多類型河流體系沉積模式及對(duì)油氣的控制作用

褚慶忠，武澤，王連進(jìn)，邵先杰，劉英杰

(燕山大學(xué)，河北秦皇島 066004）

多類型河流體系沉積模式及對(duì)油氣的控制作用

褚慶忠，武澤，王連進(jìn)，邵先杰，劉英杰

(燕山大學(xué)，河北秦皇島 066004）

依據(jù)巖心、化驗(yàn)分析及測(cè)井等資料，詳細(xì)分析了渤海灣地區(qū)秦皇島32－6油田高彎度曲流河、低彎度曲流河和辮狀河等3種河流沉積體系的沉積微相類型及特征。通過對(duì)沉積基準(zhǔn)面變化規(guī)律的分析，研究了3種河流類型在縱向上的交互沉積模式。不同河流沉積體系的沉積微相類型及砂體結(jié)構(gòu)特征不同，從而表現(xiàn)出了不同的儲(chǔ)集性能和含油氣豐度。曲流點(diǎn)壩微相含油豐度最高，其他依次為辮狀河道、決口扇、低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道微相。研究結(jié)果可為下一步的滾動(dòng)勘探提供目標(biāo)地區(qū)和層位。

秦皇島32－6油田；沉積模式；辮狀河；曲流河；含油氣豐度

1 地質(zhì)概述

渤海灣盆地構(gòu)造上位于太行山，魯西和膠、遼隆起之間，經(jīng)歷了中晚元古代克拉通邊緣拗拉槽階段、古生代克拉通階段、中生代擠壓隆升剝蝕階段和新生代裂谷階段的復(fù)雜構(gòu)造演化過程，是典型的疊合盆地［1］。由于新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素影響，在上第三系明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，發(fā)育了不同類型的河流沉積體系交替沉積序列。

秦皇島32－6油田是一個(gè)在前第三系古潛山(石臼坨凸起)背景上發(fā)育起來的并被斷層復(fù)雜化了的大型低幅度披覆構(gòu)造［2］。油層埋深淺，一般為950～1 500 m，成巖程度較低，平均孔隙度為28%，平均滲透率為1 500×10－3μm2，縱向上含油層位多，油水關(guān)系復(fù)雜。油田主要目的層發(fā)育于新生界上第三系明化鎮(zhèn)組下段，于2001年10月相繼投入開發(fā)，投產(chǎn)初期基本沒有無水采油期，表現(xiàn)出綜合含水率上升快、采油速度低、產(chǎn)量遞減速度快等特點(diǎn)。迫切需要通過沉積微相及沉積模式的研究，查明其儲(chǔ)層的沉積微相及相帶變化規(guī)律。這不僅能優(yōu)化儲(chǔ)層的劃分與對(duì)比，而且有利于砂體及其非均質(zhì)性預(yù)測(cè)，為油藏開發(fā)尋找剩余油，并針對(duì)不同的河流類型及微相采取不同的措施，改善油田的開發(fā)效果提供依據(jù)［3－4］。

2 不同類型河流體系的沉積微相特征

秦皇島32－6油田明化鎮(zhèn)組下段可進(jìn)一步細(xì)分為Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ、NmⅣ、NmⅤ等6個(gè)油組、29個(gè)小層。其中，NmⅡ2－4層為砂質(zhì)辮狀河沉積體系，Nm01、NmⅠ1、NmⅠ2、NmⅤ3、NmⅤ4、NmⅤ5等6個(gè)小層為低彎度曲流河沉積體系，其他20個(gè)小層為高彎度曲流河沉積體系。不同河流體系由于其地質(zhì)背景、沉積機(jī)制以及水動(dòng)力條件的差異，發(fā)育有不同的沉積微相類型，表現(xiàn)出不同的砂體幾何特征和不同的內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)［5］。

2.1 高彎度曲流河沉積體系特征

高彎度曲流河砂體厚度一般為2～15 m，彎曲度為1.5～3.0，根據(jù)對(duì)沉積環(huán)境標(biāo)志的研究，進(jìn)一步劃分為點(diǎn)壩、廢棄河道、決口扇、天然堤和泛濫平原等5種微相(圖1)。

