魏 穎，郝松立，楊 博，黃曉東，盧海嬌

(1.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西 西安710021)

子洲氣田從2003年開(kāi)始進(jìn)行整體勘探，主力層山2提交探明地質(zhì)儲(chǔ)量9.23×1010m3。經(jīng)過(guò)2005年的開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)及2006年開(kāi)始規(guī)?；óa(chǎn)，截止2010年底，共動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量6.50×1010m3，完鉆開(kāi)發(fā)井 182口，建井 160口，建成 1.3×109m3/a生產(chǎn)能力。子洲氣田北部的余興莊和米脂地區(qū)為氣田本部的重要物源，具有一定的開(kāi)發(fā)潛力。近年來(lái)子洲氣田開(kāi)發(fā)建產(chǎn)工作主要集中在南部的 Y30、榆 Y29、ZH3、Y48井區(qū)，北部地區(qū)開(kāi)發(fā)井的數(shù)量還是很低，研究程度相對(duì)薄弱。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)野外剖面調(diào)查、巖心觀(guān)察、采樣、大量的室內(nèi)分析測(cè)試資料、測(cè)井資料等，對(duì)研究區(qū)山西組山2段的沉積相進(jìn)行了劃分，旨在查明研究區(qū)的沉積相類(lèi)型及其對(duì)油氣地質(zhì)的研究意義。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)子洲氣田北部北起M9井，南至Y76井，東抵M26井，西達(dá)T10井，面積約3 640 km2，構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)的構(gòu)造基本上繼承了鄂爾多斯盆地區(qū)域構(gòu)造的整體特征，從北到南發(fā)育若干個(gè)規(guī)模大小不一的鼻隆(狀)構(gòu)造，鼻狀構(gòu)造具較好的繼承性。鼻隆的起伏形態(tài)和傾沒(méi)方向與斜坡的傾向近于一致，無(wú)斷層發(fā)育。鼻狀隆起與河道砂體配合，對(duì)油氣富集起到一定的控制作用。

太原期末或山西期初，受克拉通南北秦嶺、興蒙海槽于海西中晚期自西而東縱向遷移、關(guān)閉的影響，華北地塊整體抬升，海水從鄂爾多斯盆地東西兩側(cè)迅速退出，盆地性質(zhì)由陸表海盆演變?yōu)榻：?，沉積環(huán)境由海相多轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，總體沉積面貌以吳旗、富縣、宜川、延長(zhǎng)地區(qū)為盆地沉降中心，發(fā)育淺海沉積，而周緣濱海區(qū)則以三角洲沉積為特征，砂體具向湖盆強(qiáng)烈進(jìn)積的層序結(jié)構(gòu)，銀川-靖邊-米脂地區(qū)發(fā)育三角洲前緣沉積［1、4］。

2 沉積相判別

2.1 區(qū)域沉積環(huán)境

山2時(shí)期，研究區(qū)轉(zhuǎn)為陸相環(huán)境，油藏多處于鼻狀隆起的高點(diǎn)部位，發(fā)育三角洲前緣沉積［4-7］。特別是山2早期，處于海盆向湖盆轉(zhuǎn)化和區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的重新分化與組合的過(guò)渡時(shí)期，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，導(dǎo)致北部物源區(qū)的快速上升，作為地殼均衡響應(yīng)的沉積作用，在研究區(qū)形成大面積的砂體富集區(qū)，成為儲(chǔ)集砂體發(fā)育的有利地帶，加之氣候溫暖潮濕，河間洼地普遍發(fā)育沼澤，形成一套陸源碎屑沉積的含煤層系，其是盆地重要的氣源巖之一。

