鄂尔多斯盆地陇东地区长4+5油层组物源分析及沉积特征

付 浩

(中国石油集团测井有限公司 长庆分公司 靖边项目部，陕西 榆林 710201)

鄂尔多斯盆地三叠系延长组油气勘探潜力巨大，陇东地区延长组长4+5油层组的勘探始于20世纪80年代，前人主要对陇东地区长4+5油层组区域构造、成岩作用和成藏背景进行了系统的研究[1]。目前，对于研究区物源的认识仍存在差异。郭艳琴等[1]指出研究区主要存在西、西南和东北3个方向的物源；而廖纪佳等[2]指出研究区存在西南、南和东北方向物源；李凤杰等[3]指出研究区是以环湖发育的三角洲沉积为主，各地区主控物源存在差异；而较为详细的古水流特征、轻重矿物组成及碎屑组分与物源分析却报道较少[4-11]。

沉积盆地的物源分析对于砂体展布特征和有利储层分布预测具有重要意义，也是沉积盆地研究的重要内容之一。其分析手段主要包括：古水流分析、古地貌再现、剥蚀区确定、母岩性质、重矿物分析、轻矿物分析、平面差异性分布等方面[12-13]。精细的沉积盆地物源分析对于源汇分析、盆山耦合关系、沉积体系以及原型盆地分析等方面的研究具有重要意义[12-16]。本文拟通过区域构造背景、周缘地区野外的古水流方向、岩心观察、沉积相类型以及岩心轻、重矿物平面差异性分布的研究，对陇东地区物源方向进行精细解释，在物源分析的基础上阐明靶区长4+5油层组的沉积特征，为油气勘探提供理论依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地位于中国东、西部构造域交汇处，东起吕梁山，西至六盘山，南达秦岭，北至阴山[2]；盆地内发育晋西挠褶带、天环拗陷、陕北斜坡、渭北隆起、西缘冲断带和伊盟隆起6个Ⅰ级构造单元(图1)。陇东地区位于其西南部[1]，由上至下发育第四系、中侏罗统和三叠系。三叠系延长组发育5个岩性段，其中长三段至长一段为主要的含油气层段，岩性差异明显。长三段包括长7、长6以及长4+5油层组，由底部至顶部，泥岩含量逐渐降低、砂岩含量增高；长二段包括长8和长9油层组，岩性特征整体上与长一段相似，从底部的长9至顶部的长8油层组，泥质含量增高，砂质含量降低；长一段以长10油层组为主，以深灰色泥质粉砂岩、灰绿色泥岩以及厚层块状中细砂岩为主，局部夹灰黑色薄层泥页岩。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分与研究区位置Fig.1 The tectonic units of Ordos Basin and the location of the study area

2 长4+5油层组物源分析

2.1 古水流分析

古水流分析是研究物源的重要手段，可用于确定古湖岸线方向、指示古隆起及拗陷带位置以及盆地内环境演化等；确定古水流的标志主要有生物钻孔的方向、砾石的主要长轴走向、沉积层理(如不对称波纹层理的方向，槽状交错层理楔状体倾覆方向等)、岩石粒度和成分特征等[17-20]。

鄂尔多斯盆地周缘野外露头较好，古水流识别标志明显。本次研究针对研究区周缘12处长4+5油层组野外露头进行系统的地质考察，古水流统计结果见图1和表1。研究区长4+5油层组古水流方向存在明显的多方向特征，具有由周缘向研究区汇聚的沉积特征，表明研究区长4+5油层组可能存在混源沉积。

表1 鄂尔多斯盆地周缘长4+5油层组野外露头剖面古流向Table 1 Paleo-flow direction in the outcrop profile of the Chang 4+5 in the periphery of Ordos Basin

周缘12个露头的野外测量结果反映研究区东北部古水流方向为225°左右，局部存在差异；南部永参1井附近古水流方向为320°左右，西南部华亭汭水河附近古水流方向主要为80°(图1)。平面上，长4+5油层组的最大粒径分布也存在差异，南部永参1井附近长4+5油层组粒度较粗，平均最大粒径可达0.75 mm；富县—宜川等地区的长4+5油层组粒径中等偏粗，平均最大粒径约为0.62 mm；而陇东地区长4+5油层组的最大粒径仅为0.32 mm，明显偏细。砂岩中大颗粒的主要轴向方向与槽状交错层理的轴向倾伏方向具有较好的对应性。因此，粒度、砾石的长轴方向以及古水流方向均指示出研究区存在东北、西南和东南3个方向的主要物源。然而，3个方向物源的主次关系仍不清晰，本文借助系统的重矿物、轻矿物以及岩石组分含量确定3个方向物源的主次关系。

