扇三角洲沉积微相与有利储层的关系——以青东凹陷青东5块沙四上沉积为例

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

1965年Holmes A[1]提出，扇三角洲是从邻近高地推进到稳定水体中去的冲积扇。扇三角洲沉积体是一种重要的油气储集体，20世纪80年代以后，许多学者对中国陆相湖盆入湖扇三角洲及其他沉积微相展开深入的研究，对其沉积构造背景、空间分布模式及砂体展布特征进行研究，如安棚油田核三段扇三角洲[2]、义北油田大43块沙四上亚段扇三角洲前缘[3]、义北油田大43块沙四段滩坝砂体[4]、王龙庄油田阜宁组二段混合沉积滩坝体系[5]、东营凹陷北部永921地区渐新世沙三段和沙四段扇三角洲[6]。国外也做过关于不同沉积微相的储层性质研究，认为控制岩石物理性质的关键因素之一是高岭石[7]。关于研究区内部，许晓凤[8]认为青东凹陷沙河街组四段上亚段存在三大物源区，即垦东凸起、青坨子凸起以及潍北凸起，共形成三大沉积体系，分别为北部的近岸水下扇沉积体系、西部扇三角洲-湖相沉积体系以及东南部的三角洲沉积体系，控制沉积体系发育的主要因素是古地貌、断层活动的联合作用。孙志勇[9]认为本研究区属扇三角洲沉积体系，储层非均质性强，同生断层构造活动影响区域沉积特征和储层物性。王伟等[10]认为青东凹陷沙四段储层具有中-高孔隙度、中-低渗透率的特点，并且成岩作用是控制该区储层物性的关键因素。但由于研究区内幕复杂，当前的勘探程度还远远不够。并且，在扇三角洲沉积微相与有利储层的关系方面缺乏系统的研究。因此，本研究以青东5块沙四上亚段扇三角洲沉积体系为例，对沉积微相与有利储层的关系进行探讨。

1 研究区地质概况

青东5块地处济阳坳陷东部、郯庐断裂带西侧青东凹陷西斜坡[11-14](图1)。钻井揭示地层自下而上依次为：古近系包括孔店组、沙河街组(缺失东营组)；新近系包括馆陶组、明化镇组及第四系平原组。沙河街组分为4段，其中沙四段可分为上、下两个亚段，主要含油气层系为沙四上亚段(the upper submember of the fourth member of Shahejie formation，the upper submember of Es4，也可简称沙四上，地层代号Es4s)，地层厚度约140～550 m。沙四上共划分了4个砂组，其中1-3砂组含油，在砂组划分的基础上，针对含油砂组进一步划分为29个小层，其中17个小层含油。

2 沉积体系识别标志

2.1 沉积微相鉴别标志

2.1.1 岩性特征

研究区内部的主要储层类型为含砾粗砂岩以及灰白色粉砂岩(图2)，储集层的粒度较粗。岩石中钾长石含量为19%，斜长石含量为18%，长石含量平均为32.4%；石英含量平均为36.8%；岩屑平均含量为29.7%，主要为岩浆岩以及变质岩。成熟度较低。磨圆度较差，多为次棱角状，分选较差，多为颗粒式支撑，点式接触，胶结类型为孔隙式，岩石的结构成熟度也较低。属于快速搬运、快速沉积，反映了研究区距离物源区较近。

2.1.2 粒度特征

概率粒度累积曲线包括两段式和三段式，以三段式为主，粒度分布范围宽，累积曲线表现平缓，说明研究区储层分选差。两段式曲线为河流型曲线特征，伴有过渡段的存在及冲刷回流作用，反映了水流状态的复杂性；岩性为含砾砂岩、粗砂岩以及细砂岩，层理类型以水平层理(图3)为主，粉砂岩、细砂岩以斜层理和交错层理为主；跳跃段的最粗粒径在-1Φ～0左右，斜度一般，说明分选不好；主要的水动力来自牵引流。三段式为浅滩型特征，岩性为含泥砂岩、中砂岩以及粉砂岩，以交错层理为主；碎屑粒径最粗1Φ左右，S截点在4Φ左右，T粗截点在2～3Φ；跳跃段分选好，均在3Φ左右，而滚动和悬浮段分选差(图4)；C-M图上平行于C=M基线，具有事件性沉积特点。

