苏里格气田盒8气层组厚层辫状河道砂体构型分析

卢海娇，赵红格，李文厚

（1.西北大学 地质学系，陕西 西安 710069； 2.西北大学 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069）

0 引言

随着油气开发的持续深入，储层内部剩余油气分布状况变得更为零散与复杂[1］，油气分布与储层内部结构的密切关系推动沉积、储层研究的不断细化与深化，使储层研究由砂体成因、特征及展布深入到砂体内部，进而提出储层构型概念及相应分析技术.

国外的储层构型研究最早基于古代露头，20世纪70年代，Miall A D、Bristow C S等针对河流相储层提出储层构型（reservoir architecture，亦称储层建筑结构）概念[2-4］，认为河流相储层构型主要包括20种岩石相、13类构型要素和9级界面.

20世纪80年代以来，国内进行基于古代露头和现代沉积的储层构型研究[5-8］.薛培华建立拒马河现代曲流点坝构型模式[5］；贾爱林等分析滦平露头扇三角洲构成[6］；张昌民研究青海油砂山露头辫状河三角洲和分流河道构成[7］；赵澄林等研究现代三角洲构成[8］.21世纪初，开展地下储层构型研究[9-14］.马世忠等提出曲流点坝沉积模式、地下曲流河道单砂体内部薄夹层建筑结构（构型）参数3类13种提取方法[9-10］；吴胜和等提出地下古河道储层构型层次建模方法[11］；束青林研究河道正韵律厚油层剩余油分布模式[12］；卢虎胜等研究三角洲相储层构型及剩余油分布[1］；尹太举等研究地下储层建筑结构预测模型建立方法[13］.目前，人们已开展曲流河、辫状河、水下分流河道、河口坝和冲积扇等类型储层构型研究，但是仅对曲流河道砂体构型模式和形成机制研究较为成熟[5，7，9-12］，针对辫状河储层构型研究较少[15-16］；此外，储层构型研究多针对中高渗储层开发后期剩余油分析，针对气田、特别是超低渗气田开发初期储层构型对井位优选和水平井轨迹的影响研究更少[17-18］.

文中基于储层构型分析方法，以基于古代露头的辫状河道内部构型模式为指导，采用层次分析方法，纵向层序由中期→短期→超短期基准面旋回层序；平面展布由相→亚相→微相；储层研究由厚层复合砂体→单砂体→单砂体内部构成；研究内容由复合砂体的层序细分与对比→辫状河道亚相和心滩微相识别→砂体构型→有效储层叠置模式，研究苏里格气田二叠系下石盒子组盒8气层组厚砂层辫状河道砂体构型，为该区水平井部署及水平段地质导向提供依据.

1 研究区概况

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡带一级构造单元的中北部（见图1），行政区划属于内蒙古自治区鄂尔多斯市和陕西省榆林市境内，勘探面积约为5.0×104km2.该区油气预测储量丰富，近年来天然气勘探、开发取得关键性突破，基本探明储量3.0×104亿m3以上，具备年产天然气200亿m3能力，成为我国目前陆上储量规模巨大、产能快速上升的气田.

研究区自下而上发育奥陶系下统马家沟组，石炭系中统本溪组和上统太原组，二叠系下统山西组、中统下石盒子组、上石盒子组和上统石千峰组，以及三叠系、侏罗系、白垩系等地层.其中，上石盒子组自上而下分为盒1、盒2、盒3和盒4段；下石盒子组自上而下分为盒5、盒6、盒7和盒8段；山西组分为山1和山2段（见图2）.

研究区为下生上储式生储盖组合，下部本溪组—山西组的“广覆型”煤系地层为主要气源岩；下石盒子组底部的盒8段下切河道砂岩及山1段三角洲平原分流河道为主要储集层；上石盒子组稳定的河漫湖相泥岩为区域盖层，下石盒子组泥岩为直接盖层[19-20］.主要目的层盒8段因上、下砂体厚度、宽度和空间叠置程度不同，分为盒8上段和盒8下段（见图2）.其中，盒8下段为主要含气层，由于河流相沉积环境受河道形态、规模、迁移和水动力强弱等因素控制，使其砂体空间变化大、非均质强，为低孔、超低渗储层，气井产量较低，给气田稳产、增产带来较大难度.2007～2011年在该区实施水平井试验取得一定效果，但试验中发现该区储层横向变化大、内部结构复杂、有效储层钻遇率较低，制约水平气井产量潜力发挥.

