砂质辫状河心滩及河道砂微相的识别特征与方法

李 磊，赵永刚，马超亚，金绍臣，赵永鹏，杨路颜

(1.西安石油大学，陕西 西安 710065；2.陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065；3.中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710200)

0 引 言

针对砂质辫状河沉积微相的划分研究，于兴河结合Miall的河流分类，提出了砂质辫状河的分类体系，并认为河道沉积中以心滩发育为主[1]；张勇在研究山东临邑北部大芦家地区馆三段砂质辫状河沉积类型时，提出了心滩与河道充填共同构成了辫状河河道亚相最主要的2种微相类型[2]；季汉成等学者在对河北省迁西、迁安、滦县一带现代辫状河沉积考察时，将河道的沉积类型分为心滩与分支河道[3]。其中，河道充填微相与分支河道微相的分布位置及沉积特征有相似性。随着油田开发的不断深入，河道亚相中单一的心滩微相划分方案已不能满足单砂体刻画和剩余油分布研究的实际需要。该文在研究陇东油区中部Z304-5井区延10油层组沉积微相的实践中，发现Z304-5井区三级河谷限制的砂质辫状河河道亚相中除了发育心滩微相之外，还发育了一种影响砂体展布与规模的微相类型——河道砂，河道砂微相是辫状河古环境恢复所得到的一种具有统计学意义的控砂微相类型。

针对Z304-5井区延10油层组砂质辫状河沉积相，通过综合地质特征、测井响应特征、平面展布特征等定性与定量、沉积学与测井学相结合的方法，对心滩和河道砂微相进行识别区分，并总结出识别砂质辫状河心滩、河道砂微相的一套具体方法，为该井区砂体预测与储层评价提供沉积相研究的技术支撑。为鄂尔多斯盆地或其他盆地具有相似沉积特征的油藏或井区砂质辫状河沉积微细精细研究提供一些重要借鉴。

1 研究区概况

Z304-5井区位于甘肃陇东油区中部，区域构造上隶属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西南部。该区下侏罗统延安组按岩性、古生物及旋回特点划分为10个油层组，其中延10油层组岩性主要以细—中砂岩为主，是该区主力开发层位，也是中生界最重要的含油层段之一。根据沉积旋回特征，将延10油层组自下而上划分延103、延102、延101三个砂层组。延101地层厚度为12～30 m，延102地层厚度为14～31 m，延103地层厚度为14～34 m，各砂层组地层稳定，厚度相当。

鄂尔多斯盆地西南部早侏罗世富县期和中侏罗世受古地貌控制，在延10期的主要沉积类型为砂质辫状河，其物源体系与前侏罗纪古河谷的展布方向及古水流方向密切相关[4-10]。Z304-5井区延10期河流沉积的基底位于鄂尔多斯盆地西南部前侏罗纪古河谷的三级河谷，该三级河谷为镇北支河谷的次一级河谷，自南向北展布[11]。目前，从研究区延10油层组砂质辫状河沉积相中识别出河道、河道间、河漫3个亚相类型(表1)。其中，河道亚相中的心滩、河道砂微相沉积极为发育，构成了研究区砂质辫状河的沉积主体，为此次研究的主要对象。

表1 Z304-5井区延10油层组沉积相类型划分

2 地质识别特征

2.1 岩性特征

沉积岩岩性的研究对微相识别和区分具有重要参考价值[12]。由于水动力条件和沉积方式的差异，心滩和河道砂2种微相在岩性上表现出比较明显的差异。

2.1.1 心滩

研究区延10油层组岩心中心滩微相的沉积物粒度整体要粗于河道砂微相。延10期辫状河沉积远离物源区，经过长时期搬运，沉积物粒度整体偏细，以细—中砂岩、粉砂岩、泥岩为主，见少量含砾砂岩。以研究区西部Z250井延103砂层组为例，心滩微相发育于1 945.000～1 951.200 m。自下而上：1 947.800～1 951.200 m以中砂岩为主，单砂体厚度约为2.4 m；1 946.200～1 947.800 m以细砂岩为主，单砂体厚度约为1.6 m；1 945.000～1 946.200 m以粉砂质泥岩为主。该心滩微相段整体粒度下粗上细，具正韵律特征(图1)。

