0 引言
随着黄土塬三维地震技术的突破，在延长组地震剖面上发现了非常明显的强反射同相轴前积现象[3-4]，与传统等厚划分的地层结构差异较大[5-9]，许多学者对延长组等厚地层格架提出了质疑。刘化清、李相博等认为陆相地层岩相变化快，延长组标志层横向追踪对比难度大，传统分层或多或少存在穿时现象，其中以延长组中部穿层关系最明显[10-11]；李慧琼、惠潇、崔景伟等分析了延长组地震前积形态和地震相特征，开展了层序地层、斜坡体定量表征及地质意义等研究，指出需井震结合开展延长组等时地层对比[12-14]；胡英杰等指出盆地南部延长组具有逐层向湖盆中心进积的楔状地层结构特征[15]；王西强等以延长组油藏开发精描为例，指出等厚地层划分对比方案易穿层、难闭合的问题，提出充分利用地震资料进行等时对比[16]。以上研究多集中在盆地西南部，存在三维地震区块分散、规模小、多解性强等问题，无法体现全盆地地层结构和整体地层分布规律。
本文回顾了传统地层对比方案发展历程和存在问题，基于最新的三维地震和钻井资料，以层序地层学和斜坡沉积充填理论为指导，重构延长组中上部地层格架，并以庆城油田为例，差异对比传统认识和前积型层序地层结构、沉积机制及充填演化过程，结合生产实践，明确前积型地层格架的勘探开发意义，以期为类似陆相坳陷湖盆研究与勘探提供借鉴。
1 地质背景
本文重点讨论了延长组陆相三角洲沉积地层结构特征与分布规律，主要具有3方面地质特点：①湖盆范围广。最大洪泛时期水域面积约10×104 km2，规模甚至超过了许多海相盆地范围[22]，可能同时具有陆相和类似海相的沉积特征。②火山活动频发。近年来王建强、邓秀芹等学者提出该时期盆地火山活动强烈[23-24]，发现了大量的构造变形、岩性突变、热液成因结核等现象，尤其是火山凝灰岩发育层系多、分布面积广，露头剖面和钻井取心中均发现大量的凝灰岩沉积[23]，指示该时期具有盆地整体构造稳定但火山活动频发的特征。③沉积过程全。沉积期湖盆主要经历了初始沉降、快速沉降、萎缩消亡3个阶段（见图1b）。延长组沉积早期（第1阶段）主要以河流相沉积为主；中期（第2阶段）快速沉降，湖盆达到鼎盛，并进入震荡充填阶段，该阶段是本文研究的重点（大致对应传统地层的长7段—长3段沉积期）；之后逐渐抬升回返，湖盆进入萎缩消亡阶段（第3阶段），三角洲平原亚相广布，同时发育多个小型浅水沉积中心。
2 延长组地层划分方案沿革与挑战
多年来，鄂尔多斯盆地延长组内部地层划分与对比一直遵循“标志层约束、大致等厚”的思路，包括两方面涵义：①以凝灰岩标志层为确定地层界面的依据，所有地层均为整合接触关系；②各地层单元之间呈平行近似等厚的叠置方式。
2.1 岩性段与油层组的提出
鄂尔多斯盆地延长组的岩石地层已有百余年的研究历史[25]，起始于1910年，定型于20世纪60年代，兴盛于20世纪80年代。目前对于延长组的划分和命名主要有3类[26]：①自上而下划分为5个岩性段，分别为延长组一段至延长组五段（T3y1—T3y5），延长组三级层序也基本沿袭了5个岩性段的划分方法，长庆油田进一步将其细分为10个油层组（长1—长10段）；②将中上部划为延长组，大致相当于延长组一段至延长组三段（T3y1—T3y3），对应长1—长7油层组（段）。将下部命名为铜川组，大致相当于T3y4—T3y5段，对应长8—长10油层组（段）；③将中上部延长组一段至三段再细分，依次为瓦窑堡组、永坪组、胡家村组，下部为铜川组与第②类保持一致。
