中南大学学报(自然科学版)

DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2015.11.027

湖盆浅水三角洲分流河道储层构型模式:以鄂尔多斯盆地东缘延长组野外露头为例

付晶1, 2,吴胜和2,王哲3,刘钰铭2

(1. 中国石油勘探开发研究院 廊坊分院,河北 廊坊,065007;

2. 中国石油大学(北京) 地球科学学院,北京,102249;

3. 中国石油集团 东方地球物理勘探有限责任公司,河北 涿州,072751)

摘 要:

料,通过选取与物源方向近于垂直观察剖面的精细描述、测量和分析,对鄂尔多斯盆地东缘延河、仕望河露头延长组典型的浅水三角洲沉积分流河道储层构型进行研究。研究结果表明:鄂尔多斯盆地延长组浅水三角洲分流河道按其分布位置和成因可分为主干分流河道(包括深切分流河道)、汊道和末端分流河道3种类型;除深切分流河道外,主干分流河道、汊道和末端分流河道砂体宽度、厚度呈正相关的双对数关系,相关系数高达0.97,即三者宽厚比相近,而深切分流河道宽厚比较小;其内部充填样式包括垂向加积充填和侧向加积充填2种,以垂向加积充填为主,且可进一步分为水平状、同心状和心滩—水道充填3种;分流河道存在侧向拼接—垂向切叠式、侧向拼接—垂向叠加式和孤立式3种复合叠置样式。

关键词:

鄂尔多斯盆地东缘浅水三角洲分流河道定量关系构型模式

中图分类号:TE122.2             文献标志码:A         文章编号:1672-7207(2015)11-4174-09

Architecture model of shallow-water delta distributary channel in lake basin: A case study of the Yanchang Formation outcrops in the eastern margin of Ordos Basin

FU Jing1, 2, WU Shenghe2, WANG Zhe3, LIU Yuming2

(1. Langfang Branch, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina,

Langfang 065007, China;

2. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;

3. Bureau of Geophysical Prospecting Inc, CNPC, Zhuozhou 072751, China)

Abstract: Based on the fine description, measurement and analysis of selected outcrop observation points, whose cross sections were nearly perpendicular to the source direction, the distributary channel reservoir architecture of lake basin was studied in the classic shallow-water delta sediments of the Yanchang Formation of Yanhe and Shiwanghe section in the eastern margin of Ordos Basin. The results show that according to the distribution and origin, distributary channels in shallow-water delta are divided into three types, including trunk distributary channel which includes deeply incised distributary channel, inlet distributary channel and terminal distributary channel. Except deeply incised distributary channel, the relationship between width and thickness of other distributary channels is positively double-log with high correlation coefficient, up to 0.97. That is, the ratios of width and thickness of trunk distributary channel, inlet distributary channel and terminal distributary channel are similar and larger than those of the deeply incised distributary channel. There are two filling patterns of distributary channel, vertical and lateral accretion. And the predominant vertical accretion can be further divided into horizontal, concentric and bar-channel filling. There are three types of stacking patterns of distributary channel, lateral splicing-vertical cutted, lateral splicing-vertical superposed and isolated pattern.

Key words: eastern margin of Ordos Basin; shallow-water delta; distributary channel; quantitative relationship; architecture model

浅水三角洲是一类发育于水体较浅和构造相对稳定的台地、陆表海或地形平缓、整体沉降缓慢的坳陷湖盆中以分流河道砂体为主的三角洲[1-3]。勘探实践已证实这种类型的三角洲在我国中、新生代地层中广泛分布[4],具有良好的储盖组合关系,优越的油气聚集和保存条件,有利于形成大型油气藏,具有较大的研究意义[5]。但是,浅水三角洲的概念提出较晚,Fisk[1]在对密西西比河鸟足状三角洲进行研究时,首次提出了“浅水三角洲”的概念。自此以来,国内外学者对其形成的地质条件、沉积作用过程、微相特征、砂体形态等方面[6-15]进行了研究,为该类沉积的油气勘探提供了很好的地质理论基础。但油田相继投入开发后,随着开发时间的延长,水驱规律复杂,开发矛盾日益凸显,迫切地需要对浅水三角洲储层构型[16-19]进行深入、系统的研究,尤其需要对其骨架砂体,即分流河道砂体的内部充填样式、定量规模特征及叠置样式进行研究,为该类沉积油田高效开发及开发中后期厚油层内部剩余油的进一步挖潜提供重要的地质依据。因此,本文作者选取鄂尔多斯盆地延长组典型的浅水三角洲沉积,以盆地东缘的延河、仕望河延长组野外露头剖面为研究重点,通过选取与物源方向近于垂直观察点的精细描述、测量和分析,对浅水三角洲分流河道储层构型进行研究。

