杭锦旗地区锦72井区盒1段沉积特征

曹桐生

（1.中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南 郑州 450006；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059）

0 引言

目前，非常规天然气受到人们的日益关注，致密砂岩气已经逐渐成为天然气产量的主要增长点。据评估，中国致密砂岩气技术可采资源量为11×1012m3［1］。致密气已成为天然气增储上产的重要来源，年均新增天然气地质储量3 110×108m3，约占同期天然气新增探明储量的52%，据《能源发展“十三五”规划》，2017 年致密气产量约450×108m3，占全国天然气总产量的30%［2］。致密砂岩气发育背景多样，以陆相与海陆过渡相为主，其层位分布与聚煤时期相对应，自晚古生代至新生代均有分布。鄂尔多斯盆地致密砂岩气主要分布在石炭系—二叠系陆表海的河流—三角洲沉积环境中。致密砂岩储层以薄储层为主，一般形成于大面积持续缓慢沉降的环境中，可容纳空间低，古地形相对较为平缓，具有明显的互层结构，垂向上沉积序列可分为薄互层和砂泥间互两种类型，其中最容易致密的是薄互层，即砂泥岩厚度均小于10 m，含砂率（不含粉砂）多小于30%［3-4］。鄂尔多斯盆地北部东胜气田锦72 井区二叠系下石盒子组砂岩储层相较于盆地中南部陆表海缓坡沉积环境来说，更靠近北部物源区，其沉积环境为陆相冲积平原辫状河，储层致密且物性较差，气层赋存在透镜状的砂岩中，并且被侧向泥岩遮挡形成岩性气藏，砂体叠置关系复杂多样，砂体展布特征随着辫状河道的频繁迁移较难刻画，储层发育情况主要受沉积环境的影响。所以笔者主要通过沉积物粒度敏感参数判别沉积环境，并在大量岩心观察的基础上归纳岩相类型和岩相组合，总结测井相特征，在垂向上剖析典型井的沉积序列，最后通过总结锦72 井区辫状河沉积模式，直观地展示主力层位砂体在平面和垂向上的展布特征。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地为中国第二大沉积盆地，面积为37×104km2，盆地可划分为天环坳陷、晋西挠褶带、伊盟隆起、伊陕斜坡、西缘逆冲带、渭北隆起6个二级构造单元。锦72 井区位于伊陕斜坡北缘，井区北部与伊盟隆起接合。研究区的主要目的层下二叠统下石盒子组盒1段在整个研究区均有发育，而下伏山西组和太原组在研究区西部和北部有不同程度缺失。目的层盒1段的天然气主要来源于下伏太原组和山西组的煤层及暗色碳质泥岩，储集层主要为辫状河沉积环境中形成的中—粗粒含砾岩屑砂岩［5］，而其上覆上石盒子组大套厚层泥岩则形成区域盖层，为之下的天然气藏提供了遮挡条件［6］。

2 沉积特征

碎屑岩沉积特征主要受搬运介质水动力的影响，沉积物是反映沉积特征的物质基础。笔者从反映水动力特征的沉积碎屑粒度入手，分析沉积环境，描述岩相及其组合类型，总结测井相特征，为后续沉积相剖面划分、平面描述和沉积模式总结提供依据。

