基于井-震结合的水下分流河道砂岩储层展布分析与评价——以什邡气藏砂组为例

李宏涛，马立元，史云清，胡向阳，高 君，李 浩

（中国石化石油勘探开发研究院海相油气藏开发重点实验室，北京 100083）

0 引言

近年来，随着川西坳陷内成都凹陷周边正向构造带的新场、马井和洛带等侏罗系气田逐步进入开发的中后期，斜坡区岩性气藏逐渐成为中国石化勘探开发的目标［1-3］。在成都凹陷斜坡区（什邡地区）蓬莱镇组三段砂岩中相继多口井获得工业气流，进而发现的蓬三段气藏已成为川西地区中浅层天然气藏勘探开发的重点对象之一［4-7］。已有的研究显示，该斜坡区气藏类型以岩性气藏为主，岩性分布受沉积相的控制，即不同的沉积相控制着不同的岩性，进而控制储层物性［7-9］，然而，前人对该区沉积相的认识存在较大争议，部分学者认为该区属于冲积平原—正常三角洲—湖泊沉积［10-11］，也有学者认为该区是辫状河三角洲—湖泊沉积［9，12］，还有学者认为是浅水漫湖沉积［7］。同时，该气藏砂体较薄、横向相变快、非均质性强，储集岩物性变化大，储层及流体分布、评价与高产富集规律研究难度大［2-3，9］。

传统的平面储层砂体展布研究是统计单井上各层的地层厚度、砂岩厚度和含砂率等数据，考虑各井各层段的测井曲线形态，以井点为控制点，勾绘工区内的等值线，进而在平面上分析沉积相及储层砂体展布［9-10，12］，而河道砂体常叠置切割、迁移连片，不同期次、级次的砂体相互叠加，且受物源供给和水动力影响，砂体沉积及其内部结构复杂，仅利用井数据难以真正实现边界刻画［6，8］。国内外学者对于气藏开发评价阶段的河道致密砂岩储层的研究，逐渐重视井-震结合的方法，即利用钻井、测井资料分析致密砂岩储层的岩石物理特征，利用三维地震数据，研究其沉积相，确定致密砂体分布范围［8，13-15］，但是如何有效地结合，依然面临一些问题。目前利用地震资料进行沉积相研究主要包括反演与地震属性分析，反演方法常用多井约束反演，但其准确程度的影响因素较多，且过多考虑井信息，预测性受到一定限制［16-17］。受河道砂体沉积与砂体展布以及内部储层非均质性的影响，储层岩石组分、类型多样，储集空间、孔隙结构复杂，储层物性变化规律性差，这也使得储层地震响应复杂、波阻抗岩性反演的多解性强［17-18］。河道砂岩气藏的含气储层评价也面临较多挑战，逐渐从宏观向微观、从定性向定量、从单学科向多学科综合研究方向发展［19］。

以川西什邡地区蓬莱镇组三段气藏为例，利用地质、测井、地震等多种资料，在对钻井取心详细观察和分析的基础上，井-震紧密结合，多学科联合攻关，基于地质-测井-地震一体化研究，开展储层沉积及其特征研究，优选地球物理敏感属性参数，精细刻画微相边界，结合测井解释、储层及含气性预测，进行储层精细描述与评价，以期为该气藏的开发评价提供地质依据，也为类似气藏的开发评价提供借鉴。

1 区域地质背景

川西什邡地区位于四川省成都市以北至德阳市一带，南面与成都市相接，北面与德阳市相连，工区面积可达800 km2以上，区域构造位置处于川西坳陷中段的成都凹陷北部斜坡及马井构造的东北部［2］，南为广金北倾斜坡构造，北为孝泉—新场背斜，西为鸭子河构造，东为合兴场、知新场构造，总体上呈北高南低、东高西低的斜坡构造，构造落差近1 000 m。工区内断层欠发育，在与知新场构造、马井构造相结合部位少量发育，工区外东部断层相对较多，呈近南北向展布，横向延伸较远、断距大（图1）。在晚侏罗世，四川盆地西缘和北缘构造隆升和前缘盆地沉降强烈，什邡地区蓬莱镇组物源主要来自于盆地西北部龙门山地区［11-12，20-22］，其沉积展布特征主要呈北东向，为一套三角洲—湖泊环境的褐色、灰色泥岩与褐灰色、绿灰、紫灰色砂岩不等厚互层为主，夹黄灰、深灰色泥页岩、泥灰岩薄层及透镜体，地层厚度近千米。

