苏里格气田苏36区块盒8—山1段沉积特征

2019-02-13张金亮王金凯侯锡鹏柳慧敏

西安石油大学学报（自然科学版） 2019年1期

李淼，张金亮，2，王金凯，侯锡鹏，柳慧敏

(1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590； 2.北京师范大学资源学院，北京 100875)

引言

苏里格气田是中国发现的一个超大型气田，构造相对简单，为东倾大单斜背景上发育的岩性气藏。主力含气段为下石盒子组盒8段和山西组山1段，砂体垂向厚度较大，横向变化快，非均质性较强，气藏分布不受构造影响，而受储层物性变化和砂体分布的控制[1]。经过多年勘探开发，勘探难度也越来越大。因此，准确认识目的层的沉积微相，精细刻画砂体展布规律，对于精细油藏描述以及剩余油的挖潜工作具有重要意义[2]。

随着勘探开发技术的进步，苏里格气田的勘探范围还在继续扩大。前人已对苏里格气田盒8、山1段的沉积微相进行了诸多研究，如陈孟晋[3]通过岩石学、沉积学分析以及古构造恢复等研究，认为下石盒子组主要发育辫状河三角洲以及湖泊沉积体系；刘海燕[4]以S120区块为基础，综合利用测井曲线资料，结合单井及连井剖面分析，初步判定山1段发育曲流河沉积相，而整个盒8段发育辫状河沉积相。但是，具体的亚相类型和小层微相的划分需进一步分析论证。杨西燕[5]通过岩心观察，结合砂岩岩性、剖面构造、沉积构造特征和测井曲线解释，认为盒8下亚段中下部为滩坝相沉积，上部是沼泽相或沼泽相为主夹小河道沉积。这与前人对河流或三角洲沉积的认识大不相同[6-8]。

由此看来，虽然前人进行了诸多研究，但是还存在许多问题。一方面，许多新的区块被发现，其沉积微相的研究和储集砂体的预测等目前还处于初步阶段，不同的认识会导致砂体及展布规律预测的差异，使得井位部署难度增大。另一方面，对于该层段具体的沉积微相类型划分尚未完全统一，虽然有一定的共识，但具体的微相类型划分还存在着一些分歧[9]。笔者结合苏36区块资料，通过岩性分析、粒度分析、泥岩色值分析以及单井相解释、连井剖面分析等方法，对目的层储集砂体和沉积微相进行详细研究，划分沉积微相类型，模拟沉积模式的演化。

1 地质概况

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北侧，二叠系地层由老到新依次发育太原组、山西组、石盒子组和石千峰组。山西组底界是北岔沟砂岩，顶界为“骆驼脖砂岩”，厚度约70 m，自上而下划分为山1段、山2段；石盒子组的底界为“骆驼脖砂岩”，“杂色泥岩”为顶界，是山西组和石盒子组地层划分的主要标志，自上而下划分为上石盒子组及下石盒子组2段。盒8—山1段为开发的主力含气层。研究区苏36-2-21加密区属苏里格气田重点开发区块之一，正在陆续完钻中(图1)。受构造背景和物源供给等因素影响，苏里格地区盒8—山1段的沉积体系格局整体呈近南北向展布[10]。

图1 苏里格气田构造位置及井位分布Fig.1 Structural location and well distribution of Sulige Gasfield, Ordos Basin

分析统计苏36地区岩心薄片发现，盒8下亚段岩石类型以中粗砂岩为主，泥岩次之。含砾砂岩和细砂岩体积分数占所有岩石类型的27%左右(图2(a))；盒8上亚段及山1段岩石类型主要包括泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩等，其中泥岩体积分数最高(图2(b))。砾石体积分数较低，反映该区水动力条件相对较强[11]。

盒8—山1段砂岩粒度较细，砂岩岩性主要为岩屑砂岩，其次为石英砂岩和岩屑石英砂岩(图3(a))，分选中到好，结构成熟度较低，从北至南方向，成分成熟度增加。在碎屑中，石英体积分数最高，平均为79.2%，长石极少，反映物源区母岩石英体积分数高、近物源快速堆积的特点。通过岩心观察发现研究区砂岩比例高，粒度较粗，符合辫状河沉积的特点(图3(b))。

