隴東地區(qū)長82砂體結(jié)構(gòu)特征及成因模式

馬 瑤，史 濤，王冠男，吳 越,李文厚

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院/陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室,陜西 西安 710065;2.中國石油塔里木油田公司 開發(fā)處,新疆 庫爾勒 841000;3. 陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710065；4.長慶油田分公司 第十一采油廠,甘肅 慶陽 745000;5.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室, 陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地,中生界石油資源量巨大。在三角洲成藏理論的指導(dǎo)下,相繼在西峰地區(qū)、姬塬地區(qū)及湖盆中部延長組地層中獲得勘探突破。隴東地區(qū)是盆地石油勘探開發(fā)的重要目標(biāo)區(qū),延長組長8油層組為其主要目標(biāo)層位,在隴東地區(qū)累積提交億噸級探明儲量。長8產(chǎn)油層位主要集中在長81小層,以往的研究工作也主要針對長81小層或整個長8油層組,在物源、沉積環(huán)境、砂體分布規(guī)律、儲層特征及成藏特征等方面取得了大量成果[1-8]。近年來，隨著湖盆勘探理論的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)長82小層存在相對高滲儲集體,展現(xiàn)出一定的勘探前景[6]。但是，目前針對長82小層的研究工作較單薄,長82砂體結(jié)構(gòu)及其成因類型的認(rèn)識尚淺。已有的研究表明，長82和長81呈現(xiàn)出不同的砂體結(jié)構(gòu)和展布形態(tài),長82小層砂體累計厚度普遍較大,但砂體橫向及縱向變化大,連通性區(qū)域差異大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜[4,9-10,12],難以通過傳統(tǒng)意義上的湖泊三角洲沉積模式來解釋。

砂體結(jié)構(gòu)是單砂體厚度、形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性、水平搭接方式及其縱向疊置模式,其受控因素較多,如古構(gòu)造、古氣候、古水深、湖盆底形、物源供給、水動力條件等[5,13]。其可通過層序地層格架、現(xiàn)代三角洲沉積過程觀察、單砂體及其疊合砂體組合分析等方面進行研究[14-20]。砂體結(jié)構(gòu)的研究對于找尋相對高滲儲層具有重要的意義[21]。因此,本研究在對隴東地區(qū)長82小層的沉積環(huán)境和水動力條件分析基礎(chǔ)上,從砂體形成機理的角度,分析砂體結(jié)構(gòu)類型及其分布規(guī)律,明確砂體結(jié)構(gòu)成因,總結(jié)砂體結(jié)構(gòu)的發(fā)育模式,以期進一步指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探取得突破性成果。

1 地質(zhì)概況

隴東地區(qū)的地理位置處于甘肅省東部,南北經(jīng)吳起—涇川,東西跨正寧—演武。區(qū)域構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡一級構(gòu)造單元的西南部(見圖1),受控于天環(huán)拗陷、伊陜斜坡等構(gòu)造單元,構(gòu)造特征簡單,整體上呈現(xiàn)東高西低的構(gòu)造特征。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The location of study area

三疊系延長組長8段是隴東地區(qū)重要的石油儲層和產(chǎn)層之一, 厚75～90 m, 巖性主要為淺灰色中砂巖、 細(xì)砂巖與暗色泥巖、 灰色粉砂巖。 長8油層組整體處于二級層序的基準(zhǔn)面上升半旋回, 為湖侵體系域, 位于長9油層組首次湖泛面和長7油層組最大湖泛面之間。長8油層組進一步可劃分為長81和長82兩個小段,長82位于三級層序SQ2的頂部,早—中沉積期為湖進砂退，晚沉積期為快速湖退砂進的過程[5-6]。

前人對隴東地區(qū)長8期沉積物源做了大量的研究工作,已提出的物源區(qū)有西南部隴西古陸物源、西北部阿拉善古陸物源以及東南部、南部秦嶺物源[1,2,22-23],西南物源為隴東地區(qū)主物源。