2.1.1 點(diǎn)壩微相

點(diǎn)壩砂體是高彎度曲流河沉積體系的砂體骨架。巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，只在底部的滯留層段發(fā)育有厚度較薄的中砂巖。主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理和水平層理等，分選較好。平面上多呈新月形分布在凸岸一側(cè)，砂體規(guī)模大小受曲率半徑、滿岸河深及滿岸河寬等因素的影響［6］。該區(qū)點(diǎn)砂壩微相發(fā)育規(guī)模變化較大，厚度一般為2～22 m，最大厚度可達(dá)30.7 m，長度為439.1～4 839.7 m、寬度為442.0～5 351.7 m，砂體長寬比為1.0～3.5，面積為0.1～10.3 km2，曲率半徑為217.7～1 478.7 m。有效孔隙度為24%～38%，空氣滲透率為500×10－3～2 500×10－3μm2。

圖1 秦皇島32－6油田06小層沉積微相

橫剖面上呈透鏡狀，凸岸一側(cè)厚度薄，凹岸一側(cè)厚度大。縱向上表現(xiàn)為正韻律特征，下粗上細(xì)，電測(cè)曲線呈底部突變、頂部漸變的中高幅度鐘形。點(diǎn)壩砂體縱向上可劃分為3段，底部為厚度較薄的河道滯留沉積單元，一般為1～2 m，粒度較粗，多為中砂巖，分選較差，與下伏泥巖呈沖刷接觸，橫向上連通較好。而中部為側(cè)積體單元，由細(xì)砂巖和粉砂巖組成。由于發(fā)育有不同規(guī)模的泥質(zhì)側(cè)積夾層，砂體之間不相連通或呈半連通狀。上部為加積成因的粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)碎屑沉積，厚度為1～3 m。這3個(gè)單元構(gòu)成了曲流河點(diǎn)壩砂體完整的縱向序列。

2.1.2 廢棄河道微相

廢棄河道充填是高彎度曲流河沉積體系中特有的一種沉積微相，其砂層厚度較薄，一般為1～2 m，巖性以中砂巖為主，含有較多的泥礫，泥礫大小為5～15 mm，并且有較高的磨圓度。主要發(fā)育沖刷構(gòu)造和槽狀交錯(cuò)層理，電測(cè)曲線呈高幅指狀，平面上位于河道凹岸一側(cè)，與點(diǎn)壩砂體過渡接觸。

2.1.3 決口扇微相

決口扇是由于洪水的間隙性暴發(fā)，河水?dāng)y帶的沉積物突破天然堤被沖刷到泛濫平原上形成的決口充填沉積，一般發(fā)育在曲流河的凹岸外側(cè)。平面上呈扇狀、朵狀、條帶狀及不規(guī)則狀?？v向上也常因多期疊加而呈薄互層狀，有時(shí)厚度可達(dá)10 m以上。巖性一般較細(xì)，分選差，主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育波狀交錯(cuò)層理、波狀層理、波紋爬升層理和水平層理，見植物化石碎片。電測(cè)曲線多為低幅指狀、復(fù)合韻律狀等。由于受地勢(shì)、地貌及河道彎曲度等因素的影響，決口扇發(fā)育規(guī)模變化較大，規(guī)模最小的僅為400 m×800 m，厚度為1～4 m，這一類儲(chǔ)層物性較差，一般不能形成有效儲(chǔ)層；規(guī)模較大的可達(dá)1 600 m×3 600 m，厚度為5～10 m，物性較好的部位可形成有效儲(chǔ)層。

2.1.4 天然堤微相

巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育小型波狀交錯(cuò)層理、波狀層理和水平層理等，平面上呈楔形窄條狀分布于河道兩岸，縱向上一般發(fā)育在曲流點(diǎn)壩之上，電測(cè)曲線呈低幅齒狀，分選較差。一般不會(huì)成為有效儲(chǔ)層。

2.1.5 泛濫平原微相

以紫紅色塊狀泥巖為主，局部夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，巖心斷面呈疙瘩狀，見大量鈣質(zhì)結(jié)核和植物根痕化石，泥裂構(gòu)造、雨痕構(gòu)造發(fā)育。

