四川盆地川中地区侏罗系沙溪庙组不同类型砂体地质特征及地震精细雕刻

付 蕾，张本健，曹正林，黄 东，白 蓉，李育聪，王小兰

1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油 西南油气田公司 勘探开发研究院，成都 610041；3.中国石油 西南油气田公司 技术咨询中心，成都 610051；4.中国石油 川庆钻探工程公司 地球物理公司，成都 610041

半个多世纪的勘探开发实践揭示，四川盆地侏罗系拥有丰富的致密油气资源，目前已发现五套含油气层位，其中储层条件尤以沙溪庙组河湖相砂岩最优，已申报公山庙、天池、双河等区块累计三级地质储量超5 000×104t。目前累产超万吨的油井有8口，主要分布在公山庙油田的沙溪庙组地层中。第四次全国资源评价表明，四川盆地侏罗系沙溪庙组河湖相砂体原油资源量达2.4×108t，进一步展示了该类型砂体油气巨大的勘探开发潜力[1-3]。

“十二五”期间以沙溪庙组河湖相砂体为勘探对象，先后实施的G003-H16、G117H两口先导试验井均获得22 t/d的高产工业油流，表明沙一段河湖相致密油气具埋藏浅、含油气性好、经济效益可观等诸多优势条件[4]。但与国内外其他陆相致密油气相比，还存在以下一些关键瓶颈问题[5-8]：①由于地层厚度大、砂体类型多、河道期次发育，还未系统开展砂层组精细划分与河道期次划分研究；②由于不同类型砂体沉积环境、砂岩岩性、砂岩粒度、砂体厚度、砂体物性、储层非均质性、含油气性等方面存在较大差异，还未在地球物理预测中有针对性开展识别预测工作，预测精度难以满足精细化勘探开发的需要； ③在目前资源、技术等客观条件下，要实现盆地致密油气的效益开发，不同类型砂体勘探开发潜力和勘探开发模式还未明确，下步勘探方向还未指出。针对上述问题，本文以侏罗系沙溪庙组河湖相不同类型砂体为对象，通过大量的勘探开发静动态数据分析，详细解剖和分析不同类型砂体特征，建立不同类型砂体的识别和预测方法，以期为下步沙溪庙组河湖相砂体勘探开发提供有效的技术支撑和勘探开发模式。

1 不同类型砂体地质特征

1.1 沙溪庙组地质背景

沙溪庙组为四川盆地中侏罗统一套陆相砂泥岩地层，厚度约为1 200～2 000 m，自下而上可分为沙一段和沙二段。沙溪庙组与下伏凉高山组通常分界标志明显，习惯上多采用“红黑”分界原则。但川中北部公山庙、龙岗等地区，由于紧邻沉积中心，沙一段底部岩性相变为一套灰绿色长石岩屑砂岩夹深灰、灰绿色泥岩，呈现一种弱还原—弱氧化的沉积环境；露头剖面及钻井取心均表明，沙一段灰绿色砂岩或灰色泥岩直接不整合覆盖在凉高山组上段的黑色页岩之上。因此，如果从泥岩的颜色上看，沙底(沙一段底部)与凉高山组上段分层标志不如南部区域明显。但二者在电性特征上仍然十分清楚，沙底表现为相对低伽马、高电阻率、低声波时差的砂泥岩互层特征；凉高山组则表现为高伽马、低电阻率、高声波时差明显的黑色页岩夹粉—细砂岩特征。此外，从砂岩矿物成分上分析，沙一段矿物成熟度低，石英含量在50%左右，长石为10%～20%，相对凉高山组高结构成熟度及高矿物成熟度而言，具有“贫石英、富长石、富岩屑”的特征，亦可作为二者分界的辅助标志。沙一段一般厚250～450 m，具有东厚西薄、北厚南薄的分布特征；岩性主要为紫红色、灰绿色泥岩夹薄—中厚层状砂岩组合。沙底向上大约40～60 m主要以灰绿色、浅灰色泥岩为主，夹薄—中厚层状粉—细砂岩[9-12]。

1.2 砂体类型及砂层组划分

印支晚幕运动改变了四川盆地侏罗纪的沉积格局，盆地开始进入侏罗纪红色盆地演化阶段。由于四川盆地西部大面积的抬升，沙溪庙组沉积时期处于一个持续水退阶段，湖水沿近南西—北东向退出，沉积了一套以紫红色、灰绿色及浅灰色泥岩为主，夹浅灰色、灰绿色细砂岩和粉砂岩的砂泥岩碎屑岩组合。其底部砂体(“关口砂岩”)与下伏凉高山组上段黑色页岩分界，顶部与上覆沙二段黑色、深灰色页岩(叶肢介页岩)分界，上下分层特征明显[13-15]。结合前期研究，根据岩性、沉积旋回、沉积微相等特征，进一步将沙一段中的沙一1、沙一2亚段细分为5个砂层组：第一砂组主要为滨浅湖相席状砂、滩坝砂，一般距沙底40 m以内；第二砂组距沙底40～100 m，主要为三角洲前缘相河道；第三砂组距沙底100～140 m，主要为三角洲平原相河道；第四砂组距沙底140～210 m，主要为三角洲平原相河道；第五砂组距沙底大于210 m，主要为三角洲前缘相河道(图1)。前人研究揭示，有利的沉积微相主要为底部的滨浅湖相席状砂和中下部的三角洲前缘—平原相河道砂(图2)。不同类型砂体划分为地震不同类型砂体精细刻画和准确反演以及储层含油气性预测奠定了地质基础。

