隴東地區長82砂體結構特征及成因模式

馬 瑤，史 濤，王冠男，吳 越,李文厚

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院/陜西省油氣成藏地質學重點實驗室,陜西 西安 710065;2.中國石油塔里木油田公司 開發處,新疆 庫爾勒 841000;3. 陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710065；4.長慶油田分公司 第十一采油廠,甘肅 慶陽 745000;5.西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室, 陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地,中生界石油資源量巨大。在三角洲成藏理論的指導下,相繼在西峰地區、姬塬地區及湖盆中部延長組地層中獲得勘探突破。隴東地區是盆地石油勘探開發的重要目標區,延長組長8油層組為其主要目標層位,在隴東地區累積提交億噸級探明儲量。長8產油層位主要集中在長81小層,以往的研究工作也主要針對長81小層或整個長8油層組,在物源、沉積環境、砂體分布規律、儲層特征及成藏特征等方面取得了大量成果[1-8]。近年來，隨著湖盆勘探理論的發展,發現研究區長82小層存在相對高滲儲集體,展現出一定的勘探前景[6]。但是，目前針對長82小層的研究工作較單薄,長82砂體結構及其成因類型的認識尚淺。已有的研究表明，長82和長81呈現出不同的砂體結構和展布形態,長82小層砂體累計厚度普遍較大,但砂體橫向及縱向變化大,連通性區域差異大,結構復雜[4,9-10,12],難以通過傳統意義上的湖泊三角洲沉積模式來解釋。

砂體結構是單砂體厚度、形態、規模、連續性、水平搭接方式及其縱向疊置模式,其受控因素較多,如古構造、古氣候、古水深、湖盆底形、物源供給、水動力條件等[5,13]。其可通過層序地層格架、現代三角洲沉積過程觀察、單砂體及其疊合砂體組合分析等方面進行研究[14-20]。砂體結構的研究對于找尋相對高滲儲層具有重要的意義[21]。因此,本研究在對隴東地區長82小層的沉積環境和水動力條件分析基礎上,從砂體形成機理的角度,分析砂體結構類型及其分布規律,明確砂體結構成因,總結砂體結構的發育模式,以期進一步指導該區油氣勘探取得突破性成果。

1 地質概況

隴東地區的地理位置處于甘肅省東部,南北經吳起—涇川,東西跨正寧—演武。區域構造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡一級構造單元的西南部(見圖1),受控于天環拗陷、伊陜斜坡等構造單元,構造特征簡單,整體上呈現東高西低的構造特征。

圖1 研究區位置圖Fig.1 The location of study area

三疊系延長組長8段是隴東地區重要的石油儲層和產層之一, 厚75～90 m, 巖性主要為淺灰色中砂巖、 細砂巖與暗色泥巖、 灰色粉砂巖。 長8油層組整體處于二級層序的基準面上升半旋回, 為湖侵體系域, 位于長9油層組首次湖泛面和長7油層組最大湖泛面之間。長8油層組進一步可劃分為長81和長82兩個小段,長82位于三級層序SQ2的頂部,早—中沉積期為湖進砂退，晚沉積期為快速湖退砂進的過程[5-6]。

前人對隴東地區長8期沉積物源做了大量的研究工作,已提出的物源區有西南部隴西古陸物源、西北部阿拉善古陸物源以及東南部、南部秦嶺物源[1,2,22-23],西南物源為隴東地區主物源。

2 沉積環境及水動力條件

前期研究在巖心中發現了大量的隴東地區長82發育淺水三角洲沉積的證據[24]。其主要表現為:泥巖多呈灰黑色,砂巖多呈灰色、灰綠色,整體呈現水下還原環境特點;可見大量淺水沉積層理構造,如小型交錯層理、波狀層理、波狀交錯層理、砂紋交錯層理等,指示其水體深度較淺,存在波浪和河流兩種水動力條件;在長82頂部可見碳化植物碎屑及垂直蟲孔,揭示了間歇性暴露的動蕩沉積環境;可見雙殼類化石、魚鱗及魚化石,反映其局部水體加深。據此判斷長82發育淺水三角洲沉積體系,在研究區主要以淺湖—辮狀河三角洲前緣沉積為主,湖岸線遷移頻繁。根據沉積構造等分布特征,判斷西南部大部分地區發育淺水辮狀河三角洲前緣亞相,主要包括水下分流河道、分流間灣以及席狀砂3種沉積微相,河口壩不發育。東北部發育淺湖亞相。