電測(cè)曲線平直且齒化嚴(yán)重。

2.2 低彎度曲流河沉積體系特征

秦皇島32－6油田的低彎度曲流河是介于高彎度曲流河和辮狀河之間的一種過渡類型，彎曲度一般為1.2～1.5，可細(xì)分為河道、決口扇、天然堤和泛濫平原等4種微相(圖2)。天然堤和泛濫平原微相與高彎度曲流河的特征基本一致［7］。

2.2.1 河道微相

巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖為主，發(fā)育小型槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理及水平層理等沉積構(gòu)造。河道寬度為300～1 500 m，砂體厚度變化大，一般為2～8 m，最大可達(dá)18 m，呈砂壩狀分布，多為順河道方向透鏡狀，縱向上呈加積結(jié)構(gòu)。電測(cè)曲線為典型的正韻律特征。有效孔隙度為20%～30%，空氣滲透率為300×10－3～2 000×10－3μm2。

2.2.2 決口扇微相

低彎度曲流河的決口扇比高彎度曲流河更發(fā)育，且發(fā)育規(guī)模變化大，普遍分布在河道兩側(cè)的低洼處，規(guī)模最大可達(dá)2 000 m×4 000 m，厚度一般為2～6 m，最大可達(dá)12 m，平面上常呈扇狀、透鏡狀及不規(guī)則狀。巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育波狀交錯(cuò)層理、波紋層理及水平層理等，電測(cè)曲線表現(xiàn)為低幅的反韻律及復(fù)合韻律。

圖2 秦皇島32－6油田V3小層沉積微相

2.3 辮狀河沉積體系特征

砂質(zhì)辮狀河由多條河道側(cè)向拼接，呈大面積分布(圖3)，剖面上呈現(xiàn)頂平底凸的特征?？蓜澐譃楹拥篮秃勇?個(gè)微相［8］。

2.3.1 辮狀河道微相

辮狀河道微相是辮狀河沉積體系的主要儲(chǔ)集體部分，由于其頻繁改道，使得多期成因的河道砂體橫向上連片分布、縱向上相互疊置，呈沖刷充填結(jié)構(gòu)，形成廣泛分布的厚砂體，稱為“泛連通體”［9］。整個(gè)河道平面呈十分寬闊的帶狀。主要為中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖，寬度為4 349.2～5 906.1 m，厚度為5～30 m。內(nèi)部可細(xì)分出4～6期河道單元，每期單元底部都存在沖刷面，單個(gè)河道單元厚度為2～5 m，寬度為500～2 000 m。沉積構(gòu)造以槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理為主，電測(cè)曲線以頂?shù)撞客蛔兊南錉钐卣鳛橹?，也見底部突變上部漸變的鐘形曲線。河道中間發(fā)育大量不規(guī)則“土豆”狀和“紡錘”狀的縱向、橫向及斜向河道砂壩，砂壩厚度一般為10～36 m，最厚達(dá)40 m以上，最大達(dá)850 m×2 300 m。

根據(jù)巖心觀察，發(fā)育完整的辮狀河道單元一般可劃分成3個(gè)沉積單元：①底部高能單元，多為中砂巖，河道底部沖刷面含大量泥礫，泥礫直徑為5～20 mm，具有一定排列方向，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理，反映河道發(fā)育早期水流搬運(yùn)能力強(qiáng)；②中部加積單元，以細(xì)砂沉積為主，主要由垂向加積作用形成，發(fā)育板狀交錯(cuò)層理、波紋爬升層理等；③頂部低能單元，以細(xì)砂和粉砂沉積為主，發(fā)育波紋層理，河道已進(jìn)入發(fā)育晚期，水流搬運(yùn)能量顯著降低。

