柴達木盆地扎哈泉地區(qū)濱淺湖單一壩特征
——以X井區(qū)下油砂山組Ⅳ-27+28小層為例

許瑪麗， 何幼斌， 胡光明,2， 李積永， 李漢陽， 胡晨鈺， 李 軍

( 1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 3. 中國石油青海油田分公司 勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202 )

0 引言

扎哈泉地區(qū)位于柴達木盆地西部最富油區(qū)域，其中的新近系上新統(tǒng)下油砂山組(N21)為研究區(qū)勘探開發(fā)的主要含油氣層段。該油氣層段重要儲層的砂體展布規(guī)律認識不清，注水見效差，油氣產(chǎn)量低。扎哈泉地區(qū)下油砂山組發(fā)育濱淺湖相[1-2]，砂壩是重要的油氣儲集體，研究砂壩儲層特征具有重要意義。人們研究濱淺湖砂壩的分類、成因、沉積模式、構(gòu)型模式和分布模式等，如根據(jù)灘壩成分，朱筱敏等將其分為砂質(zhì)灘壩和生物碎屑灘壩[3]；朱筱敏等[3]、KOMAR P D[4]、姜在興[5]、鄧宏文等[6]、馬立祥等[7]、李國斌等[8]認為，濱淺湖砂壩成因受物源、水動力、海平面變化和氣候等因素控制，沉積模式呈多樣化；商曉飛等認為，砂質(zhì)灘壩儲集層構(gòu)型模式可分為側(cè)向遷移型、垂向疊加型和孤立型[9]；基于沉積物供給和海平面變化，李維祿將砂壩劃分為進積、退積、加積等分布模式[10]。關(guān)于濱淺湖砂壩儲層內(nèi)部構(gòu)型單元的精細劃分和幾何參數(shù)的半定量，以及各參數(shù)間相關(guān)關(guān)系的研究較少，缺乏對濱淺湖砂壩精細儲層單元規(guī)模、形態(tài)、幾何特征和展布特征等的認識。

以柴達木盆地扎哈泉地區(qū)X井區(qū)上新統(tǒng)下油砂山組(N21)Ⅳ油層組濱淺湖砂壩為研究對象，筆者采用沉積學、測井地質(zhì)學和構(gòu)型層次界面分級方法，劃分研究區(qū)濱淺湖砂壩構(gòu)型單元層次界面；采用巖心識別、底部等高、測井曲線相似、油水分布關(guān)系等單一壩識別方法，分析單一壩各項幾何參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系，明確單一壩展布特征，為研究區(qū)儲層評價、儲層建模和開發(fā)方案調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達木盆地西南部由扎哈泉斜坡、躍進斜坡、躍東斜坡、扎哈泉凹陷和烏南斜坡等三級構(gòu)造單元構(gòu)成[11]。X井區(qū)位于扎哈泉斜坡、扎哈泉凹陷和烏南斜坡之間，為近東西向的鼻狀背斜，面積約為27.7×104km2(見圖1)。

圖1 扎哈泉地區(qū)上新統(tǒng)下油砂山組Ⅳ油層組構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Tectonic division of Ⅳ reservoir group of Pliocen Lower Youshashan Formation in Zhahaquan Area

扎哈泉地區(qū)自上漸新統(tǒng)E31沉積時期開始發(fā)育湖相，到上新統(tǒng)N21沉積時期湖盆逐漸向東北遷移，湖岸線和西部的鐵木里克物源逐漸向東、向北推進，形成三角洲和濱淺湖砂壩[12-14]。濱淺湖沉積常呈反粒序，上部一般為白色、灰白色細砂巖和粉細砂巖，下部為褐色或灰色泥巖[15]。X井區(qū)在N21沉積時期位于濱淺湖區(qū)，砂壩發(fā)育，其中的Ⅳ油層組砂體平均厚度約為130.0 m，其中的27+28小層平均厚度約為9.0 m，為主力油層。

