富縣地區(qū)長(zhǎng)8致密油儲(chǔ)集砂體成因及分布模式

陳西泮，王 全，寧 濤

(延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000)

致密油作為非常規(guī)油氣資源中的一部分，在中國(guó)乃至世界油氣資源中占有相當(dāng)重要的地位[1-3]，致密油的開采對(duì)世界油氣資源的巨大貢獻(xiàn)拭目以待。鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7層位作為國(guó)內(nèi)典型、重要致密油發(fā)育層位[4-6]，近年來，在成藏研究、勘探開發(fā)等方面進(jìn)展斐然，資源量可觀，為未來油田可持續(xù)發(fā)展的后備資源。富縣地區(qū)長(zhǎng)8油藏為該區(qū)主要生產(chǎn)層位之一，亦為典型的致密油藏[7-9]，其三角洲前緣沉積環(huán)境是鄂爾多斯盆地最主要的油氣儲(chǔ)集環(huán)境，其中水下分流河道砂體為該環(huán)境下重要組成部分。水下分流河道砂體的規(guī)模、擺動(dòng)變化、連通方式、成因結(jié)構(gòu)模式等直接影響致密油勘探開發(fā)，本文意在精細(xì)研究富縣地區(qū)長(zhǎng)8期三角洲前緣環(huán)境下砂體成因，以期從沉積角度為該區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層致密化分析、資源潛力預(yù)測(cè)提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

富縣油田地處鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造單元-伊陜斜坡東南部。中生代以來，區(qū)域內(nèi)部構(gòu)造穩(wěn)定，微觀上常見鼻狀小隆起，地層平坦，傾斜幅度小于1°，且三疊系各時(shí)代地層發(fā)育完全，均呈現(xiàn)整合或假整合接觸關(guān)系。富縣地區(qū)長(zhǎng)8油層組主力區(qū)域已探明含油面積約185.5 km2，長(zhǎng)8油層組厚度60～100 m，劃分為長(zhǎng)81、長(zhǎng)82兩個(gè)油層組，與下部長(zhǎng)9地層以整合方式接觸。

2 砂體沉積特征

2.1 巖石特征

通過對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)8地層82個(gè)樣品進(jìn)行鏡下觀察，得出富縣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層巖性主要為長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖(見圖1)。碎屑成分中以石英與長(zhǎng)石含量為主，成分穩(wěn)定，其中石英含量為：15%～52%，平均32.2%；長(zhǎng)石含量為：20%～73%，平均42.2%。巖屑含量較低，主要成分有火成巖巖屑(平均含量4.1%)、變質(zhì)巖巖屑(平均含量4.7%)、沉積巖巖屑(平均含量3.6%)、云母(平均含量3.2%)，部分巖樣含少量鈣化碎屑。研究區(qū)砂巖粒度以細(xì)砂為主，顆粒分選性好。

圖1 富縣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖三角圖

2.2 沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件

前人對(duì)富縣地區(qū)長(zhǎng)8地層輕/重礦物等碎屑組分特征、古水流方向、稀土元素特征等內(nèi)容分析認(rèn)為，富縣地區(qū)受來自陰山古陸母巖的影響，物源為北東方向，且物源供給充足、穩(wěn)定[8，9]。

通過研究區(qū)長(zhǎng)8地層巖心觀察，發(fā)現(xiàn)古生物多為垂直蟲孔(見圖2a)、碳化植物根系或碎屑(見圖2b)，前人研究表明，這兩類古生物多出現(xiàn)在淺水環(huán)境，如沼澤、濱淺湖環(huán)境[10]。此外，巖心中多見豐富的沉積構(gòu)造，有水動(dòng)力能量較強(qiáng)交錯(cuò)層理、平行層理(見圖2c和圖2d)等，說明沉積物當(dāng)時(shí)河流入湖部位，有能量較弱的水平層理、沙紋交錯(cuò)層理，反映出當(dāng)時(shí)湖水有緩慢震蕩的特點(diǎn)。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)8地層巖心類型及沉積構(gòu)造

