陇东地区长82砂体结构特征及成因模式

马 瑶，史 涛，王冠男，吴 越,李文厚

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院/陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西 西安 710065;2.中国石油塔里木油田公司 开发处,新疆 库尔勒 841000;3. 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710065；4.长庆油田分公司 第十一采油厂,甘肃 庆阳 745000;5.西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710069)

鄂尔多斯盆地为中国第二大沉积盆地,中生界石油资源量巨大。在三角洲成藏理论的指导下,相继在西峰地区、姬塬地区及湖盆中部延长组地层中获得勘探突破。陇东地区是盆地石油勘探开发的重要目标区,延长组长8油层组为其主要目标层位,在陇东地区累积提交亿吨级探明储量。长8产油层位主要集中在长81小层,以往的研究工作也主要针对长81小层或整个长8油层组,在物源、沉积环境、砂体分布规律、储层特征及成藏特征等方面取得了大量成果[1-8]。近年来，随着湖盆勘探理论的发展,发现研究区长82小层存在相对高渗储集体,展现出一定的勘探前景[6]。但是，目前针对长82小层的研究工作较单薄,长82砂体结构及其成因类型的认识尚浅。已有的研究表明，长82和长81呈现出不同的砂体结构和展布形态,长82小层砂体累计厚度普遍较大,但砂体横向及纵向变化大,连通性区域差异大,结构复杂[4,9-10,12],难以通过传统意义上的湖泊三角洲沉积模式来解释。

砂体结构是单砂体厚度、形态、规模、连续性、水平搭接方式及其纵向叠置模式,其受控因素较多,如古构造、古气候、古水深、湖盆底形、物源供给、水动力条件等[5,13]。其可通过层序地层格架、现代三角洲沉积过程观察、单砂体及其叠合砂体组合分析等方面进行研究[14-20]。砂体结构的研究对于找寻相对高渗储层具有重要的意义[21]。因此,本研究在对陇东地区长82小层的沉积环境和水动力条件分析基础上,从砂体形成机理的角度,分析砂体结构类型及其分布规律,明确砂体结构成因,总结砂体结构的发育模式,以期进一步指导该区油气勘探取得突破性成果。

1 地质概况

陇东地区的地理位置处于甘肃省东部,南北经吴起—泾川,东西跨正宁—演武。区域构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡一级构造单元的西南部(见图1),受控于天环拗陷、伊陕斜坡等构造单元,构造特征简单,整体上呈现东高西低的构造特征。

图1 研究区位置图Fig.1 The location of study area

三叠系延长组长8段是陇东地区重要的石油储层和产层之一, 厚75～90 m, 岩性主要为浅灰色中砂岩、 细砂岩与暗色泥岩、 灰色粉砂岩。 长8油层组整体处于二级层序的基准面上升半旋回, 为湖侵体系域, 位于长9油层组首次湖泛面和长7油层组最大湖泛面之间。长8油层组进一步可划分为长81和长82两个小段,长82位于三级层序SQ2的顶部,早—中沉积期为湖进砂退，晚沉积期为快速湖退砂进的过程[5-6]。

前人对陇东地区长8期沉积物源做了大量的研究工作,已提出的物源区有西南部陇西古陆物源、西北部阿拉善古陆物源以及东南部、南部秦岭物源[1,2,22-23],西南物源为陇东地区主物源。

2 沉积环境及水动力条件

前期研究在岩心中发现了大量的陇东地区长82发育浅水三角洲沉积的证据[24]。其主要表现为:泥岩多呈灰黑色,砂岩多呈灰色、灰绿色,整体呈现水下还原环境特点;可见大量浅水沉积层理构造,如小型交错层理、波状层理、波状交错层理、砂纹交错层理等,指示其水体深度较浅,存在波浪和河流两种水动力条件;在长82顶部可见碳化植物碎屑及垂直虫孔,揭示了间歇性暴露的动荡沉积环境;可见双壳类化石、鱼鳞及鱼化石,反映其局部水体加深。据此判断长82发育浅水三角洲沉积体系,在研究区主要以浅湖—辫状河三角洲前缘沉积为主,湖岸线迁移频繁。根据沉积构造等分布特征,判断西南部大部分地区发育浅水辫状河三角洲前缘亚相,主要包括水下分流河道、分流间湾以及席状砂3种沉积微相,河口坝不发育。东北部发育浅湖亚相。