2.1 沉积物粒度分析

图1 锦72井区盒1段岩心粒度C-M特征图

粒度分析能够表示沉积过程中水动力对沉积物颗粒结构的影响［7-9］。从锦72井区盒1段岩心粒度C-M特征图（图1）可看出，其表现为明显的“三段式”，可划分为PQ（滚动）、QR（跳跃）和RS（悬浮）三段，滚动部分发育，说明沉积物粒度较粗，而且牵引流沉积特征明显。根据沉积物粒度C-M 图版，其中碎屑流最大粒径与平均粒径比值大致相同，所以碎屑流C-M图形一般都会平行于C＝M基线，比如泥石流粒度粗，分选差，C／M比值大于40，粒度数据点远离C＝M 基线，并且粒度较为分散（图2A）；在浅水浊流沉积环境中，沉积物粒度分选中等，C／M比值较小（约等于4），粒度点较为集中，图形分布在C-M图的中心（图2B）；在浊流的沉积单元内，岩性总是从粗到细变化，分选相对较好，C／M 比值更小（一般为2～3），所以C-M 图平行并且接近C＝M 基线（图2C）；在牵引流中，颗粒搬运方式有滚动、跳跃和悬浮3 种类型，冲积扇滚动组分含量高，以PQ 段为主，该段较粗，QR 段较为发育，RS 段不发育（图2D）；辫状河与曲流河沉积的PQ 与QR 段均比较发育，但是相对于辫状河沉积，曲流河沉积的PQ段较少，RS段一般不发育（图2E、图2F）；三角洲或网状河由于粒度较细，PQ 与QR 段均较少，以RS 段为主（图2G）。通过对比分析可知，锦72井区C-M图符合辫状河沉积相的粒度分布特征（图2E），所以判断沉积环境主要为辫状河。

图2 不同重力流和牵引流沉积物的C-M图版

粒度概率累积曲线发育3个粒度总体，以跳跃总体为主要成分，粒度集中在0.8～3.0 φ，占85%～90%，粒度偏大说明沉积环境水动力条件较强；倾斜50°～60°，说明跳跃组分的分选一般。滚动组分粒度很粗，占5%～10%，倾斜5°～10°，分选较差，说明水动力条件较强但变化较快。悬浮组分含量最少，倾斜也仅约5°，分选极差［10］（图3）。

2.2 岩相特征

在进行研究区沉积特征研究时，通过岩心的精细描述可以得到地层岩性、储层物性、沉积构造、含油气情况等地质特征。锦72 井区盒1 段岩心特征共归纳总结出7种岩相类型（表1），其中块状层理砂岩相和含砾粗砂岩相最为发育，其余各类岩相虽然发育但较少出现。块状层理砂岩相岩性为均质的灰色或灰白色中细砂岩，无明显层理，为强水动力沉积环境。含砾粗砂岩相为块状中粗粒砂岩，见冲刷面，砾石成分复杂，可见砾石定向排列，多形成于强水动力环境中。

图3 锦72井区盒1段粒度概率累积曲线图

表1 锦72井区盒1段岩相类型表

通过分析研究区目的层典型岩心特征可知，储层岩性主要为含砾粗砂岩和中—细砂岩。砂岩中块状层理发育最多，也可见小型流水沙纹层理和平行层理，但泥岩中只发育块状层理。其中，含砾粗砂岩相常发育在一个完整沉积旋回的底部，其沉积成因为辫流水道中河床滞留沉积，可见细砾级砾石定向排列。

单一的岩相在垂向上常具有固定的岩相组合特征，锦72 井区常见的沉积微相往往呈现两种岩相组合，具体是指含砾粗砂岩相与板状交错层理砂岩相相互叠置的心滩微相，以及槽状交错层理砂岩相与含砾粗砂岩相相互叠置的辫流水道微相。①心滩。心滩是辫状河沉积环境最典型也是最具标志性的沉积微相［11］，发育灰白色中粗砂岩和砂砾岩。辫状河沉积相中形成的储层常形成“砂包泥”，且具有透镜状的形态特征。在垂向沉积序列上多套正旋回砂体相互叠置。心滩微相中沉积构造主要为块状层理和槽状交错层理。由于沉积水动力较强，距物源较近，心滩砂岩快速堆积造成其成分成熟度和结构成熟度均较低。心滩中可见较多砾石，均呈悬浮状砂质支撑，砾石分选较好且定向排列。常见岩相组合特征为含砾粗砂岩相和板状交错层理砂岩相，两者在垂向上相互叠置发育。根据沉积学沃尔索相律，心滩微相在垂向上，其上下均与辫流水道微相接触。②辫流水道。辫流水道微相是辫状河道中被心滩分隔并发育粗碎屑物质的沉积相带［12］，水动力强，几乎不沉积悬浮物质。岩性以中—细砂岩为主，相对心滩来说，辫流水道微相沉积物粒度较细，砾石含量较低，且每期沉积旋回底面具明显的冲刷标志。沉积构造常见槽状交错层理、小型流水沙纹层理和河床滞留沉积砾石。常见岩相组合特征为含砾粗砂岩相和槽状交错层理砂岩相，两者在垂向上叠置发育。③河漫沉积。除了心滩和辫流水道两种沉积微相外，辫状河沉积环境中还发育河漫沉积微相，其沉积岩性为深灰色泥岩，发育水平层理，反映水动力弱且沉积速率慢。该微相不具有发育优质储层的条件，此不赘述。