3 水下分流河道砂體成因分析

近年來，多位學(xué)者應(yīng)用層序地層學(xué)中短期基準(zhǔn)面旋回原理，對(duì)三角洲前緣儲(chǔ)層砂體成因及其類型劃分進(jìn)行了深入研究，可將不同砂體成因與不同砂體類型相結(jié)合，進(jìn)一步對(duì)水下分流河道、河口壩單砂體或復(fù)合砂體進(jìn)行研究分析[11-13]。大量研究結(jié)果表明，富縣地區(qū)長(zhǎng)8期沉積環(huán)境為三角洲前緣，其微相發(fā)育水下分流河道、水下分流間灣。

水下分流河道砂體主要來自陸地分流河道砂體繼續(xù)延伸到湖水面以下，其在延伸過程中受到湖水阻擋-流速減慢、河道變寬、分道增加、地勢(shì)深度變淺等影響，水動(dòng)力變?nèi)酰瑥亩练e形成水下分流河道砂體。特征一般表現(xiàn)為：沉積物粒度變細(xì)，顏色變深，砂體下部多見厚層較粗粒級(jí)(粗砂巖、細(xì)砂巖)，構(gòu)造上多發(fā)育交錯(cuò)層理(見圖2c)、沖刷-充填構(gòu)造，還可見同生變形構(gòu)造。測(cè)井相特征中GR、SP曲線反映出粒度正韻律特點(diǎn)，形態(tài)多為不規(guī)則箱形、鐘形。

3.1 單河道砂體成因

3.1.1 完整式水下分流河道砂體

該類砂體形成是受到基準(zhǔn)面上升引起的可容納空間增加的影響，物源供給充足，沉積速率大于沖刷和剝蝕速率，從而易形成較厚層砂體。砂體具有典型完整河道下粗上細(xì)“二元結(jié)構(gòu)”，測(cè)井曲線表現(xiàn)為正韻律旋回，下部形態(tài)多為中幅-高幅鐘形，上部形態(tài)特征表現(xiàn)為中、高幅雙指形或齒形。如若基準(zhǔn)面下降，該類砂體受到剝蝕影響較弱或無沉積，上述砂體特征仍舊保存。該過程重復(fù)發(fā)生，形成多個(gè)夾有泥巖或粉砂巖的水下分流河道砂體疊置(見圖3a)。

3.1.2 截削式水下分流河道砂體

該類砂體成因是在可容納空間小的情況下，基準(zhǔn)面低幅度上升時(shí)，沉積物所需沉積空間超越了可容納空間，受水動(dòng)力影響，大部分沉積物被沖刷帶走無法保留；基準(zhǔn)面下降過程中，下降半旋回強(qiáng)烈的侵蝕、沖刷作用造成上部細(xì)粒物被帶走，底部粗粒物被保留。上述過程重復(fù)發(fā)生，形成具有底部沖刷面疊置砂體，砂體之間泥質(zhì)或細(xì)粒沉積不發(fā)育，砂體多為單一向上變細(xì)的塊狀，GR曲線特征表現(xiàn)為箱形(見圖3b)。

3.2 疊加式河道砂體成因

疊加式水下分流河道砂體多為兩期及以上河道砂體疊加形成[14,15]。主要成因?yàn)榛鶞?zhǔn)面的多次上升與下降條件下，多期截削式水下分流河道砂體疊置而成，表現(xiàn)為連續(xù)型較強(qiáng)的多期水下分流河道下的產(chǎn)物。因此，在測(cè)井曲線上表現(xiàn)出多個(gè)連續(xù)箱形緊密疊置的形態(tài)(見圖3c)。

