鄂尔多斯盆地东缘北段晚古生代沉积相研究——以X区块为例

刘子玉，吕 明，刘铁树

（中海油研究总院，北京 100028）

鄂尔多斯盆地东缘北段晚古生代沉积相研究
——以X区块为例

刘子玉，吕 明，刘铁树

（中海油研究总院，北京 100028）

基于岩心、测井、地震及分析化验资料，在区域研究基础上，以X区块为例，对鄂尔多斯盆地东缘北段晚古生代开展了沉积相研究。在研究区共识别出潮坪、沼泽、三角洲、曲流河、辫状河等沉积相类型。通过井震标定及地震相特征分析，河道（分流河道）砂体在剖面上表现为弱振幅、低频不连续、杂乱反射；河漫滩及分流河道间湾表现为强振幅、高频连续反射特征，反射界面较为清楚；垂直河道走向剖面上其外形为顶平底凹或顶凸底凹的透镜体状，内部杂乱或无反射，或为上超式充填反射。从研究区平面沉积相展布图来看，本区发育的河流－三角洲沉积大致呈南北向展布，河道宽约2km～3km，河道叠置区为研究区有利储层最为发育区。

鄂尔多斯盆地；晚古生代；沉积相；测井相；地震相

0 引言

随着勘探开发技术的不断进步以及对能源的迫切需求，近几年在国家及各大石油公司的大力推动下，非常规油气勘探逐渐成为热点。作为非常规油气资源之一，致密气所占的比重已经很高，这将是今后非常规油气勘探的一个重要领域，根据我国第三轮油气资源评价结果，我国致密砂岩气的资源量超过30×1012m3，可采储量为8．8×1012m3～12．1×1012m3，勘探前景广阔［1］。我国的致密气商业发现和开采主要集中于鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地［2］。目前已在鄂尔多斯盆地发现苏里格、大牛地、榆林、米脂、神木等大型气田，这些地区已经成为我国重要的天然气生产基地，致密气累计地质储量约为3．53×1012m3，占盆地已发现天然气总地质储量的84%，显示了鄂尔多斯盆地丰富的致密气资源［3－5］。上古生界石炭－二叠系含气储层是鄂尔多斯盆地重要的致密气层位，以往的油气勘探主要集中于鄂尔多斯盆地主体部位，而盆地东缘地区的勘探程度则较低，目前针对鄂尔多斯盆地东缘北段尚未开展系统的沉积储层研究，对于该区沉积相平面分布特征认识不清。因此亟需开展相关研究，为下一步致密气勘探提供依据。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，是一个多旋回演化的大型叠合盆地，可以划分为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环坳陷以及西缘逆冲带等六个构造单元［6］。研究区位于盆地东缘北段的山西省临县和兴县境内，面积约2 620．293km2（图1），目前研究区仅有20余口钻井和少量二维地震测线。

图1 研究区位置图［4］Fig．1 The location of study area

区域地质背景分析认为，鄂尔多斯盆地石炭系－二叠系地层构成了一个海侵－海退旋回，经历了从滨浅海相到近海三角洲相、再到冲积－河流沉积的古地理格局演化［7－10］。华北陆块早古生代的广阔陆表海沉积因受加里东运动影响而终结，而后经历了长期的抬升侵蚀夷平过程，主体缺失中晚奥陶世－早石炭世地层，至华力西旋回中期，由于秦－祁海槽和兴－蒙海槽再度拉开，自晚石炭世发生区域沉降作用，再次接受海相沉积，并进入海陆过渡发展阶段，开始了华北克拉通内盆地的沉积演化阶段［11］。

2 沉积相类型

研究区从本溪组至石千峰组经历了由海到陆的沧桑巨变，形成了丰富多样的岩石组合，反映了多种沉积相特征，构成多种沉积体系。依据区域地质背景分析、取心井段的岩心观察、测井曲线及其组合特征分析、地震相特征分析以及分析化验资料等，研究区石炭－二叠纪的沉积相可以划分为三大沉积体系、6种沉积相类型（表1）。

表1 研究区石炭－二叠纪沉积相类型Tab．1 Types of sedimentary facies of study area in in late paleozoic

