鄂尔多斯盆地镇原地区长81砂层组双坡折带的发现及其研究意义

王昌勇，张 懿，林世国，郑荣才，魏亚琼，王海红，侯长冰，苟幸福

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059；2.中国石油 勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中国石油 长庆油田分公司 超低渗透第四项目部，甘肃 西峰 745000)

鄂尔多斯盆地镇原地区长81砂层组双坡折带的发现及其研究意义

王昌勇1，张 懿1，林世国2，郑荣才1，魏亚琼1，王海红3，侯长冰3，苟幸福3

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059；2.中国石油 勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中国石油 长庆油田分公司 超低渗透第四项目部，甘肃 西峰 745000)

通过岩心观察和测井岩性解释，对镇原地区长8油层组岩石组合特征、沉积构造、沉积相及层序地层特征进行了详细研究，确定镇原地区长81砂层组主要发育一套具双坡折带的浅水辫状河三角洲沉积，湖岸线在坡折带之上数十千米范围内频繁迁移。坡折带主要根据测井资料和沉积构造特征进行识别。镇原地区长81砂层组坡折带主要受基底断裂控制，其成因与盆地西、南缘强烈的火山喷发和构造活动有关。长81沉积期研究区可划分为第一坡折带之上的台型平原(前缘)、双坡折带之间的中部斜坡和第二坡折带之下的下部斜坡3个地貌单元，这一古地貌特征控制了湖侵期和湖退期砂体在不同相带的分配模式。靠近物源一侧的台型平原(前缘)，湖侵期砂体较为发育，而在湖退期则以泥、粉砂岩为主；离物源较远的中部斜坡相带，湖侵期砂体较薄，而湖退期发育较厚并且优先堆积于第一坡折带附近；远离物源的下部斜坡相带，任何时期内砂体都很少发育；枯水期，湖岸线迁移至第一坡折带附近，坡折带附近的砂体，可能因波浪和沿岸流的搬运和改造而具有“沿岸砂坝”的特征。

浅水三角洲；坡折带；湖岸线；长8油层组；镇原地区；鄂尔多斯盆地

坡折带主要指地形坡度出现明显变化的位置[1]。已有研究证明，断陷湖盆和坳陷湖盆均有不同级次的坡折带发育，坡折带对地层分布、沉积体系及油气藏的分布有明显控制[2-6]。晚三叠世延长期鄂尔多斯盆地为内克拉通盆地[7]，发育典型的内坳陷型湖盆[8]。前人主要通过地震剖面解释和测井资料分析，结合岩心及露头资料，在鄂尔多斯盆地西南缘及东北缘的长7—长4+5油层组中识别出多个坡折带[8-11]。

镇原地区位于鄂尔多斯盆地西南部(图1)，近期的油气勘探在该区长8油层组致密砂岩储层发现很好的油气显示，在多个实验区块获得较好的产能，但大量的勘探井和开发井资料表明长8油层组砂体时空分布较为复杂[12]。物源分析结果显示：研究区长8沉积期主要受西部及西南部物源控制[13]，砂体主要呈南西-北东向展布，但在研究区中部沿吴城子-太白梁一带，砂体沿北西-南东向依然能长距离追踪对比，在平面上具有环带状展布的特征(图2)。因此，砂体分布规律仍存在争议而成为下一步勘探开发部署的瓶颈。

图1 鄂尔多斯盆地长8油层组岩相古地理格局及镇原地区位置Fig.1 Lithofacies and paleogeography of Chang 8 reservoir and location of Zhenyuan area,Ordos Basin

1 沉积相特征

鄂尔多斯盆地镇原地区晚三叠世延长组长8油层组沉积时期主要发育一套中-厚层的灰色细-中砂岩、深灰色泥岩和粉砂岩，局部夹灰黑色炭质泥岩和煤线(图3)，其上部地层中可夹一薄层凝灰岩。揭露长8油层组的钻井取心段砂岩具有明显正粒序，细-中砂岩中发育大量平行层理(图4a)、小-大型槽状交错层理、楔状交错层理及板状交错层理(图4b—e)，粉砂岩中发育浪成交错层理及沙纹层理(图4f)，局部区域液化变形构造及泄水构造较为发育(图4g—i)，总体反映牵引流沉积特征，大部分钻井剖面长8油层组的“砂/泥”比值≥1，为典型辫状河三角洲沉积体系，仅位于研究区东北部的钻井岩心中可见砂质碎屑流沉积(图4j)。由长8油层组岩心中反映水上沉积环境的煤层及植物根迹化石与反映水下沉积环境的浪成交错层理、沙纹层理等频繁交替出现，说明长8沉积期湖平面升降频繁，不存在稳定的湖岸线而具有浅水三角洲沉积特点[14]。

