随着人们对石油需求的日益增大和石油开发技术水平的提高，分布广、储量大的低渗透油藏已成为世界各国石油勘探与开发的重要接替领域^[1-2]。我国鄂尔多斯盆地是世界最重要的低渗透油田分布区，以发育三叠系延长组低渗透砂岩为典型特征，形成了岩性油气藏、岩性-地层油气藏等，石油富集区主要受有利沉积相带和成岩作用控制^[3-6]，其中关于有利沉积相带控制厚层砂岩展布方面的研究对低渗透油气田的勘探与开发至关重要。

鄂尔多斯盆地延长组长4 + 5油层组为典型的低渗岩性油藏^{[3, 5]}，近年来在该层位的勘探成果丰硕，已先后在靖边、安塞、定边等地区累计获得探明储量超过4亿t，而勘探面积更大、优质烃源岩更发育的陇东地区仅在南梁、白豹区块提交控制储量约0.2亿t，勘探与开发程度较低(图 1)。关于陇东地区长4+ 5油层组沉积相研究也较为薄弱，文献报道的研究范围多局限于华庆区块^[7-13]，少量涉及镇北区块(太白梁、木钵)等^[14-15]，沉积相类型划分也较为混乱^{[3, 5, 16-18]}，导致陇东地区长4 + 5油层组的物源、沉积相类型、砂体展布规律等方面的认识均不清，严重制约着其勘探与开发进程。为此，笔者以盆地周缘野外露头剖面和盆地内钻井取心为基础，进行岩心观察，并结合测井、录井资料取样120余块(45口井)，进行铸体薄片鉴定、重矿物分析，对陇东地区长4+ 5油层组的物源和沉积相类型、展布及演化特征进行系统研究，以期为研究区长4+ 5油层组的下一步大规模勘探与开发提供参考。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区位置 (据文献[3]修改) Fig. 1 Tectonic units of Ordos Basin and location of the study area

鄂尔多斯盆地是在华北克拉通地块基础上发育起来的中新生界含油气沉积盆地，现今的构造格局基本定型于中燕山运动，后经喜马拉雅运动进一步发展而成。据基底性质、现今构造形态及特征，可将盆地划分为6个一级构造单元，分别为盆地周缘构造较为复杂的伊盟隆起、西缘逆冲带、渭北隆起、晋西挠褶带和盆地内部构造较为简单的天环坳陷、伊陕斜坡^[3]。本次研究的陇东地区北起吴起县，南至泾川县，西抵郭塬，东达塔尔湾，面积约3.1万km²，横跨天环坳陷和伊陕斜坡(图 1)。三叠系延长组为一套坳陷型内陆湖相碎屑沉积，记录了湖盆从发生、发展到消亡的完整演化历程。延长组自上而下可分为长1-长10共10个油层组，其中长4 + 5油层组自上而下又可划分为长4+ 5₁和长4+ 5₂共2个小层。

重矿物分析法、碎屑岩类分析法均是较常用的物源分析方法^{[16, 19-22]}。鄂尔多斯盆地陇东地区长4 + 5油层组钻井取心的重矿物、轻矿物、岩屑总量、白云岩岩屑的平面分布特征显示出明显的分区特征(表 1，图 2)。其中，Ⅰ区位于陇东地区东北部，向东南延伸至高崾岘-塔尔湾一线，具有相对“高锆石”、“高长石+低岩屑”、“高火成岩岩屑”、“白云岩岩屑不发育”的特征，反映了东北物源特征，在研究区东北部分布范围较广；Ⅱ区位于陇东地区西北部，向西南延伸至环县-高崾岘一线附近，具有相对“高石榴子石”、“高长石+石英”、“高变质岩岩屑”、“白云岩岩屑较发育”的特征，总体反映了西北物源特征，在研究区西北部小面积分布；Ⅲ区位于陇东地区西南部，向东北延伸至环县-马岭-庆阳一线，具有相对“低锆石”、“高石英+岩屑”、“低火成岩岩屑”、“白云岩岩屑发育”的特征，总体反映西南物源特征，在研究区西南部大面积分布；Ⅳ区位于陇东地区南部，向西北延伸至宁县-合水一线，具有相对“高锆石”、“高石英+长石”、“低变质岩岩屑”、“白云岩岩屑较发育”的特征，反映了南部物源特征，在研究区南部较大面积分布；Ⅴ区位于盆地中部庆城-高崾岘一线，为混源区，重矿物、轻矿物及岩屑组合比较混杂，反映了混源特征，在研究区中部较大面积分布。上述特征反映陇东地区延长组长4 + 5油层组具有东北、西北、西南和南部共4个物源方向，且东北(Ⅰ区)、西南(Ⅲ区)和南部(Ⅳ区)等3个方向的物源供给充足，其中东北部具有“远源”特征。

