2022年鄂尔多斯盆地陇东地区延长组沉积相特征与层序地层分析[] .pdf

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1、文章编号 : 10002 0550(2006) 042 05492 06中国科学院资源环境领域知识创新工程重要方向项目资助(编号: KZCX32S W2128204).收稿日期: 2005208223;收修改稿日期: 2005212213鄂尔多斯盆地陇东地区延长组沉积相特征与层序地层分析李凤杰1、2王多云3张庆龙1徐旭辉2(1.南京大学 南京 210093; 2.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所江苏无锡 214151;3.中国科学院地质与地球物理所兰州油气资源研究中心兰州 730000)摘 要 晚三叠世鄂尔多斯盆地是一个东缓西陡的不对称坳陷盆地。通过岩心 、 录井

2、、 测井等资料综合研究,识别出陇东地区延长组发育河流、 三角洲 、 浊积扇和湖泊等4种沉积相类型,其中河流沉积和浊积扇发育在湖盆的西缘陡坡带,三角洲则在西缘和东部缘坡均有发育。根据层序地层学原理,将延长组划分出5个三级层序;延长组地层经历过5次大的湖泛,在层序演化上具有早期形成、 中期鼎盛 、 晚期衰退的特点。利用恢复后的原始地层厚度,绘制的陇东地区延长组地层的Fischer图解,与本区5次显著的湖平面上升下降旋回之间有很好的对应关系,这不仅证实了上述层序地层分析的正确性,同时揭示了Fischer图解在划分地层层序方面的潜在意义。关键词 层序地层 Fischer图解 延长组 鄂尔多斯盆地第一作

3、者简介李凤杰 男 1973年出生 博士后 沉积学和层序地层学中图分类号P539. 2文献标识码A鄂尔多斯盆地上三叠统延长组地层,为一套坳陷型湖盆河流三角洲 湖泊沉积体系,是盆地中生界两个主力产油气层位之一,油气储量占一半以上,因此 ,一直是研究的重要层位。近年来随着层序地层学方法成功地应用到陆相沉积体系的研究中 15,我国地质学家也把该方法应用到鄂尔多斯盆地上三叠统延长组地层的研究中 69,然而对延长组层序,尤其是三级层序划分、 层序形成演化的控制因素等几方面存在着明显分歧,并且这些研究主要集中在盆地东北部 ,而对盆地西南 陇东地区的研究尚未见报导。陇东地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带的西南部

4、(图 1) ,该区上三叠统延长组地层为典型的河流三角洲 湖泊发育区,沉积了厚达千米的生、 储 、 盖组合 。环湖发育的三角洲沉积体系分布范围广,对油气富集有明显的控制作用,有高达6 108t的石油资源量 10 ,尤其近两年在陇东地区发现的西峰油田,是受沉积相分布控制的、 以岩性油藏为主的油田,是鄂尔多斯盆地油气勘探中又一重大突破。开展陇东地区沉积相的研究,建立本区精细的层序地层格架和油气成藏规律 ,对于本区油气勘探有着重要的指导意义。根据河流 三角洲 湖泊沉积体系的结构特征,运用层序地层学原理,结合Fischer图解 11 所反应的可容空间变化曲线 12 ,综合分析钻井、 岩芯 、 测井曲线和

5、邻区地表露头资料建立了陇东地区延长组陆相碎屑岩的层序地层格架,识别出5个 级层序 。图1鄂尔多斯盆地构造分区及研究区位置示意图Fig. 1Tectonic divisi on of O rdos basin and thelocation of the study area第24卷 第4期2006年8月沉 积 学 报ACTA SED I M ENTOLOGI CA SIN ICAVol. 24No14Aug. 2006名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 6 页

