高照普

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

目前，非常規(guī)天然氣得到人們的日益關(guān)注，致密砂巖氣已經(jīng)逐漸成為天然氣產(chǎn)量的主要增長點。與頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)氣相比，中國近期在非常規(guī)氣勘探開發(fā)中以致密砂巖氣為先。致密砂巖氣發(fā)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(yīng)，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(huán)境。盆地北緣下石盒子組儲層作為致密砂巖氣主力產(chǎn)層，砂體展布受古地貌控制，且沉積微相相變快，儲層非均質(zhì)性很強，物性受沉積微相控制，繼而影響儲層的含氣性。通過井—震結(jié)合的印模法恢復(fù)研究區(qū)早石炭世古地貌特征，分析盒2+3 段沉積體系的“源—匯”系統(tǒng)，歸納沉積體系的巖相類型、巖相組合及垂向沉積序列，明確有利沉積微相的展布特征，并進行致密砂巖氣儲層含氣性分析[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地，面積可達37×104km2。從現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)上來說，該盆地可劃分為6個二級構(gòu)造單元：天環(huán)坳陷、晉西撓褶帶、伊盟隆起、伊陜斜坡、西緣逆沖帶以及渭北隆起[2]。研究區(qū)什股壕氣區(qū)錦66井區(qū)位于鄂爾多斯盆地北緣伊陜斜坡帶上，構(gòu)造復(fù)雜，三級、四級斷裂發(fā)育，主要目的層古地貌變化大，沉積類型多樣，下古生界主要發(fā)育沖積扇、辮狀河、三角洲沉積相[3]。

2 沉積特征

2.1 古地貌刻畫

研究區(qū)位于盆地北緣山前帶，上古生界沉積前，古地貌呈“隆凹相間”的特征，砂體呈“窄河道辮狀河”特征[4]。這種復(fù)雜構(gòu)造與窄河道的特征，是氣藏規(guī)模小的原因之一。

在陸相環(huán)境中，沉積物從山區(qū)山口沖出。在平緩的沖積平原上形成的沖積扇—辮狀河沉積體系中，古地貌起伏控制了河流相及沖積相的分布。尤其是在河流相發(fā)育的沖積平原上，古地貌及物源供給控制了河流相砂體的展布與構(gòu)成特征，進而制約氣藏單元的構(gòu)成與分布。

采用印模法來刻畫古地貌，基本原理為：古侵蝕面是一個地形高低起伏不平的面，上覆地層將按照填平補齊的原則進行沉積充填。由于地層是逐層加積形成的，因此，在古侵蝕面上地勢低洼地區(qū)的上覆地層厚度較大。相反，地勢較高地區(qū)的上覆地層則較薄。所以利用古風(fēng)化殼上覆充填沉積的標志層至侵蝕面厚度等值線圖的反等值線來表征古地貌形態(tài)[5]。

什股壕氣區(qū)面積較大（超過1 000 km2），鉆井分布不均，鉆井密度不夠。因此，利用鉆井資料進行古地貌恢復(fù)，不能滿足對什股壕氣區(qū)下石盒子組的開發(fā)評價需要，宜在鉆井精細標定地震剖面的基礎(chǔ)上，采用井震結(jié)合進行古地貌恢復(fù)（圖1）。

圖1 什股壕氣區(qū)早石炭紀古地貌Fig.1 Carboniferous paleogeomorphic of Shiguhao gas area

在盒2+3段沉積時期，整體上什股壕氣區(qū)已經(jīng)準平原化，地形起伏總體不大，為向南傾斜的低緩斜坡，其中，東北部為公卡漢凸起，西邊有規(guī)模較小的次級凸起。凸起之間夾有洼地，洼地內(nèi)部存在規(guī)模較小的高地和洼地。整體上來講，下石盒子組中的盒2 和盒3 段為一套連續(xù)沉積的碎屑巖沉積物，厚度相對協(xié)調(diào)變化，適合采用印模法研究微古地貌。從杭錦旗地區(qū)盒2+3 段的區(qū)域古地貌圖上可見什股壕氣區(qū)整體上呈現(xiàn)出北、西北和東北面高，南面低，隆凹相間的格局。