2 砂壩分級和單一壩識別

研究區(qū)砂壩厚度薄、層數(shù)多，受小層內(nèi)部不同期次單一壩間非滲透性夾層的影響，在油氣開發(fā)中，以小層為單位的沉積微相及砂體展布結(jié)果難以滿足加密井部署和注采井調(diào)整的要求，需要研究單一壩級別的砂體展布特征。

2.1 砂壩分級

參考河流相儲層構(gòu)型分級法，對濱淺湖砂壩的儲層按照規(guī)模、旋回、層次界面等進行構(gòu)型分級[16-17]。根據(jù)三級層序下油砂山組Ⅳ段和儲層旋回特征[18]，將研究區(qū)有儲集層意義的砂壩分為3～5級(見圖2)。其中，5級構(gòu)型單元為復合壩，由多個單一壩和壩間夾層疊置而成，相當于小層級別；4級構(gòu)型單元為單一壩，由多個壩內(nèi)增生體和壩內(nèi)夾層構(gòu)成，相當于單砂層級別。研究區(qū)4級構(gòu)型單元(單一壩)是單井剖面上能夠識別、連井剖面上可對比的最小構(gòu)型單元，也是重點研究對象。研究區(qū)目的層單一壩厚度一般在0.8～2.2 m之間，垂向上，單一壩間通常有非滲透性的泥質(zhì)夾層，為一個相對獨立的連通體。壩內(nèi)增生體與壩內(nèi)夾層為3級構(gòu)型單元。

2.2 單一壩識別

根據(jù)單一壩分級方法，結(jié)合巖心資料反映的信息提煉砂壩的典型特征，利用測井、構(gòu)造、動態(tài)數(shù)據(jù)等資料對研究區(qū)單一壩進行識別。

2.2.1 巖心識別法

濱淺湖亞相砂壩以中細砂巖為主，分選好，常發(fā)育浪成交錯層理、脈狀層理、平行層理，測井曲線組合多呈齒化鐘型或箱型[19]。研究區(qū)單一壩砂體顏色主要以灰、灰白和褐色為主，巖性以細砂巖、粉砂巖為主，偶見中砂巖和泥巖，常見平行層理、交錯層理和脈狀層理(見圖3)。當砂體中泥質(zhì)體積分數(shù)小于10%時，測井曲線GR和SP呈光滑狀或微齒化，且變化趨勢高度一致，GR為50～80 API，SP相對泥巖極限負偏差約為30 mV，具有此類特征的單一壩為壩中；當泥質(zhì)體積分數(shù)為10%～40%時，測井曲線GR呈齒化，SP呈光滑狀或齒化，且變化趨勢具有一致性，GR為90～100 API，SP相對泥巖極限負偏差約為15 mV，具有此類特征的單一壩為壩緣。垂向上，壩中和壩緣的GR和SP曲線呈三種基本形態(tài)，即箱型、鐘型和漏斗型，三種基本形態(tài)可以自由組合為復合型。

圖2 Ⅳ-27+28小層砂壩構(gòu)型分級Fig.2 Architecture hierarchical analysis of bar sand bodies in Ⅳ-27+28 single layer

2.2.2 底部等高法

下油砂山組沉積時期，研究區(qū)地勢總體較平緩，濱淺湖砂壩具有底平頂凸的特征[5,20]。在連井剖面上，可采用底部等高的原則識別同一單一壩，不同高程差的砂體不能劃分為同一單一壩(見圖4，剖面位置見圖5中AA′)。

2.2.3 測井曲線相似法

同一單一壩的測井曲線相似，測井曲線可以反映沉積時期的水動力環(huán)境。同一沉積時期，沉積環(huán)境穩(wěn)定，水體環(huán)境變化不大，沉積的砂體變化也不大，測井曲線相似。如連井剖面上多條測井曲線的變化幅度和趨勢、光滑程度、儲層厚度等特征相似，則可能為同一單一壩；如果測井曲線差異較大，則不為同一單一壩(見圖4)。