表 1(Table 1)

表 1 陇东地区延长组长4+5油层组物源分析数据 Table 1 Provenance analysis data of Chang 4+5 reservoir in Longdong area % 物源分区 φ(重矿物) φ(轻矿物) φ(总岩屑) φ(白云岩岩屑) 位置 自形锆石 白钛矿 石榴石 石英 长石 岩屑 火成岩 变质岩 沉积岩 Ⅰ区 62.8 16.7 7.9 32.8 53.9 13.3 29.0 54.8 16.2 1.2 东北部 Ⅱ区 48.4 20.2 24.3 39.7 44.8 15.5 19.2 64.4 16.4 2.1 西北部 Ⅲ区 38.4 24.7 5.3 51.4 18.2 30.4 14.4 55.0 30.6 6.1 西南部 Ⅳ区 65.5 19.5 7.5 53.9 28.1 18.0 22.4 43.1 34.5 4.6 南部 Ⅴ区 55.5 20.7 7.2 44.3 34.2 21.5 20.4 53.9 25.7 3.4 中部

下载CSV 表 1 陇东地区延长组长4+5油层组物源分析数据 Table 1 Provenance analysis data of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 陇东地区延长组长4 + 5油层组物源分析 Fig. 2 Provenance analysis of Chang 4 + 5 reservoir in Longdong area

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组主要发育三角洲-湖泊沉积体系，其中东北部和西北部以曲流河三角洲相为主，西南部和南部以辫状河三角洲相为主，中部以湖相为主^{[3, 5, 17-18, 23]}，但沉积亚相和微相的划分存在一定争议。通过大量文献的调研^[23-29]，并结合油田实际生产资料，本次研究将湖底重力流沉积划归为湖泊相。通过研究区45口取心井长4 + 5油层组的岩心观察、分析测试以及测井、录井资料分析，结合区域沉积相研究成果，系统划分了陇东地区延长组长4+ 5油层组的单井相和连井相，共划分出曲流河三角洲相、辫状河三角洲相和湖相等3类，并进一步细分为5类亚相和10类微相(表 2)。

表 2(Table 2)

表 2 陇东地区延长组长4+5油层组主要沉积相类型 Table 2 Major sedimentary facies types of Chang 4+5 reservoir in Longdong area 沉积体系 沉积相 亚相 沉积微相 位置 三角洲 曲流河三角洲 三角洲前缘 水下分流河道 水下分流间湾 东北部、 西北部 辫状河三角洲 三角洲平原 分流河道 泛滥平原 西南部、 南部 三角洲前缘 水下分流河道 水下分流间湾 湖泊 湖泊相 半深湖 湖底重力流 湖泥 滑塌岩 砂质碎屑流 浊积岩 中部

下载CSV 表 2 陇东地区延长组长4+5油层组主要沉积相类型 Table 2 Major sedimentary facies types of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

陇东地区长4 + 5油层组东北部和西北部主要发育曲流河三角洲相的前缘亚相。曲流河三角洲前缘亚相是曲流河三角洲相中砂体集中发育区，以水下分流河道和水下分流间湾微相为主，河口坝微相和远砂坝微相常因水下分流河道的强烈冲刷而缺失，席状砂微相常因湖底重力流的发育而少见。