2.2 陕北凝灰岩标志层组合
凝灰岩形成的瞬时性和沉积的同时性决定了其可作为地层划分对比的重要标志层。20世纪80年代随着安塞油田的勘探发现，盆地石油勘探开发的重点从上部侏罗系延安组转向下部的三叠系延长组，急需开展系统性地层对比指导生产实践。油田单位通过对陕北安塞—志丹地区大量钻井资料的精细研究，明确了该区延长组中上部多套凝灰岩分布稳定，可作为该地区地层对比的标志层组，并自下而上依次命名为K0—K9标志层，其中发育稳定的主要标志层有5个：长9段K0、长7段K1、长6段K2、长4+5段K5、长1段K9。其他的稳定性差，可作为辅助标志层。
该套标志层在测井曲线上极易识别，具有高自然伽马、高声波时差、极低电阻率的特征，需要注意的是，由于深湖区泥岩厚度（几十米级）远大于凝灰岩夹层（厘米级）厚度，呈尖状突变的低电阻率跳跃现象不明显。
2.3 全盆基本等厚地层格架
长庆油田于1971、1974、1997年进行过3次大规模地层对比工作，主要应用露头和钻井资料，其中1997年郭忠铭等在内部报告指出：“安定组底部泥灰岩距延长组长7底标志层厚度比较稳定，从延长组长7底部到二叠系底部的地层厚度比较稳定”[27]，报告提出的“两个厚度稳定”，奠定了盆地延长组等厚分布的认识基础，并一直沿用至今。
20世纪80—90年代延长组石油勘探集中在陕北安塞、志丹等地区，主力油层为长6段、长2段等，延长组下部勘探程度低。大量探井和开发井资料表明，陕北油区长7段以上凝灰岩标志层明显，三角洲平原和三角洲前缘亚相发育，基本等厚地层格架符合该区沉积特征和砂体展布规律。
2.4 传统方案的穿时问题及三维地震资料的挑战
受限于早期井控程度低、资料不完善和地震资料品质差，开展全盆地油层组级别的对比难度较大。必须肯定的是，传统地层格架指导勘探开发取得了显著成效，表明其符合宏观地质特征和油藏分布规律。随着勘探程度越来越高、钻井资料日益丰富和三维地震取得突破，传统地层结构划分方案逐渐暴露出一些问题：①源于陕北油区的凝灰岩标志层组合不具全盆代表性，如陇东地区仅长7段底比较稳定，其他标志层有的井密集分布，部分井辅助标志层不明显；②传统“切面包片”地层格架偏简单化和理想化，不完全符合地质规律；③地震前积现象说明传统地层结构具有“穿时”性，但前积现象仅说明三维地震工区有差异，其他地区的地层结构特征不明确，亟需开展全盆尺度的对比研究。
3 前积型层序地层结构的建立
3.1 前期研究取得的主要认识
①地震前积层、凝灰岩标志层和洪泛面凝缩层三者一致且具有等时意义，井震标定显示，地震前积连续反射界面对应洪泛期灰黑色泥页岩沉积，其具有总有机碳含量高、普遍含凝灰岩夹层等特征。
③地震前积体为多期快速湖侵体系、缓慢湖退体系组成的Ⅳ级层序单元，其中洪泛面凝缩层测井上高自然伽马和高声波时差特征明显，与下伏砂岩呈突变接触。利用地震前积形态分析得出庆城三维区的沉积古地形坡度为0.9°~2.3°、古水深超过300 m。
④洪泛面泥岩横向分布稳定，是最重要的地层界面。与传统观点对比，洪泛面标志层没变但标志层之间的对应关系有变化，从以往的近似等厚改变为向湖方向的前积形态。
3.2 斜坡沉积是盆地充填的基础地质条件
本文以层序地层学与斜坡沉积理论为指导，构建了全盆地延长组中上部的地层结构，依据如下。
