劉翰林，邱振，徐黎明，王鳳琴，童強，藺嘉昊，尹帥，王文強

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2. 北京大學地球與空間科學學院，北京100871；3. 中國石油長慶油田公司，西安710021；4. 西安石油大學地球科學與工程學院，西安710065；5. 西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質(zhì)學系，西安 710069；6. 中國石油長慶油田公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300；7. 油氣資源與探測國家重點實驗室（中國石油大學（北京）），北京102249）

0 引言

淺水三角洲發(fā)育在構(gòu)造穩(wěn)定、地形平緩、水體較淺、物源充足的盆地中[1-5]，具有以分流河道為主要骨架砂體、不具備吉爾伯特式三層結(jié)構(gòu)等特征。Fisk等[6]在研究密西西比河時，將河控三角洲分為深水型和淺水型，并首次提出淺水三角洲的概念。Postma[7]將低能盆地中的三角洲劃分為淺水三角洲和深水三角洲兩大類，闡明其沉積特征受沉積過程與沉積構(gòu)造背景的共同控制。

中國諸多大型湖盆淺水三角洲中均發(fā)現(xiàn)了規(guī)模巨大的油氣儲集層，有關(guān)砂體分布規(guī)律和成因研究一直是油氣勘探的重點研究目標。中國學者根據(jù)不同的認識相繼提出了“基準面旋回控砂”[8]、斷陷湖盆“多元控砂”[9]、“湖岸線控砂”[10-11]、“河流侵蝕控厚砂，岸線遷移控薄砂”[12]等多種觀點。

20世紀初，長慶油田先后在鄂爾多斯盆地隴東的西峰地區(qū)和姬塬地區(qū)的三疊系延長組長 8段發(fā)現(xiàn)億噸級以及超億噸級大油田。2015年以來，隨著勘探向湖盆中心推進，在隴東地區(qū)長 82亞段先后落實了 L9井區(qū)、Z91井區(qū)、H82井區(qū)等 6個含油氣富集區(qū)，其中L152井獲得了200 t/d的高產(chǎn)工業(yè)油流，顯示該地區(qū)具有較好的勘探前景和巨大的資源潛力。目前鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長 8段砂體沉積特征方面的研究更多聚焦于長81亞段，而對于長82亞段淺水三角洲研究較少，尤其是對長82亞段厚層砂體成因鮮有探討。本文以隴東地區(qū)長82亞段作為研究對象，基于47口取心井巖心描述與評價（包括巖石類型、粒度分析、沉積構(gòu)造、古生物等）、130口井測井等資料，并結(jié)合前人對長 8段沉積期湖盆古地理環(huán)境的研究成果[13-16]，分析了淺水三角洲砂體特征，并結(jié)合沉積物體積分配原理和可容空間變化規(guī)律，劃分了厚層砂體的成因類型。

1 沉積層序特征

隴東地區(qū)位于盆地鄂爾多斯盆地西南部，區(qū)域構(gòu)造上橫跨西緣沖斷帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡和渭北隆起 4個構(gòu)造單元[17]（見圖 1a），區(qū)域構(gòu)造為一西低東高、地層傾角小于 1°的單斜，區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模較小的鼻狀隆起，斷層和褶皺均不發(fā)育，構(gòu)造條件較為穩(wěn)定。三疊系延長組是在盆地持續(xù)凹陷和穩(wěn)定沉降過程中堆積的一套河流—湖泊相陸源碎屑巖沉積體系[18]，自上而下分為長 1段—長 10段共 10個段[19]（見圖 1b），長6段—長8段地層保存完整，鉆探程度相對較高。

前人將延長組劃分為1個超長期旋回，5個長期旋回（SQ1—SQ5）和 17個中期旋回[20]。長8段處于超長期旋回的首次洪泛面（長91亞段頂部）和最大洪泛面（長73亞段下部）之間，同時跨越2個長期旋回SQ2和 SQ3。在此期間，湖盆經(jīng)歷了多次快速升降變化，短期內(nèi)發(fā)生了三角洲的進積和退積過程。其中長82亞段是在長9段頂部沉積時湖泛期后基準面開始下降的過程中形成，沉積厚度為35～45 m，位于長期旋回SQ2的頂部，對應(yīng)了一個上升和下降半旋回厚度近等的完整中期旋回[21]（見圖1c），代表了水體由淺變深，再變淺的演化過程。

