引用本文

Hui Xiao,Chu Meijuan.Two types of sandstone features and formation origin in the Chang 9 interval of Yanchang Formation, central Ordos Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(1):81-91.[惠潇，楚美娟.鄂尔多斯盆地中部延长组长9油层组2种砂体类型特征及成因分析[J].天然气地球科学，2016,27(1):81-91.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.01.0081

鄂尔多斯盆地中部延长组长9油层组2种砂体类型特征及成因分析

惠潇^1，2 ，楚美娟^1，2 

关键词： 鄂尔多斯盆地       长9油层组       砂体特征       成因分析      

中图分类号:TE122.2⁺3      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)01-0081-11

Two types of sandstone features and formation origin in theChang 9 interval of Yanchang Formation,central Ordos Basin

Hui Xiao^1，2 ，Chu Mei-juan^1，2 

Key words： Ordos Basin;       Chang 9 interval;       Sandstone features;       Forming causes;      

引言

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，蕴藏着丰富的石油和天然气资源^[1,2]。从20世纪70年代以来，经过多年的石油勘探和开发，证明三叠系延长组是鄂尔多斯盆地最重要的产油层系之一^[3,4]。随着地质研究的不断深入和勘探力度不断加大，勘探层位从上部的长2油层组逐渐下移到延长组中下部油层，在长4+5油层组、长6油层组及长8油层组获得了重大突破，同时在长9油层组也获得了新发现，是增储上产的重要目的层系。 近年来，前人^[5-11]对盆地长9油层组在沉积、储层及成藏方面都做了一定的基础性工作，但是随着对鄂尔多斯盆地油气地质条件的重新认识，长9油层组的勘探不断取得新的突破，且越来越多的油藏规模集中在鄂尔多斯盆地的中部（图1），且研究区内长9油层组存在2种类型的砂体，储层非均质性在平面上变化较大，面临着油藏主控因素不明确等地质问题。对于2种砂体的特征及影响因素一直存在疑惑，鉴于此，作者从成藏条件分析入手，通过大量的文献检索和测井、化验等资料分析，重点开展了砂体类型特征及成因分析，精细解剖了砂体结构特征，理清了储集砂体的变化规律，明确了造成储层特征差异的主控因素，以期为鄂尔多斯盆地延长组长9油层组的精细勘探提供理论指导。

关于砂体结构及成因等相关方面的问题，国内外学者^[12-16]做了大量的分析和论证:一方面受控于陆源碎屑从物源区到沉积过程中经历的风化、侵蚀、搬运、压实和胶结作用的影响;另一方面受控于不同物源区的影响，包括周围的气候、水动力条件、岩石的原始构型、沉积环境和成岩作用等方面的影响。本文根据目前所掌握的资料，主要从砂体沉积时的水动力条件、矿物组分、沉积环境和岩石学特征等方面进行了对比分析。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地北起阴山、南至秦岭、西至六盘山、东至吕梁山，横跨陕、甘、晋、宁、蒙５省区，总面积约为25×10⁴km²，是我国第二大沉积盆地，其内蕴藏着丰富的油气资源^[17]。可划分为伊盟隆起、渭北隆起、西缘逆冲带、天环坳陷、陕北斜坡和晋西挠折带６个一级构造单元，盆地边缘断裂褶皱较发育，其内部构造相对简单，地层平缓，一般倾角不足１°，研究区位于鄂尔多斯盆地的中部，横跨天环坳陷和陕北斜坡（图1）。根据岩性组合和含油性特征，延长组自下而上划分出长10—长1共10个油层组（图2），其中长9油层组主要分布在延长组下部。盆地沉降受稳定的构造背景控制^[7,8]，研究区长9油层组的地层厚度变化不大，一般都在100～120m之