1  区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北地台西缘,是1个多构造体系、多旋回演化、多沉积类型的克拉通盆地,经历了中晚元古代坳拉谷发展阶段、早古生代浅海台地发展阶段、晚古生代滨海平原阶段,至中生代进入内陆盆地演化阶段,三叠系延长组即为该期湖盆产生、发展乃至消亡整个过程所沉积的一套碎屑岩地层[20]。延长组主要受盆地北东和南西2个方向沉积物源的控制,在区域构造挤压的背景下,形成了典型的大型河控浅水三角洲体系的叠合(图1)[21];厚为1 300~1 400 m,岩性主要为细砂岩、粉砂岩与泥岩互层,中夹油页岩。根据盆地油层纵向分布规律,延长组自上而下分为5个岩层段、10个油层组,即:长l~长10油层组。

2  研究方法

野外露天研究的直观性、大比例尺、高精细度等优点是其他储层构型研究方法所无法比拟的。鄂尔多斯盆地上三叠统延长组在盆地内大量出露,前人对这些露头剖面研究取得的成果,为本文研究奠定了良好的基础。盆地东缘出露的位于延长县的延河剖面和宜川县的仕望河剖面(图1),其剖面整体方向与物源方向近于垂直,且剖面沿开凿的公路连续出露(延伸近  100 km)、地层倾角平缓(倾角小于1°)、剖面延伸距离长,便于大范围追踪对比研究。因此,选取这2条露头剖面进行浅水三角洲储层构型研究。

优选出2个露头剖面上地质现象丰富、侧向延伸距离长、剖面方向与物源方向近于垂直的12个观测点进行重点研究,分别为延河剖面杨家湾(长2油层组)、瓦村(长3油层组)、胡家村(长4+5油层组)、王家川(长6油层组)、董家河(长6油层组)、后张家滩(长6油层组)、谭家河(长6油层组)、张家滩(长7油层组)、二里畔(长7油层组)、王家河(长8油层组)和仕望河剖面安家庄(长7油层组)、景阳村(长8油层组)(表1)。

对选取的12个观测点进行观察、描述,并进行系统拍照、拼接露头连景剖面图,以便在室内进一步分析研究。应用测量精度高的全站仪对露头剖面中出露完整的分流河道砂体厚度、宽度进行了测量,并用罗盘对露头剖面方位、岩层倾角进行了测量,以便根据露头剖面方向与物源方向的夹角及岩层倾角,对分流河道宽度进行校正,得到真实、精确的分流河道宽度。

图1  鄂尔多斯盆地延长组长6沉积相平面图、油气田分布[21]和研究露头剖面及观测点位置图

Fig. 1  Paleogeographic map of Chang6, Upper Triassic Yanchang Formation, location of oilfields in Ordos Basin[21] and location of outcrop sections and observation spots

表1  露头剖面观测点信息

Table 1  Information of outcrop section observation spots

3  分流河道构型模式

对湖盆浅水三角洲分流河道构型模式研究主要从分流河道类型、定量规模、内部充填样式和分流河道的复合叠置样式4个方面开展。

3.1  分流河道类型及特征

大量的野外露头观察研究发现:剖面上浅水三角洲分流河道规模、分布特征差异较大。为了进一步研究分流河道类型及成因,在露头剖面研究的基础上,结合对鄱阳湖典型浅水三角洲现代沉积[22]的观察,发现分流河道按其平面分布位置和成因,可以进一步细分为主干分流河道(包括深切分流河道)、汊道和末端分流河道3种类型(图2)。