图1 Z250井延103砂层组沉积微相及对应岩性类型

2.1.2 河道砂

河道砂微相是沉积物在卸载作用下以砂质充填为主所形成的。随着水动力的增强，水流携带的泥沙在心滩两翼发生自然卸载，后期随着水动力的减弱，沉积的岩性逐渐变细。统计表明：研究区延10油层组河道砂的岩性粒度较心滩细，主要发育细砂岩、粉砂岩。以研究区西部Z250井延103为例(图1)，河道砂微相对应的井段1 943.300～1 944.100 m主要以细砂岩为主，单砂体厚度约为1.0 m，河道砂微相的沉积韵律性虽看起来不明显，但是仍然可以识别出自下向上变细的正粒序。

2.2 沉积构造特征

沉积构造是对沉积环境和水动力的直接反映[13]，不同的沉积环境具有不同的沉积构造。通过观察研究区延10油层组岩心发现：心滩由于河流的水动力较强，底部发育以平行层理、交错层理、板状斜层理为主，心滩沉积在不稳定的水动力条件下也出现波状层理。河道砂所处的环境水动力条件较弱，常发育均质层理，波状层理。

上述层理均属于流动成因沉积构造，反映出延10油层组心滩、河道砂沉积时期水动力强弱变化的差异性，对心滩、河道砂微相的识别可提供重要参考价值。

3 测井响应识别特征

3.1 测井曲线形态

沉积相与测井相之间具有较好的对应关系，不同沉积相因其成分、结构、构造等不同造成测井曲线所具有的幅度和形态不同[14]。因此，通过测井曲线形态，并结合沉积模式可对辫状河心滩和河道砂作定性的区分。分析研究区延10油层组的GR曲线发现，典型心滩微相的GR曲线以箱形、钟形-箱形叠加为主，河道砂微相多呈钟形。

以研究区中部Z297井延103上部GR曲线为例(图2a)。心滩微相所对应的GR测井曲线主要呈齿化箱形，顶部与底部均为突变式接触，底部可能由于冲刷面导致突变，顶部突变表明在该区水动力条件减弱，物源供给中断在其顶部形成约为1 m的“河道间泥”。统计表明，研究区延10油层组心滩微相所对应的箱形GR测井曲线以中—高幅度为主。

以研究区西北部Z303-03井延103下部GR曲线为例(图2b)。河道砂微相所对应的GR曲线以光滑-微齿化钟形为主，钟形曲线顶部和底部均呈渐变式接触，说明了研究区发育在三级河谷，水动力条件相对较弱、物源供给逐渐减少。统计表明，研究区延10油层组河道砂微相所对应的GR测井曲线幅度一般为中—低幅。

3.2 蛛网图

利用岩性特征、沉积构造特征以及测井曲线形态识别沉积微相的方法多属于定性识别(图3)，存在一定的局限性：①对于取心井可以通过地质特征进行识别，但对于未取心井却无法直接进行岩性描述；②自然伽马测井和自然电位测井可以指示地层中黏土和泥质的含量， 但砂层中含油气时会使自然电位的幅度更低，因而测井曲线形态定性识别方法并不是固定不变的。如能将几种测井资料结合起来使用， 则可降低单一测井资料分析带来的多解和误差。

图2 Z304-5井区延10油层组测井曲线特征和沉积相类型

图3 Z379井延102砂层组6类测井曲线对应关系

蛛网图是一种数据表征技术，可对多变量数据资料进行综合分析[15]。在基础地质方面，蛛网图被广泛应用于岩性识别，取得了较好的效果[16-17]。在沉积相方面，雍世和认为同一沉积环境中，某类沉积微相的地层具有一组特定的测井参数值(包括测井响应值和从测井资料提取与岩性有关的信息)[18]，不同沉积微相的岩层具有不同形状的蛛网图，通过蛛网图形状的不同可以对沉积环境进行定量识别。杨超通过蛛网图识别出了三角洲前缘的沉积微相，并认为蛛网图在识别沉积微相时具有较强的稳定性和可识别性[19]。此次研究利用测井和岩心录井等资料绘制了该区心滩和河道砂微相测井评价蛛网图，其优点是将6种测井曲线的波动幅度，在二维平面上直观、形象地反映出来，从而充分显示了研究区心滩和河道砂微相的差异。以研究区西南部Z379井延102砂层组为例，对蛛网图的识别方法进行说明。

3.2.1 提取数据

根据Z379单井的沉积微相特征和测井分析的解释成果，选取了该井河道砂与心滩微相所对应的1 784.882～1 787.612 m、 1 792.550～1 802.355 m井段(图3)，利用Gxplorer软件，采用0.125 m作为一个采样间隔，目的是尽可能的将心滩和河道砂微相所对应的井段分为许多近似均分的井段，达到减少误差目的，然后分别读出各个均匀层所需要的测井参数值(AC、GR、DEN、SP、CNL、Rt)，统计了心滩和河道砂测井曲线响应特征值范围(表2)。

