吳小寧，李進(jìn)步，趙忠軍，王 龍，朱亞軍，付 斌，羅文琴，吳小斌

0 引言

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，屬于典型的多層系致密砂巖氣藏，二疊系山西組山2段是主要含氣層之一［1－3］。東二區(qū)位于氣田東北部，總面積約4 100 km2，包含北部的蘇77，召51，統(tǒng)33區(qū)塊及南部的召30～召探1區(qū)塊(圖1)，該區(qū)山2段具有較好的開發(fā)潛力，然而尚未對其沉積相特征開展系統(tǒng)研究，一定程度上制約了山2儲層展布規(guī)律認(rèn)識及氣藏整體評價(jià)。

沉積相是儲層及富集區(qū)展布規(guī)律研究的基礎(chǔ)，前人在氣田沉積相方面研究工作及成果認(rèn)識主要集中在以下方面:一是通過巖石學(xué)特征及測井相分析，明確了盒8、山1沉積期蘇里格氣田總體為河流－三角洲沉積體系［4－7］;二是著眼于全盆地范圍，通過區(qū)域探井及露頭資料研究山2段沉積環(huán)境及沉積相類型［8－11］;三是針對具體開發(fā)區(qū)塊，利用鉆、錄井及測井資料，研究區(qū)塊內(nèi)山2沉積相類型及展布特征［12－15］。

由于山西組沉積期盆地整體處于海退背景下的海陸轉(zhuǎn)換關(guān)鍵時(shí)期，其沉積相研究比單一海相或陸相難以進(jìn)行，前人對氣田山2段沉積相研究成果覆蓋了海陸交互相(障蔽砂壩體系)［16－18］、海陸過渡相(三角洲體系)［19－21］和陸相(沖積河流體系)［22］3大類沉積環(huán)境。李良等通過巖性組合特征研究認(rèn)為，盆地北部為陸相河流沉積體系，發(fā)育陸相網(wǎng)狀河砂巖和湖沼相泥巖、煤層［12］;朱紅濤等依據(jù)野外露頭、巖芯描述、地震等資料研究認(rèn)為，盆地北部山2段沉積期主控沉積相帶是河流體系［13］;邢厚松等通過露頭分析和巖芯觀察，認(rèn)為盆地中東部山2段為砂質(zhì)辮狀河－淺水三角洲沉積體系［14］;陳洪德等根據(jù)地層與古生物、沉積構(gòu)造對盆地山西組沉積相進(jìn)行研究，認(rèn)為山西組沉積期為陸表海背景下的海陸過度沉積演化階段，發(fā)育大面積分布的海陸過渡三角洲體系［15］;單敬福等利用巖芯、測井、薄片等資料研究，認(rèn)為蘇東區(qū)塊山2發(fā)育洪泛曲流河沉積體系［20］;趙榮華等通過巖芯研究，認(rèn)為蘇77區(qū)塊山西組為沖積扇外扇沉積環(huán)境［19］。

表1 前人對蘇里格氣田東區(qū)沉積相研究成果Tab．1 Previous research results of sedimentary facies in east of Sulige Gasfield

前人對山2段沉積微相提出的各種觀點(diǎn)存在一定分歧(見表1)，不能有效指導(dǎo)該區(qū)砂體及有效儲層展布規(guī)律研究。在前人研究基礎(chǔ)上，運(yùn)用研究區(qū)20余口取芯井巖芯觀察及分析化驗(yàn)資料、700余口完鉆井測、錄井資料，通過相標(biāo)志識別、單井相分析、相剖面對比等研究手段，對東二區(qū)山2段沉積微相進(jìn)行識別，提出了東二區(qū)山2段為辮狀河與曲流河過渡區(qū)域，并闡述了辮狀河與曲流河具體的沉積特征、展布規(guī)律以及山2沉積期2種沉積相帶的轉(zhuǎn)變方式、轉(zhuǎn)變位置，對該區(qū)山2段儲層綜合評價(jià)具有一定指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地晚古生代晚石炭世開始整體下沉，華北海和祁連海分別從東西兩側(cè)進(jìn)入，盆地結(jié)束了長達(dá)1．4億年的沉積間斷，之后經(jīng)歷了海相沉積為主的陸表海盆地、海陸過渡相沉積為主的近海湖盆以及陸相碎屑巖沉積為主的內(nèi)陸坳陷湖盆的古地理演化過程［14－15］。自下而上發(fā)育了上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組和山西組、中二疊統(tǒng)下石盒子組和上石盒子組、上二疊統(tǒng)石千峰組。其中，山西組以“北岔溝砂巖”之底為底界，以“駱駝脖砂巖”的底為頂界，自下而上可劃分為山2段與山1段，山2段厚度35～50 m，根據(jù)巖性和沉積旋回等特征細(xì)分為山32、山22及山12，3個(gè)小層均具有下粗上細(xì)的正旋回特征。受幕式構(gòu)造運(yùn)動間歇、古氣候、古地貌、物源供給和湖平面升降等多重因素控制，山西組沉積期盆地北部自北向南水動力條件呈逐漸減弱的趨勢［15］。