主干分流河道形成了浅水三角洲的主流分流体系(图2),为浅水三角洲沉积体系中规模较大的分流河道。主干分流河道具有较强的下切能力,沉积砂体厚度较大,一般大于3 m(图3(a)),粒度相对较粗,发育槽状交错层理、平行层理等反映较强水动力条件的层理构造,是浅水三角洲分流河道体系中最为常见、分布最广的分流河道类型。而深切分流河道为特殊地质条件下形成的主干分流河道,其下切能力强,能下切若干个单层砂体,砂体厚度较大,最大厚度一般大于10 m(延长县延河剖面谭家河村深切分流河道最大厚度为12.2 m,宜川县仕望河剖面景阳村深切分流河道最大厚度为10.4 m)(图3(b)),与其他类型的分流河道相比,具有较小的宽厚比。一般为较粗沉积物的垂向加积充填,下部发育大型的槽状交错层理,层理规模向上变小,其在露头剖面上特征明显,易于识别。深切分流河道为湖平面下降使得分流河道侵蚀基准面下降,河床坡度变陡,河流发生回春作用所形成,一般发育于长期基准面旋回的底部。整体上,深切分流河道在浅水三角洲沉积体系中较为少见。

图2  浅水三角洲沉积示意图

Fig. 2  Sketch map of shallow-water delta

汊道分布于主干分流河道之间,平面上与主干分流河道组合呈网状(图2),顺水流方向与主干分流河道呈锐角相交,是主干分流河道在洪水期决口所形成的规模较小的分流河道。汊道沉积时水动力较弱,沉积砂体厚度一般小于2 m(图3(c)),沉积物粒度也较细,一般为粉砂质,废弃后为泥质充填或泥质粉砂充填。

末端分流河道分布于三角洲分流体系的末端,为浅水三角洲分流河道体系最后一次分岔形成的分流河道(图2)。它开始于分流河道最后一次分岔,延伸到三角洲前缘河道化的最末端,前端与河口坝或席状砂相连。相较于主干分流河道,末端分流河道具有窄而浅的特征,河道下切作用不明显,在垂直水流方向的剖面上,同层内可见多个末端分流河道砂体(图3(d))。沉积砂体厚度一般小于2 m,粒度较细,具有河流和湖泊水体共同作用所形成的沉积构造特征。

3.2  分流河道规模及其测量

在确定浅水三角洲分流河道类型及成因的基础上,应用全站仪对野外露头中出露完整的单一成因分流河道规模进行了精确的测量,得到了有关分流河道宽度、厚度第一手资料。

利用全站仪在野外对分流河道宽度、厚度进行测量后,根据测量剖面方向与物源方向夹角和岩层倾角,对分流河道宽度进行了校正,得到了浅水三角洲单一成因分流河道砂体宽度、厚度定量规模及宽厚比数据(表2)。

深切分流河道砂体厚度为9.5~12.2 m,宽度为145~160 m,宽厚比为13.8~15.4;主干分流河道砂体厚度分布于2.5~8.7 m,宽度分布于68~288 m,宽厚比为26.2~40.6;汊道砂体厚度分布于1.0~1.1 m,宽度分布于34.1~41.8 m,宽厚比为31.0~43.8;末端分流河道砂体厚度分布于1.0~2.4 m,宽度分布于35~90 m,宽厚比为26.5~45.0。总的来说,深切分流河道厚度规模大,但宽厚比小;主干分流河道砂体规模较大,分布范围较广,宽厚比较大;汊道和末端分流河道砂体规模均较小,宽厚比大。

进一步对浅水三角洲分流河道宽度、厚度关系进行了分析。研究发现,除深切分流河道外,其他分流河道的宽度与厚度呈正相关的双对数关系,且相关系数很高,达0.97(见图4,其中,W为分流河道砂体宽度,H为分流河道砂体厚度,R为相关系数),即主干分流河道、汊道、末端分流河道具有相近的宽厚比,且其宽厚比较深切分流河道大,即同类三角洲中不同类型分流河道砂体宽厚比具有差异性。

