鄂尔多斯盆地子洲—佳县地区山西组测井相研究

2020-07-22郑庆华刘行军王自亮

榆林学院学报 2020年4期

郑庆华，刘行军，王自亮

(1.榆林学院化学与化工学院，陕西榆林 719000；2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部，陕西西安 710201)

鄂尔多斯盆地榆林气田上古生界二叠系天然气藏主要分布在山西组山2段。近些年来榆林气田加大了对其东南部子洲—佳县地区山西组的勘探开发力度，但其沉积相划分存在争议。陕西省地质矿产厅、叶黎明[1-2]等认为研究区山西组沉积相为近海沼泽相，上部有向河流相过渡的趋势；朱红涛[3]等认为研究区山西组为河流相；还有一些学者认为该区山西组主要发育辫状河三角洲沉积相[4-5]。本文在对子洲—佳县地区30余口天然气探井与开发井山西组测井响应特征研究基础之上，与录井地质资料相结合，研究了该区山西组的岩相和沉积相电性特征，结果表明榆林地区子洲—佳县山西组的山2段主要发育辫状河三角洲沉积相，其中最为发育的是辫状河三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相；曲流河沉积相主要发育在山西组的山1段。通过对该区山西组测井相特征的研究，有助于进一步寻找有利于天然气储集的砂体。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地为东缓西陡的不对称箕状向斜，其总体构造呈南北走向，可根据基底性质、地质演化历史和现今构造特征划分为六个一级构造单元(渭北隆起、伊盟隆起、天环拗陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和西缘逆冲带)。研究区位于伊陕斜坡东北部，总面积约6 630 km2(图1)。

图1 区域地质构造简图及研究区地理位置

晚石炭世晚期—早二叠世早期鄂尔多斯盆地基底抬升，在太原组灰岩之上沉积了山西组的地层，其上界为石盒子组底部灰绿色长石石英砂岩的底面，山西组厚度一般为80～120 m。岩性主要为浅灰色、灰色、灰白色、灰黑色含砾粗砂岩、粗砂岩、中—细砂岩、泥质砂岩、细砾岩以及灰色、灰黑色泥岩、灰黑色碳质泥岩、黑色煤层。

2 岩相分析

岩相是根据岩石结构特征划分出的几组岩石类型，是沉积盆地中各种沉积微相组成的基本单元[6-7]。不同的沉积微相通常由几种不同的岩相组成，不同类型的岩相具有不同地球物理特征。因此，可以通过地层的测井响应特征来判断不同的岩相[8]，进而为未取心的井区提供划分岩性的依据，还有助于对地层沉积微相做进一步分析。

14口取心井的录井地质资料表明，研究区山西组主要由细砾岩相、粗—含砾粗砂岩相、中—细砂岩相、泥质砂岩相、泥岩相以及煤层组成。对研究区98个层点岩相的电性特征值进行了统计，结合取心的结果来进一步的探讨各种岩相的测井响应特征，并做了深侧向视电阻率与自然伽马、深侧向视电阻率与补偿中子、深侧向视电阻率与声波时差的交会图(图2)。

图2 测井数据交会图

2.1 细砾岩相

细砾岩相中石英成份占70～75%，岩屑占15～20%，其它矿物约占10%，颗粒呈半棱角—次圆状，分选差，泥质—钙质胶结，较致密，砾径约2～3 mm。在测井曲线上自然伽马值一般为51～59 API，声波时差值195～230 μs/m，补偿中子值6～8 %，深侧向视电阻率值205～360 Ω·m。

2.2 粗—含砾粗砂岩相

粗—含砾粗砂岩相中石英成份占85～90 %，岩屑占5～10 %，其它矿物约占5 %，颗粒半棱角状—次圆状，分选差—中等，泥质胶结，较致密。所含砾石主要为石英砾，砾径2～4 mm。在测井曲线上自然伽马值一般为43～83 API，最低可到33 API，声波时差值193～226 μs/m，补偿中子值6～11 %，最低可到1 %，有较大范围的深侧向视电阻率值变化，一般为47～820 Ω·m，低深侧向视电阻率值主要是由于该岩相中含有一定量的地层水和相对较多的泥质，含气或相对致密的粗—含砾粗砂岩相深侧向视电阻率值明显升高。