圖1 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)地質(zhì)概況（a）、延長組（b）及長8段（c）層序地層劃分（地質(zhì)年代據(jù)文獻[22]修改）

2 淺水三角洲沉積特征

前人研究表明鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段發(fā)育淺水三角洲[13]。筆者基于 47口取心井巖心資料和130口井測井資料，進一步對研究區(qū)的巖石類型、粒度特征、沉積構(gòu)造、古生物標志等方面開展分析與研究。

隴東地區(qū)長82亞段為一套灰色泥巖與灰綠色粉細砂巖互層的細粒沉積層系，整體上呈還原條件下的暗色特征。巖石類型主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，以及少量巖屑砂巖，并以高含變質(zhì)巖巖屑為特征。砂巖粒度較細，巖性主要以細砂巖為主，分選為中等—差，碎屑顆粒呈次圓狀—次棱角狀，磨圓為中等—差。20件巖心樣品的粒度概率累計曲線主要分為兩段式（見圖2a）和三段式（見圖2b）兩種類型。

兩段式粒度概率累計曲線的跳躍次總體含量為60%，直線段傾角為63°，為主要搬運方式，而懸浮次總體發(fā)育較局限，跳躍次總體與懸浮次總體的交截點的粒度為 3.35。粒度頻率曲線呈單峰態(tài)，說明沉積物成分較為單一，在沉積過程中受相對穩(wěn)定水流作用影響。這類樣品占比為 35%，主要分布在研究區(qū)西南部遠離湖盆中心的位置（見圖2c），反映了較強水動力條件下形成的分流河道沉積環(huán)境。

三段式粒度概率累計曲線的跳躍次總體含量為70%，直線段傾角為71°，與懸浮次總體的交截點的粒度為 3.75。雙峰態(tài)的粒度頻率曲線特征說明沉積過程中受到了河流和湖水的綜合改造作用。這類樣品占比為65%，主要分布在靠近湖盆中心一帶（見圖2c），反映了較為動蕩的水流環(huán)境，推測為河口壩沉積。

圖2 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段淺水三角洲粒度特征及沉積相平面展布圖

研究區(qū)沉積構(gòu)造類型多樣，中—細砂巖中主要發(fā)育槽狀交錯層理（見圖3a）、平行層理（見圖3b）、沖刷面及泥礫（見圖 3c）等，反映了分流河道等高能環(huán)境。粉—細砂巖中主要發(fā)育沙紋交錯層理、波狀層理（見圖 3d）等，反映了較低能的沉積環(huán)境，其成因多為河流和波浪共同改造的結(jié)果，表明了沉積時動蕩的水體條件。研究區(qū)廣泛分布的古生物標志物主要有蟲孔（見圖3e）、雙殼類（見圖3f）、魚鱗（見圖3g）以及植物化石（見圖 3h—圖 3j）等。其中，櫛羊齒（Pecopteris）和帶羊齒（Taeniopteris）均屬于真蕨綱薄囊蕨亞綱的真蕨目，中脈粗壯，羽片狀葉的兩側(cè)平整無缺，保存較好（見圖3h、圖3i），這種真厥類植物多喜歡持續(xù)性的溫、濕氣候，往往生長在沼澤地帶[23]。新蘆木（Neocalamites）在研究區(qū)分布廣泛且葉脈痕跡清晰可見（見圖3j），是中生代主要的造煤草本植物[24]，多發(fā)育在5 m以內(nèi)的淺水環(huán)境中[14]。野外露頭剖面觀察長82亞段一般發(fā)育2～3層煤線（見圖3k），厚度不超過10 cm，手感較輕，污手，多夾于黑色泥巖之間，在一定程度上指示一種淺覆水、喜濕且植被繁盛的沉積環(huán)境。相比延長組其他段的厚煤層，長82亞段薄煤層可能反映沉積時期湖平面頻繁擺動，湖水進退頻繁，從而造成沼澤環(huán)境難以持久。