圖1 子洲北部研究區(qū)位置圖

2.2 沉積特征

2.2.1 砂巖巖石學(xué)特征

巖礦分析表明，研究區(qū)山2氣層組砂巖儲(chǔ)層的碎屑成分以石英為主，其次為巖屑，長(zhǎng)石含量很少，平均不足1.00%(圖2)。巖屑組分以變質(zhì)巖巖屑為主，平均含量為70.43%;其次為火成巖巖屑，平均含量為21.46%;沉積巖巖屑和云母含量較低，不到10%。填隙物主要由膠結(jié)物及雜基等碎屑粘土礦物組成，最高含量為95%，最低含量不足5.00%，平均含量為17.21%。中粒間孔-溶孔型占主要地位，平均含量達(dá)40.69%;其次為微孔，平均含量為16.55%;晶間孔 -溶孔型位居第三，平均含量為13.1%;晶間孔-粒間孔平均含量則為11.03%。其余如殘余粒間孔-溶孔、復(fù)合型孔、晶間孔、晶間孔-微孔、晶間孔、巖屑溶孔、粒間孔、粒間孔-次生溶孔等含量較低。因此，結(jié)合前人對(duì)研究區(qū)物源的研究成果，得出研究區(qū)山2沉積期的物源主要來(lái)自于盆地北部的變質(zhì)結(jié)晶基底，搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，巖石結(jié)構(gòu)成熟度較高［3］。

2.2.2 沉積學(xué)標(biāo)志

研究區(qū)山2段砂巖主要為灰白色和灰褐色(圖2-A)，泥巖以灰黑色、黑色為主(圖2-B)，多夾煤層及煤線(xiàn)(圖2-C)，可見(jiàn)植物炭化現(xiàn)象?？傮w上表現(xiàn)為還原條件下的暗色特征，表明山2氣層組沉積期氣候溫暖濕潤(rùn)，碎屑物沉積時(shí)大多處于水下環(huán)境。地表及井下巖心中均保存有相當(dāng)豐富的各種沉積構(gòu)造，成為劃分沉積相的有效資料。常見(jiàn)的層理有塊狀層理、水平層理(圖2-D)、平行層理(圖2-E)、交錯(cuò)層理(圖2-F)、壓扁層理、波狀層理、透鏡狀層理、同生變形層理(圖2-G)、沖刷面(圖2-H)等，都反映出三角洲前緣的沉積特征［8］。

圖2-A.Y562 658.5 m 灰白色粗砂巖;B.M22 283.3 m炭質(zhì)泥巖;C.Y44 2 670.58 m 煤;D.Y26 2 488.45 m 水平層理;E.Y302 505.4 m平行層理;F.Y442 658 m板狀交錯(cuò)層理;G.Y762 445.23 m 變形層理;H.M262 202.72 m 礫巖底部為沖刷面

2.2.3 粒度分布特征

1)概率累積曲線(xiàn)特征

研究區(qū)細(xì)砂巖顆粒磨圓度中等，多為次棱角狀，以孔隙-薄膜式接觸為主;分選中等—好;研究區(qū)山2段的概率曲線(xiàn)是由三角洲各亞環(huán)境的不同水動(dòng)力條件所造成的。主要類(lèi)型有兩段式 B型［9］。

兩段B型:粒度頻率曲線(xiàn)峰值20%左右，主峰位于細(xì)粒一側(cè)，以細(xì)粒組分為主，指示了水下沉積特征。粒度概率曲線(xiàn)以跳躍組分和懸浮組分的兩段式組合為主，跳躍組分含量高，一般為75%～85%，斜率較緩。懸浮組分含量較少，一般為15%～25%，這一特征反映了研究區(qū)沉積水動(dòng)力條件較強(qiáng)，沉積顆粒分選好的特點(diǎn)，代表了水下分流河道沉積。

如上圖所示，研究區(qū)粒度概率曲線(xiàn)特征比較明顯，基本為兩段式，即只有跳躍和懸浮兩種方式。圖3-A中兩段式跳躍總體的含量為50%～60%，懸浮總體的含量為40%～50%，分選性較差，代表較弱—較強(qiáng)的水流沉積環(huán)境;圖3B至圖3F所示的兩段式中跳躍次總體發(fā)育兩個(gè)粒度次總體，跳躍總體的含量為40%～85%，懸浮總體的含量為10%～30%，分選性較差，該類(lèi)沉積受單一河流作用或者單一湖泊作用的影響較小，大多數(shù)為二者共同作用的結(jié)果，是三角洲前緣相的特征，代表的是一種復(fù)雜多樣的水流沉積環(huán)境。

