鄂尔多斯盆地北缘近源砂砾质辫状河砂体构型与含气性

2019-11-13秦雪霏

石油实验地质 2019年5期

齐荣，李良，秦雪霏

(1.中国地质大学(北京) 海洋学院，北京 100083；2.中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，郑州 450006)

砂体构型研究是了解碎屑岩油气藏内部结构的一个重要手段，随着陆相碎屑岩油气藏勘探开发的深入，针对辫状河砂体构型的研究越来越多。对于砂质辫状河砂体构型的研究，主要研究手段包括野外露头解剖[1-5]、现代辫状河沉积解剖[6-9]、地下密井网条件下解剖[10-13]、探地雷达分析[7-8]、物理模拟实验[14]，主要研究内容包括辫状河岩相组合、构型界面、构型单元[1-19]、砂体内部隔夹层[20-22]、心滩储层内部构型[23-28]、辫状河储层地质模式[29]等。于兴河[30]认为砾石质辫状河一般属于近源辫状河，砂质辫状河一般属于远源辫状河。砾质辫状河的辫状水道和心滩经常被改造，很不稳定，构型研究成果较少，多集中在对野外露头的系统研究[31-34]。印森林等[31-32]对准噶尔盆地西北缘三叠系克上组砂砾质辫状河露头研究时提出，砂砾质河道充填过程中，形成大型槽状交错层理细砾岩相，再到粗砂岩相，最后过渡为水平层理泥质粉砂岩相序列。秦国省等[33]对准噶尔盆地西北缘吐孜阿克内沟八道湾组砾质辫状河露头进行了系统研究，识别出8种岩相类型和6类岩相组合，辫状河道及砾质坝为砾质辫状河主要的构型单元，少见砂质坝和废弃河道。前人针对鄂尔多斯盆地盒1段辫状河构型的研究也较多[35-40]，但多数集中在盆地腹部，属于远源砂质辫状河。张广权等[41]参考其他地区辫状河现代沉积、露头资料和直井资料，建立了杭锦旗独贵加汗区带盒1段辫状河的定量地质知识库，心滩长度6 500～8 500 m，心滩宽度3 000～4 500 m，心滩厚度主要在5～14 m，心滩长宽比1.85～2.30。

位于盆地北缘杭锦旗地区的独贵加汗区带，盒1段沉积期紧邻公卡汉古陆，发育辫状河沉积体系，河道改道频繁、横向迁移范围大、细砾石含量较高，应属于近物源砂砾质辫状河。该区盒1段砂体厚度较大、叠合连片范围较大且普遍含气，但砂体储集物性非均质性很强，造成砂体内部或砂体之间含气性变化较大。通过对该区盒1段大量岩心的观察描述，结合直井测井、录井资料分析，识别研究区近源砂砾质辫状河岩相类型和主要构型单元特征，并利用大量水平井和地震资料，统计得出构型单元规模参数，在此基础上统计心滩砂体、水道充填砂体的物性参数和含气性差异，以期丰富近源砂砾质辫状河砂体构型理论，并指导邻区水平井井网加密部署。

1 区域地质概况

早二叠世中晚期(下石盒子期)，随着兴蒙海槽的逐渐关闭，引起强烈的南北差异升降，加剧了早二叠世晚期鄂尔多斯盆地北部隆升、向南倾斜的构造格局，古气候向半干旱—干旱转变[42]，盆地北部以冲积扇—辫状河—三角洲沉积体系为主，伊盟隆起区则以冲积扇—辫状河沉积为主，形成了一套厚度较大、以粗粒为主的碎屑岩系。下石盒子早期(盒1)公卡汗凸起影响了杭锦旗地区西部的沉积，在其东南侧断层转换带位置(独贵加汗一带)形成典型的近源辫状河沉积。

独贵加汗一带盒1段辫状河沉积厚度20～60 m，向北西凸起方向减薄尖灭，砂体累计厚度一般在20～40 m之间，总体表现为河道较为顺直、河床不固定、心滩发育的特点，河道砂体主要为砂砾岩、含砾粗砂岩夹中、细粒砂岩。纵向上多期砂体叠置，在平面上形成复合连片特点。该区盒1段砂体普遍含气，储层孔隙度平均为9.0%，渗透率平均为0.81×10-3μm2，砂体的含气性与物性密切相关，是典型的岩性气藏(图1)。