圖3 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段淺水三角洲沉積特征

眾多學者嘗試通過泥巖樣品的孢粉組合類型、微量元素和巖石礦物組分變化等研究討論長 8段的古氣候[25-27]，認為長 8段沉積期湖盆處于暖濕的熱帶—亞熱帶低緯度環(huán)境，湖泊水體為微咸水，氣候較為干旱且蒸發(fā)量大于降水量，湖泊水體的補給可能主要靠季節(jié)性洪水，這種氣候條件不利于深水湖泊的形成和發(fā)育。綜上所述，長82亞段砂體形成于河湖過渡的淺水三角洲沉積環(huán)境。

在前人沉積相研究的基礎(chǔ)上[10]，通過生物標志、沉積構(gòu)造以及水動力條件等證據(jù)（見表 1），根據(jù)湖平面的不同位置將研究區(qū)淺水三角洲主體劃分為三角洲平原、三角洲內(nèi)前緣、三角洲外前緣共 3個沉積相帶（見圖2c）。隴東地區(qū)長8段沉積期主要受到西南方向沉積物源的控制，在近物源緩坡搬運作用下發(fā)育了一套淺水辮狀河三角洲沉積體系[28]，主要呈南西—北東向展布。三角洲平原位于平均高水位線以上，河流作用控制下的數(shù)條辮狀河河道由湖盆邊緣向盆內(nèi)推進。在三角洲內(nèi)前緣，平均高水位線和平均低水位線之間湖岸線位置變化大且頻繁擺動，分流河道受岸線遷移的影響下先分汊再交匯。在環(huán)縣—華池—塔兒灣一線辮狀河三角洲前緣與盆地東北部曲流河三角洲前緣相交匯，并從正寧南東方向延伸出去，由于三角洲前緣水動力條件較弱分流河道分汊程度減小，河口壩沉積較發(fā)育。

表1 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段淺水三角洲岸線劃分依據(jù)（據(jù)文獻[10]修改）

3 淺水三角洲主要砂體類型

基于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段淺水三角洲沉積特征，結(jié)合不同砂體測井曲線特征，對沉積體系中砂體特征進行綜合分析。按照形成過程的差異識別出分流河道砂體、河口壩砂體、分流河道-河口壩復(fù)合砂體等3種主要砂體類型。

3.1 分流河道砂體

分流河道砂體是由于河流侵蝕早期沉積物后，碎屑物質(zhì)對其進行充填而形成。巖心觀察巖性以灰白色、灰綠色細砂巖為主，顆粒分選中等，偶見泥質(zhì)夾層，在部分灰色泥巖中可以觀察到植物莖葉碎片。沉積序列自下而上表現(xiàn)為具有沖刷面構(gòu)造的含泥礫細砂巖、大型槽狀交錯層理或平行層理粉砂巖、中—大型槽狀或板狀交錯層理粉細砂巖等，整體呈向上變細的正韻律或間斷性正韻律，代表了水動力逐漸減弱和物源供給逐漸減少的沉積環(huán)境。單砂體厚度一般為6～8 m。自然伽馬曲線為中高幅微齒狀或強齒狀的箱型，頂部一般為漸變接觸，底部為突變接觸，齒化程度在一定程度上可以反映沉積環(huán)境的動蕩程度（見圖4）。

