鄂爾多斯盆地北緣近源砂礫質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型與含氣性

齊 榮，李 良，秦雪霏

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京 100083；2.中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，鄭州 450006)

砂體構(gòu)型研究是了解碎屑巖油氣藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個重要手段，隨著陸相碎屑巖油氣藏勘探開發(fā)的深入，針對辮狀河砂體構(gòu)型的研究越來越多。對于砂質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型的研究，主要研究手段包括野外露頭解剖[1-5]、現(xiàn)代辮狀河沉積解剖[6-9]、地下密井網(wǎng)條件下解剖[10-13]、探地雷達(dá)分析[7-8]、物理模擬實(shí)驗(yàn)[14]，主要研究內(nèi)容包括辮狀河巖相組合、構(gòu)型界面、構(gòu)型單元[1-19]、砂體內(nèi)部隔夾層[20-22]、心灘儲層內(nèi)部構(gòu)型[23-28]、辮狀河儲層地質(zhì)模式[29]等。于興河[30]認(rèn)為礫石質(zhì)辮狀河一般屬于近源辮狀河，砂質(zhì)辮狀河一般屬于遠(yuǎn)源辮狀河。礫質(zhì)辮狀河的辮狀水道和心灘經(jīng)常被改造，很不穩(wěn)定，構(gòu)型研究成果較少，多集中在對野外露頭的系統(tǒng)研究[31-34]。印森林等[31-32]對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣三疊系克上組砂礫質(zhì)辮狀河露頭研究時提出，砂礫質(zhì)河道充填過程中，形成大型槽狀交錯層理細(xì)礫巖相，再到粗砂巖相，最后過渡為水平層理泥質(zhì)粉砂巖相序列。秦國省等[33]對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣吐孜阿克內(nèi)溝八道灣組礫質(zhì)辮狀河露頭進(jìn)行了系統(tǒng)研究，識別出8種巖相類型和6類巖相組合，辮狀河道及礫質(zhì)壩為礫質(zhì)辮狀河主要的構(gòu)型單元，少見砂質(zhì)壩和廢棄河道。前人針對鄂爾多斯盆地盒1段辮狀河構(gòu)型的研究也較多[35-40]，但多數(shù)集中在盆地腹部，屬于遠(yuǎn)源砂質(zhì)辮狀河。張廣權(quán)等[41]參考其他地區(qū)辮狀河現(xiàn)代沉積、露頭資料和直井資料，建立了杭錦旗獨(dú)貴加汗區(qū)帶盒1段辮狀河的定量地質(zhì)知識庫，心灘長度6 500～8 500 m，心灘寬度3 000～4 500 m，心灘厚度主要在5～14 m，心灘長寬比1.85～2.30。

位于盆地北緣杭錦旗地區(qū)的獨(dú)貴加汗區(qū)帶，盒1段沉積期緊鄰公卡漢古陸，發(fā)育辮狀河沉積體系，河道改道頻繁、橫向遷移范圍大、細(xì)礫石含量較高，應(yīng)屬于近物源砂礫質(zhì)辮狀河。該區(qū)盒1段砂體厚度較大、疊合連片范圍較大且普遍含氣，但砂體儲集物性非均質(zhì)性很強(qiáng)，造成砂體內(nèi)部或砂體之間含氣性變化較大。通過對該區(qū)盒1段大量巖心的觀察描述，結(jié)合直井測井、錄井資料分析，識別研究區(qū)近源砂礫質(zhì)辮狀河巖相類型和主要構(gòu)型單元特征，并利用大量水平井和地震資料，統(tǒng)計(jì)得出構(gòu)型單元規(guī)模參數(shù)，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)心灘砂體、水道充填砂體的物性參數(shù)和含氣性差異，以期豐富近源砂礫質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型理論，并指導(dǎo)鄰區(qū)水平井井網(wǎng)加密部署。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