图1 鄂尔多斯盆地构造分区及研究区位置（据长庆油田，2010年）Fig.1 The tectonic location area and study area map of Ordos basin（According to the Changqing oilfield，2010）

2 沉积类型及特征

沉积类型不仅控制砂体展布模式及特征，而且决定储层内部构型模式.利用岩心、测井及实验室分析等资料，分析盒8气层组沉积类型及特征.

2.1 沉积体系及沉积相类型

研究区本溪组沉积时期为海相沉积，至太原组沉积时期海域不断扩大.因盆地北和北西部逐渐抬升，在山西组沉积时期，海域向东南方向退却.盒8下段沉积时期，达到最大海退，基准面下降至最低，可容空间最小，河流下切作用最强，形成厚层、宽广、粒粗的大型河道复合砂体，底面表现为明显的河道下切侵蚀面；盒8上段沉积时期，基准面上升，河流能量降低，下切能力减弱，使砂体规模减小、粒度变细；盒7段沉积时期，形成湖相泥岩沉积.由此，盒8段底面构成超长期基准面下降—上升转换面，成为典型的层序界面，并自盒8段开始形成一套陆相地层.

盒8段沉积时期，盆地北部古地貌呈北高南低趋势，进而形成大型北部物源沉积体系，即大型河流—三角洲沉积体系.自北向南，盒8下段沉积相依次为冲积扇相→辫状河相→辫状河分流平原亚相→辫状河三角洲前缘亚相→前三角洲亚相；盒8上段沉积相依次为冲积扇相→辫状河相→曲流河相→三角洲分流平原亚相→三角洲前缘亚相→前三角洲亚相.

图2 苏里格气田地层综合柱状图（据王继平，2011年；略有修正）Fig.2 Integrated histogram of Sulige gasfield（According to Wang Jiping，2011；slightly amended）

研究区盒8上段主要沉积特征为：粒度较细，以含砾中细砂岩为主；具有典型河道底部冲刷突变面；块状层理砂砾岩底部滞留沉积；含大型板状交错层理、槽状交错层理等；砂体厚度相对薄，宽度相对较窄，为0.5～3.0km，多为1.0～1.5km，砂体呈北南条带状分布，平面、垂向多呈孤立状，构成“泥包砂”特征，表现为典型砂质曲流河沉积特征.

研究区盒8下段主要沉积特征为：粒度较粗，以含砾中粗砂岩夹细砾岩为主；具有典型大型河道底部冲刷突变面；块状层理砂砾岩底部滞留沉积；含反映水浅流急条件的平行层理、大型板状交错层理等；砂体厚度大、约占盒8储层厚度的80%以上；宽度大，为3.0～10.0km；叠置复杂；细粒沉积相对薄且不发育，构成“砂包泥”特征，表现为典型砂质辫状河沉积特征.

2.2 辫状河相微相及沉积特征

盒8下段主要发育辫状河相，是苏里格气田致密砂岩气藏的主体.根据现代沉积及古代露头模式，结合苏里格气田盒8气层组岩心、测井、密井网开发区精细解剖，分析盒8下段辫状河沉积微相类型，识别出4类亚相和7类微相：辫状河床亚相（底部滞留、心滩、河道充填微相）、废弃河道亚相、堤岸亚相（天然堤、决口扇微相）、泛滥平原亚相（溢岸薄层砂、泛滥平原泥微相）；并在复合辫状河道内识别出底部滞留、心滩、河道充填微相、废弃河道亚相及落淤层等沉积类型，为复合辫状河道砂体内部构型研究提供重要依据.

2.2.1 辫状河床亚相

（1）底部滞留微相：以含泥砾砂砾岩、含砂砾岩为主；块状层理为主；与下伏地层呈明显的侵蚀冲刷突变接触.苏里格气田南北跨度大，北部靠近物源，水动力较强，河道的下切侵蚀能量较强，底部滞留微相发育，但沉积物中分选差，含有泥砾，GR为50～70API，录井全烃均值多小于1%；南部远离物源区，底部滞留沉积厚度薄，沉积物以分选中等的细砾岩为主，GR为20～50API，录井全烃均值多小于5%.底部滞留微相对河流期次划分具有重要指示作用.

（2）心滩微相：以灰色、灰白色含砾粗砂岩、粗砂岩为主；平行层理、大型板状、槽状交错层理为主；储层分选相对较好；自然伽马曲线多为低值平滑箱形，GR为30～60API，录井气测异常明显，全烃均值大于10%.