什股壕氣區(qū)盒2段地層厚度總體介于20～60 m，平均40 m；盒3 段地層厚度總體介于25～60 m，平均42 m。因此，盒2+3段地層沉積時期的古地貌表現(xiàn)為整體平緩，西、北東、北等整體較高，發(fā)育低幅隆起，南面整體平緩，隆凹相間。整體呈現(xiàn)“兩洼兩隆”的格局，具有一定的繼承性。從地貌走向來看，什股壕氣區(qū)的西面，地貌走勢為北西—南東向；東面的走勢為北東—南西向，在南面巴彥布拉斜坡（低洼）之處匯合，整體向南分流分布。在隆起上多發(fā)育辮流水道及河漫沉積微相，沿低洼之處多為辮流水道主體發(fā)育。

2.2 巖相特征及巖相組合

2.2.1 巖相特征

巖相為一套具有獨特巖性、顏色及沉積構(gòu)造的巖石單元。巖石相反映的是在特定沉積環(huán)境及沉積條件下的沉積產(chǎn)物，其不同巖石相的組合能夠反映不同的沉積微相，因而巖石相是沉積微相研究的重要基礎(chǔ)[6]。

什股壕氣區(qū)的下石盒子組盒2+3 段的區(qū)域沉積背景為辮狀河沉積體系，其中流體的流型較為復(fù)雜，以與牽引流有關(guān)的辮狀河沉積為主，但普遍發(fā)育與重力流有關(guān)的洪水泥石流沉積[7]，主要發(fā)育各類礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖及泥巖相（表1）。

表1 什股壕氣區(qū)下石盒子組巖石相類型Table 1 Lithofacies types of Lower Shihezi Formation in Shiguhao gas area

1）雜基支撐的副礫巖相（Gmms）

塊狀雜基支撐的副礫巖相為洪水期泥、砂、礫混雜搬運，洪水減退流速減緩時泥、砂、礫混雜沉積所形成的，包括兩種類型：①泥、砂充填于礫巖石間形成基質(zhì)支撐的副礫巖相；②全部由泥質(zhì)支撐的副礫巖相。

副礫巖相最終是由泥、砂充填基質(zhì)支撐還是泥質(zhì)充填支撐，與洪水期物源供給、洪水的黏性有關(guān)。一般來講，由于與洪水有關(guān)的泥石流，黏度較高，具有強度，流體性質(zhì)屬于塑性流，可以搬運較粗的礫石，分選較差。隨著泥質(zhì)含量的降低，洪水黏性降低，洪水泥石流逐漸可以轉(zhuǎn)化為牽引流沉積[8]。

2）洪泛成因的含礫粗砂巖相（Scfg）

洪泛成因含礫粗砂巖相以灰白色含礫粗粒砂巖為主，礫石含量（體積分數(shù)）大于15 %，其中常有漂礫。根據(jù)礫石含量、大小以及砂質(zhì)含量變化，洪泛成因含礫粗砂巖相可分為正、反韻律，形成向上變粗或變細的遞變層理[9]。

研究區(qū)下石盒子組盒2+3段沉積時，除廣泛發(fā)育洪水泥石流沉積以外，主體仍為正常沉積作用下的牽引流沉積。

1）顆粒支撐的正礫巖相（Gms）

灰白色，礫石粒徑大小混雜，直徑最大可達10 cm 以上。磨圓主要為次圓，分選中等。礫石存在一定的定向，反映牽引流的特征[10]。粒間充填為粗砂或中砂。沉積相主要為河道底部滯留礫石沉積，與下部泥巖或粉砂巖之間存在沖刷面。顆粒支撐的正礫巖相特征表現(xiàn)為巖性以中、細礫巖為主。該巖相礫石磨圓度好，分選度差，沉積構(gòu)造主要有塊狀層理、遞變層理（正或反）、平行層理、板狀層理、槽狀層理。

2）塊狀層理（含礫）粗砂巖（Sgm）

以淺灰色（含礫）粗砂巖為主，部分（含礫）中砂巖，因粒度較粗，層理構(gòu)造不明顯[11]。反映牽引流中高水流能量的產(chǎn)物，在目的層段廣泛發(fā)育，一般發(fā)育在心灘砂壩微相。

