鄂尔多斯盆地东部子洲地区浅水三角洲沉积特征

任世杰，高胜利，高超利

(1.延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安　717600；2.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安　710065)

鄂尔多斯盆地子洲探区的构造位置位于伊陕斜坡东部，行政区划包括陕西省米脂、子洲、绥德、清涧等县，距榆林气田东南约50 km，勘探面积为7000 km2。该区山2石英砂岩发育，分布面积大，具有较大的勘探潜力，2005年子洲地区已探明山2含气面积1016.78 km2，探明地质储量922.58×108m3。

长期以来，普遍认为鄂尔多斯盆地地区山西组沉积期主要发育河流-三角洲-湖泊沉积体系[1-3]。随着盆地天然气勘探程度的提高和研究的不断深入，鄂尔多斯盆地山西组早期的海相沉积环境证据越来越多，从而对山西组特别是山2沉积环境的认识有了很大的改变，认为山西组早期沉积在中东部地区具有独特的浅水三角洲沉积特征，盆地北部上三角洲平原带发育，而盆地东南部下三角洲平原带发育，其间为过渡沉积带海相，上、下三角洲平原又各具其自身的沉积特点。子洲地区处于盆地的东南部，该区下三角洲平原沉积以水下分流河道为主体砂体。该区浅水三角洲沉积环境的地质认识打破了长期以来固有的思维模式，该认识在子洲大气田的发现过程中起到了重要作用。

1　山西组早期海相特征

1.1　沉积背景

鄂尔多斯盆地地区中央古隆起及其东部地区在晚古生代是华北盆地西部宽缓斜坡区，其沉积演化特征受控于华北盆地古地理背景。中奥陶世至早石炭世，华北地台隆升遭受长期风化剥蚀，地表已成准平原状态，现今的鄂尔多斯盆地地区也不例外，处于风化剥蚀期。早石炭世晚期，华北盆地开始最早的海侵，海侵主要来自东北方向，海侵沉积主要发育在辽南及其以东地区，这时的鄂尔多斯盆地仍处于隆升剥蚀区。晚石炭世早期—晚石炭世晚期，华北盆地海侵已波及现今鄂尔多斯盆地地区，形成陆表海沉积[4]。华北盆地最大的海侵期为早二叠世太原组沉积期，表现为大范围发育灰岩沉积，鄂尔多斯盆地地区也有多层灰岩发育。山西组沉积早期，发生向东南方向的海退，但海水没有完全退出鄂尔多斯盆地地区(图1)。

图1　华北盆地山西组早期岩相古地理图Fig.1　Map of lithofacies palaeogeography during Shanxi formation forepart in Huabei basin

1.2　泥岩微量元素、古生物化石特征

纵向上，从山23到山21总的趋势从大变小，山23、山22泥岩样品的Sr/Ba变化范围较大，局部比值大于1,甚至更大，反映有海水强烈改造过的特征，而山21中泥岩样品的Sr/Ba绝大多数均小于0.5(图2)，表明其为陆相沉积环境的产物，微量元素的纵向变化特点说明，山西期沉积是一海退的过程，山西沉积早期海水对本区沉积有改造作用，至山西期末海水彻底退出本区。横向上，山2底部Sr/Ba从盆地的西北向东南逐渐增大，子洲及其东部地区Sr/Ba大于1(图3)，说明山西早期海水对盆地沉积的改造从东南向西北逐渐减弱，表明了沉积环境由海相向过渡相、再向陆相的转化过程。

图2　榆30、榆36山2段Sr/Ba—深度关系Fig.2　Relationship between Sr/ Ba and depth in well Yu-30 and well Yu-36

图3　鄂尔多斯盆地东部山2段Sr/Ba平面分布Fig.3　Plane distribution of member 2 of Shanxi formation in the east Ordos basin

盆地内，榆48井山西组山2段的泥岩中(井深2566～2568 m)，发现有棘皮类化石碎片存在，大小约12 mm，边缘部分已被菱铁矿交代，但棘皮类化石的单晶结构特点仍清晰可见，碳酸盐矿物的菱面解理特征也基本保留，确系棘皮类化石碎片无疑，可以认为它们是在确有海水侵入的环境下被带入或原地生成的。大12井山2段2813.55 m处显微镜下发现晶粒白云石化的海百合及有孔虫骨屑[5]，这些化石的存在无疑说明盆地山2段具有海相沉积的特点。