3.3  分流河道内部充填样式

目前,对于分流河道内部充填特征的研究主要集中在对其充填物粒度差异性及其成因方面的研究,如将分流河道内部分为砂质充填、泥质充填以及半泥质充填。而对于其内部的充填样式及其成因的研究较少,因此,本文基于野外露头资料,对浅水三角洲分流河道内部充填样式及其成因进行了系统的研究。

通过对野外露头的精细观察、描述,浅水三角洲分流河道内部充填样式主要发育垂向加积充填和侧向加积充填2种类型,而垂向加积充填可进一步分为水平状、同心状和心滩-水道充填3种。其中,以水平状垂向加积充填方式为主,其他充填样式较为少见。

3.3.1  垂向加积充填

1) 水平状充填。水平状垂向加积充填是由于沉积时水动力持续较强,分流河道内部表现为砂质沉积物的垂向加积,分流河道内部细粒沉积物不发育。这种充填样式在浅水三角洲分流河道砂体中较为常见(图5(a))。

2) 同心状充填。同心状垂向加积充填分流河道一般为细粒的泥质或粉砂质充填,主要是由于分流河道稳定性较差,水流侧向迁移频繁,河流经常改道,先期有水流通过的分流河道在改道后,快速废弃,充填泥质或粉砂质的细粒沉积物,形成同心状充填的废弃河道(图5(b))。同心状充填的分流河道一般多为汊道。

图3  不同类型分流河道野外露头剖面特征

Fig. 3  Characteristics of different types of distributary channel in outcrop sections

表2  野外露头分流河道规模数据表

Table 2  Distributary channel scale data from outcrop sections

图4  露头剖面中浅水三角洲分流河道宽度与厚度关系图

Fig. 4  Diagram of width and thickness of shallow-water delta distributary channel in outcrop sections

3) 心滩-水道充填。心滩-水道充填分流河道沉积特征与辫状河相似,垂直古水流方向上见典型的河道和心滩的组合。沉积时水动力较强,心滩沉积物的粒度相对较粗,为中—细砂岩,发育大型槽状交错层和楔状交错层理;水道充填粒度一般较细,多为废弃充填,出露地表被风化后,呈现出典型的顶平底凸水道形态(图5(c))。

3.3.2  侧向加积充填

侧向加积充填分流河道在其内部可见侧向加积增生体,河道沉积正韵律明显,侧向加积增生体砂岩内常发育低角度交错层理和水流波痕纹理,主要为细—粉砂岩沉积。分流河道发育早期水动力较强,沉积砂体较厚,后期水动力减弱,沉积的侧积砂体越来越薄,直至分流河道改道,充填废弃沉积。因此,分流河道在剖面上呈现出不对称的顶平底凸形态(图5(d)),侧向加积充填分流河道在野外露头剖面中较为少见。

分流河道内部充填方式的变化显示着分流河道沉积过程中水动力及载荷量的变化。分流河道发育早期,水动力较强,沉积物粒度较粗;分流河道发育晚期,随着水动力的减弱,甚至迁移改道废弃,而沉积了粒度较细的粉砂质和泥质。分流河道沉积过程中的这种变化通过其充填方式得以再现。因此,露头剖面上分流河道的充填样式能很好地反映分流河道沉积时的水动力特征。浅水三角洲分流河道内部以垂向加积充填为主,少见侧向加积充填,说明浅水三角洲沉积时,分流河道的弯曲度较小,多为低弯度分流河道。

图5  分流河道内部不同类型充填样式

Fig. 5  Characteristics of different filling patterns of distributary channel in outcrop sections

3.4  分流河道复合叠置样式

砂体叠置关系反映了砂体形成时的水动力特征、物源供给能力及沉积相垂向演化特征。砂体的空间叠置关系包括垂向叠置和侧向叠置2个方面。通过对野外露头的研究,总结出浅水三角洲分流河道砂体发育3种复合叠置样式,分别为侧向拼接-垂向切叠式、侧向拼接-垂向叠加式和孤立式。