早二疊世中晚期(下石盒子期)，隨著興蒙海槽的逐漸關(guān)閉，引起強(qiáng)烈的南北差異升降，加劇了早二疊世晚期鄂爾多斯盆地北部隆升、向南傾斜的構(gòu)造格局，古氣候向半干旱—干旱轉(zhuǎn)變[42]，盆地北部以沖積扇—辮狀河—三角洲沉積體系為主，伊盟隆起區(qū)則以沖積扇—辮狀河沉積為主，形成了一套厚度較大、以粗粒為主的碎屑巖系。下石盒子早期(盒1)公卡汗凸起影響了杭錦旗地區(qū)西部的沉積，在其東南側(cè)斷層轉(zhuǎn)換帶位置(獨(dú)貴加汗一帶)形成典型的近源辮狀河沉積。

獨(dú)貴加汗一帶盒1段辮狀河沉積厚度20～60 m，向北西凸起方向減薄尖滅，砂體累計(jì)厚度一般在20～40 m之間，總體表現(xiàn)為河道較為順直、河床不固定、心灘發(fā)育的特點(diǎn)，河道砂體主要為砂礫巖、含礫粗砂巖夾中、細(xì)粒砂巖?？v向上多期砂體疊置，在平面上形成復(fù)合連片特點(diǎn)。該區(qū)盒1段砂體普遍含氣，儲層孔隙度平均為9.0%，滲透率平均為0.81×10-3μm2，砂體的含氣性與物性密切相關(guān)，是典型的巖性氣藏(圖1)。

2 巖相類型

通過對研究區(qū)盒1段巖心的巖性、粒度、沉積構(gòu)造和顏色等特征分析，共識別出6種巖相類型(圖2)。

Gm：塊狀礫巖相(gravel massive bedding)。礫巖由次棱角—次圓狀、分選中等的礫石組成，整體表現(xiàn)為塊狀層理。厚度變化較大，一般為0.05～0.65 m。厚度較大時為礫質(zhì)心灘主體強(qiáng)水動力條件下的沉積；厚度較小時(5 cm)為水道充填和心灘底部強(qiáng)水動力條件下的滯留沉積。與下部沖刷接觸，偶見撕裂狀泥礫。

Sgt：槽狀交錯層理含礫粗砂巖相(gravel-bearing sandstone trough cross bedding)。磨圓為次棱角—次圓狀、分選一般；整體呈均勻塊狀。厚度一般為0.5～1.5 m，為心灘或河道中部強(qiáng)水動力條件下快速沉積充填的產(chǎn)物。

Sm：塊狀層理砂巖相(sandstone massive bedding)。以粗粒巖屑砂巖為主，偶見漂礫，整體呈均勻塊狀。厚度一般為0.5～3.5 m ，為砂質(zhì)心灘強(qiáng)水動力條件下快速沉積充填的產(chǎn)物。

Sp：板狀交錯層理砂巖相(sandstone parallel bedding)。以中、細(xì)粒砂巖為主，為水道充填主體或發(fā)育心灘頂部，為河道砂體多次遷移擺動并在垂向上加積形成的產(chǎn)物或是心灘側(cè)向加積形成的產(chǎn)物。

Sh：平行層理砂巖相(sandstone horizontal bedding)。以中、細(xì)粒砂巖為主；為水道充填主體或心灘頂部落淤處在較穩(wěn)定水動力條件下沉積的產(chǎn)物。

圖1 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)盒1段砂體分布范圍

圖2 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)盒1段砂礫質(zhì)辮狀河典型巖相巖心照片

M：塊狀層理泥粉巖相(massive bedding)。泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，顏色為紅褐色、灰綠色或兩者雜色，為河漫沉積。

3 構(gòu)型單元

以Miall[43]提出的河流相儲層構(gòu)型分級理論為基礎(chǔ)，可以認(rèn)為盒1段疊置辮狀河道充填復(fù)合砂體為6級構(gòu)型單元，由若干個5級單一辮流帶構(gòu)型單元組成。研究區(qū)5級單一辮流帶構(gòu)型單元主要發(fā)育河道構(gòu)型和溢岸構(gòu)型兩部分。河道構(gòu)型進(jìn)一步分為礫質(zhì)心灘、砂質(zhì)心灘和水道充填3個主要的4級構(gòu)型單元；溢岸構(gòu)型單元主要發(fā)育河漫4級構(gòu)型單元。心灘構(gòu)型則由多個3級增生體組成。

