鄂尔多斯盆地大牛地气田下石盒子组一段沉积相分析

张广权， 郭书元， 张守成， 陈舒薇

( 1. 中国石化勘探开发研究院，北京 100083； 2. 中国石油化工股份有限公司 华北石油局，河南 郑州 450006； 3. 密苏里科技大学，美国 密苏里 罗拉 65401 )

鄂尔多斯盆地大牛地气田下石盒子组一段沉积相分析

张广权1， 郭书元2， 张守成3， 陈舒薇1

( 1. 中国石化勘探开发研究院，北京 100083； 2. 中国石油化工股份有限公司 华北石油局，河南 郑州 450006； 3. 密苏里科技大学，美国 密苏里 罗拉 65401 )

为认识鄂尔多斯盆地大牛地气田下石盒子组沉积相特征及其演化规律，采用岩心、录井和测井等资料，分析地层岩石组合、沉积构造和测井相组合，确定下石盒子组一段(盒一段)岩性组合及展布特征；在小层平面展布基础上，根据区域构造和沉积演化背景，分析下石盒子组的物源供给和水动力变化，确定盒一段沉积微相纵向演化规律。结果表明：盒一段沉积物以灰白、浅灰色含砾粗砂岩、砂砾岩，灰色、浅绿色细砂岩，灰色、棕色泥岩为主，剖面上各小层呈下砂上泥的正韵律组合特征，平面上砂岩呈近SN向条带状展布。盒一段沉积一套以粗碎屑岩为主的、砂泥组合的湖泊—辫状河三角洲沉积体系，盒一段水下辫状河道为有利储集相带，辫状河道较发育，平面上摆动、迁移频繁。盒1-1和盒1-2亚段比盒1-3亚段分流河道砂体厚度更大，连续性更好。该研究结果为大牛地气田下石盒子组沉积相分析、高效砂体预测及勘探方向部署提供参考。

沉积相； 辫状河三角洲； 储集相带； 大牛地气田； 下石盒子组； 鄂尔多斯盆地

0 引言

大牛地气田位于鄂尔多斯地区东北部，处于陕西省榆林市与内蒙古自治区伊金霍洛旗、乌审旗交界地区塔巴庙区块，面积约为2 000 km2，主要勘探目的层系为二叠系中统下石盒子组。人们对下石盒子组沉积相研究结果观点不同，由于采用不同方法、视角、研究尺度和规模，对研究区沉积体系内砂岩展布和砂层对比的结论也不同，影响砂体预测和勘探方向部署。陈俊亮等[1]对50余口井进行岩心观察，划分鄂尔多斯盆地大牛地气田二叠系沉积相和沉积微相，认为二叠系经历海相—海陆过渡相—陆相沉积过程，下石盒子组发育河流相沉积；郝蜀民等[2]认为，在由海向陆演化过程中，鄂尔多斯盆地二叠系上古生界形成障壁海岸—潮坪、三角洲、冲积平原—河流三套沉积体系，上石盒子组为厚层泥岩封盖及异常压力形成的近源成藏模式；付锁堂等[3]利用钻井资料研究鄂尔多斯盆地晚古生代三角洲沉积体系，按时间将它分为海相和湖泊相两个阶段，不同阶段具有不同的沉积背景、砂体类型及砂体平面展布特征；根据鄂尔多斯盆地塔巴庙石炭—二叠系岩石物性、测井和粒度分析等，袁志祥等[4]认为该区发育六套含气层，其高产气层下石盒子组盒二三段发育三角洲平原内辫状河—曲流河沉积，建立物性、岩性、测井曲线与储层质量的对应关系；尤欢增等[5]研究大牛地气田山西组—石盒子组沉积相，认为它属于辫状河三角洲沉积体系，三角洲平原亚相发育，微相包括辫状河分流河道、天然堤、洪泛平原、平原沼泽和分流间滩等，沉积发育模式分为近海湖泊辫状河三角洲和内陆湖泊三角洲两个阶段；罗东明等[6]对大牛地气田进行岩心观察和沉积背景分析，认为盒二三段为辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系，并进一步划分沉积相、亚相和微相，刻画早二叠世时期沉积发育体系形成的地质背景。