3）平行層理粗砂巖相（Sp）

以淺灰色粗砂巖為主，部分中砂巖，平行交錯層理發(fā)育。平行層理主要反映牽引流高水流能量的產(chǎn)物，一般發(fā)育在心灘的中下部。

4）槽狀交錯層理粗、中砂巖相（St）

以淺灰色粗砂巖為主，部分中、細砂巖中發(fā)育槽狀交錯層理。槽狀交錯層理砂巖主要反映牽引流中低水流能量的產(chǎn)物，在目的層段廣泛發(fā)育,一般發(fā)育在心灘砂壩微相上部[12]，也可以發(fā)育在河道充填中。

5）板狀交錯層理粗、中砂巖相（Spl）

以淺灰色粗砂巖為主，部分中砂巖，板狀交錯層理發(fā)育。板狀交錯層理主要反映牽引流中高水流能量的產(chǎn)物，與槽狀交錯層理發(fā)育位置相當，一般發(fā)育在心灘砂壩微相[13]，Spl也發(fā)育在河道充填中。

6）波狀—水平層理細砂巖相（Sfw、Sfh）

以淺灰色粗砂巖為主，部分中砂巖，板狀交錯層理發(fā)育。板狀交錯層理主要反映牽引流中高水流能量的產(chǎn)物，與槽狀交錯層理發(fā)育位置相當，一般發(fā)育在心灘砂壩微相，Spl也發(fā)育在河道充填中[14]。

7）泥巖相（M）

泥巖顏色包括棕紅色、雜色、褐色，頁理不發(fā)育，部分泥巖較破碎。泥巖顏色反映研究區(qū)為氧化環(huán)境，為河流相地層。

2.2.2 巖相組合

1）洪泛性辮流水道+心灘巖相組合

該類組合比較常見，代表河道發(fā)育的初期，主要發(fā)育近源的洪水泥石流沉積，泥質(zhì)及砂泥混合支撐，顆粒的分選磨圓較差，后期隨著洪水密度下降，流型逐漸轉(zhuǎn)化為牽引流，形成砂基支撐的礫巖，可見交錯層理[15]，表明后期水流對前期泥石流的改造（圖2）。

圖2 洪泛性辮流水道+心灘微相沉積組合（J82井，盒2段）Fig.2 Flooding braided channel+heart beach sedimentary microfacies assemblage（Well-J82,He-2 Member）

2）牽引流型的辮流水道+心灘巖相組合

該類組合主要為Gms—Sgm—Sp—Spl，心灘底部為塊狀砂礫巖相（Gms），可見不清晰的正韻律，礫巖分選磨圓較好，砂基支撐，可見交錯層理，底部可見沖刷面構(gòu)造，代表高速水流下的砂泥巖沉積[16]。心灘中上部發(fā)育塊狀層理（含礫）砂巖相（Sgm）、平行層理砂巖相（Sp）和板狀交錯層理砂巖相（Spl）（圖3）。

圖3 牽引流型辮流水道+心灘微相沉積組合（J68井，盒2段）Fig.3 Traction flow braided channel+heart beach sedimentary microfacies combination（Well-J68,He-2 Member）

3）河道充填巖相組合

河道充填巖相組合主要為Sm—St，河道充填粒度比心灘細[17]，巖相為塊狀層理砂巖相（Sm）和槽狀交錯層理砂巖相（St）（圖4）。

圖4 河道充填巖相組合（J33井，盒2段）Fig.4 Channel filling lithofacies combination（Well-J33,He-2 Member）

4）河漫沉積巖相組合

河漫沉積巖相組合為越岸沉積發(fā)育薄層的水平層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fh）和沙紋層理粉砂巖[18]、泥質(zhì)粉砂巖相（Fl）和塊狀層理粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖相（Fm）[19]，河漫沉積主要發(fā)育塊狀泥巖相（M）。

2.3 單井沉積序列

依據(jù)上述沉積微相劃分方案，以J66 井、J68 井、J81 井、J82 井、J84 井、J97 井、J102 井、J145 井口取心井資料、巖屑錄井以及單井測井曲線資料為基礎(chǔ)，劃分單井沉積微相，以J68井為例。

