史家灣-堡子灣地區(qū)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(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠，陜西 西安 710200；2.長(zhǎng)慶實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司地質(zhì)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(chǎn)量高，效益好，以巖性-構(gòu)造油藏為主［1-2］。前人對(duì)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(huán)境［11-12］、沉積體系［13-14］、儲(chǔ)層特征［15］、孔隙結(jié)構(gòu)［16］、成巖作用［17］等方面。 史家灣-堡子灣地區(qū)延9油層組是該區(qū)高效勘探開發(fā)的重要目標(biāo)層系，發(fā)育巖性-構(gòu)造油藏，相控砂體特征明顯，但目前學(xué)者們尚未對(duì)史家灣-堡子灣地區(qū)延9油層組沉積微相進(jìn)行深入研究。

本文根據(jù)大量的巖心、測(cè)井及分析測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)研究區(qū)巖心的顏色、巖性、沉積構(gòu)造及古生物化石等沉積相標(biāo)志進(jìn)行了研究，明確了該區(qū)延9油層組沉積微相的類型及砂體空間展布規(guī)律，揭示了油氣的形成和油藏賦存規(guī)律，為下一步勘探部署提供了依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

史家灣-堡子灣地區(qū)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(qū)域構(gòu)造位于伊陜斜坡和天環(huán)坳陷。區(qū)內(nèi)發(fā)育三疊系延長(zhǎng)組和侏羅系延安組油藏，延長(zhǎng)組發(fā)育大型巖性油藏，侏羅系發(fā)育巖性-構(gòu)造油藏，規(guī)模較小，但局部高產(chǎn)，是油田高效勘探開發(fā)的重要層系。

根據(jù)沉積旋回及煤層特征，延安組地層自下而上進(jìn)一步劃分為5個(gè)段（J1y1—J1y5）、10個(gè)油層組（延 10—延1）（見表1）。早侏羅世早期，沿早期溝谷發(fā)育了多條水系，沉積了沖積扇-河流相砂體，此時(shí)由于氣候一度干旱，沉積出現(xiàn)了紅層。隨著侏羅系早期沉積物的填充補(bǔ)齊，鄂爾多斯盆地逐漸趨于平原化，氣候轉(zhuǎn)向溫暖潮濕環(huán)境，此時(shí)植被茂密，湖塘、沼澤廣泛發(fā)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?yōu)榫W(wǎng)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(duì)延安組地層造成不同程度的侵蝕，進(jìn)而使得研究區(qū)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(qū)侏羅系延安組地層特征

2 沉積相標(biāo)志

2.1 巖性標(biāo)志

巖性標(biāo)志一般包括巖石顏色、巖性、結(jié)構(gòu)、原生沉積構(gòu)造及沉積地球化學(xué)特征等，巖性標(biāo)志特征能綜合反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境、沉積物搬運(yùn)距離、水動(dòng)力條件等。本次研究在巖心觀察的基礎(chǔ)上，分析了研究區(qū)延9油層組的巖石顏色、巖性、粒度、沉積構(gòu)造等巖性標(biāo)志，為確定沉積環(huán)境及沉積體系提供依據(jù)。

2.1.1 顏色及巖性

顏色是沉積巖最直觀、最醒目的標(biāo)志，取決于巖石的礦物組分和物理化學(xué)形成條件［18］，對(duì)巖石的成因分析和巖相古地理?xiàng)l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(jī)質(zhì)的類型及數(shù)量，是沉積環(huán)境的良好指示劑。

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

2.1.2 粒度特征

沉積物粒度分布受沉積時(shí)水動(dòng)力控制，其分布特征可反映沉積時(shí)的水動(dòng)力條件，是原始沉積環(huán)境的直接標(biāo)志。沉積物粒度分布特征蘊(yùn)含的信息包括搬運(yùn)介質(zhì)的性質(zhì)、能量及搬運(yùn)方式等，這些信息可為沉積環(huán)境分析提供重要依據(jù)。