2 岩相类型

通过对研究区盒1段岩心的岩性、粒度、沉积构造和颜色等特征分析，共识别出6种岩相类型(图2)。

Gm：块状砾岩相(gravel massive bedding)。砾岩由次棱角—次圆状、分选中等的砾石组成，整体表现为块状层理。厚度变化较大，一般为0.05～0.65 m。厚度较大时为砾质心滩主体强水动力条件下的沉积；厚度较小时(5 cm)为水道充填和心滩底部强水动力条件下的滞留沉积。与下部冲刷接触，偶见撕裂状泥砾。

Sgt：槽状交错层理含砾粗砂岩相(gravel-bearing sandstone trough cross bedding)。磨圆为次棱角—次圆状、分选一般；整体呈均匀块状。厚度一般为0.5～1.5 m，为心滩或河道中部强水动力条件下快速沉积充填的产物。

Sm：块状层理砂岩相(sandstone massive bedding)。以粗粒岩屑砂岩为主，偶见漂砾，整体呈均匀块状。厚度一般为0.5～3.5 m ，为砂质心滩强水动力条件下快速沉积充填的产物。

Sp：板状交错层理砂岩相(sandstone parallel bedding)。以中、细粒砂岩为主，为水道充填主体或发育心滩顶部，为河道砂体多次迁移摆动并在垂向上加积形成的产物或是心滩侧向加积形成的产物。

Sh：平行层理砂岩相(sandstone horizontal bedding)。以中、细粒砂岩为主；为水道充填主体或心滩顶部落淤处在较稳定水动力条件下沉积的产物。

图1 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒1段砂体分布范围

图2 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒1段砂砾质辫状河典型岩相岩心照片

M：块状层理泥粉岩相(massive bedding)。泥岩、泥质粉砂岩，颜色为红褐色、灰绿色或两者杂色，为河漫沉积。

3 构型单元

以Miall[43]提出的河流相储层构型分级理论为基础，可以认为盒1段叠置辫状河道充填复合砂体为6级构型单元，由若干个5级单一辫流带构型单元组成。研究区5级单一辫流带构型单元主要发育河道构型和溢岸构型两部分。河道构型进一步分为砾质心滩、砂质心滩和水道充填3个主要的4级构型单元；溢岸构型单元主要发育河漫4级构型单元。心滩构型则由多个3级增生体组成。

心滩分为砾质心滩和砂质心滩，一般具有Gm-Sgt-Sm、Gm-Sm-Sp、Sgt-Sm、Sm-Sp等4种岩相组合，粒度向上变细(图3)。砾质心滩以Gm相和Sgt相为主，底部常见冲刷面；砂质心滩底部发育滞留沉积，主体以Sgt和Sm相为主。两种心滩顶部均发育细粒沉积，属于落淤沉积。由于研究区辫状河靠近物源，心滩顶部细粒沉积多为中—细砂岩，难见粉砂岩和泥岩，且所占比例较小，一般厚约0.2～0.5 m，与水体能量强、河道易改道侵蚀原心滩顶部细粒沉积有关。心滩测井相(GR曲线形态)多为箱型，GR值30～55 API，内部由若干粒度向上变细的增生体组成(图4)，露头、岩心观察到的增生体厚度几十厘米到几米不等，3级增生体的构型界面为落淤层，表现为箱型测井相(GR曲线形态)的高GR尖峰。

水道充填一般具有Gm-Sp、Gm-St、Sgt-Sp、Sgt-St等4种岩相组合，粒度向上变细(图5)。与心滩岩相组合不同的是，底部Gm或Sgt粗粒沉积明显减薄，粗粒沉积多为河道底部强水动力条件下的滞留沉积。水道主体岩相为Sp和St，即中细粒沉积，厚度大，表明水道充填整体水动力较稳定，且比心滩沉积水动力弱。又因辫状河道经常改迁，故细粒沉积还代表河道改迁后，原河道演变为废弃河道的沉积，整体上水道充填测井相(GR曲线形态)多为钟型，GR值55～80 API。