2.2 重矿物组合特征

鄂尔多斯盆地内400余块长4+5油层组样品的分析结果显示重矿物有：重晶石、硬绿泥石、锆石、绿帘石、电气石、金红石、无色石榴石、磁铁矿和白钛矿。其中，锆石、白钛矿、电气石以及无色石榴石等为主要矿物，绿帘石、硬绿泥石、磁铁矿等为次要矿物。重矿物中的锆石一般为低温稳定矿物，具有搬运距离远、化学性质稳定的特征，一般富集于沉积区。本区的锆石含量具有中心高、周缘低的特征；石榴石分布具有明显的北高南低的特征，陇东地区的石榴石含量整体较低，仅在西部具有增高的趋势；电气石分布特征与锆石类似。从重矿物的组合特征看，锆石含量高的区域主要分布于鄂尔多斯盆地的东北部安边至华池一带；东北部靖边至安边一带为石榴石含量高的区域；石榴石和锆石的含量都高的区域主要位于西北李庄子至摆宴井一带；西南部为白钛矿含量高的区域，东南部为锆石+白钛矿含量高的区域；中心的华池至马岭一带为明显的混源区(图2)。

图2 鄂尔多斯盆地长4+5油层组重矿物分布图Fig.2 Distribution of heavy minerals in Chang 4+5, Ordos Basin

上述研究表明：不同地区长4+5油层组受3个方向的物源影响差异较大，其中镇原、庆阳、沙井子至马岭一带可能主要受西南部物源影响；南部物源主要控制正宁、合水以及宁县一带的长4+5油层组的沉积；东北部物源主要影响华池至吴堡一带长4+5油层组的沉积；庆城(中心部位)混源沉积特征明显。此外，重矿物的平面差异性分布特征显示在物源分析时如果仅用陇东地区小范围的重矿物资料易误判为仅受西南部物源影响。

2.3 轻矿物组合特征

轻矿物中的主要矿物为砂岩的主要骨架组成颗粒，包括石英、长石、碳酸盐碎屑颗粒及沸石等，密度<2.8 g/cm3的浅色矿物。Dickinson图版[21-22]是轻矿物应用于物源分析的一个典型实例。50口钻井的100余张薄片的鉴定、分析结果表明，研究区以岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，轻矿物平面分布特征见图3。此外，由于砂岩中骨架颗粒主要由石英、长石和岩屑组成，因此在研究轻矿物组合特征时，利用石英、长石和岩屑三个指标来指示研究的物源特征。

图3 鄂尔多斯盆地长4+5油层组轻矿物分布图Fig.3 Distribution of light minerals in Chang 4+5, Ordos Basin

石英、长石和岩屑3种碎屑颗粒的化学稳定性差异大，石英的化学稳定性最高，长石次之；岩屑因类型不同，稳定性差异较大。主要轻矿物的平面分布特征显示盆地内存在4个主要分布带：长石含量高+岩屑含量低的区域、石英+岩屑含量高的区域、石英+长石含量高的区域以及混杂分布区域，其平面分布特征与重矿物分布特征类似。也指示研究区存在西南部物源、南部物源和东北部物源的特征，研究区中心庆城地区主要为混源的特征。如果仅以陇东地区的轻矿物分布特征分析其物源，易误判为西南和东北两大物源供应，忽略南部物源的影响。利用轻矿物进行物源分析时需考虑由源区至沉积中心的分布特征。

2.4 岩屑组合特征

岩屑组分对于物源研究具有重要意义，其平面分布特征受物源控制。变质岩、沉积岩和火成岩碎屑由于其稳定性的差异，对物源指示的意义差异相对较大，一般利用火成岩和变质岩的含量作为物源判识的标志之一。沉积岩屑的化学稳定性差，但存在沉积过程中再生特点，较难作为物源判识的标志。岩石薄片分析结果显示研究区发育变质岩屑+火成岩屑含量高的区域、变质岩屑+沉积岩屑含量高的区域、变质岩屑含量中等的区域、变质岩屑含量高+火成岩屑含量低+沉积岩屑含量低的区域和混合区。岩屑的平面分布差异表明陇东地区长4+5油层组存在西南部物源、南部物源、东北部物源和西北物源4个方向的物源，这与上述分析的结论具有一致性。此外，与轻、重矿物平面差异分布特征类似，仅仅利用研究区小范围的资料，易将研究区的物源误判为南部和西南部物源主控(图4)。