6、 - - - - - - - - - 1 沉积相利用陇东地区现有的钻、 测井资料和邻区地表露头资料对本区沉积相进行分析认为,在陇东地区晚三叠世延长期主要发育一套河流 三角洲 湖泊沉积,不同演化阶段发育了不同的沉积体系类型。1. 1 河流相研究区内的河流类型主要为辫状河,在岩性上以含砾粗砂岩 、 中砂岩为主 。剖面上沉积微相的组合为河道滞留沉积、 心滩 、 边滩和河漫滩等。发育有大型板状交错层理、 槽状交错层理和平行层理,底部冲刷面明显 。陇东地区河流沉积主要发育在延长组长10期 ,分布于来自盆地西南方向物源的陡坡边缘。1. 2 三角洲相陇东地区三角洲从长9期至长1期都发育,是主要的沉积体系类型

7、。三角洲可以细分出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三种亚相类型。三角洲平原亚相在延长组地层发育早期(长 9早期 )主要分布于盆地西南缘的陡坡带;地层发育晚期 (长 2期 长 1期 ) 则在盆地的西缘和东缘均发育 。主要微相类型有分流河道、 天然堤 、 决口扇 、 分流间洼地 、 沼泽和洪泛平原等,其中以分流河道、 分流间洼地和洪泛平原等微相最为发育。分流河道中发育中型板状交错层理、 平行层理,其余微相中则发育沙纹层理和水平层理,含植物碎片 。在长 8期至长 6期 ,三角洲前缘位于来自西南方向物源的沉积区。长 4 +5期之后 ,随着湖心的南移,来自东北方向的物源不断南移,逐渐进入本区,形成东西方

8、向两大物源并存的现象,且三角洲前缘在两个方向均十分发育,是本区主要的亚相类型。主要沉积微相有水下分流河道、 分流间湾 、 水下天然堤、 河口砂坝 、 复合式坝 13、 坝顶席状砂 14和远砂坝等,其中水下分流河道 、 河口砂坝 、 复合式坝是最主要的沉积微相类型 。具有交错层理、 水平层理 、 沙纹层理等构造,河口砂坝微相中常见包卷构造、 泄水构造等。前三角洲位于三角洲前缘和深(浅 )湖沉积的过渡带 ,其沉积物不易与湖相泥岩、 分流间湾沉积物相区别 。前三角洲在长8期至长3期发育不明显,岩性为灰色 、 黑灰色粉砂岩、 粉砂质泥岩、 泥岩沉积,具水平层理及小型波纹层理,含动物化石。向湖心方向水深

9、加大 ,粉砂岩断续分布,呈小透镜状。1. 3 浊积扇相浊积扇相是由杂砂岩、 粉砂岩 、 泥岩频繁互层构成的鲍马序列。砂岩杂基含量高,发育粒序层理、 平行层理和沙纹层理;砂岩底部有沟模、 槽模和重荷模、砂球等 。电测曲线为复合指形,单指间参差不齐,顶底部多为突变接触。本区浊积扇发育于长8 长 6期 ,主要分布在西峰镇原以北的盆地西南缘陡坡带 。1 . 4 湖泊相湖泊从开始形成、 发育到消亡的演化过程中,研究区一直处于湖盆沉降中心,水体较深,为深(浅 )湖 。岩性有 “ 高阻泥岩 ” 、 深灰色 、 黑色泥 、 页岩 ,块状层理或水平层理,偶夹粉砂质泥岩。“高阻泥岩” 呈高电阻率和高伽玛值,岩性为

10、深灰色、 黑色泥 、 页岩 ,含介形虫 、 鱼类及软体动物化石,其间发育深水湖底浊积砂体 。综合分析研究区延长组沉积微相在平面上和垂向上分布特征认为:晚三叠世鄂尔多斯盆地是一个东缓西陡的不对称坳陷盆地,陇东地区延长组接受一套河流 三角洲 湖泊的陆相沉积,西部陡坡带发育河流沉积 、 三角洲 、 浊积扇和湖泊沉积相,东部缓坡则主要发育三角洲沉积体系和湖泊沉积体系,间或受浊积扇的影响(图3) 。图2层序界面标志图Fig. 2M arker map of boundary surface of the sequence2 层序地层格架2 . 1 层序界面标志在层序形成过程中,包括了侵蚀作用、 过路冲刷