以区域沉积背景为基础，笔者分析研究区盒一段258口井的测井、录井资料，描述均匀分布在全区的20口取心井、近800 m岩心；利用高分辨率层序地层学和沉积学导向技术研究沉积相，认为下石盒子组一段为辫状河三角洲沉积体系。

1 区域地质背景

鄂尔多斯地区晚古生代位于华北克拉通盆地西部，为华北克拉通盆地的一部分，现今构造形态为一东缓西陡的不对称向斜，其轴部位于天池—环县南北的狭窄地带，西翼窄而陡，东翼宽，为一西倾大单斜，构成向斜的主体；其内部划分为伊盟北部隆起、渭北隆起、西缘冲断带、晋西扰褶带、天环坳陷和伊陕斜坡六个一级构造单元。大牛地气田的构造位置在伊陕斜坡东北部，区块内构造单一，总体为一北东高、西南低的平缓单斜，平均坡降为6～9 m/km，倾角为0.3°～0.6°，断裂不发育，发育若干局部低幅隆起及鼻状隆起。

华北早古生代克拉通盆地受加里东中期运动影响，于奥陶纪末整体抬升，直至晚石炭世早期近准平原化。当时的构造格局(见图1)：北为阴山隆起，南为秦岭—大别—胶辽隆起，在西部杭锦旗至环县有一南北向的低隆起，向西隔贺兰海湾与阿拉善相望，东为大洋，呈向东敞开、西高东低的箕状盆地。至中二叠世早、中期之间，山西组沉积期后，满蒙洋壳俯冲加剧，发生洋壳削减事件，华北板块与欧亚板块聚敛，华北盆地北缘急剧抬升，向盆地方向地形高差加大，物源区扩大，剥蚀量增大，物源丰富，载体能量增大，碎屑变粗；由于横向地形较平，华北盆地中区形成陆内坳陷盆地，在鄂尔多斯北部形成湖泊—辫状河三角洲环境，发育以粗碎屑为主的砂、泥岩组合的下石盒子组一段沉积[7-10]。

图1 华北晚古生代克拉通盆地构造位置Fig.1 Structural location of Craton basin of late Paleozoic in north China

2 岩性组合及其展布特征

分析研究区钻录井、测井资料，确定中二叠统岩性组合和展布特征，结合区域沉积演化及岩石地层单元，将下石盒子组一段地层(盒一段)划分为盒1-1(H11)、盒1-2(H12)和盒1-3(H13)亚段。盒1-1亚段分为盒1-1-1(H11-1)和盒1-1-2(H11-2)砂层组(小层)；盒1-2亚段分为盒1-2-1(H12-1)和盒1-2-2(H12-2)小层；盒1-3亚段分为盒1-3-1(H13-1)和盒1-3-2(H13-2)小层[11-14](见图2)。总体上，盒一段沉积物主要为灰白、浅灰色含砾粗砂岩、粗砂岩和砂砾岩；灰、浅绿灰色细砂岩和粉细砂岩；灰、深灰、灰绿、棕褐色及杂色泥岩，砂质岩大致沿SN向呈条带状展布。

2.1 盒1-1亚段

(1)盒1-1-1小层。研究区岩性以灰、灰白色厚—巨厚层粗砂岩、含砾粗砂岩、砂砾岩为主，上部为灰、深灰色泥岩。砂岩发育槽状交错层理、板状交错层理和平行层理，冲刷面发育。该层砂岩展布范围较大，砂体沿近SN向呈条带状展布。研究区中北部砂体厚度不一，最厚达14 m；东南部发育一条沿D20井-D80井的、宽度较大的、近NW-SE向展布的条带砂体，厚度较大。总体上，研究区北部砂体较南部的发育，西部砂体较东部的发育。

图2 大牛地气田下石盒子组一段地层划分Fig.2 Stratigraphic division of the 1th member of lower-Shihezi formation in Daniudi gas field