心灘分為礫質(zhì)心灘和砂質(zhì)心灘，一般具有Gm-Sgt-Sm、Gm-Sm-Sp、Sgt-Sm、Sm-Sp等4種巖相組合，粒度向上變細(xì)(圖3)。礫質(zhì)心灘以Gm相和Sgt相為主，底部常見沖刷面；砂質(zhì)心灘底部發(fā)育滯留沉積，主體以Sgt和Sm相為主。兩種心灘頂部均發(fā)育細(xì)粒沉積，屬于落淤沉積。由于研究區(qū)辮狀河靠近物源，心灘頂部細(xì)粒沉積多為中—細(xì)砂巖，難見粉砂巖和泥巖，且所占比例較小，一般厚約0.2～0.5 m，與水體能量強(qiáng)、河道易改道侵蝕原心灘頂部細(xì)粒沉積有關(guān)。心灘測井相(GR曲線形態(tài))多為箱型，GR值30～55 API，內(nèi)部由若干粒度向上變細(xì)的增生體組成(圖4)，露頭、巖心觀察到的增生體厚度幾十厘米到幾米不等，3級增生體的構(gòu)型界面為落淤層，表現(xiàn)為箱型測井相(GR曲線形態(tài))的高GR尖峰。

水道充填一般具有Gm-Sp、Gm-St、Sgt-Sp、Sgt-St等4種巖相組合，粒度向上變細(xì)(圖5)。與心灘巖相組合不同的是，底部Gm或Sgt粗粒沉積明顯減薄，粗粒沉積多為河道底部強(qiáng)水動力條件下的滯留沉積。水道主體巖相為Sp和St，即中細(xì)粒沉積，厚度大，表明水道充填整體水動力較穩(wěn)定，且比心灘沉積水動力弱。又因辮狀河道經(jīng)常改遷，故細(xì)粒沉積還代表河道改遷后，原河道演變?yōu)閺U棄河道的沉積，整體上水道充填測井相(GR曲線形態(tài))多為鐘型，GR值55～80 API。

圖3 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)錦111井盒1段砂礫質(zhì)辮狀河心灘巖相組合垂向序列

圖4 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)錦98井盒1段砂礫質(zhì)辮狀河心灘增生體巖相組合垂向序列

圖5 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)錦111井盒1段砂礫質(zhì)辮狀河水道充填巖相組合圖

縱向上，構(gòu)型單元疊置樣式主要有2種：心灘+心灘疊置樣式和心灘+水道充填疊置樣式。前者多位于河道中心，水動力強(qiáng)且穩(wěn)定，心灘粗粒砂體長期沉積；后者多位于河道邊部，心灘砂體厚度小，水道充填砂體厚度大，水動力較弱且穩(wěn)定性差，偶爾洪水期可沉積一期心灘砂體。

河漫構(gòu)型單元一般以M相為主，偶見Sd相。前者代表河漫泥沉積，測井相為直線型；后者代表河漫砂沉積，測井相為指型。河漫整體呈楔狀或板狀分布于辮狀河道的邊部。

4 心灘砂體規(guī)模參數(shù)(4級)及內(nèi)部增生體(3級)構(gòu)型解剖

在河流相儲層的勘探開發(fā)中，首要任務(wù)是弄清河道砂體的規(guī)模。利用研究區(qū)水平井段近似與辮狀河流向平行這一特征，在水平段根據(jù)巖性、電性差異進(jìn)行心灘和水道充填識別，從而統(tǒng)計(jì)心灘長度，同時利用研究區(qū)直井對心灘厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，研究區(qū)盒1段心灘長度232～1 046 m，平均517 m，心灘厚度3～6 m。比張廣權(quán)[41]利用地震屬性和直井?dāng)?shù)據(jù)刻畫的心灘規(guī)模明顯偏小，認(rèn)為地震屬性分辨率有限，其更多反映的是盒1段辮狀河復(fù)合體，即6級構(gòu)型單元的規(guī)模，而不是4級心灘砂體的規(guī)模。李海明等[44]統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，不同沉積環(huán)境下現(xiàn)代辮狀河道和心灘的沉積規(guī)模也各不相同，因此要明確辮狀河類型后，才能應(yīng)用前人的經(jīng)驗(yàn)公式。本次利用李海明[44]建立的近源礫質(zhì)辮狀河的心灘寬度、長度以及辮流帶寬度之間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出研究區(qū)盒1段心灘寬度為43～386 m，平均172 m，辮流帶寬度363～1 758 m，平均886 m，即心灘長、寬比值平均為3∶1，辮流帶寬與心灘寬比值平均為5∶1。

