砂質(zhì)辮狀河心灘及河道砂微相的識別特征與方法

李 磊，趙永剛，馬超亞，金紹臣，趙永鵬，楊路顏

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065；3.中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710200)

0 引 言

針對砂質(zhì)辮狀河沉積微相的劃分研究，于興河結(jié)合Miall的河流分類，提出了砂質(zhì)辮狀河的分類體系，并認為河道沉積中以心灘發(fā)育為主[1]；張勇在研究山東臨邑北部大蘆家地區(qū)館三段砂質(zhì)辮狀河沉積類型時，提出了心灘與河道充填共同構(gòu)成了辮狀河河道亞相最主要的2種微相類型[2]；季漢成等學(xué)者在對河北省遷西、遷安、灤縣一帶現(xiàn)代辮狀河沉積考察時，將河道的沉積類型分為心灘與分支河道[3]。其中，河道充填微相與分支河道微相的分布位置及沉積特征有相似性。隨著油田開發(fā)的不斷深入，河道亞相中單一的心灘微相劃分方案已不能滿足單砂體刻畫和剩余油分布研究的實際需要。該文在研究隴東油區(qū)中部Z304-5井區(qū)延10油層組沉積微相的實踐中，發(fā)現(xiàn)Z304-5井區(qū)三級河谷限制的砂質(zhì)辮狀河河道亞相中除了發(fā)育心灘微相之外，還發(fā)育了一種影響砂體展布與規(guī)模的微相類型——河道砂，河道砂微相是辮狀河古環(huán)境恢復(fù)所得到的一種具有統(tǒng)計學(xué)意義的控砂微相類型。

針對Z304-5井區(qū)延10油層組砂質(zhì)辮狀河沉積相，通過綜合地質(zhì)特征、測井響應(yīng)特征、平面展布特征等定性與定量、沉積學(xué)與測井學(xué)相結(jié)合的方法，對心灘和河道砂微相進行識別區(qū)分，并總結(jié)出識別砂質(zhì)辮狀河心灘、河道砂微相的一套具體方法，為該井區(qū)砂體預(yù)測與儲層評價提供沉積相研究的技術(shù)支撐。為鄂爾多斯盆地或其他盆地具有相似沉積特征的油藏或井區(qū)砂質(zhì)辮狀河沉積微細精細研究提供一些重要借鑒。

1 研究區(qū)概況

Z304-5井區(qū)位于甘肅隴東油區(qū)中部，區(qū)域構(gòu)造上隸屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西南部。該區(qū)下侏羅統(tǒng)延安組按巖性、古生物及旋回特點劃分為10個油層組，其中延10油層組巖性主要以細—中砂巖為主，是該區(qū)主力開發(fā)層位，也是中生界最重要的含油層段之一。根據(jù)沉積旋回特征，將延10油層組自下而上劃分延103、延102、延101三個砂層組。延101地層厚度為12～30 m，延102地層厚度為14～31 m，延103地層厚度為14～34 m，各砂層組地層穩(wěn)定，厚度相當。

鄂爾多斯盆地西南部早侏羅世富縣期和中侏羅世受古地貌控制，在延10期的主要沉積類型為砂質(zhì)辮狀河，其物源體系與前侏羅紀古河谷的展布方向及古水流方向密切相關(guān)[4-10]。Z304-5井區(qū)延10期河流沉積的基底位于鄂爾多斯盆地西南部前侏羅紀古河谷的三級河谷，該三級河谷為鎮(zhèn)北支河谷的次一級河谷，自南向北展布[11]。目前，從研究區(qū)延10油層組砂質(zhì)辮狀河沉積相中識別出河道、河道間、河漫3個亞相類型(表1)。其中，河道亞相中的心灘、河道砂微相沉積極為發(fā)育，構(gòu)成了研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河的沉積主體，為此次研究的主要對象。