2.3 测井相特征

依据测井相分析的曲线形态、上下接触关系、单期旋回厚度以及各种测井相的组合类型四大基本原则［13］，总结了杭锦旗地区锦72 井区盒1 段典型测井相特征（图4）。其中辫流水道微相测井曲线主要呈钟型，其底部与下部河漫沉积泥岩突变接触，而顶部渐变接触。由于心滩是由顺流加积作用形成，自然伽马曲线呈漏斗型，具有反旋回特征，表明水体能量较强，且物源区碎屑物质丰富，沉积物持续进积。当物源区碎屑物质持续供给时，心滩在垂向上往往形成大套厚层的砂砾岩体，测井曲线则显示为箱型。河漫沉积微相泥岩往往岩性较纯且厚度较大，测井曲线形态显示为线型。在辫状河道边部，辫流水道由于与河漫沉积接触，在垂向上岩性呈现砂泥岩交互叠置发育的特征，其测井曲线形态显示为指型。复合模式则是沉积微相组合与测井曲线组合的匹配，如心滩+辫流水道+河漫沉积的微相组合对应箱型与漏斗型曲线的组合，辫流水道+河漫沉积微相组合对应钟型与漏斗型曲线的组合等（图5）。

图4 锦72井区盒1段典型测井相特征图

图5 锦72井区盒1段组合测井相特征图

3 单井综合分析

根据上述多类型沉积特征判断，锦72 井区下石盒子组盒1段为辫状河沉积环境。由于该井区中典型井锦72 井盒1 段取心较为完整，所以建立了锦72 井盒1段的垂向沉积序列（图6），该井位于研究区冲积平原中部，沉积微相以辫流水道和心滩为主，岩性常见含砾中—粗砂岩，其中砾石多为细砾级，分选较好，磨圆较差，砾石由砂质支撑，排列杂乱或者定向排列呈交错层理。单期沉积旋回厚度较大，沉积构造以块状层理和槽状交错层理为主。锦72 井区南部以典型井锦73井为例（图7），该井沉积微相、沉积构造与锦72 井基本相同，沉积期次变多，但单期沉积旋回厚度较小，说明河道迁移摆动频繁。每期河道底部滞留沉积特征明显，多为细砾级砾石。

4 沉积演化及平面展布特征

在单井分析的基础上通过建立骨架井网开展顺物源及垂直物源连井剖面对比分析，进行不同沉积部位的沉积特征对比分析，进而结合三维地震资料刻画盒1段沉积相平面展布特征。

图6 锦72井岩心综合柱状图

图7 锦73井岩心综合柱状图

4.1 沉积演化

根据岩相特征以及测井相特征划分单井垂向沉积序列，在连井剖面上绘制沉积微相图。通过盒1段顺物源方向（南北向）沉积剖面（图8）可知，辫流水道微相连续性好，心滩微相发育且厚度较大，表明物源碎屑供给充足、水动力强的特征。在盒1段横切物源方向（东西向）沉积剖面（图9）上，单期辫流水道微相独立发育，并在垂向上呈现多种叠置类型，表现了辫流河道频繁迁移的特征。根据锦72 井区典型井剖面单井岩心特征及沉积相特征对比可知，在顺物源方向（南北向）上，研究区在沉积物颗粒粒度、沉积构造、砾石沉积特征及单期沉积旋回厚度方面均存在显著差异。北部碎屑粒度粗，砾石含量高，以块状层理为主、可见交错层理，砾石大小混杂，排列杂乱，单期沉积旋回厚度大；而南部碎屑粒度细，砾石含量低，常见平行层理和槽状交错层理，砾石分选较好，定向排列，单期沉积旋回厚度较薄，常见冲刷面。

