鄂尔多斯盆地延长组风暴沉积特征及意义——以环江地区长8油层组为例

安小平，唐颖，周小英，薄小松，王 昊，夏春明，张建亭，谭世豪，陈开运

(1.中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院，陕西 西安 710018；2.西北大学 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069； 3.西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065)

引 言

风暴岩是指非正常天气下由风暴作用所形成的沉积岩。国外于20世纪70—80年代形成较为完善的风暴岩沉积学理论。20世纪80年代后，我国在渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地等陆续发现风暴沉积，并建立了相关的风暴沉积模式[1-6]。

以往研究认为，鄂尔多斯盆地环江地区长8油层组主要发育浅水三角洲相沉积体系[7-10]，近年来的勘探开发表明现有浅水三角洲相地质认识存在问题，具体表现在：(1)从岩心上观察到大量含泥砾砂岩与块状砂岩等强水动力条件沉积物，与典型三角洲前缘沉积环境不匹配；(2)按传统三角洲控油理论，油藏主体带方向与水下分流河道走向一致(即与物源方向一致)。目前，已开发的油藏主体带延伸方向与湖岸线方向近于平行，与物源方向不匹配，油藏连片性较差(图1)。这些新的证据和迹象表明，环江地区长8段可能同时发育河流-三角洲相沉积砂体和风浪、重力等成因改造的湖盆砂体。近年来，笔者在长8储层岩心发现大量风暴岩沉积证据，认为该区长8储层是三角洲沉积与风暴沉积共同作用的结果。

图1 研究区构造位置及井位分布Fig.1 Structural location and well location distribution of the study area

1 区域地质概况

环江地区位于鄂尔多斯盆地西南部(图1)。晚三叠世延长组期，华北陆台逐渐解体，盆地处于陆相坳陷湖盆演化阶段，构造相对稳定，发育一套厚约1 000 m的陆相湖泊-三角洲碎屑岩沉积。长8沉积时期处于上三叠统湖泊扩张晚期，沉积作用与沉降作用相对平衡，没有剧烈的构造运动，水体较浅，湖面平阔，故长8期地层厚度横向稳定，古坡降<2 m/km，地层倾角为0.1°左右，地形平缓[7]。三叠世延长期，鄂尔多斯盆地位于北纬25°～30°附近，相当于现在的浙江—江苏地区，气候温暖湿润，形成热带气旋与风暴的可能性极大[11-12]。

2 风暴沉积特征及沉积模式

风暴沉积或风暴岩是由风暴流所产生的沉积物及沉积构造组合。浅水湖泊风暴沉积岩岩性以细砂岩、粉砂岩为主，缺乏粗粒沉积，沉积构造主要表现为截切构造、“V”字形泥砾、泥岩撕裂屑、冲刷面、丘状和洼状交错层理、浪成沙纹层理、波状交错层理、准同生变形构造等。典型的风暴沉积标志一般有侵蚀突变底界、粒序层、块状层、丘状交错层理、水平层理及遗迹化石等。通过对这些沉积构造的识别与研究，结合沉积序列即可确定风暴事件[13-15]。

2.1 风暴沉积特征

通过对环江地区长8油层组岩心的详细观察与分析，发现该区风暴沉积特征比较典型，具体表现在突变底界和冲刷充填构造、泥砾砂岩与块状砂岩、特殊的层理构造、生物遗迹化石、牵引流与密度流双重属性等方面。

2.1.1 突变底界和冲刷充填构造

风暴形成后在其生命高峰期能量巨大，由风暴作用形成的波浪与各种底流具有很强的剪切与侵蚀作用，对湖内前期形成的沉积物具有强烈的侵蚀与改造作用，可在湖盆底部形成大量不规则的突变底界和冲刷充填构造。岩心观察发现大量底面冲刷及沟模、槽模构造(图2)，这些底模构造通常在浊积岩中较为发育。研究区所在位置属于浅湖环境，河流入湖后在湖水的顶托与摩擦作用下不可能形成很强的侵蚀能力。同时，也不具备产生浊流事件的条件。因此，这些突变底界和冲刷充填构造的形成与风暴沉积作用有关。

图2 环江油田长8储层岩心底模沉积构造Fig.2 Sedimentary structure of core bottom mold of Chang 8 reservoir in Huanjiang Oilfield

2.1.2 泥砾砂岩与块状砂岩

研究区长8油层组岩心中一个重要的特征是含泥砾砂岩与块状砂岩发育。含泥砾砂岩通常位于侵蚀面之上， 块状砂岩之下。含泥砾砂岩中的泥砾岩为灰色泥岩，形状多样，有扁圆形、薄片形、条柱形，磨圆度差， 原地剥蚀与堆积特征明显。泥砾大小混杂， 颗粒为0.5 cm×0.8 cm， 最大者为2.0 cm×3.0 cm， 无规则地漂浮于砂岩中， 呈杂基支撑结构(图3)，反映该区水动力条件具有突然增强，然后快速衰竭的特征。块状砂岩位于含砾砂岩上部，以粉-细砂岩为主， 少见层理构造， 理论上是密度流沉积物。含泥砾砂岩与块状砂岩总厚度约占砂岩总厚度的20%左右。考虑到该区浅湖沉积背景， 认为含泥砾砂岩与块状砂岩是风暴沉积存在的又一重要证据。