(2)盒1-1-2小层。研究区岩性与盒1-1-1小层的相似，砂岩平面展布范围较大，厚度不一。西南部和北部砂体发育良好，厚度较大；西北部发育一条沿D75井-D49井的条带砂体；北部砂体发育，厚度较大，沿SN向呈条带状发育；中部D25井区砂体呈条带状变窄，厚度变薄。

2.2 盒1-2亚段

(1)盒1-2-1小层。研究区岩性与盒1-1-2小层的相似，泥岩占比略有增加。砂岩展布范围较大，几乎覆盖全区，砂岩厚度变化较大。研究区北部发育两个条带，西部发育的条带在研究区中部，条带分叉；东部发育的条带近SN向展布，厚度变化不大。

(2)盒1-2-2小层。研究区岩性与盒1-2-1小层的相似，为灰、深灰色泥岩夹薄层细砂岩。砂岩沿SN向呈四个条带状展布，条带砂体厚度变化较大，最厚达11 m。总体上，研究区中部砂体较东、西两侧的发育，南部砂体较北部的发育(见图3)。

图3 大牛地气田盒1-2-2小层砂岩厚度分布Fig.3 Sandstone thickness distribution of H12-2 formation in Daniudi gas field

2.3 盒1-3亚段

(1)盒1-3-1小层。研究区岩性以灰色、深灰厚层泥岩为主，下部发育灰白、灰色厚层砂岩。条带砂体主要分布在研究区中部，厚度变化不大，平均为2～6 m。北部发育三个条带砂体，平均厚度较大，大于6 m；南部砂体条带较中北部的窄，局限分布。

(2)盒1-3-2小层。研究区岩性以细、中砂岩为主，砂岩局限分布，砂体厚度较小。北部发育三个条带，其中西部的两个条带砂体在研究区中部发育变差，东部的条带在研究区中部分叉，沿NW-SE向展布，砂体较为发育，最厚达9 m。

3 沉积构造与沉积相特征

3.1 沉积构造

沉积构造为判断沉积相的重要标志，观察并描述研究区取心井岩心资料，主要发育6类沉积构造，主要分为流动成因构造和同生构造。(1)冲刷面、平行层理、槽状交错层理和板状交错层理普遍存在于砂岩(见图4(a-b))。(2)粒序层理。砂岩中常见正粒序层理，底部为滞积层，砾石磨圆度好(见图4(c))。(3)水平层理。常见于泥岩、粉砂质泥岩，单层厚度小。(4)块状层理出现在较厚层砂岩、砾岩,灰色、灰绿色泥岩和棕褐色、棕红色泥岩中。(5)植物根迹。泥岩中可见根迹岩存在(见图4(d))。(6)花斑状构造。岩心中见花斑状泥岩，棕红色、棕褐色泥岩发育，呈角砾状颗粒，基质为浅灰色、灰绿色泥岩，两者界线清晰。一类花斑状泥岩与其下的棕红色、棕褐色泥岩有时呈冲刷面接触，有时呈渐变状接触，底部角砾呈撕裂状，未与其下的棕红色、棕褐色泥岩分离(见图4(e))，为风暴沉积。另一类杂色泥岩或花斑状泥岩沿棕红色、棕褐色泥岩裂隙发育灰绿色的侵润，由成岩过程中富含烃类的水沿裂隙运移、受还原作用而形成[11-12](见图4(f))。

图4 大牛地气田下石盒子组组岩心照片Fig.4 Core pictures of lower-Shihezi formationof the Daniudi gas field

岩心观察表明，盒一段砂岩见多期河道冲刷面，以中粗砂为主，含砾石。砾石多为细砾，砂砾少见。泥岩主要为深灰色，见植物化石碎片，显示为还原环境。盒一段中上部见紫红色的泥岩，说明环境改变，气候变干燥，水体变浅，但未见暴露标志。

3.2 沉积相特征

3.2.1 沉积相划分

区域沉积背景表明，研究区下石盒子组为内陆坳陷湖盆环境[13-14]。盒一段沉积时期，华北盆地北缘物源丰富，载体能量大，碎屑较粗，沉积一套以粗碎屑岩为主的砂、泥组合的湖泊—辫状河三角洲沉积环境[15-21]。分析研究区钻井岩心、地质录井、测井资料，将研究区盒一段沉积相分为辫状河三角洲相和湖泊相，细分为辫状河三角洲前缘亚相和滨浅湖亚相，以及水下辫状分流河道、水下辫状河分流间湾、天然堤和决口扇微相。

