鄂尔多斯盆地陇东地区延长组内部前积地层格架^*

Progradational stratigraphic framework within the Yanchang Formation in Longdong area,Ordos Basin

摘要

鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩油资源具有巨大的开发潜力。目前,湖盆中心区水平井多基于加积式地层格架设计,砂体钻遇率低,严重制约了页岩油的高效开发。以鄂尔多斯盆地陇东地区为例,利用测井和地震资料重新厘定了进积式地层内部的划分方案,建立了湖盆中心区统一的进积式等时地层格架。研究发现,受印支期扬子—华北板块碰撞与卡尼期全球梅雨事件的综合影响,延长组发育“加积—进积—加积”的三层结构样式。延长组原长7—长3₂地层内部可细分16个进积砂组,向湖盆中心依次相向进积,其中,1—3砂组呈低角度“S型”前积充填,4—6砂组呈高角度“S型”前积充填,7—16砂组为“斜交型”前积充填。研究成果将对湖盆中心区夹层型页岩油储集层的水平井部署与设计提供重要的地质支撑。

Abstract

The Triassic Yanchang Formation shale oil resources in the Ordos Basin hold significant development potential. Currently,horizontal well designs in the central lacustrine basin,established on the aggradational stratigraphic framework,are plagued by low sandstone encounter rates,creating a critical bottleneck for efficient development of shale oil. Taking the Longdong area of the Ordos Basin as an example,the internal subdivision scheme of the progradational strata was redefined using well logging and seismic data,establishing a unified isochronous progradational stratigraphic framework for the central lacustrine basin. Research has shown that under the combined influence of the collision between the Yangtze and North China blocks during the Indosinian Orogeny and the Carnian Pluvial Episode,the Yanchang Formation exhibits a three-layer architectural style characterized by aggradation-progradation-aggradation stratigraphic architecture. The original Chang 7 to Chang 3₂ members can be subdivided into 16 progradational sand groups,which prograde sequentially toward the central lacustrine basin. Among these,groups 1-3 exhibit sigmoid progradational filling patterns with low angle,groups 4-6 exhibit sigmoid progradational filling patterns with high angle,while groups 7-16 exhibit oblique-tangential progradational filling patterns. These research findings will provide crucial geological support for the deployment and design of horizontal wells in interbedded shale oil reservoirs in the central lacustrine basin area.

Graphical abstract

关键词

页岩层系 / 前积地层格架 / 地层充填样式 / 延长组 / 三叠系 / 鄂尔多斯盆地

Key words

shale strata sequence / progradational stratigraphic framework / stratigraphic filling patterns / Yanchang Formation / Triassic / Ordos Basin

0 引言

鄂尔多斯盆地是中国最大的陆相中生代含油气盆地之一,油气资源丰富(赵文智等,2003;王庭斌,2005;任纪舜等,2006;李玉喜等,2009),三叠系延长组是其主要的产油层系(刘友民和孔志平,1984;胡文瑞和何自新,2001;胡文瑞和翟光明,2010;付金华等,2020;付锁堂等,2021)。随着近些年非常规油气理论体系及非常规油气藏开发技术的不断完善,油田勘探开发的重心逐渐向非常规油气转移,鄂尔多斯盆地已成为重要的页岩油勘探开发区(付金华等,2023;郭芪恒等,2023;赵文智等,2023;李潮流等,2024)。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组自下而上可分为5个岩性段、10个油层组(从长1至长10)(卢一伦等,1989;杨俊杰等,1992)。页岩油主要发育于延长组中部第三岩性段(长7油层组)页岩层系(付金华,2020;付锁堂,2021)。长期以来,地层对比主要基于钻井资料,这套页岩层系内部的地层结构被认为是加积式(杨俊杰等,1992;倪新锋等,2007;郭彦如等,2008;刘自亮等,2013),地层对比基本为“平对”。按照这一地层格架进行的页岩油勘探开发虽然取得了较大的进展,但是出现了水平井油层钻遇率及产能差异大的问题,从而影响了页岩油勘探开发效果(薛婷等,2021;惠潇等,2024)。近年来,有学者基于局部地区(如庆城北地区)的三维地震资料对延长组第三岩性段进行了地层结构分析,认为该段地层为进积地层,并建立了相应的等时地层格架(李一凡等,2024; 刘明成等,2024),然而,已有的研究范围仅涉及到深水湖盆的局部,未能反映整个深水湖盆内的进积地层结构(如北东物源形成的进积地层)及地层充填特征,不利于指导页岩油勘探开发的总体设计。

