陕北地区上三叠统延长组层序地层格架内岩性油气藏分析
陈 飞1，王训练2，罗 平3，张兴阳3，罗 忠3，刘柳红3
(1. 中国地质大学(北京)“海相储层演化与油气富集机理”教育部重点实验室，北京，100083；
2. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京，100083；
3. 中国石油勘探开发研究院，北京，100083)
摘 要：
摘 要：应用高分辨率层序地层学的原理和方法，综合露头、钻井、岩芯以及测井资料，在鄂尔多斯盆地陕北地区延长组长7-长4+5识别出长61底部为三级基准面旋回的层序界面，并划分出1个三级基准面下降半旋回与1个三级基准面上升半旋回，由此建立露头与井下高分辨层序地层格架；通过地层充填序列和基准面的变化关系，构建大型坳陷湖盆高分辨率层序地层格架内砂体的分布模型；在层序地层格架内对岩性油气藏的分布进行分析预测。研究结果表明：层序的演化对岩性油气藏的发育起控制作用；基准面旋回下降期和层序界面附近是有利的岩性油气藏分布区。
关键词：
中图分类号：TE121.34 文献标识码：A 文章编号：1672-7207(2009)04-1146-08
Analysis of litho-stratigraphic reservoirs distribution in
sequence stratigraphic at the upper triassic Yanchang
formation in northern Shanxi
CHEN Fei1, WANG Xun-lian2, LUO Ping3, ZHANG Xing-yang3, LUO Zhong3, LIU Liu-hong3
(1. Ministry of Education Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism,
China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China)
Abstract: According to the theory and approach of the high resolution sequence stratigraphy, combined with outcrops, drilling, well core and well-logging, the sequence boundary at the bottom of the Chang 61 was identified. The high resolution sequence stratigraphy of outcrops and wells was built, too. Based on the relation of strata filling sequence and the changing of base-level, a sandbody distribution model in high resolution sequence stratigraphy of large-scale depression basin was built. After studying the distribution of litho-stratigraphic reservoirs in sequence stratigraphic, it is found that there is a semi-rising cycle and a semi-downing cycle 3rd base-level in the upper Triassic Yanchang formation Chang 7-Chang 4+5 in the north of Shaanxi of Ordos Basin. The development of litho-stratigraphic reservoirs is controlled by the changing of sequence. Beneficial area of litho-stratigraphic traps lie in the sequence of semi-downing base level and beside the sequence boundary(SB).
