下寺灣山西組致密砂巖的粒度特征分析

馮 強(qiáng) 王鳳琴 趙謙平

(1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 西安 710065； 2. 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065； 3. 陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院， 西安 710065)

鄂爾多斯盆地是一個(gè)呈矩形、多旋回疊合的陸相大型含油氣盆地，有6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，其主體為伊陜斜坡。下寺灣區(qū)塊(在延安市甘泉縣西北部)位于伊陜斜坡的中南部，區(qū)內(nèi)的山西組構(gòu)造平緩，褶皺和斷層不發(fā)育，僅局部發(fā)育低幅度鼻狀隆起[1-2]。山西組一段為主力勘探層位之一，巖性主要為灰白色細(xì)砂巖、灰色中砂巖、黑色泥巖，與深灰色粉砂質(zhì)泥巖、粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及薄煤層組成不等厚互層。砂巖中，自生膠結(jié)物類型多樣且含量變化大，包括方解石、鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦、石英、綠泥石及伊利石等。本次研究，主要分析下寺灣區(qū)塊山西組一段致密砂巖的粒度特征，為其沉積環(huán)境研究和儲(chǔ)層質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 分析方法

采用篩析法與薄片粒度法，對(duì)巖心樣品進(jìn)行粒度分析與劃分。將測(cè)試所得的碎屑顆粒直徑d換算為φ值(φ=-log2d)，按Robert Louis Folk和William C. Ward提出的參數(shù)公式[3]，用矩法計(jì)算樣品數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度和峰度等基本粒度參數(shù)，繪制粒度概率累計(jì)曲線和C-M圖，再結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)離散點(diǎn)特征分析沉積環(huán)境。

粒度分析的巖心樣品，為下寺灣地區(qū)7口井采自山西組一段的46塊巖心。

2 砂巖粒度特征

2.1 粒度分布特征

對(duì)巖心樣品測(cè)量的顆粒平均每塊約350粒。粒度測(cè)量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 下寺灣山西組一段砂巖顆粒的粒級(jí)分布

儲(chǔ)層碎屑粒度的均值反映粒度分布的集中趨勢(shì)，同時(shí)表示著搬運(yùn)的動(dòng)能均值。樣品顆粒的平均φ值大致為1.209～2.981，屬細(xì)砂范圍。樣品中均未見礫級(jí)(φ≤-1)和黏土(φ>8)組分。樣品中均含有中砂(1<φ≤2)和細(xì)砂(2<φ≤3)。細(xì)砂出現(xiàn)的比例最高，為最活躍的沉積組分，平均占測(cè)試樣品總數(shù)的50.13%；然后依次為中砂、粗砂(0<φ≤1)、巨砂(-1<φ≤0)、粉砂(3<φ≤5)、細(xì)粉砂(5<φ≤8)。樣品的粒度分布較為集中，表明下寺灣山西組砂巖有較好的分選性。

粒度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是沉積物顆粒分選性評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映實(shí)驗(yàn)樣品粒徑與平均粒徑相比的分散程度。當(dāng)0<σ≤0.5，表示分選性好；0.5<σ≤1.0，表示分選性中等；1.0<σ≤2.0，表示分選性差；σ>2.0，表示分選性極差。研究區(qū)46塊巖心樣品粒度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.36～1.03，平均為0.51，說明目的層沉積物顆粒分選性好。

偏度表示頻率曲線分布的對(duì)稱性，反映著介質(zhì)的類型與搬運(yùn)能力的大小。46塊巖心樣品粒度數(shù)據(jù)的偏度值為-0.13～0.23，平均值約為0.03，表示多為正偏，偶有負(fù)偏。

峰度是頻率曲線尾部展開程度與中部展開程度的比值，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線，可說明曲線的尖圓程度。當(dāng)峰度為1時(shí)，屬標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)曲線；峰度小于1時(shí)為寬峰；峰度大于1時(shí)為窄峰。46塊巖心樣品粒度數(shù)據(jù)的峰度值范圍為0.91～1.19，平均為1.03，接近標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)曲線。

2.2 粒度概率累計(jì)曲線特征

以橫軸表示φ值，縱軸表示粒度累計(jì)出現(xiàn)概率，在正態(tài)概率圖上繪制不等間距圖。將縱軸的中點(diǎn)定為對(duì)稱點(diǎn)，向兩端逐漸增大，這樣使得環(huán)境反映最為敏感的粗、細(xì)尾部放大，可反映沉積物粒度的大小與其分選性的關(guān)系[4]。統(tǒng)計(jì)分析46塊砂巖樣品的粒度概率，結(jié)果表明，粒度概率累計(jì)曲線主要為代表河流型的基本兩段式與帶過渡段的兩段式(見圖1)。

圖1a所示為典型兩段式，是以跳躍總體與懸浮總體為主。跳躍總體約占65%左右，分選性較好，線段傾角為65°。懸浮總體占比較少，約35%左右，分選性為中等，其線段傾角為20°。跳躍總體與懸浮總體的S截點(diǎn)，φ值約為2.75。

同樣代表河流型的兩段夾過渡式(見圖1b)也是以跳躍和懸浮總體為主。在跳躍和懸浮總體之間夾著一個(gè)過渡段。過渡段中的碎屑物跳躍搬運(yùn)與懸浮搬運(yùn)同時(shí)進(jìn)行，線段傾角為25°。跳躍總體的粒度相對(duì)較粗，分選性中等。占比次之的懸浮總體不太發(fā)育，線段傾角也較小，多為泥沙混合沉積物，分選性一般。