图2 陇东地区长82沉积相平面图Fig.2 Sedimentary facies of Chang 82 sublayer of Longdong area

水下分流河道砂体沿西南主物源方向向东北推进,直至进入浅湖区。三角洲建设过程中,主河道走向为西南—东北向,同时受西北物源影响,西北部发育小规模西北—东南进积河道砂体,于环县一带汇入西南进积砂体当中。沿罗庞塬—白马—马岭—庆城—罗山府一线发育浅湖线,进入浅湖后,水下分流河道在水下延伸,在湖浪作用下迁移,并且在东北物源影响下,一部分东北部曲流河三角洲水下分流河道入湖,与西南部辫状河三角洲水下分流河道入湖后发生共同沉积、迁移和搬运,形成了湖内的展布特征(见图2)。

层理记录了水动力条件[25-26]。根据沉积构造的分布情况可知，长82存在明显的向湖中心方向层理类型变化的规律,层理变化反映湖盆中部存在水动力条件减弱的特征。研究区西南部发育大量槽状交错层理、板状交错层理、平行层理等反映水浅流急强水动力条件的层理构造,向湖中心过渡过程中发育波痕、波状交错层理等反映波浪作用的沉积构造,反映出水动力条件由河流为主逐渐过渡为波浪作用为主的特点。根据沉积构造的变化,确定罗庞塬—马岭—庆阳—宁县一带为水动力条件过渡变化的分界线,该线以东主要受湖浪作用影响,以西主要受河流作用影响[24]。

3 砂体类型及结构特征

3.1 砂体类型

沉积特征决定了储集砂体特征。按照形成砂体的沉积环境与沉积相,可将延长组长82砂体类型归并为3类:一类是受牵引流作用控制的河道型砂体,主要为水下分流河道砂体,分布面积最广,发育厚度最大,是研究区长82主要的储集砂体类型;一类是水下分流河道边部或末端砂体经改造作用扩散形成的席状砂,粒度较细,分布面积与厚度规模有限,储集潜力不足,但叠加发育的席状砂也可以成为储集体;另一类是滩砂,为浅湖沉积中的砂质沉积,在陆源碎屑供应充足的基础上细砂岩较发育,受湖浪作用影响较大,储集性能有限,若砂质供应充足,也具备有效储集体的能力,受沉积相的控制,该砂体在研究区发育较为局限。

3.2 砂体结构类型

以沉积微相作为基础, 按照沉积环境、 叠置模式、 电测特征以及发育厚度等特征，将陇东地区长82砂体纵向结构划分为4类,分别为正常水道型、叠加水道型、改造水道型和孤立砂体型。

正常水道型由单期完整水下分流河道砂体构成,向上形成厚层块状砂岩、薄层粉细砂岩与泥岩的完整结构,砂体厚度大于3 m,测井响应为齿化箱形与钟型的复合形态,是研究区主要的储集砂体类型。正常水道型砂体之间叠置分流间湾、席状砂等,形成于辫状河三角洲前缘,砂体厚度大，粒度较粗,是有效的储集砂体(见图3a)。

叠加水道型砂体由若干水下分流河道砂体叠置而成,也是研究区主要的储集砂体类型。其由多期水道叠加形成,顶部和底部都有冲刷面形成,电测曲线为箱形或齿化箱形,沉积厚度大,砂厚多大于5 m,是有效的储集砂体(见图3b)。

改造水道型砂体纵向上发育中层砂体与粉砂岩、泥岩的频繁互层,砂体发育浪成沉积构造,如波痕、波状层理等,电测曲线特征为钟形或齿化箱形,单砂体厚度主要为2～5 m。改造水道型砂体可形成局部储渗性能较好的储集体,是有效的储集砂体(见图3c)。

孤立砂体型在水下分流河道、席状砂和滩砂中都有发育,以薄层砂体为主,电测曲线呈指状或齿状,砂厚小于3 m且试油统计为无工业油流井,定义为无效储集体(见图3d)。

图3 陇东地区长82单井砂体结构类型图Fig.3 Single well sand body structure type of Chang 82 sublayer in Longdong area

3.3 砂体结构分布规律

根据砂体结构分类,陇东地区长82储层主要发育3种有效储集类型的砂体结构,分别为正常水道型砂体、叠加水道型砂体以及改造水道型砂体。这3种结构单砂体厚度基本都大于3 m。将单井中统计所得的单砂体厚度大于3m的有效砂厚定义为主力砂体,3种有效储集类型的砂体结构为主力砂体结构。陇东地区长82主力砂体厚度主要分布在3～15 m,平均为7.6 m。平面上,辫状河三角洲前缘区域主力砂体呈北东—南西向条带状展布,砂体厚度大,高值区可达10～15 m,以正常水道型及叠加水道型砂体结构为主。砂体向东北方向延伸,至木钵—马岭—庆城—合水一带砂体发生汇聚,条带状特点消失,呈现出垂直物源方向沿浅湖线一带呈坨状、连片分布的特点。进入浅湖区后,主力砂体厚度明显减薄(见图4)。