2 主要相標(biāo)志

圖1 蘇里格氣田東二區(qū)構(gòu)造位置及區(qū)內(nèi)井位Fig．1 Tectonic location and well sites in the East 2 block of Sulige Gasfield

相標(biāo)志是最能反映沉積相的特征標(biāo)志，包括巖石學(xué)特征(顏色、組份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖石類型及其組合)、古生物特征及地球化學(xué)特征等。沉積巖的結(jié)構(gòu)及原生構(gòu)造特征能夠反映沉積時(shí)期水動力條件，如介質(zhì)的性質(zhì)、水深、流動狀態(tài)、流向等，物質(zhì)組成和古生物特征則可以反映古氣候及物源等特征。通過大量的巖芯觀察描述、巖石薄片分析鑒定、掃描電鏡測試以及對測井資料的綜合研究，總結(jié)了研究區(qū)山2段主要的相標(biāo)志。

2.1 巖石學(xué)特征

山2段地層主要發(fā)育灰白色巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、灰色泥質(zhì)砂巖、含碳質(zhì)的深灰色泥巖、灰黑色泥巖及薄煤層，代表河流相沉積環(huán)境。砂巖巖屑含量平均23%，碎屑粒度中到粗粒，分選較差，顆粒多呈次棱－棱角狀，結(jié)構(gòu)成熟度較低，反映近物源沉積特征;顆粒較粗，反映強(qiáng)水動力環(huán)境。砂礫巖顏色多為淺灰綠色、灰白色，反映沉積時(shí)古氣候?yàn)榘敫珊担睗駳夂?，沉積環(huán)境主要為弱還原－還原環(huán)境。泥巖顏色主要是深灰－灰黑色、褐灰色、淺灰－灰色及雜色，反映沉積環(huán)境主要為還原環(huán)境;偶見紫紅色泥巖與灰綠色泥巖互層發(fā)育，表明沉積時(shí)期水位變化頻繁。

表2 蘇里格氣田東二區(qū)砂巖組份特征Tab．2 Sandstone compositions of of Shanxi Formation in the study area %

研究區(qū)巖石學(xué)特征整體符合河流相沉積，然而區(qū)內(nèi)北部與南部在巖石碎屑成分、粒度、面孔率、砂巖物性等方面也存在明顯的差異。如圖2所示，研究區(qū)北部儲層以石英砂巖、巖屑石英砂巖為主，平均面孔率4．2%，孔隙度7．9%，滲透率1．09 mD;至研究區(qū)南部，砂巖中石英顆粒含量減少，面孔率、儲層物性均呈逐漸降低趨勢;碎屑巖粒徑與水動力條件為正相關(guān)，研究區(qū)11口井35組樣品粒徑資料表明，北部碎屑顆粒粒徑分布在0．7～6．0 mm之間，平均1．5 mm，研究區(qū)南部粒徑明顯變下，主要分布在0．5～1．0 mm 之間(圖3);上述南、北部巖石學(xué)特征差異明顯反映出研究區(qū)由北向南水動力條件逐漸減弱。

2.2 沉積構(gòu)造特征

根據(jù)20余口取芯井巖芯觀察，研究區(qū)出現(xiàn)的沉積構(gòu)造主要有層面構(gòu)造和層理構(gòu)造(圖3)。其中層面構(gòu)造主要為砂巖層面上的沖刷面及槽模;層理構(gòu)造較發(fā)育，主要有水平層理、脈狀層理、交錯層理、塊狀層理、平行層理和沖刷面等，單個(gè)層內(nèi)普遍具有正粒序特征，正如文獻(xiàn)4所述，上述沉積構(gòu)造特征均反映該區(qū)山2段為典型的河流相沉積。