2 沉積環(huán)境及水動力條件

前期研究在巖心中發(fā)現(xiàn)了大量的隴東地區(qū)長82發(fā)育淺水三角洲沉積的證據(jù)[24]。其主要表現(xiàn)為:泥巖多呈灰黑色,砂巖多呈灰色、灰綠色,整體呈現(xiàn)水下還原環(huán)境特點;可見大量淺水沉積層理構(gòu)造,如小型交錯層理、波狀層理、波狀交錯層理、砂紋交錯層理等,指示其水體深度較淺,存在波浪和河流兩種水動力條件;在長82頂部可見碳化植物碎屑及垂直蟲孔,揭示了間歇性暴露的動蕩沉積環(huán)境;可見雙殼類化石、魚鱗及魚化石,反映其局部水體加深。據(jù)此判斷長82發(fā)育淺水三角洲沉積體系,在研究區(qū)主要以淺湖—辮狀河三角洲前緣沉積為主,湖岸線遷移頻繁。根據(jù)沉積構(gòu)造等分布特征,判斷西南部大部分地區(qū)發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣亞相,主要包括水下分流河道、分流間灣以及席狀砂3種沉積微相,河口壩不發(fā)育。東北部發(fā)育淺湖亞相。

圖2 隴東地區(qū)長82沉積相平面圖Fig.2 Sedimentary facies of Chang 82 sublayer of Longdong area

水下分流河道砂體沿西南主物源方向向東北推進,直至進入淺湖區(qū)。三角洲建設(shè)過程中,主河道走向為西南—東北向,同時受西北物源影響,西北部發(fā)育小規(guī)模西北—東南進積河道砂體,于環(huán)縣一帶匯入西南進積砂體當(dāng)中。沿羅龐塬—白馬—馬嶺—慶城—羅山府一線發(fā)育淺湖線,進入淺湖后,水下分流河道在水下延伸,在湖浪作用下遷移,并且在東北物源影響下,一部分東北部曲流河三角洲水下分流河道入湖,與西南部辮狀河三角洲水下分流河道入湖后發(fā)生共同沉積、遷移和搬運,形成了湖內(nèi)的展布特征(見圖2)。

層理記錄了水動力條件[25-26]。根據(jù)沉積構(gòu)造的分布情況可知，長82存在明顯的向湖中心方向?qū)永眍愋妥兓囊?guī)律,層理變化反映湖盆中部存在水動力條件減弱的特征。研究區(qū)西南部發(fā)育大量槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理等反映水淺流急強水動力條件的層理構(gòu)造,向湖中心過渡過程中發(fā)育波痕、波狀交錯層理等反映波浪作用的沉積構(gòu)造,反映出水動力條件由河流為主逐漸過渡為波浪作用為主的特點。根據(jù)沉積構(gòu)造的變化,確定羅龐塬—馬嶺—慶陽—寧縣一帶為水動力條件過渡變化的分界線,該線以東主要受湖浪作用影響,以西主要受河流作用影響[24]。

3 砂體類型及結(jié)構(gòu)特征

3.1 砂體類型

沉積特征決定了儲集砂體特征。按照形成砂體的沉積環(huán)境與沉積相,可將延長組長82砂體類型歸并為3類:一類是受牽引流作用控制的河道型砂體,主要為水下分流河道砂體,分布面積最廣,發(fā)育厚度最大,是研究區(qū)長82主要的儲集砂體類型;一類是水下分流河道邊部或末端砂體經(jīng)改造作用擴散形成的席狀砂,粒度較細(xì),分布面積與厚度規(guī)模有限,儲集潛力不足,但疊加發(fā)育的席狀砂也可以成為儲集體;另一類是灘砂,為淺湖沉積中的砂質(zhì)沉積,在陸源碎屑供應(yīng)充足的基礎(chǔ)上細(xì)砂巖較發(fā)育,受湖浪作用影響較大,儲集性能有限,若砂質(zhì)供應(yīng)充足,也具備有效儲集體的能力,受沉積相的控制,該砂體在研究區(qū)發(fā)育較為局限。

3.2 砂體結(jié)構(gòu)類型

以沉積微相作為基礎(chǔ), 按照沉積環(huán)境、 疊置模式、 電測特征以及發(fā)育厚度等特征，將隴東地區(qū)長82砂體縱向結(jié)構(gòu)劃分為4類,分別為正常水道型、疊加水道型、改造水道型和孤立砂體型。