(1)水下分流河道微相。纵向上常呈多个正韵律的进积式叠置，为多期叠加的结果。岩性以灰绿色-灰褐色细砂岩为主，发育块状层理、板状交错层理、小型槽状交错层理、平行层理及包卷层理[图 3(a)-(e)]，底部发育冲刷面，见泥砾。测井曲线上，其自然伽马和自然电位曲线常呈箱形、钟形或漏斗形组合，其中漏斗形测井曲线形态常为多期水下分流河道砂体的进积式叠加或底部冲刷面上含泥砾所致，并不是河口坝微相发育的测井曲线标志[图 4(a)]。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 陇东地区延长组长4+5油层组岩心照片 (a)午222井，1 896.78 m，长4+ 51，块状构造；(b)午222井，1 894.69 m，长4+ 51，板状交错层理；(c)午222井，1 896.19 m，长4+ 51，槽状交错层理；(d)白304井，1 900.83 m，长4+ 51，平行层理；(e)午222井，1 892.90 m，长4+ 51，包卷层理；(f)白106井，1 956.40 m，长4+ 51，浪成沙纹层理、波状层理、透镜状层理；(g)午222井，1 891.95 m，长4+ 51，水平层理、波状层理；(h)华183井，1 822.70 m，长4+ 51，黑色泥岩的小鱼化石；(i)白401井，1 840.10 m，长4+ 52，垂直虫孔；(j)午222井，1 892.60 m，长4+ 51，植物碎片；(k)演214井，2 227.05 m，长4+ 51，灰白色含砾粗砂岩；(l)镇106井，2 482.72 m，长4+ 52，灰绿色中砂岩；(m)演78井，2 134.26 m，长4+ 52，碳化植物大茎杆化石；(n)镇106井，2 527.80 m，长4+52，植物根茎；(o)演78井，2 127.45 m，长4+52，灰白色粉砂质泥岩；(p)镇327井，1 979.00 m，长4+ 52，块状层理；(q)镇320井，2 043.10 m，长4+ 52，板状交错层理；(r)镇141井，2 058.60 m，长4+ 51，槽状交错层理；(s)镇131井，2 138.20 m，长4+ 52，平行层理；(t)镇320井，1 891.90 m，长4+ 52，浪成沙纹层理；(u)镇327井，1 979.40 m，长4+ 52，砂球和砂枕构造；(v)木32井，2 305.50 m，长4+ 51，冲刷面、泥砾；(w)镇283井，2 074.10 m，长4+ 51，瓣鳃类化石；(x)镇141井，2 018.90 m，长4+ 51，垂直虫孔 Fig. 3 Core photographs of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 陇东地区延长组长4+5油层组沉积相综合柱状图 Fig. 4 Column of sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

(2)水下分流间湾微相。研究区油田实际生产过程中，一般将水下天然堤微相、水下决口扇微相和水下分流间湾微相岩石划入非储层，据此本次研究将上述微相统称为水下分流间湾微相。水下分流间湾微相岩石以灰黑色-黑色泥岩为主，也含相对少量细砂-粉砂岩，常发育浪成沙纹层理、波状层理、透镜状层理和水平层理，鱼化石、垂直虫孔和植物碎片等[图 3(f)-(j)]。测井曲线上，其自然伽马多为中高值，自然电位曲线常呈“低平直线”形态[图 4(a)]。

陇东地区长4+ 5油层组西南部和南部主要发育辫状河三角洲相的平原亚相和前缘亚相。辫状河三角洲平原亚相为辫状河三角洲相的水上部分，可细分为分流河道微相和泛滥平原微相。

(1)分流河道微相。纵向上常呈单一旋回正韵律，多期分流河道砂体叠加现象不明显。岩性以灰白色-灰褐色含砾粗砂岩、细砂岩为主[图 3(k)，(l)]，底部常见冲刷面，块状层理、槽状交错层理和板状交错层理发育。测井曲线上，其自然伽马和自然电位曲线常呈钟形[图 4(b)]。

(2)泛滥平原微相。研究区油田实际生产过程中，一般将决口扇微相、天然堤微相、河漫滩微相岩石划入非储层，因此本次研究将上述微相统称为泛滥平原微相。泛滥平原微相岩石以灰白色-灰色泥岩、泥质粉砂岩为主，常见相对较大的植物根茎化石[图 3(m)-(o)]。测井曲线上，其自然伽马多为中高值，自然电位曲线相对低平[图 4(b)]。