图4 鄂尔多斯盆地长4+5油层组岩屑组合分布图Fig.4 Distribution of rock debris in Chang 4+5, Ordos Basin

碳酸盐岩屑作为一类特殊的岩屑，其来源与物源和沉积相带具有明显的相关性。研究区白云岩碎屑的分布具有明显的西南高、东北低的特征，与鄂尔多斯盆地内的分布特征类似。依据白云岩碎屑的含量，可将研究区划分为白云岩碎屑发育区、较发育区以及不发育区3大区带。平面上呈现出由西南向东北逐渐降低的特征，表明南部和西南部物源区存在白云岩含量相对较高的母岩区，这与前人的认识具有较好的一致性[2]。

综上所述，从重矿物分布上，研究区东北物源体系以锆石含量高为特征，西南物源体系以白钛矿含量高为特征，南部物源体系以锆石和白钛矿含量高为特征；轻矿物分布上，东北物源体系以长石含量高和岩屑含量低为特征，西南物源体系以石英和岩屑含量高为特征，南部物源体系以石英和长石含量高为特征；岩屑组合分布上，东北体系物源以变质岩屑含量高、火成岩和沉积岩屑含量低为特征，西南物源体系以变质岩屑和沉积岩屑含量高为特征，南部物源体系以变质岩屑含量中等为特征；白云岩屑分布，东北物源体系白云岩屑不发育，西南物源体系以白云岩碎屑发育为特征，南部物源体系以白云岩碎屑较发育为特征。综合重矿物、轻矿物、岩屑以及白云岩碎屑的平面分布特征，认为研究区主要发育东北、西北、西南和南部4个方向的物源，其中陇东地区长4+5油层组受东北、西南两大物源控制最为明显。

3 沉积体系特征及分布

3.1 岩石学特征及相标志

3.1.1 岩石学特征

陇东地区长4+5油层组的岩石学特征平面差异大，在西南部，以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，各组分的平均质量分数(w)：石英为43.9%，岩屑为22.0%，长石为16.4%；东北部长4+5油层组主要为长石砂岩，各组分的平均质量分数(w)：长石为41.4%，石英为25.4%，岩屑为11.3%，云母为6.6%，以长石含量高为主要特征，区别于西南部，云母含量较高，岩屑含量低。整体上，陇东地区长4+5油层组以细砂岩为主，东北部分选性较好，次棱角状，成分成熟度高，反映远源沉积特征；西南部长4+5油层组以中-细砂为主，较东北部粗，分选性为好-中等，次棱角状，成分成熟度低，反映相对近源沉积特征。

3.1.2 岩相类型

陇东地区长4+5油层组发育灰色泥岩、黑色炭质泥岩、灰白色粉砂岩、灰绿色细砂岩及灰白色(含砾)粗砂岩等岩相类型，其中泥岩常含粉砂，颜色主要为灰色(图5-A)；黑色炭质泥岩多发育于水体较深的沉积环境(图5-B)；砂岩多以灰绿色细砂岩为主，但常因含油显示次生的褐色(图5-D、E)，反映浅水沉积环境；同时还发育灰白色粉砂质泥岩(图5-C)和灰白色含砾粗砂岩(图5-F)，反映水上沉积环境。

图5 陇东地区长4+5油层组的岩相类型Fig.5 The lithofacies of Chang 4+5 oil formation in Longdong area(A)灰色泥岩,W222井，长4+51，深度1 905.15 m; (B)黑色炭质泥岩，B522井，长4+52，深度1 706.34 m; (C)灰白色粉砂质泥岩，Y78井，长4+52，深度2 127.45 m; (D)灰绿色细砂岩,W222井，长4+51，深度1 901.99 m; (E)灰绿色细砂岩,106井，长4+52，深度2 482.72 m; (F)灰白色含砾粗砂岩,Y214井，长4+51，深度2 227.05 m

3.1.3 沉积构造

陇东地区长4+5油层组的沉积构造类型丰富，水动力条件复杂，发育浪成沙纹层理、波状层理、脉状层理、水平层理、平行层理、板状和槽状交错层理、块状层理以及冲刷面等沉积构造。粉砂岩和泥岩多发育水平层理及波状、脉状、浪成沙纹层理等，其中水平层理的层薄，纹层厚度小(1.0～2.0 mm)，多见于低能环境中，主要为悬移物质缓慢沉积形成(图6-A、B)；波状、脉状和浪成沙纹层理水动力条件相对较强，前两者多为泥岩与粉砂岩的互层形成，但砂泥比存在差异(图6-B)；浪成沙纹层理是由沙丘在波浪作用下逐渐迁移形成(图6-C)。上述3种层理类型的沉积环境动力条件弱，以三角洲前缘席状砂、分流间湾沉积泥岩、粉砂质泥岩以及粉砂岩沉积为主。

