安塞油田长10油层组砂岩粒度与沉积环境的关系

刘正伟， 李文厚， 张 龙， 王 博， 李永锋

(1.西北大学地质学系， 陕西 西安 710069； 2.长庆油田分公司第一采油厂， 陕西 延安 716000； 3.长庆油田公司勘探开发研究院， 陕西 西安 710018)

0 引 言

长10油层组是安塞油田近年来发现的新含油层系，近年来的勘探开发为地质研究提供了丰富的基础资料.研究区取心资料丰富，为利用砂岩粒度分析判别沉积环境提供了良好的物质基础.本文以安塞油田长10油层组砂岩为例，通过对粒度参数特征、粒度判别函数、C-M图解和概率累积曲线形态等特征的分析，对砂岩粒度特征与沉积环境判别进行了讨论.

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地延长组长10油层组属于中三叠世晚期到晚三叠世早期沉积，与早期纸坊组呈区域性平行不整合.长10期盆地强烈下陷，沉积环境巨变，水体加深，流速加快，碎屑物质快速充填，沉积地层厚度大，粒度粗，河流冲积沉积体系广覆盆地大部分地区，沉积体多期沉积，冲刷作用强[1].安塞油田位于鄂尔多斯盆地东部，地质区划上属陕北斜坡.沉积物中层理类型丰富多样，发育槽状交错层理、板状交错层理、平行层理等.

2 砂岩粒度与沉积环境分析

沉积物的粒度分布主要受搬运介质、搬运方式、沉积环境等因素的控制[2，3]，因此通过对沉积物的粒级分布、粒度特征参数、粒度判别函数、C-M图解和概率累积曲线等研究可分析沉积物所处的沉积环境.

2.1 粒级分布

沉积物粒度分布是物质来源、沉积区水动力环境、输移能力和输移路线的综合反映[4].由物源区进入沉积区碎屑物往往粗细不一，在水动力较强的地方沉积物较粗；反之，在水动力条件较弱的地方沉积物较细[5].安塞油田长10油层组粒级以细砂-中砂为主，细砂含量57.39%，中砂含量16.16%，粗砂岩含量16.16%，反映出沉积物距离物源区不远，水动力条件中等.

2.2 粒度特征参数

福克等专家学者认为平均粒径Mz、标准偏差σ、偏度SK1、峰度KG等参数可以反映粒度特征[6].由于每一个粒度参数都以一定的数值定量地表示碎屑物质的粒度特征，因此这对于判断沉积物质搬运时的水动力条件、鉴别沉积环境的依据提供了良好的分析条件.

图1 安塞油田长10油层组粒级分布直方图

(1)平均粒径(Mz)：表示粒度分布的集中趋势.根据福克的定义，平均粒径为：

(2)标准偏差(σ)：表示颗粒分选程度的度量.标准偏差公式为：

用标准偏差确定分选级别的标准为：分选极好，偏差值<0.35；分选好，偏差值0.35～0.50；分选较好，偏差值0.50～0.71；分选中等，偏差值0.71～1.00；分选较差，偏差值1.00～2.00；分选差，偏差值2.00～4.00；分选极差，偏差值>4.00.

(3) 偏度SK1：偏度被用来判别粒度分布的不对称程度.偏度公式为：

福克(1966)按偏度值SK1将偏度分为5级：很负偏态，偏度值-1～-0.3；负偏态，偏度值-0.3～-0.1；近于对称，偏度值-0.1～0.1；正偏态，偏度值0.1～0.3；很正偏态，偏度值0.3～1.

表1 安塞地区长10油层组粒度特征参数表

(4)峰度KG：用来衡量粒度概率曲线的尖锐程度,也就是度量粒度分布的中部与两尾端的展形之比.峰度公式为：

福克等用KG值确定了峰值的等级界限：很平坦，峰度值<0.67；平坦，峰度值0.67～0.9；中等(正态)，峰度值0.90～1.11；尖锐，峰度值1.11～1.56；很尖锐，峰度值1.56～3.00；非常尖锐，峰度值>3.00.表1为安塞地区长10油层组段39块样品图像粒度分析统计的特征参数.表中粒度均值介于1.26～3.23Φ，平均为2.30Φ；标准偏差介于0.47～0.96，平均为0.666Φ；偏度介于0.34～2.37，平均为1.016；尖度(峰度)介于2.88～8.83，平均为5.483.统计结果表明，长10层段砂岩主要为细砂岩、中细砂岩结构，分选中等～较好，以正偏态为特征，并且峰值以很尖锐.由此可见，长10砂岩沉积时的水动力能量较强，颗粒分选中等～较好也反映出沉积物距离物源区具有一定的距离.

2.3 粒度判别函数分析

萨胡根据大量粒度分析资料统计，求出不同沉积环境下沉积物的平均粒径、标准偏差、偏度和尖度这4个粒度参数的变化以及一个沉积物内4个参数间的关系，得出4个综合公式和关系图，以区别沙丘、海滩、浅湖、河流和浊流这5种常见的沉积物.应用判别公式的优点在于，只要少量的样品或一个样品的粒度参数资料即可提供解释环境的参考价值.判别公式如表2所示.