图3 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区锦111井盒1段砂砾质辫状河心滩岩相组合垂向序列

图4 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区锦98井盒1段砂砾质辫状河心滩增生体岩相组合垂向序列

图5 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区锦111井盒1段砂砾质辫状河水道充填岩相组合图

纵向上，构型单元叠置样式主要有2种：心滩+心滩叠置样式和心滩+水道充填叠置样式。前者多位于河道中心，水动力强且稳定，心滩粗粒砂体长期沉积；后者多位于河道边部，心滩砂体厚度小，水道充填砂体厚度大，水动力较弱且稳定性差，偶尔洪水期可沉积一期心滩砂体。

河漫构型单元一般以M相为主，偶见Sd相。前者代表河漫泥沉积，测井相为直线型；后者代表河漫砂沉积，测井相为指型。河漫整体呈楔状或板状分布于辫状河道的边部。

4 心滩砂体规模参数(4级)及内部增生体(3级)构型解剖

在河流相储层的勘探开发中，首要任务是弄清河道砂体的规模。利用研究区水平井段近似与辫状河流向平行这一特征，在水平段根据岩性、电性差异进行心滩和水道充填识别，从而统计心滩长度，同时利用研究区直井对心滩厚度进行统计。结果表明，研究区盒1段心滩长度232～1 046 m，平均517 m，心滩厚度3～6 m。比张广权[41]利用地震属性和直井数据刻画的心滩规模明显偏小，认为地震属性分辨率有限，其更多反映的是盒1段辫状河复合体，即6级构型单元的规模，而不是4级心滩砂体的规模。李海明等[44]统计认为，不同沉积环境下现代辫状河道和心滩的沉积规模也各不相同，因此要明确辫状河类型后，才能应用前人的经验公式。本次利用李海明[44]建立的近源砾质辫状河的心滩宽度、长度以及辫流带宽度之间的函数关系，计算出研究区盒1段心滩宽度为43～386 m，平均172 m，辫流带宽度363～1 758 m，平均886 m，即心滩长、宽比值平均为3∶1，辫流带宽与心滩宽比值平均为5∶1。

图6 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒1段砂砾质辫状河砂体构型特征

在前人心滩内部构型、隔夹层和落淤层研究成果基础上[23-28，45-46]，结合上述构型研究结果，对水平井心滩展布及内部构型进行刻画(图6)。从JPH-364(水平井)—锦98(直井)—JPH-382(水平井)，纵向上钻遇2个5级单一辫流带，横向上共钻遇4个心滩，心滩长度300～500 m，心滩与水道充填侧向共生；水道充填、落淤层砂体粒度均以中细砂岩为主，但水道充填规模大，长度40～400 m，落淤层砂体规模小很多，多表现为高GR尖峰；坝顶水道和河漫大多为细砂—泥岩沉积，GR值大于120 API，但坝顶水道多发育在心滩顶部，河漫发育在单一辫流带间；心滩坝头比坝尾物性好、含气性也好。心滩内增生体粒度在纵向上向上变细，故根据瓦尔特相律，每个增生体横向上，即顺河流流向方向粒度也是由粗变细，每个心滩大致由3～4个增生体组成。

5 构型单元含气性

从岩性、物性和含气性等多方面统计，研究区盒1段心滩砂体岩性以砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩为主，含较薄中细砂岩夹层；随钻气测全烃值1%～62%，平均14.9%；岩心孔隙度5.5%～19%，平均11.5%；岩心渗透率(0.3～2.6)×10-3μm2，平均1.1×10-3μm2；含气饱和度45%～70%，平均60%。水道充填砂体岩性以中细砂岩为主，在底部可见薄层含砾粗砂岩；随钻气测全烃值0.1%～22.7%，平均6.5%；岩心孔隙度1.8%～8.7%，平均6.1%；岩心渗透率(0.03～1.0)×10-3μm2，平均0.42×10-3μm2；含气饱和度25%～55%，平均45%。由此可见，心滩砂体较水道充填砂体粒度粗、物性好、含气饱和度高，因此心滩砂体是研究区优势储集体，是勘探开发寻找的主要目标。