3.2.1.1 辫状河三角洲相

(1)水下辫状河分流河道微相。粒度较三角洲分流河道的偏粗，以粗砂、含砾粗砂和砂砾为主，砾石磨圆度好，表明距物源区远；颜色以灰色、浅灰色为主，分选较差，含下伏地层的砂岩、泥岩角砾，发育大量冲刷面，呈多层砂岩叠置；自然伽马电测曲线以齿状箱型为主，多呈一元结构，多期河道相互冲刷、叠置，向上突变为泥岩，呈二元结构。由于横向地形高差不大，水量充沛，河道摆动频繁，在一定时段内形成全区皆砂的现象。

(2)水下辫状河分流间湾微相。主要沉积细粒碎屑沉积物，以灰色为主，岩性一般以泥岩为主，含粉砂岩及泥质粉砂岩;自然伽马电测曲线为近光滑的基线。发育厚层块状层理，局部见粉砂质条带、水平层理。

(3)天然堤微相。沉积物粒度较细，以粉砂岩为主，其次为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，颜色以灰色为主；发育水平层理，见砂质条带和泥质条带；自然伽马电测曲线为中、高幅度的钟型。

(4)决口扇微相。沉积物粒度偏细，以细砂为主，其次为粉砂岩和少量中砂岩，颜色以灰色为主。沉积物以正粒序为主，自然伽马电测曲线为中、高幅度的指型—钟型。发育水平层理和波状层理，夹泥质条带，局部可见冲刷面。

3.2.1.2 湖泊相

泥岩以灰色为主，也发育棕褐色、棕红色和灰色构成的杂色泥岩，呈花斑状，发育厚层块状层理，为异常气候的产物；自然伽马电测曲线为细齿线型。

3.2.2 单井相与剖面相

图5 大牛地气田D1井单井微相Fig.5 Single well microfacies of well D1 in Daniudi gas field

研究区盒一段发育湖泊—辫状河三角洲相沉积，相序为辫状河三角洲前缘亚相—滨浅湖亚相。以大牛地气田D1井为例，分析单井微相(见图5)。由图5可见，D1井盒一段早、中期发育辫状河三角洲前缘亚相沉积，晚期发育滨浅湖亚相沉积。盒1-1亚段下部发育水下分流河道沉积，砂体发育；上部发育水下分流间湾和决口扇沉积，砂体发育较差。盒1-2亚段上部和下部各发育一套水下分流河道沉积砂体，顶部为一套滨浅湖亚相泥岩沉积。盒1-3亚段为滨浅湖相沉积，为一大套厚层的泥岩沉积体。D1井盒一段辫状河三角洲前缘分流河道微相为有利的储集相带。

以研究区东部过D65井-D28井的近SN向的连井剖面为例(见图6)，分析盒一段沉积剖面及其演化。由图6可见，盒1-1亚段砂体极为发育，横向连续性较好；盒1-2亚段砂体在研究区中部较发育，在北部砂体较薄；盒1-3亚段砂体发育较差、厚度较薄、连续性一般。总体上，多期叠加的分流河道在盒一段发育，分流河道摆动、迁移频繁。其中，盒1-1亚段较盒1-2和盒1-3亚段的厚度更大，连续性更好。

3.2.3 沉积相平面展布

根据研究区盒一段岩心和测井资料，编制连井砂体对比图、连井剖面图和每个段或亚段的岩性等厚图，并结合测井曲线组合，分析其沉积相特征及平面展布规律(见图7)。

图6 过D65-D28井下石盒子组连井沉积相剖面(剖面线见图3)Fig.6 Section between well D65-D28 of lower-Shihezi formation(section line see fig.3)

(1)盒1-3-2小层。辫状河分流河道在研究区分布范围有限，河道宽度较窄。研究区西北部发育两条分流河道流入研究区，其中西侧的分流河道能量减弱并逐渐消失，在河道晚期发育天然堤和决口扇沉积；东侧的分流河道在研究区中部分叉，其中一条流向研究区南部并逐渐消失(见图7(a))。