3.2.2 处理数据

为避免各测井曲线量纲以及数量级的干扰，在绘制蛛网图前，需通过对各测井参数指标进行归一化处理，归一化公式见式(1)、(2)，归一化结果见表3。

表2 Z379井心滩和河道砂微相测井曲线响应特征值范围

(1)

(2)

式中：Ai为该测井曲线在该数据点的归一化值；ai为该测井曲线上该数据点对应的测井值；amin为微相段测井曲线的最小值；amax为微相段测井曲线的最大值；N为微相段内的数据点个数；X为微相段测井曲线归一化值。

表3 Z379井心滩和河道砂微相归一化的测井评价参数

3.2.3 制作蛛网图

以Z379井建立的心滩和河道砂微相归一化后的测井评价参数(表3)为基础，利用EXCEL的图形功能绘制出沉积微相测井评价蛛网图(图4)。分析表明：心滩微相AC曲线尖峰明显，呈单峰近似不规则的五边形(“”形)，其中，AC归一化值多在0.60左右(237 μs/m)，SP归一化值最低，约0.23(-10 mV)。河道砂微相主要呈双峰规则的六边形(“”形)，峰值在Rt、DEN上，其中，GR、Rt、DEN的归一化值均高于心滩微相。总体来说，河道砂微相测井响应曲线蛛网图含盖面积和充填范围要比心滩微相大，可能与河道砂微相在河道亚相中所形成的厚度不大、粒度较细的毯状或席状砂体有关。

图4 Z379井延102心滩和河道砂微相测井评价蛛网图

4 平面展布识别特征

以砂层组为编图单位，编制了Z304-5井区延102沉积微相平面展布图(图5)。由图5可知，延102为该区开发的主力层，心滩和河道砂不断交错，心滩微相呈孤立的不规则状被河道砂微相包围，形成互嵌式配置格局，且砂体连片性好。这种格局与研究区延10期辫状河发育于三级河谷，物源供给不充足、水动力条件相对较弱有一定关系。

图5 Z304-5井区延102沉积微相平面展布

研究区主体河道宽阔，由一个辫状主流带分叉为2条辫状河道，砂体厚度分布稳定，心滩和河道砂微相占工区面积的近2/3。河道砂微相的发育受到河漫滩的限制，主要呈条带状自南向北方向展布砂体，宽度约为1～2 km，砂体厚度集中在1.08～4.27 m，砂体平均厚度为2.06 m(表4)。心滩微相被河道砂微相包围，呈孤立的不规则状自南向北展布。据统计，研究区共识别出7个心滩微相，主要分布在Z297—Z250井一带以及Z301-3、Z301-7、Z303-7、Z304-5、Z308-11、Z309-5井周边，西部和西北部Z297—Z250井一带的不规则心滩面积最大，约为4.83 km2，Z309-5井周边最小，面积约为0.03 km2；心滩砂体较厚，厚度为4.00～11.67 m，平均厚度约为7.32 m(表4)。

表4 Z304-5井区延102微相类型及对应砂体厚度

5 结 论

(1) 研究区延10油层组发育砂质辫状河沉积，心滩和河道砂为最主要的控砂微相类型。通过延10油层组的岩性、沉积构造和测井曲线形态能够定性识别区分心滩与河道砂微相。心滩微相GR曲线形态以箱形、钟形-箱形叠加为主，河道砂多呈钟形。

(2) 选用自然伽马、声波时差、补偿密度、补偿中子、电阻率和自然电位等6类测井，提取测井参数，绘制沉积微相测井蛛网图，心滩和河道砂微相蛛网图的形状和面积差异较大，心滩微相图形以单峰“近似不规则的五边形”为主，河道砂微相图形呈双峰“规则的六边形”。

(3) 研究区延102油层组河道砂微相的发育受到河漫滩限制，呈条带状自南向北方向展布；心滩微相呈孤立的不规则状展布，被河道砂微相包围。

(4) 通过综合地质特征、测井响应特征、平面展布特征等定性与定量、沉积学与测井学相结合的方法对心滩和河道砂微相进行识别区分，减少了砂质辫状河心滩与河道砂微相识别的误判，提高了微相识别的合理性和准确性。