神府地區(qū)太1段沉積特征及對(duì)氣藏的控制作用

段長(zhǎng)江，高計(jì)縣，王凱蕓，吳 鵬，孫文舉

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011；3.中國(guó)石油東方地球物理公司裝備服務(wù)處，河北涿州 072751）

“微相控儲(chǔ)，巖性控藏”的理念一直是鄂爾多斯盆地神府地區(qū)氣藏勘探開發(fā)工作的指導(dǎo)思想，近年來(lái)，鄂爾多斯盆地神府地區(qū)的致密氣藏勘探開發(fā)實(shí)現(xiàn)了重大突破，提交探明儲(chǔ)量700×108m3，日產(chǎn)量5×104m3。鄂爾多斯盆地東緣上古生界致密砂巖氣藏含氣層位多，勘探潛力大，是油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要區(qū)域[1-3]。目前，鄂爾多斯盆地東緣神府地區(qū)太原組砂巖段已鉆獲多口氣井，部分井見工業(yè)氣流[4]，該致密氣主要來(lái)源于太原組砂巖；然而，前期該區(qū)煤田鉆孔資料揭示較少，神府地區(qū)沉積環(huán)境和致密氣藏發(fā)育特征一直存在爭(zhēng)議，太原組砂巖發(fā)育范圍存在較大的不確定性，導(dǎo)致勘探開發(fā)難度不斷增大、工程風(fēng)險(xiǎn)不斷提高。同時(shí)，不同成因砂體的沉積模式和空間展布形態(tài)差別大，砂體成因類型認(rèn)識(shí)不清，增加了厘定沉積期次及精確刻畫其空間展布形態(tài)的難度；不同沉積期次砂體的儲(chǔ)層發(fā)育特征和優(yōu)質(zhì)砂體平面展布特征分歧較大，急需明確優(yōu)勢(shì)沉積微相和致密氣富集及產(chǎn)量的關(guān)系。

本文利用神府地區(qū)新鉆探的23口井的鉆井、巖心、測(cè)井資料和滿覆蓋三維地震資料，對(duì)太原組太1段開展沉積期次精細(xì)劃分及致密氣藏發(fā)育主控因素的研究工作，確定優(yōu)勢(shì)砂體的平面展布范圍，分析致密氣成藏的主控因素，對(duì)該區(qū)下一步油氣滾動(dòng)勘探和高效開發(fā)工作具有積極的作用。

1 地質(zhì)背景

神府地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣[5]，晉西撓褶構(gòu)造帶北端，東鄰黃河，地處陜西省神木縣境內(nèi)，面積約495 km2（圖1）。上古生界斷層比較發(fā)育，但普遍規(guī)模不大，構(gòu)造以南北走向?yàn)橹?。研究區(qū)地層自下而上為石炭系本溪組、二疊系太原組和山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組[6]。本區(qū)上古生界多套地層呈現(xiàn)規(guī)模性成藏，其中，太原組具有近源成藏的特點(diǎn)[7]，是研究區(qū)主要的含氣層位，自上而下劃分為太1段和太2段。

圖1 鄂爾多斯盆地東緣神府氣田構(gòu)造位置及井位分布

2 沉積微相特征

2.1 沉積微相劃分

神府地區(qū)太原組-山西組沉積期處于海盆向內(nèi)陸轉(zhuǎn)化的過渡時(shí)期，沉積環(huán)境由濱淺海相轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ戇^渡相[8-9]，該期沉積特征表現(xiàn)為潮坪-障壁-瀉湖沉積體系逐漸向三角洲沉積體系轉(zhuǎn)化；物源來(lái)自西北部華北地塊基底的隆升[10]，三角洲沉積體系自北西向南東展布，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育曲流河三角洲前緣和曲流河三角洲平原亞相沉積，沼澤沉積特別發(fā)育，以陸源碎屑為主的含煤建造為特色。

神府地區(qū)太原組太1段氣層縱橫向變化很大，以層組為單位劃分的沉積微相展布特征尋找優(yōu)勢(shì)砂體的方法已經(jīng)難以滿足開發(fā)需求。本文綜合層序地層學(xué)和沉積學(xué)原理，在精細(xì)地層對(duì)比的基礎(chǔ)之上，將太原組太2段、太1段分別劃分出3個(gè)沉積期次，太1段自下而上分別是太11、太12和太13亞段。其中，太11亞段沉積時(shí)期水動(dòng)力較弱，砂體極不發(fā)育，主要發(fā)育分流間灣微相；太12亞段沉積期，砂體較為發(fā)育，主要發(fā)育水下分流河道微相；太13亞段沉積期砂體相較于太12亞段明顯減少，僅個(gè)別井零星發(fā)育，主要發(fā)育分流間灣和沼澤微相，煤層較發(fā)育[11]（圖2）。

圖2 神府地區(qū)太原組太1段S4-1D井單井綜合柱狀圖

2.2 平面相展布特征

本次研究采用“鉆井約束、地震預(yù)測(cè)”的方法，太1段沉積期在三角洲前緣亞相中主要識(shí)別出兩條大型的復(fù)合水下分流河道，走向呈近南北向，由于多期分流河道復(fù)合疊置，砂體厚度較大且連片分布，最寬可達(dá)4 km，最厚可達(dá)22.5 m。在S8、S9及S30等井區(qū)砂體較不發(fā)育，以泥質(zhì)沉積為主，主要發(fā)育沼澤微相（圖3）。

