鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系不整合面测井识别方法讨论

李慧琼;蒲仁海;屈红军;赵德勇

【摘 要】The unconformity between Triassic and Jurassic in Ordos Basin are identified by using regional geological data and logging data.It can provide the basis for accurately dividing the Mesozoic strata in Ordos Basin.This study shows that there are five main typescontact relationships in the unconformity,and different types of characteristics and recognition methods were controlled by theenuding upper part of Yanchang

Formation and palaeogeomorphology before Jurassic deposition.There are two main basis for identify unconformity by using logging data.One is that the unconformity ison the bottom boundary of the thick box shaped logs formed by the river filling sandstone,mainly developed in theancient vally.In the other,the unconformity is on the lowest resistivity of the logs.It is caused by the development of the weathering crust under the

unconformity,and this feature usually is developed on the slope belt of the ancient geomorphology.In addition,it still needs to think the

lithology,thickness andcharacteristics of the marker on the unconformity formation,and combine the relative well and thickness principle to accurately identify the unconformable strata.%利用区域地质背景和测井资料,用测井方法对鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系之间不整合面进行识别,为准确划分鄂尔多斯盆地中生代地层提供依据.研究后认为,不整合面上下地层的接触关系分为5种类型,不同类型的特征及识别方法受延长组顶部地层的剥蚀程度和前侏罗纪古地貌特征共同控制.测井方法识别不整合面最主要的依据有两个:一是河道充填砂岩形

成的箱型测井曲线的底界,主要发育在甘陕古河谷;二是由于不整合面下发育黏土风化壳而使不整合面上具有电阻率值最小的特征,主要发育在古地貌的斜坡带.此外,不整合面的识别还需参考不整合面上下地层的岩性、厚度、标志层特征,同时结合邻井对比和等厚原则,才可有效准确地识别不整合面,并对不整合面上下地层的接触关系进行准确的划分.

【期刊名称】《西北大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2017(047)004 【总页数】8页(P577-584)

【关键词】不整合面;测井资料;延长组;延安组;富县组;电阻率 【作 者】李慧琼;蒲仁海;屈红军;赵德勇

【作者单位】西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;中石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安710021 【正文语种】中 文

【中图分类】P534.51;P534.52

鄂尔多斯盆地形成于中晚三叠世,在延长组地层沉积末期,受印支运动的影响,整个盆地抬升遭受剥蚀,最终在延长组顶部形成一个区域性不整合面,即侏罗系延安组或富县组和三叠系延长组之间的不整合面[1]。基于此不整合面，上、下形成了鄂尔多斯盆地中生代最重要的两大含油层系：上三叠统的延长组和下侏罗统的延安组含油层系[2]。不整合面的存在为延长组油气区域性横向运移提供了有利通道,也为油气聚集提供了有利场所[3-4]。因此,利用现有的测井资料，准确识别侏罗系延安组或

富县组与三叠系延长组之间的不整合面尤为重要。但是,由于延长组顶部地层遭受剥蚀程度不同,形成沟谷纵横、丘陵起伏的古地貌,之后沉积的富县组和延安组的地层厚度和沉积特征变化都较快,给不整合面的识别带来很大难度。

目前,虽然已有学者对此不整合面上下地层的划分、标志层的特征和识别等方面做过研究[5-9],但主要是针对某一小层或者某一地区的笼统认识,而对于全盆区准确识别不整合面的几个关键问题并未提出有效的识别方法。如粗富县和延10底部都发育厚层块状砂岩,电测曲线都以箱状为主,不易区分;细富县和长1都发育泥岩,电测曲线具有高声波时差、高自然伽马、齿化的特征,具体如何区别，还未有定论。此外,虽然富县组地层厚度和岩相变化快,但在局部地区是否有规律可寻,及整个不整合面上下地层厚度是否受延9顶部广泛发育的煤层标志层和长7底部发育的“张家滩页岩”标志层之间的厚度等问题,都没有得到解决。因此,本研究以鄂尔多斯盆地中南部(见图1)为研究范围,通过对研究区500多口井测井资料的详细分析,并结合前人的研究成果,探讨三叠系与侏罗系之间不整合面上下地层的特征及测井识别方法,为鄂尔多斯盆地中生代地层的对比提供依据。