圖2 隴東地區長82沉積相平面圖Fig.2 Sedimentary facies of Chang 82 sublayer of Longdong area

水下分流河道砂體沿西南主物源方向向東北推進,直至進入淺湖區。三角洲建設過程中,主河道走向為西南—東北向,同時受西北物源影響,西北部發育小規模西北—東南進積河道砂體,于環縣一帶匯入西南進積砂體當中。沿羅龐塬—白馬—馬嶺—慶城—羅山府一線發育淺湖線,進入淺湖后,水下分流河道在水下延伸,在湖浪作用下遷移,并且在東北物源影響下,一部分東北部曲流河三角洲水下分流河道入湖,與西南部辮狀河三角洲水下分流河道入湖后發生共同沉積、遷移和搬運,形成了湖內的展布特征(見圖2)。

層理記錄了水動力條件[25-26]。根據沉積構造的分布情況可知，長82存在明顯的向湖中心方向層理類型變化的規律,層理變化反映湖盆中部存在水動力條件減弱的特征。研究區西南部發育大量槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理等反映水淺流急強水動力條件的層理構造,向湖中心過渡過程中發育波痕、波狀交錯層理等反映波浪作用的沉積構造,反映出水動力條件由河流為主逐漸過渡為波浪作用為主的特點。根據沉積構造的變化,確定羅龐塬—馬嶺—慶陽—寧縣一帶為水動力條件過渡變化的分界線,該線以東主要受湖浪作用影響,以西主要受河流作用影響[24]。

3 砂體類型及結構特征

3.1 砂體類型

沉積特征決定了儲集砂體特征。按照形成砂體的沉積環境與沉積相,可將延長組長82砂體類型歸并為3類:一類是受牽引流作用控制的河道型砂體,主要為水下分流河道砂體,分布面積最廣,發育厚度最大,是研究區長82主要的儲集砂體類型;一類是水下分流河道邊部或末端砂體經改造作用擴散形成的席狀砂,粒度較細,分布面積與厚度規模有限,儲集潛力不足,但疊加發育的席狀砂也可以成為儲集體;另一類是灘砂,為淺湖沉積中的砂質沉積,在陸源碎屑供應充足的基礎上細砂巖較發育,受湖浪作用影響較大,儲集性能有限,若砂質供應充足,也具備有效儲集體的能力,受沉積相的控制,該砂體在研究區發育較為局限。

3.2 砂體結構類型

以沉積微相作為基礎, 按照沉積環境、 疊置模式、 電測特征以及發育厚度等特征，將隴東地區長82砂體縱向結構劃分為4類,分別為正常水道型、疊加水道型、改造水道型和孤立砂體型。

正常水道型由單期完整水下分流河道砂體構成,向上形成厚層塊狀砂巖、薄層粉細砂巖與泥巖的完整結構,砂體厚度大于3 m,測井響應為齒化箱形與鐘型的復合形態,是研究區主要的儲集砂體類型。正常水道型砂體之間疊置分流間灣、席狀砂等,形成于辮狀河三角洲前緣,砂體厚度大，粒度較粗,是有效的儲集砂體(見圖3a)。

疊加水道型砂體由若干水下分流河道砂體疊置而成,也是研究區主要的儲集砂體類型。其由多期水道疊加形成,頂部和底部都有沖刷面形成,電測曲線為箱形或齒化箱形,沉積厚度大,砂厚多大于5 m,是有效的儲集砂體(見圖3b)。

改造水道型砂體縱向上發育中層砂體與粉砂巖、泥巖的頻繁互層,砂體發育浪成沉積構造,如波痕、波狀層理等,電測曲線特征為鐘形或齒化箱形,單砂體厚度主要為2～5 m。改造水道型砂體可形成局部儲滲性能較好的儲集體,是有效的儲集砂體(見圖3c)。

孤立砂體型在水下分流河道、席狀砂和灘砂中都有發育,以薄層砂體為主,電測曲線呈指狀或齒狀,砂厚小于3 m且試油統計為無工業油流井,定義為無效儲集體(見圖3d)。

圖3 隴東地區長82單井砂體結構類型圖Fig.3 Single well sand body structure type of Chang 82 sublayer in Longdong area

3.3 砂體結構分布規律

根據砂體結構分類,隴東地區長82儲層主要發育3種有效儲集類型的砂體結構,分別為正常水道型砂體、疊加水道型砂體以及改造水道型砂體。這3種結構單砂體厚度基本都大于3 m。將單井中統計所得的單砂體厚度大于3m的有效砂厚定義為主力砂體,3種有效儲集類型的砂體結構為主力砂體結構。隴東地區長82主力砂體厚度主要分布在3～15 m,平均為7.6 m。平面上,辮狀河三角洲前緣區域主力砂體呈北東—南西向條帶狀展布,砂體厚度大,高值區可達10～15 m,以正常水道型及疊加水道型砂體結構為主。砂體向東北方向延伸,至木缽—馬嶺—慶城—合水一帶砂體發生匯聚,條帶狀特點消失,呈現出垂直物源方向沿淺湖線一帶呈坨狀、連片分布的特點。進入淺湖區后,主力砂體厚度明顯減薄(見圖4)。