间。根据沉积旋回，结合鄂尔多斯盆地石油地质研究人员的日常工作实践，将长9油层组分为上、下2段，即长9₁段和长9₂段。2段地层的储层特征比较相似，厚度均等，一般为50～60m。长9油层组沉积期处于短期旋回的水进体系域，古水平面持续上升，水体最深的地方位于研究区外的东南部，最大深度超过30m，研究区内水体较浅，一般都小于30m，为滨浅湖沉积环境。沉积物主要来源于研究区西北部的阿拉善古陆和东北部的阴山古陆（图3）。

2 储层特征的差异

2.1 矿物成分

延长组主要发育河流相和湖泊相沉积的碎屑岩。根据600余个岩心薄片资料分析，长9油层组的岩石类型主要为中细粒的长石砂岩、岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩（图4）。虽然研究区所有的矿物成分比较相似，都是以长石、石英和岩屑为主，但是从西部到东部每种成分的百分含量差别比较明显 （图5），说明了沉积物受物源、风化作用和搬运过程

等多种因素影响较大。 研究区长9油层组砂岩的碎屑组分主要以石英和长石为主（表1），西部和东部石英含量分别为30.5%和24.1%，长石含量分别为36.3%和34.8%，西部矿物成熟度明显高于东部[图5(a)—图5(d)]。岩屑主要包含火成岩屑、变质岩屑、沉积岩屑、绿泥石和云母，总含量西部为17.9%，东部为15.5%，西部的火成岩屑和变质岩屑明显高于东部。 (a)高石英，CH79井,2 454.86m,长9₁段; (b)高石英，CH63井,2 936.6m,长9油层组； (c)高长石，A27井,2 150.58m,长9₁段； (d)高长石，A26井,2 124.26m,长9₁段； (e)高长石、富云母，X116井，2 523.15m，长9油层组； (f)高长石、富云母，X336井,2 174.14m,长9₁段 此外，绿泥石和云母岩屑的含量反映了岩石原始组构中黏土的含量，东部地区绿泥石和云母岩屑的含量为0.7%，明显高于西部地区的0.3%[图5(e),图5 (f)]。

2.2 沉积相

作为一个大型内陆坳陷型湖盆，在延长组沉积期发育5个长期旋回，自下而上依次为SQ1—SQ5^[18]，经历了河流—三角洲—湖泊—三角洲—河流的完整沉积旋回^[19]。长9油层组整体处于长期旋回(SQ2)的水进体系域，属于水平面逐渐上升的过程，在长9油层组沉积晚期，湖平面达到最大，汇水区位于研究区的东南部（图3），其面积约为1.5×10⁴km²，长105km，宽60km。在此沉积背景的基础上，河流从湖盆周围的山脉流向湖盆中心时，从源区携带大量碎屑，进入河道碎屑被相继卸载，在沉积压实和胶结作用下形成砂岩体。根据大量的岩心资料发现，研究区内植物碎片、植物化石、植物根系及炭屑普遍发育（图6），说明水体较浅，且在不同沉积期湖岸线发生大面积的迁移变化，导致沉积环境表现为陆上和滨浅湖环境的频繁更替，因此在研究区主要发育三角洲沉积相。

三角洲沉积相可划分出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等亚相^[20,21]。根据以往的研究发现^[7,8]，在研究区西部和东部发育明显不同的沉积体系，西部的辫状河三角洲体系和东部的曲流河三角洲体系的区别是导致东西砂体厚度、砂体组合和分布特征差异的主要成因。 (a)植物根系，CH142井,2 348.68m，长9₁段；(b)植物根系，X101井，2 227.3m，长9₁段；(c)植物炭屑，A27井，2 152.4m，长9₁段；(d)植物炭屑，Y68井，2 043.2m，长9₁段；(e)植物碎片，CH61井，2 618m，长9₂段；(f)植物碎片，G81井，1 970m，长9₁段