2.3 中—细砂岩相

中—细砂岩相中石英成份占70～80 %，岩屑占15～20 %，其它矿物约占5 %，颗粒半棱角—次圆状，分选中等，泥质—钙质胶结，较致密。在测井曲线上自然伽马值一般为55～102 API，自然伽马值在有些地层段较高主要是因为这些层段细粒泥质物含量相对较多引起的，声波时差值为192～228 μs/m，补偿中子值为7～17 %，深侧向视电阻率值变化范围较大，一般为81～451 Ω·m。

2.4 泥质砂岩相

泥质砂岩相成分以石英为主，岩屑次之，泥质含量高且分布不均匀，呈条带状分布泥质胶结，致密。在测井曲线上自然伽马值一般为81～130 API，声波时差值为194～232 μs/m，补偿中子值为14～31 %，深侧向视电阻率值一般为61～180 Ω·m。

2.5 泥岩相

泥岩相主要为泥质沉积物，质地纯，较硬。在测井曲线上自然伽马值一般为101～160 API，声波时差值为202～250 μs/m，补偿中子值为19～32 %，深侧向视电阻率值一般为51～132 Ω·m。

2.6 煤层

煤层的主要特征是质轻，性脆，易燃易污手，碳化程度高。在测井曲线上自然伽马值一般为51～68 API，声波时差值大于400 μs/m，补偿中子值大于40 %，深侧向视电阻率值一般从几百到上千Ω·m。

山西组岩相的电性特征以及测井参数交会图的研究表明，从细砾岩、粗—含砾粗砂岩到泥岩相，自然伽马值有明显的增大，深侧向视电阻率值有明显的减小。因此，深侧向视电阻率与自然伽马交汇图能较好的区分出山西组的不同岩相。粗—含砾粗砂岩相以及中—细砂岩相深侧向视电阻率值变化范围比较大，主要是由于这些岩相中泥质含量、流体性质以及颗粒结构不同引起的。

3 测井相分析

由细砾岩相、粗—含砾粗砂岩相、中—细砂岩相、泥质砂岩相、泥岩相、煤层在纵、横向上的组合构成了山西组不同的沉积微相。不同岩相的电性特征不同，因此不同的沉积微相具有不同的测井相特征[9]。本文主要是利用GR、SP、RLLD曲线的幅度、形态、顶底接触关系、光滑程度对山西组的沉积相进行了分析，发现山西组的山2段主要为辫状河三角洲沉积相(以辫状河三角洲平原亚相和前缘亚相为主)，山1段主要为曲流河沉积相。

3.1 辫状河三角洲沉积相

(1)辫状河三角洲平原亚相

辫状河三角洲平原亚相是辫状河三角洲沉积的水上部分。研究区辫状河三角洲平原亚相主要由辫状河道沉积、辫状河道间沉积、心滩微相组成(如图3，4，5)。

①辫状河道沉积

研究区该微相沉积最为发育，其底部常发育河底滞留沉积，正粒序特征明显，发育冲刷面。该微相以粗—含砾粗砂岩相、中—细砂岩相为主，可见细砾岩相。自然伽马曲线以齿化的箱形、钟形为主，低值。自然电位曲线形态与自然伽马曲线相似，负异常幅度较大。深侧向视电阻率曲线幅度较低时为含水层或含气水层，曲线幅度中高时含气或岩性较为致密。

②辫状河道间沉积

辫状河道间沉积主要由河漫沉积和沼泽煤层组成，以泥质砂岩相、泥岩相为主，少量为细砂岩相。自然伽马曲线在泥岩段为高值的齿形，其值在泥质砂岩段有所降低，而煤层段最低。自然电位曲线在泥岩段为低幅度，泥质砂岩段幅度上升。深侧向视电阻率曲线在泥质砂岩、泥岩段为较低值的齿形，而煤层段其值最高。

③心滩

图3 榆3A井山西组辫状河三角洲沉积层序图

图4 榆6C井山西组辫状河三角洲沉积层序

图5 榆7B井山西组辫状河三角洲沉积层序

心滩底部通常发育有河底滞留沉积，向上粒度明显细，主要由粗—含砾粗砂岩相、中—细砂岩相、泥质砂岩相构成，可见有少量的细砾岩相和泥岩相。在垂向上，由于心滩易侧向迁移以及水流阵发性作用导致其可形成多个正粒序的叠加，层间无或具有较薄的细粒夹层。自然伽马在心滩底部为低值，向上明显增加，曲线呈齿化的箱形—钟型、钟形、塔形，在心滩内部的一个旋回中，底部呈突变，到上部为渐变。自然电位曲线在心滩的下部负异常幅度大，整个曲线的形态与自然伽马曲线相似。在粗—含砾粗砂岩段、中—细砂岩段中深侧向视电阻率值变化范围较大，含水层或含气水层曲线幅度较低，含气或较为致密岩性曲线幅度中高，在泥质砂岩、泥岩为较低值的微齿—齿形。