鄂尔多斯盆地是叠加在稳定的克拉通盆地之上的大型内陆拗陷叠合盆地,整体表现为地层平缓、构造简单的南北向矩形盆地[10]。现今盆地被划分为伊盟隆起区、陕北斜坡、渭北隆起、晋西褶曲带、天环拗陷和西缘逆冲带6个构造单元[2]。研究区横跨陕北斜坡和天环拗陷,范围包括定边—靖边以南,宁县—正宁以北地区(见图1)。

鄂尔多斯盆地在晚三叠世,受印支运动的影响,整体抬升,使延长组顶部地层遭受不同程度的剥蚀,之后,盆地下降,接受早侏罗系富县组和延安组的沉积,使三叠系延长组与侏罗系富县组或者延安组之间形成一个区域性不整合面。不整合面上下地层的沉积特征受延长组地层的剥蚀程度和前侏罗纪古地貌特征共同控制[11-14](见图1，2)。延长组和延安组根据沉积旋回和标志层特征,自上而下都划分为10个油层组[2],分

别是长1～长10和延1～延10(见表1)。结合前人的研究成果[5],用K1～K9标志层来进行长7～长1地层的划分和对比： K1又称“张家滩页岩”,位于长7中下部;K2位于长6底部;K3位于长6中部;K4为长6和长4+5的分层标志;K5位于长4+5中部;K6位于长3底部;K7位于长3顶3～5 m处;K8位于距离长2顶3～5 m处; K9位于长1底部, 又称“瓦窑堡煤层”(见表1)。 延长组顶部的剥蚀最深可到长6油层组, 总体表现为， 沿侏罗纪早中期发育的甘陕主河流方向， 剥蚀作用逐渐减弱, 延长组顶部出露的地层也从长6到长1依次增加[13](见图2)。 富县组和延安组的延10沉积, 首先是对负地貌单元进行填平补齐, 属于河流充填型沉积, 主要发育在甘陕主河谷和其他5个支干深切河谷地区, 及西区的华池拗陷、 中区的吴起拗陷、 东南的甘泉拗陷等负地貌单元[11-13]。 延9油层组则在沟谷填平补齐的基础上,接受曲流河沉积。延9沉积后,基本填平补齐[15]。

前人根据富县组地层的岩性特征,将富县组划分为“粗富县”和“细富县”[16-17];根据颜色的不同,将富县组划分为“黑富县”“杂富县”“红富县”[18-20]。 “粗富县”是由冲积扇、砾砂质河道及边滩相的含砾粗砂岩、中粗粒砂岩组成,主要分布于前侏罗纪古地貌的河道内,厚度变化大。“细富县”由河漫滩、洪泛平原相的灰黑色、紫红色及杂色的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩组成,厚度变化较小[16-17]。因此,“黑富县”“杂富县”“红富县”都是“细富县”的重要组成部分,只是发育的位置不同,颜色不同。“杂富县”主要发育在干旱氧化条件下的洪泛沼泽或扇间洼地,由于含有大量紫红色、暗紫色的泥岩,也被称为“花斑泥岩”或“杂色泥岩”[16]。袁效奇等[19]将分布于无定河以北、清水川以南地区的富县组称为“黑富县”,是因其含有灰黑色页岩、油页岩及煤线。一套完整的富县组沉积是下部发育“粗富县”,上部发育“细富县”,但是研究区2套地层往往发育不全,或缺失下部砾岩段,或上部杂色泥岩段被剥蚀。粗富县和细富县为同时异相的过度关系,都以风化壳和母岩遭受剥蚀搬运的再沉积物为主[20]。

本研究根据不整合面上富县组的岩性特征和测井曲线特征,结合前人研究成果,将富县组划分为2类：第一类表现为测井曲线具有厚层箱型特征的“粗富县”(见图3A)，第二类表现为测井曲线具有多套锯齿型特征(见图3B)的“细富县”。因此，根据不整合面上下地层的岩性特征，可将鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系之间的不整合面上下地层的接触关系分为5类(见图3),分别是粗富县/延长组、细富县/延长组、细富县+粗富县/延长组、延9/延长组、延10/延长组。 2.1 富县组/延长组接触关系

