粒度概率曲線特征及巖相組合分析在沉積環(huán)境研究中的應(yīng)用

張婕茹 楊宏飛 韓建斌 李 強(qiáng) 劉文超

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

粒度是碎屑巖顆粒最基本和最主要的結(jié)構(gòu)特征，決定著巖石的性質(zhì)和類型，碎屑巖的粒度分布也是衡量搬運(yùn)營力的度量尺度和判別沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志之一［1］。因此，利用碎屑巖的粒度資料不但能分析最原始的水動(dòng)力條件、沉積狀況，而且還能輔助識(shí)別沉積環(huán)境和細(xì)致劃分沉積微相。自Visher提出粒度概率累計(jì)曲線可反映“沉積物的粒度分布和搬運(yùn)方式之間的關(guān)系”這種研究思想以來，前人在利用粒度資料分析沉積環(huán)境、輔助沉積微相劃分方面做過大量的研究工作。袁靜［2］等借助粒度資料探索勝利油區(qū)新北油田館上段的沉積特征及沉積模式；楊飛［3］等利用粒度概率累計(jì)曲線分析了柴達(dá)木盆地北緣馬仙地區(qū)古近系碎屑巖沉積環(huán)境；陳歡慶［4］等利用粒度分析資料分析了礫巖儲(chǔ)層沉積環(huán)境；劉慧［5］等利用粒度概率曲線分析了塔中HI氣田含礫砂巖段的不同沉積微相的粒度參數(shù)；袁靜［6］等總結(jié)了惠民凹陷古近系碎屑巖的主要沉積環(huán)境粒度概率累積曲線特征，并建立其與沉積相的關(guān)系。本次研究充分借鑒前人的研究經(jīng)驗(yàn)，通過傳統(tǒng)的粒度分析方法，針對(duì)本油田測井曲線形態(tài)相似，測井相難以識(shí)別沉積微相的局限性，在巖心描述的基礎(chǔ)上充分利用粒度分析資料中的沉積學(xué)信息，輔助該油田沉積環(huán)境分析以及沉積微相劃分。

1 研究區(qū)概況

錦州油田位于遼東凸起東北段，為依附于遼東1號(hào)走滑斷裂的半背斜構(gòu)造，受東西兩側(cè)繼承性發(fā)育的走滑斷裂控制。遼東凸起西鄰遼中凹陷，東為遼東凹陷，形成了中間高、東西環(huán)凹的狹長格局［7］，區(qū)域成藏條件十分優(yōu)越。根據(jù)區(qū)域沉積體系特征，結(jié)合巖心、壁心、鑄體薄片、粒度分析等資料綜合分析認(rèn)為，該油田目的層館陶組屬于遠(yuǎn)源砂質(zhì)辮狀河相沉積［8-10］，物源來自西北方向，儲(chǔ)層發(fā)育，砂巖含量平均值為60%，最大可達(dá)84%。儲(chǔ)層以大套砂巖為特征，但垂向上巖性、粒度變化明顯，對(duì)應(yīng)的自然伽馬、自然電位曲線多呈光滑箱型特征，難以根據(jù)測井相識(shí)別沉積微相。本油田有3口井（3井、6井、N-1井）在館陶組進(jìn)行了系統(tǒng)取心，總心長21.53 m，同時(shí)在館陶組主要儲(chǔ)層段取壁心275顆。豐富的巖心、壁心資料為儲(chǔ)層巖性及特征分析提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 粒度概率曲線特征

根據(jù)巖心、壁心、錄井資料以及鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，館陶組巖性可見灰褐色砂礫巖、含礫砂巖、中—粗砂巖、細(xì)砂巖以及綠灰色粉砂巖，其中主要為中—粗砂巖（圖1）。3井取心段963～966 m發(fā)育完整辮狀河河道沉積：底部發(fā)育灰褐色塊狀層理砂礫巖相的滯留沉積，中下部發(fā)育交錯(cuò)層理中—粗砂巖相的心灘下部沉積，中上部發(fā)育平行層理細(xì)砂巖相的心灘上部沉積，頂部發(fā)育粉砂巖相的河漫灘沉積。以該段巖心為標(biāo)準(zhǔn)建立巖相、微相與粒度概率累積曲線之間的聯(lián)系。通過特征總結(jié)可知，不同微相的粒度概率累積曲線明顯落在不同的區(qū)域，并且在斜率（跳躍總體、懸浮總體曲線的斜率簡稱為高跳躍、高懸浮和低跳躍、低懸?。⒎纸攸c(diǎn)、粒度分布范圍上也存在明顯差異，根據(jù)這些差異將粒度概率累積曲線分為3種類型（圖1），并利用油田范圍內(nèi)館陶組243樣次巖心粒度概率累積曲線進(jìn)行校正，得到如下3個(gè)圖版（圖2）。

