安塞油田長10油層組砂巖粒度與沉積環(huán)境的關(guān)系

劉正偉， 李文厚， 張 龍， 王 博， 李永鋒

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系， 陜西 西安 710069； 2.長慶油田分公司第一采油廠， 陜西 延安 716000； 3.長慶油田公司勘探開發(fā)研究院， 陜西 西安 710018)

0 引 言

長10油層組是安塞油田近年來發(fā)現(xiàn)的新含油層系，近年來的勘探開發(fā)為地質(zhì)研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料.研究區(qū)取心資料豐富，為利用砂巖粒度分析判別沉積環(huán)境提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ).本文以安塞油田長10油層組砂巖為例，通過對粒度參數(shù)特征、粒度判別函數(shù)、C-M圖解和概率累積曲線形態(tài)等特征的分析，對砂巖粒度特征與沉積環(huán)境判別進(jìn)行了討論.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地延長組長10油層組屬于中三疊世晚期到晚三疊世早期沉積，與早期紙坊組呈區(qū)域性平行不整合.長10期盆地強(qiáng)烈下陷，沉積環(huán)境巨變，水體加深，流速加快，碎屑物質(zhì)快速充填，沉積地層厚度大，粒度粗，河流沖積沉積體系廣覆盆地大部分地區(qū)，沉積體多期沉積，沖刷作用強(qiáng)[1].安塞油田位于鄂爾多斯盆地東部，地質(zhì)區(qū)劃上屬陜北斜坡.沉積物中層理類型豐富多樣，發(fā)育槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理等.

2 砂巖粒度與沉積環(huán)境分析

沉積物的粒度分布主要受搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)方式、沉積環(huán)境等因素的控制[2，3]，因此通過對沉積物的粒級分布、粒度特征參數(shù)、粒度判別函數(shù)、C-M圖解和概率累積曲線等研究可分析沉積物所處的沉積環(huán)境.

2.1 粒級分布

沉積物粒度分布是物質(zhì)來源、沉積區(qū)水動力環(huán)境、輸移能力和輸移路線的綜合反映[4].由物源區(qū)進(jìn)入沉積區(qū)碎屑物往往粗細(xì)不一，在水動力較強(qiáng)的地方沉積物較粗；反之，在水動力條件較弱的地方沉積物較細(xì)[5].安塞油田長10油層組粒級以細(xì)砂-中砂為主，細(xì)砂含量57.39%，中砂含量16.16%，粗砂巖含量16.16%，反映出沉積物距離物源區(qū)不遠(yuǎn)，水動力條件中等.

2.2 粒度特征參數(shù)

?？说葘＜覍W(xué)者認(rèn)為平均粒徑Mz、標(biāo)準(zhǔn)偏差σ、偏度SK1、峰度KG等參數(shù)可以反映粒度特征[6].由于每一個粒度參數(shù)都以一定的數(shù)值定量地表示碎屑物質(zhì)的粒度特征，因此這對于判斷沉積物質(zhì)搬運(yùn)時的水動力條件、鑒別沉積環(huán)境的依據(jù)提供了良好的分析條件.

圖1 安塞油田長10油層組粒級分布直方圖

(1)平均粒徑(Mz)：表示粒度分布的集中趨勢.根據(jù)?？说亩x，平均粒徑為：

(2)標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)：表示顆粒分選程度的度量.標(biāo)準(zhǔn)偏差公式為：

用標(biāo)準(zhǔn)偏差確定分選級別的標(biāo)準(zhǔn)為：分選極好，偏差值<0.35；分選好，偏差值0.35～0.50；分選較好，偏差值0.50～0.71；分選中等，偏差值0.71～1.00；分選較差，偏差值1.00～2.00；分選差，偏差值2.00～4.00；分選極差，偏差值>4.00.

(3) 偏度SK1：偏度被用來判別粒度分布的不對稱程度.偏度公式為：

?？?1966)按偏度值SK1將偏度分為5級：很負(fù)偏態(tài)，偏度值-1～-0.3；負(fù)偏態(tài)，偏度值-0.3～-0.1；近于對稱，偏度值-0.1～0.1；正偏態(tài)，偏度值0.1～0.3；很正偏態(tài)，偏度值0.3～1.

