陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型

2.2　陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型

陆内克拉通盆地是我国重要的含油气盆地类型之一，鄂尔多斯盆地是其典型代表。基于鄂尔多斯盆地的地震、露头、岩心、钻井等资料，对其山西组地层进行详细层序构型、沉积序列及砂体时空展布特征研究，发现山2段具有独特的层序充填模式与砂体分布规律，提出并建立陆内克拉通盆地长期持续退积、短期进积的“溯源退积”层序构型。

2.2.1　层序格架

将陆内克拉通盆地——鄂尔多斯盆地晚古生代山西组山2段自下而上划分为3个三级层序，山1段划分为1个三级层序，层序特征如下：

2.2.1.1　SQ1层序

SQ1层序大致相当于山23砂层组，层序底界为北岔沟砂岩。该层序基本为一不对称旋回，低位体系域较为发育，发育厚层粗粒砂岩，夹有黑色泥岩及薄煤层，为山西组主要的含油气层段。湖侵体系域以及高位体系域相对不发育，甚至有缺失现象，主要以灰黑色泥岩、炭质泥岩及煤层为主。

2.2.1.2　SQ2层序

SQ2层序大致相当于山22砂层组，该层序基本为一不对称旋回，低位体系域较为发育，发育厚层粗粒砂岩，夹有黑色泥岩及薄煤层，为山西组主要含油气层段，是河道下切谷充填沉积。湖侵体系域以及高位体系域相对不发育，甚至有缺失现象，主要以灰黑色泥岩、炭质泥岩及煤层为主，呈现河道间湾及沼泽环境。

2.2.1.3　SQ3层序

SQ3层序大致相当于山21砂层组，该层序基本为一不对称旋回，低位体系域较为发育，相对于SQ1、SQ2砂岩变薄，夹有黑色泥岩及薄煤层。湖侵体系域以及高位体系域相对不发育，甚至有缺失现象，主要以灰黑色泥岩、炭质泥岩及煤层为主。

2.2.1.4　SQ4层序

SQ4层序大致相当于山1段，厚度远远大于其他层序，厚度一般为40～60m。该层序为一对称旋回，砂岩厚薄不一，多见大套黑色泥岩夹有炭质泥岩及煤层。

对比研究区典型井位的长、中期旋回的分析，可以看出不同旋回级别中，砂体在剖面上的几点发育规律（图2-1），即长期旋回对砂体的控制作用明显，在上升半旋回的下部（对应三级层序的LST）砂体发育；在中期旋回中，在低可容纳空间下砂体发育（对应三级层序的LST），砂体的叠置现象明显，主要以河道下切谷充填沉积为主，随着可容纳空间增大，对应三级层序的TST以及在高可容纳空间下砂体不发育，普遍无砂体沉积或砂岩单层较薄，粒度细，砂岩的叠置规律不明显，主要为河道间湾或湿地沼泽相。

2.2.2　砂体“溯源退积”分布模式及地质实验模型

2.2.2.1　鄂尔多斯盆地砂体“溯源退积”时-空展布特征

基于建立的等时地层格架，对鄂尔多斯盆地山西组SQ1、SQ2、SQ3三个层序砂体的时空展布进行研究，结果表明，研究区东北部山西组的SQ3、SQ2、SQ1三个层序砂体自南向北依次退积，溯源向北迁移。其中不仅整个砂岩组具有此种趋势，而且各个砂组内部的单个砂岩层也同样具有向北迁移的特征（图2-2）。同时，分析与图2-2连井剖面对应的南北向地震测线的层序、砂体分布特征（图2-3），证明二者反映的砂体展布特征一致，地震剖面上同相轴也呈现向北退积的特征，从而证明层序地层连井对比剖面解释结果合理，符合客观的地质事实。