圖3 秦皇島32－6油田Ⅱ2－4小層沉積微相

2.3.2 河漫灘微相

以灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及塊狀泥巖為主，發(fā)育水平層理、波狀層理等。

3 多類型河流體系交替沉積模式

上第三系明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，整個(gè)渤海灣地區(qū)進(jìn)入以拗陷作用為主的演化階段，且沉積范圍不斷擴(kuò)大，與下伏館陶組之間屬于連續(xù)沉積。其沉積序列與館陶組河流相相比，具有一定的繼承性。渤海灣盆地受郯－廬大斷裂帶的多期幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，沉積基準(zhǔn)面頻繁小幅度的升降，使得不同彎度的曲流河、辮狀河在空間上反復(fù)交替出現(xiàn)。從下部Ⅴ油組到O油組，經(jīng)歷了沉積基準(zhǔn)面下降—上升—下降—上升的過程(圖4)。沉積基準(zhǔn)面上升幅度最大時(shí)期發(fā)生在Ⅱ油組。受沉積基準(zhǔn)面變化影響，自下而上依次出現(xiàn)了低彎度曲流河道—高彎度曲流河—辮狀河—高彎度曲流河—低彎度曲流河沉積體系的交替。

4 微相對(duì)油氣的控制作用

由于不同類型的河流體系發(fā)育的沉積微相類型不同，巖性、粒度、分選、填隙物特征以及時(shí)空展布特征等各不相同，從而導(dǎo)致了不同的含油氣分布特征［10－11］，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，微相類型對(duì)含油氣豐度的分布起著重要的控制作用。

(1)點(diǎn)壩砂體厚度適中，平面上呈透鏡狀分布，縱向上頂?shù)拙泻駥幽鄮r分隔，儲(chǔ)、蓋、圈閉條件好，含油氣豐度最高，點(diǎn)壩砂體的儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的58.4%，含油氣豐度最高。

(2)砂質(zhì)辮狀河道砂體厚度大，粒度粗，物性好，砂體平面上大面積連通，縱向上隔層厚度薄，封隔作用差，對(duì)于構(gòu)造幅度較低的秦皇島油田，不利于油氣聚集，大部分地段表現(xiàn)為底水油藏，油氣充滿度比較低，所以含油氣豐度略低于曲流點(diǎn)壩砂體，其儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的23.7%，含油氣豐度中等。

(3)決口扇砂體，由于研究區(qū)的決口沉積比較發(fā)育，且規(guī)模較大，多期決口扇在空間上相互疊置，雖然砂體變化大，分選差，非均質(zhì)性嚴(yán)重，其儲(chǔ)量仍占8.0%。其他依次為低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道，低彎度曲流河道砂體分布范圍窄，厚度變化大，油氣豐度低，其儲(chǔ)量只占總儲(chǔ)量的5.5%。而高彎度曲流河廢棄河道厚度薄，砂體規(guī)模小，泥礫含量高，物性差，含油氣豐度低，占總儲(chǔ)量的3.4%。天然堤及其他微相幾乎不含油。因此，在滾動(dòng)擴(kuò)邊時(shí)，應(yīng)充分利用微相研究結(jié)果，有針對(duì)性地優(yōu)選目標(biāo)地區(qū)和層位，提高鉆井成功率。

5 結(jié)論

(1)在明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，由于沉積基準(zhǔn)面的頻繁小幅度的升降，在渤海灣盆地秦皇島32－6油田形成了復(fù)雜、有規(guī)律的不同類型河流相交替沉積體系。

(2)微相類型對(duì)含油豐度的分布起著重要的控制作用，曲流點(diǎn)壩微相含油氣豐度最高，其他依次為辮狀河道、決口扇、低彎度曲流河道和高彎度曲流河廢棄河道微相。

圖4 秦皇島32－6油田沉積序列綜合柱狀圖

(3)不同河道砂體的內(nèi)部構(gòu)型不同，開發(fā)過程中表現(xiàn)出的生產(chǎn)特征不同。曲流河點(diǎn)壩砂體呈正韻律，以側(cè)積作用為主，縱向非均質(zhì)性嚴(yán)重，由于側(cè)積夾層的阻隔，砂體橫向上構(gòu)成了一個(gè)“半連通體”，注水后見效慢。辮狀河道砂體多呈均勻型韻律，厚度大，橫向上分布穩(wěn)定，構(gòu)成了一個(gè)“泛連通體”。低彎度曲流河介于二者之間。

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編輯林樹龍

TE121

A

1006－6535(2014)03－0023－05

10.3969/j.issn.1006－6535.2014.03.005

20131124；改回日期：20140318

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05038)

褚慶忠(1974－)，男，副教授，1998年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)石油與天然氣地質(zhì)勘探專業(yè)，2003年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)與工程方面的教學(xué)和科研工作。