圖2 蘇里格氣田東二區(qū)南、北部巖石特征對比Tab．2 Correlation of rock characteristics between the south and north of the study area

交錯層理是研究區(qū)砂巖中最為發(fā)育的層理，其中楔狀交錯層理層系界面平直但不平行，層系厚度變化如楔狀，常出現(xiàn)在研究區(qū)的辮狀河道、沖積扇的辮狀溝道等沉積相中(圖4(a));槽狀交錯層理層系底界為槽形沖刷面，紋層在頂部被切割，常出現(xiàn)在辮狀河道、沖積扇辮狀溝道及曲流河道等沉積相中(圖4(b));砂紋交錯層理層系厚度一般小于5 cm，是在水動力條件較弱的條件下形成的，多見于河流邊灘、決口扇等沉積微相(圖4(c))。脈狀層理俗稱“砂包泥”，砂質(zhì)碎屑較充分，泥質(zhì)呈脈狀分布于砂巖的波谷中，反映水動力條件較強(qiáng)(圖4(d));平行層理一般出現(xiàn)在中細(xì)砂巖及粗砂巖中，形成于較強(qiáng)水動力條件下，發(fā)育在辮狀河心灘及曲流河邊灘等沉積環(huán)境中(圖4(e));水平層理常見于泥巖和粉砂巖中，單層厚度小，紋層相互平行并平行于層面，常形成于低能環(huán)境的低流態(tài)及物質(zhì)供應(yīng)不足的情況下，主要發(fā)育于辮狀河的泛濫平原和曲流河的天然堤、決口扇等沉積環(huán)境中;砂體底部大型底沖刷構(gòu)造也較為發(fā)育，沖刷面起伏不平(圖4(f))，石英礫石組成定向排列的構(gòu)造指示了單向水流的特征，進(jìn)一步表明研究區(qū)為河流相沉積特征。

圖3 北部與南部平均粒徑對比Fig．3 Line graph of average particle size between the south and north of the study area

2.3 古生物特征

研究區(qū)砂巖中動物化石不發(fā)育，含有較多的炭屑;泥巖中含較多的植物化石，據(jù)80余塊泥巖樣品觀察，其中23塊樣品中發(fā)現(xiàn)了植物莖桿和植物葉片等印?；?，代表河流泛濫平面沉積亞相，反映沉積期發(fā)育漫灘沼澤沉積環(huán)境(圖5)。

2.4 測井相特征

由于巖芯資料的有限性及不連續(xù)性，區(qū)塊范圍內(nèi)沉積相特征研究常借助測井資料進(jìn)行。測井曲線形態(tài)定性地反映了地層的巖性、粒度和泥質(zhì)含量等的變化，與沉積環(huán)境和沉積物特征之間有著密切的關(guān)系，因此將測井曲線的形態(tài)與地層沉積特征相結(jié)合，可以確定地層的沉積環(huán)境，并進(jìn)行沉積微相劃分。

通過研究區(qū)700余口井測井曲線統(tǒng)計(jì)分析，山2段測井曲線形態(tài)主要有以下5種類型:①中高幅齒化箱形，GR值較小(25～50 API)，厚度8～15 m，一般多呈微齒狀箱形，整體顯正韻律特征，頂?shù)壮Ｍ蛔兘佑|;②中－高幅漏斗形，GR值表現(xiàn)出明顯的向上降低的趨勢，曲線多以齒狀為主;③中高幅指狀，形似指狀，GR值一般大于80 API，厚度3～5 m，曲線以中幅度為主，頂?shù)拙蕽u變接觸關(guān)系;④低幅平滑形，GR值較大，通常大于120 API，底部漸變接觸，頂部突變接觸;⑤高幅鐘形，GR曲線從下到上逐漸升高，曲線常齒化，底部呈突變接觸。各測井相曲線類型特征如圖6所示，結(jié)合巖芯觀察對測井曲線進(jìn)行標(biāo)定，上述5種測井曲線特征分別為辮狀河道、心灘，曲流河決口河道、漫灘、邊灘沉積微相。

