， HU D F， LIU R B， et al. Geological conditions and exploration potential of Permian marine-continent transitional facies shale gas in the Sichuan Basin［J］. Natural Gas Industry，2018，38（10）：17-24.

[6]
匡立春，董大忠，何文渊，等.鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气地质特征及勘探开发前景［J］.石油勘探与开发，2020，47（3）：435-446.

KUANG L C， DONG D Z， HE W Y， et al. Geological characteristics and development potential of transitional shale gas in the east margin of the Ordos Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development，2020，47（3）：435-446.

[7]
邹才能，赵群，丛连铸，等.中国页岩气开发进展、潜力及前景［J］.天然气工业，2021，41（1）：1-14.

ZOU C N， ZHAO Q， CONG L Z， et al. Development progress， potential and prospect of shale gas in China［J］. Natural Gas Industry，2021，41（1）：1-14.

[8]
董大忠，王玉满，李新景，等.中国页岩气勘探开发新突破及发展前景思考［J］.天然气工业，2016，36（1）：19-32.

DONG D Z， WANG Y M， LI X J， et al. Breakthrough and prospect of shale gas exploration and development in China［J］. Natural Gas Industry，2016，36（1）：19-32.

[9]
翟刚毅，王玉芳，刘国恒，等.中国二叠系海陆交互相页岩气富集成藏特征及前景分析［J］.沉积与特提斯地质，2020，40（3）：102-117.

ZHAI G Y， WANG Y F， LIU G H， et al. Enrichment and accumulation characteristics and prospect analysis of the Permian marine continental multiphase shale gas in China［J］. Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2020，40（3）：102-117.

[10]
武瑾，王红岩，施振生，等.海陆过渡相黑色页岩优势岩相类型及成因机制——以鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组为例［J］.石油勘探与开发，2021，48（6）：1137-1149.

WU J， WANG H Y， SHI Z S， et al. Favorable lithofacies types and genesis of marine-continental transitional black shale：A case study of Permian Shanxi Formation in the eastern margin of Ordos Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development，2021，48（6）：1137-1149.

[11]
吴鹏，高丽军，李勇，等.海陆过渡相岩性频繁互层型页岩气潜力评价方法——以鄂尔多斯盆地临兴区块下二叠统山西组为例［J］.天然气工业， 2022，42（2）：28-39.

WU P， GAO L J， LI Y， et al. An evaluation method for shale gas potential of marine-continent transitional facies with frequent interbedded lithology：A case study on the Lower Permian Shanxi Formation in Linxing Block of the Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry，2022，42（2）：28-39.

[12]
孙越，蒋裕强，熊先钺，等.鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县地区山西组山2 3亚段海陆过渡相页岩岩相与沉积环境变化［J］.煤田地质与勘探，2022，50（9）：104-114.

SUN Y， JIANG Y Q， XIONG X Y， et al. Lithofacies and sedimentary environment evolution of the Shan2 3 sub-member transitional shale of the Shanxi Formation in the Daning-Jixian area，eastern Ordos Basin［J］.Coal Geology & Exploration，2022，50（9）：104-114.

[13]
张鹏.沉积环境对页岩气发育的控制作用及应用［D］.北京：中国地质大学（北京），2015.

ZHANG P. The Control Mechanism and Application of Sedimentary Environment for the Shale Gas Accumulation［D］. Beijing： China University of Geosciences （Beijing），2015.

[14]
蔡光银，蒋裕强，李星涛，等.海陆过渡相与海相富有机质页岩储层特征差异［J］.沉积学报，2022，40（4）：1030-1042.

CAI G Y， JIANG Y Q， LI X T， et al. Comparison of characteristics of transitional and marine organic-rich shale reservoirs［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2022，40（4）：1030-1042.

[15]
刘娜娜，张培先，夏威，等.海陆过渡相与海相页岩气储层特征差异性分析——以南川地区龙潭组与龙马溪组为例［J］.海洋地质前沿，2024，40（10）：49-60.

LIU N N， ZHANG P X， XIA W， et al. The differences in reservoir property between marine and transitional facies shale gas：A case study of the Longtan Formation and the Longmaxi Formation in Nanchuan， Sichuan［J］. Marine Geology Frontiers，2024，40（10）：49-60.