图2-1　鄂尔多斯东北部山西组层序地层综合剖面

图2-2　鄂尔多斯盆地S65—S1井山西组二段层序地层对比、砂体对比剖面图

图2-3　鄂尔多斯盆地与图2-2对应的地震剖面山西组层序地层对比、砂体对比剖面图

从SQ1—SQ3层序沉积相平面展布同样可以看出砂体自南向北依次退积，溯源向北迁移的特征。

SQ1层序砂体沉积于太原组上大的沉积间断、长期风化剥蚀的基底之上，古地形呈坡度较缓的北高南低的斜坡，湖盆处于初始的形成阶段，该期沉积相分布如图2-4所示，低位域沉积时期，北部物源区经历了长期的暴露和风化剥蚀，沉积物供应充足。在湿地背景下，在南北向强侵蚀限制性河流的作用下，形成典型的河道下切谷充填沉积，形成条带状的砂体富集区，成为储集砂体发育的有利地带。低位域沉积期，可容纳空间增加，新增的可容纳空间不足以接纳所有供应的沉积物，使供应的沉积物不能完全保存，在低位域砂体的底部与太原组顶部存在着大量的侵蚀切割面，同时砂体内部普遍遭受冲刷，多层砂体相互切割叠置。

从SQ1层序沉积相平面图上可以看出（图2-4），该期南北向发育多条水系，水系多次出现分叉、会合等现象，在近物源、河道交汇处堆积砂体厚度较大。前人对重矿物组合的分析表明，西部和中部砂体的重矿物组合具有很大的亲缘性，表明非常可能来自于同一物源区。而东部的砂体重矿物组合与中西部差异较大，说明它可能来自于东部的物源区。此外，该层序还发育河漫滩沉积、河道间湾和沼泽微相。SQ1层序晚期，在水进和高位体系域，由于基准面持续上升和物源供应减少，可容纳空间增大，致使泥沼发育，形成区域分布的煤层。

SQ2层序是湖盆演化的鼎盛时期，进入盆地的扩张阶段。基准面的上升和可容纳空间的进一步增大，继承SQ1层序的沉积格局，SQ2层序同样发育多条水系，水系多次出现分叉、会合等现象（图2-5），河流的强度较SQ1层序有所加强，砂体的范围扩大。除了发育河道充填、切割相，该小层还发育河漫滩沉积、河道间湾和沼泽。物源与SQ1层序基本一致。

SQ3层序随着基准面的上升和可容纳空间的进一步增大，沉积物的供应则急剧减少，导致砂体继续向北退积，砂体的厚度较SQ2层序有所减小（图2-6）。SQ3层序的水系特征类似于SQ2层序。

图2-4　SQ1层序沉积相平面分布图

图2-5　SQ2层序沉积相平面分布图

图2-6　SQ3层序沉积相平面分布图

2.2.2.2　陆内克拉通盆地层序充填特征及其模式

澳大利亚Surat盆地和我国鄂尔多斯盆地均为典型的陆内克拉通盆地，两者的层序地层充填综合剖面具有类似的沉积充填序列和可对比性（图2-7）。

图2-7　中—澳陆内克拉通盆地沉积-层序充填模式图

澳大利亚陆内克拉通盆地Surat盆地位于澳大利亚的东南部，横跨Queensland的东南部和New South Wales的北部，面积约2.7×10⁴ km²，侏罗纪—白垩纪地层最大厚度可达2 500m（Exon and Burger，1981；Hoffmann et al，2009）。图2-7（A）为该盆地的侏罗纪地层沉积－层序充填模式图，可见层序底界面为一套底砾岩形成的强侵蚀突变接触面，向上整体具有典型的正粒序特征，自然伽马曲线呈典型的箱形—钟形，岩性序列自底部的细砾向上变为含砾粗砂—粗砂—中砂—砂泥互层—含砂泥岩—泥岩，单层砂体的厚度也逐渐变小。此外，沉积相自下而上从辫状河—曲流河—洪泛平原—湖相。层序主要以LST为主，TST和LST相对不发育，基准面旋回为上升半旋回为主的不对称旋回。