圖3 富縣地區(qū)長(zhǎng)8水下分流河道成因砂體短期基準(zhǔn)面旋回剖面結(jié)構(gòu)示意圖

4 儲(chǔ)層砂體分布模式

4.1 砂體剖面特征

基準(zhǔn)面升降影響沉積物可容納空間，進(jìn)而影響河道內(nèi)部砂體幾何形態(tài)與疊置關(guān)系[16]。因此，沉積物的供給量影響砂體在剖面上的特征，本次研究繪制了6條長(zhǎng)8致密儲(chǔ)層連井剖面圖來分析砂體在剖面上的特征及疊置關(guān)系。剖面圖中顯示，長(zhǎng)8期發(fā)育兩級(jí)基準(zhǔn)面上升半旋回，沉積物供給在垂向上呈多級(jí)變化(見圖4)。

結(jié)合前人研究認(rèn)為，富縣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)油砂體形成于區(qū)域上湖盆擴(kuò)張?jiān)缙?，三角洲前緣由進(jìn)積轉(zhuǎn)化為退積過程中，該套砂體從剖面圖(垂直物源)來看，以三角洲水下分流河道砂體為主，在垂向上發(fā)育多期砂體，單砂體厚度不均一，厚者達(dá)8.98 m(F62井)、薄者僅有0.91 m(H303井)，砂體縱、橫向均以細(xì)粒沉積物相隔。由于受到物源供給充足、可容納空間與沉積物補(bǔ)給通量的比值(A/S)接近1等條件影響，剖面上多期砂體疊置的厚層砂體也較多見[17]。

4.2 河道砂體疊置樣式及特征

湖盆內(nèi)伴隨湖平面變化，不同階段形成的砂體形態(tài)、大小、疊置關(guān)系及堆積樣式均有較大出入，砂體疊置樣式直接影響注水過程中的水淹程度[18，19]，因此，砂體疊置樣式研究顯得尤為重要。富縣地區(qū)長(zhǎng)8時(shí)期，伴隨基準(zhǔn)面的上升，可容納空間增大，水下分流河道砂體在縱向上疊置樣式主要有4種類型：垂向孤立型、側(cè)向相切型、側(cè)向疊置型、垂向相切型。長(zhǎng)8油層組砂體疊置樣式由該油層組下部長(zhǎng)82的側(cè)向相切型、側(cè)向疊置型、垂向相切型向上部長(zhǎng)81垂向分離型樣式過渡，即完整式水下分流河道砂體向截削式水下分流河道砂體變化(見表1)。

圖4 富縣地區(qū)長(zhǎng)8油層基準(zhǔn)面旋回內(nèi)部砂體剖面圖

表1 富縣地區(qū)長(zhǎng)8致密儲(chǔ)層河道砂體疊置樣式

垂向相切型特征表現(xiàn)為后期形成的河道單砂體對(duì)早期形成的單砂體無影響或影響較小，即無明顯沖刷或侵蝕，兩期砂體相切處GR曲線與ILD曲線表現(xiàn)出回返特征，其相切處上下均為箱形或鐘形砂巖特征，該類疊置關(guān)系在研究區(qū)不發(fā)育，見于單井單砂體間，鄰井間未見；側(cè)向相切型疊置類型多表現(xiàn)為河道砂體垂向上鄰近，側(cè)向相切處GR曲線有小幅度回返，為兩期河道砂體間細(xì)粒沉積物，其上部或下部為箱形或鐘形；側(cè)向疊置型砂體疊置部位疊置率較低，其形成原因受到后期形成砂體對(duì)前期形成砂體的破壞、侵蝕作用[12]，在疊置處，GR曲線出現(xiàn)兩個(gè)相鄰箱形或鐘形，中間以低幅指型或齒形相隔，其上下未疊置處，GR曲線為一個(gè)單獨(dú)箱形或鐘形特征；垂向分離型，該類砂體疊置樣式為研究區(qū)長(zhǎng)8油層組最發(fā)育，兩期砂體之間沉積厚層或多薄層細(xì)粒沉積物，導(dǎo)致單砂體孤立存在，此類疊置樣式測(cè)井特征表現(xiàn)為GR曲線為分離的單個(gè)或多個(gè)箱形或鐘形特征，或在兩個(gè)箱形或鐘形間有明顯低幅薄層齒形或指型細(xì)粒物質(zhì)，整體表明，研究區(qū)砂體垂向疊置性較差。