圖3 X井區(qū)典型沉積構(gòu)造Fig.3 Typical sedimentary structures in X well area

圖4 研究區(qū)東西向底部等高且測井曲線形態(tài)相似的單一壩剖面Fig.4 A single bar section with equal elevation and similar logging curve shape at the bottom of the east-west direction in the study area

圖5 X井區(qū)Ⅳ-27+28-5單砂層動態(tài)資料井間見效

2.2.4 油水分布關(guān)系識別法

根據(jù)油水分布關(guān)系，可以判斷是否為同一單一壩。在同一單一壩中，如果沒有物性變化，則不存在從油層直接到水層的單一壩；當同一單一壩中油層與水層之間物性變差，如果儲層非均質(zhì)性影響較大時，則可能由水層到油層過度而形成油水同層(見圖6，剖面位置見圖5中BB′)。

圖6 研究區(qū)南北向單一壩間油水分布關(guān)系剖面Fig.6 Oil-water distribution relation section between single bar in north-south direction in the study area

商曉飛等認為，同一單一壩有相同數(shù)量的壩內(nèi)夾層[9]。當壩內(nèi)夾層厚度和規(guī)模小時，連續(xù)性差，容易尖滅，在巖心和露頭上可識別，在薄儲層條件下的測井曲線上很難被識別。因此，可將具有大致相當個數(shù)的壩內(nèi)夾層視為同一單一壩，但不能將壩內(nèi)夾層個數(shù)作為識別同一單一壩的可靠證據(jù)。

3 單一壩特征

3.1 平面展布

研究區(qū)目的層砂體厚度薄、層數(shù)多。根據(jù)研究區(qū)測井資料豐富的井(約260口)做近東西向24條和近南北向25條連井剖面，在同一水動力條件下形成的單一壩在連井剖面上高度基本一致。結(jié)合4種單一壩識別方法，將研究區(qū)Ⅳ-27+28小層從下到上分為6個期次單一壩，依次為Ⅳ-27+28-1、Ⅳ-27+28-2、Ⅳ-27+28-3、Ⅳ-27+28-4、Ⅳ-27+28-5和Ⅳ-27+28-6。將同一期次的單一壩投點到平面圖上。在連井剖面上，對比每一口井與周圍8口井測井曲線特征是否相似，確定井間是否連通為同一單一壩，做單一壩平面圖。

同一單一壩具有一致的連通體系，注入的水或示蹤劑可以在相互連通的滲透層中運移。利用開發(fā)的注水和示蹤劑等動態(tài)資料驗證單一壩的連通狀況，對6個期次單一壩平面圖進行修正(見圖5)。

3.2 砂體幾何特征

建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，開展精細儲層研究，利用數(shù)據(jù)得到定量或半定量的經(jīng)驗公式，表示地下儲層展布特征[21]。識別單一壩后，在剖面上統(tǒng)計各期次單一壩厚度，在平面上統(tǒng)計單一壩長軸方向、面積、長度和寬度等幾何特征參數(shù)。根據(jù)幾何特征參數(shù)，總結(jié)研究區(qū)單一壩的幾何特征，不同沉積微相具有不同的砂體幾何學特征[22]。

圖7 Ⅳ-27+28小層單一壩展布方向玫瑰花圖Fig.7 Rose diagram of distribution direction of single bar in Ⅳ-27+28 single layer