在湖岸线频繁迁移的三角洲沉积体系中，浪成交错层理及沙纹层理等靠近物源方向的最近距离可以表征洪水期最高湖岸线位置，煤层及植物根迹靠近湖盆的最远距离则表征枯水期最低湖岸线位置[15]。据此，可以确定长8沉积期湖岸线波动范围超过30 km，洪水期最高湖岸线位置位于研究区之外的西南部，而枯水期最低湖岸线位置则位于研究区合道—吴城子乡—镇252井—镇356井一线附近，该线西南方向为三角洲平原与三角洲前缘交替发育区，东北方向则为稳定的三角洲前缘及前三角洲发育区(图5)。

图2 鄂尔多斯盆地镇原地区长81砂岩等厚图Fig.2 Isopach of Chang 81 sandstone in Zhenyuan area,Ordos Basin

2 基准面旋回特征

长8油层组顶部为一套厚度较大的凝灰岩，在鄂尔多斯盆地大部分区域均稳定发育，是可靠的等时对比标志层。以此凝灰岩为标志，根据测井资料解释的岩性组合所反映的基准面旋回特征，将镇原地区长8油层组划分为两个较为完整的湖侵-湖退旋回(分别对应于长81和长82砂层组)，以及6个次级的湖侵-湖退旋回(分别对应于长81(1)、长81(2)、长81(3)、长82(1)、长82(2)、长82(3)6个小层)(图3)。

在等时地层格架中，可发现研究区东北部长81砂层湖侵期和湖退期地层及砂体结构具有明显的不对称性：湖侵期，砂体厚度薄、泥岩隔层多；湖退期，砂体连续厚度大，隔层少；湖侵期地层厚度明显小于湖退期，具有基准面上升期物源供给不足的特点(图6)。据以往研究，正常三角洲沉积在湖侵期砂体厚度大、隔层少，而湖退期砂体厚度薄、隔层增多[16]。研究区长81砂层组内部地层及砂体结构的这一特征与正常三角洲沉积明显不同，显然是受到特殊的古地貌环境、即坡折带的控制。

3 坡折带识别及其主控因素

前人研究认为，鄂尔多斯盆地延长组坡折带附近地层具有异常增厚特征[8]，地震剖面上具有明显的上超和削截等标志[11]，同时沉积物重力流的大量出现可作为存在坡折带的识别标志[1]。

镇原地区长81砂层组主要为一套牵引流沉积，从岩石特征及沉积构造类型很难对坡折带进行识别，但研究区长81砂层组坡折带砂体测井曲线具有以下2个典型特征：①砂体GR曲线多呈箱形特征，其底部一般较为平直，反映岩性突变，具大型冲刷或侵蚀面的特征；②砂体在基准面下降半旋回最为发育，砂体连续叠置，厚度较大，内部隔层薄而少，具有向湖方向进积的特征。根据以上识别标志，确定研究区吴城子乡—太平—桐川一带为长8油层组坡折带砂岩发育区，同时研究区可能存在双坡折带：①其中镇135井—镇348井—镇251井—镇252井—镇47井—镇356井一带为第一坡折带，相对较宽；②镇278井—镇221井—镇218井—镇359井—镇288井一带为第二坡折带，相对较窄；③第一坡折带位置恰好与枯水期湖岸线位置重合(图7a)，从侧面印证了坡折带的存在；④第一坡折带地形较陡，湖岸线下降至该位置后在平面上不再发生大的摆动而稳定在坡折带附近。

