杭錦旗地區錦72井區盒1段沉積特征

曹桐生

（1.中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南 鄭州 450006；2.成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059）

0 引言

目前，非常規天然氣受到人們的日益關注，致密砂巖氣已經逐漸成為天然氣產量的主要增長點。據評估，中國致密砂巖氣技術可采資源量為11×1012m3［1］。致密氣已成為天然氣增儲上產的重要來源，年均新增天然氣地質儲量3 110×108m3，約占同期天然氣新增探明儲量的52%，據《能源發展“十三五”規劃》，2017 年致密氣產量約450×108m3，占全國天然氣總產量的30%［2］。致密砂巖氣發育背景多樣，以陸相與海陸過渡相為主，其層位分布與聚煤時期相對應，自晚古生代至新生代均有分布。鄂爾多斯盆地致密砂巖氣主要分布在石炭系—二疊系陸表海的河流—三角洲沉積環境中。致密砂巖儲層以薄儲層為主，一般形成于大面積持續緩慢沉降的環境中，可容納空間低，古地形相對較為平緩，具有明顯的互層結構，垂向上沉積序列可分為薄互層和砂泥間互兩種類型，其中最容易致密的是薄互層，即砂泥巖厚度均小于10 m，含砂率（不含粉砂）多小于30%［3-4］。鄂爾多斯盆地北部東勝氣田錦72 井區二疊系下石盒子組砂巖儲層相較于盆地中南部陸表海緩坡沉積環境來說，更靠近北部物源區，其沉積環境為陸相沖積平原辮狀河，儲層致密且物性較差，氣層賦存在透鏡狀的砂巖中，并且被側向泥巖遮擋形成巖性氣藏，砂體疊置關系復雜多樣，砂體展布特征隨著辮狀河道的頻繁遷移較難刻畫，儲層發育情況主要受沉積環境的影響。所以筆者主要通過沉積物粒度敏感參數判別沉積環境，并在大量巖心觀察的基礎上歸納巖相類型和巖相組合，總結測井相特征，在垂向上剖析典型井的沉積序列，最后通過總結錦72 井區辮狀河沉積模式，直觀地展示主力層位砂體在平面和垂向上的展布特征。

1 區域地質概況

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地，面積為37×104km2，盆地可劃分為天環坳陷、晉西撓褶帶、伊盟隆起、伊陜斜坡、西緣逆沖帶、渭北隆起6個二級構造單元。錦72 井區位于伊陜斜坡北緣，井區北部與伊盟隆起接合。研究區的主要目的層下二疊統下石盒子組盒1段在整個研究區均有發育，而下伏山西組和太原組在研究區西部和北部有不同程度缺失。目的層盒1段的天然氣主要來源于下伏太原組和山西組的煤層及暗色碳質泥巖，儲集層主要為辮狀河沉積環境中形成的中—粗粒含礫巖屑砂巖［5］，而其上覆上石盒子組大套厚層泥巖則形成區域蓋層，為之下的天然氣藏提供了遮擋條件［6］。

2 沉積特征

碎屑巖沉積特征主要受搬運介質水動力的影響，沉積物是反映沉積特征的物質基礎。筆者從反映水動力特征的沉積碎屑粒度入手，分析沉積環境，描述巖相及其組合類型，總結測井相特征，為后續沉積相剖面劃分、平面描述和沉積模式總結提供依據。