Key words: Yanchang formation; sequence stratigraphy; sandbody distribution model; litho-stratigraphic reservoirs
以基准面变化为驱动机制的高分辨率层序地层 学[1]自提出以来，其理论和方法日臻完善[2-9]，并用于石油勘探开发[10]。目前，人们对鄂尔多斯盆地延长组层序地层的研究较多[10-12]，但对延长组层序级次的划分与层序构成特征的认识存在较大分歧，并且对于层序格架内砂体分布以及地层岩性油气藏的关系研究较少。在此，本文作者以高分辨率层序地层学理论为指导，以鄂尔多斯盆地陕北地区延河、清涧河、淮宁河以及大理河露头剖面综合研究为基础，结合安塞油田井下资料，建立鄂尔多斯盆地陕北地区上三叠统延长组长7-长4+5高分辨率层序地层格架内三角洲砂体分布规律及模型，分析层序地层格架内岩性油气藏分布。
1 区域地质概况
鄂尔多斯盆地位于华北地台的西部，是1个自中生代以来在稳定的华北地台上形成的大型内陆坳陷盆地，晚三叠世延长组形成完整的河流-湖泊相沉积演化旋回[10-12]。陕北地区处于鄂尔多斯盆地的中北部，与鄂尔多斯盆地具有统一的构造演化史和地层发育史。延长组沉积相的时空演化反映了这个大型淡水湖盆从发生、发展至消亡的完整过程。根据岩性及古生物组合，将延长组自上而下划分为长1至长10等10个油层组。长6期鄂尔多斯盆地东北物源发育盐定、吴旗、志靖、安塞、延安共5个大型曲流河三角洲。曲流河三角洲前缘砂体上覆于湖盆最优质的长7暗色泥页岩之上，是鄂尔多斯盆地最重要的烃源岩发育层位，同时，也是中生界主力产油层位之一，其中长6探明储量的90%分布于本区。陕北地区安塞三角洲东北物源方向的延河、清涧河、准宁河及大理河剖面长6曲流河三角洲砂体出露良好，见图1。
图1 陕北延长组出露范围
Fig.1 Emergence location of Yanchang formation in Shaanxi
2 高分辨率层序地层格架建立和分析
2.1 层序界面的识别
每一个基准面转换的位置记录了基准面旋回变化中可容纳空间增加到最大值或减小到最小值单向变化的极限位置，即基准面旋回二分时间单元界线。因而，基准面旋回上升到下降或下降到上升的转换点可作为地层对比的优选位置[1-4, 7-9]。
通过对盆地内不同层位的露头剖面和测井剖面进行研究，得出盆地内三叠系延长组层序界面的物质表现形式主要有以下几种。
2.1.1 河道冲刷面
由沉积过程中强烈的冲刷、侵蚀作用所造成的冲刷界面，通常出现在河道沉积的底部，因强烈的垂向侵蚀作用所致[1-4]。冲刷作用可以发生于三角洲平原或三角洲前缘。界面起伏不平，界面上下岩性岩相均有明显差异，一般是上粗下细，上浅下深。这类界面常与短期暴露面在横相上相连，或者向湖盆中心与整合界面一致。清涧河营天村露头剖面就具有类似性质，在营天村露头侵蚀深约20 m，分流河道类型主要以辫状为主。下切河道内河道频繁摆动迁移，填充粗粒物质，砂体彼此切割，相互叠置，宽度为100~600 m(图2)，侵蚀面的最宽处位于三角洲沉积体下游的延河朱家湾，其剖面宽约3 km。
图2 陕北地区清涧河剖面营天村露头三级层序
界面断面图
Fig.2 Ⅲ sequence boundary at Qingjian Rive Yingtiancun outcrop in the north of Shaanxi
2.1.2 叠置样式突变面
层序界面上下，岩性、岩相、沉积环境及砂体叠置样式发生突变，一般特征为底部无侵蚀泥砾；界面上下通常发育铁质结核，可以见到煤线或者炭质页岩[8]，砂岩颜色在接近界面附近发生变化，如在水体向上变浅或水体向上变深的相序或相组合的转换处，炭屑含量增加(图3)。对应的电测曲线表现为曲线组合类型发生转换，如进积叠加型向退积或加积叠加型转换等。
图3 陕北地区延河朱家湾露头叠置样式突变面
Fig.3 Contact relationship between the chang 61 and chang 62 at YanHe Rive Zhujiawan outcrop in the north of Shaanxi
2.1.3 湖泛面