2.3 砂岩特征

根据研究区60口井的岩心和测井资料分析，在三角洲平原和三角洲前缘亚相沉积环境，分流河道微相和水下分流河道微相是最主要的储集砂体。尽管整个研究区从西部到东部基本全被河道砂体覆盖，且都以中细砂岩为主，分选性中等，但是在砂体的平面展布规模及纵向砂泥岩组合特征等方面仍然存在明显差别（图7）。 在西部地区，砂体单层厚度一般都在20~30m之间，在纵向上表现为多期河道砂体的连续叠加，最厚达到45m，河道之间的夹层由泥岩和粉砂质泥岩组成，厚度从数米到数十米不等。砂岩厚度与地层厚度的比值主要分布在60%~90%之间，平均为75%，整个西部地区主要被砂岩覆盖，泥质和粉砂质泥岩夹层很少发育。从图7砂体厚度图可以看出，长9油层组上部河道宽度为10~25km，河道砂体由西北方向的物源区向南东方向的汇水区延伸。通过联井对比分析（图8），砂体纵向叠加，横向连续性较好，说明物源供给充分，水动力较强，携带及卸载砂体能力强，河道比较稳定。

在东部地区，砂体厚度变薄，主要为5~15m，与西部砂体结构差异较大，砂体垂向叠加厚度一般不超过20m，泥质夹层比较发育，岩性变化频繁，砂地比为20%~50%，平均为35%。在平面上泥质间湾普遍发育，在图7中可以看出，东部地区主要被蓝色区域泥质岩类占据，与西部砂体规模形成鲜明的对比，河道由北东方向的物源区向南西方向的汇水区延伸，河道宽度变化较大，由5~15m不等，河道砂体厚度及平面展布分布不稳定，变化较快（图9）。

3 成因分析

为了评价长9油层组西部砂体和东部砂体差异的成因，本文重点从沉积环境、水动力条件和河道的稳定性等3个方面展开研究。并分别对2种砂体进行了定义：Ⅰ型砂体为“高能量、连续性、稳定河道”砂体；Ⅱ型砂体为“低能量、间歇性、不稳定河道”砂体。

3.1 沉积环境

碎屑岩沉积、压实和成岩作用的环境是决定粒度大小、分选好坏、砂岩的构成、粒度磨圆和沉积构造等最关键的因素^[22,23]。此处主要从搬运距离和 湖盆底型等方面分析砂体特征变化的原因。 根据前人^[9-11]的研究，关于研究区沉积相的认识已达成共识，西部地区发育辫状河三角洲沉积体系，东部地区发育曲流河三角洲沉积体系。假设在2种类型砂体的物源供给都比较充分的情况下，西部地区的沉积物在被搬运了200km后，完全为Ⅰ型砂体覆盖，然而东部发育的Ⅱ型砂体基本都被搬运了350km（图3），甚至更远后才沉积形成，搬运距离远远大于西部砂体，因此西部地区保存下来更多的砂岩，而东部地区保存下来更多的泥岩。 同时应用微量元素Co含量恢复古水深的方法^[24]，对盆地30余口井49块泥岩样品进行微量元素Co(59)分析测试（表2）得知，在长9油层组沉积期，鄂尔多斯湖盆形态由北西向南东方向呈不对称发育（图10）。湖盆底型比周围的其他盆地都缓，一般都小于1°，但是在盆地内部西部地区湖盆底型的坡度明显大于东部地区。西部地区沉积物受较陡的湖盆底型和短距离搬运的控制，砂体结构更倾向于继承辫状河沉积特征，形成Ⅰ型砂体。相反，东部地区沉积物受较缓湖盆底型和较远距离的搬运，砂体

结构更倾向于继承曲流河沉积特征，形成Ⅱ型砂体。

3.2 水动力条件

河流的水动力条件越强，就有越多的陆源碎屑被从物源区带走，进而越多的砂体在搬运过程中被卸载沉积，西部地区的河道沉积特征表明，西部砂体比东部砂体具有更粗的粒度、较高的沉积速率和较好的连续性。 沉积物的粒度越大，就需要越强的水动力条件搬运。通过168个图像粒度分析实验数据表明，长9油层组粒度可分为粗砂、中砂、细砂、粉砂和泥，其中各种粒度的含量变化较大，从小于1%到60%不止。Ⅰ型砂体粒度明显大于Ⅱ型砂体，其粗砂和中砂的含量远远高于Ⅱ型砂体，而细砂、粉砂和泥岩的含量明显低于Ⅱ型砂体（图11），说明了西部沉积体系水动力强度远远高于东部。