圖4 H19井長82亞段分流河道砂體沉積特征

3.2 河口壩砂體

在湖平面頻繁擺動的沉積背景下，分流河道入湖后水流分散、流速降低，大量砂質(zhì)物質(zhì)在河口處沉積下來形成河口壩砂體。巖心觀察巖性以灰白色粉細砂巖為主，內(nèi)部常見泥質(zhì)條帶，整體非均質(zhì)性較強，主要發(fā)育沙紋交錯層理、波狀層理、變形層理等。河口壩一般具有向上粒度變粗的反韻律特征，從下而上砂巖含量增加，依次發(fā)育粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、中細砂巖。單砂體厚度一般為2～6 m。測井曲線形態(tài)以中—高幅齒化漏斗形為主，頂部呈突變接觸，底部為漸變接觸（見圖5）。

圖5 C105井長82亞段河口壩砂體沉積特征

3.3 分流河道-河口壩復(fù)合砂體

隨著河控淺水三角洲向湖盆中心推進，進積作用使得分流河道對早期沉積的河口壩砂體侵蝕、沖刷，殘余河口壩與分流河道組合形成分流河道-河口壩復(fù)合砂體，二者接觸面為小型沖刷面。巖性剖面表現(xiàn)為正韻律的分流河道砂體疊加反韻律的河口壩砂體，整體上呈復(fù)合韻律。復(fù)合砂體厚度為9～13 m。測井曲線上表現(xiàn)為上部鐘型與下部漏斗形組合特征（見圖6）。

圖6 N137井長82亞段分流河道-河口壩復(fù)合砂體沉積特征

4 厚層砂體分布特征

根據(jù)不同成因類型砂體的識別特征，綜合應(yīng)用巖心、鉆測井等多種地質(zhì)資料，開展鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)82亞段淺水三角洲沉積體系中厚層砂體分布規(guī)律研究。

4.1 平面分布特征

本次研究發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)厚度大于20 m的厚層砂體分布具有明顯的平面區(qū)帶性（見圖7），根據(jù)砂體形態(tài)和分布位置可將其分為兩類：第 1類發(fā)育在淺水三角洲內(nèi)前緣相帶，位于環(huán)縣西南方向，砂體走向呈北東—西南向，與主河道延伸方向有較好的一致性，延伸距離約為30 km，平面寬7～13 km，呈寬條帶狀；第2類沿上里塬—慶城—合水一線分散分布于平均低水位線兩側(cè)，呈不規(guī)則坨狀或枝狀。

這兩類厚層砂體反映砂體的累計厚度，屬于統(tǒng)計性概念，包括單砂體和復(fù)合疊加砂體，前者是指自身垂向上和平面上連續(xù)，但與上下砂體間有泥巖或不滲透夾層分隔的砂體；后者是指某一段地質(zhì)時間內(nèi)由若干具有空間成因聯(lián)系的亞單元組成的砂體組合，且內(nèi)部存在沉積間斷面。因此有必要對平面上受湖岸線控制且形態(tài)不同的厚層砂體進行對比，尤其應(yīng)進一步分析在垂向上不同沉積階段的單砂體以及復(fù)合疊加砂體的分布特征差異。

鄂爾多斯盆地長82亞段砂體物源存在西南、西北和東北等多個方向[29]，其中隴東地區(qū)砂體沉積主要受西南方向物源的控制[28]。為了減少不同物源對砂體沉積的影響，選取湖岸線控制下不同區(qū)帶內(nèi)地理位置較近厚層砂體進行剖面對比，并分別命名為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)（見圖7）。

圖7 隴東地區(qū)長82亞段砂體厚度平面分布

4.2 垂向剖面特征

4.2.1 順主物源方向

順主物源方向連井剖面呈北東—南西向，兩條剖面中長822小層砂體整體呈退積疊加樣式，長821小層砂體整體呈進積疊加樣式，長822小層砂體連續(xù)性好于長821小層（見圖8）。剖面B—B′向湖盆中心方向累計砂體厚度逐漸減?。ㄒ妶D8a），砂體個數(shù)減少、連續(xù)性變差，該剖面西南部主要發(fā)育疊置分流河道砂體，中部以發(fā)育分流河道-河口壩復(fù)合砂體為主要特征，東北部分流河道砂體規(guī)模減少，河口壩砂體不發(fā)育。剖面C—C′主要發(fā)育分流河道砂體和分流河道-河口壩復(fù)合砂體，砂體累計厚度整體上變化不大，砂體連續(xù)性較好（見圖8b）。

