宜川地區(qū)盒8段沉積特征及對(duì)天然氣富集的控制作用

王振國(guó)，曹紅霞，喬向陽(yáng)，王 凱，武 渝

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710065）

鄂爾多斯盆地構(gòu)造形態(tài)呈南北走向，總體為一東緩西陡的向斜，可分為6大構(gòu)造單元。其中，伊陜斜坡作為盆地的主體構(gòu)造單元，為一西傾單斜，局部構(gòu)造不發(fā)育。盆地上古生界主要發(fā)育物性差、豐度低、非均質(zhì)性強(qiáng)的巖性氣藏[1–4]。

宜川地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，延安市宜川縣境內(nèi)，面積約3 500 km2，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，為一東南高西北低的單斜。該區(qū)上古生界主要發(fā)育上二疊統(tǒng)石千峰組、中二疊統(tǒng)石盒子組及下二疊統(tǒng)山西組、太原組和上石炭統(tǒng)本溪組。其中，下石盒子組盒8段巖性主要由灰白色、淺灰色、灰色中砂巖及灰綠色細(xì)砂巖與深灰色、灰黑色、灰綠色泥巖互層組成，是該區(qū)主要的產(chǎn)氣層位。自2009年對(duì)宜川地區(qū)天然氣勘探以來(lái)，盒8段多口井試氣獲工業(yè)氣流，最高無(wú)阻流量達(dá)13×104m3/d，顯示了良好的天然氣勘探前景。然而，目前對(duì)該區(qū)下石盒子組盒8段沉積微相類型研究程度較低，對(duì)不同微相沉積砂體的儲(chǔ)層特征缺乏對(duì)比分析，不利于準(zhǔn)確定位有利儲(chǔ)層及油氣富集區(qū)，極大地制約了宜川地區(qū)的勘探開發(fā)工作。針對(duì)上述問(wèn)題，本文綜合利用巖心、測(cè)井、薄片等資料，深入研究盒8段沉積微相類型、不同微相沉積砂體的儲(chǔ)層特征和砂體分布規(guī)律，明確有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，以期為研究區(qū)后期勘探開發(fā)提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

1 沉積背景及古地理格局

鄂爾多斯盆地是一個(gè)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)期地質(zhì)演化而成的大型疊合盆地。從晚石炭世起，盆地開始發(fā)生沉降，開啟了晚古生代海陸過(guò)渡相發(fā)展期，此時(shí)，盆地海侵范圍主要來(lái)自兩個(gè)方向，一是華北海從東向西海侵，二是祁連海槽從西向東海侵；但是，初期這兩個(gè)方向的海侵并未交匯，而被盆地的中央古隆起隔斷；后來(lái)隨著海侵范圍擴(kuò)大，在二疊紀(jì)初期，中央古隆起被東西海水越過(guò)淹沒(méi)，形成了一個(gè)面積廣泛且相對(duì)統(tǒng)一的水下海洋環(huán)境，沉積了面積大且厚度相對(duì)穩(wěn)定的二疊系太原組地層[5–7]。太原組沉積末期至早二疊世山西組沉積初期，因盆地北部開始隆起，沉積機(jī)制產(chǎn)生了重大改變；山西組沉積期，盆地北部和西部造山帶不斷隆升，海水逐漸從東南方向退出，沉積環(huán)境由海相快速轉(zhuǎn)變成陸相；到二疊世下石盒子組沉積期，盆地北部發(fā)生進(jìn)一步隆升，來(lái)自北部的物源供給充足，大型沖積平原–河流–三角洲沉積體系持續(xù)向南推進(jìn)延伸[8–11]，研究區(qū)主要發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境。

2 沉積相標(biāo)志

2.1 巖石類型及組分

沉積物的顏色能夠反映沉積發(fā)生時(shí)的古環(huán)境，是沉積環(huán)境最鮮明、最直觀的指示標(biāo)志[12]。宜川地區(qū)盒8段砂巖顏色主要為灰白色和淺灰色，偶見灰綠色和褐灰色；泥巖顏色主要為深灰色、灰綠色，其次為灰黑色和灰色；表明其主要形成于弱氧化–還原的水下沉積環(huán)境。盒8段砂巖主要為石英砂巖及巖屑石英砂巖，少量為巖屑砂巖，砂巖碎屑多為石英和巖屑，長(zhǎng)石含量很少。其中，石英含量為15.00%～93.00%，平均為64.56%；長(zhǎng)石含量為0～15.00%，平均為2.08%；巖屑含量為3.00%～58.00%，平均為22.15%，且以變質(zhì)巖和巖漿巖巖屑為主。砂巖成分成熟度整體表現(xiàn)為中等–較好的特征。