表2 鉴别沉积环境的粒度参数综合公式

根据萨胡(Sahu，1964)沉积环境判别公式(3)和公式(4)判别沉积环境，公式(3)统计认为，如果Y>-7.419 0，则判断沉积环境为浅湖(海)相沉积；如果Y<-7.419 0，则判断沉积环境为河流相沉积.公式(4)统计认为，如果Y>9.843 3，则判断沉积环境为河流相沉积；如果Y<9.843 3，则判断沉积环境为浊流相沉积.长10油层的粒度参数计算结果表明，Y3反映沉积环境为河流湖泊相沉积，Y4反映沉积环境为河流相沉积，说明长10油层组属于河流-三角洲沉积.

2.4 结构参数散点图解

2.5 粒度概率累积曲线

粒度概率累积曲线可以较好地区分颗粒的搬运性质和水流强弱及有无回流等特点[10,11].砂岩颗粒的搬运方式可以分为滚动、跳跃和悬浮搬运3类，在曲线上可分别连成各自的线段，组成3个次总体，线段的斜率反映了该次总体的分选性，斜率大，分选性好；斜率小，分选性差[12].

根据安塞地区长10砂岩储层的粒度分析绘制了概率累积曲线，经综合分析为三段式.

研究区目的层段内，部分样品粒度概率图上有滚动搬运组分，这是相对粗粒的组分，但三段式概率累积曲线以跳跃总体为主，斜度在60°～70°之间，分选中等，与滚动总体的截点在0.75～2.0φ之间，与悬浮总体的截点在2.75～4.0φ之间；其次为悬浮次总体，斜度在10°～35°之间；还有较少部分的滚动次总体部分，其斜度在15°～35°之间.三段式结构为典型的牵引流沉积，反映了沉积物沉积时水动力能量强，河道底部发育底冲刷明显(图2).

图2 安塞油田长10砂岩结构粒度概率累积曲线

2.6 C-M图解

C-M图是是应用每个样品的C值和M值绘成的图形，C值是累积曲线上颗粒含量1%处对应的粒径，M值是累积曲线上50%处对应的粒径.C值与样品中最粗颗粒的粒径相当，代表了水动力搅动开始搬运的最大能量；M值是中值，代表了水动力的平均能量[16].Passega将搬运沉积物的底流分为牵引流和浊流两种形式.牵引流是以滚动或悬浮两种方式搬运沉积物的，而浊流主要以悬浮方式搬运沉积物.牵引流沉积的典型图形可划分为N-O-P-Q-R-S各段；而浊流沉积的C-M图是很好的平行于C=M基线的图形.研究区长10油层组段碎屑岩粒度并分析C-M图发现，总体上为牵引流沉积模式，图中PQ段以悬浮搬运为主，但含有少量滚动搬运组分；组分含量最多的QR段代表递变悬浮沉积，递变悬浮搬运是指在流体中悬浮物质由下向上粒度逐渐变细，密度逐渐变低，它最大的一个特点就是C与M成比例的增加，从而使这段图形与C=M基线平行(图3).在C-M图中，C值与M值的差异不是很大，说明沉积物分选较好，同时也说明沉积物与河流-三角洲相沉积特征较为吻合.

图3 安塞油田长10油层组碎屑岩粒度C-M图

3 结论

安塞油田长10层段砂岩主要为细砂岩、中细砂岩结构，分选中等～较好，以正偏态为特征，并且峰值也很尖锐,说明长10砂岩沉积时的水动力能量较强，沉积物距离物源区具有一定的距离.根据安塞地区长10砂岩储层的粒度分析为三段式，反映沉积物沉积时水动力能量强.结合结构参数散点图解和和C-M图分析表明长10油层组属于河流-三角洲沉积.

参考文献

[1] 何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气[M].北京：石油工业出版社,2003:10-335.

[2] 侯方浩,方少仙,赵敬松,等.鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组沉积环境模式[J].海相油气地质,2002,7(1):38-46.

[3] 时志强,韩永林,赵俊兴,等.鄂尔多斯盆地中南部中侏罗世延安期沉积体系及岩相古地理演化[J].地球学报,2003,24(1):49-54.

[4] 燕 辉.颗粒粒度分布测试精度的影响因素[J].石油大学学报(自然科学版),1994,18(4):106-110.

[5] 魏文寿.沙漠表层粒度与水热变化的环境效应分析—以古尔班通古特沙漠为例[J].沉积学报,1998,16(1):152-156.

[6] Folk RL. 碎屑沉积物的分类及其命名在新泽西的应用. Marine Geology Letters, 2007,23(1)∶31-34.

[7] 柏春广,王 建.一种新的粒度指标:沉积物粒度分维值及其环境意义[J].沉积学报,2003,21(2):234-239.

[8] 梅志超，彭荣华，杨 华,等.陕北上三叠统延长组含油砂体的沉积环境[J].石油和天然气地质,1988,9(3):261-267.

[9] 丁喜桂，叶恩源，高宗军．粒度分析理论技术进展及其应用[J]．世界地质，2005，24(2)：203-207.

[10] 王泽中.大型板状交错层理内部沉积物的分异[J].矿物岩石,1997,17(1):71-76.

[11] 曹红霞,李文厚,何卫军等.鄂尔多斯盆地宜川地区延长组物源分析[J].煤田地质与勘探,2007,35(6):14-17.

[12] 崔永平,蔺宏斌,李文厚.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组的两种粗碎屑三角洲[J].中国石油勘探,2002,7(4):36-40.