J68 井的盒2?1、盒2?2 小層發(fā)育辮狀河沉積體系，多期河道疊加，主要發(fā)育辮流水道、心灘和河漫沉積微相。辮流水道微相沉積主要為砂礫巖，底部可見沖刷面構(gòu)造。辮流水道分為砂質(zhì)充填和泥質(zhì)充填，盒2?1 小層的辮流水道為砂質(zhì)充填，底部發(fā)育大套厚層河道滯留礫石沉積，頂部發(fā)育中砂巖，見平行層理，充填厚度約15 m；盒2?2 小層的辮流水道也為砂質(zhì)充填，底部也發(fā)育滯留礫石沉積，向上發(fā)育泥巖和細砂巖，見平行層理和板狀交錯層理，充填厚度約10 m。心灘微相巖性主要為含礫粗砂巖、含礫中砂巖、中砂巖、細砂巖，可見平行層理和板狀交錯層理，單期心灘厚度介于0.8～3.5 m。河漫沉積巖性主要為棕褐色、紫褐色和灰色泥巖（圖5）。

2.4 沉積相展布

2.4.1 沉積相垂向展布

通過研究區(qū)盒2 段—盒3 段由東向西垂直于河道的4 條沉積剖面，分析垂向沉積特征。由盒2 段到盒3 段總體上表現(xiàn)出基準面上升，可容納空間減小，物源供給減小，單河道砂體規(guī)模減小，由“砂包泥”變?yōu)椤澳喟啊钡奶攸c。其中，研究區(qū)盒2?1小層測井曲線以光滑箱形、齒化箱形為主，反映該時期水動力較強；縱向上多期辮流水道和心灘沉積疊置，砂巖厚度大，單砂體平均厚度9.8 m，泥巖較薄，具典型的“砂包泥”特點。研究區(qū)盒2?2 小層沉積期基準面上升，水動力較盒2?1 小層沉積期減弱，測井曲線以箱形、鐘形和指形為主，縱向上以單期辮流水道和心灘沉積為主，單砂體平均厚度7.6 m，河漫沉積較盒2?1小層沉積期更發(fā)育，總體表現(xiàn)為以砂質(zhì)沉積為主、泥質(zhì)沉積增多的特征。

研究區(qū)盒3?1 小層沉積期基準面繼續(xù)上升，水動力較盒2?2 小層沉積期明顯減弱，測井曲線以指形、鐘形和低幅箱形為主，單河道砂體孤立式分布，單砂體平均厚度6.7 m，河漫沉積發(fā)育，呈“泥包砂”的特征（圖6）。

2.4.2 沉積相平面展布

什股壕氣區(qū)工區(qū)面積超過1 000 km2，但是井控程度低，針對盒2 和盒3 段的狹窄河道砂體，僅依靠鉆井資料是不可能控制小層砂體展布的，所以必須井震結(jié)合，采用多種技術(shù)手段相結(jié)合來綜合預(yù)測小層砂巖厚度[20]。主要采用井震約束條件下，采用屬性切片、波形指示反演及切片技術(shù)，以及在地震正演基礎(chǔ)上的波形定性分析的方法，進行綜合預(yù)測。

根據(jù)古地貌、地震屬性、砂體空間分布規(guī)律，結(jié)合水平井資料、儲層預(yù)測、測井相、現(xiàn)代沉積模式、砂

體疊加和分布模式等，勾畫沉積相帶。盒2+3段總體上表現(xiàn)為砂體呈近南北向條帶狀展布，西部地區(qū)為北西—南東向分布，砂體分布在低幅溝谷內(nèi)。垂向上，隨著基準面上升，可容納空間減小，物源供給減小，水動力減弱，河道規(guī)模減小，側(cè)向連續(xù)性降低。

通過地震屬性特征及砂體空間分布規(guī)律明確各小層河道特征及規(guī)模：盒2?1小層沉積時期物源供給充足，水動力強，由于河道頻繁的側(cè)向遷移和改道，而形成較寬的辮狀河砂體。單一辮流水道寬度為1.5～2.6 km，平面上呈北西—南東向展布，河道之間交叉連片沉積，砂體側(cè)向拼接，橫向連續(xù)性好。心灘發(fā)育規(guī)模大，位于河道中心部位（圖7a）。盒2?2 小層沉積時期發(fā)育辮狀河沉積，但辮流水道規(guī)模和心灘規(guī)模較盒2?1 小層減小，單一辮流水道寬度為1.1～1.9 km，平面上呈北西—南東向展布，河道之間交叉連片沉積，砂體側(cè)向拼接，橫向連續(xù)性較好（圖7b）。隨著基準面繼續(xù)上升、物源供給減弱，盒3?1 小層沉積時期該區(qū)辮狀河規(guī)模和心灘規(guī)模明顯減小，單一辮流水道寬度為1.0～1.5 km，平面上呈北西—南東向展布，河道之間交叉連片沉積，砂體側(cè)向拼接（圖7c）。