图3 环江地区长8储层岩心Fig.3 Cores of Chang 8 reservoir in Huanjiang area

2.1.3 层理构造

环江地区长8油层组岩心层理构造发育，主要层理构造类型有丘状交错层理、洼状交错层理、波状层理、平行层理、透镜状层理等。其中，波状层理、平行层理、透镜状层理等是河流与三角洲沉积中常见的沉积构造，与牵引流有关。

丘状交错层理是鉴定风暴沉积的特征标志，也是最能反映风暴作用特征的沉积构造。丘状交错层理由一系列缓波状层系组成，外形像隆起的圆丘，向四周缓倾斜。风暴掀起的巨浪触及海底，在沉积物表面铸造成大的缓波状起伏，形成丘状交错层理[11-13]。

洼状交错层理，由一系列彼此以低角度交切的浅洼坑状纹层系组成。浅洼坑的深度一般为10～30 cm，宽1～5 cm，其细层与洼坑底界平行。洼状交错层理也是风暴流沉积最典型的沉积构造，构成洼状交错层理的沉积物粒度较丘状交错层理略粗[16-18]。

在岩心上识别丘状、洼状交错层理相对比较困难，其原因是岩心视域相对较小。丘状、洼状交错层理与槽状交错层理在断面上较为相似，但在空间上差别明显。丘状、洼状交错层理在各个方向上都具有类似的表现特征，即层面平缓并微微上凸或下凹(图4)。槽状交错层理不同方向展示的特征差异较大，沿河道走向层理面近于平行。研究区长8油层组岩心的丘状、洼状交错层理主要发育在粉-细砂岩中，纹层厚度0.5～1.0 cm，层面较为平缓，并微微上凸或下凹，具有平缓的波状特征，仔细辨别可与槽状交错层理区分。研究区长8油层组发育丘状、洼状交错层理，说明该区可能存在风暴沉积。

图4 环江地区长8油层岩心的丘状交错层理、洼状交错层理Fig.4 Mound cross bedding and depression cross bedding in cores of Chang 8 reservoir in Huanjiang area

2.1.4 生物遗迹化石

地层中遗体化石保存产状、完整程度和遗迹化石形态可以反映古沉积环境及水动力条件。若水动力强，水生生物就需要生活在潜穴中躲避巨浪的伤害。研究区长8油层组粉砂岩和泥质粉砂岩中广泛发育虫孔，虫孔以直立或高角度倾斜为主(图5)，反映该区水动力较强。研究区属于湖泊浅水区，正常情况下波浪不大，生活在这里的水生生物无需选择穴居生活方式，若在巨浪环境中，生长在滨浅湖的水生动物选择穴居方式生活，可有效躲避风暴作用形成的巨浪打击，会在地层中形成大量虫孔与逃逸迹。直立或高角度倾斜虫孔的存在，也可以作为风暴作用发育的证据之一。研究区存在直立或高角度倾斜虫孔现象，应与风暴作用有关。

2.1.5 牵引流与密度流双重属性

研究区长8油层组以中-细砂岩为主，在储层中，中粗砂、中砂、细砂、粉砂、黏土的体积分数分别为0.43%、23.05%、67.18%、4.13%、5.16%。砂岩岩中泥质杂基相对较少，以颗粒支撑结构为主，砂岩结构成熟度相对较高。

图5 环江地区长8岩心高角度虫孔构造Fig.5 High angle wormhole in Chang 8 cores in Huanjiang area

粒度概率累积曲线可以较好地区分颗粒搬运方式和水流强弱等。环江地区长8油层组砂岩粒度概率累积曲线可划分为三段式和两段式2种类型(图6)。三段式和两段式均表现出以跳跃总体为主的特征，跳跃总体为60%～80%，跳跃总体斜率60°～75°，分选中等，反映堆积相对较快的特征。

图6 环江地区长8砂岩典型粒度概率分布Fig.6 Typical grain-size probability distribution of Chang 8 sandstone in Huanjiang area

C-M图中C值为累计频率曲线上颗粒含量1%处对应的粒径，M值为累计频率曲线颗粒含量50%处对应的粒径。研究区长8油层组碎屑岩粒度C-M图的特点是散点图近似线性分布，并且与C=M基线平行(图7)，反映密度流沉积特征。

