鄂尔多斯盆地苏5区块盒8段砂体结构与展布特征

张 懿, 王昌勇, 欧阳诚, 黄文明, 周 毅, 王东歌

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石油川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都610000;3.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083)

鄂尔多斯盆地苏5区块盒8段砂体结构与展布特征

张 懿1, 王昌勇1, 欧阳诚2, 黄文明2, 周 毅1, 王东歌3

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石油川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都610000;3.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083)

研究鄂尔多斯盆地苏里格地区苏5区块下二叠统盒8段砂体特征，确定有利的勘探目标层位。通过岩芯观察，结合测井解释成果，对盒8段沉积相进行研究，确定盒8段下部主要发育缓坡型辫状河沉积，盒8段上部则主要为多河道低弯度曲流河沉积。根据测井曲线形态对盒8段小层砂体进行对比和追踪，确定盒8段砂体在研究区中部主要呈近南-北向展布，在研究区西部主要沿北西-南东向展布，而在研究区东部则呈北东-南西向展布的特征。综合砂岩累计厚度对砂体平面展布及演化特征进行研究，认为物源区构造活动的减缓和河流作用的减弱导致砂体规模逐渐变小。根据砂、泥岩厚度及其组合方式的不同，将盒8段砂体划分为4种结构类型：连续叠置型、间隔叠置型、互层型和透镜型。砂体结构与储集物性存在密切联系，连续叠置型砂体孔隙度和渗透性最高，而透镜型砂体物性最差，盒8段下部砂体结构及储集性能明显优于盒8段上部，为最有利的勘探目标层位。

砂体结构；砂体对比；储层物性；下石盒子组；苏里格地区

鄂尔多斯盆地苏里格气田是重要的超大型天然气田，位于苏里格气田北部的苏5区块是重要的产气区块，勘探潜力巨大[1-2]。该区块位于鄂托克旗东南、乌审旗西北(图l)，区域构造属于陕北斜坡北部中带，下二叠统下石盒子组第8段(简称“盒8段”)是苏5区块主力产层[3]。已有的勘探成果表明，苏5区块主要为低孔、低渗、低压、低丰度气藏[3-5]，有关苏5区块及邻区盒8段属于河流沉积体系的研究已很深入[6-26]，如大多数学者已取得盒8段下部以发育辫状河为主、上部以发育曲流河为主[10-18]的共识，因而本文对盒8段的沉积相特征不再讨论。但不同学者对苏里格地区河道砂体展布格局的认识仍存在很大的差异，如早期的研究认为苏里格气田盒8段砂体构型简单，具有连续叠置和连片分布的特点[7,13]，但随着勘探开发程度的深入，逐渐认识到盒8段砂体具有横向厚度和岩性、岩相变化大等特点[2-3,15]，气水关系、砂体含气性，及天然气聚集成藏方式与岩性关系密切，在很大程度上受砂体构型控制[27]，因此，进一步对苏5区块盒8段河道砂体结构、叠置关系和分布规律进行研究，对提高油气勘探开发效益具有重要意义。

图1 苏里格气田及苏5区块地理位置图Fig.1 The map showing the location of Sulige Gas Field and Su-5 Block

1 盒8段砂体成因类型

苏5区块盒8段为一套河流相沉积的砾岩、含砾粗砂岩、中-细粒砂岩与泥、粉砂岩互层组合，自下而上泥岩及粉砂岩数量逐渐增多、单层厚度变大(图2)，其沉积相类型自下而上具有从盒84-盒83小层的辫状河逐渐向盒82-盒81小层的曲流河演化特点，不同小层的砂体结构和展布特征存在较大差异，成因类型受不同河型的沉积背景控制，按成因特征可划分为以下5种砂体类型。

a.河床滞留砾质砂体

主要为细砾岩或砂质细砾岩，砾石的分选性和磨圆度较好，砾石成分较为复杂(图3-A、B、C)，其底部常以中-大型冲刷面与下伏细粒沉积突变接触，在曲流河中向上与边滩砂体连续沉积(图3-A)，在辫状河中向上过渡为心滩砂体。

图2 SU 5-14-2井盒8段沉积相综合柱状剖面图Fig.2 The comprehensive columnar showing sedimentary facies of the He-8 Member for Well SU 5-14-2

