下寺湾山西组致密砂岩的粒度特征分析

冯 强 王凤琴 赵谦平

(1. 西安石油大学 地球科学与工程学院， 西安 710065； 2. 陕西省油气成藏地质学重点实验室， 西安 710065； 3. 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院， 西安 710065)

鄂尔多斯盆地是一个呈矩形、多旋回叠合的陆相大型含油气盆地，有6个二级构造单元，其主体为伊陕斜坡。下寺湾区块(在延安市甘泉县西北部)位于伊陕斜坡的中南部，区内的山西组构造平缓，褶皱和断层不发育，仅局部发育低幅度鼻状隆起[1-2]。山西组一段为主力勘探层位之一，岩性主要为灰白色细砂岩、灰色中砂岩、黑色泥岩，与深灰色粉砂质泥岩、粗砂岩、泥质粉砂岩及薄煤层组成不等厚互层。砂岩中，自生胶结物类型多样且含量变化大，包括方解石、铁方解石、铁白云石、菱铁矿、石英、绿泥石及伊利石等。本次研究，主要分析下寺湾区块山西组一段致密砂岩的粒度特征，为其沉积环境研究和储层质量评价提供依据。

1 分析方法

采用筛析法与薄片粒度法，对岩心样品进行粒度分析与划分。将测试所得的碎屑颗粒直径d换算为φ值(φ=-log2d)，按Robert Louis Folk和William C. Ward提出的参数公式[3]，用矩法计算样品数据的标准偏差、偏度和峰度等基本粒度参数，绘制粒度概率累计曲线和C-M图，再结合结构参数离散点特征分析沉积环境。

粒度分析的岩心样品，为下寺湾地区7口井采自山西组一段的46块岩心。

2 砂岩粒度特征

2.1 粒度分布特征

对岩心样品测量的颗粒平均每块约350粒。粒度测量计算结果见表1。

表1 下寺湾山西组一段砂岩颗粒的粒级分布

储层碎屑粒度的均值反映粒度分布的集中趋势，同时表示着搬运的动能均值。样品颗粒的平均φ值大致为1.209～2.981，属细砂范围。样品中均未见砾级(φ≤-1)和黏土(φ>8)组分。样品中均含有中砂(1<φ≤2)和细砂(2<φ≤3)。细砂出现的比例最高，为最活跃的沉积组分，平均占测试样品总数的50.13%；然后依次为中砂、粗砂(0<φ≤1)、巨砂(-1<φ≤0)、粉砂(3<φ≤5)、细粉砂(5<φ≤8)。样品的粒度分布较为集中，表明下寺湾山西组砂岩有较好的分选性。

粒度数据的标准偏差σ是沉积物颗粒分选性评价指标，反映实验样品粒径与平均粒径相比的分散程度。当0<σ≤0.5，表示分选性好；0.5<σ≤1.0，表示分选性中等；1.0<σ≤2.0，表示分选性差；σ>2.0，表示分选性极差。研究区46块岩心样品粒度的标准偏差为0.36～1.03，平均为0.51，说明目的层沉积物颗粒分选性好。

偏度表示频率曲线分布的对称性，反映着介质的类型与搬运能力的大小。46块岩心样品粒度数据的偏度值为-0.13～0.23，平均值约为0.03，表示多为正偏，偶有负偏。

峰度是频率曲线尾部展开程度与中部展开程度的比值，对照标准正态曲线，可说明曲线的尖圆程度。当峰度为1时，属标准的正态曲线；峰度小于1时为宽峰；峰度大于1时为窄峰。46块岩心样品粒度数据的峰度值范围为0.91～1.19，平均为1.03，接近标准的正态曲线。

2.2 粒度概率累计曲线特征

以横轴表示φ值，纵轴表示粒度累计出现概率，在正态概率图上绘制不等间距图。将纵轴的中点定为对称点，向两端逐渐增大，这样使得环境反映最为敏感的粗、细尾部放大，可反映沉积物粒度的大小与其分选性的关系[4]。统计分析46块砂岩样品的粒度概率，结果表明，粒度概率累计曲线主要为代表河流型的基本两段式与带过渡段的两段式(见图1)。

图1a所示为典型两段式，是以跳跃总体与悬浮总体为主。跳跃总体约占65%左右，分选性较好，线段倾角为65°。悬浮总体占比较少，约35%左右，分选性为中等，其线段倾角为20°。跳跃总体与悬浮总体的S截点，φ值约为2.75。