2．1 沉积相标志

2．1．1 岩石学特征

本溪组顶部为一套煤层，其下为灰色泥岩、碳质泥岩和灰白色中砂岩，主要为石英砂岩，以粗粒为主，次棱角－次圆、分选中等石英含量高达86．9%，岩屑含量为10．5%；太原组上部为灰黑色泥岩、碳质泥岩，夹煤层；下部为厚层浅灰色细砂岩、中砂岩。主要为岩屑砂岩，石英含量57．5%～69．8%，岩屑含量为28．3%～42．5%；山西组上段由灰色或浅灰色岩屑砂岩和灰黑色泥岩组成；下段砂岩夹煤线和暗色泥岩。砂岩富含高岭石、白云母及岩屑，石英含量为31．6%～73%，岩屑含量为25．8%～63．3%。下石盒子组含绿灰色泥质粉砂岩，浅灰色含砾石英砂岩，及灰色泥岩。细砂岩以石英砂岩为主，次棱角－次圆状，分选中等，泥质胶结。主要为岩屑砂岩和石英砂岩，石英含量为32．3%～87%，岩屑含量为9．8%～65．6%；上石盒子组含灰色、褐红色泥岩和灰色、细砂岩泥质粉砂岩互层，主要为岩屑砂岩和石英砂岩，石英含量为34．6%～86．2%，岩屑含量为9．2%～61．7%；石千峰组上部紫红色泥岩夹紫红、浅红色中－细粒长石砂岩，下部浅红、紫红色，浅灰色不等粒长石砂岩，底部砾状长石砂岩，石英含量为22．5%～89．7%，岩屑含量为6．9%～62%，长石含量有所增加，个别井长石含量达17．5%，指示随着区域抬升，上覆沉积靠近物源区。

2．1．2 测井相特征

依据区块钻井测井曲线分析，总结了研究区测井相识别标志（图2）。

1）潮坪主要发育于本溪组和太原组，由潮道、砂坪、泥坪和灰坪等组成。整体呈反旋回或正旋回，其中潮道和砂坪GR曲线一般呈钟形或箱形；泥坪GR曲线显示低值，由于夹杂薄煤层或者炭质泥岩，出现高值现象，呈尖峰状；灰坪GR呈高幅度峰状。

2）三角洲平原主要发育于山西组，分流河道GR曲线主要呈箱形和钟形特征，砂岩薄层出现中高幅值尖峰状，分流河道间泥岩段GR呈现高值，呈微齿状，整体为正旋回，上部偶尔发育漏斗形，指示决口扇沉积。

3）曲流河发育于下石盒子组和石千峰组，GR曲线总体呈正旋回。河道GR显示低值，一般表现为钟形或箱形，电阻率则有升高趋势。泛滥平原沉积由于泥岩增多，GR显示高值，而电阻率显示为低值。

4）辫状河发育于上石盒子组，心滩GR曲线多呈顶底突变的箱形，以加积为主，亦有的显示钟形，电阻率曲线为中、低阻。

图2 研究区典型测井相Fig．2 Typical logging facies of study area

表2 研究区河道地震相类型Tab．2 Types of seismic facies of channel of the study area

2．1．3 地震相特征

沿横切河道的地震剖面，古河道沉积反映为单透镜状体，顶面平直，底面下凹；河床两侧一般不对称，一边陡一边缓；河道内充填成分比较单一，很难形成明显的波阻抗界面，一般是非连续、零星或空白反射。研究区可以识别出三类河道地震相类型，即孤立河道，迁移河道和大型下切河道（表2）。下石盒子组沉积于山西组准平原化之上，北部物源供应充足，河流下切能力增强，发育大型下切河道，地震剖面上略呈不对称，反映曲流河的侧向加积作用；上石盒子组主要发育辫状河沉积，河道不固定，易于迁移。到了二叠纪晚期石千峰组沉积期，构造活动稳定，地势平坦，曲流河河道一般比较稳定，地震剖面上常表现为孤立河道充填，且较为对称。