[16]
王香增，周进松.鄂尔多斯盆地东南部下二叠统山西组二段物源体系及沉积演化模式［J］.天然气工业，2017，37（11）：9-17.

WANG X Z， ZHOU J S. Provenance system and sedimentary evolution model of the second member of Lower Permian Shanxi Fm in the southeastern Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry，2017，37（11）：9-17.

[17]
ZHANG L F， DONG D Z， QIU Z， et al. Sedimentology and geochemistry of Carboniferous-Permian marine-continental tran-sitional shales in the eastern Ordos Basin，North China［J］.Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology，2021，571（1-3）：110389.

[18]
张水昌，张宝民，边立曾，等.中国海相烃源岩发育控制因素［J］.地学前缘，2005，12（3）：39-48.

ZHANG S C， ZHANG B M， BIAN L Z， et al. Development constraints of marine source rocks in China［J］. Earth Science Frontiers，2005，12（3）：39-48.

[19]
聂海宽，党伟，张珂，等.中国页岩气研究与发展20年：回顾与展望［J］.天然气工业，2024，44（3）：20-52.

NIE H K，DANG W，ZHANG K，et al.Two decades of shale gas research & development in China：Review and prospects［J］.Natural Gas Industry，2024，44（3）：20-52.

[20]
赵龙梅，文桂华，李星涛，等.鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块山西组2 3亚段致密砂岩气储层“甜点区”评价［J］.天然气工业，2018，38（S1）：5-10.

ZHAO L M，WEN G H，LI X T，et al.Evaluation of the “sweet spot” of dense sandstone gas reservoir in Shan2 3 sub-member of Shanxi Formation in Daning-Jixian Block， Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry， 2018， 38（S1）： 5-10.

[21]
鲁静，邵龙义，孙斌，等.鄂尔多斯盆地东缘石炭—二叠纪煤系层序—古地理与聚煤作用［J］.煤炭学报，2012，37（5）：747-754.

LU J， SHAO L Y， SUN B， et al. Sequence-paleogeography and coal accumulation of Carboniferous-Permian coal measures in the eastern Ordos Basin［J］.Journal of China Coal Society，2012，37（5）：747-754.

[22]
李文厚，张倩，李克永，等.鄂尔多斯盆地及周缘地区晚古生代沉积演化［J］.古地理学报，2021，23（1）：39-52.

LI W H， ZHANG Q， LI K Y， et al. Sedimentary evolution of the late Paleozoic in Ordos Basin and its adjacent areas［J］. Journal of Palaeogeography，2021，23（1）：39-52.

[23]
罗力元，李勇，李树新，等.鄂尔多斯盆地东缘大吉地区山2 3亚段海陆过渡相页岩气富集控制因素［J］.天然气地球科学，2025，36（3）：554-566.

LUO L Y， LI Y， LI S X， et al. Controlling factors of marine and continental transitional shale gas enrichment in Shan2 3 sub-member， Daji area， eastern margin of Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2025，36（3）：554-566.

[24]
WANG X X， ZHOU L， WU Y， et al. Restoration of palaeogeomorphology and its petroleum-geological significance： Transitional-facies deposition during the Early Permian in the southeastern Ordos Basin，North China［J］.Geoenergy Science and Engineering，2023，221：111310.

[25]
梁岳立，葛家旺，赵晓明，等.鄂尔多斯盆地东缘山西组2段海陆过渡相页岩高分辨率层序划分及勘探地质意义［J］.天然气地球科学，2022，33（3）：408-417.

LIANG Y L， GE J W， ZHAO X M， et al. High-resolution sequence division and geological significance of exploration of marine-continental transitional facies shale in the 2nd member of Shanxi Formation， eastern margin of Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2022，33（3）：408-417.

[26]
吴勇，王旭旭，周路，等.海陆过渡相页岩层系总有机碳含量地震定量预测：以鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块为例［J］.地质科技通报，2025，44（4）：354-367.

WU Y， WANG X X， ZHOU L， et al. TOC seismic quantitative prediction of marine-continental transitional shale stratum： Taking the Daning-Jixian Block in the Ordos Basin as an example［J］. Bulletin of Geological Science and Technology，2025，44（4）：354-367.