2.2 巖石結(jié)構(gòu)特征

碎屑巖的粒度分布和分選性可以反映沉積介質(zhì)沉積時(shí)的水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境。盒8段砂巖的粒徑主要為0.1～4.0 mm，以中–細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，其次為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，少量為細(xì)礫。顆粒分選中等–較好，少量為差；磨圓度主要為次棱狀、次圓狀，極少量為圓狀；支撐類型以顆粒支撐為主，少量為雜基支撐；膠結(jié)類型主要為接觸式膠結(jié)，其次為孔隙式膠結(jié)，少量為基底式膠結(jié)；顆粒間以點(diǎn)–線接觸為主，其次為線–凹凸接觸，少量漂浮狀接觸及縫合線接觸。巖石的結(jié)構(gòu)特征表明沉積物經(jīng)歷了較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)磨蝕，與淺水三角洲前緣的沉積特征相符[13–15]。

2.3 測(cè)井相標(biāo)志

測(cè)井相分析是把地層的沉積特征及對(duì)應(yīng)的測(cè)井曲線的形態(tài)、幅度、頂?shù)捉佑|關(guān)系、光滑程度等結(jié)合，來(lái)研究不同曲線形態(tài)所對(duì)應(yīng)的地層發(fā)生沉積時(shí)的環(huán)境，進(jìn)而劃分沉積相[16]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)110多口井的測(cè)井曲線進(jìn)行巖性–電性特征對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)自然伽馬曲線（GR）靈敏度較好。因此，利用自然伽馬曲線建立該區(qū)盒8段沉積微相與測(cè)井曲線之間的相標(biāo)志，主要包括以下幾種類型：箱形、鐘形、復(fù)合形、指形、刺刀形和低幅線形（表1，圖1）。

圖1 盒8段主要測(cè)井曲線形態(tài)

表1 盒8段測(cè)井相類型劃分

3 沉積相類型及特征

在區(qū)域沉積背景和沉積相標(biāo)志深入分析的基礎(chǔ)上，并借鑒前人的研究成果，認(rèn)為宜川地區(qū)盒8段發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣亞相，并可劃分出水下分流河道、水下分流間灣、水下天然堤和席狀砂4種微相。

水下分流河道微相：沉積物以灰白色、淺灰色的中、細(xì)砂巖為主，次為含礫中砂巖，局部可見粗砂巖，砂巖厚度較大。砂巖顆粒分選中等–較好，磨圓多為次棱狀、次圓狀；顆粒接觸關(guān)系普遍為點(diǎn)–線接觸或線–凹凸接觸；膠結(jié)類型多為接觸式或孔隙式膠結(jié)。發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、塊狀層理及沖刷–充填構(gòu)造，亦可見層內(nèi)變形構(gòu)造。垂直流向剖面呈透鏡狀，為正韻律或復(fù)合韻律。GR曲線值低，呈中–高幅鐘形、箱形或兩者的組合形態(tài)（圖2）。

水下分流間灣微相：多以細(xì)粒沉積物為主，巖性以深灰色、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾少量粉砂巖或細(xì)砂巖，常發(fā)育薄透鏡狀砂質(zhì)條帶。主要發(fā)育水平層理和透鏡狀層理，偶見浪成波痕及植物化石等，蟲孔及生物擾動(dòng)構(gòu)造也較發(fā)育。GR曲線值高，多呈低幅齒狀線形（圖2）。

水下天然堤微相：沉積物較細(xì)，常為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖的薄互層，粉砂巖中主要發(fā)育小沙紋層理，泥巖及粉砂質(zhì)泥巖中可見水平層理、植物碎屑化石。GR曲線值略偏高，泥質(zhì)含量高，多呈中–低幅刺刀形（圖2）。