图1 研究区位置图

青东5-1侧井，1 922.15 m图2 粗砂岩Fig.2 Coarse sandstone

青东5-1侧井，1 876.60 m图3 水平层理

2.2 沉积微相类型及特征

以岩心分析资料及大量测井与录井资料为基础，在沉积特征分析基础上，划分青东5块沙四上亚段为扇三角洲沉积体系(表1)。根据测井识别结果(图5)，青东5块沙四上亚段主要发育扇三角洲前缘以及前扇三角洲亚相，扇三角洲平原亚相不发育。

图4 粒度概率曲线图

相亚相微相备注扇三角洲前缘水下分流河道,水下分流河道间,河口沙坝,前缘席状砂扇三角洲扇三角洲平原洪泛平原前扇三角洲沙坝,沙滩,碳酸盐岩滩,滨浅湖(泥质沉积)位置与滨浅湖重叠

图5 沉积微相测井曲线特征

1) 洪泛平原微相

青东5-2-X5井1 345～1 360 m，洪泛平原微相一般以互层的灰色泥岩与浅灰色泥岩沉积为特征，夹少量薄层粉砂质泥岩，粒度较细。发育小型交错层理，自然伽马曲线一般为平直的。

2) 水下分流河道微相

青东5-X9井1 475～1 540 m，水下分流河道微相发育粗砂岩及中砂岩，偶见细砾岩。发育冲刷-充填构造、递变层理和块状层理，垂向上具明显的正韵律特征，粒度向上变细，自然伽马曲线为箱形、钟形和齿形。

3) 水下分流河道间微相

青东5-X3井1 365～1 390 m，水下分流河道间微相岩性为浅灰色细砂、粉砂岩及灰绿色泥岩互层，发育水平层理及波状层理。由于水下分流河道的强冲刷及频繁改道，该微相有时以夹层形式出现[15]。垂向上具有反韵律沉积特征，分选性由下向上变好，自然伽马曲线表现为低幅齿形。

4) 河口沙坝微相

青东5-X4井1 415～1 425 m，该微相多由中砂岩、细砂岩以及粉砂岩互层构成复合韵律，砂岩主要发育平行层理、槽状交错层理、楔状交错层理，粉砂岩多发育浪成沙纹层理、波状层理，底部有冲刷构造，见炭屑，植物碎屑。垂向上表现为粒度由下向上变粗的反韵律层理，自然伽马曲线呈漏斗形、齿化箱形，垂向上与水下分流河道的箱形、钟形以及洪泛平原的平直基线相连。

5) 前缘席状砂微相

前缘席状砂微相以浅灰色粉砂岩、细砂岩与灰色泥岩互层沉积为特征，成分成熟度较高。在砂岩中主要发育小型板状交错层理、波状层理，泥岩中发育水平层理。自然伽马曲线呈指形。

6) 沙坝微相

青东5-8井1 595～1 615 m，沙坝微相主要为薄层泥岩与厚层砂岩互层，砂岩层数少但单层厚度较大，砂体横剖面呈双凸型或底平顶凸透镜体，多为上细下粗的反旋回沉积，也可见少量正韵律。该沉积微相的自然伽马曲线呈钟形-基线-指形组合。

7) 沙滩微相

青东5-3-X2井1 570～1 580 m，沙滩微相岩性主要为粉砂岩、泥岩，表现为砂泥岩互层特征，砂层多但较薄。分选性较好，结构成熟度和成分成熟度较高。相较沙坝微相，沙滩微相砂岩颜色以灰色、灰白色、灰绿色为主，多含炭屑且砂岩层较薄。发育水平层理，自然伽马曲线呈钟形-基线-指形组合。