辫状河三角洲前缘主要发育水下分流河道微相和分流间湾微相，河口坝微相和远砂坝微相常因水下分流河道的强烈冲刷而缺失，席状砂微相常因湖底重力流的发育而少见。

(1)水下分流河道微相。三角洲平原分流河道入湖后在水下进行延伸，形成水下分流河道，纵向上常呈单一旋回正韵律或多个正韵律的进积式叠加，水下分流河道砂体多期叠加现象明显。岩性以灰绿色-灰褐色细砂岩为主，夹薄层粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，常发育块状层理、板状交错层理、小型槽状交错层理、平行层理、浪成沙纹层理、砂球和砂枕构造[图 3(p)-(u)]，砂岩底部冲刷面和泥砾亦发育[图 3(v)]。测井曲线上，其自然伽马和自然电位曲线常呈漏斗形和钟形组合，常见的漏斗形测井曲线形态常为多期水下分流河道砂体的进积式叠加或底部冲刷面上含泥砾所致，并非河口坝微相的测井曲线标志[图 4(c)，(d)]。

(2)水下分流间湾微相。根据油田实际生产过程中的惯例，本次研究将水下天然堤微相、水下决口扇微相和水下分流间湾微相统称为水下分流间湾微相。水下分流间湾微相岩性主要为厚层状含植物碎片、瓣鳃类化石和垂直虫孔的灰黑色泥岩、粉砂质泥岩[图 3(w)，(x)]，部分含少量细、粉砂。测井曲线上，其自然伽马多为中高值，自然电位曲线相对低平[图 4(c)，(d)]。

陇东地区中部延长组长4+ 5油层组湖泊相沉积广泛发育，包括滨浅湖亚相、半深湖亚相和湖底重力流亚相。滨浅湖亚相是滨湖亚相和浅湖亚相的合称，因在研究区与三角洲前缘亚相相邻且区分难度大，所以将其并入到辫状河三角洲前缘亚相或曲流河三角洲前缘亚相，不再单独划出^[30]。

岩性主要为粉砂质泥岩、黑色泥岩[图 5(a)]。测井曲线上，其自然伽马多为高值，自然电位曲线多具“低幅”特征[图 5(h)]。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 鄂尔多斯盆地及邻区延长组长4+5油层组湖底重力流沉积特征 (a)陇东地区中部白522井，1 706.34 m，长4+ 52，黑色泥岩；(b)陇东地区中部镇333井，1 929.00 m，长4+ 52，滑动变形；(c)陇东地区中部镇327井，1 979.20 m，长4+ 52，砂球构造；(d)陇东地区中部宁42井，1 294.90 m，长4+ 51，浊积岩中鲍玛序列的A段和B段；(e)河南南召长4+ 5油层组野外露头剖面发育的浊积岩；(f)河南南召长4+ 5油层组野外露头剖面见浊积岩中鲍玛序列的A段、B段、C段、D段；(g)河南南召长4+ 5油层组野外露头剖面见砂质碎屑流沉积底部与下伏泥岩冲刷接触，顶部与上覆泥岩突变、不规则接触；(h)陇东地区中部宁42井长4+5油层组沉积相综合柱状图 Fig. 5 Sedimentary characteristics of sublacustrine gravity flow of Chang 4+5 reservoir in Ordos Basin and its adjacent areas

Shanmugam ^{[25, 28-29]}根据沉积过程中的流变学特征，将重力流划分为滑动、滑塌、碎屑流和浊流等沉积类型，其中滑动岩发育不明显的弹性形变，基本保留了原始结构特征[图 5(b)]，但测井识别难度较大，故将长4+ 5油层组的湖底重力流亚相划分为滑塌岩微相、砂质碎屑流微相和浊积岩微相。

(1)滑塌岩微相。岩性以粉-细砂岩为主，发育同沉积变形的砂球、砂枕构造和包卷层理[图 5(c)]，纵向上多呈透镜状分布于半深湖亚相沉积中，平面上一般呈土豆状、片状分布。测井曲线上，自然电位曲线和自然伽马曲线常为指形或漏斗形态[图 5(h)]。

(2)浊积岩微相。浊积岩由浊流形成，流态上属于紊流，具有向上的湍流支撑机制，其在半深湖亚相中广泛分布[图 5(d)-(f)，(h)]。主要特征为：①发育完整或不完整的鲍玛序列，常见AB段、AC段等组合类型；②鲍玛序列A段，细砂岩发育正粒序层理；③砂体厚度从几厘米至几米不等，一般小于0.5 m，常与黑色泥岩或粉砂质泥岩呈薄互层状；④砂岩底部不平整，岩性突变，常可见火焰状构造；⑤自然伽马和自然电位曲线多为钟形。