11、作用 、 沉积作用 、 非补偿性沉积或无沉积间断等沉积作用 ,不同沉积作用产生了不同性质和规模的层序界面及层序上下地层构型和规模的差异,为层序界面的识别提供了重要依据。在研究区主要层序界面类型有 :不整合面 、 沉积间断接触、 冲刷面 、 湖泛面 、 沉积相转换面以及岩相转换面等。055 沉 积 学 报 第24卷 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 6 页 - - - - - - - - - 不整合接触面:根据邻区野外露头和钻、 测井资料 ,延长组底部与下伏中

12、三叠世纸坊组呈微角度不整合接触 ,顶部与上覆侏罗系延安组地层呈角度不整合接触 。河道冲刷面(图 22 A ) :河道底部形成巨厚块状砂岩和河道滞留砂砾岩沉积,自然伽玛和电位曲线呈箱形或种形,底部呈突变接触关系,反映水体突然变化 。湖泛面(图 22 B) :在湖盆中发育灰黑色、 黑色页岩 、 泥岩和碳质泥岩,自然伽玛和电位曲线呈平直状或齿状 ,代表了水体较深的沉积环境。从钻穿延长组的井身剖面上可明显分辨出,研究区延长组共发生了 3期明显湖侵,即长9、 长 7期 ,分别沉积了“ 李家畔页岩 ” 、 “张家滩页岩” 9和长4 + 5期湖相泥岩。湖泛期沉积的泥岩、 页岩分广泛,是等时对比的重要标志层

13、。相序叠加式样转换面(图 22 C) :水体向上变浅 (粒度变粗 )的相序或相组合向着水体变深的相序或相组合的转换面,前三角洲 远砂坝 河口坝的相组合向分流河道天然堤 分流间湾的转换,电测曲线表现为组合型式的转换,如进积叠加型式向退积叠加型式的转换。2. 2 层序地层特征分析依据上述层序界面标志,运用层序地层学原理和基准面旋回原理,将延长组地层划分为1个超层序( 级层序 ) ,其顶 、 底均以区域不整合为界,由 5个级层序组成,自下而上依次为S Q1、 S Q2、 S Q3、S Q4和S Q5(图3) 。下面对延长组内各级层序的沉积组成特征作简要描述。层序 ( S Q1)位于延长组的底部,相当

14、于长10期 ,底部界面为区域性沉积间断面。由于受早期印支运动的影响侵蚀作用强烈,沉积作用迅速,沉积了厚约 300 m的厚砂岩 ,区域上可以进行地层对比。该层序四分性即:低水位 、 水进 、 高位和水退体系域 15 较明显,低水位体系域(LST)、 水进体系域(TST)以发育辫状河道沉积为特征,呈小型前积叠加方式;高水位体系域(HST)以河流相和三角洲平原并存为特征,河流沉积范围明显减小,三角洲平原的泛滥平原相对发育 ;水退体系域(RST)发育于长10晚期 ,以三角洲平原分流河道沉积为主,为进积型叠加式样。层序 ( S Q2)是由长9和长8期下部组成。整个层序是由水进、 高位和水退体系域组成。水

15、进体系域相当于长9期下部 ,主要发育三角洲平原分流河道和河间洼地微相的细砂岩与粉砂岩夹泥岩组成;长 9中晚期水进体系域盆地整体扩展,湖泊快速扩展,在西峰 镇原以北沉积了厚度不大的三角洲前缘分流间湾 、 远砂坝及前三角洲或浅湖 半深湖相油页岩组成的垂向加积序列;最大湖泛沉积了相当于“李家滩页岩 ” 的湖相灰黑色泥岩、 油页岩 。长 8期下部的水退体系域仅发育西南方向物源的沉积,由河口坝 、 分流河道和分流间湾微相细粉砂岩、 粉砂岩组成的向上变浅的加积或进积叠加式样。层序 ( S Q3)是由长8中上部 、 长 7和长6期中下部沉积组成。在本区发育了一套三角洲前缘 深湖 浊积扇沉积,底部为三角洲前缘