图1 川西什邡地区砂组顶面构造特征Fig.1 Top structure characteristics ofsand group in Shifang area of western Sichuan Basin

2 地层划分对比

利用侏罗系蓬莱镇组在川西地区常用的3 个标志层（仓山页岩、梨树湾页岩、景福院页岩），自下而上将什邡地区蓬莱镇组气藏划分为蓬一段、蓬二段、蓬三段和蓬四段［9，23］，其中，蓬三段为本文研究的重点，即以景福院页岩作为顶标志层，梨树湾页岩之上的砂岩作为底界面。四川盆地蓬莱镇组总体为典型的湖盆沉积，前人研究显示，蓬三段与蓬四段可构成一个三级层序［9，23］。研究区在地形上无明显的坡折，缺乏低位域沉积，蓬三段主要由湖平面逐渐上升的湖进体系域构成，顶界面为快速湖进所形成的区域湖泛面，即“景福院页岩”，岩性主要为深灰色泥页岩，具有凝缩段的性质，表现为高伽马和中、低电阻率的测井响应异常，底界面主要为岩性转换面，在三级层序湖进体系域格架内，依据河道冲刷面、次级湖泛面等次级层序界面，进一步将蓬三段划分成多个五级层序，基本均由粒度向上变细的正旋回组成，自上而下分别依次对应，等5 个砂层组（图2）。

图2 什邡地区蓬三段井-震层序、沉积相划分与储层评价（以SF5 井为例）Fig.2 Well-seismic sequence（a），sedimentary facies division and reservoir evaluation（b）of Peng 3 member in Shifang area

3 沉积相精细描述与优势相边界刻画

3.1 岩石相标志分析

对川西什邡地区蓬三段钻井取心和薄片岩石学特征进行详细观察，砂岩中发育典型的河道冲刷面［图3（a），（b）］、块状层理、交错层理、平行层理等典型的水下分流河道沉积构造［图3（c）］，以块状层理为主［图3（d），（e）］，反映了三角洲河道载荷颗粒入湖后快速沉积。研究区岩石类型单一，杂色砾岩不发育（见少量河道冲刷面泥砾），岩性上以细砂岩、泥岩及其过渡类型为主，尽管岩屑含量较高导致成分成熟度不高，但砂岩粒度相对均匀，表明经过一定距离的搬运和筛选。泥岩中常见变形构造及生物扰动、虫孔和泄水构造等［7］［图3（f）］，少量细砂岩的断面可见植物炭屑［图3（g）］，也可见少量呈反韵律的三角洲前缘河口坝沉积和三角洲河口处受河流与湖浪双重作用形成的浪成沙纹层理［20］［图3（h）］，局部见水平层理深灰色泥岩沉积［图3（i）］，明显有别于地层中大部分的褐色泥岩或绿灰色泥岩，应沉积于前三角洲环境。这一岩石沉积构造特征表明，研究区蓬三段总体具有河流—三角洲沉积体系的特征，水下分流河道为砂体发育的最有利微相，河口坝砂体少量发育且规模较小，综合分析认为研究区为河控三角洲沉积。

3.2 沉积微相相序特征

典型的岩石微相组合类型为：①河口坝砂岩+水下分流河道砂岩+水下天然堤粉砂岩型，水下分流河道砂体累计厚度达6～8 m 以上，但单期河道砂体厚度常小于2 m，河道多期叠置的特征明显，主要发育块状层理；水下分流河道之下发育逆粒序粉砂岩至砂岩沉积，厚约0.5 m，岩性渐变，应为河口坝雏形；水下分流河道之上发育沙纹层理（细）粉砂岩与薄层粉砂质泥岩互层沉积，为水下天然堤的特征。②水下分流间湾粉砂质泥岩+远砂坝粉砂岩+前三角洲泥型，水下分流间湾+远砂坝组合岩性主要为厚层泥岩夹薄层砂岩和粉砂岩，岩性可在米级范围内出现泥岩—粉砂岩—砂岩—泥岩的变化，呈渐变特征，泥岩中虫孔及生物扰动丰富，可见浅褐色泥岩中发育气胀构造，自然伽马测井曲线呈低幅齿状，可直接覆盖在水下天然堤或水下分流河道砂岩之上；前三角洲岩性主要为深灰色泥岩，代表了还原环境的较深水沉积［图3（i）］，测井上具有高伽马、低电阻率的特征。据此，识别出水下分流河道、水下分流间湾、水下天然堤、河口坝、远砂坝及前三角洲泥等6 种微相，建立相应的测井相识别模型，并在沉积相序规律的约束下，在单井上依次划分出多种微相，水下分流河道和水下分流间湾是其中主要的2 种沉积微相（参见图2）。

