苏里格气田密井网区辫状河心滩刻画

2022-02-16范文田单敬福王志章

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年1期

范文田，文静，单敬福，王志章，王涛

(1.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 100249；2.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065；3.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

引言

辫状河所形成的油气藏在新生代陆相盆地中广泛发育，如鄂尔多斯盆地苏里格地区盒8下亚段[1-6]、渤海湾盆地馆陶组[7-12]等都发育有一套大型辫状河储层油气藏。心滩及辫状河道是辫状河沉积发育的主要沉积微相，尤以心滩微相最为重要[13]。心滩是辫状河储层最重要的构型单元，对应着Miall[14-16]提出的4级构型单元。

众多地质学者[17-19]对心滩的研究基本上都是从储层内部构型方面对心滩进行解剖，而对心滩的发育规模及影响因素研究相对较少，对苏里格气田的心滩发育情况认识不够充分。本文以苏里格气田苏X加密区块盒8下亚段地层为例，在明确沉积类型及地层精细划分的基础上，利用河道砂厚中心连线法、单一河道分界标志完成单层单一河道的识别；采用心滩测井相分异法对心滩的钻遇位置进行判别；根据现代沉积、野外露头、连续取芯资料及前人研究成果，对心滩的发育规模进行估算。明确钻遇心滩后，结合古气候条件、水动力条件对未知心滩进行预测，最终完成研究区心滩的刻画工作，并对影响心滩发育规模的因素进行分析。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是典型的残余内陆克拉通盆地，是由多期构造运动叠合形成的，自古生代以来，盆地内发育有多套沉积体系[20]。根据盆地内部的构造特征，鄂尔多斯盆地可进一步划分为东部的晋西挠褶带、西部的西缘冲断带以及天环坳陷、南部的渭北隆起、北部的伊盟隆起和中部的伊陕斜坡6个部分[21]。苏里格气田位于鄂尔多斯盆地二级构造单元伊陕斜坡西北部,从构造上来说，属于华北板块西部边缘，该地区为一平缓的西倾单斜[22-25]。石盒子组盒8段和山西组山1段地层是苏里格气田主力产气层，盒8段的储集空间类型基本为岩屑溶孔、晶间孔[26-27]。

研究区苏X加密区块位于苏里格气田中区，面积约9 km2，有18口井。井间距介于400～1100 m，南北方向间距明显大于东西方向间距。根据相近苏Y区块取芯井资料，发现盒8段岩性主要是以灰白色中-粗砂岩、黑色粉砂质泥岩以及含砾砂岩为主，山1段岩性以灰白色中-粗砂岩、黑色泥岩为主(图1)，同时综合前人对苏里格气田的研究成果，确定苏X区块山1段和盒8上亚段发育曲流河沉积，盒8下亚段发育辫状河沉积[1-6,28-29]。本次研究的目的层为盒8下亚段的盒8下1-1与盒8下1-2单层。

图1 苏Y区块某井综合柱状图

2 单一河道的识别

单一河道的识别需要判别出单一河道砂体。由于河道砂体非均质性较强，使得识别河道砂体边界存在一定困难，因而在判别单一河道砂体之前需要明确研究区辫状河砂体的分布形态。研究区盒8下亚段地层主要发育辫状河沉积，可推测辫状河道内砂体主要为条带状砂岩体。辫状河一般发育有多期叠置的大块砂体，在垂向上要对复合辫状河道进行期次划分，还需要结合横向上的高程差异、规模差异、河间差异以及测井曲线形态等单一河道分界标志来研究河道平面展布特征。

在盒8段沉积时期，物源主要来自正北方向或北偏东方向[2]。考虑到该时期并未发生较大的构造运动，因此，可推测研究区物源基本来自正北方向或者是北偏东方向，河流流向应该非常接近物源方向，不会出现明显的偏移情况。根据单层井位的砂厚数据，利用河道砂厚中心连线法来确定目的层的辫状河主河道，砂厚图尽可能精细到单期砂厚级别，砂厚中心则呈“串珠状”有规律交错分布，符合辫状河沉积原理与水动力学过程(图2)，结合上文提到的单一河道分界标志，判断盒8下1-1单层发育1条河道，盒8下1-2单层发育2条河道(图3)。

