鄂尔多斯环县—贺旗地区长8油层源-储特征研究

吴天琦,何 江,赵忠军,闫荣辉,姚 坚,何建华

(1. 西南石油大学 地球科学与技术学院,成都 610500；2. 中国石油长庆油田分公司,西安 710000;3. 成都理工大学 能源学院,成都 610059)

鄂尔多斯盆地是我国目前最重要的油气资源勘探和开发基地之一,延长组是鄂尔多斯盆地油气勘探的重点层系[1-2]。随着近年延长组低渗油气藏的深入勘探,环县—贺旗地区长8油层组获得重大油气突破。该文从多角度对研究区源-储特征展开精细研究,为推进其低渗油气效益开发提出科学建议。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地,是典型的由中-新生代盆地叠加在古生代盆地之上而形成的大型内陆坳陷复合型盆地,面积约25×104km2,现今构造特征表现为东翼宽缓、西翼陡窄的不对称矩形盆地面貌[3]。根据现今盆地构造形态及演化历史,平面上划分出西缘断褶带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、伊盟隆起及渭北隆起6个二级构造单元。盆地演化经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代陆缘海、晚古生代滨浅海、中生代内陆坳陷盆地和新生界周边断陷盆地5个阶段[4],致使盆地边缘断裂褶皱发育,但内部构造相对简单,地层平缓,倾角不足1°[5]。目前已发现油藏主要分布在伊陕斜坡和天环坳陷,中生界三叠系延长组为主要含油层系。该研究所指的环县—贺旗研究区地理位置位于甘肃省东部、庆阳市西北部,东临甘肃华池县，构造位置处于鄂尔多斯盆地西南部的天环坳陷二级构造单元内,以西倾的单斜构造为主,研究区面积约为10 050 km2。环县—贺旗地区位置图如图1所示。

图1 环县—贺旗地区位置图Fig.1 Location of Huanxian-Heqi Area

石油地质研究认为,环县—贺旗地区为西—西南部源-汇体系的主要沉积中心之一,主要油气勘探目的层为三叠系延长组。依据凝灰质或炭质泥岩等标志层,结合沉积旋回和岩性组合等将延长组自下而上划分为 10 个(长10～长1)油层组,各油层组之间为连续沉积的整合关系接触,地层简表见表1。长10～长7油层组沉积期属于湖盆初始发育和形成兴盛时期,长6～长3油层组为湖盆进入以三角洲建设为主的发展时期；从长2油层组沉积期开始,湖盆逐渐萎缩,至长1油层组沉积时期湖盆衰亡,随之结束了延长组地层的沉积过程。

表1 环县—贺旗地区三叠系延长组地层简表Table 1 Stratum summary of Triassic Yanchang Formation in Huanxian-Heqi Area

研究表明,鄂尔多斯盆地在晚三叠纪延长组经历了内陆淡水湖盆湖进-湖退的演化过程[6],其中长8油层组形成于坳陷湖盆扩张期[7-8],在浅水湖泊背景下发育了较厚的陆相碎屑岩沉积,长8油层组是盆地的主要含油气层系,以中细粒砂岩为主；长8油层组纵向上由上到下又进一步划分为长81和长 82两个油层单元。

环县—贺旗地区延长组本身具备良好的“生储盖”组合,长7油层组沉积时期是湖盆最大扩张期,此时发育半深-深湖相10～65 m厚的黑色页岩和暗色泥岩,地层平面分布稳定,是良好的生油层系。来自西—西南部物源的长81和长82油层发育辫状河三角洲前缘砂体作为储层,覆盖于长8油层之上的长7黑色页岩和暗色泥岩段又可作为盖层,构成了“上生下储”或者“自生自储”的生、储、盖组合。总之,该区充足的油源、发育的储层及良好的盖层与该区长8油层顶面西倾斜坡构造背景相互配置,在三角洲前缘砂体相带及储层物性变化的控制下,在环县—贺旗地区形成了构造-岩性和岩性油气藏。

截至2021年底,环县—贺旗地区整体被二维地震资料覆盖,现有500余口探评井钻穿长8油层组,显示出良好的勘探开发前景。但由于长8油层砂体物性非均质性较强,受三角洲河道砂体控制明显,因此需要对长8油层组源-储特征开展深入研究。