表1 Z304-5井區(qū)延10油層組沉積相類型劃分

2 地質(zhì)識別特征

2.1 巖性特征

沉積巖巖性的研究對微相識別和區(qū)分具有重要參考價值[12]。由于水動力條件和沉積方式的差異，心灘和河道砂2種微相在巖性上表現(xiàn)出比較明顯的差異。

2.1.1 心灘

研究區(qū)延10油層組巖心中心灘微相的沉積物粒度整體要粗于河道砂微相。延10期辮狀河沉積遠離物源區(qū)，經(jīng)過長時期搬運，沉積物粒度整體偏細，以細—中砂巖、粉砂巖、泥巖為主，見少量含礫砂巖。以研究區(qū)西部Z250井延103砂層組為例，心灘微相發(fā)育于1 945.000～1 951.200 m。自下而上：1 947.800～1 951.200 m以中砂巖為主，單砂體厚度約為2.4 m；1 946.200～1 947.800 m以細砂巖為主，單砂體厚度約為1.6 m；1 945.000～1 946.200 m以粉砂質(zhì)泥巖為主。該心灘微相段整體粒度下粗上細，具正韻律特征(圖1)。

圖1 Z250井延103砂層組沉積微相及對應(yīng)巖性類型

2.1.2 河道砂

河道砂微相是沉積物在卸載作用下以砂質(zhì)充填為主所形成的。隨著水動力的增強，水流攜帶的泥沙在心灘兩翼發(fā)生自然卸載，后期隨著水動力的減弱，沉積的巖性逐漸變細。統(tǒng)計表明：研究區(qū)延10油層組河道砂的巖性粒度較心灘細，主要發(fā)育細砂巖、粉砂巖。以研究區(qū)西部Z250井延103為例(圖1)，河道砂微相對應(yīng)的井段1 943.300～1 944.100 m主要以細砂巖為主，單砂體厚度約為1.0 m，河道砂微相的沉積韻律性雖看起來不明顯，但是仍然可以識別出自下向上變細的正粒序。

2.2 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造是對沉積環(huán)境和水動力的直接反映[13]，不同的沉積環(huán)境具有不同的沉積構(gòu)造。通過觀察研究區(qū)延10油層組巖心發(fā)現(xiàn)：心灘由于河流的水動力較強，底部發(fā)育以平行層理、交錯層理、板狀斜層理為主，心灘沉積在不穩(wěn)定的水動力條件下也出現(xiàn)波狀層理。河道砂所處的環(huán)境水動力條件較弱，常發(fā)育均質(zhì)層理，波狀層理。

上述層理均屬于流動成因沉積構(gòu)造，反映出延10油層組心灘、河道砂沉積時期水動力強弱變化的差異性，對心灘、河道砂微相的識別可提供重要參考價值。

3 測井響應(yīng)識別特征

3.1 測井曲線形態(tài)

沉積相與測井相之間具有較好的對應(yīng)關(guān)系，不同沉積相因其成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等不同造成測井曲線所具有的幅度和形態(tài)不同[14]。因此，通過測井曲線形態(tài)，并結(jié)合沉積模式可對辮狀河心灘和河道砂作定性的區(qū)分。分析研究區(qū)延10油層組的GR曲線發(fā)現(xiàn)，典型心灘微相的GR曲線以箱形、鐘形-箱形疊加為主，河道砂微相多呈鐘形。

以研究區(qū)中部Z297井延103上部GR曲線為例(圖2a)。心灘微相所對應(yīng)的GR測井曲線主要呈齒化箱形，頂部與底部均為突變式接觸，底部可能由于沖刷面導(dǎo)致突變，頂部突變表明在該區(qū)水動力條件減弱，物源供給中斷在其頂部形成約為1 m的“河道間泥”。統(tǒng)計表明，研究區(qū)延10油層組心灘微相所對應(yīng)的箱形GR測井曲線以中—高幅度為主。

以研究區(qū)西北部Z303-03井延103下部GR曲線為例(圖2b)。河道砂微相所對應(yīng)的GR曲線以光滑-微齒化鐘形為主，鐘形曲線頂部和底部均呈漸變式接觸，說明了研究區(qū)發(fā)育在三級河谷，水動力條件相對較弱、物源供給逐漸減少。統(tǒng)計表明，研究區(qū)延10油層組河道砂微相所對應(yīng)的GR測井曲線幅度一般為中—低幅。