陇东地区处于鄂尔多斯盆地三叠系延长组第三岩性段形成时期的深湖范围(图1-a)。近年来,该区开展了7500 km²的三维地震测量,为全区统一的等时地层格架的建立提供了重要的资料基础。为此,基于三维地震资料及大量的钻井资料,对陇东地区延长组第三岩性段内部进行地层对比,明确地层结构样式,重新厘定进积式地层内部的划分方案,并阐明湖盆内部地层充填样式。这一研究不仅对于拗陷湖盆古地理学及沉积学的理论发展有一定的促进作用,而且对页岩油气的勘探开发具有较大的指导作用。

1 研究区概况

鄂尔多斯盆地位于中国东部构造域与西部构造域的结合部位,是中国第二大沉积盆地,也是中国重要的含油气盆地(赵文智等,2003;王庭斌,2005;任纪舜等,2006;李玉喜等,2009)。盆地呈南北向延伸的矩形,内部可划分为北部伊盟隆起、西缘逆冲带、西部天环坳陷、南部渭北隆起、东部晋西挠褶带和中部伊陕斜坡6个一级构造单元(杨俊杰等,1992;赵红格,2003),盆地面积约为37×10⁴ km²(图1-a)。研究区位于鄂尔多斯盆地陇东地区,位于伊陕斜坡西南部,面积约1.5×10⁴ km²。

鄂尔多斯盆地发育自元古界长城系到新生界第四系,其中三叠系延长组厚约1000 m,底部与中三叠统纸坊组呈假整合接触,顶部受到不同程度的剥蚀,与下侏罗统延安组或富县组呈不整合接触(图1-b)(卢一伦等,1989;杨俊杰等,1992)。在延长组内部可识别出5个岩性段和10个油层组(图1-b)(卢一伦等,1989;杨俊杰等,1992)。自下而上,第一段(T₃y_l)对应长10油层组,在孢粉组合上属于Todisporites-Cycloverrutriletes presselensis(托第蕨孢属—瘤面三缝孢属)组合带,岩性主要为灰绿色厚层块状中、粗长石砂岩夹深灰色及暗紫色泥岩; 第二段(T₃y₂)对应长8和长9油层组,在孢粉组合上与第一段相似,岩性主要为深灰色、灰黑色泥岩与浅灰绿色、褐灰色中、细砂岩互层,在长9中上部发育一套黑色泥页岩,称“李家畔页岩”;第三段(T₃y₃)对应长4+5至长7油层组,在孢粉组合上属于Duplexisporites-Chordasporites(旋脊孢属—单脊双囊粉属)组合带,岩性主要为深灰色、灰黑色泥、页岩与灰色、灰绿色粉砂岩互层,底部发育1套油页岩、泥岩夹薄层凝灰岩,称“张家滩页岩”,其中长7油层组为延长组页岩层系,是主要的烃源岩层; 第四段(T₃y₄)对应长2和长3油层组,在孢粉组合上属于Kraeuselisporites-Protohaploxypinus(稀饰环孢属—单束多肋粉属)组合带,岩性主要为灰绿色中、细砂岩夹灰色、深灰色泥岩、黑褐色碳质泥岩; 第五段(T₃y₅)对应长1油层组,在孢粉组合上相比其他岩性段,Aratrisporites(离层单缝孢)占比变大,在盆地东部露头的泥岩中可见介形虫、鱼类、节肢动物化石等,岩性主要为深灰色泥、页岩夹煤层,局部为厚层灰色粉—细砂岩(图1-b)(卢一伦等,1989;杨俊杰等,1992)。