(2)辫状河三角洲前缘亚相

辫状河三角洲前缘亚相发育于湖水面至波基面之间，研究区辫状河三角洲前缘亚相可分为水下分流河道、水下分流河道间、河口坝沉积微相(如图3，4，5)。

①水下分流河道

辫状河三角洲平原亚相辫状河道的水下延伸就是水下分流河道，主要由粗砂岩相、中—细砂岩相构成，沉积物分选较好，具下粗上细的正粒序。自然伽马中—低值，曲线呈齿化的箱形、钟形。自然电位曲线有较大幅度的负异常，形态与自然伽马曲线相似。深侧向视电阻率曲线数值变化范围较大，呈中—高幅度。

②水下分流河道间

砂质泥岩相及泥岩相主要组成了水下分流河道间沉积。自然伽马曲线为高值的齿化箱形、钟形，自然电位曲线呈低幅度，深侧向视电阻率曲线为较低值的微齿—齿化箱形和钟形。

③河口坝

河口坝位于水下分流河道入湖的河口处，在湖水的冲刷和分选作用下，使泥质沉积物被带走，砂质的沉积物保存下来，河口砂坝的一个显著特征就是有明显的下细上粗的层序。研究区河口坝主要由粗砂岩相、中—细砂岩相组成。自然伽马在河口坝砂体上部为低值，向下明显增加，曲线呈齿化—微齿的漏斗形，曲线顶部与上覆层位呈突变接触。自然电位曲线在河口坝砂体上部负异常幅度大，整个曲线的形态与自然伽马曲线相似。深侧向视电阻率曲线数值变化范围较大，含水层或含气水层曲线幅度较低，含气或较为致密岩性曲线中高幅度。

3.2 曲流河沉积相

曲流河沉积一般发育盆地基底稳定时期，一个曲流河沉积旋回往往具有明显的二元结构。曲流河道亚相、堤岸亚相、河漫亚相在研究区主要组成了曲流河沉积。堤岸亚相进一步可分为天然堤和决口扇沉积，河漫亚相主要由泛滥平原组成。曲流河道亚相是二元结构的下部层序，堤岸亚相、河漫亚相组成了二元结构的上部层序(图6)。

图6 榆6D井山西组曲流河沉积层序

(1)曲流河道亚相

粗—含砾粗砂岩相、中—细砂岩相主要构成了曲流河道沉积，形成下粗上细的正粒序。自然伽马曲线为齿化低值的箱形、钟形。自然电位曲线负异常幅度较大。深侧向视电阻率曲线幅度较低时为含水层，中高时反映岩性较为致密。

(2)堤岸亚相

天然堤沉积主要由泥质砂岩相、泥岩相组成，发育在曲流河道上部，厚度一般在几十厘米到几米不等。自然伽马曲线为中—高值的指状，深侧向视电阻率曲线值较低。

决口扇沉积主要为泥质砂岩相、砂质泥岩相、泥岩相组成。自然伽马曲线为几个薄互层、幅度不同的指状，中—高值。深侧向视电阻率值比泛滥平原沉积层段要高。

(3)河漫亚相

河漫亚相主要为泥岩相、砂质泥岩相组成，厚度较大，其内可见舌状薄层的决口扇沉积物。泛滥平原沉积自然伽马曲线为高值、齿化的箱形。自然电位曲线呈低幅度。深侧向视电阻率曲线为较低值、微齿—齿化的箱形。

结合测井相特征与录井地质资料可以发现，研究区辫状河三角洲沉积相主要发育在山西组下部山2段，以辫状河三角洲平原亚相和三角洲前缘亚相最为发育；曲流河沉积相主要发育在山西组的山1段。在山2 段的上部地层中通常发育有三角洲前缘的河口坝沉积(图3，4)。辫状河三角洲沉积一般发育在盆地基底构造活动较为明显的时期，而曲流河沉积一般发育盆地基底稳定时期[10]，这表明从山西组沉积初期到后期，盆地基底的古构造活动逐渐趋于稳定。辫状河三角洲前缘河口坝沉积在山2段上部的出现表明，在山2段沉积末期，研究区有一次明显的湖平面上升。