3.2 蛛網(wǎng)圖

利用巖性特征、沉積構(gòu)造特征以及測井曲線形態(tài)識別沉積微相的方法多屬于定性識別(圖3)，存在一定的局限性：①對于取心井可以通過地質(zhì)特征進行識別，但對于未取心井卻無法直接進行巖性描述；②自然伽馬測井和自然電位測井可以指示地層中黏土和泥質(zhì)的含量， 但砂層中含油氣時會使自然電位的幅度更低，因而測井曲線形態(tài)定性識別方法并不是固定不變的。如能將幾種測井資料結(jié)合起來使用， 則可降低單一測井資料分析帶來的多解和誤差。

圖2 Z304-5井區(qū)延10油層組測井曲線特征和沉積相類型

圖3 Z379井延102砂層組6類測井曲線對應(yīng)關(guān)系

蛛網(wǎng)圖是一種數(shù)據(jù)表征技術(shù)，可對多變量數(shù)據(jù)資料進行綜合分析[15]。在基礎(chǔ)地質(zhì)方面，蛛網(wǎng)圖被廣泛應(yīng)用于巖性識別，取得了較好的效果[16-17]。在沉積相方面，雍世和認為同一沉積環(huán)境中，某類沉積微相的地層具有一組特定的測井參數(shù)值(包括測井響應(yīng)值和從測井資料提取與巖性有關(guān)的信息)[18]，不同沉積微相的巖層具有不同形狀的蛛網(wǎng)圖，通過蛛網(wǎng)圖形狀的不同可以對沉積環(huán)境進行定量識別。楊超通過蛛網(wǎng)圖識別出了三角洲前緣的沉積微相，并認為蛛網(wǎng)圖在識別沉積微相時具有較強的穩(wěn)定性和可識別性[19]。此次研究利用測井和巖心錄井等資料繪制了該區(qū)心灘和河道砂微相測井評價蛛網(wǎng)圖，其優(yōu)點是將6種測井曲線的波動幅度，在二維平面上直觀、形象地反映出來，從而充分顯示了研究區(qū)心灘和河道砂微相的差異。以研究區(qū)西南部Z379井延102砂層組為例，對蛛網(wǎng)圖的識別方法進行說明。

3.2.1 提取數(shù)據(jù)

根據(jù)Z379單井的沉積微相特征和測井分析的解釋成果，選取了該井河道砂與心灘微相所對應(yīng)的1 784.882～1 787.612 m、 1 792.550～1 802.355 m井段(圖3)，利用Gxplorer軟件，采用0.125 m作為一個采樣間隔，目的是盡可能的將心灘和河道砂微相所對應(yīng)的井段分為許多近似均分的井段，達到減少誤差目的，然后分別讀出各個均勻?qū)铀枰臏y井參數(shù)值(AC、GR、DEN、SP、CNL、Rt)，統(tǒng)計了心灘和河道砂測井曲線響應(yīng)特征值范圍(表2)。

3.2.2 處理數(shù)據(jù)

為避免各測井曲線量綱以及數(shù)量級的干擾，在繪制蛛網(wǎng)圖前，需通過對各測井參數(shù)指標進行歸一化處理，歸一化公式見式(1)、(2)，歸一化結(jié)果見表3。

表2 Z379井心灘和河道砂微相測井曲線響應(yīng)特征值范圍

(1)

(2)

式中：Ai為該測井曲線在該數(shù)據(jù)點的歸一化值；ai為該測井曲線上該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的測井值；amin為微相段測井曲線的最小值；amax為微相段測井曲線的最大值；N為微相段內(nèi)的數(shù)據(jù)點個數(shù)；X為微相段測井曲線歸一化值。

表3 Z379井心灘和河道砂微相歸一化的測井評價參數(shù)