圖3 神府地區(qū)太原組太1段振幅屬性圖和沉積相平面展布特征

在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步刻畫太1段內(nèi)部太11、太12和太13亞段沉積期沉積微相平面展布特征。結(jié)果表明，太11亞段沉積期，河道整體規(guī)模較小，寬度不超過1 km，分流間灣分布廣（圖4a）；太12亞段沉積期，河道整體最為發(fā)育，其中，西部水下分流河道整體寬度大于1 km，中部水下分流河道整體寬度大于2 km，相對(duì)于太11亞段沉積期，分流間灣面積減?。▓D4b）；太13亞段沉積期，沉積格局發(fā)生改變，海水大范圍退去，三角洲前緣面積大幅減小，三角洲向海推進(jìn)幾乎停滯，三角洲平原面積大幅增加，呈現(xiàn)“大平原、小前緣”的沉積格局。構(gòu)造格局相對(duì)穩(wěn)定，物源供給不足，與西部相比，中部水下分流河道整體相對(duì)較窄，最寬1 km左右，整體以沼澤沉積為主，廣泛發(fā)育煤層，形成區(qū)域內(nèi)優(yōu)質(zhì)的烴源巖和蓋層（圖4c）。

圖4 神府地區(qū)太1段各亞段沉積微相平面展布特征

3 致密氣藏的控制因素

3.1 多源供烴保障氣源充注

鄂爾多斯盆地東緣上古生界處于海陸變遷過渡的轉(zhuǎn)換地帶[12]，環(huán)境濕潤(rùn)，氣候潮濕，適宜高等植物的生長(zhǎng)。本溪組、太原組和山西組均發(fā)育煤層和暗色泥巖，形成盆地東部廣覆式生烴的煤系烴源巖[13]。在神府地區(qū)，本溪組、太原組和山西組的煤系烴源巖厚度分別為13～26 m、2～20 m和7～34 m[2]，其中本溪組頂部8+9號(hào)煤和山西組下部4+5號(hào)煤為主力烴源巖[14-15]，干酪根類型以Ⅲ型為主，為天然氣的主要母質(zhì)。兩套煤系烴源巖在研究區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，為太原組太1段提供上充下注的兩套層外遠(yuǎn)源供烴體系。如前文所述，太原組太13亞段沉積期，研究區(qū)地層整體露出水面，沼澤微相發(fā)育分布廣泛，煤系地層厚度3～6 m，形成該區(qū)層內(nèi)近源供烴體系[16-17]。同時(shí)，煤系地層生烴過程產(chǎn)生異常高壓，一方面保證了下部氣藏的充注，另一方面阻止下伏煤系地層的天然氣向上逸散，形成了有效的區(qū)域性蓋層，保障了氣藏的近源充注與后期保存。

3.2 優(yōu)勢(shì)相帶構(gòu)成儲(chǔ)層格架

沉積微相對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有關(guān)鍵的控制作用[18-19]，不同的沉積微相類型控制了砂體的空間展布特征。結(jié)合沉積相研究、測(cè)井解釋和生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，水下分流河道為優(yōu)勢(shì)砂體富集相帶，且具有較好的油氣顯示。作為三角洲前緣的“大動(dòng)脈”，水下分流河道是三角洲向湖推進(jìn)的主要通道，在水流牽引的主流線上，碎屑物質(zhì)分選好，磨圓度高，顆粒間雜基相對(duì)較少，利于形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。研究顯示，在兩條主力水下分流河道發(fā)育的基礎(chǔ)之上，研究區(qū)太1段主要發(fā)育兩套骨架砂體，分別是西部骨架砂體和中部骨架砂體。

太11亞段沉積期，西部骨架砂體厚1～2 m，中部骨架砂體厚2～4 m，氣層最大厚度為2.06 m（圖5a）；太12亞段沉積期，西部骨架砂體厚1～5 m，北部厚層砂體可見氣層，中部骨架砂體整體厚度大于2 m，最厚處大于10 m，是研究區(qū)最主要的氣層聚集發(fā)育段（圖5b）；太13亞段沉積期，西部骨架砂體基本未變，中部骨架砂體明顯減薄、收縮變窄，相對(duì)于太12亞段而言厚度明顯減薄，僅在S7和S2-3D井發(fā)育（圖5c），反映了水動(dòng)力減弱和物源供給不足的沉積背景。

圖5 神府地區(qū)太原組太1段骨架砂體與氣層發(fā)育匹配關(guān)系

由于太原組太1段物源供給及水動(dòng)力條件不穩(wěn)定，砂體擺動(dòng)頻繁，決定了氣藏沿河道帶分布的特征。在沉積微相的控制下，水下分流河道砂體是天然氣聚集和優(yōu)勢(shì)成藏的主要因素，同時(shí)，由于水下分流河道的頻繁擺動(dòng)，研究區(qū)太1段的含氣性在平面上呈現(xiàn)區(qū)帶分布不均的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

（1）神府地區(qū)太原組太1段主要發(fā)育水下分流河道、分流間灣和沼澤微相，其中，水下分流河道較為發(fā)育，構(gòu)成該期的沉積骨架，控制了全區(qū)的砂體發(fā)育規(guī)模。太11亞段沉積期，骨架砂體厚度主要發(fā)育在中部，整體厚2～4 m；太12亞段沉積期，骨架砂體厚度主要發(fā)育在中部，整體厚度大于10 m，西部骨架砂體厚1～5 m；太13亞段沉積期，受到水動(dòng)力減弱和物源供給不足的影響，中部骨架砂體明顯減薄、收縮變窄。

（2）層外遠(yuǎn)源和層內(nèi)近源的多源供烴保障了氣藏穩(wěn)定充注，太11亞段層內(nèi)煤系烴源巖具有供烴和封擋保存的雙重作用；水下分流河道控制了砂體展布，水下分流河道砂體和煤系地層的耦合發(fā)育共同控制了致密氣藏的富集與保存。