“粗富县”主要为一套紫红色为主的杂色碎屑岩,是对早侏罗系河谷的填平补齐作用,主要发育在古河谷,厚度一般在70～140 m；电性特征表现为自然伽马和自然电位曲线呈厚层箱型,自然伽马值一般在40～60 API；将厚层砂岩的底界作为不整合面上下地层的分界线(见图3A),和下伏延长组地层呈突变接触关系,较易区别。“细富县” 主要发育在河漫滩和河泛平原, 厚度一般

在20～60 m,电性特征表现为自然伽马值在80～140 API,而延安组和延长组自然伽马值一般小于80 API,总体“细富县”的自然伽马值较延安组和延长组都大,电阻率曲线和声波时差曲线锯齿化的程度高(见图3B)。粗富县和细富县顶部都发育有延10底部的厚层砂岩,但是两者的厚度不同。延10是继富县组之后继续对早侏罗系河谷的填平补齐作用,因此，“粗富县”和延10底部的砂岩累加厚度可达200 m以上，两者之间往往以一套泥岩为界线，延10底部砂岩厚度一般在50～70 m。图4是鄂尔多斯盆地南部沿着前侏罗纪古河谷发育方向的东西向连井剖面对比图。图4中的A4井,位于吴起拗陷,粗富县厚130 m,延10底部砂岩厚60 m,两者之间以低伽马、低自然电位的泥岩沉积顶部为分界线。“细富县”顶部发育的延10砂岩往往厚度较薄,一般在30～50 m。由图4还可知,沿着早侏罗世的甘陕古河谷,由西往东,粗富县厚度越来越大,厚达140 m以上；位于志丹安塞地区再往西的地区，“粗富县”厚度减薄,上部出现“细富县”沉积,两者是此厚彼薄的关系。图5是鄂

尔多斯盆地南部南北方向的连井剖面对比图。由图5可知，研究区甘陕古河谷的西北侧和西南侧,由于延长组顶部地层遭到不同程度的剥蚀,“粗富县”地层也缺失,不整合面上主要发育细富县/延长组的接触关系,且由北向南“细富县”减薄,穿过甘陕古河谷后,“细富县”基本不发育,主要是延10/延长组或者延9/延长组的接触关系。

细富县和下伏延长组顶部不整合面的接触地层包括细富县/长1、细富县/长2、 细富县/长3。长1主要是平原沼泽相沉积,其岩性为深灰色泥岩、页岩夹煤线,底部发育0～5 m的“瓦窑堡煤系地层”,主要发育在韩城、铜川、宜君、富县、子长、榆林至神木一线,厚度变化大,0～140 m[8]。总体上讲，研究区地层具有中间厚、南北薄，岩性北粗南细，“瓦窑堡煤系地层” 广泛分布的规律。因此,由于“瓦窑堡煤系”地层的发育而使测井曲线具有“高声速、高伽马、自然电位偏正、中低电阻”的特征，并成为识别长1地层的区域对比标志层。虽然“细富县”具有和长1相似的测井曲线特征,但“细富县”整体电阻率和声波时差锯齿化的程度更高,一般发育3～5个锯齿,且“细富县”顶部往往发育5～20 m厚的砂岩,为延10底的厚层砂岩(见图3B)。此外,长2及长3段沉积时河流广泛发育,形成巨大冲刷和多层楼构型的河道砂体。电测曲线表现为大段偏负的箱状、钟状自然电位突起,自然伽玛曲线基本与自然电位曲线同形；而细富县不发育大套砂岩,因此电测曲线上没有这种特征,长2，长3油层组和细富县之间较容易区别。长2和长3段虽然都总体表现为大段偏负的箱状自然电位突起形态,但是发育的规模、厚度、分布范围不同。长2段一般出露在环县庆城合水一带往北,厚度较稳定，120～160 m,一般会发育3～5套厚层砂岩,每套砂岩一般10～30 m,志丹安塞地区可达50 m,电测曲线上大段偏负的箱状自然电位突起特征较长3更明显。长3段主要发育在环县庆城合水一带往南,厚度一般80～120 m,发育1～3套厚层砂岩,整体每套厚度较长2薄,3～15 m居多,最厚不超过20 m,最厚地区也位于志丹安塞地区。总体而言,细富县和