16、水下分流河道进积冲刷面 。该层序由水进、 高位和水退体系域组成,水进体系域以水下分流河道沉积为主,河流下切作用加强 ,加积作用明显,在区内沉积了巨厚砂体;高水位体系域以长7期深湖沉积为主,湖平面达到最大范围 ,沉积了著名的“ 张家滩页岩” ,在深湖区,浊积砂岩发育 ,分布范围广泛;水退体系域主要在长6中早期 ,主要发育进积型的三角洲前缘沉积,河口坝 、 远砂坝 、 前三角洲和浅湖等微相发育。层序 (S Q4) 包含了长6上部 、 长4 + 5和长3期沉积 ,顶 、 底界面均为沉积转换面。一般可划分出水进 、 高水位和水退体系域。水进体系域主要由水进期的三角洲前缘沉积组成;长 4 +5期为最大湖

17、泛期,高水位体系域就是由加积式的湖相泥岩组成;水退体系域发育由向盆地强烈推进的三角洲体系,形成明显变粗的进积式水退沉积序列。该层序形成时西南方向物源供给作用弱,东北方向物源供给作用加强,三角洲前缘主砂体带可延伸至城华地区。层序 ( S Q5)是由长2和长1期组成 ,底界以相转换面为界,顶界为不整合面,可划分出水进、 高水位和水退体系域。水进体系域湖泊全面退缩,河流发生“回春 ” 作用 ,区内三角洲平原发育,主要发育有水上分流河道沉积;高水位体系域和水退体系域发育泛滥平原沉积,主要以加积作用为主,发育了一套含煤的三角洲洪泛平原沉积地层。2 . 3 可容空间变化分析在时间进程中,随着可容空间的周期

18、性变化,沉积物的叠加式样和沉积体系的发育也呈周期性变化。可容空间变化是形成沉积层序的本质因素,层序边界是在可容空间增长速率相对缓慢期间形成的,因此对可容空间变化历史的分析是划分层序级别、 进行层序对比的一种较为客观的方法 12 。目前 Fischer图解155第4期 李凤杰等:鄂尔多斯盆地陇东地区延长组沉积相特征与层序地层分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 6 页 - - - - - - - - - 图3陇东地区延长组城86单井层序划分综合柱状图Fig.3

19、Sequence stratigraphic division of W ell Cheng 86 of Yanchang Formation in Longdong area法是分析可容空间的最重要方法之一。 Fischer图解法作图要求旋回层序单元厚度应为沉积时的厚度,以便真实地反映出沉积物实际可容空间变化。本文将研究区钻穿延长组地层的参数井(庆深1井 )划分为112个旋回小层序,并根据孔隙度与深度关系对各旋回小层序厚度进行压实校正,求得各小层序原始厚度 。计算过程中根据岩心和声波测井分别建立砂岩和泥岩的孔隙度随深度变化的定量关系,然255 沉 积 学 报 第24卷 名师资料总结 - -

20、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 6 页 - - - - - - - - - 图4 庆深1井延长组地层Fischer图解(可容空间变化)曲线Fig.4Fischer p lot of Yanchang Formati on of W ell Q ingShen1后根据每一小层序的中砂、 泥岩百分含量加权,求取该小层序的平均孔隙度与深度的关系,最后计算出各小层序的原始厚度 16 。利用求取的各旋回小层序原始厚度 ,绘制Fischer图解曲线(图 4) 。从图4中可以看出 ,研究区延