鄂尔多斯盆地从早古生代到新生代总共经历了4个演化阶段: 早古生代早期(加里东运动—海西运动早期)的海相沉积阶段; 晚古生代—中三叠世(海西运动中期—印支运动早期)的海陆过渡相沉积阶段; 晚三叠世—早白垩世(印支运动晚期—燕山运动中期)的内陆拗陷湖盆沉积阶段; 新生代(燕山运动晚期—喜山运动)的陆相沉积阶段(刘池洋等,2006;刘联群等,2010;邓秀芹等,2013)。在中晚三叠世,扬子板块向北俯冲引发秦岭造山带强烈隆升,形成了东北缓、西南陡的差异地貌特征(刘联群等,2010;邓秀芹等,2013)。在延长组沉积时期,气候温暖湿润,湖盆持续扩张,在长8末—长7早期湖盆范围达到鼎盛,后续湖盆充填直至消亡(杨俊杰等,1992;付金华等,2005;李凤杰等,2006),处于盆地深湖范围的陇东地区发育南西与北东2大物源供给下的大量深水重力流沉积(武富礼等,2004;郭艳琴等,2006;李凤杰等,2006;付金华等,2013;林森虎等,2017)。这些重力流砂体与盆地内部富有机质泥页岩交互发育,形成了自生自储的成藏组合,具有巨大的勘探开发潜力(贾承造等,2012;邹才能等,2013;杨华等,2017)。

2 资料和方法

2.1 研究资料

整个陇东地区资料丰富,具有大量测井及地震资料,为后续建立陇东地区地层格架并明确湖盆中心区地层充填样式提供了资料基础。

1)钻井资料。全区共有4000余口探评井(预探井和评价井)、平均井距约为2 km,各井的自然伽马(GR)、自然电位(SP)、声波时差(AC)、密度(DEN)、电阻率(RT)等曲线齐全。

2)地震资料。研究资料主要包括陇东地区最新采集处理的7400 km²的三维地震资料,能够基本覆盖整个湖盆中心区(图2)。其中,庆城地区三维地震延长组主频35~40 Hz,频宽10~65 Hz;其他地区三维地震延长组主频30~35 Hz,频宽8~60 Hz(图3)。二维地震资料累计长度约为6800 km,覆盖陇东全区,在局部缺少三维地震资料的地区可利用二维地震开展研究(图2),延长组主频28~32 Hz。整体上,目的层平均层速度3600~3800 m/s,地震垂向分辨率为28~34 m,地震反射同相轴较清晰、连续性较好。

2.2 研究方法

目前,陇东地区延长组内部现有的加积式地层格架主要是依据测井资料建立的(杨俊杰等,1992;倪新锋等,2007;郭彦如等,2008;刘自亮等,2013),而新采集的地震资料表明在研究区的页岩层系存在明显的前积现象与现有的地层格架不符(李慧琼等,2014;冯雪等,2021;惠潇等,2024;李一凡等,2024; 刘明成等,2024)。因此,需要利用陇东地区的高品质三维地震资料,进行井震标定并明确全区地层结构样式,重新厘定前积段内部地层划分方案,对全区探平井开展地层对比工作,从而重构延长组内部统一的等时地层格架。

2.2.1 井震标定

首先,采用180°相位、35 Hz主频的雷克子波制作合成地震记录(图4),并对地震覆盖区域的2000余口探评井进行精细的井震标定。以环县地区L344井为例,其合成地震记录与井旁地震道具有高度一致性,标定效果较好(图4),主要体现以下2个方面: 长7底部的最大湖泛面“张家滩页岩”(标志层K1),全区稳定且厚度介于5~25 m之间,由于上下岩性的明显差异顶底界面阻抗差异大(图4),在地震上表现为极强振幅的波峰反射,同相轴连续性极好,为本次研究井震标定的重要识别界面; 研究区泥岩层段在测井曲线中表现为高伽马、高声波时差、低密度的特点,通过多井的井震标定结果,发现厚度在2~5 m的泥岩层段在地震中也表现为较为明显的强振幅波峰反射,同相轴连续性较好。

2.2.2 地层划分方案的确定

基于井震标定结果,对目的层段的地震同相轴进行了全区追踪。从结果上来看,延长组中部具有明显的前积地震反射特征,同相轴下超于长7底部,自下而上为“加积—前积—加积”的“三层结构”样式(图5)。其中,延长组下部的第一、第二岩性段以及上部的第四、第五岩性段的地层为加积式; 延长组中部的第三岩性段(原长7—长3₂地层内部)为进积式地层(图5)。继而根据波峰同相轴指示的连续泥岩隔层,对内部地层进行细分,从而确定延长组内部的地层划分方案。