4.3 砂體平面展布特征

分析砂體平面展布特征也能驗(yàn)證或反演砂體成因模式[20]。長(zhǎng)8期，隨著湖盆擴(kuò)張，基準(zhǔn)面上升，富縣地區(qū)物源充足、穩(wěn)定，受到湖水?dāng)U張動(dòng)力大于河流入湖動(dòng)力情況影響，大量砂體被動(dòng)卸載，砂體受強(qiáng)湖水?dāng)U張作用，被動(dòng)退積沉積，縱向上連續(xù)性好、平面上發(fā)育連片式水下分流河道砂體，可分為3個(gè)單砂體，其中砂體B和砂體C側(cè)向相切，砂體前端分叉較明顯。測(cè)量結(jié)果表明，3個(gè)單砂體中最寬處37.03 km，最窄2.01 km(見圖5)。

水下分流河道單砂體在平面上的接觸樣式受到長(zhǎng)8期水動(dòng)力條件、古地形等因素影響，在平面上展現(xiàn)出相互分離、相互切疊等不同的接觸樣式[21]。本次研究在上述砂體平面展布特征基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)水下分流河道砂體平面接觸樣式主要有間灣相隔式、水平搭橋式2種(見圖6)。間灣相隔式多以泥質(zhì)、粉砂質(zhì)或薄層砂為主的分流間灣分布于單砂體之間，將2個(gè)單砂體間隔，砂體間不連通(見圖6a)。砂體處GR曲線表現(xiàn)為一個(gè)單獨(dú)的箱形或鐘形，水下分流間灣處GR高值明顯，表現(xiàn)為中、低幅齒形。該類型的接觸砂體多發(fā)育在富縣研究區(qū)中-西部A砂體左右，沉積環(huán)境上多見于水下分流河道中-末端。水平搭橋式是2個(gè)單砂體相互銜接，接觸部分較少，沒有相切或疊加關(guān)系，屬于弱連通；曲線形態(tài)上GR曲線顯示出厚度不同的單個(gè)箱形或鐘形，并表現(xiàn)出橫向上砂體由厚變薄再變厚的組合關(guān)系(見圖6b)。該類接觸砂體出現(xiàn)在平面上兩個(gè)單砂體相切的部位，集中在富縣研究區(qū)中-東部中間位置處。

圖5 富縣地區(qū)長(zhǎng)8期河道砂體平面展布模式

圖6 富縣地區(qū)長(zhǎng)8油層組單河道砂體平面接觸樣式

5 結(jié)論

(1)依據(jù)基準(zhǔn)面升降原理，研究發(fā)現(xiàn)富縣長(zhǎng)8致密油儲(chǔ)集砂體發(fā)育完整式水下分流河道砂體、削截式水下分流河道砂體、疊加式水下分流河道砂體3種成因類型，以前2種為主。

(2)從砂體剖面特征來看，在垂向上發(fā)育多期砂體，單砂體厚度不均一；水下分流河道砂體在縱向上疊置樣式主要有4種類型：垂向孤立型、側(cè)向相切型、側(cè)向疊置型、垂向相切型。

(3)從砂體平面展布特征分析，總結(jié)出研究區(qū)隨著湖平面變化，長(zhǎng)8期發(fā)育3個(gè)單砂體，砂體成連片式分布；平面接觸樣式為間灣相隔式、水平搭橋式2種，并分析了2種樣式的測(cè)井特征。