史家灣-堡子灣地區延安組延9油層組沉積微相研究

焦滔 ，崔英敏 ，王博濤 ，路巍 ，謝耀榮 ，趙曉紅 ，陳貞萬 ，張紅濤

（1.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西 西安 710200；2.長慶實業集團有限公司地質工藝研究所，陜西 西安 710018；3.北京凱博瑞石油科技有限公司，北京 100083）

0 引言

鄂爾多斯盆地侏羅系延安組油藏埋深淺，物性好，產量高，效益好，以巖性-構造油藏為主［1-2］。前人對鄂爾多斯盆地延安組的研究，主要在成藏特征［3-9］、層序地層［10］、沉積環境［11-12］、沉積體系［13-14］、儲層特征［15］、孔隙結構［16］、成巖作用［17］等方面。 史家灣-堡子灣地區延9油層組是該區高效勘探開發的重要目標層系，發育巖性-構造油藏，相控砂體特征明顯，但目前學者們尚未對史家灣-堡子灣地區延9油層組沉積微相進行深入研究。

本文根據大量的巖心、測井及分析測試數據，對研究區巖心的顏色、巖性、沉積構造及古生物化石等沉積相標志進行了研究，明確了該區延9油層組沉積微相的類型及砂體空間展布規律，揭示了油氣的形成和油藏賦存規律，為下一步勘探部署提供了依據。

1 地質背景

史家灣-堡子灣地區位于鄂爾多斯盆地中西部，地跨陜西省定邊縣和寧夏鹽池縣，區域構造位于伊陜斜坡和天環坳陷。區內發育三疊系延長組和侏羅系延安組油藏，延長組發育大型巖性油藏，侏羅系發育巖性-構造油藏，規模較小，但局部高產，是油田高效勘探開發的重要層系。

根據沉積旋回及煤層特征，延安組地層自下而上進一步劃分為5個段（J1y1—J1y5）、10個油層組（延 10—延1）（見表1）。早侏羅世早期，沿早期溝谷發育了多條水系，沉積了沖積扇-河流相砂體，此時由于氣候一度干旱，沉積出現了紅層。隨著侏羅系早期沉積物的填充補齊，鄂爾多斯盆地逐漸趨于平原化，氣候轉向溫暖潮濕環境，此時植被茂密，湖塘、沼澤廣泛發育，使得延安組廣泛形成河流相與沼澤相的煤系地層。延9—延6油層組為三角洲沉積，到延5—延3油層組演變為網狀河-殘余湖泊沉積［14］。

在延安組地層沉積末期，由于盆地抬升、沉積間斷，上覆直羅組對延安組地層造成不同程度的侵蝕，進而使得研究區大面積缺失延2、延1油層組地層（見表1）。

表1 史家灣-堡子灣地區侏羅系延安組地層特征

2 沉積相標志

2.1 巖性標志

巖性標志一般包括巖石顏色、巖性、結構、原生沉積構造及沉積地球化學特征等，巖性標志特征能綜合反映當時的沉積環境、沉積物搬運距離、水動力條件等。本次研究在巖心觀察的基礎上，分析了研究區延9油層組的巖石顏色、巖性、粒度、沉積構造等巖性標志，為確定沉積環境及沉積體系提供依據。

2.1.1 顏色及巖性

顏色是沉積巖最直觀、最醒目的標志，取決于巖石的礦物組分和物理化學形成條件［18］，對巖石的成因分析和巖相古地理條件研究具有很大意義［19］。在巖心觀察過程中，泥巖的自生色反映了巖石中含鐵自生礦物和有機質的類型及數量，是沉積環境的良好指示劑。

通過巖心觀察發現，延9油層組主要發育灰色泥巖、灰黑色—黑色碳質泥巖、砂巖和煤層，反映了潮濕氣候或還原環境。砂巖巖性主要為灰白色—灰色長石石英砂巖及巖屑石英砂巖，偶見長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖等。

2.1.2 粒度特征

沉積物粒度分布受沉積時水動力控制，其分布特征可反映沉積時的水動力條件，是原始沉積環境的直接標志。沉積物粒度分布特征蘊含的信息包括搬運介質的性質、能量及搬運方式等，這些信息可為沉積環境分析提供重要依據。

粒度分析表明，研究區延安組延9油層組砂巖中—細砂和中砂體積分數總和超過80%，巖性以中—細砂巖為主，分選中等，沉積物搬運距離較遠，磨圓度以次圓狀—圓狀為主。

粒度概率累積曲線可用來分析巖石樣品中粒級分布特征及沉積物搬運方式，判斷當時沉積環境及水動力條件。本區延9油層組粒度概率累積分布曲線均以三段式組合為主，主要為跳躍組分和滾動組分。其中：滾動組分占比40%～50%；跳躍組分占比30%～40%；懸浮組分較少，占比一般為10%～30%，反映水動力較強，牽引作用較大（見圖1）。