(2)盒1-3-1小层。辫状河分流河道主要在研究区中、东部发育，东部三条宽度较窄的分流河道在研究区中部合并，然后由研究区东南部流出；北部发育两条主河道，宽度较窄，在研究区中部分叉，摆动、迁移频繁；由于能量减弱，研究区南部辫状河分流河道变窄，弯曲度较大，发育天然堤和决口扇沉积(见图7(b))。

(3)盒1-2-2小层。辫状河分流河道在研究区主要发育四条近SN向的分流河道条带，西侧的分流河道宽度较窄；东侧的分流河道沿D73井-D74井-D84井区发育；中部的两条分流河道宽度较大，在研究区中北部分叉、合并，摆动、迁移频繁，边部发育天然堤和决口扇沉积；由于能量减弱，南部的分流河道宽度变窄(见图7(c))。

图7 大牛地气田下石盒子组盒一段小层沉积相Fig.7 Sedimentary facies of the 1th member of lower-Shihezi formation in Daniudi gas field

(4)盒1-2-1小层。辫状河分流河道在研究区发育良好。北部主要有两条主河道流入研究区，分别过D33井-D37井区和D46井-D35井区。西侧的主河道在研究区中部分叉，然后合并，摆动、迁移频繁，最后在研究区西南侧流出。东侧的主河道在研究区中部D6井区分叉，在辫状河分流河道边部发育天然堤和决口扇沉积(见图7(d))。

(5)盒1-1-2小层。辫状河分流河道主要发育在研究区的西南部和东北部。北部主要有三条主河道流入：西北部、东北部和北部河道宽度较大，为多期辫状河分流河道摆动、迁移叠加，边部发育天然堤、决口扇沉积，在研究区中部分叉、合并(见图7(e))。

(6)盒1-1-1小层。研究区北部发育多期辫状河分流河道叠加沉积，中部辫状河分流河道分叉、合并，摆动、迁移频繁；南部主要发育三条近SN向的辫状河分流河道；东部辫状分流河道较西部的孤立，辫状分流河道边部发育天然堤、决口扇沉积(见图7(f))。

3.3 沉积相纵向演化规律

根据研究区下石盒子组一段6个小层的沉积微相平面展布，分析盒一段纵向沉积相演化规律。盒一段下部3个小层较上部3个小层河道宽度大，即盒1-1亚段2个小层和盒1-2-1小层河道宽度较大，盒1-2-2小层和盒1-3亚段2个小层河道宽度较窄。

原因是盒一段在演化过程中受到物源供给和水动力影响。盒一段沉积初期，构造运动剧烈，物源丰富，供给充足，水动力能量强，碎屑较粗；盒一段沉积后期，构造活动变弱，华北板块北缘处于松弛并再度拉张的环境，物源区缩小，水动力能量较弱，碎屑物变细。总体上，由盒1-1亚段—盒1-2亚段—盒1-3亚段，物源供给表现为充足—较充足—欠充足，水动力条件表现为强—较强—较弱。

4 结论

(1)鄂尔多斯盆地大牛地气田下石盒子组一段发育一套以粗碎屑为主，砂、泥组合的湖泊—辫状河三角洲相沉积环境。

(2)下石盒子组盒一段的盒1-1亚段和盒1-2亚段以辫状河三角洲相沉积为主，盒1-3亚段以湖泊相沉积为主。河道砂体在盒1-1亚段和盒1-2亚段厚度较大，纵向和横向的连通性、连续性较好。

(3)根据下石盒子组盒一段纵向上沉积微相的演化规律与物源供给、水动力变化的关系，由盒1-1亚段—盒1-2亚段—盒1-3亚段，河道规模逐渐变差，物源供给和水动力条件逐渐变弱。

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2017-01-16；编辑：张兆虹

中国石化油田部开发先导项目(G5800-08-ZS-YTB029)

张广权(1979-)，男，硕士，高级工程师，主要从事石油与天然气开发地质方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2017)02-0054-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.02.006