2.1 沉積物粒度分析

圖1 錦72井區盒1段巖心粒度C-M特征圖

粒度分析能夠表示沉積過程中水動力對沉積物顆粒結構的影響［7-9］。從錦72井區盒1段巖心粒度C-M特征圖（圖1）可看出，其表現為明顯的“三段式”，可劃分為PQ（滾動）、QR（跳躍）和RS（懸浮）三段，滾動部分發育，說明沉積物粒度較粗，而且牽引流沉積特征明顯。根據沉積物粒度C-M 圖版，其中碎屑流最大粒徑與平均粒徑比值大致相同，所以碎屑流C-M圖形一般都會平行于C＝M基線，比如泥石流粒度粗，分選差，C／M比值大于40，粒度數據點遠離C＝M 基線，并且粒度較為分散（圖2A）；在淺水濁流沉積環境中，沉積物粒度分選中等，C／M比值較小（約等于4），粒度點較為集中，圖形分布在C-M圖的中心（圖2B）；在濁流的沉積單元內，巖性總是從粗到細變化，分選相對較好，C／M 比值更小（一般為2～3），所以C-M 圖平行并且接近C＝M 基線（圖2C）；在牽引流中，顆粒搬運方式有滾動、跳躍和懸浮3 種類型，沖積扇滾動組分含量高，以PQ 段為主，該段較粗，QR 段較為發育，RS 段不發育（圖2D）；辮狀河與曲流河沉積的PQ 與QR 段均比較發育，但是相對于辮狀河沉積，曲流河沉積的PQ段較少，RS段一般不發育（圖2E、圖2F）；三角洲或網狀河由于粒度較細，PQ 與QR 段均較少，以RS 段為主（圖2G）。通過對比分析可知，錦72井區C-M圖符合辮狀河沉積相的粒度分布特征（圖2E），所以判斷沉積環境主要為辮狀河。

圖2 不同重力流和牽引流沉積物的C-M圖版

粒度概率累積曲線發育3個粒度總體，以跳躍總體為主要成分，粒度集中在0.8～3.0 φ，占85%～90%，粒度偏大說明沉積環境水動力條件較強；傾斜50°～60°，說明跳躍組分的分選一般。滾動組分粒度很粗，占5%～10%，傾斜5°～10°，分選較差，說明水動力條件較強但變化較快。懸浮組分含量最少，傾斜也僅約5°，分選極差［10］（圖3）。

2.2 巖相特征

在進行研究區沉積特征研究時，通過巖心的精細描述可以得到地層巖性、儲層物性、沉積構造、含油氣情況等地質特征。錦72 井區盒1 段巖心特征共歸納總結出7種巖相類型（表1），其中塊狀層理砂巖相和含礫粗砂巖相最為發育，其余各類巖相雖然發育但較少出現。塊狀層理砂巖相巖性為均質的灰色或灰白色中細砂巖，無明顯層理，為強水動力沉積環境。含礫粗砂巖相為塊狀中粗粒砂巖，見沖刷面，礫石成分復雜，可見礫石定向排列，多形成于強水動力環境中。

圖3 錦72井區盒1段粒度概率累積曲線圖

表1 錦72井區盒1段巖相類型表

通過分析研究區目的層典型巖心特征可知，儲層巖性主要為含礫粗砂巖和中—細砂巖。砂巖中塊狀層理發育最多，也可見小型流水沙紋層理和平行層理，但泥巖中只發育塊狀層理。其中，含礫粗砂巖相常發育在一個完整沉積旋回的底部，其沉積成因為辮流水道中河床滯留沉積，可見細礫級礫石定向排列。

單一的巖相在垂向上常具有固定的巖相組合特征，錦72 井區常見的沉積微相往往呈現兩種巖相組合，具體是指含礫粗砂巖相與板狀交錯層理砂巖相相互疊置的心灘微相，以及槽狀交錯層理砂巖相與含礫粗砂巖相相互疊置的辮流水道微相。①心灘。心灘是辮狀河沉積環境最典型也是最具標志性的沉積微相［11］，發育灰白色中粗砂巖和砂礫巖。辮狀河沉積相中形成的儲層常形成“砂包泥”，且具有透鏡狀的形態特征。在垂向沉積序列上多套正旋回砂體相互疊置。心灘微相中沉積構造主要為塊狀層理和槽狀交錯層理。由于沉積水動力較強，距物源較近，心灘砂巖快速堆積造成其成分成熟度和結構成熟度均較低。心灘中可見較多礫石，均呈懸浮狀砂質支撐，礫石分選較好且定向排列。常見巖相組合特征為含礫粗砂巖相和板狀交錯層理砂巖相，兩者在垂向上相互疊置發育。根據沉積學沃爾索相律，心灘微相在垂向上，其上下均與辮流水道微相接觸。②辮流水道。辮流水道微相是辮狀河道中被心灘分隔并發育粗碎屑物質的沉積相帶［12］，水動力強，幾乎不沉積懸浮物質。巖性以中—細砂巖為主，相對心灘來說，辮流水道微相沉積物粒度較細，礫石含量較低，且每期沉積旋回底面具明顯的沖刷標志。沉積構造常見槽狀交錯層理、小型流水沙紋層理和河床滯留沉積礫石。常見巖相組合特征為含礫粗砂巖相和槽狀交錯層理砂巖相，兩者在垂向上疊置發育。③河漫沉積。除了心灘和辮流水道兩種沉積微相外，辮狀河沉積環境中還發育河漫沉積微相，其沉積巖性為深灰色泥巖，發育水平層理，反映水動力弱且沉積速率慢。該微相不具有發育優質儲層的條件，此不贅述。