統(tǒng)計下油砂山組Ⅳ-27+28小層6個期次的單一壩個數(shù)、控制井口數(shù)、方向、平均面積、厚度、長度，以及平均長寬比、平均寬厚比參數(shù)(見表1)，研究區(qū)單一壩為15～21個，平均約為18個；有效控制井數(shù)量為27～148口，最多占研究區(qū)已鉆井數(shù)的一半；單一壩主方向為NEE(見圖7)，與研究區(qū)下油砂山組沉積時期地形構(gòu)造線彎曲方向大致相同；部分單一壩面積受單井控制和人為因素影響，波動范圍較大，90%的單一壩面積分布在0.05～1.20 km2之間(見圖8(a-b))，平均為0.59 km2；單一壩厚度普遍較薄、較均衡，90%的單一壩厚度分布在0.90～1.81 m之間(見圖8(c-d))，平均厚度為1.48 m； 90%的單一壩長度分布在395.00～1 930.00 m之間(見圖8(e-f))，平均長度為1 175.43 m，達到4口井的井距(研究區(qū)井距約為280 m)；90%的單一壩寬度分布在162.00～720.00 m之間(見圖8(g-h))，平均寬度為493.00 m，達到2口井的井距；平均長寬比和寬厚比分別為2.454和333.308。

TAYLOR A W等在野外露頭中記錄的砂壩平均寬度為462.0 m，平均厚度為2.8 m[23]。研究現(xiàn)代青海湖近岸砂壩沉積時，韓元紅等統(tǒng)計砂壩各項幾何參數(shù)數(shù)據(jù)范圍較廣，砂壩寬厚比在幾十到幾百之間，長寬比從幾到幾百[24]。李國斌等[8]、吳小斌等[17]研究同一單一壩級別下的濱淺湖砂壩平均厚度為6.7～8.7 m，平均長度為836.0～1 036.3 m，平均寬度為409.0～421.8 m，平均長寬比為2.0～2.5，平均寬厚比為49.1～60.5。

研究區(qū)單一壩厚度在0.90～2.24 m之間，平均厚度為1.49 m，與文獻[8,17]相差很大，寬厚比相差也很大；平均長度相近，平均寬度近似，平均長寬比一致。因此，單一壩厚度在寬厚比參數(shù)中影響較大。砂體厚度與研究區(qū)地質(zhì)時期沉積幅度和沉積物供給有關(guān)，與沉積水體的深淺無關(guān)[25]，表明厚度對單一壩延伸范圍影響較小，即單一壩厚度與長度、寬度之間的相關(guān)關(guān)系較弱。累積概率曲線的變化趨勢也表明，厚度曲線(見圖8(d))與長度(見圖8(f))、寬度(見圖8(h))曲線相似性差，數(shù)據(jù)跨度相差也較大。

表1 Ⅳ-27+28小層單一壩幾何參數(shù)統(tǒng)計

注：最小～最大/平均。

圖8 Ⅳ-27+28小層單一壩幾何參數(shù)分布Fig.8 Distribution of geometric parameters of single bar in Ⅳ-27+28 single layer

圖9 研究區(qū)6個期次單一壩平均長寬比和寬厚比擬合關(guān)系Fig.9 Correlation fitting of average length-width ratio and width-thickness ratio of single bar in six stages in the study area

為分析研究區(qū)單一壩長寬比與寬厚比之間的關(guān)系，對長寬比和寬厚比進行相關(guān)性分析，結(jié)果兩者之間幾乎不相關(guān)，與實際情況不符。

研究區(qū)各單一壩長寬比和寬厚比偏差較大，數(shù)據(jù)區(qū)間分布范圍較廣，且單一壩整體厚度較薄?？紤]更薄的單一壩尖滅可能性更高、延伸距離相對更短、長寬比更小、寬厚比更大的特點，對6個期次單一壩寬厚比和長寬比的平均值進行相關(guān)性分析，以減小個別數(shù)據(jù)造成的偏差。單一壩平均長寬比與寬厚比的擬合對數(shù)關(guān)系式見圖9，擬合相關(guān)因數(shù)R2=0.824 5。根據(jù)擬合結(jié)果，單一壩長寬比與寬厚比呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性強，與其他學者研究結(jié)果相差很大[8,17,23,24]，主要影響因素為單一壩厚度，與沉積幅度和沉積物供給相關(guān)，沉積水體深淺影響沉積物分布范圍，因此，各沉積區(qū)砂壩或單一壩厚度、長度、寬度有各自的沉積背景。