①延长组湖盆充填背景符合斜坡沉积的应用基础。斜坡沉积是沉积学和层序地层学的重要发展，也是当前的研究热点之一，《Basin Research》于2020年2月以“Clinoforms and Clinothems：Fundamental Elements of Basin Infill”为标题推出了斜坡沉积研究进展专辑[31]。湖盆充填演化是延长组前积层发育阶段最显著的特点，湖盆快速沉降并达到鼎盛，陆源碎屑多期填充叠加后逐渐萎缩，符合斜坡沉积学应用基础。
3.3 全盆等时层序地层对比技术思路
确定不同沉积体系的等时地层对比是构建全盆地层序地层格架的基础。考虑到延长组坳陷湖盆的沉积演化具有稳定性和连续性特征，因此洪泛期全盆沉积具有一致性，其中沉积中心物源交汇区可以作为全盆等时对比的枢纽：①深水沉积中心水体安静，以泥岩为主夹凝灰岩层的洪泛面沉积记录完整，且不易受后期冲刷侵蚀改造；②直接展示了不同物源交汇接触关系和相互作用。
针对目前盆地钻井程度高（井距2~3 km）、三维地震覆盖范围有限的特点，在具体对比过程中，本文以斜坡沉积结构为指导，采用洪泛面标志层为主、高密度逐井追踪、地震验证的方法，按照先中间再两侧、分区对比、整体拟合的思路。对于整个湖盆而言，由于湖侵的级次和规模不同，因此不同地区的响应也会存在差异。本文在洪泛面识别过程中，主要优选厚度大、分布广、在全盆地范围可对比的洪泛泥岩作为斜坡期次划分的基础，总体上，长7段以上前积地层共划分为7期斜坡体，从湖盆边部至湖盆中心依次为前积斜坡1至前积斜坡7（简称CF1—CF7）。另外，由于受印支运动的影响，盆地整体抬升使得延长组中上部地层遭受剥蚀而保存不全，难以判定原始沉积湖平面位置，斜坡沉积学中常用的水平面拉齐方法实现难度大，所以本文通过下超面拉齐（最大湖侵期长7段底界）反映地层结构和斜坡形态相对变化。
3.4 前积型层序地层结构的建立
在地层对比过程中，选取井控程度高、过三维地震工区的16条连井剖面；这些剖面的选取尽量兼顾全盆地、尽量过开发区，以垂直和顺物源方向为主，参与对比的钻井800余口，三维地震解释面积6 000 km2。由于原始资料井太多、图幅过大，为便于展示，本文仅优选了精简后的4条地层对比剖面进行说明（见图1a中AA°、BB°、CC°、DD°）。
3.4.1 物源交汇区地层对比
以泥页岩沉积为主的洪泛面凝缩层受后期侵蚀破坏作用影响使其可能保存不完整。西南部洪泛面标志层非常密集、泥岩段明显而且连续稳定，地震和连井剖面上均容易追踪对比。然而东北沉积体系由于物源供应强而持续，洪泛面泥岩遭受后期冲刷作用强，所以只有规模较大的连续洪泛面泥岩能相对完整地保留下来，这些也是具有全盆响应、等时对比的重要标志层，所以本文明确了以“东北沉积体系为主划定大段、从中心向周边追踪对比”的思路，首先确定了深水沉积中心物源交汇区的层序地层结构，划分为6套7期斜坡体（CF1—CF7）（见图2）。需要注意的是，该剖面处于湖盆中心位置，在CF1地层发育期处于饥饿沉积状态，沉积速率低、地层厚度极薄（为凝缩段），图中CF1与CF2难以区分，本文将其合并解释为CF1-2。
如图2所示，AA°剖面位于盆地中部华池地区，剖面长度59.5 km，实际应用钻井资料28口，剖面横穿西南和东北两大沉积体系，剖面的西南和东北两端有三维地震资料的标定和约束。其中左侧为西南沉积物源，岩石矿物组分含量表现为高石英、低长石、高白云岩屑特征，右侧为东北沉积物源末端，矿物含量具有低石英、高长石、少量白云岩屑的特征，二者在C88—S175井之间交汇（见表1）。两大物源及其形成的斜坡体系在延长组7段以上的地震剖面中有很好的响应，地震同相轴向沉积中心呈弱前积现象，展示了湖底平原区（底积层）相对平缓的地层结构，前积同相轴反射西南强而东北弱、西南陡而东北缓，坡度整体较缓，两端逐渐抬升，斜坡形态明显。