粒度分析表明，研究區(qū)延安組延9油層組砂巖中—細(xì)砂和中砂體積分?jǐn)?shù)總和超過80%，巖性以中—細(xì)砂巖為主，分選中等，沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，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(jí)分布特征及沉積物搬運(yùn)方式，判斷當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件。本區(qū)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(dòng)組分。其中：滾動(dòng)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(dòng)力較強(qiáng)，牽引作用較大（見圖1）。

圖1 史家灣-堡子灣地區(qū)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(yīng)用數(shù)學(xué)方法求得各類環(huán)境的判別函數(shù)。本次研究結(jié)合區(qū)域沉積背景，采用了淺海-河流（三角洲）薩胡判別函數(shù)［19］。根據(jù)研究區(qū)延9油層組粒度參數(shù)——平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏差、峰度，利用薩胡公式計(jì)算出薩胡判別函數(shù)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(biāo)準(zhǔn)偏差；Sk為偏差；Kg為峰度。

計(jì)算出的Y值見表2。根據(jù)薩胡判別函數(shù)值判定標(biāo)準(zhǔn)（Y>-7.419為淺湖，Y<-7.419為三角洲沉積），可以判定研究區(qū)延9油層組為三角洲沉積。

表2 史家灣-堡子灣地區(qū)延9油層組粒度分析結(jié)果

2.1.3 沉積構(gòu)造

儲(chǔ)層沉積構(gòu)造特征是判斷沉積環(huán)境及劃分沉積微相的重要依據(jù)之一，特別是物理成因的原生沉積構(gòu)造，最能反映沉積物在形成過程中的沉積介質(zhì)的營(yíng)力及流動(dòng)狀態(tài)，有助于古沉積環(huán)境的恢復(fù)和判斷巖相古地理?xiàng)l件［19］，從而有效解釋微相類型。

通過研究區(qū)內(nèi)取心井段的巖心觀察，延9油層組主要發(fā)育塊狀砂巖和板狀交錯(cuò)層理，可見沖刷面、正粒序及水平層理。

1）塊狀砂巖。研究區(qū)目的層砂巖多為塊狀砂巖（見圖2a），內(nèi)部顆粒均勻，無組分和結(jié)構(gòu)分異現(xiàn)象，不顯層理，反映沉積物快速堆積。

2）板狀交錯(cuò)層理。研究區(qū)可見板狀交錯(cuò)層理，主要特征為層系上下界面平直，呈板狀，層面常見細(xì)小煤屑、植物碎屑，紋層可向?qū)酉档酌媸諗浚瑠A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(qū)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?qū)永磔^發(fā)育（見圖2d），反映了在沉積過程中，因水流動(dòng)強(qiáng)度減小，沉積物搬運(yùn)和攜砂能力減弱，沉積物按粒度大小依次沉降的現(xiàn)象。

5）水平層理。水平層理反映了當(dāng)時(shí)水動(dòng)力條件較弱，懸浮物質(zhì)緩慢垂向加積而成的低能環(huán)境。常見于泥巖、碳質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)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(biāo)志

在巖心觀察中，研究區(qū)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(qū)延9油層組沉積構(gòu)造及化石標(biāo)志

2.3 測(cè)井相特征

測(cè)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(qū)延9油層組測(cè)井曲線的形態(tài)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(jí)變高，曲線形狀像鐘形，反映水動(dòng)力向上逐漸減弱、砂巖粒度自下而上逐漸變小、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)逐漸增加的正粒序結(jié)構(gòu)（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(fā)生突變，形狀像箱形，巖性表現(xiàn)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(tài)呈鋸齒狀，表明沉積時(shí)水動(dòng)力不穩(wěn)定，忽強(qiáng)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(tài)呈平直形，表明沉積時(shí)水動(dòng)力弱，沉積物以粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主（見圖 3d）。