已有研究表明坡折带的成因是复杂的，既可能与构造断裂和沉降挠曲作用相关[17-18]，也可由差异沉积作用形成，还可能是侵蚀作用的产物[5]。镇原地区长8油层组与下伏长9油层组为连续沉积，因此长81砂层组的坡折带不可能由侵蚀作用形成。研究区内长82砂层组继承了长9沉积晚期较陡的湖盆底形特征[19]，湖泊水体相对较深[20]，并无坡折带发育特征，故长81砂层组坡折带并无继承性，同时，岩相古地理恢复结果表明该坡折带始终处于稳定沉积的三角洲平原及前缘相带[12]，因此该坡折带也不可能由差异沉积作用形成。已有研究成果表明，鄂尔多斯盆地发育近东西向、近南北向、北东向和北西向四组基底断裂[21]，镇原地区在晚三叠世延长期属于深部作用活跃区。地震剖面解释成果表明：镇原-庆阳一带在延长组中-下部地层发育多条与基底断裂相关的、产状近于直立的同沉积正断层，说明基底断裂在印支期具有活动性[22]。镇原地区长81砂层组坡折带恰好与F66及F75基底断裂位置重合(图7b)，说明该坡折带与基底断裂活动存在密切联系。近期研究成果表明，镇原地区长8沉积期物源主要来自火山弧物源区，具有碰撞缝合线及褶皱-逆掩带物源性质[23]，而录井和岩心资料显示，镇原地区长81砂层组内部发育一层凝灰岩，其沉积时间稍早于坡折带砂体。该套凝灰岩主要分布在研究区西部和南部，具有自西向东、自南向北逐渐减薄的特征，说明长81沉积期鄂尔多斯盆地西缘及南缘发生了强烈的火山喷发和构造活动，导致盆地内基底断裂活动，控制了该区双坡折带的发育。

图3 鄂尔多斯盆地镇218井长8油层组综合柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Chang 8 reservoir in Well Zhen-218,Ordos Basin

4 双坡折带沉积模式和控砂机理

古岸线恢复结果表明，镇原地区长81沉积期湖岸线在研究区西南部摆动范围可达几十至近百千米，说明该地区地形非常平缓，湖平面窄幅的升降就可能导致湖岸线大范围的退进，而在研究区东北部，即便在枯水期，湖岸线也只能迁移至合道—吴城子乡—镇356井附近(图5)，说明地形坡度变陡，这一特殊的古地貌背景决定了长81沉积期特殊的沉积模式和控砂机理。

图5 鄂尔多斯盆地镇原地区长81湖岸线位置推测Fig.5 Speculative lacustrine paleo-shoreline position of Chang 81 reservoir in Zhenyuan area,Ordos Basin

4.1 双坡折带沉积模式

借鉴“台型”和“坡型”三角洲前缘的概念[8]和双坡折带控砂机理，建立了镇原地区长81砂层组双坡折带浅水辫状河三角洲沉积和控砂模式(图8)。该模式具有如下几个特点：

1) 具有双坡折带特征，包括台型平原(前缘)、中部斜坡和下部斜坡3个地貌单元和岩相分区；

2) 台型平原(前缘)位于第一坡折带与最高湖岸线之间，地形平缓，枯水期湖岸线最低可迁移至第一坡折带附近；

3) 第一和第二折带之间为中部斜坡，第二坡折带之下为下部斜坡，中部斜坡和下部斜坡具有较大的地形坡度，以发育斜坡型前缘为特征。

4.2 双坡折带控砂机理

镇原地区长81沉积时期具双坡折带的古地貌特征对砂体的发育具有明显控制作用，湖侵期和湖退期砂体的分布规律和发育规模存在很大差异(图8—图10)：

图6 鄂尔多斯盆地镇原地区镇135井—镇288井长81砂层组地层对比(剖面位置见图2)Fig.6 Stratigraphic correlation profile from Well Zheng-135 to Well Zheng-288 in Chang 81 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin(see Fig.2 for the location)

图8 鄂尔多斯盆地镇原地区长81砂层组浅水辫状河三角洲沉积模式Fig.8 Sedimentary model of shallow braid delta in Chang 81 reservoir in Zhenyuan area,Ordos Basin

1) 湖侵期，坡折带之上的台型平原(或前缘)相带具有足够的可容纳空间，大量沉积物在近物源一侧就近堆积，向湖盆中心一侧由于物源供给逐渐减弱，地层和砂体厚度也随之减薄。

图9 鄂尔多斯盆地镇原地区镇153井—镇52井长81砂层组地层对比(剖面位置见图2)Fig.9 Stratigraphic correlation profile from Well Zheng 153 to Well Zheng 52 in Chang 81 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin(see Fig.2 for the location)

图10 鄂尔多斯盆地镇原地区长81砂层组层序地层格架中砂体分布模式Fig.10 Distribution model of sand bodies in Chang 81 sequence stratigraphy framework,Ordos Basin