2.2.3 等时地层格架的重构

最终,基于确定的地层划分方案,通过陇东地区300余条过井地震剖面,在井震协同约束下对全区4000余口探评井进行地层对比,重构并建立了湖盆中心区统一的地层格架,为明确湖盆中心区的地层充填样式打下基础。

3 前积地层格架特征

3.1 延长组地层结构样式

从贯穿全区的顺物源三维地震剖面与连井剖面(图6)可以明显看出,延长组与下伏纸坊组呈平行不整合接触(SLSB1界面),与上覆侏罗系呈角度不整合接触(SLSB2界面)。在延长组内部,自下而上表现为“加积—进积—加积”的3层地层结构样式,加积与进积地层在地震同相轴上表现出2类不同的反射结构(图6): 长10—长8和长3₁—长1地层段,地层结构样式为(近等厚)加积式,地震同相轴上表现为平行—亚平行状反射结构; 在原长7—长3₂地层段,地层结构样式为进积式,地震波峰同相轴(反映连续、稳定的泥岩层)呈明显的“S型”和“斜交型”的前积反射结构,由南西、北东向湖盆中心(庆城、合水地区)相向倾斜,并具有明显的下超现象,该段地层发育于环县—庆城—合水以及白豹—华池地区。

延长组原长7—长3₂地层内部,垂向上地层的结构样式同样存在差别。自南西、北东两侧顺物源向湖盆中心,在垂向上地层开始呈“加积—弱进积近等厚”的特征; 向湖盆方向过渡,地层的前积角度不断变大,呈“进积—不等厚”的特征; 在同相轴相向交汇的湖盆中心附近,地层重新转变为加积的结构样式(图6)。总体上,地层厚度顺物源方向自南西向北东,呈“薄—厚—薄—厚—薄”的变化趋势(图6),反映了自南西、北东向湖盆中心地层整体呈逐层依次进积的特征。

3.2 前积段内部层序及地层划分方案

有学者研究认为,延长组内部可划分为5个三级层序(张凤奎等,2008;刘自亮等,2013;刘明成等,2024)。作者沿用该观点并进一步分析,发现在地震剖面中可识别出5个连续强振幅的波峰反射同相轴(FS1~FS5)对应高自然伽马的泥岩层,其中FS1为长10油层组上部的初始湖泛面; FS2为长9中部全区广泛分布的湖泛泥岩层,即“李家畔页岩”;FS3为前文述及的原长7底部“张家滩页岩”;FS4为第三岩性段内部“S型”和“斜交型”的前积地层之间的转换面,为一个倾角较大的倾斜界面; FS5为长2油层组顶面,仅在靠近湖盆中心的地层剥蚀程度较弱的地区可见(图6)。与5个连续强振幅的波峰反射同相轴对应的4个连续强振幅的波谷反射同相轴(LSB1~LSB4),为基准面旋回之间的砂岩层,据此可将延长组内部细分为5个长期基准面旋回(LSC1~LSC5),对应5个三级层序(图6)。其中,LSC1、LSC2、LSC5地层结构均呈加积式,而LSC3和LSC4为进积式(图6;图7)。在原长7段底部发育的“张家滩页岩”(FS3)在研究区范围内广泛且稳定沉积,是整个延长组内部的最大湖泛面; 长3₂顶(LSB4)为前积段与上覆加积段的分界面,即湖盆演化过程中关键的转换界面(图6;图7)。

在原长7—长3₂地层范围内,在南西部和北东存在1条强波谷反射同相轴(LSB3)为LSC3与LSC4的界面,界面之下的地层(LSC3)为典型的“S型”前积反射结构,前积层向湖盆中心相向缓倾,最终下超逐渐收敛至长7底部; 界面之上的地层(LSC4)为“斜交型”前积反射结构,前积层向上厚度迅速减薄收敛至长3₂顶面,向下呈较高角度下超,最终逐渐收敛至前积层与LSB3界面近平行(图6)。

前文已述,基于井震标定,连续的强波峰反射同相轴,反映了较稳定的高自然伽马湖泛泥岩层(图4;图5)。在LSC3和LSC4长期基准面旋回内部,依据地震中较为较连续的强振幅波峰同相轴及测井曲线中的高GR段分别识别了5个和9个湖泛面(图6中绿色和蓝色虚线),将LSC3内部分隔出6个中期基准面旋回(MSC3-1至MSC3-6),将LSC4内部分隔出10个中期基准面旋回(MSC4-1至MSC4-10)(图7)。每个中期基准面旋回对应一个砂组,据此将延长组内部细分1—16砂组,其中原长7底为1砂组底面,原长3₂顶为16砂组顶面,内部15条地震波峰反射同相轴依次代表1—15砂组的顶面(图6)。