圖1 史家灣-堡子灣地區延9油層組粒度概率累積曲線

薩胡在碎屑沉積物研究中應用數學方法求得各類環境的判別函數。本次研究結合區域沉積背景，采用了淺海-河流（三角洲）薩胡判別函數［19］。根據研究區延9油層組粒度參數——平均粒徑、標準偏差、偏差、峰度，利用薩胡公式計算出薩胡判別函數Y。

Y＝0.285 2Mz－8.760 4σ2-4.893 2Sk＋0.048 2Kg

式中：Mz為平均粒徑φ值；σ為標準偏差；Sk為偏差；Kg為峰度。

計算出的Y值見表2。根據薩胡判別函數值判定標準（Y>-7.419為淺湖，Y<-7.419為三角洲沉積），可以判定研究區延9油層組為三角洲沉積。

表2 史家灣-堡子灣地區延9油層組粒度分析結果

2.1.3 沉積構造

儲層沉積構造特征是判斷沉積環境及劃分沉積微相的重要依據之一，特別是物理成因的原生沉積構造，最能反映沉積物在形成過程中的沉積介質的營力及流動狀態，有助于古沉積環境的恢復和判斷巖相古地理條件［19］，從而有效解釋微相類型。

通過研究區內取心井段的巖心觀察，延9油層組主要發育塊狀砂巖和板狀交錯層理，可見沖刷面、正粒序及水平層理。

1）塊狀砂巖。研究區目的層砂巖多為塊狀砂巖（見圖2a），內部顆粒均勻，無組分和結構分異現象，不顯層理，反映沉積物快速堆積。

2）板狀交錯層理。研究區可見板狀交錯層理，主要特征為層系上下界面平直，呈板狀，層面常見細小煤屑、植物碎屑，紋層可向層系底面收斂，夾角常小于20°（見圖 2b）。

3）沖刷面。沖刷面是反映不同沉積期次的沉積界面，本區巖心中沖刷面最為常見，但由于取心體積的限制，在巖心上只能看到起狀平緩的沖刷面，其上常見大量定向排列的泥礫和泥屑（見圖2c）。

4）正粒序。延9油層組正粒序層理較發育（見圖2d），反映了在沉積過程中，因水流動強度減小，沉積物搬運和攜砂能力減弱，沉積物按粒度大小依次沉降的現象。

5）水平層理。水平層理反映了當時水動力條件較弱，懸浮物質緩慢垂向加積而成的低能環境。常見于泥巖、碳質泥巖和粉砂質泥巖中，紋層相互平行并平行于層面（見圖 2e）。

2.2 古生物化石標志

在巖心觀察中，研究區延9油層組中古生物化石較少，可見大量的炭化植物化石莖稈和炭屑（見圖2f）。

圖2 史家灣-堡子灣地區延9油層組沉積構造及化石標志

2.3 測井相特征

測井相可定性地反映地層巖性變化、垂向組合和粒度等特征，從而反映不同的沉積微相類型。研究區延9油層組測井曲線的形態主要分為4種：

1）鐘形。自然伽馬下低上高，底部突變，向上逐級變高，曲線形狀像鐘形，反映水動力向上逐漸減弱、砂巖粒度自下而上逐漸變小、泥質體積分數逐漸增加的正粒序結構（見圖3a）。

2）箱形。自然伽馬在砂體的底部由高到低、頂部由低到高發生突變，形狀像箱形，巖性表現為從泥巖到砂巖再到泥巖的突變，反映沉積過程中物源供給豐富且快速堆積或多期河道疊置（見圖3b）。

3）齒形。自然伽馬曲線形態呈鋸齒狀，表明沉積時水動力不穩定，忽強忽弱，沉積體粒度呈韻律變化（見圖 3c）。

4）平直形。自然伽馬曲線近泥巖基線，形態呈平直形，表明沉積時水動力弱，沉積物以粉砂質泥巖和泥巖為主（見圖 3d）。

圖3 史家灣-堡子灣地區延9油層組測井相模式

3 沉積微相類型劃分及特征

3.1 沉積相類型

前人研究認為，鄂爾多斯盆地侏羅紀延9沉積期，沉積地形較為平緩，發育三角洲沉積體系［14，20-24］。 本次研究在前人研究的基礎上，通過沉積相標志綜合識別，認為研究區延9期沉積屬于三角洲平原沉積環境，主要發育分流河道、天然堤、分流間洼地、沼澤等4種沉積微相（見圖4）。