在湖盆中发育灰黑色页岩、泥岩和炭质泥岩，自然伽玛和电位曲线呈平直状和齿状，代表水体较深的沉积环境。测井响应为自然电位和电阻均较低。露头上长7段“张家滩页岩”为深灰-灰黑色含炭屑页岩，见方鳞鱼片化石，为深湖相沉积。延河剖面张家滩小学东侧灰黑色页岩厚达4.1 m。
2.2 三级基准面旋回
这里所指的三级基准面旋回是相当于三级层序的一套区域性湖进—湖退沉积序列，与王训练等[3]提出的正层序或者与郑荣才等[4]划分的长期基准面旋回相当。
以延河、清涧河、淮宁河及大理河露头剖面的综合研究为基础，结合安塞油田72口探井特征，将陕北地区延长组长7上部、长63、长62、长61、长4+5下部几个岩性(亚)段划分为1个三级基准面下降半旋回C2与1个三级基准面上升半旋回C1，其中包括3个四级层序(C11，C21和C22)和1个四级基准面下降半旋回C23 (见图 4和图5)。在大理河剖面和淮宁河剖面上，由于剖面出露不完全，长7段发育不全，仅可识别3个四级层序(图4)。
图4 陕北地区安塞三角洲露头区延长组长7-长4+5高分辨率层序划分与对比剖面图
Fig.4 Division and correlation framework of high resolution sequence stratigraphy Chang7-Chang 4+5 of outcrop at
Ansai Delta in the north of Shaanxi
图5 陕北地区安塞三角洲塞121~171井延长组长7-长4+5高分辨率层序划分与对比剖面
Fig.5 Division and correlation framework of high resolution sequence stratigraphy Chang7-Chang 4+5 of Sai 121—171 at
Ansai Delta in the north of Shaanxi
2.2.1 C2三级基准面下降半旋回
大致相当于长7上部~长61底部，此时，相对湖平面下降，形成一种向上可容纳空间减小、水深减小或水动力增强的沉积序列。在垂直湖岸线方向，由物源区到湖盆区，下降半旋回保存的厚度变大，泥质成分增大(图4)。在平行湖岸线方向，下降半旋回保存的厚度变化不大(图5)。骨架砂体类型主要为河口坝、水下分流河道、分流河道和决口扇沉积，岩性为灰色、肉红色、灰白色、绿灰色细砂岩，具“麻斑状”构造，夹多层凝灰质沉积[13]。
早期以湖相沉积为主，三角洲体系相对萎缩。此时，分流河道砂体规模最小，发育加积序列，水下分流河道和席状砂发育。在后期，进积序列开始发育，分流河道弯曲度增大，以分流河道悬浮负载为主，宽厚比增大，侧向延伸距离增大，多数宽数百米，厚度为3~5 m，形成分布广泛的席状孤立砂体[14]。河道砂体粒度向上变细，分选性变好，单期河道的规模变小。
对应于长61底部-长4+5下部，此时，相对湖平面上升。在靠近物源区以上升为主；在靠近湖盆区以下降旋回为主。骨架砂体属分流河道、决口扇沉积，岩性为灰色、浅灰色中砂岩、中细砂岩[13]。该时期随着可容纳空间的增大，硅铝质量比增大，沉积相由三角洲平原向三角洲前缘过渡，形成由下向上水体变深的相序。整体上砂岩厚度和粒度都比下降半旋回要大得多，最厚处在延河朱家湾，厚度约为50 m。
在早期侵蚀的下切河道中进行充填，分流河道砂体彼此切割，相互叠置，形成复合河道砂体结构类 型[15-19]，宽度为100~600 m(图2)。随着相对湖平面上升，下切河道内由进积变为加积，细粒物质增加，河道弯曲度增大，河道砂体呈透镜状发育于细粒泛滥平原中。河道砂体彼此孤立，连通性差，形成迷宫状砂体结构(图6和图9)。随着相对湖平面继续上升，可容纳空间与沉积物供给达到平衡，分流河道由加积逐渐转变为退积。湖浪作用影响变得显著，砂体分选性和磨圆度均变好。在三角洲平原出现煤线[14-19]，越岸沉积增加并且伴随有岸后湖泊(图9)。
(a) 后张家滩露头；(b) 潭家河村西段露头
图6 陕北地区延河剖面长6三角洲平原砂体分布写实剖面
Fig.6 Delta-plain sand-body distribution profile of Ch6 outcrop in Yanhe in the north of Shaanxi
图9 鄂尔多斯盆地东缘延长组长7-长4+5砂体分布模式图(据文献[12]，有修改)
