富县地区长8致密油储集砂体成因及分布模式

2021-04-12陈西泮

延安大学学报（自然科学版） 2021年1期

陈西泮，王全，宁涛

(延长油田股份有限公司，陕西延安 716000)

致密油作为非常规油气资源中的一部分，在中国乃至世界油气资源中占有相当重要的地位[1-3]，致密油的开采对世界油气资源的巨大贡献拭目以待。鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7层位作为国内典型、重要致密油发育层位[4-6]，近年来，在成藏研究、勘探开发等方面进展斐然，资源量可观，为未来油田可持续发展的后备资源。富县地区长8油藏为该区主要生产层位之一，亦为典型的致密油藏[7-9]，其三角洲前缘沉积环境是鄂尔多斯盆地最主要的油气储集环境，其中水下分流河道砂体为该环境下重要组成部分。水下分流河道砂体的规模、摆动变化、连通方式、成因结构模式等直接影响致密油勘探开发，本文意在精细研究富县地区长8期三角洲前缘环境下砂体成因，以期从沉积角度为该区长8储层致密化分析、资源潜力预测提供可靠依据。

1 区域地质概况

富县油田地处鄂尔多斯盆地一级构造单元-伊陕斜坡东南部。中生代以来，区域内部构造稳定，微观上常见鼻状小隆起，地层平坦，倾斜幅度小于1°，且三叠系各时代地层发育完全，均呈现整合或假整合接触关系。富县地区长8油层组主力区域已探明含油面积约185.5 km2，长8油层组厚度60～100 m，划分为长81、长82两个油层组，与下部长9地层以整合方式接触。

2 砂体沉积特征

2.1 岩石特征

通过对研究区长8地层82个样品进行镜下观察，得出富县地区长8储层岩性主要为长石砂岩、岩屑长石砂岩(见图1)。碎屑成分中以石英与长石含量为主，成分稳定，其中石英含量为：15%～52%，平均32.2%；长石含量为：20%～73%，平均42.2%。岩屑含量较低，主要成分有火成岩岩屑(平均含量4.1%)、变质岩岩屑(平均含量4.7%)、沉积岩岩屑(平均含量3.6%)、云母(平均含量3.2%)，部分岩样含少量钙化碎屑。研究区砂岩粒度以细砂为主，颗粒分选性好。

图1 富县地区长8储层砂岩三角图

2.2 沉积环境及水动力条件

前人对富县地区长8地层轻/重矿物等碎屑组分特征、古水流方向、稀土元素特征等内容分析认为，富县地区受来自阴山古陆母岩的影响，物源为北东方向，且物源供给充足、稳定[8，9]。

通过研究区长8地层岩心观察，发现古生物多为垂直虫孔(见图2a)、碳化植物根系或碎屑(见图2b)，前人研究表明，这两类古生物多出现在浅水环境，如沼泽、滨浅湖环境[10]。此外，岩心中多见丰富的沉积构造，有水动力能量较强交错层理、平行层理(见图2c和图2d)等，说明沉积物当时河流入湖部位，有能量较弱的水平层理、沙纹交错层理，反映出当时湖水有缓慢震荡的特点。

图2 研究区长8地层岩心类型及沉积构造

3 水下分流河道砂体成因分析

近年来，多位学者应用层序地层学中短期基准面旋回原理，对三角洲前缘储层砂体成因及其类型划分进行了深入研究，可将不同砂体成因与不同砂体类型相结合，进一步对水下分流河道、河口坝单砂体或复合砂体进行研究分析[11-13]。大量研究结果表明，富县地区长8期沉积环境为三角洲前缘，其微相发育水下分流河道、水下分流间湾。

水下分流河道砂体主要来自陆地分流河道砂体继续延伸到湖水面以下，其在延伸过程中受到湖水阻挡-流速减慢、河道变宽、分道增加、地势深度变浅等影响，水动力变弱，从而沉积形成水下分流河道砂体。特征一般表现为：沉积物粒度变细，颜色变深，砂体下部多见厚层较粗粒级(粗砂岩、细砂岩)，构造上多发育交错层理(见图2c)、冲刷-充填构造，还可见同生变形构造。测井相特征中GR、SP曲线反映出粒度正韵律特点，形态多为不规则箱形、钟形。

3.1 单河道砂体成因

3.1.1 完整式水下分流河道砂体

该类砂体形成是受到基准面上升引起的可容纳空间增加的影响，物源供给充足，沉积速率大于冲刷和剥蚀速率，从而易形成较厚层砂体。砂体具有典型完整河道下粗上细“二元结构”，测井曲线表现为正韵律旋回，下部形态多为中幅-高幅钟形，上部形态特征表现为中、高幅双指形或齿形。如若基准面下降，该类砂体受到剥蚀影响较弱或无沉积，上述砂体特征仍旧保存。该过程重复发生，形成多个夹有泥岩或粉砂岩的水下分流河道砂体叠置(见图3a)。

3.1.2 截削式水下分流河道砂体

该类砂体成因是在可容纳空间小的情况下，基准面低幅度上升时，沉积物所需沉积空间超越了可容纳空间，受水动力影响，大部分沉积物被冲刷带走无法保留；基准面下降过程中，下降半旋回强烈的侵蚀、冲刷作用造成上部细粒物被带走，底部粗粒物被保留。上述过程重复发生，形成具有底部冲刷面叠置砂体，砂体之间泥质或细粒沉积不发育，砂体多为单一向上变细的块状，GR曲线特征表现为箱形(见图3b)。

