从青海湖现代沉积看鄂尔多斯盆地延长组滩坝砂体的发育与保存

王 菁,刘元博，李相博,刘化清,张 平，张志杰,王宏波,黄军平，完颜容

1中国石油勘探开发研究院西北分院;2中国石油长庆油田公司第一采油厂；3中国石油勘探开发研究院

0 前言

滩坝砂体由于经历了湖浪作用的搬运淘洗，物性良好，因而成为近年来中国沉积学界与石油勘探界关注的热点之一［1-2］。

近年来，国内很多与滩坝砂体有关的油气藏相继被发现，例如松辽盆地南部海坨子—大麻苏湖湾区青山口组油藏［3］，四川盆地川西坳陷蓬莱镇组气藏［4］，以及东部诸多小型断陷盆地中发现的油气藏等［5-10］。同时，在现代湖盆中也发育有大规模的滩坝砂体，例如山东峡山湖东岸大片的滩砂［11］，鄱阳湖松门山岛北坡的沿岸滩坝［12］，青海湖东岸和东南岸成排分布的滩砂和坝砂等［13-14］。总体而言，国内外学者针对陆相盆地滩坝砂体的类型、沉积特征、分布规律、沉积模式等方面做了大量的工作，研究较为深入［5-7，10，15-16］。但在鄂尔多斯大型坳陷湖盆延长组的沉积相研究中，以往对滨浅湖滩坝砂体重视不够，大部分研究者在编制延长组沉积相图或砂体分布图时都采用了“分流河道砂体”的观点［17-21］；少部分研究者提出了“水下分流河道与河口坝复合成因”的认识［22-25］，也只局限于三角洲范围内。几乎所有研究者都忽视了三角洲沉积体系之外或者湖湾地区真正意义上的滩坝砂体的存在。那么，延长组沉积时究竟有无滩坝砂体沉积？它们分布在哪里？有无油气勘探价值？基于这一科学问题，本文采用“将今论古”的思维和方法，试图通过对现代沉积滨浅湖滩坝砂体分布规律的研究，建立古代滩坝砂体的分布预测模型。

1 青海湖滩坝砂体研究的认识与启示

青海湖是我国最大的内陆高原湖泊，除发育三角洲沉积体系外，滨浅湖沉积也非常发育，其中滩坝砂大致沿平行湖岸线的方向成排成带发育（图1）。本文作者曾分析了青海湖滩坝砂体的沉积特征、形成与保存的地质模式，认为物源、风动力-水动力、湖盆底形和湖岸线是决定青海湖滩坝形成的主控因素，其中物源为滩坝形成提供了物质基础，风动力-水动力为沉积物改造及滩坝形成提供了源动力，湖盆底形与湖岸线决定了滩坝形成的平面位置与规模［13］。同时，结合前人对青海湖的形成与演化［26］、现代沉积环境与沉积相特征的研究成果［27］，作者研究了更新世以来青海湖湖平面（基准面）升降变化规律与滩坝砂体分布之间的关系［13］，得到了一个重要启示，即陆源滩坝砂体的形成较为容易，但保存较难。只要具备物源、湖盆底形及风动力-水动力等基本条件，低位域、高位域及湖侵域都可能形成滩坝砂体，但只有位于长期基准面旋回早期或三级层序湖侵期的滩坝沉积才能得到较好的保存。

图1 青海湖沉积体系展布及尕海古滩砂分布图（据文献［13］）Fig.1 Sedimentary system of Qinghai Lake and distribution of ancient beach sand in Gahai（cited from reference［13］）

2 鄂尔多斯盆地延长组滩坝砂体有利层段与地区分析

根据上述对现代青海湖滩坝砂体研究的认识，本文从物源供给、湖盆底形、风动力-水动力、湖岸线形态及湖平面变化（层序演化）等方面，对现代青海湖与鄂尔多斯盆地延长组的滨浅湖滩坝沉积进行对比研究。

2.1 物源供给特征

滩坝是通过波浪作用对三角洲砂体改造而形成，因而常分布在三角洲前缘侧翼或三角洲之间的湖湾处。注入青海湖的常年河流（非季节性河流）主要有5条:西岸的布哈河、北岸的乌哈阿兰河和沙柳河、东北岸的哈尔盖河及南岸的黑马河（图1a），这5条河入湖处均形成不同类型三角洲，为滩坝的形成提供了充足的物源［28］。其中，湖盆南岸与东北岸均为扇三角洲，物源主要为粗碎屑物质，因而附近的滩坝以砂砾石等粗粒沉积为主；而位于西岸的布哈河为曲流河三角洲，其附近的湖湾地区滩坝以粗砂—中细砂石沉积为主［29-30］。