席狀砂：巖性主要為細(xì)砂巖和粉砂巖，砂質(zhì)較純凈、分選較好，主要發(fā)育沙紋交錯(cuò)層理和波狀層理。單層砂體厚度薄，多為1.0～3.0 m，與泥巖呈薄互層狀產(chǎn)出。GR曲線值低，泥質(zhì)含量低，多為中–高幅的指形（圖2）。

圖2 x275井盒8段單井相特征

4 沉積相平面展布特征

以單井相、沉積相連井剖面及測(cè)井相分析為依據(jù)，在砂地比圖的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)勢(shì)相原則編制宜川地區(qū)盒8段沉積微相平面圖（圖3）。盒8段屬淺水辮狀河三角洲前緣亞相沉積，可見水下分流河道、水下分流間灣、水下天然堤和席狀砂4種微相。水下分流河道整體為北北東–南南西向，區(qū)內(nèi)北部整體發(fā)育6～7條河道，呈條帶狀由北向南展布；由于多期河道的側(cè)向遷移交匯及垂向相互疊置，河道寬度較大，主河道大多寬4～10 km，最寬處可達(dá)15 km，在中部和北部地區(qū)砂體連片分布。水下分流間灣也較發(fā)育，位于水下分流河道之間，呈條帶狀或舌狀分布，水下天然堤和席狀砂分布于水下分流河道的兩側(cè)和前緣。水下分流河道和水下分流間灣平面上相互間隔分布，縱向上相互交替疊置，河道砂體被間灣泥巖在空間上分割、隔離，為巖性圈閉的形成創(chuàng)造了良好的條件[17]。

圖3 盒8段沉積微相平面特征

5 沉積微相對(duì)天然氣富集的控制作用

5.1 儲(chǔ)集砂體的物性特征

宜川地區(qū)盒8段發(fā)育的儲(chǔ)集砂體類型有水下分流河道砂體、席狀砂體和水下天然堤砂體3種。通過(guò)對(duì)盒8段63口井336塊巖心樣品2 584個(gè)取樣點(diǎn)的物性測(cè)試資料與三種沉積微相砂體相匹配，進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)（圖4）：水下分流河道砂體孔隙度主要為2.0%～10.0%，平均值為6.5%；滲透率主要為0.010×10–3～0.500×10–3μm2，平均值為0.270×10–3μm2。席狀砂體孔隙度主要為0.6%～6.0%，平均值為3.9%；滲透率主要為0.010×10–3～0.300×10–3μm2，平均值為0.150×10–3μm2。水下天然堤砂體孔隙度主要為0.5%～6.0%，平均值為3.1%；滲透率主要為0.003×10–3～0.100×10–3μm2，平均值為0.040×10–3μm2。砂體物性主要受沉積環(huán)境和成巖作用等因素影響[18]，而該區(qū)物源一致，砂巖儲(chǔ)層所受成巖作用的影響也基本相同，因此，沉積環(huán)境對(duì)砂體物性的影響要大于其他因素。三類儲(chǔ)集砂體中，水下分流河道砂體物性相對(duì)最好，高孔滲數(shù)據(jù)所占的比重也高于其他兩類砂體，分析認(rèn)為是其沉積時(shí)水動(dòng)力強(qiáng)，沉積物粒度較粗等所致；其次，席狀砂體物性一般；而水下天然堤砂體物性最差，且低孔滲數(shù)據(jù)所占比例也最大。

圖4 盒8段不同微相砂體孔隙度和滲透率分布

5.2 儲(chǔ)集砂體的孔隙類型

根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡資料統(tǒng)計(jì)分析表明，盒8段儲(chǔ)集砂體發(fā)育的孔隙類型有原生粒間孔、次生溶孔、晶間孔和微裂縫等。原生粒間孔為砂巖中剛性顆粒之間的殘余粒間孔隙（圖5a、b），該類孔隙形態(tài)不規(guī)則，孔徑一般大于50 μm，多見于填隙物含量較少的水下分流河道砂體中。次生溶孔多為受地層酸性流體溶蝕而成的巖屑溶孔和雜基溶孔（圖5a、d、e），長(zhǎng)石溶孔和石英表面溶蝕孔在研究區(qū)也可見（圖5f），但所占比例很低。晶間孔主要分布在自生高嶺石和伊利石中（圖5c、f），孔徑極小，一般小于10 μm，該類孔隙較多，對(duì)儲(chǔ)層物性有較好的改善作用。微裂縫多由構(gòu)造作用或成巖作用形成，對(duì)提高儲(chǔ)層孔隙度作用有限，但可以起到連通作用，能有效地改善儲(chǔ)層的滲透率。整體對(duì)比發(fā)現(xiàn)，南部?jī)?chǔ)集砂體微裂縫較北部發(fā)育。