正常水道型由單期完整水下分流河道砂體構(gòu)成,向上形成厚層塊狀砂巖、薄層粉細(xì)砂巖與泥巖的完整結(jié)構(gòu),砂體厚度大于3 m,測井響應(yīng)為齒化箱形與鐘型的復(fù)合形態(tài),是研究區(qū)主要的儲集砂體類型。正常水道型砂體之間疊置分流間灣、席狀砂等,形成于辮狀河三角洲前緣,砂體厚度大，粒度較粗,是有效的儲集砂體(見圖3a)。

疊加水道型砂體由若干水下分流河道砂體疊置而成,也是研究區(qū)主要的儲集砂體類型。其由多期水道疊加形成,頂部和底部都有沖刷面形成,電測曲線為箱形或齒化箱形,沉積厚度大,砂厚多大于5 m,是有效的儲集砂體(見圖3b)。

改造水道型砂體縱向上發(fā)育中層砂體與粉砂巖、泥巖的頻繁互層,砂體發(fā)育浪成沉積構(gòu)造,如波痕、波狀層理等,電測曲線特征為鐘形或齒化箱形,單砂體厚度主要為2～5 m。改造水道型砂體可形成局部儲滲性能較好的儲集體,是有效的儲集砂體(見圖3c)。

孤立砂體型在水下分流河道、席狀砂和灘砂中都有發(fā)育,以薄層砂體為主,電測曲線呈指狀或齒狀,砂厚小于3 m且試油統(tǒng)計為無工業(yè)油流井,定義為無效儲集體(見圖3d)。

圖3 隴東地區(qū)長82單井砂體結(jié)構(gòu)類型圖Fig.3 Single well sand body structure type of Chang 82 sublayer in Longdong area

3.3 砂體結(jié)構(gòu)分布規(guī)律

根據(jù)砂體結(jié)構(gòu)分類,隴東地區(qū)長82儲層主要發(fā)育3種有效儲集類型的砂體結(jié)構(gòu),分別為正常水道型砂體、疊加水道型砂體以及改造水道型砂體。這3種結(jié)構(gòu)單砂體厚度基本都大于3 m。將單井中統(tǒng)計所得的單砂體厚度大于3m的有效砂厚定義為主力砂體,3種有效儲集類型的砂體結(jié)構(gòu)為主力砂體結(jié)構(gòu)。隴東地區(qū)長82主力砂體厚度主要分布在3～15 m,平均為7.6 m。平面上,辮狀河三角洲前緣區(qū)域主力砂體呈北東—南西向條帶狀展布,砂體厚度大,高值區(qū)可達10～15 m,以正常水道型及疊加水道型砂體結(jié)構(gòu)為主。砂體向東北方向延伸,至木缽—馬嶺—慶城—合水一帶砂體發(fā)生匯聚,條帶狀特點消失,呈現(xiàn)出垂直物源方向沿淺湖線一帶呈坨狀、連片分布的特點。進入淺湖區(qū)后,主力砂體厚度明顯減薄(見圖4)。

圖4 隴東地區(qū)長82主力砂體分布平面圖Fig.4 Distribution of main sandbody of Chang 82 sublayer in Longdong area

平面圖可顯示多期砂體疊加后的綜合效果,砂體連井剖面可反映不同期次砂體發(fā)育聯(lián)通情況。剖面上,西峰城壕一帶順物源方向展布的砂體剖面顯示(見圖5a),長82段砂體連通性整體較好,西南部井間砂體連通性較好,多期次河道疊置發(fā)育,反映出了水下分流河道砂體作為優(yōu)勢砂體的重要地位,砂體結(jié)構(gòu)類型以疊加水道型及正常水道型為主。向東北方向延伸,進入淺湖區(qū)后，砂體連通性明顯變差,單砂體多呈透鏡狀孤立分布,呈現(xiàn)底平頂凸或者雙凸透鏡體狀,以改造河道型砂體結(jié)構(gòu)類型為主,伴有孤立水道型發(fā)育。

由鎮(zhèn)原—白豹一帶垂直物源方向展布的砂體剖面顯示(見圖5b),長82砂體沉積期次多,砂體縱向分布呈多期疊加模式。西南部井位砂體沉積厚度大,向東北方向進入淺湖區(qū)后,砂體連續(xù)性變差。平面展布規(guī)律顯示,長82砂體沿M12—L63—Y48—B42—Z93一帶呈平行淺湖線方向的帶狀、坨狀展布,呈現(xiàn)出砂體連通性好的特點。剖面圖顯示，長82砂體厚度較大，實際為多期單層砂體疊加顯示的結(jié)果，單期次砂體連通性差，屬于不同期次發(fā)育形成,剖面砂體形態(tài)多呈底平頂凸或者雙凸透鏡體狀。由此可見,平面上顯示為連片分布的砂體實則為多期沉積發(fā)育而成,連通性并不好。