图3 什邡地区蓬三段三角洲沉积典型的沉积构造（a）灰色细砂岩，河道的岩性突变面，有明显的截切构造，SF5 井，，1 505.7 m；（b）河道冲刷面底部泥砾沉积，SF3 井，，1 534.0 m；（c）细粒岩屑砂岩，交错层理，SF3 井，，1 531.4 m；（d）细粒岩屑砂岩，块状层理，SF9 井，，1 076.5 m；（e）灰白色细粒岩屑砂岩，块状层理，SF20 井，，1 261.3 m；（f）粉砂质泥岩，可见虫孔，SF17 井，，1 414.2 m；（g）细砂岩，岩心断面可见炭屑层富集，SF9井，，1 072.1 m；（h）灰色粉细砂岩，双向沙纹层理，SF9 井，，1 078.0 m；（i）水平层理深灰色泥岩，SF2 井，，1 347.1 mFig.3 Typical sedimentary structures of delta of Peng 3 member in Shifang area

3.3 沉积相展布与沉积类型分析

根据单井相分析结果详细标定地震剖面和地震相，进行沉积微相剖面对比和平面展布研究［8，13，25-27］，通过完钻井的测井曲线与地震剖面的合成地震记录精细标定，在蓬三段地震剖面上识别出以下2 种主要沉积微相的地震相响应特征：①水下分流河道沉积，呈低频强波峰—中强波谷中短轴状反射，为水下分流河道强烈侵蚀下伏泥岩形成较强的波阻抗反射特征。②水下分流间湾沉积，呈中—弱振幅连续、平行—亚平行反射地震相，反映在一个沉积区域内相对稳定、沉积水动力能量中—低等的沉积相组合，主要为低能沉积环境的泥岩、砂泥岩薄互层相［图4（a）］。利用振幅属性的变化可描述砂体横向厚度变化，最终完成连井剖面微相分析［图4（b）］。

图4 什邡地区蓬三段地震剖面（a）和连井剖面相（b）Fig.4 Seismic section（a）and well-tie section（b）of Peng 3 member in Shifang area

如图4（b）所示，水下分流河道侧向迁移频繁，单砂体厚度薄，规律复杂，仅利用井资料难以确定其边界。什邡地区蓬莱镇组岩性主要为细粒岩屑砂岩、泥岩，利用神经网络波形分类可进行砂体沉积优势相刻画［图5（b）中白色虚线轮廓所示］，振幅属性和反演波阻抗可有效地反映砂泥岩性边界，实现河道的形态有效刻画［6，28-29］［图5（a）中白色虚线轮廓，图5（c）中紫红色虚线轮廓所示］。以神经网络波形分类为例，褐色区域呈片状、团块状间互分布，黄绿蓝色反映强—较强波峰、波谷特征，呈条带状展布［图5（b）］，结合单井相分析结果，褐色区域主要为水下分流间湾沉积，黄绿蓝色主要为水下分流河道沉积。根据单井相和连井相，对上述反映砂体展布的地球物理属性进行综合标定，最终获得蓬三段各砂组的砂体优势相图［8］。以JP35砂组为例，水下分流河道砂体优势相的展布刻画显示［图5（d）］，平面上发育2～4 条主水下分流河道，主要分布在研究区的中北部和南部，河道宽度为0.5～3.0 km，呈北东—南西向长条带状分布。蓬三段厚度稳定，未见吉尔伯特型三角洲前缘典型前积砂体引起的地层厚度变化，水下分流河道与水下分流间湾为主要的沉积微相，反映河流沉积作用为主的河控三角洲沉积特征，河口坝等微相相对不发育，或局部发育河口坝雏形，后多被水下分流河道砂体改造，泥岩中常见生物扰动、虫孔、泄水构造等浅水湖盆沉积作用的标志［7，30-31］。因此，研究区蓬三段应主要为浅水湖盆河控三角洲前缘沉积。

图5 什邡地区蓬三段砂组地震属性及优势沉积相平面图Fig.5 Seismic attributes and sedimentary facies ofsand group of Peng 3 member in Shifang area