代表淺灘型的三段式(見圖1c)是由懸浮總體、跳躍總體與牽引總體共同組成。牽引總體占比最小，線段傾角為30°左右。跳躍總體占比最大，線段傾角為75°左右，它與牽引總體交于T截點(diǎn)，φ值為2.0～2.5；與懸浮總體交于S截點(diǎn)，φ值為3.0～3.5。懸浮總體占比僅次于跳躍總體，線段傾角為50°左右，分選性好。三段式的整體傾斜角度偏大，分選性較好，其中發(fā)育少量的滾動(dòng)搬運(yùn)組分。

多段式(見圖1d)是由多個(gè)次總體組成，其中有多個(gè)交點(diǎn)，線段傾角變化快，φ>1.5。多為細(xì)砂、粉砂巖，包含少量泥質(zhì)沉積物，碎屑顆粒沉積物的組分相對(duì)雜亂，分選性差。

圖1 樣品巖心粒度概率累積曲線統(tǒng)計(jì)

2.3 粒度C-M圖特征

概率累計(jì)曲線上顆粒含量1%處對(duì)應(yīng)的粒徑C與顆粒含量50%處對(duì)應(yīng)的粒徑M，最能反映介質(zhì)搬運(yùn)和沉積作用的能力。沉積物的搬運(yùn)方式?jīng)Q定了粒度數(shù)據(jù)點(diǎn)在Passega圖版上的位置，同時(shí)也能反映沉積物的沉積環(huán)境[5]。

將46塊巖心樣品的粒度分析數(shù)據(jù)投入Passega圖版，結(jié)果如圖2所示。其中，PQ為滾動(dòng)段，QR為遞變懸浮段，RS為均勻懸浮段。在PQ段主要為遞變懸浮物，滾動(dòng)顆粒成分為輔；向下游滾動(dòng)時(shí)，C值逐漸變化，M值基本不變。在QR區(qū)域，流體中從頂部到底部懸浮物的粒度逐漸變細(xì)，C值與M值成比例變化。分布在QR區(qū)域的樣品最多，分布在RS段的樣品最少。在RS段是以均勻懸浮為主，由于均勻懸浮發(fā)生在上層水流中，故不受底層的影響，從上游至下游粒度幾乎不變。

圖2 巖心粒度C-M圖

2.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)離散點(diǎn)特征

不同的沉積環(huán)境對(duì)應(yīng)著不同的粒度參數(shù)，利用偏度和標(biāo)準(zhǔn)偏差的散點(diǎn)圖，可將不同成因的砂質(zhì)沉積物區(qū)別開來。按弗里德曼(Friedman)離散圖方法，通過矩法偏度和矩法標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng)值，對(duì)46塊巖心粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行投點(diǎn)分析。結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)點(diǎn)大多落于三角洲平原與前緣區(qū)域，少量數(shù)據(jù)點(diǎn)落于濱淺湖區(qū)(見圖3)。這說明，下寺灣山西組一段主要的沉積亞相為三角洲平原與前緣區(qū)。

圖3 巖心粒度數(shù)據(jù)的偏度與標(biāo)準(zhǔn)偏差離散圖

3 粒度與儲(chǔ)層物性的關(guān)系

沉積物顆粒的大小決定著沉積巖形成后的物性及其孔隙結(jié)構(gòu)特征，從而控制著儲(chǔ)層質(zhì)量。綜合分析研究區(qū)目的層致密砂巖的平均粒徑和儲(chǔ)層孔隙度、滲透率等參數(shù)，可知儲(chǔ)層碎屑顆粒粒度與其物性存在相關(guān)性。下寺灣山西組儲(chǔ)層孔隙度為1%～10%，孔隙度與粒徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。特別是在中砂質(zhì)細(xì)砂巖和細(xì)砂巖中，粒徑值增加，孔隙度會(huì)明顯減小。研究區(qū)總體滲透率較低，一般為(0.01～0.08)×10-3μm2，多數(shù)分布在(0.01～0.04)×10-3μm2。滲透率與粒徑也是呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在細(xì)砂質(zhì)中砂巖、中砂質(zhì)細(xì)砂巖和細(xì)砂巖中，這種負(fù)相關(guān)性更加明顯。

4 結(jié) 語(yǔ)

鄂爾多斯盆地下寺灣地區(qū)山西組一段致密砂巖儲(chǔ)層，主要發(fā)育細(xì)砂巖與中砂巖，其次發(fā)育粗砂巖，含少量粉砂與巨砂，整體分選性較好，以牽引流沉積為主。目的層致密砂巖粒度概率累計(jì)曲線，主要為代表河流型的基本兩段式與帶過渡段的兩段式，淺灘型的三段式次之，多段式最少。

在沉積背景方面，山西組一段砂巖的粒度特征所反映的沉積特征為三角洲平原和前緣環(huán)境。

儲(chǔ)層碎屑顆粒的粒度與儲(chǔ)層物性存在相關(guān)性。隨著沉積物平均粒徑值的減小，儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率均呈現(xiàn)加大的趨勢(shì)。