图3 苏5区块盒8段沉积特征Fig.3 Drilling cores showing sedimentary characteristics of He-8 Member in Su-5 Block (A)上部为灰色中-粗砂岩,下部为砂质细砾岩,正粒序,为曲流河床滞留沉积及边滩沉积,苏5-12-8井,深度3 353.8 m,盒82; (B)砂质细砾岩,含较多暗色岩屑,曲流河床滞留沉积,苏5-10-27井,深度3 248.8 m,盒81; (C)灰白色砂质细砾岩,砾石分选性、磨圆度较好,辫状河河床滞留沉积,苏5-10-27井,深度3 289.40 m,盒84; (D)灰色粗砂岩及含砾粗砂岩夹薄层中砂岩,无泥粉砂岩夹层,砂岩中发育平行层理及楔状交错层理,辫状河心滩,苏5-14-24井,深度3 350.2～3 357.6 m,盒83; (E)上部灰色中-粗砂岩与下伏灰色粉砂质泥岩冲刷接触，上部为辫状河道沉积，下部为废弃河道沉积，苏5-12-8井，深度3 358.5 m，盒83; (F)灰色粗砂岩，发育中型板状斜层理，曲流河边滩沉积，苏5-10-27井，深度3 267.8 m，盒81;(G)灰色粗砂岩，含大量撕裂泥砾，曲流河边滩沉积，苏5-14-24井，深度3 326.49 m,盒82;(H)灰色细砂岩，发育撕裂泥砾，曲流河决口河道沉积，苏5-2-29井，深度3 269.2 m,盒81

b.心滩砂体

主要为灰色粗砂岩和含砾粗砂岩，局部可夹薄层的中砂岩，泥、粉砂岩夹层不发育，砂体连续叠置厚度可达数米甚至十余米，砂体中常发育平行层理及各类中-大型交错层理，其中楔状交错层理最为常见(图3-D)。心滩砂体主要发育在辫状河沉积中，通常在河床主流线附近最为发育。

c.辫状河道砂体

主要为细-粗砂岩，砂岩中发育正粒序，发育平行层理及小-中型的交错层理，砂体叠置厚度一般不超过5 m，单个河道砂体常被薄层的泥岩或粉砂质泥岩分隔，小型冲刷面较为常见(图3-E)。此类辫状河道砂体通常具有快速尖灭的特征。

d.边滩砂体

主要为灰色中-粗砂岩，为曲流河特有、最为重要的砂体类型。伴随凹岸的侵蚀，砂体从凸岸不断向凹岸方向侧积迁移，因此边滩砂体中板状交错层理极为发育(图3-F)；同时，凹岸早先的泥质沉积常被侵蚀形成撕裂泥砾，就近在凸岸堆积下来，因此边滩砂体中常发育大量撕裂泥砾(图3-G)。

e.决口河道砂体

主要为细-中砂岩，通常形成于洪水期，洪水冲决天然堤形成决口河道，其沉积物分选性较差，常含撕裂泥砾(图3-H)，洪水过后决口处不再有流水通过，砂体很快中止发育，因此砂体厚度不大，一般为0.1～1 m，孤立夹持于泛滥平原的泥、粉砂岩沉积之中。决口河道砂体也仅发育在曲流河环境。

2 砂体展布特征

统计单井砂岩累计厚度，并用内插法编制砂岩厚度等值线图是研究砂体展布特征的传统方法。但该方法有多解性，需要特定的地质模型指导编图，即便如此也很难完全排除砂体刻画的多解性。针对油气开发期对砂体的精细刻画提出了更高的要求，常规的编图方法已难以满足分层注采需要的现状，急需提出一套更可靠的技术方法对砂体进行精细刻画。自然界中河流相沉积的展布及岩性(或沉积物)组合具有的几个重要规律：①顺河道方向由于受同一水动力体系控制，砂体厚度一般较稳定，沿河道方向岩性组合一般较为接近，往往具有相似的测井曲线特征(图4)。②垂直河道方向，反映岩性组合的测井曲线特征虽有一定的相似性，但砂体厚度却有明显变化(图4)。③分属不同河道的砂体，由于受控于不同水动力体系，其岩性组合及测井曲线特征往往难以对比。④由测井曲线所反映的岩性组合变化规律，可以作为砂体对比和追踪描述的依据。