图2 盒8—山1段岩性柱状图Fig.2 Lithology histogram of He 8 Member-Shan 1 Member

图3 研究区砂岩岩性三角图及岩心照片Fig.3 Trianglar diagram of sandstone lithology and photos of cores in the study area

2 沉积微相特征

2.1 泥岩色值

颜色是沉积岩最醒目、最直观的标志，具有划分和对比地层的意义，有助于了解古地理条件，特别是泥岩颜色对沉积环境反应灵敏[12]。

2.1.1 盒8下亚段

盒8下亚段泥岩体积分数约40%，泥岩颜色指数在-80～80，以深灰色、灰色和棕褐色为主(图4(a))。沉积时期泥岩有相当一部分呈灰色、深灰色、灰色与棕褐色交替出现，表现出水体波动频繁，符合辫状河沉积特点[13]。

图4 盒8—山1段泥岩颜色分布Fig.4 Volume fraction of mudstone of different colors in He 8 Member-Shan 1 Member

2.1.2 盒8上亚段及山1段

该层段泥岩质量分数约为50%，泥岩颜色指数在-50～80，以棕褐色、棕红色为主，且大部分样品都显示出氧化环境的特点，整体反映出盒8—山1段沉积时期水位变换频繁，河道经常迁移，推测为季节性干旱气候[14]。盒8上亚段及山1段沉积时期，泥岩颜色多为棕红色、棕褐色(图4(b))，表现出弱还原性和较强的氧化性，符合曲流河沉积环境。

2.2 碎屑岩成熟度

2.2.1 结构成熟度

苏36地区盒8上亚段砂岩分选性中等，磨圆度为次棱角状，颗粒支撑、线接触为主，胶结类型主要为孔隙式胶结，风化蚀变程度深；盒8下亚段砂岩的分选性为中—好，磨圆度为次棱角状，颗粒支撑、线接触，胶结类型主要为孔隙式胶结，风化蚀变程度深，说明沉积物搬运距离中等，搬运过程中经过了较强的水动力冲刷。

2.2.2 成分成熟度

通过分析可知：盒8上亚段、盒8下亚段及山1段石英体积分数较高，长石极少(表1)。石英成分中石英岩屑体积分数较高，与辫状河成分相吻合，同时可推测物源区母岩多为石英岩。由成分成熟度等值线图(图5)可以看出研究区成分成熟度的分布趋势：研究区东北部成分成熟度较低，向西南方向成分成熟度呈现递增趋势。由此可知，苏36地区在盒8—山1段沉积时期物源均来自东北方向[15]。

表1 研究区碎屑岩成分成熟度Tab.1 Component maturity of clastic rock in the study area

图5 苏36区块成分成熟度等值线Fig.5 Contour map of component maturity of clastic rock in Su 36 block

2.3 粒度特征

根据盒8—山1段概率累积曲线，该层段岩石粒度在0～4φ的碎屑组分约占50%，以中粗砂为主，分选较好。其中，盒8下亚段概率累积曲线为三段式和混合渐变三段式，跳跃次总体为主，含有滚动组分(图6(a))；盒8上亚段及山1段包含两段式、三段式和混合渐变三段式。两段式缺乏滚动总体，以跳跃为主，分选较好，水动力较强，如召42井3 244.15 m处。三段式常见于河道底部滞留沉积[16]。混合渐变三段式跳跃总体与悬浮总体呈渐变关系，可以推测沉积环境为两河流的交汇处。如桃4井3 242.01 m处(图6(b))。

图6(c)显示，砂岩的C-M图呈弯曲的S形，明显为牵引流特征。在PQ段，C值变化而M值不变，以悬浮搬运为主，含少量滚动组分；QR段发育，CM值均在变化，代表粒度递变悬浮搬运，粒度从下到上逐渐变细，密度变小。沉积荷载包含滚动、跳跃和悬浮3种搬运方式，总体显示牵引流为主的水动力搬运沉积机制。