圖8 隴東地區(qū)長82亞段順主物源方向砂體剖面特征（剖面位置見圖7；GR—自然伽馬）

4.2.2 垂直主物源方向

垂直主物源方向的連井剖面呈北西—南東向，兩條剖面顯示砂地比均高達 50%以上，分流河道單砂體和分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體是厚層砂體的主要貢獻類型（見圖 9）。分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體在Z126井中貢獻率高達 60%（見圖 9a），在 L200井、L189井、L148井中分流河道單砂體的貢獻率高于復(fù)合疊加砂體，均在50%以上（見圖9b）。

圖9 隴東地區(qū)長82亞段垂直主物源方向砂體剖面特征（剖面位置見圖7）

Z126井、L200井、L189井、L148井分流河道單砂體和分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體在剖面上的垂向分布位置有著較好的相似性。分流河道單砂體主要發(fā)育在長 822小層的上部和長 821小層的下部，砂體形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀，橫向連通性差，垂向表現(xiàn)為不同期次的分流河道單砂體間被泥巖等分隔，沒有直接接觸，無垂向連通性。分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體主要發(fā)育在長822小層中部和長821小層中部，垂向疊加樣式表現(xiàn)為后期形成的分流河道砂體對早期形成的河口壩砂體有較為明顯的切割、侵蝕、沖刷破壞作用。該類型復(fù)合疊加砂體在兩剖面的側(cè)向接觸關(guān)系有著明顯差異，A—A′剖面表現(xiàn)為無明顯的側(cè)向接觸，D—D′剖面表現(xiàn)為側(cè)向遷移幅度較大，同期相鄰的河口壩砂體和分流河道砂體易相互連通，形成小型連片砂壩，L200井和L189井的長822小層中部有著較好的表現(xiàn)。

5 厚層砂體成因分析

已有研究表明，三疊紀延長組沉積期是鄂爾多斯盆地湖盆發(fā)育的鼎盛時期，其形成演化與印支構(gòu)造運動密切相關(guān)[30]。隴東地區(qū)長 8段沉積期對應(yīng)于印支運動Ⅰ幕早期，該沉積期印支運動較弱，鄂爾多斯盆地基本繼承了晚海西期以來的構(gòu)造平穩(wěn)格局[31]，區(qū)域構(gòu)造活動相對較弱，盆地基底穩(wěn)定沉降，湖盆面積約為（6.4～7.7）×104km2，湖盆古地形較為平坦，坡降不足 0.1°，整體上呈現(xiàn)出“盆地構(gòu)造穩(wěn)定、湖盆底形平緩”的淺水三角洲沉積特征[11]。長82亞段對應(yīng)一個完整的中期旋回，表明長82亞段沉積期經(jīng)歷了水體由淺變深再變淺的演化過程，在不同中期基準面變化階段，作為厚層砂體主要貢獻類型的分流河道單砂體和分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體的結(jié)構(gòu)特征存在差異。

雖然控制砂體形成、類型、分布及結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)因素很多，諸如構(gòu)造、氣候、沉積物供給、基準面變化等[32]，這些影響因素之間也會發(fā)生相互作用。但考慮到基準面的運動并不依賴特定環(huán)境，而是普遍存在和持續(xù)進行著的[33]，可容空間往往伴隨這一抽象動態(tài)平衡剖面發(fā)生相應(yīng)變化[34]，因此本文基于長82亞段基準面旋回變化，結(jié)合可容空間變化規(guī)律和沉積物體積分配原理，以 Z126井、L200井、L189井和 L148井為例，對長82亞段厚層砂體開展成因分析，并建立相關(guān)的成因類型。