圖3 子洲氣田北部山2氣層組粒度概率累積曲線(xiàn)

2)粒度參數(shù)特征

運(yùn)用?？撕臀值鹿椒謩e求出粒度參數(shù)，根據(jù)級(jí)配特征和主要粒度參數(shù)的遞變特征，可獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

平均粒徑和粒度中值(Mz):由北向南變小，不僅表明沉積介質(zhì)的能量條件有規(guī)則的變化，而且也說(shuō)明搬運(yùn)距離越來(lái)越遠(yuǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ):表示沉積物的分選程度。主要取決于沉積過(guò)程的性質(zhì)和持續(xù)的時(shí)間。分流河道、水下分流河道為持續(xù)的單向水流條件，分選中等—好，標(biāo)準(zhǔn)偏差一般0.3～1.1(表1);河口砂壩沉積主要受河流動(dòng)力的控制，分選情況接近于河道砂或稍好于河道砂。而河口壩前端純凈砂和席狀砂由于簸選，分選良好，標(biāo)準(zhǔn)偏差一般在0.5以下，分選最差的水下天然堤、漫灘、湖灣沉積，標(biāo)準(zhǔn)偏差一般在0.6以上(表1)。

表1 子洲地區(qū)山2段儲(chǔ)層粒度分析統(tǒng)計(jì)表

偏態(tài)(sk):反映沉積過(guò)程能量的變異，河道砂、河口壩砂因泥質(zhì)含量低，主峰偏于粗粒一側(cè)，一般sk大于0.5，而河道間洼地、分流間灣、漫灘等粒級(jí)偏細(xì)，sk一般小于0.5(表1)。偏態(tài)值自北向南降低，反映能量逐漸減弱。

峰態(tài)(kg):測(cè)定頻率曲線(xiàn)中央部位與兩端分選程度的差異。研究區(qū)分流河道和水下分流河道主要以細(xì)砂為主，峰尖銳，峰態(tài)值一般在1以上。最大值達(dá)8.5左右，河道間洼地、分流間灣由于泥巖含量增加，細(xì)粒部分明顯增多，峰態(tài)也明顯減緩，峰值為0～1之間，反映能量條件較低。

3)粒度數(shù)據(jù)分析

山2段砂巖粒級(jí)以中砂為主(占76.8%)，其次為粗砂巖或細(xì)礫巖(占13.4%)和細(xì)砂(占9.8%)。粒度中等，平均值 Mz為 0.56～2.41;最大粒徑 9.5 mm，主要粒徑 0.1～4.0 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差 σ 值分布于 0.60～1.75，分選中等;偏度均為正偏，峰度K值分布于3.9～16.7(表1)，說(shuō)明顆粒中等-尖銳。上述特征表明山2段砂體的形成主要受河流作用控制。

根據(jù)薩胡判斷沉積環(huán)境的判別函數(shù)(Sahu，1964)，即:

其中:Y ＞9.8433，為河流(三角洲)相;Y ＜9.8433，為濁流相。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)74個(gè)樣品的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其結(jié)果全部大于9.8433，最大值為 107.95，最小值為 30.41，平均 Y 值為68.76，說(shuō)明研究區(qū)山2砂層組為河流(三角洲)相。

2.2.4 測(cè)井相分析

通過(guò)這些特征的研究結(jié)合對(duì)區(qū)內(nèi)46口井取芯井段的沉積微相研究，建立區(qū)內(nèi)測(cè)井相標(biāo)志，進(jìn)行鉆井各小層的沉積微相劃分(表2)。研究區(qū)山2氣層組發(fā)育三角洲前緣亞相，又可以細(xì)分為水下分流河道微相、分流間灣微相、席狀砂微相與間灣沼澤微相。