4.2 平面展布特征

利用岩心、测井、沉积剖面以及三维反演资料刻画锦72 井区盒1 段沉积微相平面展布图（图10）。研究区盒1段辫状河道呈现南北向展布，北部为物源方向，自西向东发育6条辫状河道，河道宽度为2～3 km，其中3～6号河道在研究区中部交汇分叉，在多条河道交汇处河道宽度超过5 km。心滩微相横向连续性差，心滩部位砂体厚度多超过30 m，砂岩也呈现出垂向上多期叠合、粒度粗的特征。心滩之间多为辫状水道或河漫沉积，垂向上泥质夹层较多，砾石含量少，厚度相对较薄，砂体厚度一般在10～25 m，测井曲线上呈现齿化的单期箱型，顶部常与代表辫状水道的钟型相结合。

图8 锦72井区盒1段顺物源方向（南北向）沉积相剖面图

图9 锦72井区盒1段横切物源方向（东西向）沉积相剖面图

图10 锦72井区盒1段沉积微相图

5 沉积模式

图11 锦72井区盒1段辫状河沉积模式图

在上述研究的基础上建立了锦72 井区盒1 段辫状河沉积模式（图11），从北到南，距离物源由近至远，地形坡度逐渐变缓，但旋回厚度逐渐变薄，岩石粒度逐渐变细，岩性由砾岩—砂砾岩—含砾粗砂岩—中粗砂岩—细砂岩依次变化，砂砾岩厚度由厚变薄，泥岩含量逐渐增多。根据图11 可知，研究区典型井锦72 井靠近物源区，沉积物以牵引流为主，发育大套厚层块状层理砂岩相和含砾粗砂岩相，砾石平均粒径为1.5 cm，最大粒径为4.0 cm，说明此处物源供给充足，地形坡度较陡，水动力条件变化慢，测井曲线特征表现为底部可见高幅厚层箱型，顶部可见厚层钟型。在辫流水道与河漫沉积的过渡区域，以锦69井为例，其岩相类型与锦72井相似，岩性以中—粗砂为主，分选相对较差，其中杂基含量高，沉积构造以块状层理为主。由于锦69 井位于盒1 段辫流水道边部，并与河漫沉积泥岩接触，可见大量不规则状泥岩撕裂屑，最大粒径为5 cm，呈悬浮状，这种沉积现象主要是由于河道边部泥岩垮塌，且未经搬运原地堆积而形成的，所以泥岩撕裂屑是原地垮塌沉积的典型沉积标志。测井曲线特征为锯齿状钟型和指型。锦73 井位于冲积平原南部，由于远离物源并且地形坡度逐渐变缓，水动力条件逐渐减弱，因此，辫状河道受季节性洪水控制显著［14］，河道迁移快，非均质程度变强。岩性逐渐变细，以细砂岩为主，砾石含量很低（最大粒径2 cm、平均粒径0.6 cm），杂基含量增大，泥岩厚度也逐渐增大，砂岩厚度减薄。垂向序列上以泥岩为主的河漫沉积微相较为发育，心滩规模减小。由于河道迁移变化快，砂体呈现出宽而薄的特征。测井曲线特征为中—高幅、中—薄层钟型和箱型与中—薄层线型不等厚互层。

6 结论

1）锦72井区盒1段沉积方式以牵引流为主，共发育7种岩相，最常见的岩相为块状层理砂岩相，其次为含砾粗砂岩相，其余各类岩相虽然发育但较少出现。

2）根据测井曲线形态总结出锦72井区盒1段共5种典型测井相和4种典型测井相组合，代表微相主要为心滩、辫流水道及河漫沉积及其垂向组合。

3）选取锦72井区不同沉积部位的典型井进行岩性与沉积微相综合描述，在此基础上建立了锦72 井区盒1段辫状河沉积模式，直观地表现了研究区冲积平原南北部不同沉积相带内沉积砂体的垂向沉积序列及平面展布特征。