2 物源特征研究

鄂尔多斯盆地外围隆起和6支主要水系共同控制了盆地内沉积体系的分布[9-11],其中位于盆地西南缘的祁连—秦岭古陆和陇西古陆为环县—贺旗地区西—西南部源-汇体系的主要物源供给区,对该区碎屑岩沉积特征有显著影响。

2.1 砂岩骨架特征

环县—贺旗地区长8油层砂岩类型以岩屑质长石砂岩和长石质岩屑砂岩为主,石英和长石含量相当,平均为29%～30%,岩屑含量高达25%(如图2所示),岩性以细砂岩为主,粒度均值为1.6～5.8,标准偏差为0.44～2.52,分选好-中等,颗粒多为次棱角状,整体表现为近源搬运沉积特征。

图2 环县—贺旗地区砂岩分类图Fig.2 Classification diagram of sandstonein Huanxian-Heqi Area

2.1.1 石英颗粒特征

研究区石英颗粒以再轮回石英为主,常见碎裂石英(如图3a所示)、多晶石英和鸡骨状石英斑晶,单晶石英颗粒外围普遍次生加大且加大边缘常见磨蚀。阴极发光显示,砂岩中发蓝色、蓝紫色及棕色光(如图3b所示)的石英均常见,可见研究区石英来源既有岩浆岩又有变质岩,这与盆地西-西南缘古隆起剥蚀区地层石英特征一致。

2.1.2 长石颗粒特征

研究区长石颗粒同样来源于岩浆岩和变质岩,多为中酸性斜长石和钾长石,含量比约为4∶1,阴极发光以亮蓝色条纹长石和微斜长石为主,少量红光正长石及粉红光钠长石(如图3c和图3d所示)。电子探针分析,斜长石成分中CaO成分极低而Na2O较高(见表2),属中酸性斜长石类中高纳质斜长石或纳长石(An=O-10),其化学成分与西-西南缘地区花岗岩体斜长石成分相似。

图3 砂岩镜下及阴极发光特征Fig.3 Microscope photos and cathodoluminescence photos of the sandstone

表2 环县—贺旗长8砂岩中斜长石化学成分含量表Table 2 Table of chemical composition content of plagioclase in Huanxian-Heqi Chang8 sandstone

2.1.3 岩屑特征

环县—贺旗地区岩屑成分以变质岩岩屑居多(10.8%～15.0%),其次为火成岩岩屑(4.0%～8.2%)与沉积岩岩屑(0.5%～6.0%)。变质岩岩屑多为片岩和千枚岩,沉积岩岩屑以白云石和黑云母为主,与发育变质岩、晚古生代碳酸盐地层的西—西南缘古隆起的母岩相对应。与鄂尔多斯盆地东北部地区相比,岩屑成分中碳酸盐岩碎屑普遍较高,而偏基性的变质火山岩岩屑很少,说明与发育变质岩、晚古生代碳酸盐地层的盆地西—西南缘古隆起的母岩相似(见表3),研究认为该区陆源碎屑物主要来自盆地西—西南缘的古隆起物源区。

表3 鄂尔多斯盆地西南地区长8砂岩岩屑含量统计表(据长庆油田)Table 3 Statistics of sandstone debris content of Chang8 sandstone in southwest Ordos Basin (according to Changqing Oilfield)

2.1.4 成分成熟度分布特点

成分成熟度是指以碎屑岩中最稳定组分的相对含量来确定其成分的成熟程度,该文采用石英加燧石与长石加其他岩屑的比率作为成分成熟度的衡量标志。环县—贺旗地区长8砂岩成分成熟度普遍较低,属于近源沉积物。其中长82砂岩成分成熟度平均为0.54,长81砂岩成分成熟度平均为0.57,整体上长8砂岩成熟度表现为由西南物源区的环县—贺旗西部、南部向北东坳陷区的堵后滩—环县—贺旗—上里塬一线呈降低趋势(如图4所示),证实环县—贺旗西部、南部为大型物源母岩区。

图4 环县—贺旗地区长8油层组砂岩骨架成熟度展布图Fig.4 Distribution of sandstone skeleton maturity of Chang8 oil formation in Huanxian-Heqi Area