2.3 測井相特征

依據測井相分析的曲線形態、上下接觸關系、單期旋回厚度以及各種測井相的組合類型四大基本原則［13］，總結了杭錦旗地區錦72 井區盒1 段典型測井相特征（圖4）。其中辮流水道微相測井曲線主要呈鐘型，其底部與下部河漫沉積泥巖突變接觸，而頂部漸變接觸。由于心灘是由順流加積作用形成，自然伽馬曲線呈漏斗型，具有反旋回特征，表明水體能量較強，且物源區碎屑物質豐富，沉積物持續進積。當物源區碎屑物質持續供給時，心灘在垂向上往往形成大套厚層的砂礫巖體，測井曲線則顯示為箱型。河漫沉積微相泥巖往往巖性較純且厚度較大，測井曲線形態顯示為線型。在辮狀河道邊部，辮流水道由于與河漫沉積接觸，在垂向上巖性呈現砂泥巖交互疊置發育的特征，其測井曲線形態顯示為指型。復合模式則是沉積微相組合與測井曲線組合的匹配，如心灘+辮流水道+河漫沉積的微相組合對應箱型與漏斗型曲線的組合，辮流水道+河漫沉積微相組合對應鐘型與漏斗型曲線的組合等（圖5）。

圖4 錦72井區盒1段典型測井相特征圖

圖5 錦72井區盒1段組合測井相特征圖

3 單井綜合分析

根據上述多類型沉積特征判斷，錦72 井區下石盒子組盒1段為辮狀河沉積環境。由于該井區中典型井錦72 井盒1 段取心較為完整，所以建立了錦72 井盒1段的垂向沉積序列（圖6），該井位于研究區沖積平原中部，沉積微相以辮流水道和心灘為主，巖性常見含礫中—粗砂巖，其中礫石多為細礫級，分選較好，磨圓較差，礫石由砂質支撐，排列雜亂或者定向排列呈交錯層理。單期沉積旋回厚度較大，沉積構造以塊狀層理和槽狀交錯層理為主。錦72 井區南部以典型井錦73井為例（圖7），該井沉積微相、沉積構造與錦72 井基本相同，沉積期次變多，但單期沉積旋回厚度較小，說明河道遷移擺動頻繁。每期河道底部滯留沉積特征明顯，多為細礫級礫石。

4 沉積演化及平面展布特征

在單井分析的基礎上通過建立骨架井網開展順物源及垂直物源連井剖面對比分析，進行不同沉積部位的沉積特征對比分析，進而結合三維地震資料刻畫盒1段沉積相平面展布特征。

圖6 錦72井巖心綜合柱狀圖

圖7 錦73井巖心綜合柱狀圖

4.1 沉積演化

根據巖相特征以及測井相特征劃分單井垂向沉積序列，在連井剖面上繪制沉積微相圖。通過盒1段順物源方向（南北向）沉積剖面（圖8）可知，辮流水道微相連續性好，心灘微相發育且厚度較大，表明物源碎屑供給充足、水動力強的特征。在盒1段橫切物源方向（東西向）沉積剖面（圖9）上，單期辮流水道微相獨立發育，并在垂向上呈現多種疊置類型，表現了辮流河道頻繁遷移的特征。根據錦72 井區典型井剖面單井巖心特征及沉積相特征對比可知，在順物源方向（南北向）上，研究區在沉積物顆粒粒度、沉積構造、礫石沉積特征及單期沉積旋回厚度方面均存在顯著差異。北部碎屑粒度粗，礫石含量高，以塊狀層理為主、可見交錯層理，礫石大小混雜，排列雜亂，單期沉積旋回厚度大；而南部碎屑粒度細，礫石含量低，常見平行層理和槽狀交錯層理，礫石分選較好，定向排列，單期沉積旋回厚度較薄，常見沖刷面。