21、长组地层基本上分为5个完整的、规模较大的实际可容空间旋回,代表了5次显著的湖平面上升 下降旋回 ,与本文所划分的 级层序之间有很好的对应关系,这在一定程度上说明了Fischer图解的实用性和客观性。3 结论晚三叠世鄂尔多斯盆地是一个东缓西陡的不对称坳陷盆地,陇东地区延长组接受一套河流三角洲 湖泊的陆相沉积,主要发育河流沉积、 三角洲 、 浊积扇和湖泊等4种沉积相类型,西部陡坡带发育河流沉积 、 三角洲和浊积扇,东部缓坡则发育三角洲沉积体系 。研究区位于延长湖泊的湖心,由于受古地形的影响 ,湖盆东西两侧陡缓程度不同,湖盆东北部缓坡带 ,水下分流河道延伸较远,河道位置较稳定,西南缘湖盆坡度较陡,分

22、流河道延伸较短,河道宽度较大。受构造 、 古气候和湖平面变化的影响,陇东地区延长组发育了5个 级层序 ,其中位于延长组底部的层序 ( SQ1)四分性明显,发育完整的低水位、 水进 、高水位和水退体系域,其余三个层序是由水进、 高位和水退三个体系域组成,而缺乏低水位体系域。砂体的分布主要位于由分流河道和河口坝组成的水进和水退体系域中,生油岩则主要分布在高位体系域沉积中 。延长组地层经历的5次大的湖泛,在层序演化上具有早期形成、 中期鼎盛 、 晚期衰退的特点。利用恢复后的原始地层厚度,绘制的陇东地区延长组地层的Fischer图解 ,与本区5次显著的湖平面上升下降旋回之间有很好的对应关系,这不仅证实

23、了上述层序地层分析的正确性,同时揭示了Fischer图解在划分地层层序方面的潜在意义。参考文献( References)1A itken J F, Flint SS .The application of high2res oluti on sequencestra2tigraphy to fluvialsyste m s: a case study from the Upper CarboniferousB reathitt Group, eastern Kentuck USA. Sedimentology, 1995, 42 (1) :3302李思田,林畅松,解习农,等.大型陆相盆地层序地

24、层学研究以鄂尔多斯中生代盆地为例.地学前缘, 1995, 2 ( 34) : 133136 L iSitian, L in Changsong, Xie Xinong,et al.App roachesof nonmarinesequence stratigraphy: a case study on theMesozoic O rdosBasin.EarthScience Frontiers, 1995, 2 (34) : 133136 3Currie B S .Sequence stratigrphy of nonmarine Jurassic Cretaceousrocks, centr

25、al Cordilenan foreland basin syste m.Geological Society ofAmerica Bulletin,1997, 109 (6) : 120612224邓宏文,王洪亮,翟爱军,等.中国陆源碎屑盆地层序地层与储层展布.石油与天然气地质, 1999, 20 ( 2) : 108114 Deng Hongwen,W ang Hongliang, Zhai A ijun,et al.Sequence stratigrphy and reservoirdistributi on in Chinas terrigenous clastic basin .Oi

26、l & Gas Geology,1999, 20( 2) : 1081145顾家裕,张兴阳.陆相层序地层学进展与在油气勘探开发中的应用.石油与天然气地质, 2004, 25 (5) :484490 Gu Jiayu, ZhangXingyang.Progressin continental sequencestratigraphy and its applica2tion in petroleum exploration and devel opment.O il & Gas Geology,2004, 25( 5) : 484490 6罗静兰, Marcel o J Ketzer,李文厚,等

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28、鄂尔多斯盆地陇东地区延长组沉积相特征与层序地层分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 6 页 - - - - - - - - - 地理学报,2001, 3 (3) : 8388 Yang Lei,Mei Zhichao, Xiong W ei.Stratigraphic sequenceand petroliferous characters of Yanchang Groupin north Shaanxi Province.Journal of Palae

29、ogeography, 2001, 3 ( 3) :8388 8兰朝利,吴峻,李继亮,等.靖安油田长6段层序地层分析.石油与天然气地质, 2001, 22 ( 4) : 362366 Lan Chaoli, W u Jun, Li Jil2iang,et al.Sequence stratigraphy of Chang 6 Member in Jinan O il2field. O il & Gas Geology, 2001, 22 ( 4) : 362366 9郑荣才,彭军.陕北志丹三角洲长6油层组高分辨率层序分析与等时对比.沉积学报, 2002, 20 ( 1) :92100 Zhen