2.2 重矿物组合特征

环县—贺旗地区长8油层组砂岩中重矿物以锆石+石榴石+白钛矿为主,部分样品中可见磁铁矿、金红石、电气石和绿帘石等。重矿物组合特征与盆地西—西南缘的变质岩系和花岗岩体一致。其中石榴石稳定性相对较差,其含量高也反应了距源区较近的特点,由南西向北东石榴石相对含量逐渐降低。另外,根据重矿物ZTR指数变化来推断该区物源方向。ZTR指数是指重矿物中最为稳定的3种重矿物(锆石+电气石+金红石)在透明重矿物中所占的比例。统计结果表明,长8油层组ZTR指数整体较低,主体数值为24～32,同样也呈现由西南向北东增高的趋势特点(如图5所示)。

图5 环县—贺旗地区长8油层组重矿物ZTR指数分布平面图Fig.5 ZTR index distribution plan of heavy minerals in Chang8 oil formation in Huanxian-Heqi Area

2.3 稀土元素分析

碎屑岩的稀土元素及其含量主要受控于其物源区成分[12],利用球粒陨石标准化数值对长8油层组所采样进行标准化处理,求取各项地球化学参数进行稀土元素配分,见表4。配分结果显示,环县—贺旗长8油层组稀土元素配分模式为轻稀土富集型、负Eu异常。通过将盆地西侧、西南侧地层露头样品的砂和泥岩的稀土元素配分与长8砂、泥岩的稀土元素配分对比分析可知,环县—贺旗地区延长组沉积砂岩及泥岩与盆地西侧、西南侧剖面稀土元素配分模式一致,都为轻稀土富集型、负Eu异常,推断环县—贺旗地区延长组长8地层沉积主要受盆地西侧、西南物源的影响。

表4 鄂尔多斯盆地稀土元素分配模式统计表Table 4 Distribution patterns of rare earth elements in Ordos Basin

3 沉积体系特征研究

3.1 古湖泊环境分析

盆地古湖岸线区域具有“控砂、控圈、控藏”的地质特点,湖岸线附近发育的砂岩及其所形成的岩性地层圈闭是油气勘探重要领域。湖岸线通常指湖水经过丰水期和枯水期留在湖盆边部斜坡上的一个变动带,其方向常与物源方向垂直,在湖岸线之上为三角洲平原分流河道亚相,泥岩颜色较浅以灰色为主,湖岸线之下为三角洲前缘水下分流河道亚相,泥岩颜色均较深,为深灰色、黑灰色,富集有机质、黄铁矿等；不同亚相带水动力条件的差异可形成不同的岩相类型。该研究主要是通过岩相、古生物、地球化学性质等标志来综合判定湖岸线的位置。

环县—贺旗地区在延长组长8油层组沉积期为滨浅湖沉积环境,古湖岸线位于洪德—合道以西、呈近南北向展布(如图6所示),湖岸线以西多见煤线、植物根茎化石(如图6a所示)及石针迹生物潜穴(如图6b所示)。由西向东,生物潜穴方向由直立逐渐变为水平,岩石Fe/Mn离子比由3.48降至0.58,反应了古湖泊水体的逐渐加深。

图6 长8沉积期环县—贺旗地区泥岩颜色与沉积环境分布图Fig.6 Color and depositional environment distribution of mudstone in Huanxian-Heqi Area during Chang8 sedimentary period

3.2 沉积体系特征

区域沉积特征研究表明,环县—贺旗地区在延长组长8油层组沉积时期处于滨浅湖沉积环境,主要发育辫状河三角洲平原—辫状河三角洲前缘—浅水湖泊沉积体系,砂体类型有辫状河三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道、河口坝、远砂坝和席状砂等砂体。图7所示为环县—贺旗地区三叠系延长组长81和长82沉积相图。

3.2.1 辫状河三角洲平原亚相特征

泛滥平原以河漫沼泽为主,发育灰色、浅灰色、黑色泥岩及粉砂质泥岩,多见水平层理,可见炭化植物碎屑和生物扰动构造(如图8a和图8b所示)；平原亚相主要由辫状水道和泛滥平原微相组成,辫状水道岩性以灰色中、细砂岩为主,可见平行层理、槽状及楔状交错层理(如图8c和图8d所示),通常为多期正粒序叠置,粒序底部可见冲刷面构造(如图8e所示),粒序顶部偶见沙纹层理。