表1 延长组中上部物源交汇区岩矿组分简表 |
| 井号 | 斜坡体 | 主要矿物含量/% | 物源 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 石英 | 长石 | 白云岩屑 | |||
| C88 | CF5 | 45.35 | 25.36 | 4.71 | 秦岭 |
| S175 | CF5 | 30.25 | 40.75 | 2.12 | 阴山 |
3.4.2 东北沉积体系地层对比
如图3所示，BB°剖面位于盆地东北沉积体系，剖面长度172.9 km，地震资料欠缺，实际应用钻井资料62口（井距2.0~4.5 km），连井剖面展示了部分井。
按照洪泛面标志层追踪对比思路，共划分为7期斜坡体（CF1—CF7）。其地层结构具有明显的两分性：右侧靠近物源区（Y51—G80井）为陕北油区范围，以三角洲平原和前缘亚相为主，地层结构基本呈等厚展布，与传统观点类似，证明了局部范围内等厚地层结构的合理性；左侧进入深水区（B430—C96井），以前三角洲沉积为主，前积现象明显。
纵向上斜坡沉积演化经历了3个阶段：①湖盆初始充填斜坡形成（CF1—CF2），深湖沉积占主导，坡折带不明显，低角度向湖方向斜倾，物源区地层厚度大，深湖区欠补偿沉积，沉积速率极低，泥页岩压实程度高，地层厚度小；②深湖逐渐充填前积斜坡发育（CF3—CF4），陆源碎屑逐渐向深湖区推进，具有完整的“平缓顶积层—陡倾前积层—平缓底积层”典型斜坡沉积形态，坡折点向湖方向迁移指示湖退演化过程，中间的前积斜坡区地层厚度最大；③湖盆快速充填斜坡消亡（CF5—CF7）。“三段式”斜坡形态非常明显，但地层厚度从顶积层到底积层依次增大，指示了陆源碎屑快速搬运入湖卸载堆积，湖盆中心沉积速率高、地层厚度最大。
3.4.3 西南沉积体系地层对比
如图4所示，CC°剖面位于盆地西南部的陇东地区，剖面长度97.8 km，实际应用钻井资料43口（井距1.5~2.5 km），连井剖面展示了部分井。该区三维地震资料丰富，是近年来延长组前积现象相关研究的主要区域，本剖面中地震资料分布在右侧深湖部分（地震剖面长度63 km），左侧靠近物源方向依靠多井对比进行地层对比。
从地震和连井剖面上可以看出，该区前积强反射和洪泛面标志层极为富集，且深水区无论表现形态还是密集程度最明显，单井自下而上标志层响应逐渐降低，剖面上自边部向深湖标志层逐渐增强。按照3.4.1确定的地层划分思路，在井-震联合标定的基础上，划分出规模较大、全盆可追踪的7期斜坡沉积（CF1—CF7），其他的泥岩标志层做为次级层序地层界面。
盆地西南部整体上前积斜坡形态非常明显，顶积层、前积层、底积层的斜坡沉积比较完整，具有类似东北体系的3个阶段（CF1—CF2、CF3—CF4、CF5—CF7）沉积演化规律，但斜坡沉积体的延伸距离相对较短、地层单元的厚度较大，指示了比东北部更陡的底形条件、更大的可容空间和更高的沉积速率。
3.4.4 全盆地前积型层序地层结构
图5展示了延长组中上部完整的斜坡形态和前积地层结构，该沉积相连井剖面贯穿盆地沉积中心，连接了东北、西南两大沉积体系，DD°剖面长225 km，实际应用钻井资料78口，连井剖面展示部分井，左侧X146井—Y232井结合了三维地震资料。