大量的岩心、铸体薄片和扫描电镜观察显示，川西什邡地区蓬三段砂组的储集岩主要为细粒岩屑砂岩［图6（a）—（c）］，碎屑组分以不规则粒状石英为主，体积分数为40%～75%，但多数小于70%；岩屑含量次之，体积分数占20%～55%，在粉细砂岩中云母较常见［图6（f）］，岩心上呈薄层状分布，这与三角洲前缘水下分流河道载荷颗粒入湖后水动力锐减快速沉积的特征相吻合；长石含量相对较低，体积分数为10%～25%，且长石颗粒表面多有泥化。以上碎屑颗粒粒径一般为0.1～0.3 mm，分选中等，但磨圆较差，呈次棱角状，充填物主要为胶结物和杂基，胶结物主要为方解石［图6（d）］，不均匀分布，多数体积分数低于6%，少部分可达10%以上，反映了方解石胶结作用的不均匀性，其次为自生黏土矿物，以蒙脱石为主，常呈衬垫或充填式胶结［图6（g）］，也可见少量石英及长石次生加大等［图6（e）］，杂基以黏土矿物为主，体积分数为0.5%～4.0%。

图6 什邡地区蓬三段砂组储集岩岩性及孔隙类型（a）细粒石英岩屑砂岩，SF20 井，1 324.3 m，蓝色铸体；（b）细粒岩屑砂岩，粒间（溶）孔发育，SF20 井，1 327.87 m，蓝色铸体；（c）细粒石英岩屑砂岩，发育粒间扩溶孔、铸模孔与粒内溶孔，SF3 井，1 531.4 m，蓝色铸体；（d）粉细粒岩屑砂岩，方解石胶结较为发育，SF3 井，1 531.4 m，染色铸体薄片；（e）蒙脱石杂基、石英次生加大充填粒间孔，SF20 井，1 327.87 m，扫描电镜；（f）云母定向排列，SF3 井，1 530.2 m，扫描电镜；（g）蒙脱石充填粒间孔，SF20 井，1 327.87 m，扫描电镜；（h）碱性长石溶蚀，并生成钠长石微晶和片状蒙脱石黏土矿物，SF20 井，1 327.87 m，扫描电镜；（i）细粒岩屑砂岩，发育钾长石粒内溶孔，SF3 井，1 530.2 m，扫描电镜Fig.6 Photos showing lithologies of reservoir rocks and pore type ofsand group of Peng 3 member in Shifang area

图7 什邡地区蓬三段砂组储层样品渗透率与孔隙度分布直方图（a）及交会图（b）Fig.7 Distribution histogram（a）and cross plot of permeability and porosity（b）ofsand group of Peng 3 member in Shifang area

5.1 储层测井评价

在岩心归位的基础上，详细标定测井曲线，建立储层的岩性、物性、含气性及电性之间的“四性”关系，确定适合什邡地区蓬三段的储层参数测井解释模型，为正确计算储层参数和建立准确的测井解释图版提供依据［36-38］。依据该解释标准对研究区内的40 余口井进行了处理及精细解释，按照储层测井分类评价标准对含气储层进行测井综合评价。结果显示：什邡地区砂组碎屑岩Ⅰ类储层，孔隙度≥12%，渗透率≥1 mD，含气饱和度≥45%；Ⅱ类储层，9%≤孔隙度≤12%，0.5 mD ≤渗透率≤1.0 mD，40%≤含气饱和度≤45%；Ⅲ类储层，孔隙度≤9%，0.2 mD ≤渗透率≤0.5 mD，35%≤含气饱和度≤40%。利用以上测井解释结果，开展工区内钻井的含气储层评价，Ⅰ，Ⅱ类储层主要分布在水下分流河道微相之中，水下分流河道微相是储层发育的有利相带。

5.2 储层分布预测与评价

什邡地区砂体沉积规模小、河道窄、岩性横向变化快，由于砂体薄，造成砂体的地震反射特征不清晰，而储层的物性差异大、非均质性强等特征，也加剧了储层分布规律复杂多样、预测难度大［6］，特别是含气性预测，因为含气丰度10%和90%的砂体速度相差并不大，叠后常规地震响应也大致相同［39］。因此，本次储层及含气性地球物理预测，在地质与地球物理充分标定、结合，叠后地震属性综合分析的基础上，进一步利用了叠前地震数据对含气性的综合响应进行分析，开展地球物理预测，并与叠后储层预测结果等互为验证。通过典型井的合成记录标定，川西中浅层储层砂体的地震响应特征是低频、低波阻抗、强波峰、强波谷反射，由此开展波阻抗岩性反演。通过砂泥岩的测井曲线自然伽马与波阻抗交会，砂岩为低波阻抗、泥岩为高波阻抗，确定2 种岩性的波阻抗门槛值，将波阻抗数据体转化为代表砂泥岩的数据体，在各目的层时窗范围内，把数据体累加起来再乘以采样率得到砂岩的时间厚度，乘以目的层段的平均速度，得到深度域的砂体厚度，用钻井统计的砂体厚度对预测砂体厚度图进行校正，得到砂体厚度［图8（a）］。