图1 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段砂层组划分示意

图2 四川盆地公山庙地区侏罗系沙溪庙组沙一段沉积微相连井对比剖面

1.3 不同类型砂体储层特征

勘探开发实践表明，沙一段砂岩储层物性相对最好，根据587个岩心物性分析表明，沙一段储层物性孔隙度为0.4%～9.6%，平均3.1%；平均渗透率为0.23×10-3μm2，属于超低孔、超低渗致密储层[17-19]。不同类型的砂体具有不同的岩性、物性、孔喉以及压汞曲线特征。岩性分析表明，底部滩坝砂、席状砂粒度较细，主要为粉砂岩—细砂岩，河道砂水动力条件强，砂岩粒度较粗，主要为细砂—粗砂岩；物性分析表明，河道砂平均孔隙度为4.68%，明显高于底部席状砂平均孔隙度(3.10%)，总体上河道砂物性要好于底部席状砂、滩坝砂。席状砂、滩坝砂孔喉半径较小，一般在0.007 4～0.74 μm；河道砂孔喉半径稍大，一般在0.074～7.35 μm，不同期次河道中尤以Ⅰ期河道砂物性最好，其次为Ⅳ期、Ⅱ期、Ⅲ期河道砂(图3)。受沉积微相控制，滩坝砂和席状砂单层厚度薄一般介于0.5～3.0 m，延伸范围广，分布稳定，规模大；河道砂体单层厚度大，一般为5～30 m，纵向上多期叠置，侧向迁移快，摆动大，横向连续性差。

图3 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段不同类型砂体储集性能对比

2 不同类型砂体识别及预测

2.1 前期砂体识别及预测存在的问题

早期主要是将沙一段砂体作为整体来进行勘探开发，在砂体、储层预测中均按照同一套砂体识别、预测标准，如自然伽马小于90 API开展砂体预测，并在地震反演获得的对应弹性参数数据(纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、密度等)基础上，应用FFP技术即可得到砂岩概率预测结果和最大似然砂岩分布结果。在FFP砂岩预测结果的基础上，将反演纵波阻抗与反演密度相除得到反演速度体，利用反演速度体与砂岩提取样点相乘累加，编制各目的层砂体的厚度预测平面分布图20-23]。但席状砂与河道砂由于岩性、物性、砂体分布规律以及储层非均质性等差异较大，地球物理预测无法按照不同类型砂体开展精细划分和预测，不能满足精细化勘探开发的要求(图4)。

图4 四川盆地LG地区侏罗系沙溪庙组沙一段砂体不同标准反演剖面对比

2.2 不同类型砂体测井响应特征

根据地层岩性特征、沉积特征及测井响应曲线组合特征及其分辨率，沙一段自然伽马曲线对岩性变化的响应最敏感，因此以自然伽马曲线为主、以电阻率和声波时差曲线为辅进行沉积微相划分，并在岩心观察分析基础上，总结出沙一段不同类型砂体沉积微相的测井响应特征：(1)分流河道或水下分流河道微相，自然伽马曲线呈中—高幅，光滑程度呈现微齿状或光滑形两种，曲线形态一般呈箱形、钟形、叠置箱型或钟形—箱形的复合形，底部突变、顶部渐变或顶底面均突变，单个河道砂体的电性曲线特征呈钟形或箱形，叠置河道砂体呈叠置钟形、叠置箱形或钟形+箱形的组合形态；(2)滨浅湖席状砂微相自然伽马曲线呈中—低幅指形；(3)滩坝微相自然伽马曲线呈中—低幅漏斗形或齿化箱形(表1)。

表1 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段有利砂体测井相特征

2.3 不同类型砂体预测标准

沉积相演化揭示，由沙底向上水体变浅，由滨浅湖向河流相转化。底部席状砂泥质含量高，粒度细，属于滨浅湖沉积相；中下部河道砂水体能量强，泥质含量低，粒度粗，属于河流相。勘探开发揭示，不同类型砂体具有不同的地质特征，为了满足不同类型砂体的精细刻画与预测要求，首先应该明确不同类型砂体的测井曲线特征和地球物理响应特征。研究表明，底部滨浅湖相席状砂(滩坝砂)自然伽马值为50～100 API，加权平均值为71.33 API，算术平均值为74.76 API；中下部三角洲前缘—平原相河道砂自然伽马值约为40～90 API，加权平均值为62.16 API，算术平均值为65.33 API(图5)。