Fig.9 Sand-body distribution model of Ch7-Ch4+5 outcrop in the eastern Ordos Basin
总体来说，研究区由湖盆边缘到中心，砂体厚度变薄。上升半旋回发育趋势减弱，下降半旋回逐步开始发育，见4和图5。
2.3 四级基准面旋回
该层序为1个不对称旋回，此时，硅铝质量比从大于1逐渐变化到小于1，下降半旋回保存的厚度多大于上升半旋回的厚度。在清涧河、淮宁河和大理河剖面仅见下降半旋回。垂直湖岸线向湖盆区下降半旋回保存厚度变小，平行湖岸线方向下降半旋回保存的厚度变化不大。上升与下降半旋回的拐点是基准面上升至最高位置附近，此时可容纳空间较大，形成张家滩页岩，在塞71张家滩页岩厚度可达70 m。
初期以上升半旋回为主，湖平面上升出现湖侵，以退积为主。发育湖相沉积，以张家滩页岩为主，伴有三角洲前缘沉积和前三角洲沉积。随后，湖平面上升缓慢，最终达到相对静止状态，地层开始出现进积。此时，可见水下分流河道，但砂体不很发育，呈孤立状态分布，反映了较低的沉积物供给[14-18]。在后期，以下降半旋回为主，分流河道砂体发育，形成单个河道孤立砂体，呈席状或互层状砂体，横向宽度可达到数万米。
该旋回大致相当于长63，为1个不对称旋回，上升半旋回保存的厚度大多大于下降半旋回的厚度。在上升半旋回时，分流河道充填沉积发育，此时，可容纳空间增大，形成单个河道孤立砂体或多个河道侧向叠置[12]。叠置河道间发育溢岸沉积砂体，砂体叠置宽度为300~600 m，厚度约20 m，如大理河五里湾剖面。在基准面快速下降期，单个河道侵蚀作用强烈(图4)。
2.3.3 C21旋回
该旋回大致相当于长62，为1个不对称旋回，下降半旋回保存的厚度多大于上升半旋回的厚度，尤其是在湖盆区表现得更加突出。整体上表现为席状或互层状砂体，横向宽度可达到几十万米。上升半旋回下部发育河道沉积，上部为漫溢沉积和泛滥平原沉积。下降半旋回处于侵蚀冲刷状态，发育河道砂岩和泛滥平原沉积。
在早期，C21旋回相对湖平面缓慢上升，分流河道弯曲度增大[14, 18]，以悬浮负载为主，宽度与厚度比较大，侧向延伸距离远，形成分布广泛的席状孤立砂体，多数宽数百米，厚度为4~10 m。河道砂体粒度向上变小，分选性变好。在淮宁河剖面砂体平均粒径(对数值，无量纲)Mz和标准偏差σ的分布范围分别为2.81~3.777和0.729~1.002；在大理河剖面砂体Mz和σ的分布范围则分别为2.813~3.807和0.65~1.369。在后期，C21旋回相对湖平面缓慢下降，单期河道的规模变小，细粒溢岸沉积发育。
2.3.4 C11旋回
该旋回大致相当于长61底部至长4+5下部，为1 个不对称旋回。在平行湖岸线方向，下降半旋回在物源区保存较少，而在湖盆区保存较多。整个旋回总体厚度变化不大。在垂直湖岸线向湖盆区，C11旋回厚度变小。基准面上升半旋回发育河道切割充填，表现为分布较广的河谷底部侵蚀界面，在清涧河营田村露头侵蚀沟谷深度可达20余m(图2)。
基准面上升半旋回，下切河道充填发育[16]，下切河道内河道频繁摆动迁移，填充粗粒物质，砂体彼此切割，相互叠置。延河剖面延长县城朱家湾长61底部叠置的砂体宽度可达3 km，最厚处可达26 m。在大理河董家湾露头明显看到下切充填的透镜状砂岩宽度为20~30 m，厚度约10 m。随着相对湖平面继续上升，当可容纳空间与沉积物供给达到平衡时，细粒越岸沉积增加以加积为主，砂体的相互叠置的规模变小，并且局部伴有煤线存在。
在基准面下降半旋回，当后期相对湖平面缓慢上升时，可容纳空间相对减小，河道弯曲度增大，河道砂体呈透镜状发育于细粒泛滥平原沉积内，河道砂体彼此孤立，连通性差，形成迷宫状砂体结构[7, 9, 12]。开始时，可容纳空间与沉积物供给达到平衡，河流由进积逐渐转变为加积。
3 三角洲砂体分布规律及其圈闭分布
3.1 骨架砂体分布
陕北地区延河剖面和清涧河剖面露头断面以及淮宁河剖面木沟湾露头断面见图6和图7。对延河剖面、清涧河剖面、淮宁河剖面和大理河剖面等露头剖面发育的特征进行观察，发现长7期为最大湖泛面，发育了沉积广泛的烃源岩(张家滩页岩)，其水下河道砂岩不发育，一般呈孤立分布。长6期为曲流河三角洲的繁盛期；长63时形成单个孤立河道砂体或者多个河道侧向叠置，其宽度可达100余m，厚度约10 m；长62时河道变宽、厚度变小，河道呈孤立状形成席状韵律互层的泛滥平原砂体；长61时河道下切侵蚀加剧，发育多个辫状河道沉积侧向叠置，垂向上相互切割叠置，平面上连片分布，形成一种泛连通砂体。长4+5期开始次一级湖泛，河道砂体发育，在细粒泛滥平原沉积中，河道砂体彼此孤立，连通性差，形成迷宫状砂体(见图8)。