已有研究表明：苏里格地区盒8段砂体主要呈近南北向展布[23,28-31]，但对这一区域现今砂体展布格局的了解很难满足苏5井区开发的需要。

图4 盒8小层砂体顺河道方向及垂直河道方向对比图Fig.4 Comparison of sand bodies parallel to the channels and perpendicular to the channel in He-8 Member其中A、B剖面为顺河道方向(南北向); C、D剖面为垂直河道方向(东西向)；剖面位置见图5。图中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型为砂体叠置类型

开发效果及新钻井资料表明，早先基于内插法编制的砂体展布图对砂体的刻画存在较大偏差，特别是在稀井网地区砂体的延伸方向可能与原有认识存在较大差异。针对苏5区块钻井数量较多、井距较小的特征，本次研究分别以缓坡型辫状河及多河道低弯度曲流河沉积模式[11]为指导，以岩芯观察描述和测井曲线对比为主要依据，综合考虑砂岩累计厚度编制砂体分布图。联井对比结果发现：苏5区域内的西部北西-南东向、中部近南-北向(图4-A、B)、东部北东-南西向延伸的砂体在剖面上厚度较为稳定，测井曲线相似程度较高，可进行长距离追踪；而近东-西向剖面测井曲线特征相似度较低，砂体厚度变化较大且尖灭迅速(图4-C、D)。由小层砂体对比和内插法相结合的编图结果表明：研究区盒84层砂体主要呈北西-南东向展布，仅在研究区东部发育少量沿近南-北向展布的砂体(图5-A)；盒83～盒81层砂体在研究区中部主要呈近南-北向展布，在研究区西部呈北西-南东向展布，而在研究区东部则呈北东-南西向展布的特征(图5-A、B、C)。

图5 苏5区块盒8段各砂组砂岩厚度等值线及砂体结构类型平面分布图Fig.5 Isopatch of sandstone and plane distribution of sand body structure type for the sand groups of He-8 Member in Su-5 Block(A)盒84层; (B)盒83层; (C)盒82层; (D)盒81层

苏5区块盒8段砂体发育程度自下而上总体呈降低的趋势：盒84层砂体最为发育，研究区大部分地区砂岩累计厚度>15 m，部分区域厚度>20 m(图5-A)；盒83层砂体也较为发育，大部分区域砂岩累计厚度>10 m，但砂岩累计厚度<5 m的区域明显扩大(图5-B)；盒82层砂岩累计厚度<5 m的区域明显扩大，砂体分隔性增强，仅研究区中部河道发育区还具有较大宽度(图5-C)；盒81层砂岩累计厚度进一步变小，河道砂体发育区横向上变窄，具有多河道呈网状交互分布的特征(图5-D)。盒8段砂体自下而上的这一变化特征，表明北部物源区构造活动逐渐趋于稳定、河流作用不断减弱的过程[12]。

3 砂体结构及对储层的影响

在三角洲沉积体系或者河流沉积体系中，绝大部分砂体均形成于多期次河道砂体连续叠置的过程，即便是连续沉积厚度达到百米的砂体也是如此。单一水系下的独立河道沉积，其完整的沉积旋回在理想条件下包括下部河道的粗粒沉积、上部细粒的堤岸及泛滥平原沉积，称为河流二元结构。但大多数情况下因基准面变化，河流二元结构上部细粒沉积一般会遭受不同程度的侵蚀，因此河流二元结构上部细粒沉积物的保留程度决定了河流沉积体系中河道单砂体的叠置方式，即单砂体厚度和泥岩隔层厚度。盒8段2种河流相沉积类型，决定了不同河型的河道砂体叠置和展布特征。

3.1 砂体的结构类型

已有研究表明，盒8段储层物性及含气性与不同河型的单砂体结构和厚度存在密切联系[15,27]，但按传统的砂岩累计厚度等值线编图方法已难以客观地刻画优质储层的分布规律，为消除薄互层砂体的影响，凸显厚层砂体的贡献，本次研究对砂体结构进行了分类。