3.3 地层充填特征

基于上述的层序地层划分方案,延长组第三岩性段(T₃y₃)仍属于2个三级层序(LSC3、LSC4),但对内部的层序地层进行了调整,其充填样式由传统的逐层近等厚加积充填变为北东—南西向湖盆中心依次相向前积—不等厚充填(图6;图7)。通过对陇东地区井震联合剖面(图8)及连井剖面(图9)中的定量参数统计分析,发现整个陇东地区延长组第三岩性段不同沉积时期的地层充填特征存在差异:

1—3砂组呈低角度“S型”前积,顶部加积层厚度与前积层厚度的比值大于0.3且前积倾角(16砂组顶拉平后目标层前积段底面与水平面的夹角)小于0.15°;4—6砂组转变为高角度“S型”前积,顶部加积层厚度与前积层厚度的比值大于0.3且前积倾角大于0.15°;最后7—16砂组转变为“斜交型”前积,顶部加积层厚度与前积层厚度的比值小于0.3,前积倾角先变大后变小(图8;图9)。不同区域,地层前积倾角同样存在着差异: 陇东南部的合水地区(图8-a)以及北东部的南梁地区(图8-b),地层前积倾角较小,低于西南部的庆城地区(图8-c)以及环县地区(图8-d)。

在顺物源方向的剖面中,各砂组及小层呈现相向进积特征。陇东地区南西部,顺源方向上1—3砂组地层厚度逐渐减小; 4—10砂组地层厚度先增大后减小,减薄趋势幅度逐渐减小(图6;图7)。陇东地区北东部,1—3砂组已下超,地层厚度较薄; 顺源方向(南西向),4—6砂组地层厚度逐渐减小; 7—10砂组地层厚度先增大后减小(图6;图7)。在整个陇东地区,11—16砂组地层厚度均呈现由湖盆边缘向中心方向增大的趋势(图9-a)。在垂直物源剖面中16个砂组的地层均呈近等厚横向延伸的特征(图9-b)。

平面上,不同砂组的地层厚度存在明显的差异。其中,1砂组仅分布在南西部,地层厚度由南西向北东逐渐减薄,可减薄至3 m以下(图10-a);2—6砂组在平面上仅有1个厚度中心区,位于研究区南西部,而在北东部厚度整体较小(图10-b至10-f);7—10砂组在平面上有2个厚度中心区,分别位于研究区南西部和北东部,南西部厚度中心区宽度小于北东部,厚度中心区之间基本不相接(图10-g,10-h,10-i);11—16砂组在平面上再次仅有1个厚度中心区,位于研究区中部,而在南西及北东两侧地层厚度较薄(图10-m至10-p)。各砂组地层厚度高值区均沿北西—南东向展布,自下而上,厚度高值区从南西及北东分别向湖盆中心方向迁移,反映了地层从南西及北东湖盆两侧分别向中心依次进积的演变过程(图10)。

基于上述分析可知,陇东地区延长组第三岩性段内部发育进积式地层格架,地层充填样式有低角度“S型”前积充填、高角度“S型”前积充填和“斜交型”前积充填的3类地层充填样式(图11)。其中,在LSC3初期的1—3砂组为低角度“S型”前积充填样式(图11-a);在LSC3中后期的4—6砂组地层依次进积,逐渐转变为高角度“S型”前积充填样式(图11-b);在LSC4时期的7—16砂组,地层逐步转变为“斜交型”前积充填样式,进积程度减弱,前积倾角也随之逐渐变小(图11-c)。

4 讨论

4.1 前积地层划分方案与传统地层划分方案的比较分析

前人基于岩心及测井曲线,通过井上的岩性及电性特征,在延长组内部共识别出10个标志层,即K0—K9(图1)。自下而上,分别为K0(长9油层组中上部“李家畔页岩”)、K1(原长7油层组底部“张家滩页岩”)、K2(原长6底部发育薄层凝灰岩)、K3(原长6₃顶部暗色泥岩层)、K4(原长6顶部暗色泥岩层)、K5(原长4+5₂油层组顶部暗色泥岩层)、K6(原长3底部暗色泥岩层)、K7(原长3顶部暗色泥岩层)、K8(长2中上部灰绿色泥岩层)、K9(长1底部碳质泥岩层)(杨华,2004;Zou et al., 2010;杨华等,2012)。