图7 陕北地区淮宁河剖面木沟湾露头长6三角洲平原砂体分布写实剖面
Fig.7 Delta-plain sand-body distribution profile of Ch6 outcrop in Huaining River in the north of Shaanxi
图8 分流河道砂体分布与基准面变化关系
Fig.8 Diagram illustrating of channel-fills related to the base level change
3.2 砂体分布模型的建立
陕北地区三角洲平原分流河道在层序地层格架内河道类型、砂体形态受控于基准面变化，见图8和图9。郑荣才等[4, 12, 14-18]对河道形态结构与基准面关系进行了研究。
长7水下分流河道砂岩不甚发育，一般呈孤立状分布；长63分流河道砂体呈拼合板状孤立分布；长62分流河道砂体则呈席状互层发育于加积洪泛平原中，呈孤立河道状分布；长61底部发育下切河道充填砂体，砂体彼此切割，相互叠置，形成拼合板状复合河道砂体；长4+5段砂体孤立分布呈迷宫状特征(图8)。长61底部叠置连片的砂体是盆地流体运移的重要通道[13]，控制着本区的岩性油气藏分布。鄂尔多斯盆地延长组长7-长4+5三角洲砂体分布结构模式如图9所示。
3.3 岩性圈闭分布
鄂尔多斯盆地晚三叠世处于稳定的动力学背景和平缓的构造格局，这种构造背景控制着层序发育模式及不同基准面旋回内发育的圈闭和油藏类型和分 布[19-21]。在层序格架中，随着基准面的变化，均可以发育有利的储集层，但是，它们在形成油气藏时存在一定的差异。通过对研究区地层格架内砂体分布模式进行研究以及对钻井资料进行分析发现，本区岩性油气藏的数量众多，多层叠置，尤其是长61底部叠置砂体，可以形成连片成带的大面积岩性油气藏[13]。
鄂尔多斯盆地上三叠统烃源岩分布于各层序中的最大湖泛面(长9、长7、长4+5)。其中长7是主力烃源岩，厚度大(最厚为137 m)、分布广(1 000~3 000 km2)、有机质丰度高。而储层主要分布在长8、长6、长2与长3，与下覆最大湖泛面的生油层形成良好的生储盖组合，即在最大湖泛面附近最有利于形成岩性油气藏。
基准面下降期形成的三角洲前缘砂体，尤其是水下分流河道砂体与下覆基准面转换位置湖泛期形成的烃源岩直接接触，构成下生上储式或侧向生储式组合，极易发生油气聚集，形成岩性油气藏。
在基准面上升期，湖盆形成长4+5的河道砂体，可以与下伏基准面上升早期形成长4+5泥岩，构成下生上储式或侧向生储式组合，上覆泥岩同时又是良好盖层，因而，具有良好的生储盖配置关系，可产生油气聚集。
层序界面附近长61底部砂体相互叠切，平面上连片分布的泛连通砂体极易构成透镜状岩性油气藏，同时，界面附近叠置连片的砂体又是盆地流体运移的重要通道。这些砂体侧向上以分流间湾泥岩封堵，形成指状地层尖灭带，极易产生油气聚集。
4 结 论
a. 长7-长4+5为由1个基准面下降半旋回与1个基准面上升半旋回构成的三级层序，长61底部为三级基准面旋回的层序界面。
b. 建立了露头与井下高分辨层序地层格架。通过地层充填序列和基准面变化，建立了大型坳陷湖盆砂体的分布模型。在基准面下降期，形成孤立河道砂体，呈千层饼状和迷宫状；在基准面上升期，形成孤立河道砂体，呈拼合板状；在层序界面附近河道侵蚀充填，呈叠置连片的拼合板状复合河道砂体。
c. 在高分辨层序地层学分析的基础上，对研究区延长组长7-长4+5的岩性油气藏的分布进行了分析和预测，发现层序演化对岩性油气藏的发育起控制作用，基准面旋回下降期是岩性油气藏形成的有利时期，层序界面附近是有利的岩性油气藏分布区。
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收稿日期：2008-08-22；修回日期：2008-11-15
基金项目：国家“十五”科技攻关计划项目(040501-09)
通信作者：陈 飞(1977-)，男，山东临沂人，博士，从事沉积学与层序地层学研究；电话：010-82312304；E-mail: chenfei1126@163.com