图 7 环县—贺旗地区三叠系延长组长81和长82沉积相图Fig.7 Sedimentary facies diagram of Chang81 and Chang82 of Triassic Yanchang Formation in Huanxian-Heqi Area

图8 长8沉积期环县—贺旗辫状河三角洲微相沉积特征Fig.8 The sedimentary characteristics of braided river delta during the deposition period of Chang8 ofYanchang Formation in Huanxian-Heqi

3.2.2 辫状河三角洲前缘亚相特征

前缘亚相是本区砂体沉积的主体,主要发育了水下分流河道、分流河道间、河口坝和席状砂微相。水下分流河道岩性主要为灰色中、细砂岩,分选中等-好,偶含植物碎屑,常见槽状交错层理、平行层理与冲刷面(如图8f所示)及生物扰动构造；分流河道间微相由暗色泥岩夹粉、细砂薄层组成,发育水平层理、脉状层理和透镜状层理(如图8g所示)；河口坝微相是水下分流河道与湖浪共同作用的产物,岩性以中、细砂岩为主,反粒序,发育平行层理、交错层理和浪成交错层理(如图8h所示),局部可见滑塌、包卷等变形构造；席状砂微相是河口坝受湖浪淘洗改造,发生侧向迁移再沉积的产物,主要为细、粉砂岩,分选好,可见交错层理和砂纹层理。

4 储层特征研究

4.1 储层砂体展布特征

环县—贺旗长8油层组地层厚度平均为41.5 m,砂地比为0%～90%。在长82沉积时期,西南侧物源供给充足,平面上三角洲平原相河道砂体分布于环县—贺旗地区的西—西南部,以水上分流河道叠置砂体为主,总体呈北东向条带状展布,在环县—贺旗东及东北部则以三角洲前缘相的水下分流河道砂体展布为特征。在长81沉积时期,物源供给不如长82沉积时期充足,三角洲体系向陆退积,平面上三角洲平原相河道砂体分布于环县—贺旗西—西南部更远处,仍以发育的水上分流河道叠置砂体为主,三角洲前缘相水下分流河道砂体同样分布于环县—贺旗东及东北部地区。

通过对环县—贺旗地区500口井钻遇储层微相类型统计,结果表明,在研究区有60%以上的储层分布于三角洲前缘水下分流河道微相中,其次是分布于辫状水道与河口坝微相。砂体展布形态主要受分流主河道延伸方向控制,总体上长82和长81储层砂体由盆地西南缘向东及东北盆地中心方向砂地比逐渐降低,砂岩厚度也逐渐减薄,如图9所示。

图9 环县—贺旗地区长8砂岩厚度平面分布图Fig.9 Plane distribution map of Chang8 sandstone thickness in Huanxian-Heqi Area

4.2 储层物性特征

环县—贺旗地区长8储层为低孔、低渗型储层,孔隙度为6.0%～10.0%,最大可达18.9%,渗透率普遍低于0.2×10-3μm2,个别值可高达54.3× 10-3μm2。渗透率的变化主要受孔隙发育程度的控制,渗透率与孔隙度呈明显的正相关关系(相关系数为0.76),即孔隙度值越大,渗透率值越高,如图10所示。

图10 环县—贺旗地区长8砂岩孔隙度和渗透率统计直方图Fig.10 Statistical histogram of porosity and permeability of Chang8 sandstone in Huanxian-Heqi Area

依据长8油层组单井孔渗资料统计可知,处于不同沉积微相的储层砂体物性变化较大,孔渗高值带主要分布于分流河道砂体核部最厚部位。这是因为河道砂体中心部位水动力较强,砂体沉积厚度大,砂岩颗粒较粗,储层物性较好；而处于河道两侧的储层砂体厚度变薄,砂岩颗粒变细,含泥质增多,孔渗相对变差一些。相比较而言,处于环县—贺旗地区西—西南部的三角洲平原分流河道微相的砂体物性要好于东—东北侧的三角洲前缘水下分流河道砂体,水下分流河道砂体物性又好于三角洲前缘的席状砂体。