在地层对比过程中，笔者发现从沉积中心向两侧，洪泛面标志层泥岩厚度逐渐变小、测井特征也变弱，中心分布最稳定，西南部次之，东北部稳定性较差。延长组中上部结构总体表现为西南厚而陡、东北缓而薄的不对称结构，深湖相泥岩分布可间接反映湖盆形态（见图5中深蓝色泥岩），从CF1—CF7深湖范围逐渐减小但沉积中心相对稳定，湖盆中心与物源交汇区基本重合，位于Y232井与W238井之间。
图中东北体系G43井—J17井之间代表了陕北油区主要分布范围，以三角洲平原和三角洲前缘亚相为主，地层大致等厚分布，与传统观点认识一致，然而在半深湖和深湖区等深水区并非等厚分布，呈现出向沉积中心进积充填的前积型斜坡地层结构。图中西南体系陇东地区深湖范围广泛、底形较陡，以前积型地层结构占主体，受侏罗纪古河道下切侵蚀Z160井—X146井之间延长组上部地层保存不全。
延长组中上部各斜坡单元的地层结构反映了湖盆充填具有不对称性，西南部陡坡与东北部缓坡差异较大，湖盆中心并非总是地层最厚。CF1沉积期地层呈楔状分布至深湖中心厚度极薄，无明显坡折带，顶积层厚度大（90 m），西南厚而东北薄；CF2—CF4沉积期发育明显S型斜坡形态和上、下坡折带，西南物源供应迅速增大，地层厚度远超东北体系，前积层厚度最大（130 m），沉积中心稳定充填底积层厚度逐渐增加；CF5—CF7沉积期西南部斜坡较陡，顶积层强烈剥蚀，地层厚度小于相对较缓的东北体系，沉积中心快速充填，底积层厚度最大（85 m）。
综上所述，传统等厚地层结构是在平起平落理念基础上，基于当时三维地震缺乏、井控程度较低的资料基础，对延长组沉积地层的简单化处理；前积型地层结构以层序地层学和斜坡沉积理论为指导，结合井震资料确定洪泛面标志层基准，反映了延长组中上部震荡湖退、接力充填、多期叠加的沉积演化过程。
4 庆城油田实例分析
4.1 地震反演剖面解释
井震反演剖面对比分析显示，不同方向的岩性组合分布规律有很大差异（见图6a、图6b）。图6a展示了平行物源北东方向的反演剖面，地层格架表现为“缓-陡-缓”的完整斜坡形态组合，指示了斜坡进积和湖盆充填演化过程，单期斜坡地层具有“两端富砂、中间富泥”的特征，前积层以泥质沉积为主；北西向的反演剖面地层结构为“平行—丘状—平行”的分布趋势，指示了不同时期地层单元的起伏变化，其中下端的重力流砂岩具有亚平行—丘状起伏特征，单期透镜状砂体向两侧厚度减薄，多期叠加复合发育。庆城油田主力储层主要分布在斜坡CF2—CF5的平缓下坡折带，坡脚区的多期砂体共同组成了“穿时”的复合砂体，其并非同期沉积，而是经历了较长时间的多期沉积叠加，也并非始终水平展布，而是呈大角度“L”型楔状形态。
4.2 地震属性沿层切片分析
图7b按照本文提出的前积型斜坡结构，以洪泛面标志层和地震前积同相轴确定的地层界面为基准，对斜坡单元内部做线性内插，得到等沉积间隔地层均方根振幅属性系列切片。从图中可以看出，CF3沉积期沿物源从西南至东北方向，地震属性强弱变化具有明显的分区和渐变过渡特征。西南部靠近物源方向砂地比高，指示了该期湖盆充填时陆源物质卸载的主要位置，图中左下角区域呈现“黄色—绿色—黄色”，代表了“三角洲前缘富砂—前三角洲斜坡富泥—深水重力流富砂”三段式完整的沉积相序列平面分布形态，其中重力流砂岩分布的位置正是庆城油田的主体。向东北部的深湖中心砂地比较低，以泥质沉积为主，指示了CF3沉积期斜坡底积层的湖底平原特征。