8) 碳酸盐岩滩微相

研究区湖相碳酸盐岩的岩石类型以白云岩为主，灰岩较少。有些灰岩为次生的，由白云岩及硬石膏岩经方解石化而成。发育交错层理，颗粒分选、磨圆度较好。

9) 滨浅湖泥岩微相

青东5-1井1 635～1 690 m，滨浅湖泥岩微相主要以浅灰色、灰绿色泥岩为主，含少量的粉砂岩。生物化石丰富，以腹足类为主，含有介形虫。沉积构造多以水平层理和波状层理为主。垂向上表现为下细上粗的反旋回沉积，自然伽马曲线以齿形为主。

3 沉积微相展布特征

青东凹陷沙河街组四段上亚段以滨浅湖和半深湖沉积为主，发育的三种沉积体系具有呈环带状分布的特点，物源区为垦东凸起、青坨子凸起、潍北凸起，分别由凹陷北部、西部、东南部持续提供物源，研究区青东5块主要物源区为青坨子凸起(图6)。结合地质相标志与测井相标志，进行点、线、面沉积相分析。本研究共对区内5口取心井及13口非取心井做了沉积微相分析，选取近南北向及近东西向剖面各一条进行分析对比。由图7、图8，水下分流河道微相及水下分流河道间微相在北部及中部地区最为发育，其次为河口沙坝微相，向南分布范围缩小，且出现湖相泥质沉积；近东西向上，西部的水下分流河道微相及水下分流河道间微相向东演变为湖相泥质沉积及沙滩、沙坝微相。从沉积微相控制砂体的角度看，各砂组的砂体发育从下到上依次变好，砂体主要发育于第1砂组。

图6 青东5块沙四上亚段扇三角洲沉积模式图

通过单井相及连井相分析，再辅以地层等厚图及砂地比等值线图(图9)，恢复沉积微相的展布方向和分布范围，绘制出代表性砂组的沉积微相展布图(图10)，精细刻画青东5块Es4s这一含油层系的沉积微相展布特征及演化规律[16-17]。两个砂组沉积时期的物源从西略偏南方向进行补给，由西南向东北方向呈扇形展布。其中砂地比发育较好的地区基本上与水下分流河道、河口沙坝及滨浅湖滩坝相分布范围吻合，大于20%，砂体主要发育在这些微相中，其中有利砂体主要分布在水下分流河道主河道中游和下游、河口沙坝及滨浅湖滩坝地区。

4 沉积微相与储集层的关系

青东5块沙四上亚段各沉积微相的储集物性不仅取决于其形成时水动力条件、沉积物的沉积特征(包括粒度、分选性等)，而且与微相的平面展布及砂地比紧密相关。一般情况下，砂岩的粒度变粗、孔隙增大，渗透率增强，物性好。但是不同的微相由于其不同的沉积特征导致其储集性能亦存在差异，物性的差异导致其相应聚集油气能力的差异[18]。

4.1 成岩作用对储集层的影响

影响储层物性的重要因素之一是成岩作用，研究区内成岩作用以压实作用为主，同时具有发育程度较低的压溶作用和胶结作用等。

在成岩作用中，影响砂岩储层孔渗衰减的关键是压实作用和压溶作用[19]，压实作用主要发生在成岩作用早期，而压溶作用则会改变碎屑颗粒间的接触关系，使之由点接触变为线接触，从而造成孔隙度降低。胶结作用通常是导致孔隙度衰减的关键因素。

图7 近南北向沉积微相剖面对比图

图8 近东西向沉积微相剖面对比图(图例同图7)

古近系虽然时代较老，但是研究区沙河街组四段上亚段埋深较浅，深度小于2 000 m，因此导致孔渗降低的压溶作用和胶结作用较弱，储层孔隙以原生粒间孔隙为主。

4.2 沉积微相的岩性因素

青东5块沙四上扇三角洲沉积微相控制砂体的岩性、粒度及分选程度，且表现出明显的分带性。水下分流河道及河口沙坝以厚层中、细砂岩沉积为特征，处于浪基面上，水流作用较强，属于持续高能的环境，其沉积物受湖浪及河流双向水流作用的影响及改造，泥岩细粒被淘洗干净，砂岩分选好，因此储集空间主要为粒间孔，且粒间孔喉分布较均匀(图11)；沙坝及沙滩砂体粒度变细，泥质含量增高，由于其距离物源较远，因此处于低能环境。