30、g Rongcai, PengJun.Analysisand isochronostratigrphiccorrelation of high2res oluti onsequence stratigrphy for Chang 6 oilreservoir set in Zhidan Delta,northern O rdosBasin. Acta Sedi mentologica Sinica, 2002, 20 (1) : 92100 10杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律.北京:石油工业出版社,2002. 104108 Yang Junjie.Tectonic Evolutio

31、n andOil2gasReservoirsD istribution in O rdosBasin. Beijing:Petroleum In2dustry Press, 2002. 10410811Sadler P M , O slegerD A, Montanez I P .On the labeling,length,and objective basisof Fischer plots .Journal of Sedimentary Petrology,1993, 63 (3) : 36036812沈守文,彭大钧,颜其彬,等.吐哈盆地侏罗系层序地层学研究.沉积学报, 2001, 19

32、 (2) : 261269 Shen Shouwen, PengDajun,YanQibin,et al.Sequence stratigraphy of Jurassic in Turpan2Hami basin .Acta Sedi mentologica Sinica, 2001, 19 ( 2) : 261269 13李凤杰,王多云,郑希民,等.陕甘宁盆地华池地区延长组缓坡带三角洲前缘的微相构成.沉积学报, 2002, 20 (4 ) : 582587 L iFengjie, W angDuoyun,ZhengXi ming,et al.The microfacies archi2te

33、cture of delta front along gentle slope zoneof Yanchang Formation inHuachiarea,Shaanxi2Gansu2N ingxiabasin .ActaSedimentologicaSinica, 2002,20 (4) : 582587 14郑希民,宋广寿,王多云,等.陕甘宁盆地陇东地区长8油组厚层非均质砂体的沉积学解剖.沉积学报, 2003, 21 ( 2) : 272277 Zheng Ximin, Song Guangshou, W angDuoyun,et al.Sedimentaryanat omy of th

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36、99,20 (1) : 7075 Sedim entary FaciesCharacteristi c and SequenceStrati graphy Analysisof Yanchang Formati on in Longdong Area, Ordos BasinL I Feng2jie1、 2WANG Duo2yun3ZHANG Qing2long1XU Xu2hui2( 1.Nan jing Un iversity,Nan jin g210093; 2. W ux i Research Institute of Exper i mental Petroleum Geology,

37、SINO PEC, W ux i, J iangsu214151;3. LanzhouCenter of O il & Gas Resources,In stitute of Geology and Geophysi cs, Ch ineseAcadem y of Sciences, Lanzhou730000)Abstract A t Late Triassic, OrdosBasin is an asy mmetry depressed 2type lacustrine basinwith gentle slope in the eastand steep slope in thewest

38、. By the researchof core, loggingprofiles and seis mic data, four typesof sedi mentary faci2es have been recognized . Among thesesedi mentary facies, river facies and turbidity fansare found on the steepslopein thewest of the depressi on, while braid river deltas are found on both the steep slope in

39、 thewest and the gentle inthe eastof the depressi on.Based on the classic pattern of sequencestratigraphic framework,five three2 order se 2quenceshave been identified in Yanchang formation, Longdong area .Five times of lake transgressi on can be distin2guished .The sequenceevolution is that they for

40、med in early time, reachedthemaximum in middle time and declinedin late time .Fischer splots of Yanchang formation stratigraphy are scaledwithretrieved stratigraphic thickness inLongdong area .There are well corres ponding relations between the plots and five times of lake transgressi on.Theclassifi

41、cation of the sequencestratigraphyhas been verified by using Fischer splots, which may be apotential tool forsequenceanalysis .Key words sedi mentary facies, sequencestratigraphy, Fischer plots,Yanchang Formation,OrdosBasin455 沉 积 学 报 第24卷 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 6 页 - - - - - - - - -

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