通过井震标定，在地震剖面上，河道充填表现为弱振幅、低频不连续，杂乱反射特征；泛滥平原表现为强振幅、亚平行高频连续，强反射特征（图3）。

图3 井震标定地震相特征Fig．3 Well－seismic standardization of seismic facies characteristics

2．1．4 微量元素特征

微量元素在沉积物中的变化，一方面与沉积区周围土壤或岩石中元素的质量分数多少有关，另一方面与微量元素自身的迁移特征有关，环境条件同时对这两个方面起作用。C．M．卡特钦科夫提出：在淡水沉积物中Sr／Ba＜1，在海相沉积物中Sr／Ba＞1，并为人们所接受。但在不同地区、不同时代，Sr／Ba比值具体大小也不一，只能反映环境的相对意义和变化趋势。通过对研究区钻井岩心微量元素分析，Si／Ba比自下而上呈下降趋势。本溪组Si／Ba比为0．21～1．34，平均值为0．63，反映出水体介质主要以海水为主，但已经受陆源碎屑注入的影响，所以Si／Ba比小于正常海水比值。上石盒子组Si／Ba比为0．26～0．44，平均值为0．31；下石盒子组Si／Ba比为0．18～0．32，平均值为0．26；山西组Si／Ba比为0．2～0．44，平均值为0．29，反映出水体介质均以淡水为主，指示陆相沉积环境。

单从本溪组Si／Ba比来看，自下而上也显示出下降趋势，反映了海退变化过程。本溪组顶部广泛发育泥炭沼泽沉积，形成了一套稳定的煤层。

2．2 沉积相类型

2．2．1 沼泽相

发育在研究区本溪组和太原组，横向上分布比较稳定，如本溪组顶部8＃煤，区域上可以追踪对比。沼泽沉积主要由煤层（图4（a）），以及碳质泥岩、泥质粉砂岩等组成，典型的构造是块状层理、水平层理，偶有小型沙纹层理。含有大量科达木植物碎屑（图4（b）），并伴有黄铁矿等，反映是在还原环境下生成的。

2．2．2 潮坪相

潮坪是指平均高潮面至平均低潮面之间的地带即潮间带，水动力条件以潮汐作用为主，广泛发育在障壁砂坝后及泻湖海湾周缘地带。潮坪沉积是本区本溪组、太原组的一个重要沉积相类型，通过岩心观察其潮汐层理非常发育（图4（c）、（d））。

图4 研究区典型岩心照片Fig．4 Typical core photos of study area

2．2．3 三角洲相

研究区山西组主要发育三角洲平原亚相，三角洲前缘和前三角洲不甚发育。可识别出分流河道、分流河道间湾、决口扇和泛滥平原等微相。

1）分流河道：岩石类型包括石英砂岩与岩屑砂岩，砂岩中发育板状交错层理、槽状交错层理、平行层理等，整体为正旋回，可见底部冲刷构造。通过样品粒度分析，概率累积曲线大致呈两段式，总体以跳跃为主，分选较好，悬浮成分较少，滚动不发育（图5）。

2）分流河道间湾主要由灰色泥岩、炭质泥岩及粉砂质泥岩组成，层理不发育，局部发育煤层。

2．2．4 曲流河相

研究区曲流河相沉积主要发育于下石盒子组和石千峰组，包括河道充填、河道边缘和泛滥平原等亚相。由于河道摆动频繁，侧向迁移较快，河道边缘与泛滥平原亚相较为发育。

1）河道充填亚相是曲流河砂质储集体的沉积主体，包括河床滞留滞留和边滩微相。

图5 X－3井粒度分析曲线（山西组，949．19m）Fig．5 Grading analysis cuve of well X－3（Shanxi formation，949．19m）

河床滞留沉积：主要由砾岩、含砾粗砂岩等组成。砾石大小不等，分选磨圆较差。主要发育平行层理不明显，底部具有明显的冲刷面（图4（e）、（f）），含有泥砾，指示侵蚀作用强烈，导致先期形成的天然堤崩塌，再次发生沉积。