4.3 储层孔隙特征

图11所示为环县—贺旗地区长8储层砂岩孔隙形貌。由岩石铸体薄片观察和扫描电镜分析可知,环县—贺旗地区长8砂岩储层孔隙类型有原生粒间孔(如图11a和图11b所示)、次生溶孔(如图11c、图11d和图11e所示)、晶间孔(如图11f所示)及微裂缝4种类型。其中残余原生粒间孔和次生溶孔占了总孔隙的90%以上。残余原生粒间孔主要为早成岩期绿泥石包壳的形成抑制了后续粒间胶结作用的发生,从而使部分粒间残余孔隙被保留下来；另外由于该区受西南侧物源区母岩岩性影响,次生溶蚀孔隙成因主要是岩石中长石矿物与岩屑的粒内溶蚀作用造成的,溶蚀作用使得岩石中粒间孔隙与微缝连通,从而显著改善储层砂体物性。长8储层砂岩普遍发育有原生粒间孔和局部发育有次生溶孔,有效地改善储层物性,有利于环县—贺旗地区油气聚集成藏。

图11 环县—贺旗地区长8储层砂岩孔隙类型Fig.11 Sandstone pore types of Chang8 reservoir in Huanxian-Heqi Area

4.4 高孔高渗储层分布预测

评价不同类型储层优劣的储层参数具有不同分布范围,而参数值的分布范围则可以综合表征储层的特征。目前应用于储层评价的参数较多,而正确选取各类参数是环县—贺旗地区储层评价的基础和关键。该文在环县—贺旗地区长81和长82储层评价中优选了砂岩厚度、孔隙度、渗透率和含水饱和度作为储层评价参数,采用聚类分析法对其分类评价,共划分出3类储层,如表5所示。依据环县—贺旗地区钻井油气显示和油气聚集规律可知,该区油气主要富集在三角洲前缘水下分流河道微相,其次是分布在河口坝和席状砂微相。从表5可知,Ⅰ 类优质储层主要分布于水下分流河道及河口坝的核部,以中、细砂岩为主,砂岩厚度一般在9～11 m；Ⅱ 类中等储层往往与Ⅰ 类储层毗邻发育,以细砂岩、粉砂岩为主,厚度一般为6～9 m；Ⅲ 类差储层为厚度和规模更小的薄层砂岩,厚度一般为2～6 m。

表5 环县—贺旗地区长8储层分类评价表Table 5 Classification and evaluation table of Chang8 reservoir in Huanxian-Heqi Area

按照表5中的储层参数值对环县—贺旗地区500余口井长8储层类型进行分类评价,并绘制了长81和长82储层类型平面分布图,如图12所示。从图12中可以明确,环县—贺旗地区整体以发育Ⅰ类和Ⅱ类储层为主,受沉积微相展布控制影响,优质储层的分布呈现为西南—北东的条带状展布特征,其中长81油层Ⅰ类储层分布面积为593.6 km2,Ⅱ类储层分布面积为358.6 km2；长82油层Ⅰ类储层分布面积为206.1 km2,Ⅱ类储层分布面积为275.2 km2。这些优质储层分布在环县—贺旗的东—东北部地区,分析认为这些地区Ⅰ类储层主要分布在三角洲前缘水下分流河道及河口坝中心部位,Ⅱ类储层主要分布在三角洲前缘水下分流河道、天然堤、决口扇、远砂坝以及席状砂等地区。

图12 环县—贺旗地区长8油层组储层类型平面分布图Fig.12 The maps show the distribution of reservoir types of Chang8 oil formation in Huanxian-Heqi Area

根据对长81和长82储层分类评价结果、沉积相带分布以及油气成藏条件分析认为：环县—贺旗地区Ⅰ类和Ⅱ类储层物性较好,平面分布范围大,这2类储层平面分布是控制该区形成构造-岩性以及岩性油气藏的有利区带,对指导该区低渗油气藏的效益勘探开发具有重要的参考价值。

5 结论

1)综合砂岩骨架、重矿物组合及稀土元素等分析,明确了盆地西—西南缘隆起古陆为环县—贺旗长8油层组砂体主要物源供给区。

2)长8沉积期,环县—贺旗主要发育辫状河三角洲平原—辫状三角洲前缘—浅水湖泊沉积体系,古湖岸线位于洪德—合道以西、呈近南北向展布。

3)环县—贺旗长8油层组主要发育低孔、低渗型储层,残余原生粒间孔与次生溶孔为其主要储集空间类型。储层分类评价证明,储层沉积微相类型与砂体厚度共同控制了Ⅰ类和Ⅱ类储层的分布。