通过井震联合对比,发现延长组下部的第一、第二岩性段以及上部的第四、第五岩性段为“加积—近等厚”的地层结构样式,其内部的K0、K7、K8、K9标志层在地震上对应连续的强波峰反射(图5;图12),仍可作为全区延长组对比的重要标志层。对于呈进积式地层结构的第三岩性段而言,原长7底部的黑色页岩层K1(“张家滩页岩”)对应连续的极强波峰反射,仍可作为全区重要的标志层; 但在其他时期形成湖泛泥岩层在陇东大部分地区均为向湖盆中心倾斜的,说明K2—K6仅在陇东局部的湖棚浅水区可作为区域性标志层,不能作为全区地层对比的标志层(图12)。

通过顺物源的井震剖面发现,前积地层格架下的等时地层划分方案与传统的分层方案会存在明显的差异(图9-a;图12)。在靠近湖盆中心的合水—庆城地区、环县—木钵地区以及华池地区的前积特征明显,与重新厘定的地层划分方案对应关系差(图9-a;图12)。对于远离湖盆中心的演武—镇原地区以及白豹地区地层前积幅度较小,虽原长6和原长7地层对应关系较差,但原长4+5—原长3₂的地层与重新厘定的地层划分方案具有较好的对应关系(图9-a;图12)。其中,在白豹地区,原长4+5地层大致对应10—13砂组,原长3₃和原长3₂地层大致对应14—16砂组; 在演武—镇原地区,原长4+5地层大致对应6—10砂组,原长3₃和原长3₂地层大致对应11—16砂组(图9-a;图12)。

4.2 前积地层格架的形成机制

在晚三叠世印支运动影响下,扬子板块与华北板块发生碰撞,导致盆地基底发生大幅度的沉降,盆地西南部的秦岭山前形成湖盆深陷区(刘池洋等,2000,2006,2020;赵文智等,2006)。在该时期,全球发生了1次气候突变事件(卡尼期的梅雨事件),近100万年持续发生强降雨,致使气候从干旱转变为湿润(邓秀芹等,2013;Ogg,2015;赵向东等,2019;李相博等,2023),湖平面迅速上升,从而在湖盆深陷区形成了相对欠补偿的深水环境。同时,伴随着鄂尔多斯盆地南部的秦岭造山带快速向上隆升,在盆地的南西方向的秦岭造山带开始与北部阴山山系一起向湖盆中心持续供源(张国伟等,2002;沈玉林等,2006;王建强等,2010;邱欣卫和刘池洋,2014),盆缘活跃的构造运动导致物源区的沉积物被源源不断地输送至盆地内部并发生集中沉积,有利于三角洲持续向湖盆推进,从而在第三岩性段(原长7—原长3₂)沉积时期,形成了南西、北东双物源持续供给的沉积体系,为湖盆深水区持续形成多期大规模的重力流沉积提供了充足物质基础,最终形成垂向上依次向湖中心进积的地层分布样式。

在LSC3初期(1—3砂组),由于湖盆仍处于持续沉降、扩张的阶段(刘池洋等,2000,2006;赵文智等,2006),A/S(可容空间的增长速率与沉积物供给速率的比值)较大,无论在浅水区还是在湖盆中心区都存在足够的可容空间,供给沉积物主要在浅水区集中沉降,向湖盆推进的距离相对有限,重力流沉积未达到湖盆中心区,因此,湖盆中心区呈低角度“S型”前积充填(图11-a);在LSC3中后期(4—6砂组),湖盆构造活动基本稳定,沉积物持续向湖盆输送,浅水区的可容空间逐渐减小,沉积物推进至湖盆中心区,导致该区域地层前积角度增大,形成高角度“S型”前积地层充填样式(图11-b);在LSC4时期(7—16砂组),随着卡尼期末期梅雨强度的减弱,气候逐渐从半湿润转变为半干旱,湖平面下降,浅水区的可容空间变得更小,沉积物更容易向湖盆中心区搬运、沉积,湖盆中心区地层充填样式表现为“斜交型”前积,此时,湖盆开始逐渐被填平、萎缩,自下而上地层前积倾角也随之逐渐变小(图11-c),最终,湖盆基本完全被充填、消亡。