類型1為高可容納疊置分流河道砂體（見圖10a），主要發(fā)育在中期基準面上升的晚期和下降的早期，對應(yīng)長822小層中上部和長821小層下部。砂體形成于沉積物供給量（S）小于可容空間增長率（A）的欠補償或弱補償?shù)某练e背景。主要由相對孤立的透鏡狀辮狀河道垂向疊置組成，不同期次河道砂體之間往往存在泥質(zhì)隔夾層，兩期砂體垂向上的疊置厚度約為 8～13 m，廣泛發(fā)育在淺水三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶。

類型2為低可容空間疊加復(fù)合砂體（見圖10b、圖10c），主要發(fā)育在中期基準面上升或下降的中期，對應(yīng)長822小層和長821小層中部。砂體形成于S大于A的過補償沉積背景，隨著河控淺水三角洲入湖推進，進積作用使得后期發(fā)育的分流河道對先期沉積的河口壩強烈侵蝕、沖刷，從而形成分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體。主要由透鏡狀辮狀河道與河口壩砂體垂向切疊組成，砂體在垂向上的疊加厚度約為7～10 m。其中，淺水三角洲外前緣型（見圖10c）復(fù)合砂體的橫向連通性往往優(yōu)于淺水三角洲內(nèi)前緣型（見圖 10b），原因是在三角洲外前緣平均低水位線附近的河口區(qū)河道水體進積沖蝕作用較弱，而湖水水體頂托作用增強；在地形平緩地區(qū)河流作用弱，湖泊水動力對湖岸沉積物的改造作用較強，后期分流河道砂體沖刷早期河口壩砂體所形成的復(fù)合砂體容易在橫向上連片分布。

圖10 隴東地區(qū)長82亞段厚層砂體成因類型

6 油氣勘探意義

近年來，淺水三角洲理論趨于成熟，淺水三角洲沉積體系不斷完善。隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的不斷深入，淺水三角洲環(huán)境下形成的非常規(guī)油氣儲集層已經(jīng)成為重要的油氣勘探目標。隴東地區(qū)長82亞段具有“滿盆含砂”的平面分布特點，儲集層平均孔隙度為8.8%，平均滲透率為0.64×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲儲集層[35]。本文總結(jié)了隴東地區(qū)長82亞段厚層砂體成因類型，通過比較長 82亞段厚層砂體平面分布（見圖7）與滲透率平面分布（見圖11）發(fā)現(xiàn)：發(fā)育在平均低水位線兩側(cè)的不規(guī)則坨狀或枝狀厚層砂體的滲透率相對較高。這些厚層砂體主要分布在環(huán)縣—慶城—合水一帶，是當前隴東地區(qū)石油勘探開發(fā)的重要區(qū)帶之一。

圖11 隴東地區(qū)長82亞段滲透率平面分布圖（據(jù)文獻[35]修改）

7 結(jié)論

鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82亞段沉積期為構(gòu)造穩(wěn)定，地勢平坦（坡降不足 0.1°）的淺湖沉積背景，從巖石類型、粒度特征、沉積構(gòu)造、古生物標志等方面進一步分析了淺水三角洲沉積特征，其沉積相帶可劃分為三角洲平原、三角洲內(nèi)前緣及三角洲外前緣。

隴東地區(qū)長82亞段發(fā)育分流河道砂體、河口壩砂體、分流河道-河口壩復(fù)合疊加砂體共3種主要砂體類型。不同成因砂體組合形成的厚層砂體在平面上的分布具有明顯區(qū)帶性，總體可分為兩類：第 1類主要發(fā)育在淺水三角洲內(nèi)前緣相帶，與主河道延伸方向有較好的一致性，形態(tài)呈“寬條帶狀”；第2類主要沿上里塬—慶城—合水一線分布于平均低水位線兩側(cè)，分布較分散，呈不規(guī)則坨狀或枝狀。

長82亞段厚層砂體成因類型可分為高可容空間疊置分流河道砂體模式和低可容空間疊加復(fù)合砂體模式，根據(jù)復(fù)合砂體側(cè)向連通性的差異可以進一步將后者分為淺水三角洲內(nèi)前緣型和淺水三角洲外前緣型兩亞類。