（3）河道充填微相：以含泥或泥质中细砂岩为主，为辫状水道逐渐废弃过程中沉积而成，其形成环境明显比心滩微相的水体能量小.自然伽马曲线多为圣诞树型、齿箱型，GR为70～120API，录井全烃均值小于1%.

2.2.2 废弃河道亚相

以粉砂岩、深灰色泥岩等细粒沉积为主；小型交错层理、块状层理、水平层理为主；横剖面呈U字型浅河槽状、平面呈辫状.废弃河道为条带状、相对封闭、低能、还原环境，多形成暗色细粒沉积.自然伽马曲线为高值齿型，GR大于180API，录井全烃均值小于0.1%.

2.2.3 堤岸亚相

（1）天然堤微相：以细砂岩、粉砂岩为主；中小型槽状、攀升交错层理为主.天然堤位于河道两侧近顶部，因辫状河道发育及迁移，在单井垂向层序上多位于心滩之上，而夹于泛滥平原中的天然堤较少见.自然伽马曲线呈中值齿型，GR为120～180API.

（2）决口扇微相：以中细砂岩为主；中小型槽状交错层理为主；小型正韵律；平面呈扇形或舌形，厚度为0.3～2.0m.自然伽马曲线呈中值钟型，GR为100～160API.

2.2.4 泛滥平原亚相

为洪水期河水溢出河道，将悬浮于水流中的细粒物质沉积于河道外形成，沉积特征为厚度薄，分布范围较大.

（1）溢岸薄层砂微相：以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩为主；小型交错层理、块状层理为主；GR为120～180API.

（2）泛滥平原泥微相：以粉砂质泥岩、泥岩为主；块状层理为主；GR为120～200API.

3 砂体构型

3.1 河道单元划分及精细对比

对于河流相地层，垂向层序的单期河道单元识别与划分是复合河道砂体内部构型研究的基础.单期河道划分的主要标志为：（1）明显的底部滞留沉积及大型冲刷侵蚀面；（2）泛滥平原细粒沉积的残留薄层；（3）心滩顶部落淤层；（4）河道的岩性、层理和层面构造等垂向序列标志.通过岩电对应分析，建立单期河道的测井识别标志.河道单元的划分以研究区域为依据，如部分井两期河道垂向切割叠置，落淤层被后期河道侵蚀，需要辨识底部滞留沉积，并结合邻近井分析结果予以划分.

针对苏里格气田苏147水平井开发区，在单期河流沉积期次岩心、测井精细分析基础上，将盒8下段原有2个小层（、）细分为6个超短期基准面旋回层序；、），每个超短期基准面旋回相当于单期河道，厚度为5.0～7.0m，平均为5.8m.其中，、、顶部存在明显的落淤层沉积；、顶部虽然未见落淤层沉积，但通过苏47-9-60、苏47-12-60井GR曲线可以准确划分单期河道单元（见图3）.

河流相地层、尤其是厚层叠置型河流相地层，因缺乏对比标志、叠置砂体内单砂体垂向识别困难、河道不等深下切等因素，增加对比难度，也使河流相地层统一精细对比成为叠置厚砂体内部解剖、单砂体识别的关键内容.根据苏里格气田地层发育特征，对比时应做到骨架封闭剖面控制、兼顾旋回与厚度，逐级精细对比和闭合验证.

图3 苏47-7-59井～苏47-15-60井盒8下厚层辫状河道砂体内部构型Fig.3 The internal architecture analysis diagram about thick braided channel sandbody in lower part of member 8of Shihezi formation from S47-7-59to S47-15-60well

3.2 平面微相识别

在区域沉积背景及超短期基准面旋回层序岩心相类型控制下，利用沉积微相及测井微相模式，逐井进行沉积微相识别；结合现代沉积、古代露头细化沉积模式，在确定相、亚相及河道发育带等宏观展布基础上，通过密井网开发区精细解剖，识别并组合平面微相.以超短期基准面旋回层序为例（见图4），该层为高能辫状河相沉积，平面上识别出辫状河道充填、心滩、天然堤、溢岸薄层砂和泛滥平原泥等5类微相和废弃河道亚相，以及3支辫状河道，其间为溢岸薄层砂和泛滥平原泥沉积微相，以辫状河道沉积为主，泛滥平原亚相不发育.辫状河道呈北南向展布，反映出北南向物源；自西而东，辫状河道砂体宽约为8.0、5.0和4.5km，辫状河床亚相内发育辫状河道充填、心滩微相和废弃河道亚相等.

