商河油田商三区沙二下亚段沉积微相研究

毛雄文，何幼斌，李专，王宁 （长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

1 研究区概况

商河油田沙河街组二段下亚段（EsL2）和沙河街组三段上亚段（E）是商河油田的主力油层，占总储量的60.13%。商河油田商三区位于渤海湾盆地济阳坳陷惠民凹陷中央隆起带临商帚状断裂体系（图1），处于中央隆起带和临南洼陷的东端，北隔滋镇洼陷与埕宁隆起相望，南邻临南凹陷和南斜坡与鲁西隆起相隔，面积约16.96km2。前人已对研究区地层层序［1～3］、沉积［1，4，5］、构造［5～7］、 储层［8～14］、油气成藏［15～17］等方面的内容开展了一系列的研究工作，对于区内沉积相类型和湖平面变化主要有2种不同的认识［1，4，5］。一种观点认为沙河街组二段（Es2）主要为滨浅湖滩坝沉积［1］，另一种认为Es2主要为三角洲前缘沉积［4，5］。随着油气开采程度的提高，开发难度不断加大，加之其所处中央隆起带，同沉积构造活动频繁，断块复杂，砂体厚度变化大，沉积相变化快，E砂体展布、储层分布规律不清的问题日益突出。针对上述问题，首先应确定E各砂层组的沉积微相类型，建立沉积模式，进一步认识沉积微相与储层砂体的关系，明确储层砂体展布规律，为下一步的开发调整提供可靠的地质依据。

图1 商三区构造位置图

2 沉积相分析

相标志是研究沉积相的一个非常重要手段，一般包括岩石学标志、古生物学标志、地球物理学标志和地球化学标志。由于资料原因，研究区主要采用岩石学标志和测井相标志。

2.1 岩石类型及组合

2.2 原生沉积构造

物理成因的构造一直被视为分析和判断沉积环境的重要标志［17］，E原生构造比较丰富，主要包括层面构造、层理构造、同生变形构造、生物成因构造4类（图2）。

图2 商河油田商三区E岩心照片

具体表现为：细砂岩中常发育平行层理（图2（a））、小－中型板状交错层理、槽状交错层理（图2（b）），砂岩底部发育冲刷面（图2（c）），有时可见泥砾，反映不稳定或者是摆动的流体对下伏地层的冲刷，上述构造反映了一种较强的水动力条件下流动水的产物，常见于水下分流河道、河口砂坝等沉积环境中；粉砂岩中常发育的爬升波纹层理（图2（d））、浪成沙纹层理（图2（e））、波痕（图2（f））、平行层理是受到湖浪改造和影响形成的，常发育于远砂坝、滩坝环境中；泥（页）岩研究区内广泛发育，页岩中水平层理（图2（g））发育，表明沉积时水体安静，能量较低，可能发育于前三角洲泥、浅湖－半深湖泥环境中；泥岩、粉砂质泥岩局部可见植物碎屑（图2（h）），部分已碳化，可能发育于支流间湾环境中；在局部粉砂岩泥质含量较高或者与泥岩薄互层中，可见同生变形构造（图2（i）），重荷模和火焰状构造（图2（j））代表重力作用和差异负载，砂球、球枕构造（图2（k））是重荷模在受到上覆地层的不均匀负荷压力进一步下陷进入泥岩中形成的不规则排列的椭球状或枕状砂质块体，滑塌变形构造（图2（l））与上、下岩层呈突变接触，可能因为断裂活动或重力作用斜坡上未固结的沉积物发生滑动形成，同生变形构造反映了沉积物受突发事件的影响迅速堆积，是水下斜坡的良好标志；另外，在粉砂岩、泥质粉砂岩中偶见代表水体较浅的直立潜穴（图2（m）），水体较深的水平潜穴（图2（n）），形成于水陆界面或之上的古植物根迹（图2（o））。沉积构造反映研究区总体水动力不是很强，波浪作用较弱，存在水下斜坡，可能为三角洲前缘、前三角洲、浅湖－半深湖环境。

2.3 砂岩粒度分布特征

砂岩粒度分布概率累计曲线主要发育两段式和三段式（图3），均由跳跃总体和悬浮总体组成，跳跃总体含量高于悬浮总体，跳跃总体占60%～80%，悬浮总体占20%～40%，两者交截点为3.3～4.0φ，滚动总体基本不发育，反映了牵引流的沉积特征。有时跳跃总体会由于河流和湖泊相互作用而分为两段，但跳跃总体含量明显高于悬浮总体含量，表明河流作用要大于波浪作用力特征。C－M图（图4）上，主要发育QR段、RS段，存在少量PQ段，说明沉积物主要以递变悬浮、均匀悬浮方式搬运，由于三角洲沉积是介于河流与湖泊的中间过渡相，水动力条件中等，故主要发育QR段、RS段，表现出三角洲前缘的沉积特点。