3 地球化學(xué)特征及環(huán)境解釋

地球化學(xué)解釋沉積環(huán)境主要是通過(guò)分析古鹽度的變化，來(lái)說(shuō)明沉積期的沉積環(huán)境。本次研究中分析了Sr/Ba值和B含量。

表2 子洲氣田北部山2段測(cè)井相巖-電特征

3.1 鍶鋇比值及其環(huán)境意義

當(dāng)海水和淡水相混合時(shí)，淡水中的鋇與海水中的硫酸根結(jié)合形成硫酸鋇，而沉淀下來(lái)，反應(yīng)式為:Ba++=

2BaSO4

硫酸鍶的溶解度很大，可繼續(xù)向海遷移。因此，鍶鋇比值隨遠(yuǎn)離海岸而逐漸增大。

圖4 子洲氣田北部山2氣層組Sr/Ba值圖

一般認(rèn)為，在淡水陸相沉積物中，鍶鋇比值小于0.5;海水沉積物中鍶鋇比值大于1;海陸交互相沉積物中鍶鋇比值為0.5～1.0。當(dāng)然，在不同時(shí)代的沉積物中這一海陸相判別的界限值是有變化的。但是總的趨勢(shì)是一致的，即在淡水沉積中低、咸水沉積中高。

研究區(qū)大部分泥巖樣品的Sr/Ba值小于或者等于0.5。在研究區(qū)南部氣層組的有一個(gè)樣品的值為0.84，并且，Sr/Ba值離散度較大(圖4)，表明山2沉積時(shí)，水體鹽度是變化的。而且從到，Sr/Ba值有進(jìn)一步變小的趨勢(shì)。同時(shí)時(shí)北部Sr/Ba值低，向南部Sr/Ba值升高，表明時(shí)研究區(qū)南部可能受到短期海水內(nèi)泛的微弱影響，北部地區(qū)則為完全的淡水環(huán)境。

3.2 硼含量及其環(huán)境意義

硼是良好的指相元素，硼含量的變化對(duì)古鹽度有精確的反映。盡管不同地區(qū)、不同時(shí)代硼含量各不相同。但是，硼含量在海相、過(guò)渡相、陸相中由高到低的變化趨勢(shì)卻是一致的。

研究表明，硼含量的高低與粘土礦物的成分和含量密切相關(guān)，三種粘土礦物高嶺石、蒙脫石、伊利石對(duì)硼的吸附能力差別很大，其中以伊利石的吸附能力最強(qiáng)，蒙脫石次之，高嶺石最弱。研究區(qū)山西組中粘土礦物以高嶺石占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

利用古鹽度的校正公式(Porrenga，1967)，對(duì)研究區(qū)的古鹽度進(jìn)行了估算。其公式為:logBk=1.28logSp+0.11，Bk=B/(4 Xi+Xm+Xk)。式中Bk為高嶺石中的硼，Sp為古鹽度(‰)，Xi、Xm、Xk分別為伊利石、蒙脫石和高嶺石的百分含量，B為實(shí)測(cè)的硼含量(ppm)。

考慮到山西組中粘土礦物幾乎全部為高嶺石，而且多數(shù)粘土礦物都含有少量的非粘土礦物，則高嶺石中的硼含量為Bk=B×1.1/(4×0+0+1)≈1.1B。將測(cè)得的硼含量代入校正公式，求得高嶺石中的硼含量為14.91～97.96 ppm，平均為65.59 ppm。相對(duì)應(yīng)的求得古鹽度為0.729‰～3.176‰ ，平均為2.321‰ ，表明山西組沉積時(shí)的古環(huán)境為陸相-過(guò)渡相。

結(jié)合以上幾種沉積相標(biāo)志，識(shí)別出研究區(qū)山2氣層組是三角洲前緣沉積體系，發(fā)育水下分流河道微相、分流間灣微相、席狀砂微相與間灣沼澤微相。