图7 环江地区长8储层砂岩C-M图Fig.7 C-M diagram of Chang 8 sandstone in Huanjiang area

2.2 风暴岩沉积模式

风暴岩是在风暴流作用下形成的具有一定瞬间性和周期性的沉积组合。因此，风暴浪基面上下附近区域是频繁发生振荡、侵蚀、再搬运滨浅湖沉积物的主要场所。三角洲前缘微相，尤其是沉积时期湖盆坡折带更是寻找风暴岩的重要区域(图8)。此类事件沉积形成的砂体在垂向上具有较为典型的沉积特征，进而将其归纳总结成一套风暴岩地层纵向沉积模式。地层纵向沉积模式对于判定其沉积相类型具有重要意义。

环江地区长8段可见突变底界、冲刷充填构造、含泥砾砂岩与块状砂岩，丘状交错层理、洼状交错层理、直立或高角度倾斜虫孔，这些都表明研究区长8段沉积时发生过风暴沉积作用。风暴沉积属于事件性沉积，研究区是多期次风暴作用反复侵蚀堆积的结果。岩性方面看到一个完整的风暴沉积序列是比较困难的，更多的是不完整的沉积序列组合，类似于鲍马序列，即很少见完整的鲍马序列[19-22]。通过借鉴前人总结的风暴岩沉积模式，建立环江地区长8油层组风暴岩纵向沉积模式。自下而上依次为块状层理段(SA)、平行层理段(SB)、丘状交错层理段(SC)、波状层理段(SD)和湖相泥岩段(SE)等5个层段(图9)。块状层理段(SA)岩性主要以含泥砾砂岩与块状砂岩为主，含泥砾砂岩位于块状砂岩之下，底部发育的槽模与沟模等强冲刷构造是风暴发展高峰期的产物。平行层理段(SB)岩性以细砂岩为主，含有少量粉砂岩，反映水动力条件较强。丘状交错层理段(SC)岩性以细砂岩为主，含有少量粉砂岩，是风暴形成涡流衰减过程中由沉积物堆积形成的。波状层理段(SD)岩性主要以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，发育波状层理与水平层理，可见生物遗迹化石，具有牵引流沉积特征，是风暴期后的沉积特征。湖相泥岩段(SE)岩性以灰色泥岩为主，发育块状层理与水平层理，为静水环境下的湖相沉积。该沉积模式可与其他地区风暴沉积模式类比。因此，该区存在风暴沉积。

图8 环江地区长8储层风暴岩沉积模式Fig.8 Sedimentary mode of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

图9 环江地区长8储层风暴岩纵向沉积模式Fig.9 Vertical sedimentary mode of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

3 地质意义

研究区发育槽模、沟模等强冲刷面，同时发育含泥砾砂岩与块状砂岩等。理论研究认为这样的沉积构造和岩石一般发育于强水动力环境。前人研究认为该区长8期地形平坦，水体较浅(不超过10 m)，很难产生很强的水动力条件。过去一般解释为水下分流河道在洪水期沉积的产物，略显牵强。随着该区风暴岩的发现与确认，理论上较好地解释了该区强水动力沉积构造产生的成因。

前人普遍认为该区为一套浅水三角洲相沉积，水下分流河道为主要储集相[16]，以岩性油藏为主，油藏主体带展布方向应与水下分流河道方向一致或者与物源方向一致。目前，开发实践证明油藏主体带方向与湖岸线伸展方向一致，与物源方向大角度相交(图1)。单一的浅水三角洲相认识很难解释这一现象。环江地区长8段取心统计结果表明，纵向剖面风暴沉积与非风暴沉积交互出现，随着井位从湖岸线逐渐向湖泊中心靠近，风暴沉积占长8段总地层厚度比重有所降低，但整体上风暴沉积砂体所占比重可观(表1)。此外，风暴成因的砂体主要以细-中砂为主，杂基含量低，具有较好的储集潜力。风暴砂体临近或处于湖泊中心，极易与三角洲前缘砂体发生互相叠置并被湖相泥岩包围，长8风暴岩上覆于长7生油岩之上，近源优势使其很有可能成为岩性油藏。因此，长8风暴岩可作为有利的新勘探目标。

环江地区长8风暴岩的发现揭示该区砂岩主体带的发育方向是三角洲沉积与风暴共同作用的结果。在油气勘探开发过程中不仅要注重三角洲相带的研究，还要充分考虑风暴作用对三角洲砂体的改造，准确预测油藏主体带，提高勘探开发效益。

表1 环江地区长8油层组风暴岩发育程度Tab.1 Thickness of tempestite in Chang 8 reservoir of Huanjiang area

4 结 论

(1)环江地区长8油层组发育半深湖相风暴沉积，风暴岩发育典型的丘状、洼状交错层理、底面冲刷、沟模、槽模等突变底界、冲刷充填构造以及直立或高角度虫孔。

(2)建立了环江地区长8油层组风暴岩纵向沉积模式，该沉积模式自下而上依次为块状层理段(SA)、平行层理段(SB)、丘状交错层理段(SC)、波状层理段(SD)和湖相泥岩段(SE)5个层段。