图4 超短期基准面旋回层序平面沉积微相Fig.4 The plane sedimentary microfacies of ultra short base level cycle sequence

3.3 心滩微相沉积特征及发育规模

心滩是辫状河沉积重要的微相类型与沉积主体，是辫状河道内最发育、最有利的储层.对于超低—致密储层，心滩规模不仅决定相对优质储层的规模，也决定辫状河道砂体内部构型参数，并影响开发区优选、井位部署和水平井轨迹设计等.黄河三角洲胜利Ⅰ号现代辫状河心滩微相研究结果表明：平面上，心滩微相呈两头窄、中部宽的菱形；纵、横（平行、垂直河流方向）剖面上，心滩微相呈底平、顶凸的透镜状，顶部窄、底部宽[16］.

不同河流或同一河流、不同区域心滩规模存在较大差异.苏里格气田加密井网区沉积储层精细解剖揭示辫状河心滩规模：单一辫状河心滩厚度为1.0～8.0m，多为2.0～6.0m；心滩宽度为0.3～1.0km，多为0.4～0.8km；心滩长度为0.4～1.6km，多为0.9～1.2km（见图5）.

图5 苏里格气田加密区心滩规模分布频率直方图Fig.5 The Frequency distribution histogram of Batture bar development scale of infilled wellblock in the Sulige gasfield

3.4 沉积微相垂向序列

辫状河各成因单元之间演化具有一定规律，垂向上（主要微相）自下而上为底部滞留→心滩→河道充填→废弃河道→落淤层.与曲流河相比，辫状河水流能量变化大，主河道变化频繁，受间洪期与洪水期持续时间差异影响，各成因单元之间的演化关系变化较大，苏里格气田盒8下段常见4种类型：

（1）心滩微相→落淤层，出现在河床中部主心滩部位，间洪期泥质沉积直接覆盖于洪泛期形成的心滩之上；

（2）心滩微相→河道充填微相，出现在河床侧翼或心滩下游段部位，主水道变化造成部分河道逐步废弃，已沉积心滩部位后期沉积物粒度变细形成；

（3）心滩微相→废弃河道亚相，主水道改道造成心滩沉积物供应中断，泥质长期淤积形成；

（4）河道充填微相→废弃河道亚相，出现在河床边部，远离主水道，早期沉积物粒度细，后期河道淤积，沉积大量泥质沉积物而形成.

3.5 厚层复合辫状河砂体构型

3.5.1 古代露头

因辫状河河水水动力强，河道变化大、切蚀强烈、叠加严重等，辫状河道砂体内部构型复杂，给地下辫状河道砂体内部构型研究带来较大困难.

鄂尔多斯盆地延安北延长组露头为典型辫状河沉积，揭示厚层辫状河道砂体是由多期辫状河道垂向叠置形成的复合河道砂体，每期砂体为1个相对独立的辫状河沉积单元.该露头由5个沉积单元（Ⅰ—Ⅴ）垂向叠加形成（见图6），单个沉积单元厚度为3.5～4.5m.沉积单元具有典型的二元结构，自下而上依次发育底部滞留沉积、心滩沉积和顶部落淤层沉积.其中，心滩是沉积主体，粒度较粗、分选好，垂向上可进一步划分为若干个垂向加积体；底部滞留沉积厚度薄，为0.2～0.5m，粒度粗，分选差；顶部落淤层沉积厚度为0.1～0.5m，以泥质砂岩和砂质泥岩为主.

厚层辫状河道复合砂体内部构型特征为：单期河道间界面以近水平或近水平波状为主；相邻2期河道砂体间为厚度不等的薄夹层或低渗遮挡层；在上期河道深切部位，2期河道砂体直接切叠而无夹层；单期辫状心滩砂体内落淤薄夹层呈近水平分布（见图6）.

对比洪泛期和间洪期辫状河的沉积特征，在洪泛期底部滞留和心滩沉积阶段，沉积物粒度较粗；间洪期主要形成河道充填、废弃河道和落淤层沉积，其中河道充填微相具有类似低弯度河的沉积特征，夹层具有近水平或极低角度加积特征.

3.5.2 砂体解剖

通过砂体解剖分析辫状河河道中的夹层类型，苏里格气田盒8下段隔夹层按成因及分布特征可归纳为：（1）落淤层成因薄层泥岩；（2）废弃河道泥岩透镜体；（3）河道充填及近水平或低角度加积泥岩.