细砂岩中多发育平行层理，单层厚度较大，在1.0 mm以上，纹层面云母含量高，水动力条件相对较强，多由周期性的床沙迁移形成(图6-D)。细、中砂岩和粗砂岩中多发育板状和槽状交错层理(图6-F、I)，局部发育块状层理；在含砾粗砂岩的底部多发育冲刷面，是高流态下的产物，多见于河道底部(图6-H)。这几种沉积构造特征均显示较强的水动力环境，多出现于河流三角洲前缘的河口坝、水下分流河道以及河流三角洲平原的分流河道中。

图6 陇东地区长4+5油层组沉积构造特征Fig.6 Characteristics of sedimentary structures in Chang 4+5, Longdong area(A)水平层理、波状层理,午222井，长4+51，深度1 893.65 m; (B)波状、脉状层理,镇381井，长4+52，深度2 166.60 m; (C)浪成沙纹层理,白106井，长4+51，深度1 956.40 m; (D)平行层理,白304井，长4+51，深度1 900.83 m; (E)包卷构造,午222井，长4+51，深度1 891.90 m; (F)槽状交错层理,午222井，长4+51，深度1 891.19 m; (G)块状层理,镇327井，长4+52，深度 1 979.00 m; (H)冲刷面、泥砾,木32井，长4+51，深度2 305.50 m; (I)板状交错层理,白409井， 长4+51， 深度 1 956.67 m; (J)砂球、砂枕构造,镇327井， 长4+52， 深度 1 979.40 m

此外，陇东地区长4+5油层组在砂泥岩过渡带中常发育重力流成因的同生变形构造，例如球状构造(图6-J)和包卷层理(图6-E)等， 多出现在河流三角洲的前缘斜坡环境。

3.1.4 沉积物结构成熟度及粒度特征

陇东地区长4+5油层组砂岩的颗粒形态主要表现为次棱角状，分选性为中等-好，岩石的结构成熟度高，但存在区域性的差异，其中镇北地区较华庆地区砂岩颗粒的磨圆度好，但分选性较差。陇东地区长4+5油层组砂岩的粒度概率累计曲线以两段式为主，推移组分缺失，跃移和悬移组分含量高。其中跃移组分的质量分数主要为75%～80%，斜率高，主要为60°～65°，砂岩分选性较好；悬移组分的质量分数主要为25%～15%，含量低。陇东地区长4+5油层组砂岩样品的粒度概率累计曲线反映水动力条件较强，但由于推移组分多表现为缺失，因此河流的滞留沉积整体发育差，以河流三角洲前缘的水下分流河道沉积为主，局部发育河流三角洲平原的分流河道(图7)。

图7 陇东地区长4+5油层组砂岩粒度特征Fig.7 The characteristics of grain size of Chang 4+5 in Longdong area(A)细砂岩,白213井，长4+52，深度2 015.92 m; (B)细砂岩，白213井，长4+52，深度2 015.92 m; (C)细砂岩,木13井，长4+51，深度2 264.47 m; (D)细砂岩,镇39井，长4+51，深度2 006.60 m

利用陇东地区长4+5油层组样品的粒度分析结果绘制C-M图，结果表明陇东地区长4+5油层组主要分布于牵引流的递变悬移物质沉积区域，即QR段(图8)，C值的均值为0.28 mm，M值的均值为0.14 mm，这与河流三角洲的沉积物特征较为吻合。

图8 陇东地区长4+5油层组砂岩C-M图解Fig.8 C-M plot for Chang 4+5 samples in Longdong area

3.1.5 测井相标志

陇东地区长4+5油层组的自然电位曲线(SP)以低中幅度为主，表明研究区长4+5油层组的岩性整体较细。此外，岩性及录井显示了类似的特征。长4+5油层组整体以粉砂岩和泥岩为主，细砂岩至粗砂岩含量整体较低。自然电位曲线的形态主要表现为底部渐变、顶部突变的特征，且以微齿形最为常见，这与陇东地区长4+5油层组沉积时期湖泛面发育、整体为湖退进积的沉积背景相吻合。此外，陇东地区长4+5油层组自然电位曲线类型整体较为丰富，常见的有钟形、箱形、漏斗形、指形和直线形。其中：钟形曲线多见于河流三角洲前缘的水下分流河道砂体和河流三角洲平原的分流河道砂体；箱形曲线为河流三角洲前缘的水下分流河道砂或河流三角洲平原的分流河道砂叠置的结果；在河流三角洲前缘或前三角洲环境中的河口坝或远砂坝沉积，自然电位曲线主要以漏斗形为主(图9)。依据上述特征，对陇东地区长4+5油层组的沉积相特征展开系统识别。