3.2.3 制作蛛網(wǎng)圖

以Z379井建立的心灘和河道砂微相歸一化后的測井評價參數(shù)(表3)為基礎(chǔ)，利用EXCEL的圖形功能繪制出沉積微相測井評價蛛網(wǎng)圖(圖4)。分析表明：心灘微相AC曲線尖峰明顯，呈單峰近似不規(guī)則的五邊形(“”形)，其中，AC歸一化值多在0.60左右(237 μs/m)，SP歸一化值最低，約0.23(-10 mV)。河道砂微相主要呈雙峰規(guī)則的六邊形(“”形)，峰值在Rt、DEN上，其中，GR、Rt、DEN的歸一化值均高于心灘微相?？傮w來說，河道砂微相測井響應(yīng)曲線蛛網(wǎng)圖含蓋面積和充填范圍要比心灘微相大，可能與河道砂微相在河道亞相中所形成的厚度不大、粒度較細的毯狀或席狀砂體有關(guān)。

圖4 Z379井延102心灘和河道砂微相測井評價蛛網(wǎng)圖

4 平面展布識別特征

以砂層組為編圖單位，編制了Z304-5井區(qū)延102沉積微相平面展布圖(圖5)。由圖5可知，延102為該區(qū)開發(fā)的主力層，心灘和河道砂不斷交錯，心灘微相呈孤立的不規(guī)則狀被河道砂微相包圍，形成互嵌式配置格局，且砂體連片性好。這種格局與研究區(qū)延10期辮狀河發(fā)育于三級河谷，物源供給不充足、水動力條件相對較弱有一定關(guān)系。

圖5 Z304-5井區(qū)延102沉積微相平面展布

研究區(qū)主體河道寬闊，由一個辮狀主流帶分叉為2條辮狀河道，砂體厚度分布穩(wěn)定，心灘和河道砂微相占工區(qū)面積的近2/3。河道砂微相的發(fā)育受到河漫灘的限制，主要呈條帶狀自南向北方向展布砂體，寬度約為1～2 km，砂體厚度集中在1.08～4.27 m，砂體平均厚度為2.06 m(表4)。心灘微相被河道砂微相包圍，呈孤立的不規(guī)則狀自南向北展布。據(jù)統(tǒng)計，研究區(qū)共識別出7個心灘微相，主要分布在Z297—Z250井一帶以及Z301-3、Z301-7、Z303-7、Z304-5、Z308-11、Z309-5井周邊，西部和西北部Z297—Z250井一帶的不規(guī)則心灘面積最大，約為4.83 km2，Z309-5井周邊最小，面積約為0.03 km2；心灘砂體較厚，厚度為4.00～11.67 m，平均厚度約為7.32 m(表4)。

表4 Z304-5井區(qū)延102微相類型及對應(yīng)砂體厚度

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)延10油層組發(fā)育砂質(zhì)辮狀河沉積，心灘和河道砂為最主要的控砂微相類型。通過延10油層組的巖性、沉積構(gòu)造和測井曲線形態(tài)能夠定性識別區(qū)分心灘與河道砂微相。心灘微相GR曲線形態(tài)以箱形、鐘形-箱形疊加為主，河道砂多呈鐘形。

(2) 選用自然伽馬、聲波時差、補償密度、補償中子、電阻率和自然電位等6類測井，提取測井參數(shù)，繪制沉積微相測井蛛網(wǎng)圖，心灘和河道砂微相蛛網(wǎng)圖的形狀和面積差異較大，心灘微相圖形以單峰“近似不規(guī)則的五邊形”為主，河道砂微相圖形呈雙峰“規(guī)則的六邊形”。

(3) 研究區(qū)延102油層組河道砂微相的發(fā)育受到河漫灘限制，呈條帶狀自南向北方向展布；心灘微相呈孤立的不規(guī)則狀展布，被河道砂微相包圍。

(4) 通過綜合地質(zhì)特征、測井響應(yīng)特征、平面展布特征等定性與定量、沉積學(xué)與測井學(xué)相結(jié)合的方法對心灘和河道砂微相進行識別區(qū)分，減少了砂質(zhì)辮狀河心灘與河道砂微相識別的誤判，提高了微相識別的合理性和準確性。