圖6 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)盒1段砂礫質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型特征

在前人心灘內(nèi)部構(gòu)型、隔夾層和落淤層研究成果基礎(chǔ)上[23-28，45-46]，結(jié)合上述構(gòu)型研究結(jié)果，對水平井心灘展布及內(nèi)部構(gòu)型進(jìn)行刻畫(圖6)。從JPH-364(水平井)—錦98(直井)—JPH-382(水平井)，縱向上鉆遇2個5級單一辮流帶，橫向上共鉆遇4個心灘，心灘長度300～500 m，心灘與水道充填側(cè)向共生；水道充填、落淤層砂體粒度均以中細(xì)砂巖為主，但水道充填規(guī)模大，長度40～400 m，落淤層砂體規(guī)模小很多，多表現(xiàn)為高GR尖峰；壩頂水道和河漫大多為細(xì)砂—泥巖沉積，GR值大于120 API，但壩頂水道多發(fā)育在心灘頂部，河漫發(fā)育在單一辮流帶間；心灘壩頭比壩尾物性好、含氣性也好。心灘內(nèi)增生體粒度在縱向上向上變細(xì)，故根據(jù)瓦爾特相律，每個增生體橫向上，即順河流流向方向粒度也是由粗變細(xì)，每個心灘大致由3～4個增生體組成。

5 構(gòu)型單元含氣性

從巖性、物性和含氣性等多方面統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)盒1段心灘砂體巖性以砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖為主，含較薄中細(xì)砂巖夾層；隨鉆氣測全烴值1%～62%，平均14.9%；巖心孔隙度5.5%～19%，平均11.5%；巖心滲透率(0.3～2.6)×10-3μm2，平均1.1×10-3μm2；含氣飽和度45%～70%，平均60%。水道充填砂體巖性以中細(xì)砂巖為主，在底部可見薄層含礫粗砂巖；隨鉆氣測全烴值0.1%～22.7%，平均6.5%；巖心孔隙度1.8%～8.7%，平均6.1%；巖心滲透率(0.03～1.0)×10-3μm2，平均0.42×10-3μm2；含氣飽和度25%～55%，平均45%。由此可見，心灘砂體較水道充填砂體粒度粗、物性好、含氣飽和度高，因此心灘砂體是研究區(qū)優(yōu)勢儲集體，是勘探開發(fā)尋找的主要目標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)砂礫質(zhì)辮狀河主要發(fā)育心灘、水道充填和河漫3種構(gòu)型單元。心灘一般具有Gm-Sgt-Sm、Gm-Sm-Sp、Sgt-Sm、Sm-Sp等4種巖相組合。水道充填砂體一般具有Gm-Sp、Gm-St、Sgt-Sp、Sgt-St等4種巖相組合。

(2)研究區(qū)盒1段心灘長度232～1 046 m，平均517 m；寬度為43～386 m，平均172 m，辮流帶寬度363～1 758 m，平均886 m；心灘厚度3～6 m，心灘長、寬比值平均為3∶1，辮流帶寬與心灘寬比值平均為5∶1，屬于“寬心灘窄水道充填”型砂礫質(zhì)辮狀河。

(3)心灘砂體較水道充填砂體粒度粗、物性好、含氣飽和度高，因此心灘砂體是研究區(qū)優(yōu)勢儲集體，是勘探開發(fā)尋找的主要目標(biāo)。