2　浅水三角洲特征

考察本区的山西组山23三角洲沉积特点，不具备经典的三角洲沉积模式，而具有其独特的沉积特征，普遍发育三角洲前缘沉积。我国华北地区石炭—二叠纪含煤岩系是在构造稳定的陆表海条件下沉积的，而此时鄂尔多斯盆地是华北稳定克拉通盆地的一部分，其结晶基底稳定，地形平坦，在晚石炭世至早二叠世形成平坦宽阔的陆表的一部分[6-8]。而前述的泥岩微量元素、古生物化石特征，已经证明山西沉积早期盆地东部地区又有明显的海水改造作用，依据浅水三角洲沉积体系的划分模式(图4)，认为本区山西沉积早期具有浅水三角洲沉积特征。浅水三角洲沉积体系通常被分为上三角洲平原、下三角洲平原以及其间的过渡带，其中下三角洲平原包括三角洲前缘和前三角洲或海湾沉积，在受海水到微咸水改造过的地区发育下三角洲平原[6]。子洲地区下三角洲平原发育，发育独特的三角洲前缘特征。三角洲前缘构成子洲地区三角洲沉积的主体，也是本区气藏的主要储集体，三角洲前缘又可进一步划分为水下分流河道、分流间湾、河口砂坝及间湾沼泽，本区主要发育水下分流河道、分流间湾、间湾沼泽微相，以及以水下分流河道为主的沉积微相组合类型。

图4　浅水三角洲沉积体系模式Fig.4　Model of shallow water delta sedimentary system in the east Ordos basin

2.1　水下分流河道微相

岩性为灰白色、灰色、深灰色含砾粗砂岩—灰色细砂岩，砂体常具有由含砾粗砂岩向上变为细、粉砂岩组成的正粒序。分选中等—好，次棱—次圆状。砂岩中见槽状交错层理、板状交错层理及平行层理，普遍见对下伏深灰色泥岩或灰岩的冲刷面，且含砾石，砾石成分主要为燧石、泥砾(图5)。

测井曲线上由多个向上变细的正旋回构成，自然伽马曲线表现为多个齿化箱状曲线组合的叠加，从下到上幅度逐渐降低，反映了水动力条件逐渐减弱的特征。

麒2井山23粒度分布概率曲线以跳跃总体为主(60%左右),推移总体较少(20%左右)，悬浮总体不发育，斜率高，反映了沉积时水动力条件较强。

2.2　分流间湾微相

沉积物由灰色、深灰色、黑色的细碎屑物质和泥质组成，常形成泥质粉砂岩和粉砂质泥岩的互层，或者泥岩中夹细砂岩和粉砂岩的条带或透镜体，发育水平层理和透镜状层理，见块状层理、沙纹层理及波状层理。见植物叶片、植物茎干化石、茎干印模、动物的遗体及遗迹化石。自然伽马曲线总体表现为低幅值，或呈锯齿状或呈小的尖峰状。

2.3　间湾沼泽微相

在覆水相对闭塞的分流间湾，在还原—弱还原的环境中沼泽化，形成较厚的煤层(煤线)和炭质泥岩的堆积，所以，沉积物为煤层与灰黑色炭质泥岩互层，夹深灰色泥岩，与下部砂岩为突变接触。在煤层段，自然伽马曲线为低幅齿状，声波时差曲线为高的尖峰状。

图5　鄂尔多斯盆地子洲地区山2水下分流河道沉积特征Fig.5　Sedimentary characteristics of the subaqueous distributary channel of member 2 of Shanxi formation in Zizhou area, Ordos basin