图9 青东5块沙四上砂地比等值线图

4.3 沉积微相的物性特征

沉积微相的类型控制储集层的物性，不同沉积微相的孔渗差别较大(图12)。本次研究从5口取心井中选取79份样品进行储集物性分析(忽略埋藏深度计算平均值)，统计结果可知，由水下分流河道→河口沙坝→前缘席状砂→沙坝→沙滩，孔隙度和渗透率降低，储层物性随之变差。对比各微相可知，水下分流河道微相及河口沙坝微相的孔隙度、渗透率最高，分别为33.5%、31.2%和1 690×10-3、948×10-3μm2，属于高孔、高渗储层，且碳酸盐含量很低；前缘席状砂微相、沙坝微相及沙滩微相的孔隙度及渗透率较高，分别为21.8%、20.6%、19.2%和480.3×10-3、476.3×10-3、298.8×10-3μm2，属于中孔、中渗储层。因此，水下分流河道微相与河口沙坝微相储集物性最好，其次为前缘席状砂微相、沙坝微相及沙滩微相。

4.4 沉积微相的含油气性

通过分析青东5块岩心资料与过井剖面，对沙四上亚段含油性进行了研究，发现沉积微相与含油性之间存在以下几个方面的关系：

1) 沉积微相控制储层砂体的分布特征。根据砂地比(图9)和小层微相展布图(图10)，水下分流河道、河口沙坝沉积微相分布范围与砂地比大于20%的地区基本吻合，因此认为水下分流河道主河道中游和下游及河口沙坝是有利砂体的主要分布区。

图10 青东5块沙四上沉积微相平面展布图

2) 沉积微相控制储层砂体的岩性特征。水下分流河道及河口沙坝以厚层砂岩为特征，处于水动力持续较强的环境中，砂岩分选好，粒间孔均匀。而沙坝及沙滩地区，由于距物源区较远，处于低能环境，因此砂体粒度变细，泥质含量增高。

3) 沉积微相控制储层砂体的物性特征。根据取心资料及样品分析结果，不同沉积微相之间的储层物性特征具有较大差异。水下分流河道的孔渗性能最好，属高孔高渗储层且碳酸盐含量低，其次为河口沙坝微相与前缘席状砂微相。

根据油田提供的储量资料及相关数据，油气69.8%分布于水下分流河道微相及河口沙坝微相，其余30.2%分布于前缘席状砂微相、沙坝微相、沙滩微相及碳酸盐岩滩微相中。这充分证明了沉积微相控制油气资源的分布，且水下分流河道微相及河口沙坝微相为该区最有利的油气聚集微相，前缘席状砂微相、沙坝微相、沙滩微相及碳酸盐岩滩微相为该区重要的油气聚集微相。

图11 砂岩储层孔隙扫描电镜特征

图12 沉积微相的物性统计

5 结论

1) 青东5块沙四上亚段属扇三角洲沉积体系，物源为西略偏南方向，主要发育扇三角洲前缘及前扇三角洲(位置与滨浅湖重叠)两大亚相。扇三角洲平原不甚发育，仅发育洪泛平原微相；扇三角洲前缘发育水下分流河道、水下分流河道间、河口沙坝及前缘席状砂四种微相；前扇三角洲亚相发育沙坝、沙滩、碳酸盐岩滩及滨浅湖泥岩微相。

2) 通过沉积微相的纵横向展布特征分析可知，沉积微相控制砂体的分布范围。研究区在横向上砂体分布表现出明显的分带性，沉积微相类型主要为水下分流河道、河口沙坝、滨浅湖沙坝及沙滩；纵向上，各砂组的砂体发育从下到上依次变好，第1砂组的砂体最为发育。

3) 沉积微相控制了储集层物性。水下分流河道微相及河口沙坝微相属于高孔、高渗储层，储集物性最好，聚集了约69.8%的油气，为最有利的油气聚集微相；前缘席状砂微相、沙坝微相、沙滩微相及碳酸盐岩滩微相为中孔、中渗储层，储集物性较好，是研究区的重要油气聚集微相。