圖7 什股壕氣區(qū)盒2+3各小層沉積相Fig.7 Sedimentary facies of each small layer of He2+3 Member in Shiguhao gas area

3 沉積微相物性特征

什股壕氣區(qū)下石盒子組沉積相研究表明，沉積相以山前帶窄辮狀河沉積為主。其中盒2+3 段主要為辮狀河沉積，在普遍辮狀河發(fā)育的基礎(chǔ)上，可見不明顯的二元結(jié)構(gòu)，具有輕微的曲流化特點。沉積微相主要發(fā)育心灘、辮流水道和河漫沉積微相[21]。

統(tǒng)計表明，心灘微相儲層物性最好，其次為辮流水道微相，河漫沉積微相物性最差，為非儲層（表2）。

表2 什股壕氣區(qū)下石盒子組不同沉積微相的物性統(tǒng)計Table 2 Statistical table of physical properties of different sedimentary microfacies of Lower Shihezi Formation in Shiguhao gas area

4 沉積微相含氣性

對研究區(qū)150 多口直井含氣砂體沉積微相統(tǒng)計表明，含氣砂體主要為辮狀河心灘砂體，辮流水道砂體及兩者的組合砂體。從鉆遇含氣砂體的統(tǒng)計結(jié)果來看，心灘、辮流水道及其組合砂體在盒2+3 段的樣本個數(shù)分別達到49，15，62 個，所占比例分別為39 %、12 %、49 %（圖8），說明辮流水道微相不是研究區(qū)內(nèi)的主要含氣微相，而與心灘沉積微相有關(guān)的砂體明顯含氣砂體數(shù)較多，是開發(fā)的主要目的砂體。原因是心灘砂體疊置發(fā)育，儲層規(guī)模大，粒度較粗，巖性較純，物性較好，而辮流水道碎屑顆粒分選差，物性差，且常與河道邊部泥巖互層，儲層連通性較差。

圖8 什股壕氣區(qū)沉積微相含氣性樣本統(tǒng)計Fig.8 Statistics of gas bearing samples of sedimentary microfacies in Shiguhao gas area

通過對沉積特征、砂體厚度、砂體含氣性、天然氣運移通道等分析認為研究區(qū)心灘及辮流水道沉積砂體在平面上復(fù)合連片，垂向上相互疊置，而且孔隙較為發(fā)育，具有形成大規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲集層的潛力?？紤]生、儲、蓋、運等條件，認為勘探開發(fā)的重點應(yīng)當放在這種發(fā)育大量河道砂體的部位（圖9）。而上部巨厚的泥巖蓋層以及伊陜斜坡的構(gòu)造穩(wěn)定性均有利于氣藏的后期保存。上述幾個成藏要素在空間和時間上的有效配置、共同作用，形成了現(xiàn)今盒2+3 段氣藏充注程度較高的格局。

圖9 不同沉積微相成藏富集模式Fig.9 Reservoir accumulation and enrichment modes of different sedimentary microfacies

5 結(jié)論

1）下石盒子組沉積時古地貌背景相對平緩，尤其是盒2 和盒3 段沉積時期，整體上體現(xiàn)為北、西北和東北面高，南面低，隆凹相間的格局。

2）盒2 段和盒3 段辮狀河沉積相主要包括心灘、辮流水道、河漫沉積3種微相類型。

3）沉積相及微相分布受古地貌控制，在古地貌隆起區(qū)主要發(fā)育辮流水道、河漫等微相，砂體較薄，平面上零星分布；而在古地貌溝槽內(nèi)，河道砂體厚、砂體層數(shù)多，垂向疊加。

4）心灘微相儲層物性最好，其次為辮流水道微相，河漫沉積微相物性最差，為非儲層。含氣砂體主要為辮狀河心灘砂體，或者心灘與辮流水道的組合砂體。