3.3 展布特征

單一壩主展布方向為NEE，個別期次的單一壩展布方向與主方向垂直，與單一壩后期被環(huán)境改造有關(guān)[26]；一般單一壩的面積越大，井間連通性越好，研究區(qū)單一壩面積90%小于1.20 km2，井間連通性較差。另外，單一壩面積越大，地質(zhì)時期沉積水體深度相對越淺；研究區(qū)砂體厚度普遍較薄，反映研究區(qū)獨特的沉積背景。

在水動力作用下，單一壩一般呈席狀和條帶狀展布[26]。將研究區(qū)Ⅳ-27+28小層6個期次單一壩形態(tài)以長寬比進行分類，分析不同類型單一壩的分布頻率(見圖10)。將由單井控制的單一壩分為一類，將長寬比小于2的單一壩分為片狀，將長寬比大于2的單一壩分為條帶狀。由圖10可知，研究區(qū)大部分單一壩的長寬比大于2，為條帶狀單一壩。

圖10 Ⅳ-27+28小層各期次單一壩類型Fig.10 Single bar types in each period of Ⅳ-27+28 single layer

對于單井控制型的單一壩占比較大的期次(Ⅳ-27+28-1、Ⅳ-27+28-4)，單一壩平均面積和平均厚度較?。涣硗?，4個期次的條帶狀單一壩占比較大時，單一壩平均面積和平均厚度較大(見圖11)。Ⅳ-27+28-1期次的單一壩個數(shù)最少，規(guī)模最小，長寬比和寬厚比趨?。虎?27+28-2期次的砂體范圍最大，厚度接近各期次的平均厚度，長寬比和寬厚比最大；Ⅳ-27+28-3期次的砂體范圍略有減小，但厚度最大；Ⅳ-27+28-4期次的砂體范圍和厚度減小，但較Ⅳ-27+28-1的砂體范圍和厚度大，與Ⅳ-27+28-6期次的砂體規(guī)模相近；Ⅳ-27+28-5期次的砂體范圍和厚度增大，但不及Ⅳ-27+28-2期次的。

圖11 Ⅳ-27+28小層各期次單一壩平均面積和平均厚度Fig.11 The average area and average thickness of single bar in each period of Ⅳ-27+28 single layer

根據(jù)6個期次砂體的面積、厚度、長寬比、平均厚度和單一壩類型等參數(shù)及其變化趨勢，Ⅳ-27+28小層經(jīng)歷水體由淺變深、再由微變淺后變深的過程，其中，Ⅳ-27+28-2時期的相對水體深度最深，Ⅳ-27+28-1時期的相對水體深度最淺。Ⅳ-27+28小層砂體規(guī)模經(jīng)歷擴張到收縮兩個周期。

4 結(jié)論

(1)采用巖心識別、底部等高、測井曲線相似和油水分布關(guān)系等4種方法，識別柴達木盆地西部扎哈泉地區(qū)濱淺湖單一壩。

(2)研究區(qū)單一壩平均長度、平均寬度與其他學者研究結(jié)果近似，平均長寬比一般大于2，與其他學者研究結(jié)果一致。研究區(qū)單一壩厚度薄，寬厚比受厚度影響，與其他學者的研究結(jié)果相差很大；厚度與長度、寬度參數(shù)呈不相關(guān)關(guān)系，但研究區(qū)長寬比與寬厚比之間呈較強的正相關(guān)關(guān)系。

(3)研究區(qū)目的層Ⅳ-27+28小層單一壩的展布方向以NEE為主，面積一般小于1.20 km2，厚度一般小于1.81 m，長軸平均長度為1 175.43 m，短軸平均長度為483.00 m，大部分單一壩呈條帶狀，小部分呈片狀。當單一壩面積和厚度較大時，條帶狀單一壩增多。目的層水體經(jīng)歷由淺變深、再由微變淺后加深的過程，砂體規(guī)模也經(jīng)歷擴張和收縮兩個周期。