定北地区上古生界盒1段沉积相特征研究

卢 涛，赵晨阳，夏 宇

(成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059)

定北地区地理上位于鄂尔多斯盆地中西部，紧邻苏里格气田西南部，位于鄂尔多斯盆地天环向斜与伊陕斜坡两个一级构造交界处，构造相对平缓，已有的勘探资料证明本区上古生界盒1段有良好的天然气显示[1]。前人已经从构造、沉积方面针对鄂尔多斯盆地上古生界开展了大量的工作[2-4]。研究认为：区域构造背景控制了盆地充填和古地理演化，砂质储集体分布受控于沉积环境和古地理，形成了较为复杂的沉积体系。至中二叠世下石盒子期，海水已经从盆地完全退出，进入了内陆坳陷湖盆的全新演化阶段[5]。针对鄂尔多斯盆地盒1段沉积相的研究，不同的学者通过采用不同的方法和视角，研究得出的结论也不尽相同[6]。

根据盒1段岩石类型、粒度分析、沉积构造、测井响应等特征，并结合区域沉积演化特征，本研究认为区块内盒1段为辫状河-曲流河沉积的沉积体系。

1 岩石类型

薄片鉴定结果表明，定北地区盒1段储层砂岩以岩屑石英砂岩、石英砂岩为主，少量岩屑砂岩及长石岩屑砂岩(见图1)。碎屑颗粒主要为石英、燧石、多晶石英岩屑以及变质岩岩屑和火山岩岩屑，石英含量相对较高，一般在75%以上，岩屑含量次之。杂基主要为粘土和火山物质等，胶结物主要包括硅质、粘土和碳酸盐胶结。

图1 定北盒1段砂岩结构三角图

通过分析研究区盒1段钻录井资料，不同亚段的岩石类型及组合有较大的差异性。盒1下亚段岩石类型以灰色、浅灰色粗砂、含砾粗砂为主，发育大量冲刷结构(见图2)，表现为多期砂体叠置，向上经常突变为泥岩或粉砂质泥岩，缺乏细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩过渡；盒1上亚段岩石类型以岩性以细、中砂岩为主，向上逐渐过渡为杂色泥岩，局部见紫红色粉砂质泥岩，含少量植物根迹化石，为氧化环境下的产物(见图3)。

图2 冲刷面，定北6井，3702.54 m，盒1

图3 杂色泥岩含植物根迹化石，定北12井，3658.22 m

2 粒度分析

沉积物的粒度是砂岩最基本的结构特征，粒度分布主要受物源和沉积水动力条件的影响，是砂岩沉积时最原始的重要标志。一般沉积物的搬运方式包括滚动方式、跳跃方式、悬浮方式，在概率曲线上分别连成各自的线段，线段的斜率在一定程度上反映了次总体的分选性，斜率越大，分选性越好，反之，斜率越小，砂岩分选性越差。定北地区上古生界盒1段底部砂岩以中-粗粒砂岩为主，盒1上亚段以中砂岩为主，碎屑颗粒分选一般，磨圆主要呈次圆状-圆状，碎屑颗粒以凹凸-缝合线接触为主，压实较强。研究区粒度概率累积曲线以两段式为主，反映了河流环境下沉积物的原始特征(见图4)。

图4 定北地区盒1段概率累积曲线

两段式：主要由跳跃总体和悬浮总体组成，其中跳跃总体为主体，斜率中等-较高，分选中等-较好，反映了水动力较强的沉积特征；悬浮段总体斜率较低，分选较差，含量较低；跳跃组分与悬浮组分存在较为开阔的过渡带，表明沉积环境水动力条件较强，沉积分异相对复杂[7]。

3 沉积构造

研究区盒1段发育不同流水成因的沉积构造，结合前人研究结果，本区发育的沉积构造有冲刷充填构造、递变层理、斜层理、平行层理、水平层理、同生变形构造等(见图5～9)，不同的沉积构造均反映了盒1段为河流相沉积体系。冲刷充填构造：一般为粗粒沉积物直接覆盖于泥、粉砂岩之上，为河道突然改道的产物，早先沉积的细粒沉积遭受侵蚀，形成平直或凹凸不平的面。