表1 安塞地區(qū)長10油層組粒度特征參數(shù)表

(4)峰度KG：用來衡量粒度概率曲線的尖銳程度,也就是度量粒度分布的中部與兩尾端的展形之比.峰度公式為：

?？说扔肒G值確定了峰值的等級界限：很平坦，峰度值<0.67；平坦，峰度值0.67～0.9；中等(正態(tài))，峰度值0.90～1.11；尖銳，峰度值1.11～1.56；很尖銳，峰度值1.56～3.00；非常尖銳，峰度值>3.00.表1為安塞地區(qū)長10油層組段39塊樣品圖像粒度分析統(tǒng)計的特征參數(shù).表中粒度均值介于1.26～3.23Φ，平均為2.30Φ；標(biāo)準(zhǔn)偏差介于0.47～0.96，平均為0.666Φ；偏度介于0.34～2.37，平均為1.016；尖度(峰度)介于2.88～8.83，平均為5.483.統(tǒng)計結(jié)果表明，長10層段砂巖主要為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)，分選中等～較好，以正偏態(tài)為特征，并且峰值以很尖銳.由此可見，長10砂巖沉積時的水動力能量較強(qiáng)，顆粒分選中等～較好也反映出沉積物距離物源區(qū)具有一定的距離.

2.3 粒度判別函數(shù)分析

薩胡根據(jù)大量粒度分析資料統(tǒng)計，求出不同沉積環(huán)境下沉積物的平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度和尖度這4個粒度參數(shù)的變化以及一個沉積物內(nèi)4個參數(shù)間的關(guān)系，得出4個綜合公式和關(guān)系圖，以區(qū)別沙丘、海灘、淺湖、河流和濁流這5種常見的沉積物.應(yīng)用判別公式的優(yōu)點(diǎn)在于，只要少量的樣品或一個樣品的粒度參數(shù)資料即可提供解釋環(huán)境的參考價值.判別公式如表2所示.

表2 鑒別沉積環(huán)境的粒度參數(shù)綜合公式

根據(jù)薩胡(Sahu，1964)沉積環(huán)境判別公式(3)和公式(4)判別沉積環(huán)境，公式(3)統(tǒng)計認(rèn)為，如果Y>-7.419 0，則判斷沉積環(huán)境為淺湖(海)相沉積；如果Y<-7.419 0，則判斷沉積環(huán)境為河流相沉積.公式(4)統(tǒng)計認(rèn)為，如果Y>9.843 3，則判斷沉積環(huán)境為河流相沉積；如果Y<9.843 3，則判斷沉積環(huán)境為濁流相沉積.長10油層的粒度參數(shù)計算結(jié)果表明，Y3反映沉積環(huán)境為河流湖泊相沉積，Y4反映沉積環(huán)境為河流相沉積，說明長10油層組屬于河流-三角洲沉積.

2.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)散點(diǎn)圖解

2.5 粒度概率累積曲線

粒度概率累積曲線可以較好地區(qū)分顆粒的搬運(yùn)性質(zhì)和水流強(qiáng)弱及有無回流等特點(diǎn)[10,11].砂巖顆粒的搬運(yùn)方式可以分為滾動、跳躍和懸浮搬運(yùn)3類，在曲線上可分別連成各自的線段，組成3個次總體，線段的斜率反映了該次總體的分選性，斜率大，分選性好；斜率小，分選性差[12].

根據(jù)安塞地區(qū)長10砂巖儲層的粒度分析繪制了概率累積曲線，經(jīng)綜合分析為三段式.

研究區(qū)目的層段內(nèi)，部分樣品粒度概率圖上有滾動搬運(yùn)組分，這是相對粗粒的組分，但三段式概率累積曲線以跳躍總體為主，斜度在60°～70°之間，分選中等，與滾動總體的截點(diǎn)在0.75～2.0φ之間，與懸浮總體的截點(diǎn)在2.75～4.0φ之間；其次為懸浮次總體，斜度在10°～35°之間；還有較少部分的滾動次總體部分，其斜度在15°～35°之間.三段式結(jié)構(gòu)為典型的牽引流沉積，反映了沉積物沉積時水動力能量強(qiáng)，河道底部發(fā)育底沖刷明顯(圖2).