圖5 盒8段儲(chǔ)層鏡下特征

5.3 儲(chǔ)集砂體的孔喉結(jié)構(gòu)

喉道是連通孔隙的狹窄通道，是儲(chǔ)層滲流能力的主要影響因素。宜川地區(qū)盒8段6口井89塊砂巖樣品的壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析表明：砂巖的排驅(qū)壓力為0.13～10.47 MPa，平均為1.26 MPa；中值壓力分布范圍廣，為1.60～131.94 MPa，平均為24.98 MPa；平均喉道半徑為0.02～1.97 μm，平均為0.41 μm；變異系數(shù)為0.09～1.86，平均為0.43；最大進(jìn)汞飽和度為28.33%～96.92%，平均為69.95%。盒8段砂巖孔喉半徑整體偏小，孔喉連通性較差。砂巖壓汞曲線主要表現(xiàn)為三種類型（圖6）：

圖6 盒8段不同微相砂體壓汞曲線特征

Ⅰ類為低排驅(qū)壓力–細(xì)喉型。該類曲線排驅(qū)壓力為0.13～0.74 MPa，平均為0.48 MPa；中值壓力為1.60～12.34 MPa，平均5.32 MPa；歪度以粗歪度為主；變異系數(shù)為0.09～0.35，平均為0.24；最大進(jìn)汞飽和度為80.30%～96.92%，平均為87.91%。毛細(xì)管壓力曲線偏向左下方，多具有一定的低角度平臺(tái)。該類壓汞曲線對(duì)應(yīng)的砂巖孔隙度較高，為5.50%～14.90%，平均7.98%，滲透率總體也比較高，為0.20×10–3～9.80×10–3μm2，幾何平均值達(dá)0.669×10–3μm2。

Ⅰ類曲線常見于水下分流河道中心地帶形成的石英砂巖和巖屑石英砂巖中。該類砂巖溶蝕作用強(qiáng)，殘余粒間孔多與粒間溶孔或少量的雜基溶孔相連通，大孔隙和小孔隙共存，喉道主要以孔隙縮小型和縮頸型為主，連通性較好，多為中等–好的儲(chǔ)層。

Ⅱ類為中排驅(qū)壓力–微細(xì)喉型。該類曲線排驅(qū)壓力為0.50～2.00 MPa，平均為0.99 MPa；中值壓力為11.82～52.00 MPa，平均為26.15 MPa；歪度為細(xì)–粗歪度；變異系數(shù)為0.21～1.67，平均為0.49；最大進(jìn)汞飽和度為64.97%～84.83%，平均為73.21%。毛細(xì)管壓力曲線呈無(wú)平臺(tái)陡坡狀。該類壓汞曲線對(duì)應(yīng)的砂體孔隙度為3.00%～6.20%，平均為4.78%；滲透率為0.05×10–3～0.30×10–3μm2，幾何平均值為0.121×10–3μm2。Ⅱ類曲線常見于水下分流河道邊緣或席狀砂成因的巖屑石英砂巖或巖屑砂巖中。該類砂巖孔隙較小，分選一般，喉道主要以片狀、彎片狀為主，次為縮頸型，連通性不好，多為差儲(chǔ)層。

Ⅲ類為高排驅(qū)壓力–微細(xì)喉型。該類曲線排驅(qū)壓力為1.50～10.47 MPa，平均為2.75 MPa；中值壓力大于52.00 MPa；歪度以細(xì)歪度為主；變異系數(shù)為0.31～1.86，平均為0.71；最大進(jìn)汞飽和度小于65.00%。毛細(xì)管壓力曲線呈向右上凸的陡坡狀。該類壓汞曲線對(duì)應(yīng)的砂體孔隙度低，為1.08%～5.98%，平均為2.96%；滲透率很低，為0.004 4×10–3～0.096 8×10–3μm2，幾何平均值為0.033 1×10–3μm2。Ⅲ類曲線常見于水下天然堤或席狀砂成因的砂體中。該類砂巖孔喉很小，孔隙連通性差，多為非儲(chǔ)層。