总体上,陇东地区原长7—原长3₂前积格架的形成原因主要包括以下3个方面: (1)在沉积初期的板块运动,导致鄂尔多斯盆地基底发生大幅度的沉降,形成深陷湖盆,是前积格架形成的先决条件; (2)卡尼阶的梅雨事件,导致气候条件从干旱转变为温暖湿润,湖平面迅速上升,在该时期形成了深水环境,是前积格架形成的基础条件; (3)在晚三叠世印支运动影响下,鄂尔多斯盆地南部的秦岭造山带快速向上隆升,湖盆的南西方向形成了持续的强物源供给,是前积格架形成的重要影响因素。

4.3 前积地层格架对油气勘探开发的意义

现阶段,鄂尔多斯盆地庆城油田延长组已投入开发的页岩油资源主要为夹层型页岩油,主要以水平井开发为主,在庆城油田已取得较好的开发效果(付金华等,2020;付锁堂等,2020)。然而,在开发过程中也暴露出水平井砂体钻遇率与产能差异大的问题(薛婷等,2021;惠潇等,2024)。通过近些年的研究,发现在前积地层格架下,陇东中部的庆城地区延长组第三岩性段发育的深水重力流砂体呈进积叠置样式,其形成的油层同样为进积式叠置,与传统加积格架下的砂体分布特征及油藏组合特征存在明显的差异(惠潇等,2022,2024;刘明成等,2024),与原有的注采对应关系不符(惠潇等,2022,2024)。

在延长组第三岩性段沉积时期(图9-a; 图10),陇东地区全区(包括庆城地区)均为湖盆中心区,在该时期形成的地层均具有明显的前积特征,原长7—原长3₂的“加积式”地层格架在前积特征明显的部位存在穿时现象。综合前人在庆城地区开展的砂体及油层分布研究成果(惠潇等,2022,2024;刘明成等,2024),认为整个陇东地区与其中部的庆城地区相似,看似在传统加积地层格架下的同一层之间相邻井发育的砂体在横向上是连通的,但实际却属于2套地层,从而导致沿这套砂体下钻的水平井会钻遇多套泥质隔夹层,出现砂体钻遇率低的问题,影响后期的高效开发。因此,基于新建立的“进积式”等时地层格架,可以更准确地预测砂体空间分布特征,为后续精细水平井开发部署及井轨迹设计方案提供地质依据,进而有效提高水平井砂体钻遇率,达到预期的生产开发目标,为鄂尔多斯盆地夹层型页岩油的高效开发提供必要的地质基础。

5 结论

1)在鄂尔多斯盆地湖盆中心区,延长组具有“加积—进积—加积”的3层地层结构样式。延长组原长7—原长3₂地层可划分16个四级层序(对应16个砂组),向湖盆中心相向进积,其中,1—3砂组呈低角度“S型”前积充填,4—6砂组呈高角度“S型”前积充填,7—16砂组为“斜交型”前积充填。在湖盆南西部位,进积地层坡度较陡,而北东部位的进积地层坡度较缓。

2)原有的“加积式”地层格架为1套穿时岩性地层,与“进积式”等时地层格架具有一定的对应关系。在白豹地区,原长4+5油组与新方案的10—13砂组大致对应,原长3₃和原长3₂砂组与14—16砂组大致对应; 在演武—镇原地区,原长4+5油组与新方案的6—10砂组大致对应,原长3₃和原长3₂砂组与11—16砂组大致对应。

3)“进积式”等时地层格架的形成受到印支期扬子—华北板块碰撞、卡尼阶的全球梅雨事件的综合影响。印支期扬子—华北板块碰撞一方面导致基底大幅度沉降形成湖盆深陷区,另一方面形成持续供给的物源区; 卡尼阶的全球梅雨事件则导致湖平面迅速上升,形成深水拗陷湖盆环境。受到沉积作用的影响,地层充填样式由低角度“S型”逐渐演化为高角度“S型”与斜交型。

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基金资助

*长庆油田重大科技专项“鄂尔多斯盆地页岩油渗流机理及有效开发关键技术”(2023DZZ04)