圖1 3井963～966 m取心段微相與粒度概率累積曲線關(guān)系圖

圖2 錦州油田粒度概率累積曲線圖版圖

2.1 過渡兩段（一跳一懸夾過渡）式

該粒度概率累積曲線特征是跳躍和懸浮總體之間存在明顯過渡帶的兩段式，缺乏或很少出現(xiàn)滾動(dòng)總體（圖2a），跳躍總體含量低（小于20%），粒度較細(xì)（0.1～0.5 mm），分選好。懸浮總體和過渡總體含量高（大于40%），粒度細(xì)，整體小于0.1 mm，分選較好，懸浮與跳躍總體交截點(diǎn)粒度為0.06～0.1 mm，發(fā)育平行層理，排除雙向水流的可能性，整體反映了穩(wěn)定的高能水動(dòng)力特征，從而形成河道下游的邊灘和河漫灘細(xì)粒沉積。

2.2 高跳躍高懸浮兩段式

該粒度概率累積曲線為斜率大于60°的河流相兩段式（圖2b），缺乏滾動(dòng)總體，表現(xiàn)為典型河流沉積特征，跳躍總體含量較低，為30%～40%，粒度較粗（0.25～1.0 mm），分選較好。懸浮總體含量較高，為60%～70%，粒度較細(xì)，整體小于0.5 mm，分選較好，懸浮與跳躍總體交截點(diǎn)粒度為0.25～0.5 mm，發(fā)育塊狀構(gòu)造及交錯(cuò)層理，反映了辮狀河心灘隨水動(dòng)力變化不斷遷移和隨河床擺動(dòng)的特征，成分復(fù)雜。

2.3 低跳躍低懸浮兩段式

該粒度概率累積曲線為斜率小于60°的河流相兩段式（圖2c），出現(xiàn)類似于濁流沉積的特征，粒度極粗，分選差。其中跳躍總體含量高（60%～80%），粒度粗（0.5～2.0 mm），分選極差。懸浮總體含量低（20%～40%），顆粒粗，粒徑為0.5～1 mm范圍內(nèi)的顆粒以懸浮搬運(yùn)狀態(tài)出現(xiàn)，分選差，懸浮與跳躍總體交截點(diǎn)粒度為0.5～1.0 mm，可見沖刷面，反映高能水動(dòng)力環(huán)境、穩(wěn)定性較差的河床滯留粗粒沉積。

3 巖石相及組合類型

通過對(duì)取心段進(jìn)行詳細(xì)觀察，錦州油田館陶組辮狀河主要發(fā)育5種巖相，包括灰褐色砂礫巖相、灰褐色含礫中—粗砂巖相、灰褐色中—粗砂巖相、灰色細(xì)砂巖相以及綠灰色粉砂巖相?；液稚暗[巖相、灰褐色含礫中—粗砂巖相主要發(fā)育在儲(chǔ)層下部，發(fā)育塊狀層理，底部多具有沖刷構(gòu)造，偶見泥礫，代表了水動(dòng)力強(qiáng)、物源充足條件下快速卸載的沉積環(huán)境?；液稚小稚皫r相發(fā)育在儲(chǔ)層中上部，主要為交錯(cuò)層理，局部見塊狀層理，厚度較大，為主要儲(chǔ)層，反映水動(dòng)力較強(qiáng)且趨于平穩(wěn)，沉積卸載均衡，沉積時(shí)間較長的特征?；疑?xì)砂巖相發(fā)育在儲(chǔ)層上部，多發(fā)育小型交錯(cuò)層理、平行層理，代表洪水期后水動(dòng)力平穩(wěn)、總體上為水淺流急的動(dòng)力條件、細(xì)砂巖以加積作用為主的心灘上部沉積。綠灰色粉砂巖相主要發(fā)育在儲(chǔ)層頂部，多發(fā)育波狀、水平層理，見碳屑，屬于溢岸沉積類型。不同巖相代表不同的沉積條件，其中具有成因聯(lián)系的巖石相類型組合在一起形成一定的相序特征，能反映特定的沉積微相環(huán)境。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，油田巖相組合類型主要有3類（圖3），主要包括：①Ⅰ類，灰褐色塊狀層理砂礫巖相、含礫中—粗砂巖相+灰褐色交錯(cuò)層理中—粗砂巖相+小型交錯(cuò)、平行層理細(xì)砂巖相+水平、波狀層理粉砂巖相。此類組合構(gòu)成了完整的辮狀河河道沉積序列。該序列底部反映了水動(dòng)力強(qiáng)、物源充足條件下快速卸載的河床滯留砂礫巖、含礫砂巖（圖4a、4b），屬于高能河道沉積；中下部中—粗砂巖反映水動(dòng)力較強(qiáng)且趨于平穩(wěn)，沉積卸載均衡、沉積時(shí)間較長，屬于心灘沉積（圖4c、4d）；中上部平行層理細(xì)砂巖反映水動(dòng)力平穩(wěn)，總體上為水淺流急的動(dòng)力條件，細(xì)砂巖以加積作用為主的心灘上部沉積（圖4e）；頂部粉砂巖為弱水動(dòng)力條件下的沉積，多屬于河漫沉積類型（圖4f）。②Ⅱ類，灰褐色塊狀層理砂礫巖相、含礫中—粗砂巖相+灰褐色交錯(cuò)層理中—粗砂巖相。此類組合與Ⅰ類中下部巖相組合特征相似，均為高能河道沉積特征。Ⅱ類組合在縱向上多表現(xiàn)為多期疊置特征，代表頻繁并具有一定持續(xù)性的強(qiáng)水動(dòng)力沉積條件。③Ⅲ類，灰褐色交錯(cuò)層理中—粗砂巖相+小型交錯(cuò)、平行層理細(xì)砂巖相+水平、波狀層理粉砂巖相。此類組合與Ⅰ類中上部巖相組合特征相似，河道能量大大降低。Ⅲ類組合在縱向上多表現(xiàn)為單期特征，代表水動(dòng)力條件趨于平穩(wěn)、沉積卸載均衡的較強(qiáng)水動(dòng)力沉積條件。