(3)砂质碎屑流微相。砂质碎屑流具有塑性流变、层流状态的重力流特征，其支撑机制主要是由其塑性流变的性质所决定，与其所具有的屈服强度紧密有关，包括基质强度和由颗粒碰撞所产生的摩擦强度，在半深湖亚相中广泛分布。主要特征为：①岩性以厚度大于0.5 m的细砂岩为主，最厚可达十几米[图 5(g)，(h)]；②常见发育块状层理；③细砂岩内部常见顺层分布的泥岩撕裂屑，反映了层流特征；④底部与下伏岩层的接触处常见冲刷面构造，指示砂质碎屑流整体在运移过程中对下伏沉积物具有剪切作用，顶部与上覆半深湖亚相泥岩沉积呈突变、不规则接触；⑤测井曲线上，自然电位和自然伽马曲线形态常为箱形，但由于泥岩撕裂屑的发育使得曲线常出现漏斗形和箱形组合。

依据沉积相及砂体展布编图和研究方法^[31-32]，以单井相分析和横跨陇东地区连井剖面分析(图 6)为基础，编制了鄂尔多斯盆地陇东地区长4+ 5₂小层、长4+ 5₁小层的沉积相平面图，并对其沉积特征和砂体展布特征进行了分析。整体上，湖泊面积有所萎缩，砂体向沉积中心进积。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 陇东地区延长组长4+5油层组沉积相剖面 Fig. 6 Profile of sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

陇东地区长4 + 5油层组东北部主要为曲流河三角洲前缘亚相，以水下分流河道和水下分流间湾微相为主，河口坝微相不发育。西南部主要为辫状河三角洲平原和前缘亚相，前者以分流河道微相、泛滥平原微相为主，后者以水下分流河道和水下分流间湾微相为主，河口坝微相不发育。中部主要为半深湖、湖底重力流亚相，以湖泥、砂质碎屑流、浊流和滑塌岩微相为主。陇东地区长4 + 5油层组西南部发育的辫状河三角洲平原、前缘2个亚相的分布范围和砂体发育规模显示(图 7)，三角洲前缘亚相范围和砂体发育规模相对东北部明显更小，沉积相变化相对较大，反映其地形相对较陡、水动力相对较强、物源供给不充足的沉积特征。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 陇东地区延长组长4+5油层组沉积相平面图 Fig. 7 Sedimentary facies of Chang 4+5 reservoir in Longdong area

陇东地区长4+ 5₂小层和长4+ 5₁小层均为湖退进积式沉积，反旋回特征明显，长4+ 5₁沉积时相对于长4+ 5₂沉积时的湖岸线、半深湖线均向湖盆中心有所推进，砂体更为发育(图 7)。长4+ 5辫状河三角洲和曲流河三角洲前缘亚相的水下分流河道微相均受地形和湖岸线的影响，水动力较弱，加积和侧向摆动作用较强，形成了多期砂体进积式叠加现象，从而组合成大规模厚层砂体，如东北部的吴堡区块和西南部的太白梁区块。东北部三角洲前缘亚相的砂体厚度和规模明显大于西南部，主要由于东北部相对西南部具有物源供给充分、地形坡度缓、河流持续搬运的特征，东北部水下分流河道的加积和侧向摆动作用也更强，表现为三角洲前缘亚相多支水下分流河道砂体汇聚作用更明显，最终造成了东北部发育大面积、叠合连片分布的厚层砂体(厚度大于25 m)，为陇东地区长4 + 5油层组油气勘探的有利目标区。

(1)鄂尔多斯盆地陇东地区长4 + 5油层组沉积期物源主要来自盆地东北部、西北部、西南部、南部等4个物源方向，其中以东北部、西南部和南部等3个物源方向为主。

(2)陇东地区长4 + 5油层组东北部和西北部主要发育曲流河三角洲前缘亚相，西南部和南部主要发育辫状河三角洲前缘亚相，中部主要发育半深湖和湖底重力流亚相。

(3)陇东地区长4+ 5₂小层至长4+ 5₁小层总体为湖退进积式沉积，在三角洲前缘亚相形成了多期砂体进积式叠合而成的大规模厚层砂体。东北部相对西南部物源供给更充分，水下分流河道的加积作用和横向摆动作用更强，形成了大面积、叠合连片分布的厚层砂体，为有利勘探目标。