圖4 隴東地區長82主力砂體分布平面圖Fig.4 Distribution of main sandbody of Chang 82 sublayer in Longdong area

平面圖可顯示多期砂體疊加后的綜合效果,砂體連井剖面可反映不同期次砂體發育聯通情況。剖面上,西峰城壕一帶順物源方向展布的砂體剖面顯示(見圖5a),長82段砂體連通性整體較好,西南部井間砂體連通性較好,多期次河道疊置發育,反映出了水下分流河道砂體作為優勢砂體的重要地位,砂體結構類型以疊加水道型及正常水道型為主。向東北方向延伸,進入淺湖區后，砂體連通性明顯變差,單砂體多呈透鏡狀孤立分布,呈現底平頂凸或者雙凸透鏡體狀,以改造河道型砂體結構類型為主,伴有孤立水道型發育。

由鎮原—白豹一帶垂直物源方向展布的砂體剖面顯示(見圖5b),長82砂體沉積期次多,砂體縱向分布呈多期疊加模式。西南部井位砂體沉積厚度大,向東北方向進入淺湖區后,砂體連續性變差。平面展布規律顯示,長82砂體沿M12—L63—Y48—B42—Z93一帶呈平行淺湖線方向的帶狀、坨狀展布,呈現出砂體連通性好的特點。剖面圖顯示，長82砂體厚度較大，實際為多期單層砂體疊加顯示的結果，單期次砂體連通性差，屬于不同期次發育形成,剖面砂體形態多呈底平頂凸或者雙凸透鏡體狀。由此可見,平面上顯示為連片分布的砂體實則為多期沉積發育而成,連通性并不好。

4 砂體結構成因模式

隴東地區長82期物源供給、沉積環境、水動力條件及湖盆底形的差異決定了其砂體結構發育特征的不同。

長82期早期繼承了長9首次湖侵期的特點,湖盆底形較陡,水體深度相對較大。靠近物源區,物源供給相對充分,水動力條件較強,三角洲砂體進積向湖盆中心推進,以水下分流河道砂質沉積為主；向湖盆中心方向,物源供給逐漸減弱,水動力條件發生變化,河流能量減小,湖浪作用逐漸增強,河道下切能力減弱,側向遷移明顯。在長8整體水進的背景下,湖岸線向西南方向改動頻繁,砂體受到湖浪改造作用增強,河流作用減弱,沉積構造表現為明顯的浪控性特征,砂體垂向連續性變差,平面上顯示為沿湖岸線方向呈坨狀展布,在湖岸線改動頻繁的區域尤為明顯。進入淺湖區后,物源供給弱,砂質沉積減少,泥質增多,砂體呈孤立薄層狀分布,以淺湖灘砂為主。

總結研究區砂體結構發育成因模式(見圖6)可知，靠物源端，辮狀河三角洲前緣水動力條件強,物源供應充足,多發育疊加水道型砂體。地形平坦處的三角洲前緣持續向湖區延伸,主要以正常水道型砂體為主。在湖盆底形較陡處或者坡折帶發育位置,水動力條件不穩定,沿著淺湖線發育改造水道型砂體。而到達三角洲前緣遠端或前三角洲的位置,物源供給不充足,砂體以孤立型為主。

圖5 隴東地區長82砂體展布剖面圖Fig.5 Sandbody architecture profile of the Chang 82 sublayer of Longdong area

圖6 隴東地區長82砂體結構模式圖Fig.6 Sand body structure pattern of the Chang 82 sublayer of Longdong area

5 結 論

1)隴東地區長82發育淺湖—辮狀河三角洲前緣沉積,湖岸線遷移頻繁。西南部大部分地區發育淺水辮狀河三角洲前緣亞相,東北部發育淺湖亞相。存在波浪和河流兩種水動力條件。砂體類型主要有3類,包括河道型砂體、席狀砂以及灘砂,河道型砂體是主要的儲集砂體類型。

2)隴東地區長82發育4類砂體結構,分別為正常水道型、疊加水道型、改造水道型和孤立砂體型。長82主力砂體沿淺湖線一帶垂直物源方向呈坨狀、連片分布,主力砂厚總和大。經砂體結構剖面分析得知,此為多期單層砂體綜合疊加顯示的結果。垂直物源方向，砂體形態多呈底平頂凸或者雙凸透鏡體狀,多期次砂體發育,且單期次砂體連通性差。

3)分析砂體結構成因模式認為，砂體結構主要受物源供給、沉積環境、水動力條件及湖盆底形的影響。疊加水道型砂體多發育于近物源端的辮狀河三角洲前緣水動力條件較強的位置；正常水道型砂體多發育于地形平坦的三角洲前緣水下分流河道處；改造水道型砂體受湖浪改造作用明顯,多發育于湖盆底形較陡處或者坡折帶發育位置；孤立砂體型多發育于三角洲前緣遠端或前三角洲物源供給不充足的位置。