砂岩抗压实能力在一定程度上可以说明水动力条件。那些具有刚性颗粒的沉积砂体，塑性组分不发育，代表了一种较强的水动力环境。本文通过压实率的计算，对比分析2个地区的差异。一般用下面的公式计算^[25]： 视压实率(a)=×100％ 原生孔隙＝20.91+22.9/(δ₁/δ₂)^1/2 式中：δ₁为第一四分数，为25%处的粒径值；δ₂为第三四分位数，为75%处的粒径值。一般a>70%，压实程度强；30％<a<70%，压实程度中等；a<30%，压实强度弱。 视压实率a值越大，储层越致密。通过对研究区577个薄片分析数据，计算2种类型砂体的视压实率。Ⅰ型砂体视压实率主要分布在30%~70%之间，以中等压实为主，Ⅱ型砂体主要分布在40%~80%之间，以中强压实为主。东部压实强度明显高于西部（图12），说明了西部砂体抗压实能力较强，刚性颗粒含量较多，水动力较强。 古河流水动力越强，携带的陆源碎屑卸载形成的河道沉积砂体就越厚，且连续性越好。从图8和图9长9油层组联井剖面可以看出，西部地区每口井的砂体在剖面的发育位置都比较相似，其纵向厚度和连续性都比东部砂体具有明显的优越性。

3.3 河道的稳定性

古河道的具体形态是未知的，也没有更精确有效的方法恢复古河道踪迹，更何况在漫长的沉积历史中没有一条河流会保持同一个位置不发生迁移的，无非是河道变化迁移的快慢、频繁程度不同而已。河道越稳定，沉积物被压实和固结后的砂体就越厚，连续性越好，相反，河道变化越大，沉积砂体厚度就越薄，且连续性也较差。假设古河道完全被砂岩充填，在等时地层格架内，通过多口井的测井资料进行地层对比，可以近似的追踪河道砂体的展布规律。此方法只是简要的概述了沉积过程的可能性，我们现在看到的河道之所以比较宽且规模较大是因为不同时期的河道、甚至是同一时期不同的河道叠加的结果，一般被认为是一个河道。 辫状河的稳定性要比单个曲流河的稳定性要强^[26]。受沉积背景的影响，河道形成过程存在差异。西部地区发育辫状河，东部地区以曲流河为主（图3），Ⅰ型砂体的河道轨迹比Ⅱ型砂体的河道轨迹要宽、直和深，因此前者容易形成由多期单河道累计叠加而成的规模较大的砂体类型，与此相反，曲流河河道较窄，横向摆动较大，下切深度较浅，更容易形成一套单层厚度薄,连续性差,相对孤立的砂体类型。

4 结论

(1)受西部辫状河三角洲和东部曲流河三角洲不同沉积体系的影响，研究区长9油层组砂体东西存在明显的区别，西部砂体成熟度高，砂体厚度大，连续性好，单层厚度为20~30m，砂地比为60%~90%，上游河道宽度为10~25km；东部砂体成熟度相对较低，砂体单层厚度为5~15m，砂地比为20%~50%，河道相对较窄，一般为5~10km，泥岩和砂岩近似呈等厚度间互发育，河道砂体空间展布不稳定，连续性较差。 (2)分别对2种砂体进行了定义：Ⅰ型砂体形成于底型较陡、碎屑搬运距离较近、水动力较强、河道较稳定的环境，粒度粗，压实率低，砂体连续性好，河道宽且直，为“高能量、连续性、稳定河道”砂体；Ⅱ型砂体形成于底型较缓、碎屑搬运距离较远、水动力较弱、河道不稳定的环境，粒度较细,压实率高,连续性较差,河道较窄且弯曲,为“低能量、间歇性、不稳定河道”砂体。

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