[27]
李进步，王继平，王龙，等.古地貌恢复及其对三角洲前缘沉积砂体的控制作用——以鄂尔多斯盆地庆阳气田二叠系山西组1 3亚段为例［J］.石油与天然气地质，2021，42（5）：1136-1145，1158.

LI J B， WANG J P， WANG L， et al. Paleogeomorphologic restoration and its controlling effect on deposition of delta-front sand bodies：A case study of Shan1 3 sub-member of the Permian Shanxi Formation， Qingyang Gas Field， Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology，2021，42（5）：1136-1145，1158.

[28]
左丽群.古地貌恢复方法综述［J］.石油地质与工程， 2019，33（3）：12-16，21.

ZUO L Q. Review on methods of paleo-geomorphologic restoration［J］. Petroleum Geology and Engineering，2019，33（3）：12-16，21.

[29]
闫海军，何东博，许文壮，等.古地貌恢复及对流体分布的控制作用——以鄂尔多斯盆地高桥区气藏评价阶段为例［J］.石油学报，2016，37（12）：1483-1494.

YAN H J， HE D B， XU W Z， et al. Paleotopography restoration method and its controlling effect on fluid distribution：A case study of the gas reservoir evaluation stage in Gaoqiao， Ordos Basin［J］. Acta Petrolei Sinica，2016，37（12）：1483-1494.

[30]
郭颖，汤良杰，倪金龙.碎屑岩地层压实规律及其在古构造恢复中的应用［J］.岩性油气藏，2016，28（4）：43-50.

GUO Y， TANG L J， NI J L. Clastic strata compaction law and its application to paleostructure restoration［J］. Lithological Reservoirs，2016，28（4）：43-50.

[31]
PERRIER R， QUILBIER J. Thickness changes in sedimentary layers during compaction history［J］. AAPG Bulletin，1974，58：507-520．

[32]
GLIES M R， INDRELID S L， JAMES D M D. Compaction the great unknown in basin modeling［J］. Special Publications of the Geological Society of London，1998，141：15-43.

[33]
刘国勇，金之钧，张刘平.碎屑岩成岩压实作用模拟实验研究［J］.沉积学报，2006，24（3）：407-413.

LIU G Y， JIN Z J， ZHANG L P. Simulation study on clastic rock diagenetic compaction［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2006，24（3）：407-413.

[34]
郭秋麟，陈晓明，宋焕琪，等.泥页岩埋藏过程孔隙度演化与预测模型探讨［J］.天然气地球科学，2013，24（3）：439-449.

GUO Q L， CHEN X M， SONG H Q， et al. Evolution and models of shale porosity during burial process［J］. Natural Gas Geoscience，2013，24（3）：439-449.

[35]
向春晓.杭锦旗地区加里东末期古地貌恢复及对成藏的控制研究［D］. 成都：成都理工大学，2016.

XIANG C X. Research on Palaeogeomorphologic Reconstruction of Late Caledonian Movement and the Controlling Factor of Hydrocarbon in Hangjinqi area［D］.Chengdu：Chengdu University of Technology， 2016.

[36]
林承焰，王文广，董春梅，等.砂岩压实作用研究现状及进展［J］.沉积学报，2020，38（3）：538-553.

LIN C Y， WANG W G， DONG C M， et al. Status quo of sandstone compaction research and its advancement［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2020，38（3）：538-553.

[37]
郭艳琴，赵灵生，郭彬程，等.鄂尔多斯盆地及周缘地区下二叠统沉积特征［J］.古地理学报，2021，23（1）：65-80.

GUO Y Q， ZHAO L S， GUO B C， et al. Sedimentary characteristics of the Lower Permian in Ordos Basin and its adjacent areas［J］. Journal of Palaeogeography，2021，23（1）：65-80.

[38]
GU Y F， LI X T， LI S X， et al. Sedimentology and geochemistry of the Lower Permian Shanxi Formation Shan2 3 sub-member transitional shale， eastern Ordos Basin， North China［J］. Frontiers in Earth Science，2022，10：859845.

Options
文章导航

/

〈 〉

陇ICP备2021001824号-7　 甘公网安备 62010202000678号
版权所有 © 《天然气地球科学》编辑部
地址：甘肃省兰州市天水中路8号　
邮编：730000　
电话：(0931)8277790　
E-mail：geogas@lzb.ac.cn
总访问量 　 今日访问 　 在线人数
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司