延长组的长2和长3小层较易区别,与长1不易识别。 2.2 延安组/延长组接触关系

不整合面上延安组与延长组直接接触时,主要包括两种接触关系：延10/延长组的接触关系和延9/延长组的接触关系。富县组地层沉积后,盆地经历了短暂的沉降和小幅抬升,且盆地西缘的构造抬升幅度较富县组沉积时期平缓,因此,延10沉积基本继承了早侏罗世富县期冲积扇-河流沉积体系,只是5条水系河谷更宽阔,延10沉积区面积更大。延9期盆地中部及东南部相对沉降,盆地积水成湖泊,三角洲平原及前缘的位置不断向湖区推进,湖泊面积缩小；在三角洲平原区,西部、西南部广泛发育平原沼泽煤系,河道范围减小,砂体变薄,东北部三角洲平原上含煤沼泽沉积较少[21]。延9和延10的顶部都发育有煤层及炭质泥岩,代表其当时处于沼泽环境,具有“低伽马、高声速、高电阻”的测井曲线特征,为延8和延9及延9和延10地层的分界线，不过延9发育的煤层较延10范围更广,分布更稳定。除吴旗、甘泉、葫芦河等地外,延9顶部发育的煤层在盆地内广泛分布,尤其在盆地中部的姬塬、马岭、定边等地区分布较厚,总体厚0.5～8 m,一般大于2 m,南北连片性好,且在定边、环县以西，宁夏一带形成 3个富煤区[6]。

在前侏罗纪古地貌的高地地区，包括姬塬高地、子午岭高地、演武高地,未接受富县组沉积,而延10沉积在高地区时有时无,此时不整合面上就发育有延10与延长组的接触关系或者延9与延长组的接触。此外,在富县—延安一带以东,整个延安组地层都缺失[21]。图4中，A1和A2井位于构造高部位,富县组时期未接受沉积,发育有延10和延长组的接触关系,延10和延9的煤层都较发育,明显的煤层具有自然伽马值小于60 API,声波时差值大于300 μs/m,深感应电阻率值大于30Ω·m的测井特征。图5中，B4，B5，B6井位于鄂尔多斯盆地南部前侏罗纪古地貌图的子午岭高地,富县组地层缺失,主要发育有延10/延长组与延9/延长组之间的接触关系,煤层不发育。当延10或者延9与延长组地层直接接触时,延10厚度一般50～70 m,延

9厚度一般30～50 m。总体而言,延安组/延长组的接触关系分布范围有限,仅分布在局部高地,就研究区西部、西北地区和西南地区而言,在延10和延9时期发育有煤层,测井曲线上显示出明显的煤层特征,与下伏延长组地层较好识别(见图3D);东南地区煤层不发育,但不整合面下出露延长组长1地层,可结合延长组地层等厚法进行划分。

以上分析表明, 不整合面上下地层的接触关系可分为5类, 受延长组顶部地层剥蚀程度和前侏罗纪古地貌特征共同控制。 沿甘陕古河谷主要发育有粗富县/延长组的接触关系, 粗富县厚层砂岩的底界为两者的界线, 粗富县顶部往往发育有延10的河道充填砂岩,这种接触关系通过测井曲线特征比较容易识别。斜坡带主要发育有细富县/延长组的接触关系,如果不整合面顶部发育厚层箱型测井曲线特征时,需通过厚度和顶部是否发育煤层来判断这套厚层砂岩是延10还是粗富县沉积；如果下伏地层声波时差和电阻率曲线也出现齿化特征,需将细富县和长1沉积加以识别。陕北平原主要发育有细富县/延长组之间的接触关系。古河谷向斜坡和陕北平原的过渡地区往往发育细富县+粗富县/延长组的接触关系。高地地区富县组被剥蚀,发育有延10或者延9与延长组之间的接触关系。煤层发育的地区可用延9底部煤层到不整合面的最小厚度来确认是否发育有延10,煤层不发育的地区需结合延长组地层等厚法来识别不整合面。可见,只有粗富县/延长组的接触关系较好识别,其他4种接触关系识别较难。