晚三叠世鄂尔多斯原型盆地周缘被古陆块或褶皱造山带所围限（图2），因而具有多物源供给的特点，其中阿拉善古陆从西北部向盆内输送物源，阴山褶皱带从北部、东北部向盆内供应沉积物，而秦岭—祁连造山带是盆地东南部、南部和西南部沉积的物质供给者［31-33］。上述物源体系并非同时、同等程度发育，而是此强彼弱、互为消长。作者最近的研究也表明［33］，延长组长9—长8时期的盆地主要发育东北、西北以及西部物源体系，不存在南部物源体系。由此看来，在延长组长9—长8沉积期，来自盆地3个方向的三角洲砂体有可能经过波浪作用改造、搬运在盆地南部地区（包括西南与东南）形成滩坝砂体。

图2 晚三叠世鄂尔多斯原型盆地最大湖泛期沉积相图（据参考文献［33］）Fig.2 Sedimentary facies of Ordos prototype basin during the largest lacustrine flooding period in the Late Triassic（cited from reference［33］）

2.2 湖盆底形特征

湖盆底形对滩坝砂体的控制表现在2个方面：一是影响水动力的强弱，二是决定砂体沉积的规模。前人研究表明［34-35］，开阔平坦的地形地貌有利于沉积物的垂向加积，是滩坝沉积形成的有利场所。湖盆底形过缓，波浪作用弱，不容易形成高能水动力环境，难以对沉积物进行充分改造，不利于滩坝的形成；湖盆底形太陡，砂体沉积的空间受到限制。顾家裕在“湖泊中的滩与坝”（个人多媒体材料，2015）中认为滩坝砂体发育的有利坡度不宜超过70 m/km(4°)。青海湖的湖岸带比较开阔，除部分地区坡度较陡外（10°±）［29］，大部分地段坡度平缓（小于5°）。

许多学者对鄂尔多斯盆地延长组沉积期的湖盆底形进行过恢复：傅强等［35］认为延长期湖盆东北部的底形坡度为1°～3°，西南部为3°～5°；杨仁超等［36］最新的研究表明盆地西南部坡度约为3.5°～5.5°，东北部约为1.5°～2.5°。上述不同学者的认识基本一致，即延长期湖盆底形具有“北缓南陡”的特征，西南部湖盆底形在4°左右。由此看来，盆地西南部是鄂尔多斯盆地长8—长9滩坝砂体发育的有利地区。

2.3 风动力-水动力特征

水动力是沉积物再改造及滩坝砂体形成的主要地质营力，其大小、方向与风力场有关［37］。风不但具有侵蚀、搬运和沉积的能力，还可以向水体传输能量和动量，营造波浪和风生水流，成为盆地滨岸带沉积物搬运的源动力。

青海湖湖盆四周是海拔超过4 000 m的高大山地，属于西北干旱、半干旱与青藏高寒气候的交汇之地，常年盛行西北风［38-39］，其下风区（迎风面）位于盆地东岸的海晏湾到东南岸的耳海一带。目前的研究资料表明［13］，青海湖现代滩坝砂体沉积也主要分布在这一地区，从根源来看，显然这种分布特征与青海湖地区的风力场有关。在常年西北风的作用下，波浪由西（北）向东（南）传播，沉积物被再改造搬运到了下风区的迎风面一带，这是决定青海湖滩坝砂体分布位置的主要原因。

就鄂尔多斯盆地延长组沉积而言，晚三叠世时季风可能对其影响不大，原因是包括鄂尔多斯盆地在内的整个华北地区当时位于泛大陆东侧古特提斯北部的长条形孤岛上［40］，周围被泛大洋包围，类似于现今南半球的澳洲，大陆与大洋之间温度差异不大，气压基本上呈带状。由于晚三叠世鄂尔多斯盆地古纬度介于北纬25.40°～31.03°［41-42］，处于低纬度信风带上，所以东北信风可能对湖盆波浪起重要控制作用，波浪的传播方向应该由东北指向西南方向。考虑到晚三叠世—中侏罗世期间鄂尔多斯地块发生了至少45°的大角度逆时针构造旋转［43］，当时东北信风的下风区（迎风面）应该位于现今盆地的南部地区（包括西南与东南）。由此说明，从风动力-水动力条件看，盆地西南部也是滩坝分布的有利位置。

2.4 湖岸线形态特征

湖岸线的位置与形态（凹岸与凸岸）影响水动力能量变化，从而决定滩坝砂体的发育和分布。从青海湖现代沉积来看，在上风区（背风面）波浪改造作用较弱，凹岸（湖岸线向陆地凹进）与凸岸（湖岸线向湖内凸出）位置均不利于大规模滩坝的发育；在下风区（迎风面），波浪作用改造较强，在凸岸位置容易形成沙嘴和沙坝沉积（如二郎剑地区），而在凹岸位置（湖湾）以成排分布的滩沙为主（如东岸海晏湾地区和耳海地区）［13］。在鄂尔多斯盆地延长组沉积时期，现今盆地的西南部整体处于下风区的湖湾背景，因此有利于滩坝砂体（尤其是滩砂）的发育。