通过对苏5区块内5口取芯井岩芯观察和描述，结合测井曲线特征建立了岩-电转换模型，并根据测井资料对研究区内270余口钻井盒8段岩性进行了精细解释，按照砂岩与泥岩的厚度及叠置关系和组合方式，将苏5区块盒8段砂体结构划分为4个类型(图6)。

Ⅰ型：连续叠置型砂体，由岩芯确定(图6-A)，以SU5-14-24井盒83亚段为例(位置见图5-A)，为最好的储层砂体结构类型,单层砂体厚度>10 m，往往由多个被底冲刷面分割的河道砂体连续叠置而成, 单砂体中几乎不发育泥、粉砂岩夹层(图3-D)，主要为反映主河道较稳定的心滩微相类型。

Ⅱ型：间隔叠置型砂体，也由岩芯确定(图6-B)，以SU5-2-29井盒82亚段为例(位置见图5-C)，为较好的储层砂体结构类型,单层砂体厚度5～10 m，砂体厚度稳定，层与层之间被厚度≤2 m的泥、粉砂岩夹层分隔，主要为反映水动力较强的边滩和侧向迁移频繁的辫状河道微相类型。

Ⅲ型：互层型砂体，主要由基于多口取芯井岩-电模型的测井解释成果进行划分(图6-C)，以SU5-8-28井盒81亚段为例(位置见图5-C)，为较差的储层砂体结构类型,单层砂体厚度为2～5 m，单砂体与泥或粉砂岩层互层，二者厚度相当，主要为反映河流作用减弱的河道侧缘微相类型。

Ⅳ型：透镜型砂体，也主要基于取芯井岩-电模型进行划分(图6-D)，以SU5-15-16B井盒81亚段为例(位置见图5-C)，为最差的储层砂体结构类型, 单层砂体厚度<2 m，往往呈透镜状产于厚层泥或粉砂岩层中，主要反映洪水期间歇发育的决口河道微相类型。

沿河道延伸方向，Ⅰ型和Ⅱ型砂体通常分布稳定；而垂直河道延伸方向，Ⅰ型砂体或Ⅱ型砂体则逐渐向Ⅲ型甚至Ⅳ型砂体演化(图4)，盒8段下部砂体结构优于盒8段上部(图2)。

3.2 各结构类型砂体的平面展布特征

本次研究统计发现：小层砂体累计厚度<5 m的区域一般由数层被厚层泥岩分隔的、单层厚度<2 m的薄层砂体组成，在现有技术条件下无开发价值，因此本次研究主要针对砂岩累计厚度≥5 m的区域。基于单井砂体结构分析，并统计各层不同结构“砂体厚度/砂体累计厚度”比值，如图6-A，盒83小层同时发育Ⅰ型和Ⅱ型砂体，其中Ⅰ型砂体厚24 m，占盒83小层累计砂体厚度的82.8%，超过了50%，即为该小层优势砂体结构。对小层优势砂体结构进行统计，编制了盒8段各小层砂体结构类型的平面展布特征图(图5)，结果表明：盒84亚段Ⅰ型和Ⅱ型砂体均较发育，其中Ⅰ型砂体分布范围较其他沉积期大，主要发育于心滩沉积环境(图5-A)；盒83亚段Ⅰ型砂体分布的范围略有减小，区块内大部分区域主要发育Ⅱ型砂体(图5-B)；盒82亚段Ⅰ型砂体急剧缩减，分布范围仅限于苏5区块中部，区块内主要发育Ⅱ型砂体(图5-C)，但与盒84和盒83亚段比较分布范围明显萎缩；区块内盒81亚段仍主要发育Ⅱ型砂体，Ⅰ型砂体偶尔出现在边滩发育区，局部出现少量Ⅲ型或Ⅳ型砂体(图5-D)，与前3个亚段相比较，各类砂体分布范围随着河道发育区的缩减而急剧萎缩。

图6 苏5区块盒8段主要砂体结构类型Fig.6 Structure types of sand body of the He-8 Member in Su-5 Block