边滩沉积：一般为中－粗砂岩，分选中等到差，圆度中等－差。粒度分析显示主要由跳跃总体组成，悬浮总体含量也较高，滚动不发育。发育大型槽状、板状、楔状交错层理

2）河道边缘亚相包括天然堤与决口扇微相。

天然堤微相：岩性由粉砂岩、细砂岩和泥质砂岩组成。常见植物化石碎片。具水平层理、砂泥互层层理和小型交错层理及上攀沙纹层理，少见菱铁矿结核。

决口扇微相：洪水漫溢河床冲破天然堤形成决口扇。岩性主要为中细粒岩屑石英杂砂岩夹粉砂岩和泥质岩。沉积物厚度和粒级横向变化均大，平面上呈扇形，剖面上呈透镜状，顶底界常为突变接触。常见植物化石碎片。具砂、泥互层层理和板状交错层理。

3）泛滥平原亚相。洪泛平原是曲流河岸后蓄水洼地垂向加积的产物，也是曲流河沉积中细粒沉积物的主要建造单元。主要由紫红色泥岩、杂色泥岩组成，容易破碎（图4（g））。

2．2．5 辫状河相

研究区上石盒子组主要发育辫状河沉积。岩性为杂色砾岩、细砂岩、具有板状交错层理灰绿色、黄褐色厚层状细砂岩、粗砂质砾岩、砾质粗砂岩、中粗粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，以大型楔状层理和大型板状交错层理为主，可见槽状层理、平行层理、板状层理。厚砂体内部实际上由多个向上变粗的正旋回构成，底部有冲刷面。如在X－1井1 566．04m～1 570．49m，顶部为顶部为紫红色泥岩，下为浅灰色含砾粗砂岩，见多个底冲刷面（图4（h））。

3 单井沉积相分析

本次研究对区块新钻井进行了单井相分析，并编制了沉积相综合柱状图。以区块X－6井为例进行单井相分析（图6）。

1）本溪组沉积期，研究区结束了长期风化剥蚀的历史，进入早期充填沉积阶段，奥陶系风化基底上沟壑逐渐被填平补齐，至本溪组沉积末期，区域海平面下降。纵向上，X－6井底部发育了潮坪沉积，之后局部沼泽化，发育煤及碳质泥岩。从岩心来看，本溪组主要由煤、炭质泥岩、灰色泥岩和灰白色中－细砂岩组成。灰白色中砂岩富含云母，具有低角度交错层理。炭质泥岩含大量科达木植物碎屑。

2）太原组石炭纪末，受北方西伯利亚板块向南俯冲挤压，华北地台发生北升南降的构造变动，形成了北高南低的地貌格局。下部发育潮坪沉积，随着抬升海平面不断下降，上部发育一套沼泽沉积。本组主要由炭质泥岩和灰绿色中砂岩组成，富含化石，层理丰富，常见波状层理和透镜状层理。

图6 X区块X－6井沉积相分析柱状图Fig．6 Column of sedimentary facies analysis of well X－6

图7 研究区二叠系沉积相平面分布图Fig．7 Distribution map of sedimentary facies in permian

3）山西组：山西期由于华北地块整体抬升，海水从鄂尔多斯地块两侧迅速退出。纵向上可划分为两个沉积旋回。岩性主要由浅灰色含砾中砂岩、细砂岩、灰色泥岩和煤层组成，属于三角洲平原沉积，发育分流河道和泛滥平原及分流间湾沼泽等。山2段主要发育分流河道，GR曲线呈箱状。随着海平面上升，山1段主要发育分流间湾和决口扇沉积。

4）下石盒子组主要为曲流河沉积，GR曲线主要表现为钟状或箱形。从岩心上看，下石盒子组下部由灰白色粗砂岩、灰绿色细砂岩组成，发育正韵律，见底砾岩冲刷，具交错层理。上部为杂色泥岩、紫红色砂质泥岩、灰绿色泥质粉砂岩，易破碎，属于泛滥平原沉积。

5）上石盒子组沉积期，盆地北部抬升，地形梯度相对下石盒子组时期增大，在冲积平原上河流经常分叉易于形成辫状水系。纵向上发育了多套正旋回，主要由辫状河道和泛滥平原组成。