图6 盒8-山1段概率累积曲线及C-M图Fig.6 Probability cumulative curves and C-M map of He 8 Member- Shan 1 Member

2.4 单井相分析

典型井岩相分析反映砂层的定相标志，对于确定相类型和在纵向上的相序非常重要[17-19]。选取苏36-J11井(图7)，对岩石粒序和沉积层序等进行分析。

图7 典型井沉积剖面(苏36-J11井)Fig.7 Sediment profile of typical well

该井钻井取心显示山1段到盒8上亚段，沉积类型由曲流河到辫状河再到曲流河。在山1-1亚段发育曲流河沉积相，主要微相为点坝及泛滥平原沉积。点坝厚度约3 m，岩性主要为灰白色交错层理细砂岩；泛滥平原主要发育灰黑色泥岩或灰色粉砂质泥岩。盒8下亚段为辫状河沉积相，钻遇微相有心坝、沙泥坪、沙坪及泛滥平原。心坝砂体厚度约2 m，主要发育浅灰色交错层理中砂岩及灰白色交错层理细砾岩；沙坪砂体厚1.5～3 m，主要发育灰色正韵律细-中粗砂岩及浅灰色细-中砂岩；沙泥坪砂体厚约2.5 m，底部发育浅灰色致密粗砂岩，粒度向上变细，过渡为浅灰色致密中砂岩，顶部发育浅灰色致密细-中砂岩；泛滥平原沉积表现为深灰色泥岩或灰色粉砂质泥岩。盒8上亚段主要为曲流河沉积，钻遇微相为点坝及泛滥平原沉积。点坝厚度约5 m，主要发育交错层理细砾岩及含砾粗砂岩；泛滥平原沉积主要发育深灰色泥岩。自然伽马曲线多为齿状的钟型或漏斗型，顶底接触关系多为突变接触。

2.5 连井剖面分析

为了进一步分析研究区沉积相和砂体展布规律，在单井相分析的基础上，完成了2条相剖面对比分析图[20]。

2.5.1 苏36-1-19—苏36-4-21井连井剖面

该剖面平行于物源方向，砂体由东北向西南方向展布，具有显著的辫状河沉积剖面特征。沉积微相方面，心坝沉积较发育，多位于苏36-2-21井和苏36-J5井附近，砂体较厚；盒8上亚段及山1段为曲流河沉积，砂体分布较少，也多位于苏36-J5井附近(图8(a))。

2.5.2 苏36-2-19—苏36-2-22井连井剖面

该剖面垂直物源方向，砂体大体呈东西走向分布。盒8下亚段为辫状河沉积，砂体较厚且连续性较好，呈条带状分布。砂体间接触方式多样，心坝和点坝有垂向叠置发育的现象；山1段和盒8上段砂体较薄，可见点坝和决口扇沉积(图8(b))。

由各井位单砂体数和砂厚值柱状图(图8(c)—(d))可知，垂直和平行物源的单砂体数相同，其中顺物源的S36-J5井单砂体数最多，为19个。顺物源和垂直物源单砂体砂厚最大值基本相同，约8.9 m，最小值在垂直物源方向较小。从平均值来看，平行物源方向砂体略厚，但差别不大。

图8 各井位砂体连井剖面、单砂体数及砂厚统计柱状图Fig.8 Sandbody connection profiles of different wells and sandbody number and thickness statistics of different wells

3 砂体展布规律

在岩心观察及单井相分析等基础上，结合该区沉积环境和物源方向，确定不同类型微相和砂体规模的大小，绘制了盒8—山1段各小层的沉积微相图。盒8上亚段及山1段沉积时期主要发育曲流河沉积相，盒8下亚段沉积时期发育辫状河沉积[21-22]。