1) 侧向拼接-垂向切叠式。侧向拼接-垂向切叠式砂体叠置样式为垂向上多期分流河道相互切叠、侧向上单期分流河道砂体发生多次侧向迁移而形成的多期叠置厚砂体分布样式。该样式砂体规模较大,因砂体间交切频繁,很难保存单一成因完整的分流河道,分流河道之间泥质隔夹层不发育。通过野外露头剖面砂体的测量追踪,垂向上复合砂体厚度达10 m以上,侧向上延伸可达1 km(图6(a))。该样式主要发育在长期基准面上升半旋回的下部,形成叠置连片的砂体。

2) 侧向拼接-垂向叠加式。侧向拼接-垂向叠加式砂体叠置样式为垂向上单层分流河道呈叠加式、侧向上分流河道多次迁移形成的砂体分布样式(图6(b))。单层砂体较厚,一般大于3 m。垂向上单砂体之间发育稳定的泥质隔夹层,但厚度较小;侧向上由主干分流河道与汊道侧向迁移,形成横向延伸较远的连续砂体。该样式主要发育在长期基准面旋回上升半旋回中部或下降半旋回的上部。

图6  分流河道不同类型的复合叠置样式(图(a)~(c)中上图为露头剖面,下图为素描图)

Fig. 6  Characteristics of different stacking patterns of distributary channel in outcrop sections

3) 孤立式。孤立式砂体叠置样式为垂向上单层分流河道砂体呈孤立式、侧向上基本无迁移的砂体分布样式(图6(c))。剖面上多发育具完整河道边界的孤立式末端分流河道,砂体厚度较薄,一般小于2 m。泥质隔夹层非常发育,砂体呈孤立透镜状分布于泥岩中,呈“泥包砂”特征。该样式主要发育在长期基准面旋回转换面附近。

4  结论

1) 鄂尔多斯盆地东缘延长组湖盆浅水三角洲分流河道按其分布位置和成因可分为主干分流河道(包括深切分流河道)、汊道和末端分流河道3种类型。除深切分流河道外,主干分流河道、汊道和末端分流河道砂体宽度、厚度呈正相关的双对数关系,相关系数高达0.97,即三者宽厚比相近,而深切分流河道宽厚比较小。

2) 湖盆浅水三角洲分流河道内部充填样式包括垂向加积充填和侧向加积充填2种,以垂向加积充填为主,且可进一步分为水平状、同心状和心滩—水道充填3种;分流河道存在侧向拼接—垂向切叠式、侧向拼接—垂向叠加式和孤立式3种复合叠置样式。

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(编辑  杨幼平)

收稿日期:2014-12-15;修回日期:2015-03-07

基金项目(Foundation item):国家科技重大专项(2011ZX05009-003);国家自然科学青年科学基金资助项目(41202106) (Project(2011ZX05009-003) supported by the National Science and Technology Major Program of China; Project(41202106) supported by the National Natural Science Foundation of China)

通信作者:付晶,博士,工程师,从事油气田开发地质研究;E-mail: fujing0602@126.com

摘要:应用野外露头资料,通过选取与物源方向近于垂直观察剖面的精细描述、测量和分析,对鄂尔多斯盆地东缘延河、仕望河露头延长组典型的浅水三角洲沉积分流河道储层构型进行研究。研究结果表明:鄂尔多斯盆地延长组浅水三角洲分流河道按其分布位置和成因可分为主干分流河道(包括深切分流河道)、汊道和末端分流河道3种类型;除深切分流河道外,主干分流河道、汊道和末端分流河道砂体宽度、厚度呈正相关的双对数关系,相关系数高达0.97,即三者宽厚比相近,而深切分流河道宽厚比较小;其内部充填样式包括垂向加积充填和侧向加积充填2种,以垂向加积充填为主,且可进一步分为水平状、同心状和心滩—水道充填3种;分流河道存在侧向拼接—垂向切叠式、侧向拼接—垂向叠加式和孤立式3种复合叠置样式。

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