6）石千峰组沉积期，完全变为内陆环境，岩性主要由紫红色砂岩、泥岩组成，发育正旋回，常见具斜层理、平行层理、交错层理。纵向上曲流河二元结构比较明显。

4 沉积演化特征

通过对研究区二叠系四个层位二维测线地震相解释，编制了区块二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组沉积相平面分布图。

1）山西组沉积时期，研究区处于海盆向近海湖盆转化和区域构造活动的重新分化与组合的过渡时期，区域构造活动较为强烈，在太原组海退之后，北部物源区经历了长期的暴露和风化剥蚀，随着兴蒙海槽的向南俯冲，北部地区快速上升，沉积物质不断向南推进。区块以三角洲平原亚相沉积为主（图7（a）），发育分流河道和分流间湾微相，大致呈南北向展布。分流河道宽约2km～3km，最宽处约5 km。山西组也是重要的成煤期，煤层厚度的变化也反映了沉积环境的空间配置，即厚度较大的煤层分布于河道之间的间湾沼泽中。

2）下石盒子组沉积时期，中二叠世早期，兴蒙海槽逐渐关闭，南北发生差异升降，逐渐形成了早二叠世晚期南倾北隆的构造格局。海水不断向南退去，本区开始转为陆相沉积，古气候变得干旱—半干旱。下石盒子组沉积期，区块主要发育曲流河沉积（图7（b）），发育7条河道大致沿南北向展布，河道宽约2km～3km。

3）进入上石盒子组沉积期，盆地北部继续抬升，地形梯度相对增加，研究区主要以辫状河沉积为主，发育辫状河道和河漫滩（7（c））。

4）石千峰组沉积时期，华北陆块整体抬升，海水自此完全退出，鄂尔多斯地块也由前期的近海湖盆演变为内陆湖盆。区块主要发育曲流河沉积，发育了8条河道，大致呈南北向展布，宽约2km～3 km（图7（d））。

5 结论

1）基于岩心、测井相、地震相分析，在研究区共识别出潮坪、沼泽、三角洲、曲流河、辫状河等沉积相类型。上石炭统本溪组、下二叠统太原组主要为潮坪、沼泽沉积；下二叠统山西组主要发育三角洲平原亚相沉积；中二叠统下石盒子组发育曲流河沉积；中二叠统上石盒子组发育辫状河沉积；上二叠统石千峰组发育曲流河沉积。

2）通过井震标定及地震相分析，研究区主要发育河道（分流河道）砂体，剖面上表现为弱振幅、低频不连续、杂乱反射，河漫滩及分流河道间湾表现为强振幅、高频连续反射特征，边界较为清楚。垂直河道走向剖面上其外形为顶平底凹或顶凸底凹的透镜体状，内部杂乱或无反射，或为上超式充填反射。

3）从平面沉积相图来看，本区发育的河流－三角洲沉积大致呈南北向展布，河道一般宽2km～3 km，河道叠置区为研究区有利储层最为发育区。

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Study on sedimentary facies of north section of eastern Ordos basin in late paleozoic：a case of X block

LIU Zi-yu，LU Ming，LIU Tie-shu
（CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China）

Based on core，well log，seismic and testing data，and region geological analysis，we study sedimentary facies of north section of eastern Ordos basin in late paleozoic taking the X block as an example．Several sedimentary facies types are identifies in the study block，including tidal－flat，marsh，delta，meandering and braided river．By well－seismic facies analyzing，channel（distributary channel）sand bodies show weak amplitude，low frequency discontinuity，chaotic seismic reflection configuration，silty mud from flood－plain and distributary bay shows strong amplitude，high frequency continuity characteristics，reflecting interface is clear．The channel shows lenticular shape in seismic profile，chaotic seismic reflection configuration，oronlapfill．By sedimentary facies distribution of the area，fluvial－delta extend along south and north direction，channel width is about 2km～3km，stacked channels area is the optimum reservoir development area．

Ordos basin；late paleozoic；sedimentary facies；log facies；sesmic facies

P 512．2

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．17

1001-1749（2015）03-0379-09

2014-07-25 改回日期：2014-10-24

中海油研究总院（2013－KT－09）

刘子玉（1981－），男，工程师，现主要从事沉积储层方面的研究，E-mail：254129811＠qq．com。