圖3 錦州油田館陶組巖相組合類型圖版圖

圖4 錦州油田館陶組沉積相顯微鑒別特征圖版圖

基于上述粒度研究、巖相特征及沉積條件分析，將研究區(qū)范圍內(nèi)館陶組辮狀河劃分為河床滯留、心灘以及河漫3種沉積微相類型，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)主要巖相組合類型特征，將辮狀河河道劃分為高能河道與低能河道環(huán)境，即微相類型包括：河床滯留（高能河道環(huán)境）、心灘（高能河道環(huán)境與低能河道環(huán)境兩類）以及河漫（溢岸環(huán)境）。由此可見，大套砂巖儲(chǔ)層的巖相是多樣的、巖相組合是千變?nèi)f化的。針對(duì)研究區(qū)內(nèi)取心資料有限、測井曲線存在局限性的現(xiàn)狀，有必要借助其他手段開展單井儲(chǔ)層段沉積微相識(shí)別。對(duì)巖相、沉積微相類型進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，滯留沉積的砂礫巖及含礫砂巖、心灘沉積的中—粗砂巖、細(xì)砂巖以及溢岸沉積的粉砂巖粒度和分選特征差異明顯。正如引言“碎屑巖的粒度分布是衡量搬運(yùn)營力的度量尺度和判別沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志之一”所述，本次將粒度分析資料作為沉積環(huán)境及微相分析的輔助手段。

4 應(yīng)用

根據(jù)上述研究成果選取1井978～994 m井段為實(shí)例開展沉積環(huán)境及微相分析。根據(jù)錄井資料分析表明，該段砂體主要為粗砂巖，測井曲線表現(xiàn)為箱型特征，初步判斷該砂體應(yīng)為心灘沉積，但是辮狀河河道沉積環(huán)境無從知曉。目前該井段分別在988.9 m（A）、990.8 m（B）和993.1 m（C）獲得壁心資料，由壁心資料可知A為中細(xì)砂巖、B為粗砂巖、C為含礫中砂巖，且壁心均有粒度概率累積曲線分析資料，分別將A、B、C粒度概率累積曲線投影到上述3種類型圖版上（圖5），通過圖5分析可知，A、B屬于高跳躍高懸浮兩段式類型，屬于心灘沉積，而C屬于低跳躍低懸浮兩段式類型，屬于辮狀河河床滯留沉積。同時(shí)，根據(jù)自然伽馬曲線的細(xì)微變化結(jié)合巖相研究成果認(rèn)為，砂體下部為Ⅱ類巖相組合，發(fā)育河床滯留與心灘微相組合，屬于高能河道環(huán)境；砂體中上部為Ⅲ類巖相組合，發(fā)育心灘與河漫微相組合，屬于低能河道環(huán)境。綜合分析其沉積過程可知：下部為洪水期水動(dòng)力強(qiáng)、物源充足條件下砂體快速卸載沉積；中上部為該洪水期后期，水體還未穩(wěn)定與又一期洪水來襲期，水動(dòng)力較前一期洪水期弱，水體慢慢趨于穩(wěn)定的中—粗砂巖、粉砂巖沉積。

圖5 1井978～994 m砂體沉積環(huán)境及微相識(shí)別圖版圖

5 結(jié)論

1）考慮測井及取心資料的局限性，在巖心研究的基礎(chǔ)上充分利用粒度分析資料，將研究區(qū)粒度概率累積曲線劃分為一跳一懸夾過渡式、高跳躍高懸浮兩段式、低跳躍低懸浮兩段式3種類型，并建立其與巖相、沉積微相的關(guān)系，用以輔助沉積環(huán)境及微相識(shí)別，應(yīng)用效果較好。

2）根據(jù)巖心、壁心、鑄體薄片、錄井等資料將研究區(qū)館陶組辮狀河沉積劃分為5種巖相及3種巖相組合。根據(jù)粒度特征、巖相組合特征及沉積環(huán)境分析，將研究區(qū)館陶組辮狀河微相劃分為高能河道環(huán)境的河床滯留沉積、心灘沉積，低能河道環(huán)境的心灘沉積以及溢岸環(huán)境的河漫沉積。

3）利用粒度概率累積曲線與巖相、沉積微相的關(guān)系對(duì)該區(qū)館陶組砂巖沉積環(huán)境及微相進(jìn)行研究具有一定的借鑒意義，但此方法不應(yīng)脫離巖心、壁心以及測井曲線資料的支持。