圖2 安塞油田長10砂巖結(jié)構(gòu)粒度概率累積曲線

2.6 C-M圖解

C-M圖是是應(yīng)用每個樣品的C值和M值繪成的圖形，C值是累積曲線上顆粒含量1%處對應(yīng)的粒徑，M值是累積曲線上50%處對應(yīng)的粒徑.C值與樣品中最粗顆粒的粒徑相當(dāng)，代表了水動力攪動開始搬運(yùn)的最大能量；M值是中值，代表了水動力的平均能量[16].Passega將搬運(yùn)沉積物的底流分為牽引流和濁流兩種形式.牽引流是以滾動或懸浮兩種方式搬運(yùn)沉積物的，而濁流主要以懸浮方式搬運(yùn)沉積物.牽引流沉積的典型圖形可劃分為N-O-P-Q-R-S各段；而濁流沉積的C-M圖是很好的平行于C=M基線的圖形.研究區(qū)長10油層組段碎屑巖粒度并分析C-M圖發(fā)現(xiàn)，總體上為牽引流沉積模式，圖中PQ段以懸浮搬運(yùn)為主，但含有少量滾動搬運(yùn)組分；組分含量最多的QR段代表遞變懸浮沉積，遞變懸浮搬運(yùn)是指在流體中懸浮物質(zhì)由下向上粒度逐漸變細(xì)，密度逐漸變低，它最大的一個特點(diǎn)就是C與M成比例的增加，從而使這段圖形與C=M基線平行(圖3).在C-M圖中，C值與M值的差異不是很大，說明沉積物分選較好，同時也說明沉積物與河流-三角洲相沉積特征較為吻合.

圖3 安塞油田長10油層組碎屑巖粒度C-M圖

3 結(jié)論

安塞油田長10層段砂巖主要為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)，分選中等～較好，以正偏態(tài)為特征，并且峰值也很尖銳,說明長10砂巖沉積時的水動力能量較強(qiáng)，沉積物距離物源區(qū)具有一定的距離.根據(jù)安塞地區(qū)長10砂巖儲層的粒度分析為三段式，反映沉積物沉積時水動力能量強(qiáng).結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)散點(diǎn)圖解和和C-M圖分析表明長10油層組屬于河流-三角洲沉積.

參考文獻(xiàn)

[1] 何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣[M].北京：石油工業(yè)出版社,2003:10-335.

[2] 侯方浩,方少仙,趙敬松,等.鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組沉積環(huán)境模式[J].海相油氣地質(zhì),2002,7(1):38-46.

[3] 時志強(qiáng),韓永林,趙俊興,等.鄂爾多斯盆地中南部中侏羅世延安期沉積體系及巖相古地理演化[J].地球?qū)W報,2003,24(1):49-54.

[4] 燕 輝.顆粒粒度分布測試精度的影響因素[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1994,18(4):106-110.

[5] 魏文壽.沙漠表層粒度與水熱變化的環(huán)境效應(yīng)分析—以古爾班通古特沙漠為例[J].沉積學(xué)報,1998,16(1):152-156.

[6] Folk RL. 碎屑沉積物的分類及其命名在新澤西的應(yīng)用. Marine Geology Letters, 2007,23(1)∶31-34.

[7] 柏春廣,王 建.一種新的粒度指標(biāo):沉積物粒度分維值及其環(huán)境意義[J].沉積學(xué)報,2003,21(2):234-239.

[8] 梅志超，彭榮華，楊 華,等.陜北上三疊統(tǒng)延長組含油砂體的沉積環(huán)境[J].石油和天然氣地質(zhì),1988,9(3):261-267.

[9] 丁喜桂，葉恩源，高宗軍．粒度分析理論技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用[J]．世界地質(zhì)，2005，24(2)：203-207.

[10] 王澤中.大型板狀交錯層理內(nèi)部沉積物的分異[J].礦物巖石,1997,17(1):71-76.

[11] 曹紅霞,李文厚,何衛(wèi)軍等.鄂爾多斯盆地宜川地區(qū)延長組物源分析[J].煤田地質(zhì)與勘探,2007,35(6):14-17.

[12] 崔永平,藺宏斌,李文厚.鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組的兩種粗碎屑三角洲[J].中國石油勘探,2002,7(4):36-40.