但是,仔细观察图3可以看出,不整合面上下地层的5种接触关系中,不整合面附近电阻率值都最小。这是由于三叠系与侏罗系之间的不整合面长期遭受侵蚀风化,不整合面下产生黏土风化壳,而风化壳的最上部发育有风化黏土层,与其他地层相比,风化黏土层相对富含铝、钛、铁等元素,而硅、钠等元素含量相对较低[22],古地貌的斜坡带此特征更为明显[20]。但是,在以往对延安组、富县组和延长组进行地层划分时,很少使用此特征。 图5中的B1， B2， B3井均位于古地貌的斜坡带, 延10和

延9的测井曲线显示出明显的煤层特征, 即自然伽马值小于60 API, 声波时差值大于300 μs/m,深感应电阻率值大于30 Ω·m,且具有从煤层向下到不整合面附近,电阻率值逐渐减小,再向下穿过不整合面后,电阻率值增大或者不变的特征。因此,在前侏罗纪古地貌的斜坡带,鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系之间的不整合面可用不整合面上电阻率值最小的特征，简单、有效、快速地识别。

将电阻率曲线和其他测井曲线的特征相结合,可综合分析鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系之间不整合面上下地层的特征。不整合面上的测井曲线表现为大套厚层箱型特征时,砂岩厚度大于70 m,且厚层砂岩的自然伽马值一般在40～60 API,最低可小于40 API。这套厚层砂岩为“粗富县”,并可将厚度超过140 m以上的地层划分为延10(见图3A)。厚层砂岩顶部出现高伽马、高声波时差特征的泥岩沉积时,将这套泥岩的顶作为“粗富县”与延10的界线,即不整合面上是延10/粗富县/延安组的接触关系；其一般沿甘陕古河谷发育,并沿着古河谷向陕北平原逐渐过渡为延10/细富县+粗富县/延长组的接触关系,再到延10/细富县/延长组的接触关系(见图3B)。当砂岩厚度小于70 m时,厚层砂岩的自然伽马值一般在60～80 API,最低不小于40 API。如果厚层砂岩下面出现“细富县”特征,即自然伽马值在80～120 API,电阻率、声波时差和井径曲线左右摆动幅度较大(见图3B),不整合面可划分在电阻率值最小的位置,为延10/细富县/延长组的接触关系，其一般发育在斜坡带;如果厚层砂岩下面没有“细富县”特征时，其为延安组/延长组的接触关系,且不整合面向上30～50 m出现明显煤层测井曲线特征,为延9/延长组的接触关系；大于50 m出现煤层特征时,为延10/延长组的接触关系，其一般发育在古高地。

1)基于研究区的区域地质背景和测井曲线特征,将鄂尔多斯盆地三叠系与侏罗系之间不整合面上下地层的接触关系分为5类:粗富县/延长组、细富县/延长组、细富县+粗富县/延长组、延10/延长组、延9/延长组。粗富县/延长组接触关系识别的关键是粗富县和延10底部砂岩的区别,细富县/延长组接触关系识别的关键是细富

县和长1的识别;延10/延长组和延9/延长组接触关系识别的关键是延10是否发育,需参考延9顶部煤层到不整合面的最小厚度。总体而言,当不整合面上发育厚层砂岩时,厚层箱型测井曲线的底界为两者的分界线,不发育厚层砂岩时,可用不整合面上电阻率值最小的特征来识别。

2)粗富县/延长组和细富县/延长组接触关系表现为在不整合面上都发育有厚层砂岩,主要区别是砂岩的厚度和发育的古地貌位置。细富县+粗富县/延长组的接触关系为粗富县/延长组和细富县/延长组两种接触关系之间的过渡,往往发育在古河谷向斜坡和陕北平原的过渡带。

3)总体而言,不整合面的准确识别,除需要考虑以上测井曲线特征外,还需要参考标志层的特征,同时要结合邻井对比和等厚原则,才可有效准确地识别不整合面。

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