2.5 湖平面变化（层序演化）特征

不论是陆相还是海相环境，目前发现的有一定规模的滩坝体系主要分布在海（湖）侵体系域中［6，44］。以青海湖现代沉积为例，规模较大的滩坝砂体分布在中上更新统二郎尖组中［13］，从青海湖5 Ma以来的湖平面升降变化规律看，二郎尖组恰好为湖平面（基准面）上升旋回即湖侵期的沉积（图3a）。形成于湖侵背景的古滩坝（二郎尖组）砂体能够不断被新的滨岸沉积所覆盖而得以很好保存，尤其当湖平面快速湖侵时，位于湖岸线附近的早期滩坝砂体及时被随后沉积的浅湖泥岩所覆盖，波浪难以对其持续改造，因而保存较好［13］。

图3 湖平面变化与滩坝砂体保存关系图Fig.3 Relationship between the change of lake level and the preservation of beach and bar sand bodies

鄂尔多斯盆地延长组组成了一个完整的二级构造层序旋回（超长期基准面旋回）［45-47］，进一步可以划分出5个三级层序(长期基准面旋回)（图3b）。其中，长10—长7属于二级构造层序早期的沉积，与青海湖滩坝发育条件相类比，可以看出长10—长7是整个延长组沉积时期滩坝砂体得以保存的最有利层位。然而，由于长10期鄂尔多斯盆地主要为河流相沉积［48］，缺少湖泊相沉积，因此不可能发育滩坝砂体；长81沉积期为浅水湖泊三角洲环境，湖盆底形平坦，湖浪作用相对较弱［49］，因而也不具备滩坝砂体沉积的条件。对比分析表明，只有长9、长82和长7沉积期既处于二级构造层序早期，同时又位于三级层序湖侵体系域，有利于陆源碎屑滩坝保存。

3 延长组滩坝砂体的确认

基于上述滩坝砂体发育有利地区、有利层段的研究，重点对鄂尔多斯盆地南部延长组长9—长82—长7的砂体成因进行了重新认识。在盆地南部地区（包括东南与西南）延长组长9—长82露头上，砂体普遍呈席状或面状分布，横向延伸稳定，如宜川剖面和旬邑山水河剖面的砂体延伸1 km以上（图4a，4b）；常见交错层理、沙纹层理以及平行层理等（图4c）；砂体内部不具有单向水流的河道沉积构造，砂体底面平坦无冲刷、无滞留沉积（图4d），垂直虫孔和原地植物根茎发育（图4d）。露头的综合特征揭示为滨浅湖相沉积。

图4 鄂尔多斯盆地东南部延长组露头剖面照片Fig.4 Outcrop photos of Yanchang Formation in southeastern Ordos Basin

从钻井岩心看，研究区长82上部叠置的砂岩沉积构造类型多样，主要表现为底部发育低角度交错层理（图5a）、沙纹层理（图5b,5c）和平行层理，向上多为块状层理（图5d）和板状交错层理。

图5 鄂尔多斯盆地环县—合水地区长82典型井岩心沉积构造特征Fig.5 Sedimentary structural characteristics of cores of Chang 82 in typical wells in Huanxian-Heshui area,Ordos Basin

从单井沉积相综合柱状图来看，自西向东不同地区长8砂体特征表现出一定的规律性（图6）。以靠近盆地西部强物源区的H84井、位于东部远离强物源区的Z91井和X171井为例说明。

图6 鄂尔多斯盆地环县—合水地区典型井长82取心段沉积相综合柱状图(井位见图8)Fig.6 Comprehensive column of sedimentary facies of coring interval of Chang 82 in typical wells in Huanxian-Heshui area,Ordos Basin（the well positions are shown in Fig.8）

H84井长82取心井段显示出河道砂岩与滩坝砂岩共存（河坝共生型）的特征（图6a），河道砂体以中砂岩和细砂岩为主，垂向显示为正粒序特征，砂体底部可见冲刷面和泥砾，自然伽马曲线形态呈箱形或钟形；而上部叠置的单砂体为下细上粗的反粒序，底界面平整，在测井曲线上又表现为漏斗形，显示为滩坝沉积。Z91井和X171井取心井段岩性多为分选和成熟度较高的粉砂岩和细砂岩，单层砂体以下细上粗的反旋回（粒序）居多（图6b，6c）；由于其厚度较大，在测井曲线上又表现为漏斗形或锯齿状，以往生产中多解释为分流河道沉积。本文研究认为这些砂体由于缺少典型河道沉积标志，应该属于滩坝成因。多个滩坝砂体在垂相上叠置（滩坝叠置型），厚度可达数十米。对盆地西南部多口井的长82砂体粒度进行统计分析，其粒度概率累积曲线主要有“高斜两跳一悬夹过渡”式和“高斜两跳一悬”三段式（图7）两种类型，这与前人在松辽盆地和渤海湾盆地发现的典型滩坝砂体特征非常相似［3，15］，指示长82砂体为滩坝成因。