圖4 蘇里格氣田東二區(qū)山2沉積構(gòu)造特征Fig．4 Characteristics of the sedimentary structures in the second member of Shanxi Formation Sulige Gasfield(a)楔狀層理Z49井細(xì)礫巖3 064．46 m (b)槽狀交錯層、裂縫Z49井3 068．74 m(c)砂紋層理Z51井2 913．64 m(d)脈狀層理SD35－X井3 060．11 m (e)平行層理SD24－X井3 056．61 m (f)沖刷面Z63井2 912．73 m

3 沉積相類型及特征

如前所述，山西組沉積期盆地整體處于海退背景下的海陸轉(zhuǎn)換沉積環(huán)境，物源為北部的陰山一帶，東二區(qū)北部離物源較近，南部相對較遠(yuǎn)。本次研究在前人對盆地山西組沉積環(huán)境研究基礎(chǔ)上，通過上述大量沉積相標(biāo)志及測井相研究，識別出研究區(qū)山2段地層主要發(fā)育辮狀河與曲流河2種沉積相類型。

圖5 蘇里格氣田東二區(qū)山2地層古生物記錄Fig．5 Palaeontologic record in the second member of Shanxi Formation in eastⅡ block，Sulige Gasfield

圖6 蘇里格氣田東二區(qū)山2測井相類型及特征Fig．6 Types and characteristics of logging facies in the second member of Shanxi Formation in eastⅡ block，Sulige Gasfield

3.1 北部辮狀河沉積

研究表明東二區(qū)北部發(fā)育辮狀河沉積，主要微相類型包括河心灘、辮狀河道、滯留沉積、泛濫平原及泥炭沼澤等。其中心灘沉積物以粗砂巖、中砂巖為主，發(fā)育平行層理和板狀交錯層理;辮狀河道沉積以淺灰色、灰白色細(xì)礫巖、含礫粗砂巖和粗砂巖、中砂巖為主，發(fā)育楔狀交錯層理;河道滯留沉積以含礫砂巖為主，發(fā)育塊狀層理;泛濫平原以深灰色、淺灰綠色、雜色泥巖和淺灰白色粉－細(xì)砂巖為主，可見植物碎片化石和炭屑，層理結(jié)構(gòu)不發(fā)育，泥炭沼澤主要發(fā)育黑色煤層。

該區(qū)辮狀河河道沉積物以砂質(zhì)為主，礫石含量少于10%，并多以分散裝、透鏡狀出現(xiàn)在單個(gè)沉積旋回的底部，很少成層出現(xiàn);砂層中板狀、楔狀、槽狀等交錯層理發(fā)育;在同一辮狀河沉積層序中，上部的層序通常對下部層序的頂部造成沖刷，使其上部的細(xì)粒沉積物保存不全或者完全被沖刷。根據(jù)于興河提出的河流體系結(jié)構(gòu)－成因分類方案，結(jié)合前人對鄂爾多斯盆地辮狀河露頭觀察特征，上述沉積特征為典型的砂質(zhì)辮狀河沉積特征，明顯區(qū)別于礫石質(zhì)辮狀河。結(jié)合前人對山西組沉積物源的研究成果，進(jìn)一步明確東二區(qū)北部辮狀河類型屬于近源砂質(zhì)辮狀河沉積。

3.2 南部曲流河沉積

研究區(qū)南部相對北部而言離物源較遠(yuǎn)，前文巖石學(xué)特征研究也表明水動力條件相對減弱，沉積相標(biāo)志也表明該區(qū)主要發(fā)育曲流河沉積，微相類型主要有邊灘、河道充填、漫灘及天然堤。與北部辮狀河沉積相比，南部曲流河河道礫石含量明顯減少，粒度變細(xì)，巖性以淺灰色、灰白色含礫砂巖和中－粗砂巖、細(xì)砂巖為主，細(xì)礫巖和砂巖中可見炭屑。河道充填及邊灘微相普遍發(fā)育楔狀交錯層理、板狀交錯層理和平行層理。河漫灘沉積以深灰色、淺灰白色、雜色泥巖和深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，并有少量淺灰綠色、灰白色中細(xì)砂巖，可見植物碎片化石和炭屑，層理不發(fā)育，主要為牛軛湖、漫灘沼澤沉積;決口扇和天然堤沉積微相以粉砂巖和中－細(xì)砂巖為主，發(fā)育平行層理。