研究过程中将20层前积型地震属性切片叠合分析，明确了延长组中上部盆地经历了多次快速湖侵、缓慢湖退的震荡过程。首先陆源碎屑入湖后能量迅速衰减，三角洲前缘相带部分砂岩可沿水下斜坡继续搬运至更深水区，完成了一期进积充填过程；随后受火山等作用影响盆地进入快速湖侵期，陆源碎屑物质向岸方向退积，在湖盆范围内沉积了一套以泥质为主的洪泛面凝缩层，完成了一期湖侵退积过程；然后再次湖退砂进，沉积物搬运至更靠深水位置，又完成了新一期的湖盆充填。经过多期过程类似、规模变弱的连续震荡和接力充填后，沉积中心水体规模逐渐缩小、深度逐渐变浅，最后湖盆萎缩消失。
4.3 油藏地质剖面及平面对比
庆城油田的主体分布于CF2—CF5底积层下坡折带的富砂区域，在新的层序地层格架下，油藏精细描述成果可细分为10余个前积小层，而按照传统观点，长71亚段—长72亚段穿过了所有小层界面，将这些多期叠加的“同相异期”复合体视为整套油层对待（见图8）。为便于对比，剖面上同时标注了前积型地层和传统长71—长73亚段地层单元，直观地展示了两种地层结构的对比结果。这种差异直接导致了油层横向对比关系和空间展布认识的变化，例如按照传统分层，Z32井的2 010 m油层对应Y34井1 925 m油层，而以新的地层格架为约束，则应该与Y34井1 975 m的油层对应。
平面上看，庆城油田长7段油层的平面范围与前积斜坡坡脚重力流砂体的展布区域一致。以庆城三维区为例（见图9），来自西南物源的三角洲体系呈朵叶状分布，三角洲前端的斜坡带以泥岩沉积为主，重力流砂体沿着坡脚并平行斜坡呈北西向连片分布，随着斜坡向北东方向推进，三角洲的规模不断增大，同时斜坡底部的重力流富砂带也逐步向北东方向迁移。目前庆城油田平面轮廓基本对应斜坡底部多期重力流沉积复合体范围，因此横向上看似连片的庆城油田，其实是CF2—CF4等前积体底部油层的叠置连片结果。
前积型层序地层格架与传统地层方案在对比思路与结果方面发生了显著变化，因此对勘探拓展、精细开发和油藏挖潜提供了新的思路和理论指导。新的地层对比方案也得到了钻探证实，由于不同前积体之间油层发育较多的洪泛泥岩层，以往按照传统对比方案设计实施的多口水平井均存在油层钻遇率低的问题。近年来，按照前积模式对油层空间分布进行了重新刻画，认识到了砂体的“同相异期”特征，并不断优化水平段轨迹设计，目前庆城油田水平井开发全部采用了前积型层序地层结构新思路，在目标层越来越薄的情况下油层钻遇率保持在82%以上，有力支撑了规模效益开发。
5 结论
由陕北地区逐步推广至全盆地的三叠系延长组传统等厚地层划分方案，难以解释三维地震揭示的前积现象。基于斜坡沉积理论，结合井震资料，以洪泛面标志层为基准，构建了盆地延长组中上部前积型地层结构，划分为CF1—CF7等7期斜坡地层单元，地层结构总体表现为西南厚而陡、东北缓而薄的不对称特征，前积现象主要分布在半深湖和深湖区。湖盆经历了初始斜坡形成（CF1—CF2）、前积斜坡发育（CF3—CF4）、快速充填消亡（CF5—CF7）3个阶段，反映了延长组中上部震荡湖退、接力充填、多期叠加的沉积演化过程，沉积中心并非总是地层最厚。
通过庆城油田的井震反演解释、地震属性切片及油藏实例解剖等分析表明，主力油层主要分布于CF2—CF5斜坡的坡脚区，为“穿时”的多期重力流复合砂体叠置连片的结果，具有“同相异期”特征。传统等厚地层格架导致开发阶段小层对比偏差，以前积型层序地层对比方案为指导显著提高了水平井油层钻遇率，为下步勘探和开发提供了新的理论技术依据。