图3 商三区E粒度分布概率累计曲线图

图4 商三区E的C－M 图

2.4 测井相

3 沉积微相类型及特征

通过对7口取心井岩心观察描述，综合211口井测井、录井和室内分析化验资料，结合典型的沉积构造等相标志，认为研究区E属于三角洲－湖泊沉积体系。其判断原因为：①砂岩、泥岩原生色颜色偏深，反映出弱氧化－还原的沉积环境；②区内E沉积时期同沉积断层临商断裂带的活动强烈，沉积物由于断层活动影响在重力作用下沿斜坡快速下滑沉积，产生一些同生变形构造，如滑塌变形构造、包卷层理等，反映沉积物处于一个斜坡沉积环境；③岩心观察，研究区只发育少量波浪成因的沉积构造，沉积物受波浪冲洗作用较弱，主要受河流作用的改造和影响，而滩坝沉积水动力条件主要受控于波浪和沿岸流控制；④岩心观察中，由底到顶可以见多期的三角洲进积沉积序列，每期岩性以深色泥岩开始向上粒度逐渐变粗，且在自然电位曲线上有很好的对应关系，多为连续的，向上幅度逐渐加大，成为漏斗形－齿化箱形组合；⑤结合区域地质背景，EE沉积时期，受渤海湾盆地构造演化控制，惠民凹陷控边断裂活动减弱，洼陷地形渐近平缓，总体呈现河流－三角洲体系充填特征。在上述分析基础上根据岩石类型、粒度、沉积构造以及测井曲线等特征，划分出2种相、3种亚相、5种微相类型（表1）。

图5 商三区S67井E典型测井曲线

2）远砂坝 垂向上与河口砂坝相互叠置，一般以沉积物粒度更细和不明显的逆粒序为特征。研究区内远砂坝沉积在E不同小层中也普遍发育，但分布局限。主要由灰色、灰褐色粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥岩组成，砂体厚度一般小于3m。常见小型交错层理、平行层理、生物扰动构造，局部可见水平层理、波痕、同生变形构造。沉积物中植物屑和炭屑较多见。粒度分布概率累积曲线一般为两段式或三段式，总体特征与河口砂坝相似，不同在于远砂坝悬浮组分相对更多，分选稍差，反映河流和湖泊的水体能量均较浅水河口区降低。在自然电位曲线上表现为低－中幅的指形、小型钟形或箱形。

表1 商河油田商三区E沉积微相类型划分

表1 商河油田商三区E沉积微相类型划分

相亚相 微相三角洲 三角洲前缘 河口砂坝远砂坝支流间湾前三角洲 前三角洲泥湖泊 浅湖－半深湖 浅湖－半深湖泥

3）支流间湾 属于低能环境沉积，以灰绿色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩沉积为主，偶见夹薄层粉砂质条带，水动力微弱，发育水平层理或纹理，可见同生变形构造，植物屑、炭屑、介形虫化石较少，自然电位曲线为低幅平直或微齿化曲线。

4）前三角洲泥位于三角洲前缘沉积的边缘地带，呈环带状，水体较深，沉积构造不发育，主要为水平层理或纹层、同生变形构造，见大量植物屑、炭屑和少量介形虫化石。在自然电位曲线上表现为平滑或弱齿化的泥岩基线。

5）浅湖－半深湖泥 深灰色、灰色、灰黑色泥岩与褐灰色、深灰色灰质泥岩不等厚互层，偶尔夹有少量灰黑色、深灰色油页岩，并有少量薄层灰质或泥质白云岩出现。泥岩多为松散状，灰质泥岩多为团块状、瘤状或疙瘩状，以水平层理为主，反映静水低能环境。以含有大量的介形虫化石，保存完好为特征。自然电位曲线为平滑或弱齿化的泥岩基线。

以J58井为例（图6），三角洲前缘在剖面上主要为粉砂岩、细砂岩、泥岩的互层，以河口砂坝、远砂坝、支流间湾相互叠置为特征，前三角洲、浅湖－半深湖出现于三角洲前缘的底部。垂向上呈现泥岩向上减少，砂体变厚、变粗的趋势。从图中可以看出E沉积相变化具有明显的周期性，综合其他井垂向沉积序列表明，随着湖平面的变化和沉积物供给的变化，在纵向可划分为3个中期旋回，短期旋回由砂泥薄互层组成，多为反旋回。4砂组、3砂组、1＋2砂组从早期到晚期均由浅湖－半深湖演变为三角洲前缘沉积，经历3次湖泛－三角洲进积沉积作用，代表着次一级的湖平面升降旋回沉积产物。