3　气藏特征

本区独特的浅水三角洲平原沉积序列特征决定了本区天然气藏的成藏特征，水下分流河道沉积是主体沉积砂体，纵向上，其上、下沉积微相是分流间湾或间湾沼泽。

3.1　成藏模式

山西组山2底部的北岔沟砂岩与上覆的黑色泥岩、煤层及灰色泥岩夹粉细砂岩构成含气组合(图6)。山2底部砂主要为中—粗粒石英砂岩，孔隙度为2%～10%，渗透率为0.1～10 mD，而上部发育的暗色泥岩既是有效的烃源岩又是直接盖层，形成自生自储的源内成藏模式(图7)。

3.2　岩性圈闭

盆地东部现今构造为十分平缓的西倾大单斜，倾角<1°，整体表现为东高西低、北高南低的特征。在斜坡背景上发育幅度很小的鼻状隆起，浅水三角洲前缘砂体往往呈孤立或不同时期的砂体垂向叠置，因此构造作用对子洲—清涧地区天然气的聚集成藏不起决定性控制作用。

子洲地区山2砂带主要呈北西—南东向带状展布，受三角洲前缘水下分流河道的控制，主砂体带与分流河道间的泥质岩相间分布，不同期次的砂体在垂向上相互叠置。在砂体的主体部位储层厚度较大，物性相对较好，工业气流井主要位于储层岩性为石英砂岩且厚度较大、物性较好的部位，而主砂体侧翼和边缘物性相对较差，含气性也随之变差。榆29井2507.6～2513.5 m段为粗粒石英砂岩，粒间孔及溶孔较为发育，孔隙度为7.4%，渗透率为17.6 mD，试气获得了27.7790×104m3/d的高产气流。而在主砂体的侧翼，水动力条件减弱，砂岩粒度变细、泥质含量增加，储层物性变差或变致密，形成了上倾部位的岩性遮挡。在砂体向前缘的倾没端，由于砂体厚度减薄，砂体致密或尖灭，形成岩性圈闭(图8)。与此同时，砂体受沉积、成岩作用等多种地质作用的影响，具有较强的非均质性，也增加了圈闭的复杂性。因此，本区多期沉积的水下分流河道和河口坝砂体在侧向(上倾方向)或纵向上与水下分流河道间湾及滨浅湖相沉积的泥岩相互配置，构成了众多的岩性圈闭。近年来的地质综合研究认为，该区石英砂岩沿东南方向展布，子洲地区已在山2提交探明地质储量922.58×108m3，子洲东的镇川2-榆39-榆78一带(米脂东)预测砂岩分布面积约800 km2，山2含气显示较好，揭示本区具有较大的勘探潜力。

图6　鄂尔多斯盆地子洲地区山2段气藏纵向模式Fig.6　Vertical gas reservoir model of member 2 of Shanxi formation in Zizhou area, Ordos basin

图7　鄂尔多斯盆地子洲地区天然气成藏模式Fig.7　Modelon gas reservoirs in Zizhou area, Ordos basin

4　结论

通过上述研究，本文得出以下结论:

(1)鄂尔多斯盆地中东部地区山西组沉积早期具有明显的海相特征。纵向上，山2段从下到上Sr/Ba从大变小，山2段中下部Sr/Ba变化范围较大，局部比值大于1、甚至更大；横向上，Sr/Ba从盆地的西北向东南逐渐增大，子洲及其东部地区Sr/Ba大于1。同样，古生物化石也证明山西组沉积早期的海相特征。

(2)位于盆地东部的子洲地区，山2段沉积具有独特的浅水三角洲沉积特征，下三角洲平原发育, 以水下分流河道为主的分流间湾-水下分流河道-间湾沼泽沉积微相组合为其特征。

(3)山2气藏为岩性气藏圈闭，水下分流河道和河口坝砂体在侧向(上倾方向)或纵向上与水下分流河道间湾及滨浅湖相沉积的泥岩相互配置，构成了众多的岩性圈闭。

(4)子洲地区山2砂带主要呈北西—南东向带状展布，受三角洲前缘水下分流河道的控制，主砂体带与分流河道间的泥质岩相间分布，储层厚度较大，物性相对较好，子洲地区已在山2提交探明地质储量922.58×108m3，子洲东的镇川2-榆39-榆78一带(米脂东)预测砂岩分布面积约800 km2，山2含气显示较好，揭示本区具有较大的勘探潜力。