2) 湖退期，台型平原(前缘)由于可容纳空间远小于斜坡型前缘相带，在湖退期很容易暴露侵蚀而形成一系列下切河谷，由于台型平原(或前缘)可容纳空间不足，大量沉积物通过下切河谷被搬运至远离物源区的斜坡型前缘相带，此时靠近物源一侧的台型平原(前缘)地层和砂体都较薄。

3) 第一坡折带之下的斜坡型前缘相带，由于地形坡度的突然加大导致可容纳空间急剧增加，砂质沉积物优先在第一坡折带附近的中部斜坡区域卸载堆积，形成了厚度较大的连续砂体，部分砂质沉积物以重力流的形式搬运到第二坡折带附近形成较厚的砂体，因此第二坡折带沉积物中液化变形构造、泄水构造及砂质碎屑流沉积明显增多(图4g—j)。

4) 第二坡折带以下的下部斜坡区域，不论在湖平面上升时期还是湖平面下降时期，均缺乏大量中碎屑物质的输入，因此单砂体厚度一般较小(图8)，主要以细粒的泥、粉砂岩沉积为主。

5) 枯水期，湖岸线迁移至第一坡折带附近，近岸湖浪对坡折带附近水下分流河道砂体的改造可能会导致砂质沿岸的再分配，使得砂体在平面上呈“沿岸砂坝”状展布的特征，具备“岸线控制席状薄层砂，而河道控制带状厚层砂”的控砂机理。

5 结论

1) 长81沉积期，镇原地区吴城子乡—太平—桐川一带存在两个明显的坡折带。第一坡折带以西及以南区域地形平缓，主要发育一套浅水辫状河三角洲沉积，第一坡折带以东、以北区域地形变陡，主要发育正常三角洲和重力流沉积。

2) 镇原地区长81沉积期坡折带主要受基底断裂活动控制，第一坡折带决定了枯水期最低湖岸线位置。

3) 湖平面升降和坡折带位置控制了砂体的时空分布。洪水期砂体主要发育在第一坡折带上部，而枯水期砂体主要发育在双坡折带之间的中部斜坡带，下部斜坡带在任何时候都不利于砂体发育。

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(编辑 张玉银)

Discovery of double slope breaks and its significance in Chang 81sand group in Zhenyuan area,Ordos Basin

Wang Changyong1，Zhang Yi1，Lin Shiguo2，Zheng Rongcai1，Wei Yaqiong1，Wang Haihong3，Hou Changbing3，Gou Xingfu3

(1.StateKeyLaboratoryforOilandGasReservoirGeologyandexploitation,ChengduUniversityofTechnology，Chengdu,Sichuan610059，China；2.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China；3.TheFourthSectionofUltra-lowPermeabilityReservoirs，ChangqingOilfieldCompany，PetroChina,Xifeng,Gansu745000，China)

Through the detailed core observation and lithologic interpretation of logging data,rock association characteristics,sedimentary architectures,sedimentary facies and sequence stratigraphy of Chang 8 reservoir in Zhenyuan area were studied.The results show that a shallow braided-river delta sediments with two slope breaks was developed during the deposition Chang 81,and the paleo-shoreline moved frequently within tens of kilometers above the slope breaks.These slope breaks were mainly identified by logging and sedimentary architecture features.Slope breaks of Chang 81sand group in Zhenyuan area were mainly controlled by basement faults affected by violent volcanic and tectonic activity in the southern and western Ordos Basin.During deposition of Chang 81,the study area can be divided into three geomorphology units,including platform-like plain (front) above the upper slope break,central-slope between the two slope breaks and lower-slope below the lower slope break.The distribution of sand body in transgression and regression stages was controlled by the ancient geomorphological features.The platform-like plain which was close to the provenance

more sandstone during transgression stage,and mudstone and siltstone deposited during regression stage.The central-slope that was farther from the provenance developed thicker sand bodies during lake transgression stage,while sands preferentially accumulated around the first slope during the lake regression stage.The lower-slope that was far away from the provenance developed small amount of sand bodies in anytime.The shoreline moved to the first slope in low water stand,and sand bodies around the slope break may feature “coastal sand bar” because of the transportation and transformation of waves and coastal current.

shallow-water delta,slope break,lake shoreline,Chang 8 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin

2015-11-04;

2017-06-02。

王昌勇(1981—)，男,博士、副教授，沉积学及石油地质。E-mail:wangchangyong09@cdut.cn。

国家科技重大专项(2016ZX05007)。

0253-9985(2017)03-0457-10

10.11743/ogg20170305

TE121.3

A