5.4 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及優(yōu)選

從三類砂體的宏觀巖性特征、物性特征和微觀孔喉特征、壓汞曲線特征綜合分析認(rèn)為，水下分流河道中心地帶沉積砂體物性好，孔喉連通性也較好，且沉積砂體厚度大，多為8.0～24.0 m，可形成中等–好的儲(chǔ)層。水下分流河道邊緣沉積砂體和席狀砂體物性較差，孔喉連通性不好，厚度較小，多為1.0～8.0 m，多形成差儲(chǔ)層。水下天然堤砂體物性最差，孔喉很小，孔喉連通性差，厚度也較小，多為1.0～4.0 m，多屬非儲(chǔ)層（表2）。

表2 盒8段辮狀河三角洲前緣不同類型砂體特征

在上述儲(chǔ)層宏觀和微觀特征研究的基礎(chǔ)上，選取砂體厚度、巖性、孔隙類型、儲(chǔ)層物性、壓汞參數(shù)等8個(gè)參數(shù)，將宜川地區(qū)盒8段儲(chǔ)層類型劃分為三類（表3）。

表3 盒8段儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，繪制出盒8段儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)圖（圖7），結(jié)果表明，砂巖儲(chǔ)層分布受沉積微相展布的控制。Ⅰ類儲(chǔ)層分布在水下分流河道沉積微相的中心地帶，砂體厚度大、連通性好，物性也較好，有利于天然氣成藏，中–高產(chǎn)井主要分布在該類地區(qū)，為甜點(diǎn)區(qū)。Ⅱ類儲(chǔ)層分布在水下分流河道沉積微相的邊緣或者席狀砂沉積地帶，砂體厚度薄、連通性較差，物性也較差，不利于天然氣的成藏，低產(chǎn)井或者干井主要分布在該類地區(qū)，勘探開發(fā)價(jià)值較低。Ⅲ類儲(chǔ)層分布在水下天然堤或水下分流間灣沉積地帶，發(fā)育粉砂巖薄互層沉積或完全為泥質(zhì)沉積，物性差，該類地區(qū)氣井基本為干井，不具有勘探開發(fā)價(jià)值。

圖7 盒8段試氣與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)疊合特征

從區(qū)域上看，工業(yè)氣流井主要分布在研究區(qū)中部和北部，南部地區(qū)氣井試氣效果較差。結(jié)合地震資料和區(qū)域構(gòu)造圖研究發(fā)現(xiàn)[19–21]，研究區(qū)南部發(fā)育5條北西–南東走向的逆斷層，大多延伸3～12 km。綜合分析認(rèn)為：由于研究區(qū)南部距渭北隆起較近，原始?xì)獠匦纬梢院螅喜康貐^(qū)后期受到多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，小斷層和伴生裂縫較北部發(fā)育，對(duì)巖性圈閉、蓋層封閉性、輸導(dǎo)體系及保存條件造成一定程度的改造破壞，烴類氣體發(fā)生了二次運(yùn)移和散失，形成了如今南部的殘余低豐度氣藏。

6 結(jié)論

（1）宜川地區(qū)盒8段發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣亞相沉積，并可劃分出水下分流河道、水下分流間灣、水下天然堤和席狀砂4種沉積微相；水下分流河道和水下分流間灣微相發(fā)育較好。

（2）宜川地區(qū)盒8段發(fā)育3種類型的砂體，三者在巖性、儲(chǔ)層物性和孔喉特征上具有一定的差異。其中，水下分流河道中心地帶沉積砂體物性好、厚度大、連通性較好，是最有利的天然氣儲(chǔ)集砂體。河道砂體呈北北東–南南西向展布，其分布受沉積微相展布的控制。

（3）中–高產(chǎn)的工業(yè)氣流井大多分布在宜川地區(qū)中部和北部水下分流河道中心沉積砂體較厚的地帶；南部因受成藏后期多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，原始?xì)獠氐谋４鏃l件遭到破壞，天然氣發(fā)生散失，試氣效果較差；中部和北部河道中心砂體發(fā)育區(qū)是該區(qū)天然氣勘探開發(fā)最有利的目標(biāo)區(qū)。