图8 什邡地区砂组储层砂体厚度（a）、AVO 属性（b）、高频衰减（c）和有效储层评价（d）Fig.8 Reservoir sand body thickness（a），AVO attribute（b），frequency attenuation（c）and reservoir evaluation（d）ofsand group in Shifang area

图9 什邡地区砂组气层底界面的AVO 曲线特征分析Fig.9 AVO curve characteristic analysis of the bottom interface ofsand group in Shifang area

在水下分流河道有利微相边界的控制下，结合测井解释、储层与含气性地震预测结果，以水下分流河道岩屑砂岩、储层反演预测砂体厚度等作为有利储层岩相，以储层含气性反演作为评价的重要依据，以测井解释和实际测试结果进行约束，开展有效含气储层（测井解释的气层）综合评价平面展布分析［6，8，16］，将有效储层发育区分为3 类：Ⅰ类储层发育区，直井测试无阻流量≥2 万m3/d；Ⅱ类储层发育区，直井测试无阻流量（1～2）万m3/d；Ⅲ类储层发育区，直井测试无阻流量≤1 万m3/d。总体上含气储层相对于河道砂体分布而言，展布范围局限，主要分布于研究区南部和东北部，呈不连续条带状展布［图8（d）］，反映了水下分流河道对有效含气储层分布的控制作用。

6 储层发育及高产富集的控制因素简析

川西什邡地区蓬三段储层纵横向分布受水下分流河道砂岩优势相展布的控制明显。三角洲前缘水下分流河道砂岩，沉积时水动力较强，沉积物颗粒改造充分，分选较好，泥质含量低，原始粒间孔隙度相对较高［8，33］。后期成岩酸性流体对砂岩进一步溶蚀改造［8，28］，一些不稳定矿物也易被溶蚀形成粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等溶蚀孔隙［参见图6（b）—（c），（h）—（i）］，形成优质储层。水下分流河道微相之外，水动力相对较弱，沉积物改造不充分，泥质含量高，分选差，孔隙度明显降低，储层相对不发育。不同的沉积微相形成的砂岩储集体在岩石矿物成分、粒度及填隙物方面存在差异，直接影响到储层物性，是影响储层分布和储集性能的宏观因素［8］。

相同的水下分流河道相带在不同位置，其水动力条件不同，也导致了物性差别较大。强振幅、低波阻抗的水下分流河道由于砂体继承性发育（SF7-SF10-SF3主河道），多条河道汇聚，水动力强，如SF3井岩心可见强水动力条件下形成的河道冲刷面构造和交错层理［参见图3（b）—（c）］，岩性粒度较粗，砂体厚度大，物性及含气性均较好（参见图8），而一些弱振幅、厚度薄而连片的河道，有效含气储层相对不发育（XP112-MP74-MP73 河道）［6］。

此外，蓬莱镇组气藏为来自下伏须家河组烃源岩的远源次生气藏，由于研究区相对缺乏断裂和裂缝等运移通道，天然气扩散作用可能是聚集成藏的重要运移方式［2］，岩性气藏的充满程度普遍较低，在整体呈单斜构造的地层中，局部的构造高部位对有效含气储层的分布具有一定的控制作用［8］，从气藏平面分布特征来看［参见图8（d）］，什邡7 井区的微鼻状隆起带更加有利于天然气聚集形成气藏。

7 结论

（1）什邡地区蓬三段依据四级层序划分可细分为5 个砂组，各砂组厚度层间变化较小，反映沉积时期构造稳定，地势平缓，其沉积类型主要为浅平缓湖盆河控三角洲前缘，三角洲前缘水下分流河道是砂体发育的最有利沉积微相；岩心→测井→地震标定，利用地震资料横向分辨率较高的优势，优选能够反映岩性边界的地震属性，能够有效刻画水下分流河道边界。

（3）从已知井点出发，优选反映物性与含气性的地震属性，储层剖面对比和平面展布相互结合与验证，是进行含气储层分布与评价的有效方法。相对于水下分流河道砂体分布，研究区优质含气储层（Ⅰ，Ⅱ类含气储层）展布范围局限，呈不连续条带状分布，受沉积微相、河道规模以及局部构造高部位的控制，即水下分流河道砂体呈继承性发育，储层厚度较大、物性较好，且位于局部构造高部位，为气藏高产富集的有利区域。