圖3 史家灣-堡子灣地區(qū)延9油層組測(cè)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(rèn)為，鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)延9沉積期，沉積地形較為平緩，發(fā)育三角洲沉積體系［14，20-24］。 本次研究在前人研究的基礎(chǔ)上，通過沉積相標(biāo)志綜合識(shí)別，認(rèn)為研究區(qū)延9期沉積屬于三角洲平原沉積環(huán)境，主要發(fā)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(zhì)沉積為主，垂向上具有下粗上細(xì)的正韻律特征，自然伽馬曲線一般為高幅度鐘形、箱形或復(fù)合形態(tài)。底部具有沖刷充填構(gòu)造，可見起狀平緩的沖刷面和沖刷泥礫，向上表現(xiàn)為槽狀交錯(cuò)層理的中細(xì)砂巖、塊狀或平行層理細(xì)砂巖、沙紋層理或水平層理粉砂巖、泥巖等細(xì)粒沉積，具有河道“二元結(jié)構(gòu)”特征。

天然堤是洪水期溢出分流河道的泥沙在河道兩側(cè)快速堆積下來形成的堤岸沉積，橫剖面上呈現(xiàn)向遠(yuǎn)離河道方向迅速變薄的楔形。巖性以灰—深灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)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(cè)向相變?yōu)橹Я鏖g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(xì)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(zhì)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(dòng)作用強(qiáng)烈，變形、包卷構(gòu)造常見。

沼澤微相是分流間洼地的低洼地區(qū)，由于氣候條件潮濕，長(zhǎng)期積水，植物生長(zhǎng)繁茂，沉積物以灰色泥巖、碳質(zhì)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(chǔ)上，通過連井沉積微相剖面的對(duì)比研究，剖析砂體的空間展布及組合特征，為后期進(jìn)行平面沉積相展布作準(zhǔn)備。從對(duì)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(duì)較差（見圖5）。

圖5 史家灣-堡子灣地區(qū)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(fā)生快速湖侵，湖區(qū)面積迅速增大，隨后，湖平面逐漸降低，至延6期達(dá)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(guī)模逐漸增大，砂體厚度也逐漸變厚。研究區(qū)延9期物源來自西北方向，沉積環(huán)境為三角洲平原，優(yōu)勢(shì)微相為分流河道，河道砂體呈條帶狀展布，走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向（見圖 6）。

圖6 史家灣-堡子灣地區(qū)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(cè)向連通性較差。

4.2 含油氣意義

沉積儲(chǔ)層為油氣儲(chǔ)集提供基礎(chǔ)場(chǎng)所，沉積環(huán)境決定沉積儲(chǔ)層的空間分布特征，在三角洲平原沉積環(huán)境下，河道砂巖是油氣儲(chǔ)集的良好儲(chǔ)層，同期發(fā)育的分流間洼地泥巖則對(duì)油氣圈閉起良好的遮擋作用［25-26］。研究區(qū)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(chǔ)層物性好，油水分異明顯。砂體走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，而區(qū)域構(gòu)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(gòu)造圈閉油藏。

勘探開發(fā)實(shí)踐表明，研究區(qū)延9油藏主要富集在河道砂體主體發(fā)育帶上，上傾方向有泥巖遮擋的鼻狀隆起部位。通過精細(xì)沉積微相研究，明確了沉積演化和砂體展布規(guī)律，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征，預(yù)測(cè)油氣富集區(qū)，為尋找下步潛力開發(fā)區(qū)提供指導(dǎo)依據(jù)。

5 結(jié)論

1）史家灣-堡子灣地區(qū)侏羅系延安組延9油層組的沉積為三角洲沉積環(huán)境下的三角洲平原亞相，主要發(fā)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?yàn)楸蔽鳌蠔|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(duì)較差。

3）區(qū)域構(gòu)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(gòu)造圈閉油藏。