图6 鄂尔多斯盆地延安地区延长组辫状河道砂体露头内部构型Fig.6 The internal architecture of braided channel sand body outcrop of Yanchang formation in Yan＇an area，Ordos basin

以沉积微相演化序列为指导，结合不同沉积微相的形态及发育规模，分析苏147水平井整体开发区盒8下段辫状河道复合砂体结构，以及不同期次河道单元沉积微相的横向变化及垂向叠置关系（见图3）.河道单元从北往南由心滩→河道充填→废弃河道，河道单元从北向南由心滩→废弃河道.苏47-9-60井盒8下段砂岩发育，因为其主要位于复合河道中部，6期河道中的5期河道在该井位置发育心滩微相沉积，仅发育河道充填微相沉积.复合河道砂体虽然规模较大，但每个河道单元心滩微相规模有限.

苏里格气田盒8气层组辫状河道砂体构型研究主要针对盒8下段厚层辫状河砂体.岩心、测井等资料分析表明：盒8下段厚层辫状河砂体为不同期数的单期辫状河道砂体垂向切叠而成，不同位置河道砂体厚度不同、切叠的河道期位及期数不同、切叠程度不同.

（1）不同期河道间薄夹层呈近水平或水平波状薄夹层构型模式，岩性多为上部被切蚀的泛滥平原残留泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，分布面积较大，可达几百米至上千米，并延伸至几个开发井距，如、辫状河道间薄夹层；或夹层在某部位被上期河道切蚀而不连续，如、辫状河道间薄夹层在47-7-59井处被切蚀（见图3）.

（2）废弃河道泥岩透镜体遮挡上、下及左、右河道砂体：如47-15-60井处废弃河道泥岩透镜体遮挡、上、下河道砂体，遮挡左、右河道砂体（见图6）.

（3）河道充填低渗砂体阻挡上、下河道砂体，如47-9-60井处河道充填低渗砂体遮挡、上、下河道砂体，遮挡左、右河道砂体（见图3）.

（4）单期辫状心滩砂体内落淤薄夹层呈近水平分布.

4 有效储层空间叠置模式

盒8下段厚层辫状河道复合砂体解剖分析表明，有效储层空间模式主要分为孤立型、横向局部连通型、堆积叠置型和切割叠置型等4类.（1）孤立型：为单一心滩沉积体，横向分布局限，规模小，厚度为2.0～5.0m，宽度为0.3～0.5km，长度为0.4～0.7km（见图7（a））.（2）横向局部连通型：主要为心滩体横向搭接形成，厚度薄，分布范围较大，内部发育一定规模的岩性及物性夹层（见图7（b））.（3）堆积叠置型：是由多个河道纵向堆积叠置形成的，砂体规模大，厚度可达10.0～20.0m，砂体间存在明显的物性夹层（见图7（c））.（4）切割叠置型：为后一期河道切割早期河道顶部细粒沉积物，使中粗粒的心滩相连.多个心滩横向拼接垂向切割叠置可形成规模较大的有效砂体，厚度为5.0～10.0m，最厚超过15.0m；宽度为0.5～1.2 km，最宽达2.0km以上；长度为0.8～1.5km，局部延伸超过3.0km（见图7（d））.

图7 苏里格气田盒8下段厚层辫状河道有效储层空间叠置模式Fig.7 The stacking pattern of effective reservoir of thick braided channel in lower part of member8of Shihezi formation，Sulige gasfield

5 结论

（1）苏里格气田盒8气层组为砂质辫状河沉积相，辫状河道砂体规模大，内部构型复杂.根据现代沉积及古代露头模式，将该区辫状河沉积分为4类亚相、7类微相，在复合辫状河道内平面上识别出辫状河道充填、心滩、天然堤、溢岸薄层砂和泛滥平原泥等5类微相及废弃河道亚相，其中心滩是辫状河沉积的最重要微相类型与沉积主体，是辫状河道内最发育、最有利储层；河道充填沉积是河道渐弃过程中的中细粒河道沉积；废弃河道以废弃后的低能、细粒悬浮沉积为主，在辫状河道复合砂体内起遮挡作用；落淤层为洪水后期或间洪期低能环境下形成的薄层泥质沉积.

（2）苏里格气田盒8下段辫状河砂体隔夹层按成因及分布特征划分为落淤层成因薄层泥岩、废弃河道泥岩透镜体、河道充填及近水平或低角度加积泥岩3类.

（3）苏里格气田盒8下段辫状河道复合砂体内部为近水平或水平波状薄夹层构型模式，有效储层空间叠置模式分为4类：孤立型、横向局部连通型、堆积叠置型和切割叠置型.

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