同样代表河流型的两段夹过渡式(见图1b)也是以跳跃和悬浮总体为主。在跳跃和悬浮总体之间夹着一个过渡段。过渡段中的碎屑物跳跃搬运与悬浮搬运同时进行，线段倾角为25°。跳跃总体的粒度相对较粗，分选性中等。占比次之的悬浮总体不太发育，线段倾角也较小，多为泥沙混合沉积物，分选性一般。

代表浅滩型的三段式(见图1c)是由悬浮总体、跳跃总体与牵引总体共同组成。牵引总体占比最小，线段倾角为30°左右。跳跃总体占比最大，线段倾角为75°左右，它与牵引总体交于T截点，φ值为2.0～2.5；与悬浮总体交于S截点，φ值为3.0～3.5。悬浮总体占比仅次于跳跃总体，线段倾角为50°左右，分选性好。三段式的整体倾斜角度偏大，分选性较好，其中发育少量的滚动搬运组分。

多段式(见图1d)是由多个次总体组成，其中有多个交点，线段倾角变化快，φ>1.5。多为细砂、粉砂岩，包含少量泥质沉积物，碎屑颗粒沉积物的组分相对杂乱，分选性差。

图1 样品岩心粒度概率累积曲线统计

2.3 粒度C-M图特征

概率累计曲线上颗粒含量1%处对应的粒径C与颗粒含量50%处对应的粒径M，最能反映介质搬运和沉积作用的能力。沉积物的搬运方式决定了粒度数据点在Passega图版上的位置，同时也能反映沉积物的沉积环境[5]。

将46块岩心样品的粒度分析数据投入Passega图版，结果如图2所示。其中，PQ为滚动段，QR为递变悬浮段，RS为均匀悬浮段。在PQ段主要为递变悬浮物，滚动颗粒成分为辅；向下游滚动时，C值逐渐变化，M值基本不变。在QR区域，流体中从顶部到底部悬浮物的粒度逐渐变细，C值与M值成比例变化。分布在QR区域的样品最多，分布在RS段的样品最少。在RS段是以均匀悬浮为主，由于均匀悬浮发生在上层水流中，故不受底层的影响，从上游至下游粒度几乎不变。

图2 岩心粒度C-M图

2.4 结构参数离散点特征

不同的沉积环境对应着不同的粒度参数，利用偏度和标准偏差的散点图，可将不同成因的砂质沉积物区别开来。按弗里德曼(Friedman)离散图方法，通过矩法偏度和矩法标准偏差的对应值，对46块岩心粒度数据进行投点分析。结果显示，数据点大多落于三角洲平原与前缘区域，少量数据点落于滨浅湖区(见图3)。这说明，下寺湾山西组一段主要的沉积亚相为三角洲平原与前缘区。

图3 岩心粒度数据的偏度与标准偏差离散图

3 粒度与储层物性的关系

沉积物颗粒的大小决定着沉积岩形成后的物性及其孔隙结构特征，从而控制着储层质量。综合分析研究区目的层致密砂岩的平均粒径和储层孔隙度、渗透率等参数，可知储层碎屑颗粒粒度与其物性存在相关性。下寺湾山西组储层孔隙度为1%～10%，孔隙度与粒径呈负相关关系。特别是在中砂质细砂岩和细砂岩中，粒径值增加，孔隙度会明显减小。研究区总体渗透率较低，一般为(0.01～0.08)×10-3μm2，多数分布在(0.01～0.04)×10-3μm2。渗透率与粒径也是呈负相关关系，在细砂质中砂岩、中砂质细砂岩和细砂岩中，这种负相关性更加明显。

4 结 语

鄂尔多斯盆地下寺湾地区山西组一段致密砂岩储层，主要发育细砂岩与中砂岩，其次发育粗砂岩，含少量粉砂与巨砂，整体分选性较好，以牵引流沉积为主。目的层致密砂岩粒度概率累计曲线，主要为代表河流型的基本两段式与带过渡段的两段式，浅滩型的三段式次之，多段式最少。

在沉积背景方面，山西组一段砂岩的粒度特征所反映的沉积特征为三角洲平原和前缘环境。

储层碎屑颗粒的粒度与储层物性存在相关性。随着沉积物平均粒径值的减小，储层的孔隙度与渗透率均呈现加大的趋势。