圖4 H54井延9油層組單井沉積相

分流河道是三角洲平原亞相沉積的骨架，以砂質沉積為主，垂向上具有下粗上細的正韻律特征，自然伽馬曲線一般為高幅度鐘形、箱形或復合形態。底部具有沖刷充填構造，可見起狀平緩的沖刷面和沖刷泥礫，向上表現為槽狀交錯層理的中細砂巖、塊狀或平行層理細砂巖、沙紋層理或水平層理粉砂巖、泥巖等細粒沉積，具有河道“二元結構”特征。

天然堤是洪水期溢出分流河道的泥沙在河道兩側快速堆積下來形成的堤岸沉積，橫剖面上呈現向遠離河道方向迅速變薄的楔形。巖性以灰—深灰色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖為主，常見砂泥巖交互沉積，多見沙紋層理、水平層理，所含化石稀少，自然伽馬曲線呈中低幅度鋸齒狀。縱向上，天然堤常覆蓋在分流河道之上，并被晚期分流河道截切，保存不完整，其上部常見直立的炭化根系，側向相變為支流間灣。

分流間洼地位于分流河道之間，以接受洪水期分流河道溢出的細粒沉積為主，常夾一些薄層的溢岸砂沉積。巖性為淺灰—灰色泥巖夾泥質粉砂巖，多見水平層理、沙紋層理，自然伽馬曲線呈低幅齒狀或光滑狀。所含化石主要為炭化植物根莖及碎片，大多呈碎片狀沿層面密集分布，可形成煤線。生物擾動作用強烈，變形、包卷構造常見。

沼澤微相是分流間洼地的低洼地區，由于氣候條件潮濕，長期積水，植物生長繁茂，沉積物以灰色泥巖、碳質泥巖及煤層為主，偶夾粉砂巖。

3.2 砂體空間分布特征

在單井沉積微相劃分的基礎上，通過連井沉積微相剖面的對比研究，剖析砂體的空間展布及組合特征，為后期進行平面沉積相展布作準備。從對比剖面可以看出，延9油層組分流河道砂體呈透鏡狀分布，連通性相對較差（見圖5）。

圖5 史家灣-堡子灣地區延9油層組連井相剖面

4 沉積相展布特征及含油氣意義

4.1 沉積相展布特征

鄂爾多斯盆地延9期發生快速湖侵，湖區面積迅速增大，隨后，湖平面逐漸降低，至延6期達到最低。受湖平面的影響，延9—延6期三角洲平原分流河道規模逐漸增大，砂體厚度也逐漸變厚。研究區延9期物源來自西北方向，沉積環境為三角洲平原，優勢微相為分流河道，河道砂體呈條帶狀展布，走向為北西—南東向（見圖 6）。

圖6 史家灣-堡子灣地區延9油層組沉積微相分布

砂體厚度大部分在5～10 m，平均厚度5.8 m，寬度主要在0.5～3.0 km，側向連通性較差。

4.2 含油氣意義

沉積儲層為油氣儲集提供基礎場所，沉積環境決定沉積儲層的空間分布特征，在三角洲平原沉積環境下，河道砂巖是油氣儲集的良好儲層，同期發育的分流間洼地泥巖則對油氣圈閉起良好的遮擋作用［25-26］。研究區延9油層組河道砂體平均孔隙度15.1%，平均滲透率158×10-3μm2，儲層物性好，油水分異明顯。砂體走向為北西—南東向，而區域構造為東高西低，透鏡狀河道砂體上傾方向被河道間泥巖遮擋，易形成巖性-構造圈閉油藏。

勘探開發實踐表明，研究區延9油藏主要富集在河道砂體主體發育帶上，上傾方向有泥巖遮擋的鼻狀隆起部位。通過精細沉積微相研究，明確了沉積演化和砂體展布規律，結合區域構造特征，預測油氣富集區，為尋找下步潛力開發區提供指導依據。

5 結論

1）史家灣-堡子灣地區侏羅系延安組延9油層組的沉積為三角洲沉積環境下的三角洲平原亞相，主要發育分流河道、分流間洼地、沼澤、天然堤等4種沉積微相。

2）河道砂體呈條帶狀展布，走向為北西—南東向。砂體呈透鏡狀分布，砂體厚度大部分在5～10 m，平均厚度5.8 m，寬度主要在0.5～3.0 km，連通性相對較差。

3）區域構造為東高西低，透鏡狀河道砂體上傾方向被河道間泥巖遮擋，易形成巖性-構造圈閉油藏。