图7 鄂尔多斯盆地环县—合水地区长82典型井滩坝砂体粒度概率累积曲线图（井位见图8）Fig.7 Probability cumulative grain size curves of beach and bar sand bodies of Chang 82 in typical wells in Huanxian-Heshui area,Ordos Basin（the well positions are shown in Fig.8）

4 延长组滩坝砂体沉积特征及沉积模式

由于钻遇长8油层组的井较多，资料较为丰富，本文以长82段为例解剖滩坝沉积的空间展布以及含油气性。在大量钻井岩心观察等实际资料分析的基础上，结合前人有关物源及湖盆底形等的研究成果［50-51］，绘制了全盆地延长组长82砂体分布图（图8）。图中显示盆地西南部湖湾地带主要发育2期滩坝沉积，一期位于环县—合水一带，另一期位于华池一线。前人研究证实，长82沉积时在环县—合水和华池一线存在2期与湖岸线相平行的坡折带［51］，2期滩坝砂体的展布方向大致与2期（个）坡折带相一致，也大致与2期湖岸线相平行。

图8 鄂尔多斯盆地长82砂体及油藏平面分布Fig.8 Plane distribution of sand bodies and oil reservoirs of Chang 82 in Ordos Basin

从砂体构型看，延长组的滩坝沉积并非如青海湖那样典型的滩坝砂体，而是表现为如前所述的河坝共生型与滩坝叠置型的砂体在平面上的有规律分布，显示了该地区受到三角洲与湖浪作用的双重影响。正如纪友亮等［52］认为在陆相盆地中，不同时期的分流河道、河口坝和滩坝砂体可以交织叠加在一起形成“三角洲-滩坝复合砂体”沉积体系，作者认为盆地西南部是以西北阿拉善古陆及西部陇西古陆物源为代表的相对短距离的辫状河三角洲-滩坝复合砂体沉积模式（图9），主要砂体类型为分流河道砂、水下分流河道砂以及滩坝砂。其中，滩坝砂体主要分布在盆地西南部的湖湾处，总体沿着湖岸线呈环带状展布，分布面积为5 800 km2；单个滩坝砂体多呈不规则状分布，厚5～16 m，最厚可达16 m。

图9鄂尔多斯盆地长82滩坝砂体沉积模式Fig.9 Sedimentary model of beach and bar sand bodies of Chang 82 in Ordos Basin

盆地西南部的一些高产井均与滩坝砂体有关。典型的例子是位于研究区的X171井、H84井等生产井，长82试油日产量分别为35.36 t和13.43 t，岩心观察与测井解释证实产油层段均为滩坝砂体。事实上，在研究区长8油层组，目前所发现的油气田或高产井大多沿平行于湖岸线的滩坝砂体分布（图8），由此可见，滩坝砂体直接控制了油气藏的富集与高产。需要说明的是，从形成与保存条件看，长9—长82在鄂尔多斯盆地东南部有利于滩坝砂体的发育，但限于勘探程度，目前还不能够精确描述其平面分布。由于盆地东南部地区发育长9期烃源岩系，与同期滩坝砂体构成有效生储盖组合，因此这一地区是今后寻找滩坝型油气藏的有利地区。

5 结论

（1）基于对现代青海湖滩坝砂体形成和保存条件研究的认识，通过物源供给、湖盆底形、风动力-水动力、湖岸线形态及湖平面变化（层序演化）等方面的对比分析，认为晚三叠世延长期鄂尔多斯盆地的西南部是滩坝砂体发育的有利区。

（2）通过野外露头、钻井岩心、测井曲线等资料的分析，确认了鄂尔多斯盆地长9—长82—长7期沉积既处于二级层序的早期，同时又位于三级层序湖侵体系域，十分有利于陆源碎屑滩坝的保存，并由此编制延长组长82期滨浅湖滩坝砂体分布图，指出盆地南部（包括西南部与东南部）长9—长82期是滩坝砂体发育与保存的有利地区。

（3）建立了盆地西南部以西北阿拉善古陆及西部陇西古陆物源为代表的相对短距离的辫状河三角洲-滩坝复合砂体沉积模式，认为长82不同时期的分流河道、河口坝和滩坝砂体交织叠加在一起形成“三角洲-滩坝复合砂体”沉积体系。指出勘探程度较低的东南部是今后寻找长9—长82滩坝型油气藏的有利地区。