图5 大型冲刷面，定北6井，3711.83 m，盒1

图6大型斜层理及正粒序，定北10井，3751.72～3752 m，盒1

图7 平行层理，定北10井， 3714.45 m，盒1

图8 发育水平层理，定北7井，3628.62 m，盒1

图9 液化变形构造，定北7井，3628.78 m ，盒1

递变层理：定北地区盒1段砂体中常见明显的递变层理，其中由粗砂岩、中砂岩、细砂岩及粉砂岩组成向上变细的正粒序结构最为常见，为典型的牵引流沉积的产物。

斜层理：包括楔状交错层理、板状交错层理及槽状交错层理，但由于层理规模较大，在岩芯上不能观察到层理全貌，但可以根据纹层与层面的斜交确定其为交错层。

平行层理：平行层理也是研究区盒1段常见的层理构造之一，平行层理一般为高流态下的产物，水浅流急，反映了沉积期河流较浅，水动力较强的沉积环境。

水平层理：主要发育在泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩中，为安静水动力条件下悬浮沉积物垂直沉降的产物，为天然堤常见的一种沉积构造。

同生变形构造：定北地区盒1段岩心中发育同生变形构造，其中以液化变形构造最为发育，其成因可能与河道决口扇有关。

4 测井响应

本次研究主要根据28口钻井的岩心观察资料，结合测井曲线归位处理，主要选取对砂岩、泥岩反映较为灵敏的GR曲线，作为研究区盒1段岩性解释的基础曲线，并综合考虑SP、RT、AC、DEN及CNL等曲线特征，建立了盒1段岩-电转换模型，并对盒1段岩性进行识别，建立了定北地区盒1段主要沉积微相的测井相标志(见图10)。

曲流河边滩沉积GR曲线一般表现为箱型或钟形，厚度5～20 m不等，其箱型底部常为河床滞留沉积；堤岸沉积GR曲线常表现为齿化低平曲线或圣诞树型的特征，反映沉积物粒度自下而上逐渐变细、泥质含量逐渐增多的特征；泛滥平原沉积GR曲线多表现为齿化低平曲线；决口沉积GR曲线则表现为大段齿化低平曲线中的齿化漏斗形或指状特征。

辫状河心滩沉积GR曲线一般表现为齿化箱型，厚度一般不低于10 m，反映连续叠置的砂体，其箱型底部为河床滞留沉积；辫状河道沉积GR曲线多表现为钟形特征，厚度通常小于5 m，为侧向迁移的孤立砂体的反映；河漫滩沉积GR曲线一般表现为齿化低平曲线特征，偶有低幅指状特征。

图10 定北地区盒1段岩-电转换模型

5 沉积演化

根据前人的研究，鄂尔多斯盆地海相三角洲沉积一直持续到山西组沉积时期。至中二叠世早石盒子期，盆地北部构造活动进一步加剧，陆源碎屑供给充分，区域上河流下切充填发育[8]。

定北地区盒1段主要发育河床滞留沉积、心滩、辫状河道及泛滥平原沉积，其中河床滞留沉积通常位于河床底部，以发育细砾岩或含砾粗砂岩为主，具正粒序。心滩沉积以连续叠置的中-粗砂岩为特征，平行层理及斜层理较为发育。辫状河道砂体厚度相对较小，沉积构造与心滩相似，但沉积物粒度略细。泛滥平原主要为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及粉砂岩互层为主。缓坡型辫状河河道砂岩的中止常以河道的突然废弃、中-粗砂岩沉积突变为粉砂质泥岩为特征，无明显的天然堤发育。

定北地区盒1段上部主要发育河床滞留沉积、边滩、天然堤、泛滥平原即决口扇等沉积微相，砂岩粒度及主要沉积构造与辫状河沉积有相似的地方，但该类河流相常以发育典型的堤岸沉积和决口扇沉积而与辫状河相区别，边滩和天然堤段所对应的GR曲线常呈圣诞树型而与辫状河心滩及河床滞留沉积段所对应的箱型段相区别。

通过分析盒1下段和盒1上段的沉积微相平面展布，结果表明盒1段沉积初期，物源丰富，供给充足，水动力能量强，河道呈南北向分布，底部河道砂体最为发育，心滩广泛分布；盒1段沉积后期，物源区缩小，供给减少，水动力能量较弱，研究区河流开始向多河道低弯度曲流河演化，河道变窄、曲率增大，研究区以发育边滩沉积为主。

6 结论

定北地区盒1段储层砂岩以岩屑石英砂岩、石英砂岩为主，粒度分析表明盒1段以两段式为主要特征，结合研究区沉积构造及测井响应特征均表明定北地区盒1段发育河流相沉积体系。

通过分析区域地质演化及研究区沉积微相平面展布特征，研究区盒1下亚段为缓坡型辫状河沉积，向上逐渐过渡为曲流河沉积。沉积微相的演化规律主要受物源供给和沉积水动力条件的控制。