图6 商三区J58井E垂向沉积序列

4 沉积微相展布特征及其演化

在单井相和连井相剖面研究的基础上，结合小层砂体厚度等值线图，编绘了E的3个砂组各小层平面微相展布图，直观地展现了沉积微相平面分布规律。

1）4砂组沉积时期 该期研究区主体被三角洲前缘所占据（图7），主要发育河口砂坝、远砂坝、支流间湾、前三角洲泥、浅湖－半深湖泥微相，不同小层沉积时，各沉积微相展布略有不同，但具有明显的继承性。17～12小层区内河口砂坝、远砂坝砂体分布面积小，一般孤立存在，连片性差，砂体一般发育在区内西北部；11～1小层沉积砂体范围逐渐变大，连续性相对变好，呈现西北－东南逐渐增加的趋势，浅湖－半深湖亚相面积相对减小。17～1小层总体代表了湖盆水体相对变浅的湖退沉积环境。

图7 商三区E的4砂组沉积微相展布图

2）3砂组沉积时期 该期主体主要为三角洲前缘沉积（图8），浅湖－半深湖次之，从12～1小层沉积时期微相类型具有明显的继承性，主要表现在：三角洲前缘砂体主要为河口砂坝和远砂坝，两者之间的凹陷处为支流间湾沉积，前端为前三角洲、浅湖－半深湖沉积；砂体主要发育在研究区西北方向，向东南泥质含量逐渐增多。储层砂体发育情况总体比4砂组好。12～2小层三角洲范围逐渐变大，河口砂坝、远砂坝等微相分布范围及规模也同时加大，浅湖－半深湖相对减小，反映水体逐渐变浅的湖退沉积环境。

3）1＋2砂组沉积时期 该砂组各个小层三角洲相对于3砂组、4砂组分布范围稍小，但仍占据主体地位（图9）。储层砂体主要为河口砂坝、远砂坝、浅湖－半深湖，主要分布于研究区东北部局部。该期可能因为湖水进退及物源供给变化，导致1＋2砂组经历了2次浅湖－半深湖－三角洲前缘沉积，即10～5小层为第1次小型的湖退环境，4～1小层为第2次小型的湖退环境，总体上1＋2砂组为一次大型的湖退的沉积环境。

图8 商三区E的3砂组沉积微相展布图

综合来看，从早到晚不同小层沉积时期，沉积微相和砂体的平面展布不同，但具有明显的继承性，这与湖盆的构造及沉积演化阶段密切相关。三角洲由西北向东南不断推进或收缩，研究区经历3次湖退过程，4砂组、3砂组、1＋2砂组各对应一次湖泛－三角洲进积的演变过程，沉积微相的平面展布规律与垂向演化具有完全对应关系，即沉积微相在时间上的交替与空间上的展布是同步的。

沉积微相分布演化规律直接决定了砂体分布和变化规律，商三区发育的主要储集砂体类型为河口砂坝和远砂坝砂体。河口砂坝单层砂体厚度较大，分布稳定，面积较大，纵向上叠置分布，但由于区内所处的中央隆起带临商帚状断裂体系，同沉积构造频繁，断块复杂，平面上砂体尖灭快，纵向上都有一定的泥岩隔夹层，砂体连续性差，易形成构造－岩性油气藏。

5 沉积模式

沉积相模式是对特定的沉积环境沉积相组合的总体概括，在前人研究基础上，根据研究区岩石学特征、沉积微相类型及沉积相的周期性变化，再综合考虑宏观区域地质背景，建立了符合商河油田商三区E的沉积模式（图10），该相模式主要包含左右2部分，左部分展示了研究区全面的沉积环境及沉积相带空间配置关系，反映了研究区物源情况。研究区处于三角洲－湖泊的相邻地带，沉积体系为河流－三角洲－湖泊沉积，主要发育三角洲前缘亚相（河口砂坝、远砂坝、支流间湾微相）、前三角洲亚相以及浅湖－半深湖亚相。物源方向主要来源西北部。右边部分为研究区沉积亚相与微相的空间分布特征和配置关系，河口砂坝主要发育在西北部，远砂坝分布在河口砂坝的前端或者两侧，支流间湾分布在河口砂坝与远砂坝之间相对凹陷的地方。河口砂坝在单层中分布广泛，远砂坝多为椭圆形单体，相邻小层有时因为压实作用，垂向上相互连接成为一体。

图9 商三区E的1＋2砂组沉积微相展布图

图10 商三区E沉积模式图

6 结论

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