3.1 盒8上亚段

盒8上亚段沉积时期，物源主要来自北偏东方向，沉积物供应充足，发育曲流河沉积，具有多河道低弯度曲流河沉积特征。砂体厚度在2～8 m，呈东北—西南向展布，河道沉积砂体比较发育。发育河道沉积、点坝、泛滥平原、河漫沼泽和决口扇微相。该层段可以划分为H8S1和H8S2两小层。H8S1小层沉积时期，点坝较为发育(图9(a))。河道宽的区域发育河漫沼泽，阻碍了砂体之间的连通性；H8S2小层沉积时期，东西两侧砂体发育较好，中部砂体成因类型复杂，多为废弃河道、河漫沼泽和泛滥平原，不同河道的砂体之间受泛滥平原的阻隔。

3.2 盒8下亚段

盒8下亚段沉积时期为主要研究层位，物源主要来自北或北偏东方向，发育缓坡型辫状河沉积。砂体厚度大部分在2～10 m，由东北向西南展布。心坝极为发育，横向连通性不好，侧向相互叠置。砂体规模和几何形态受河道宽度控制，连通性受废弃河道细粒砂岩和泥岩影响。微相主要有心坝、沙坪、沙泥坪及泛滥平原等。该层段可以划分为H8X1小层和H8X2小层。H8X1小层沉积时期，厚层砂体主要位于河道的心坝中，在辫状河交汇处形成较大规模的心坝，充分体现了辫状河的特征[23]，沙泥坪发育，河道之间多为泛滥平原沉积(图9(b))；H8X2小层沉积时期，厚层砂体大小形状不一，在河道边缘发育侧坝，在河道中偶有泥坪发育，辫状河道中的心坝构成砂体的主体。

图9 盒8—山1段沉积微相平面图Fig.9 Sedimentary microfacies distribution of He 8 Member-Shan 1 Member

3.3 山1段

山1段沉积时期，物源主要来自北偏东方向，发育曲流河沉积，具有多河道低弯度曲流河沉积特征，物源供应充足。河道沉积砂体比较发育，厚度在1～7 m,呈东北—西南向展布。宽度主要受河道侧向迁移的控制，在平面上呈条带状分布，河道摆动侵蚀现象明显，河道之间的河漫滩对于砂体之间的连通性具有阻碍作用。微相主要有河道沉积、点坝、泛滥平原、河漫沼泽和决口扇微相。该层段可以划分为S1-1、S1-2和S1-3共3个小层。S1-1小层沉积时期，在工区偏右侧发育了较大规模的废弃河道沉积，河道摆动侵蚀痕迹明显(图9(c))，曲流河河道构成砂体的主体，河道之间发育河漫沼泽沉积；S1-2沉积时期，在单条河道凸岸侧发育明显的决口扇沉积，河道之间广泛发育河漫沼泽沉积，阻碍河道间砂体的连通性；S1-3小层沉积时期，河道宽度增加，弯曲度略有减小，砂体形态和规模受河道限制。

4 沉积演化模式

沉积模式是对沉积环境的分析总结、沉积相发展演化过程的演示及对其他空间组合的概括，反映沉积环境及沉积产物的本质[24]。

研究区沉积相分析结果表明，山1段发育曲流河沉积，有3条主河道，偶有废弃河道上发育点坝沉积，河道之间河漫沼泽发育。决口扇多发育在河道凸岸侧。微相有河道沉积、点坝、泛滥平原、河漫沼泽和决口扇等(图10(a))。随着构造抬升、可容纳空间减少，山1段1小层至盒8下2小层，逐渐变为辫状河沉积，沉积物多为砾石和砂质。盒8下亚段沉积时期，地形形态北东高南西低。水动力条件和物源供给充分，砂体以心坝沉积为主，平面上连片分布，展布范围宽，形成大面积分布的复合储集体，纵向多期叠置。河流特征为径流量和河道不稳定，径流量随季节的更替而变化，河道频繁迁移[25](图10(b))。由于基准面上升，可容纳空间逐步增大，在盒8下1小层至盒8上2小层，由辫状河逐步转多河道低弯度曲流河，相比盒8下亚段泛滥平原分布范围扩大。可识别出河道滞留沉积、点坝、废弃河道、决口扇、泛滥平原等沉积微相。堤岸亚相与河漫亚相之间区别不明显，在剖面上有明显的二元结构，在垂向层序中有较大比例的河漫滩沉积，河道砂体在泛滥平原孤立。