3.2 叠加式河道砂体成因

叠加式水下分流河道砂体多为两期及以上河道砂体叠加形成[14,15]。主要成因为基准面的多次上升与下降条件下，多期截削式水下分流河道砂体叠置而成，表现为连续型较强的多期水下分流河道下的产物。因此，在测井曲线上表现出多个连续箱形紧密叠置的形态(见图3c)。

图3 富县地区长8水下分流河道成因砂体短期基准面旋回剖面结构示意图

4 储层砂体分布模式

4.1 砂体剖面特征

基准面升降影响沉积物可容纳空间，进而影响河道内部砂体几何形态与叠置关系[16]。因此，沉积物的供给量影响砂体在剖面上的特征，本次研究绘制了6条长8致密储层连井剖面图来分析砂体在剖面上的特征及叠置关系。剖面图中显示，长8期发育两级基准面上升半旋回，沉积物供给在垂向上呈多级变化(见图4)。

结合前人研究认为，富县地区长8储油砂体形成于区域上湖盆扩张早期，三角洲前缘由进积转化为退积过程中，该套砂体从剖面图(垂直物源)来看，以三角洲水下分流河道砂体为主，在垂向上发育多期砂体，单砂体厚度不均一，厚者达8.98 m(F62井)、薄者仅有0.91 m(H303井)，砂体纵、横向均以细粒沉积物相隔。由于受到物源供给充足、可容纳空间与沉积物补给通量的比值(A/S)接近1等条件影响，剖面上多期砂体叠置的厚层砂体也较多见[17]。

4.2 河道砂体叠置样式及特征

湖盆内伴随湖平面变化，不同阶段形成的砂体形态、大小、叠置关系及堆积样式均有较大出入，砂体叠置样式直接影响注水过程中的水淹程度[18，19]，因此，砂体叠置样式研究显得尤为重要。富县地区长8时期，伴随基准面的上升，可容纳空间增大，水下分流河道砂体在纵向上叠置样式主要有4种类型：垂向孤立型、侧向相切型、侧向叠置型、垂向相切型。长8油层组砂体叠置样式由该油层组下部长82的侧向相切型、侧向叠置型、垂向相切型向上部长81垂向分离型样式过渡，即完整式水下分流河道砂体向截削式水下分流河道砂体变化(见表1)。

图4 富县地区长8油层基准面旋回内部砂体剖面图

表1 富县地区长8致密储层河道砂体叠置样式

垂向相切型特征表现为后期形成的河道单砂体对早期形成的单砂体无影响或影响较小，即无明显冲刷或侵蚀，两期砂体相切处GR曲线与ILD曲线表现出回返特征，其相切处上下均为箱形或钟形砂岩特征，该类叠置关系在研究区不发育，见于单井单砂体间，邻井间未见；侧向相切型叠置类型多表现为河道砂体垂向上邻近，侧向相切处GR曲线有小幅度回返，为两期河道砂体间细粒沉积物，其上部或下部为箱形或钟形；侧向叠置型砂体叠置部位叠置率较低，其形成原因受到后期形成砂体对前期形成砂体的破坏、侵蚀作用[12]，在叠置处，GR曲线出现两个相邻箱形或钟形，中间以低幅指型或齿形相隔，其上下未叠置处，GR曲线为一个单独箱形或钟形特征；垂向分离型，该类砂体叠置样式为研究区长8油层组最发育，两期砂体之间沉积厚层或多薄层细粒沉积物，导致单砂体孤立存在，此类叠置样式测井特征表现为GR曲线为分离的单个或多个箱形或钟形特征，或在两个箱形或钟形间有明显低幅薄层齿形或指型细粒物质，整体表明，研究区砂体垂向叠置性较差。

4.3 砂体平面展布特征

分析砂体平面展布特征也能验证或反演砂体成因模式[20]。长8期，随着湖盆扩张，基准面上升，富县地区物源充足、稳定，受到湖水扩张动力大于河流入湖动力情况影响，大量砂体被动卸载，砂体受强湖水扩张作用，被动退积沉积，纵向上连续性好、平面上发育连片式水下分流河道砂体，可分为3个单砂体，其中砂体B和砂体C侧向相切，砂体前端分叉较明显。测量结果表明，3个单砂体中最宽处37.03 km，最窄2.01 km(见图5)。

水下分流河道单砂体在平面上的接触样式受到长8期水动力条件、古地形等因素影响，在平面上展现出相互分离、相互切叠等不同的接触样式[21]。本次研究在上述砂体平面展布特征基础上，发现水下分流河道砂体平面接触样式主要有间湾相隔式、水平搭桥式2种(见图6)。间湾相隔式多以泥质、粉砂质或薄层砂为主的分流间湾分布于单砂体之间，将2个单砂体间隔，砂体间不连通(见图6a)。砂体处GR曲线表现为一个单独的箱形或钟形，水下分流间湾处GR高值明显，表现为中、低幅齿形。该类型的接触砂体多发育在富县研究区中-西部A砂体左右，沉积环境上多见于水下分流河道中-末端。水平搭桥式是2个单砂体相互衔接，接触部分较少，没有相切或叠加关系，属于弱连通；曲线形态上GR曲线显示出厚度不同的单个箱形或钟形，并表现出横向上砂体由厚变薄再变厚的组合关系(见图6b)。该类接触砂体出现在平面上两个单砂体相切的部位，集中在富县研究区中-东部中间位置处。