鄂尔多斯盆地是我国一个典型的克拉通盆地，图2-7（B）为该盆地的上古生界山西组地层沉积-层序充填模式图，类似于澳大利亚陆的Surat Basin，层序底界面为一套底砾岩形成的强侵蚀突变接触面，岩性组合具有典型的正粒序特征，自然电位曲线从箱形向上随粒度减小变成钟状。岩性序列底部具较大型交错层理的中粗粒、粗粒石英砂岩、岩屑石英砂岩（局部含砾），向上变为小型槽状、板状交错层理的中厚层中砂岩—细砂岩，顶部则为泥质粉细砂岩、深灰色泥岩、煤层、炭质泥岩等细粒沉积物。同样，自下而上，单层砂体的厚度也逐渐变小。沉积相为强侵蚀限制性河道下切谷充填相与河道间湾。层序同样主要以LST为主，TST和LST相对不发育，基准面旋回为上升半旋回为主的不对称旋回。根据该盆地沉积充填序列，朱红涛等（2007）结合山西组测井、岩心、露头等资料，研究指出，河流冲积作用是控制鄂尔多斯盆东部高效储层形成与分布的基本因素，进而提出湿地—强侵蚀限制性河道下切谷充填沉积体系的观点，沉积相分为河道下切谷充填-切割相、河漫滩沉积、河道间湾相以及沼泽相，砂体成因类型为河道下切古充填砂体。

图2-7（C）是在鄂尔多斯盆地及澳大利亚陆的Surat盆地层序地层、沉积充填特征的基础上，建立的陆内克拉通层序地层模式。该模式具有以下特征：①层序底界面为一套底砾岩形成的强侵蚀突变接触面，具有典型的正粒序岩性组合特征；②层序主要以LST为主，TST和HST相对不发育；③基准面旋回为上升半旋回为主的不对称旋回，具有长期持续水进、短期水退旋回特征；④在低可容纳空间条件下（对应三级层序的LST）砂体发育，砂体的叠置现象明显，主要以河道充填沉积为主；随着可容纳空间增大（对应三级层序的TST），在泥质沉积背景中发育的砂体多为孤立状、连续性较差的单砂体，单砂体个数减少，单层厚度减小，粒度变细；三级层序的HST末期，随着可容纳空间的减小，在泥质沉积背景中发育的砂体个数增多，砂岩相互叠置、切割性增强；⑤LST时期形成的相互叠置切割的河道砂岩，增加了砂岩的连通性，侧向上更连续，潜在孔渗条件比较好，能够形成最有利的储层；HST时期形成的储层次之，TST时期形成的储层最差。

2.2.2.3　陆内克拉通盆地砂体“溯源退积”展布模式及地质实验模型

根据上述陆内克拉通盆地澳大利亚的Surat盆地和我国鄂尔多斯盆地层序构型及其控制下的砂体时空展布特征，对陆内克拉通盆地砂体展布模式进行总结，并建立地质实验模型（图2-8）。

图2-8　陆内克拉通盆地砂体展布模式及地质实验模型

陆内克拉通盆地砂体垂向上的时空展布特征：层序的低位体系域（LST）是沉积在较低的A/S值（低可容纳空间）条件下的河道充填切割砂岩，砂体分选性最好，砂岩的相互叠置切割使得砂岩具有良好的连通性；层序的水进体系域（TST）可容纳空间增大，河道砂岩的相互叠置、切割程度降低，进而连通性也降低；层序的高位体系域（HST）发育的砂体呈孤立状、透镜体状、连续性较差的单砂体，砂体厚度减小，具有“泥包砂”特征。

陆内克拉通盆地砂体横向上的时空展布特征：砂体具有溯源退积特征，如图2-8中鄂尔多斯盆地山西组山2段SQ1、SQ2、SQ3三个层序砂体自南向北依次退积，溯源向北迁移。