4 沉積相對(duì)油氣成藏的影響

沉積相控制了碎屑巖的碎屑粒度大小、顆粒成分與砂體展布形態(tài)，是控制早期成巖作用的一個(gè)重要因素。不同沉積微相的沉積環(huán)境和古水流強(qiáng)度不同，這勢(shì)必導(dǎo)致了形成于不同沉積微相下的砂巖體的幾何形態(tài)，泥/砂比率和體系結(jié)構(gòu)的不同，并進(jìn)一步控制了砂巖的原始孔隙度、滲透率和孔隙水化學(xué)成分［10-12］。

4.1 砂體展布及形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

儲(chǔ)層砂體儲(chǔ)集性能的影響主要是對(duì)原生孔隙含量的影響，而孔隙特征首先是物性特征，因此沉積相帶的分布控制著儲(chǔ)層物性分布。

研究區(qū)山2儲(chǔ)層沉積環(huán)境屬于三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體發(fā)育，是研究區(qū)主要的儲(chǔ)集體。各次級(jí)的河道砂體在向前推進(jìn)的過(guò)程中，不斷的產(chǎn)生支流與匯聚現(xiàn)象，從而構(gòu)成條帶狀河道系統(tǒng)，直接控制了儲(chǔ)層的條帶狀展布。砂體展布受河道的制約，主河道部位砂體厚，向兩側(cè)減薄，呈透鏡狀。分流河道位置不太穩(wěn)定，其側(cè)向的不斷擺動(dòng)，使不同時(shí)期的河道砂體疊置，厚度增大，也使砂體平面分布范圍擴(kuò)大。河道砂體間的沉積物以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，厚度變薄，物性變差，是阻止油氣側(cè)向運(yùn)移的良好遮擋層，利于油氣富集成藏［13-14］。

在微相組合上以三角洲前緣水下分流河道相占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，垂向相序往往不完整，形態(tài)上呈條帶狀展布。砂體展布的特點(diǎn)造成了儲(chǔ)層物性的特點(diǎn)，在水下分流河道整體部位形成的砂體，其物性好于水下分流河道河岸兩側(cè)砂體的物性;水下分流河道河岸兩側(cè)砂體的物性好于分流間灣中砂體的物性。

4.2 砂巖粒度對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

圖5 子洲氣田北部山2儲(chǔ)層物性與φ值關(guān)系圖

對(duì)研究區(qū)砂巖圖像粒度與物性關(guān)系進(jìn)行分析，從圖5可以看出，物性隨φ值的增大而減小，由于φ值與粒度呈反比關(guān)系，即物性隨粒度增大而變好。砂巖的粒度越大，儲(chǔ)層物性越好。粗砂巖、巨-粗砂巖的物性要明顯好于中-粗砂巖、粗-中砂巖、細(xì)-中砂巖。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，得出的結(jié)論是:

1)子洲氣田北部山2氣層組發(fā)育三角洲前緣沉積體系。分流河道及水下分流河道微相為研究區(qū)的骨架相，是天然氣的有利儲(chǔ)集相帶;砂體的發(fā)育完全受控于沉積相的展布。

2)沉積相的展布直接控制了砂體的展布、儲(chǔ)層的原始粒度，而砂體在空間上所處的位置直接控制小層的含氣性［15］。研究區(qū)天然氣產(chǎn)出層和含氣層山西組氣層段主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道沉積相帶，具廣覆性沉積的特點(diǎn)，厚度較大，石英含量高、粒度大、往往發(fā)育多種孔隙類(lèi)型，物性條件較好，是良好的砂巖儲(chǔ)集層。

3)水下分流河道相構(gòu)成了儲(chǔ)集層發(fā)育的有利相帶，也是氣層發(fā)育的有利相帶。有利的沉積相帶是油氣富集成藏、大面積分布的重要地質(zhì)基礎(chǔ)，是油氣運(yùn)移聚集的最有利載體，沉積相帶對(duì)儲(chǔ)層的物性起到一定的控制作用，是油氣成藏的重要影響因素。

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