图4 陇东地区长82主力砂体分布平面图Fig.4 Distribution of main sandbody of Chang 82 sublayer in Longdong area

平面图可显示多期砂体叠加后的综合效果,砂体连井剖面可反映不同期次砂体发育联通情况。剖面上,西峰城壕一带顺物源方向展布的砂体剖面显示(见图5a),长82段砂体连通性整体较好,西南部井间砂体连通性较好,多期次河道叠置发育,反映出了水下分流河道砂体作为优势砂体的重要地位,砂体结构类型以叠加水道型及正常水道型为主。向东北方向延伸,进入浅湖区后，砂体连通性明显变差,单砂体多呈透镜状孤立分布,呈现底平顶凸或者双凸透镜体状,以改造河道型砂体结构类型为主,伴有孤立水道型发育。

由镇原—白豹一带垂直物源方向展布的砂体剖面显示(见图5b),长82砂体沉积期次多,砂体纵向分布呈多期叠加模式。西南部井位砂体沉积厚度大,向东北方向进入浅湖区后,砂体连续性变差。平面展布规律显示,长82砂体沿M12—L63—Y48—B42—Z93一带呈平行浅湖线方向的带状、坨状展布,呈现出砂体连通性好的特点。剖面图显示，长82砂体厚度较大，实际为多期单层砂体叠加显示的结果，单期次砂体连通性差，属于不同期次发育形成,剖面砂体形态多呈底平顶凸或者双凸透镜体状。由此可见,平面上显示为连片分布的砂体实则为多期沉积发育而成,连通性并不好。

4 砂体结构成因模式

陇东地区长82期物源供给、沉积环境、水动力条件及湖盆底形的差异决定了其砂体结构发育特征的不同。

长82期早期继承了长9首次湖侵期的特点,湖盆底形较陡,水体深度相对较大。靠近物源区,物源供给相对充分,水动力条件较强,三角洲砂体进积向湖盆中心推进,以水下分流河道砂质沉积为主；向湖盆中心方向,物源供给逐渐减弱,水动力条件发生变化,河流能量减小,湖浪作用逐渐增强,河道下切能力减弱,侧向迁移明显。在长8整体水进的背景下,湖岸线向西南方向改动频繁,砂体受到湖浪改造作用增强,河流作用减弱,沉积构造表现为明显的浪控性特征,砂体垂向连续性变差,平面上显示为沿湖岸线方向呈坨状展布,在湖岸线改动频繁的区域尤为明显。进入浅湖区后,物源供给弱,砂质沉积减少,泥质增多,砂体呈孤立薄层状分布,以浅湖滩砂为主。

总结研究区砂体结构发育成因模式(见图6)可知，靠物源端，辫状河三角洲前缘水动力条件强,物源供应充足,多发育叠加水道型砂体。地形平坦处的三角洲前缘持续向湖区延伸,主要以正常水道型砂体为主。在湖盆底形较陡处或者坡折带发育位置,水动力条件不稳定,沿着浅湖线发育改造水道型砂体。而到达三角洲前缘远端或前三角洲的位置,物源供给不充足,砂体以孤立型为主。

图5 陇东地区长82砂体展布剖面图Fig.5 Sandbody architecture profile of the Chang 82 sublayer of Longdong area

图6 陇东地区长82砂体结构模式图Fig.6 Sand body structure pattern of the Chang 82 sublayer of Longdong area

5 结 论

1)陇东地区长82发育浅湖—辫状河三角洲前缘沉积,湖岸线迁移频繁。西南部大部分地区发育浅水辫状河三角洲前缘亚相,东北部发育浅湖亚相。存在波浪和河流两种水动力条件。砂体类型主要有3类,包括河道型砂体、席状砂以及滩砂,河道型砂体是主要的储集砂体类型。

2)陇东地区长82发育4类砂体结构,分别为正常水道型、叠加水道型、改造水道型和孤立砂体型。长82主力砂体沿浅湖线一带垂直物源方向呈坨状、连片分布,主力砂厚总和大。经砂体结构剖面分析得知,此为多期单层砂体综合叠加显示的结果。垂直物源方向，砂体形态多呈底平顶凸或者双凸透镜体状,多期次砂体发育,且单期次砂体连通性差。

3)分析砂体结构成因模式认为，砂体结构主要受物源供给、沉积环境、水动力条件及湖盆底形的影响。叠加水道型砂体多发育于近物源端的辫状河三角洲前缘水动力条件较强的位置；正常水道型砂体多发育于地形平坦的三角洲前缘水下分流河道处；改造水道型砂体受湖浪改造作用明显,多发育于湖盆底形较陡处或者坡折带发育位置；孤立砂体型多发育于三角洲前缘远端或前三角洲物源供给不充足的位置。