图9 陇东地区长4+5油层组测井相标志Fig.9 Logging facies markers of Chang 4+5 oil formation in Longdong area (A)辫状河三角洲前缘水下分流河道箱形曲线特征, 木30井; (B)三角洲前缘水下分流河道漏斗形-钟形曲线组合特征,镇106井;(C)三角洲前缘分流间湾指形或直线形曲线组合特征,镇370井

3.2 沉积体系分布特征

平面上陇东地区长4+5油层组受不同物源影响大，横贯西南物源至东北物源的剖面显示：由西南至东北地区，分别发育辫状河三角洲前缘、半深湖及曲流河三角洲沉积(图10)。辫状河三角洲前缘及曲流河三角洲前缘沉积砂体主要为水下分流河道沉积；半深湖到深湖沉积体系岩性主要为泥岩沉积，局部地区发育滑塌和浊积水道等重力流沉积。沉积地貌对砂体分布特征具有一定的影响，从辫状河三角洲平原的分流河道进入辫状河三角洲前缘的水下分流河道沉积，地形相对较为平坦，水动力快速减弱，河道的摆动和侧积明显增加，从而形成了厚度大、多期叠置的厚层砂体。如东北部的吴堡、乔川地区等，西南部的太白梁、木钵地区(图10)。陇东地区长4+52亚组到长4+51亚组表现出明显的进积特征，东北部的河流三角洲前缘砂体明显厚于西南部河流三角洲前缘的砂体沉积，如东北部吴堡地区与西南部太白梁地区，东北部乔川地区与西南部木钵地区(图11)。

图10 陇东地区西南部长4+51亚组砂体纵剖面图Fig.10 Longitudinal profile of Chang 4+51 sand body in southwestern Longdong area

图11 陇东地区东北部长4+51亚组砂体纵剖面图Fig.11 Longitudinal profile of Chang 4+51 sand body in northeastern Longdong area

平面上陇东地区长4+5油层组的沉积特征差异大，其中东北部物源主控的曲流河三角洲沉积体系主要分布于华庆地区；西南部物源主控的辫状河三角洲沉积体系主要分布于镇北地区；陇东地区的中部主要发育半深湖-深湖沉积，砂体薄。陇东地区河流三角洲前缘的水下分流河道平面分布差异大，东北部的长4+52亚组和长4+51亚组主要为河流三角洲前缘的水下分流河道砂体和分流间湾泥岩沉积；西南部地区主要表现为辫状河三角洲平原的辫状河道砂体沉积和泛滥平原泥岩沉积；靠近湖盆中心主要为辫状河三角洲前缘和前辫状河三角洲沉积，砂体以水下分流河道沉积为主；湖盆中心主要为滑塌浊积岩和浊积水道砂体沉积(图12)。

图12 陇东地区长4+5油层组沉积相图Fig.12 Sedimentary facies map of Chang 4+5 oil formation in Longdong area(A)长4+52亚组; (B)长4+51亚组

4 结 论

a.基于古水流、重矿物、轻矿物、岩屑以及白云岩碎屑的平面分布特征分析，认为陇东地区存在东北、西北、西南和南部4个方向的物源。虽然陇东地区的长4+5油层组具有明显的混源沉积特点，但主要受东北、西南两大物源控制。

b.陇东地区长4+5油层组发育湖泊相(中部)、曲流河三角洲相(东北部)和辫状河三角洲相(南部至西南部)3类沉积相，由长4+51亚组至长4+52亚组进积特征明显，湖泊发生明显的萎缩。

c.物源供应的差异引起砂体分布存在明显差异，陇东地区东北部的长4+5油层组沉积速率更快，砂体厚且多期叠置明显。

d.在沉积盆地中进行物源分析时，需要结合多种资料，在较大的范围内展开研究。研究区域需包括物源至沉积中心，否则易引起物源的误判，对后期沉积模式建立以及砂体差异分布的分析具有较大影响。