4 沉積相垂向配置特征

在山2段地層精細(xì)劃分對比及單井相分析的基礎(chǔ)上，通過沉積序列及沉積相對比剖面研究表明，研究區(qū)南、北部沉積微相垂向配置特征差異明顯。北部發(fā)育辮狀河道－河漫灘沉積序列，心灘及辮狀河道沉積微相發(fā)育，受河道遷移、沖刷影響，泛濫平原不發(fā)育，垂向上“砂包泥”特征明顯(圖7);南部發(fā)育曲流河河道－河漫灘沉積序列，曲流河“二元結(jié)構(gòu)”特征明顯，單期河道沉積中，自下而上沉積物粒度逐漸變細(xì)(圖8)。以研究區(qū)西部Z10～Z50井沉積相剖面圖為例(圖9)，該剖面近南北向展布，剖面位置如圖10所示，在山32沉積期，Z50井～S77－15－X井之間砂體垂向疊置發(fā)育，平面連續(xù)性較好，辮狀河心灘沉積發(fā)育;至SD29－X井南部區(qū)域，砂體規(guī)模變小，揭示水動力條件減弱，主要為孤立的曲流河邊灘及河道砂體。自山32至山12沉積期，辮狀河與曲流河沉積相帶過渡位置逐漸北移，山22沉積期辮狀河與曲流河相帶過渡位置在SD18－X～S77－4－X之間，至山12沉積期，相帶過渡位置向北遷移至S77－4－X～S77－15－X井之間。總體而言，研究區(qū)北部山2沉積期沉積序列整體為辮狀河沉積，南部為曲流河沉積，中間過渡帶具有底部辮狀河而上部曲流河的沉積 特征。

圖8 曲流河沉積微相垂向剖面(SD35－X井)Fig．8 Vertical profile showing meandering river(well SD35 － X)

5 沉積相平面特征及時(shí)空演化

以單井相和連井剖面相分析為基礎(chǔ)，結(jié)合砂體厚度特征，在砂/地比值等值線圖基礎(chǔ)上編制了研究區(qū)3個(gè)小層沉積微相平面展布圖，分析了各沉積期沉積相帶平面展布情況。

圖9 蘇里格氣田東二區(qū)Z10～Z50連井沉積相剖面(南北向)Fig．9 A sedimentary section through Z10 ～ Z50 well of the second member of Shanxi Formation Sulige Gasfield

南部與北部最大的差異在于河道呈南北向條帶狀展布。由于水動力減弱及陸源碎屑物質(zhì)供給減少，辮狀河的復(fù)合河道分叉或收窄，主河道曲率增加，泥質(zhì)沉積增多，砂地比值降低至0．2～0．4之間，復(fù)合河道寬度1～2 km，河道逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍骱映练e特征。河道及河漫灘均發(fā)育，主要發(fā)育邊灘、河道充填、漫灘、牛軛湖等沉積微相。由于曲流河河道的側(cè)向侵蝕作用造成砂質(zhì)沉積物不斷向凸岸堆積，造成河道彎曲度不斷加大，在洪水期河道發(fā)生截彎取直，造成原先河道的廢棄，廢棄河道常形成牛軛湖沉積。

圖10 蘇里格氣田東二區(qū)山2段沉積相平面展布Fig．10 Sedimentary facies distribution of the second member of Shanxi Formation Sulige Gasfield

6 結(jié)論

1)蘇里格氣田東二區(qū)山2段具備典型的河流相沉積特征，砂巖以灰白色巖屑砂巖及巖屑石英砂巖為主，巖屑含量高，結(jié)構(gòu)成熟度低，沉積構(gòu)造主要發(fā)育各種交錯層理，單個(gè)層序具正粒序特征，底部普遍發(fā)育沖刷面;泥巖以深灰－灰黑色為主，富含植物莖桿和植物葉片等印模化石。研究區(qū)由北向南，砂巖中石英顆粒含量、碎屑顆粒粒度、面孔率、砂巖物性呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢;

2)東二區(qū)北部為近源砂質(zhì)辮狀河沉積，南部為曲流河沉積。北部辮狀河沉積主要發(fā)育心灘、辮狀河道、泛濫平原、洪漫沼澤等沉積微相;南部曲流河沉積主要發(fā)育邊灘、河道充填、漫灘、牛軛湖等沉積微相。北部辮狀河與南部曲流河的分界位置在山32～山12沉積期由南往北不斷遷移，山32沉積期分界位置在烏審召以南約10 km處，山22沉積期分界位置在烏審召附近，至山12沉積期分界位置北移至烏審召以北約10 km處。

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