3.3 砂体结构与储层的关系

多口取芯井岩芯物性分析结果表明，砂体结构与储层物性存在密切联系，特点如下：Ⅰ型砂体超过60%的样品实测孔隙度>8%，渗透率>0.05×10-3μm2，储层物性相对最好(图7-A、B)；Ⅱ型砂体依然有近33%的样品实测孔隙度>8%，约44%的样品实测渗透率>0.05×10-3μm2，储层物性稍逊于Ⅰ型砂体(图7-C、D)；Ⅲ型砂体超过87%的样品实测孔隙度<8%，超过58%的样品实测渗透率<0.05×10-3μm2，储层物性明显差于Ⅰ、Ⅱ型砂体(图7-E、F)；Ⅳ型砂体实测孔隙度均为<4%，渗透率均为<0.05×10-3μm2，属于物性最差的砂体类型(图7-G、H)。根据砂体结构特征与物性的关系，结合砂体结构在平面上的分布特征，可以确定苏5区块盒84层砂体物性整体最好，优质储层(Ⅰ型砂体)广泛发育；盒83层及盒82层砂体整体物性较好，优质储层较为发育；而盒81层砂体物性整体较差，很少发育优质储层(图5)。

图7 苏5区块盒8段不同结构砂体孔隙度、渗透率分布直方图Fig.7 Histogram showing permeability of sand bodies with different structure types in Su-5 Block

4 结 论

a.苏5区块盒8段下部主要为一套缓坡型辫状河沉积，盒8段上部则主要为多河道低弯度曲流河沉积，河流类型的不同决定了砂体的成因类型、叠置方式和展布规律的差异性。

b.盒8段砂体可划分为连续叠置型、间隔叠置型、互层型及透镜型4种结构类型，以连续叠置型最有利于储层发育。

c.砂体结构与储集物性存在密切联系，单砂体厚度越大，储层物性及含气性越好。连续叠置型砂体孔隙度和渗透率最高，而透镜型砂体物性最差。

d.盒84层砂体优质储层广泛分布，储集性能优越；盒83层及盒82层砂体储集性能良好；而盒81层砂体储集性能相对较差。

e.盒8段下部(盒84-盒83层)连续叠置型砂体较为发育，为最有利的勘探目标层位。

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StructuralanddistributionalcharacteristicsofsandbodiesintheMember8ofXiashiheziFormationfromtheSu-5Block,OrdosBasin,China

ZHANG Yi1, WANG Changyong1, OUYANG Cheng2, HUANG Wenming2, ZHOU Yi1, WANG Dongge3

1.KeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.GeologyandExplorationResearchInstituteofCCDC,CNPC,Chengdu610000,China;3.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China

Based on the observation of drilling cores and the results of logging interpretation, the sedimentary facies of the Member 8 of Lower Permian Xiashihezi Formation (He-8) in the Block Su-5 of Sulige Gas Field, Ordos Basin are studied. It reveals that the lower part of He-8 Member consists of mainly gentle slope type braided river sediments, and the upper part is mainly composed of multi-channel low-curvature meandering river deposit. Small sand bodies of the He-8 Member are compared and tracked according to the shape of the logging curve, and it is suggested that the sand bodies are mainly south-north trending in the middle of the study area, NW-SE trending in the western area, and NE-SW trending in the eastern area. The cumulative thickness of sandstone is used to study the plane distribution and evolution characteristics of sand bodies. It shows that the slow down of tectonic activity and fluviation in the provenance region leads to the decrease of sand body size in Su-5 Block. The He-8 Member sand bodies are divided into four types (continuous superposition type, interval superposition type, interbedded type and lens type) with different thickness and combination of sand and mudstone. The porosity and permeability of continuous superposition type sand body is the best, while the lens type was the worst. It indicates that the sand body structure is closely related with reservoir physical property, and the sand body structure and reservoir physical property of the lower part of the He-8 Member is obviously better than that of the upper part. Therefore, the lower part of the He-8 Member is the most favorable exploration target horizon.

sand body structure; sand body correlation; reservoir physical property; Xiashihezi Formation; Sulige area

P588.212.3; TE122.221 [

] A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.05.10

1671-9727(2017)05-0602-11

2017-03-19。

国家科技重大专项(2016ZX05007)。

张懿(1993-),男,硕士研究生，沉积学专业，E-mail:zhangyi20150621@163.com。

王昌勇(1981-)，男，博士，副教授，研究方向：沉积学及石油地质学，E-mail:wangchangyong09@cdut.cn。