4 砂體結(jié)構(gòu)成因模式

隴東地區(qū)長82期物源供給、沉積環(huán)境、水動力條件及湖盆底形的差異決定了其砂體結(jié)構(gòu)發(fā)育特征的不同。

長82期早期繼承了長9首次湖侵期的特點,湖盆底形較陡,水體深度相對較大?？拷镌磪^(qū),物源供給相對充分,水動力條件較強,三角洲砂體進積向湖盆中心推進,以水下分流河道砂質(zhì)沉積為主；向湖盆中心方向,物源供給逐漸減弱,水動力條件發(fā)生變化,河流能量減小,湖浪作用逐漸增強,河道下切能力減弱,側(cè)向遷移明顯。在長8整體水進的背景下,湖岸線向西南方向改動頻繁,砂體受到湖浪改造作用增強,河流作用減弱,沉積構(gòu)造表現(xiàn)為明顯的浪控性特征,砂體垂向連續(xù)性變差,平面上顯示為沿湖岸線方向呈坨狀展布,在湖岸線改動頻繁的區(qū)域尤為明顯。進入淺湖區(qū)后,物源供給弱,砂質(zhì)沉積減少,泥質(zhì)增多,砂體呈孤立薄層狀分布,以淺湖灘砂為主。

總結(jié)研究區(qū)砂體結(jié)構(gòu)發(fā)育成因模式(見圖6)可知，靠物源端，辮狀河三角洲前緣水動力條件強,物源供應(yīng)充足,多發(fā)育疊加水道型砂體。地形平坦處的三角洲前緣持續(xù)向湖區(qū)延伸,主要以正常水道型砂體為主。在湖盆底形較陡處或者坡折帶發(fā)育位置,水動力條件不穩(wěn)定,沿著淺湖線發(fā)育改造水道型砂體。而到達三角洲前緣遠端或前三角洲的位置,物源供給不充足,砂體以孤立型為主。

圖5 隴東地區(qū)長82砂體展布剖面圖Fig.5 Sandbody architecture profile of the Chang 82 sublayer of Longdong area

圖6 隴東地區(qū)長82砂體結(jié)構(gòu)模式圖Fig.6 Sand body structure pattern of the Chang 82 sublayer of Longdong area

5 結(jié) 論

1)隴東地區(qū)長82發(fā)育淺湖—辮狀河三角洲前緣沉積,湖岸線遷移頻繁。西南部大部分地區(qū)發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣亞相,東北部發(fā)育淺湖亞相。存在波浪和河流兩種水動力條件。砂體類型主要有3類,包括河道型砂體、席狀砂以及灘砂,河道型砂體是主要的儲集砂體類型。

2)隴東地區(qū)長82發(fā)育4類砂體結(jié)構(gòu),分別為正常水道型、疊加水道型、改造水道型和孤立砂體型。長82主力砂體沿淺湖線一帶垂直物源方向呈坨狀、連片分布,主力砂厚總和大。經(jīng)砂體結(jié)構(gòu)剖面分析得知,此為多期單層砂體綜合疊加顯示的結(jié)果。垂直物源方向，砂體形態(tài)多呈底平頂凸或者雙凸透鏡體狀,多期次砂體發(fā)育,且單期次砂體連通性差。

3)分析砂體結(jié)構(gòu)成因模式認(rèn)為，砂體結(jié)構(gòu)主要受物源供給、沉積環(huán)境、水動力條件及湖盆底形的影響。疊加水道型砂體多發(fā)育于近物源端的辮狀河三角洲前緣水動力條件較強的位置；正常水道型砂體多發(fā)育于地形平坦的三角洲前緣水下分流河道處；改造水道型砂體受湖浪改造作用明顯,多發(fā)育于湖盆底形較陡處或者坡折帶發(fā)育位置；孤立砂體型多發(fā)育于三角洲前緣遠端或前三角洲物源供給不充足的位置。