4.2 平面展布特征

利用巖心、測井、沉積剖面以及三維反演資料刻畫錦72 井區盒1 段沉積微相平面展布圖（圖10）。研究區盒1段辮狀河道呈現南北向展布，北部為物源方向，自西向東發育6條辮狀河道，河道寬度為2～3 km，其中3～6號河道在研究區中部交匯分叉，在多條河道交匯處河道寬度超過5 km。心灘微相橫向連續性差，心灘部位砂體厚度多超過30 m，砂巖也呈現出垂向上多期疊合、粒度粗的特征。心灘之間多為辮狀水道或河漫沉積，垂向上泥質夾層較多，礫石含量少，厚度相對較薄，砂體厚度一般在10～25 m，測井曲線上呈現齒化的單期箱型，頂部常與代表辮狀水道的鐘型相結合。

圖8 錦72井區盒1段順物源方向（南北向）沉積相剖面圖

圖9 錦72井區盒1段橫切物源方向（東西向）沉積相剖面圖

圖10 錦72井區盒1段沉積微相圖

5 沉積模式

圖11 錦72井區盒1段辮狀河沉積模式圖

在上述研究的基礎上建立了錦72 井區盒1 段辮狀河沉積模式（圖11），從北到南，距離物源由近至遠，地形坡度逐漸變緩，但旋回厚度逐漸變薄，巖石粒度逐漸變細，巖性由礫巖—砂礫巖—含礫粗砂巖—中粗砂巖—細砂巖依次變化，砂礫巖厚度由厚變薄，泥巖含量逐漸增多。根據圖11 可知，研究區典型井錦72 井靠近物源區，沉積物以牽引流為主，發育大套厚層塊狀層理砂巖相和含礫粗砂巖相，礫石平均粒徑為1.5 cm，最大粒徑為4.0 cm，說明此處物源供給充足，地形坡度較陡，水動力條件變化慢，測井曲線特征表現為底部可見高幅厚層箱型，頂部可見厚層鐘型。在辮流水道與河漫沉積的過渡區域，以錦69井為例，其巖相類型與錦72井相似，巖性以中—粗砂為主，分選相對較差，其中雜基含量高，沉積構造以塊狀層理為主。由于錦69 井位于盒1 段辮流水道邊部，并與河漫沉積泥巖接觸，可見大量不規則狀泥巖撕裂屑，最大粒徑為5 cm，呈懸浮狀，這種沉積現象主要是由于河道邊部泥巖垮塌，且未經搬運原地堆積而形成的，所以泥巖撕裂屑是原地垮塌沉積的典型沉積標志。測井曲線特征為鋸齒狀鐘型和指型。錦73 井位于沖積平原南部，由于遠離物源并且地形坡度逐漸變緩，水動力條件逐漸減弱，因此，辮狀河道受季節性洪水控制顯著［14］，河道遷移快，非均質程度變強。巖性逐漸變細，以細砂巖為主，礫石含量很低（最大粒徑2 cm、平均粒徑0.6 cm），雜基含量增大，泥巖厚度也逐漸增大，砂巖厚度減薄。垂向序列上以泥巖為主的河漫沉積微相較為發育，心灘規模減小。由于河道遷移變化快，砂體呈現出寬而薄的特征。測井曲線特征為中—高幅、中—薄層鐘型和箱型與中—薄層線型不等厚互層。

6 結論

1）錦72井區盒1段沉積方式以牽引流為主，共發育7種巖相，最常見的巖相為塊狀層理砂巖相，其次為含礫粗砂巖相，其余各類巖相雖然發育但較少出現。

2）根據測井曲線形態總結出錦72井區盒1段共5種典型測井相和4種典型測井相組合，代表微相主要為心灘、辮流水道及河漫沉積及其垂向組合。

3）選取錦72井區不同沉積部位的典型井進行巖性與沉積微相綜合描述，在此基礎上建立了錦72 井區盒1段辮狀河沉積模式，直觀地表現了研究區沖積平原南北部不同沉積相帶內沉積砂體的垂向沉積序列及平面展布特征。