图2 苏X区块单层砂体厚度

图3 苏X区块单一河道平面展布

3 心滩的识别

心滩砂体是苏里格气田的主要成藏单元[3]。本次主要以测录井资料为基础，结合野外露头资料识别心滩，对心滩进行刻画。

3.1 心滩与辫流水道识别

盒8下亚段发育辫状河沉积，辫状河径流量不稳定，在多次的迁移改道后便形成了网络状的辫状河道带。在单一的辫状河道内，心滩与辫流水道交错沉积，形成“滩河相间”的沉积模式。心滩在自然伽马和声波测井曲线中呈现出中高幅微齿状箱型、箱型-钟型及微漏斗型，垂向上正韵律或均质韵律表现不明显，且心滩内部发育有泥质夹层，而辫流水道在测井曲线上则呈现出较为明显的中低幅微齿状钟型，垂向上表现为正韵律，内部一般不出现泥质夹层[30](图4(a))。图5揭示的是一个不完整的心滩和部分河道，可以清晰展示心滩与辫流水道之间的交切关系，为后续通过单井测井曲线旋回特征定位心滩建立了研究基础。在明确心滩与辫流水道差异的基础上，通过分析测井及岩心资料，可进行区内心滩的识别。

图4 不同构型要素测井响应特征

图5 柳林典型辫状河河道-心滩露头剖面[31]

3.2 心滩内部识别

对心滩内部的识别主要基于对测井、岩心及野外露头的分析。在明确心滩与辫流水道“滩河相间”沉积模式的基础上，结合辫状河水动力学特点，在横向上将心滩细分为头部、主体(核部)、翼部、尾部等四部分。心滩的头部离物源最近，是迎水流部分，受水流冲刷作用的影响最为强烈，多为上游加积作用，沉积序列发育不完整，垂向粒度变化不大，测井曲线外形多为微反旋回大型箱型。尾部远离物源，是背水流的部分，主要发生顺流加积作用，测井曲线以漏斗型为主。翼部位于心滩的两侧，受水流速度及能量差异的影响，侧积作用明显，容易发生侧向迁移，测井曲线呈现出先反旋回后正旋回的特征。主体部分即核部位于心滩的中部位置，一般以垂向加积作用为主，形态往往较为平坦(图4(b))。

4 心滩规模估算

在明确心滩的大致位置后，便需要对心滩的发育规模进行估算，进而确定心滩的边界。心滩的发育规模受沉积期气候、水动力条件、古地貌条件以及沉积物荷载的影响。

4.1 现代沉积

以西藏拉萨河心滩发育规模为例(卫星图片来自于Google Earth)，上游心滩的长度介于303～605 m，宽度介于116～160 m，长宽比在3.0∶1～4.4∶1。下游心滩长度介于713～910 m，宽度介于378～506 m，长宽比在1.4∶1～2.4∶1。上游心滩的长宽比明显比下游大(图6)。出现这种现象的原因很可能是受到地形及水动力条件的影响，像河流的上游往往河床坡度更陡，使得水动力作用更强，河流冲刷能力强，造成上游心滩的头部、翼部受到的冲刷作用明显强于下游心滩的头部、翼部，致使上游心滩呈偏细长的纺锤形，而下游心滩呈近椭圆形。

4.2 野外露头

该露头位于山西大同吴官屯，为心滩的纵向剖面，其长度超过400 m，厚度达到12 m，长厚比超过33.3∶1(图7)。

图7 吴官屯中侏罗统辫状河心滩露头剖面(据苏里格气田中心,2011)

4.3 取芯资料验证

通过岩芯资料，辅以测井曲线(图1)，可判断盒8下亚段地层内发育有心滩沉积微相，心滩厚度约为7 m。在现代沉积、古代露头、岩心资料的基础上，结合前人的水槽模拟试验等[30,32-35]，统计了心滩发育规模(表1)。