不同沉积环境砂岩具有不同的电性特征，如果按照一套自然伽马值标准来进行反演，必然导致河道地质特征不清，无法精细刻画不同类型砂体的空间展布特征。根据不同类型砂体测井曲线值分析表明，河道砂预测标准为自然伽马值小于65 API；席状砂预测标准为自然伽马值介于65～75 API之间。

图5 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段不同类型砂体测井曲线参数交会图

2.4 不同类型砂体预测效果

由于不同类型砂体在空间发育位置不同，从沉积演化和区域内砂体纵向分布看，席状砂(滩坝)主要分布在沙底以上40 m的范围内，河道砂主要分布在距沙底40 m以上的范围。为了精细刻画和预测不同类型的砂体，针对席状砂(滩坝)，将研究时窗提取在沙底向上0～20 ms以内，针对河道砂，将研究时窗划分在沙底向上20～100 ms范围内。按照FFP技术预测各目的层砂体的厚度预测平面分布图，与前期一套砂体预测标准、不分时窗预测结果(图6a-c)相比，按照不同砂体预测标准、分时窗分别预测结果(图6d-f)，其河道边界更为清晰，河道在平面上的展布特征更符合河道沉积特征，这为后期储层预测及有利区的优选奠定了坚实的基础。

图6 不同标准预测四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段砂体效果对比

3 勘探潜力及方向

3.1 不同类型砂体勘探开发成效分析

底部席状砂(滩坝砂)虽然物性较差，厚度薄，但稳定分布，且由于直接与下伏的凉高山组烃源岩接触，因此其成藏配置条件较好，砂体普遍含油气。河道砂虽然纵向上发育期次较多，厚度大、物性好，但由于砂体与烃源岩的距离一般大于50 m，因此需要断裂将烃源岩和砂体进行有效沟通才能成藏，河道砂的含油气性主要依靠源储断裂，成藏条件较席状砂(滩坝砂)苛刻。从目前的统计结果看[24-25]，席状砂、滩坝砂试油16口井，获油气井12口，单井平均测试产量为18.1 t/d，单井平均累产4 437 t，目前已经累产原油53 243.84 t，已有3口井累计产量超10 000 t。河道砂试油14口井，获油气井9口，单井平均测试产量为17.4 t/d，单井平均累产7 758 t，目前已经累产原油81 194.64 t，已有4口井累计产量超10 000 t(表2)。

表2 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段不同类型砂体勘探开发成果

由图7可见，砂岩厚度与累计产量存在较好的正相关关系，砂体越厚累计产量越高，因此在输导条件较好的地区，厚层河道砂是高产、稳产的主要对象。

图7 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段砂体厚度与测试产量、累计产量关系

3.2 勘探开发模式及方向

根据沙一段河道砂特有的地质特征和含油气性，勘探过程中应在凉高山组上段烃源岩发育区内，重点刻画河道的空间展布以及与之搭配的烃源岩断裂。为了降低勘探风险、减少投资、最大限度地动用不同期次河道的油气，应采用立体勘探的方式，采用直井或者大斜度井进行有效的勘探和动用。由于沙一段底部席状砂、滩坝砂厚度薄、分布稳定，勘探中重点应在凉高山组烃源岩发育区内寻找上覆沙一段优质有利砂体，并结合裂缝预测成果，落实甜点区，采用工厂化作业的方式，以水平井组进行勘探开发(图8)。

图8 四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段不同类型砂体特征及勘探开发模式

4 结论

(1)四川盆地侏罗系沙溪庙组沙一段湖泊—河流沉积体系中的砂体，具有资源量大、物性相对较好、勘探开发效果好等特点，是目前浅层致密油气勘探开发的现实对象。底部滩坝砂、席状砂粒度较细，主要为粉砂岩—细砂岩，水动力条件弱，砂体平均孔隙度为3.1%，具有大面积稳定分布的特点；河道砂粒度较粗，水动力条件强，主要为细砂—粗砂岩，砂体平均孔隙度为4.68%，具有纵向上多期叠置、侧向迁移快、摆动大，横向连续性差的分布特点。

(2)通过对席状砂体、河道砂体的测井分析，河道砂预测标准为自然伽马值小于65 API，席状砂预测标准为自然伽马值介于65～75 API，在此基础上分时窗开展了不同类型砂体的精细识别和空间预测，建立起了一套适用于湖泊—河流沉积体系中不同类型砂体精细刻画与预测的方法体系。

(3)河道砂油气应采用立体勘探的方式，以直井或者大斜度井进行有效的开发和动用；底部席状砂、滩坝砂油气，可采用工厂化作业的方式，以水平井组进行勘探开发。