表1 心滩发育规模

考虑到研究区更靠近辫状河下游，心滩的长宽比较小，综合分析后认为研究区心滩的长宽比介于1.3∶1～1.6∶1、长厚比介于80∶1～135∶1、宽厚比介于60∶1～85∶1是比较合理的。计算得盒8下亚段的心滩长度一般为300～700 m，宽度一般为240～450 m。

5 心滩平面图的绘制

5.1 钻遇心滩的识别和刻画

同一心滩可能是单井钻遇，也可能是多井钻遇，如果相邻2口井都判断发育有心滩，可将2口井之间的距离与研究区心滩最大的长宽进行比对。若平行河流方向的井距大于心滩的最大长度、垂直河流方向井距大于心滩的最大宽度，则2口井钻遇不同的心滩，反之，可能钻遇同一心滩。

心滩的发育规模受到古气候条件、水动力条件的影响，因为研究区更靠近辫状河下游，心滩的长宽比小，外形更接近椭圆形。在河道拐弯处，由于弯度指数较大，存在水动力的损失，可能会造成此处心滩的发育规模较小。在充分考虑河道发育规模、心滩位置等因素对心滩的加积作用和侧向迁移所造成影响的基础上，在平面图中对心滩进行合理的调整，以进行钻遇心滩的识别和刻画(图8)。

图8 单层钻遇心滩刻画

5.2 心滩的预测

除了已经确认的钻遇心滩外，在钻遇心滩之间、钻遇心滩与河岸之间仍然可能有其他心滩的发育，所以需要对这些心滩进行合理的预测，以明确辫状河中心滩的发育情况，为后期研究区的开发提供地质依据。综合前人[31]对苏里格气田的相关研究成果，发现同一地层内心滩密度与河道砂厚间存在如下关系：

Y=1/(aXb-c)。

(1)

其中：Y为心滩密度，个/km2；X为单层河道砂体平均厚度，m；a、b、c分别为公式系数。在盒8下1-1单层内a为9.61，b为0.026，c为0.026；在盒8下1-2单层内a为1.28，b为0.15，c为1.10。所以如果已知单层内河道的平均砂厚，就可以大致计算出心滩可能发育的数量。

盒8段沉积期古气候条件为季节性干旱气候环境，在此沉积期内水位变化频繁，水动力差异较大，河道在侧向容易迁移摆动[36]。受整体沉积环境的影响，在该时期，研究区内河道也会发生迁移，造成心滩的发育规模、形态差异较大。在识别钻遇心滩及明确研究区内辫状河心滩发育规模的基础上，结合古气候条件、水动力条件及辫状河沉积发育特点，对研究区其他心滩发育规模及形态进行合理的预测(图9)。

图9 单层心滩预测结果

盒8下1-1单层发育1条辫状河道，在苏X-2井附近两条河道合并，为南北走向。辫状河心滩密度较大，苏X-6井以北心滩较为分散，以南心滩面积较大，形状近似椭圆形。心滩方向随水流方向改变，苏X-6井以北心滩走向不一，基本顺水流方向，以南均为南北走向。盒8下1-1单层共分布23个心滩，6个为钻遇心滩，其余为预测心滩。苏X-4井与苏X-8井钻遇的心滩发育规模均比较小，这是因其靠近河岸，位于河道拐弯处，水动力在此出现不同程度的损耗。

盒8下1-2单层发育2条辫状河道，过苏X-1井辫状河心滩整体为近南北走向，密度中等，辫状河道在苏X-9井附近变宽，心滩密度随之变大，心滩形状为“水滴”状。过苏X-6井辫状河心滩整体为南北走向，心滩密度较大，南部心滩较北部心滩密度大，心滩形状近椭圆形。盒8下1-2单层共分布29个心滩，9个为钻遇心滩，其余为预测心滩。