碎屑岩碳酸盐岩混合地层沉积特征与演化以神木气田太原组为例Word文件下载.docx
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付锁堂等,2003;
程克明等,2005;
魏新善等,2005;
王宝清等,2006;
王付斌等,2007;
李增学等,2008;
杨明慧等,2008;
蔺宏斌等,2009;
沈玉林等,2009;
席胜利等,2009;
张满郎等,2009)。
近年来,针对鄂尔多斯盆地内太原组储层的地下天然气勘探取得突破,在神木气田的太原组太二段砂岩发现了近700×
108m3的探明储量。
该气田位于鄂尔多斯盆地二级构造单元伊陕斜坡东北部,西侧毗邻榆林气田(图1)。
已有的研究认识到,鄂尔多斯盆地上古生界气藏多为岩性气藏(付金华等,2000;
李良等,2000;
杨俊杰,2002;
何自新,2003;
李剑等,2005;
杨华等,2005;
付金华等,2008;
李明瑞等,2009;
李熙喆等,2009),沉积相对砂体乃至储层的分布具有重要控制作用。
为此,本文根据测井、录井、常规薄片、铸体薄片、物性和粒度资料,结合岩芯描述,研究了神木气田太原组地层、沉积特征、沉积环境演化、砂体宽度以及沉积相对储层控制作用,以期为该气田开发和盆地的太原组储层勘探提供借鉴。
图1神木气田地理位置图
Fig.1LocationmapofShenmugasfield
1太原组地层特征
鄂尔多斯盆地内部太原组地层划分一直是个热点,也一直存在多个划分方案。
但是由于其岩性垂向、横向变化快,因此地下太原组的地层对比常常很困难。
在此,本文并不试图探讨太原组划分方案的准确性,而是采用了长庆油田分公司与西北大学共同厘定方案中的划分依据,根据标志层和岩性组合特征,把神木气田太原组自下而上可划分为太二段和太一段,太二段又可细分为上部太二段一亚段和下部太二段二亚段。
太原组与上覆山西组和下伏本溪组均为平行不整合接触。
根据56口井录井和测井资料,结合岩芯描述,把神木气田太原组地层划分为碎屑岩型(A型)、灰岩型(B型)和互层型(C型)三大类型。
碎屑岩型即太原组地层由砂岩、泥岩和煤组成,不含灰岩,以双84井为代表,分布在工区中北部。
灰岩型即太原组地层由灰岩、泥岩和煤组成,不含砂岩,仅见于工区南部的米9井。
互层型即太原组地层由砂岩、泥岩、灰岩和煤组成,其中灰岩主要分布在太一段,其次在太二段一亚段;
互层型分布在工区中部。
互层型根据太原组内部灰岩的层数和分布位置,又可细分为C1、C2和C3三个亚类。
C1见一层灰岩,分布在太一段,如神5井,或太二段一亚段;
C2见二层灰岩,可能全分布在太一段,如双30井,或分别分布在太一段和太二段一亚段;
C3见三层灰岩,其中太一段二层,太二段一亚段一层,如双76井(图2)。
三大类中以互层型最常见。
在太原组内,砂岩主要发育在太二段的太二段二亚段,其次为太二段一亚段。
尽管太原组顶部存在程度不同的剥蚀,但太原组的上述地层特征仍然反映出从太二段到太一段,碎屑岩含量降低、碳酸盐岩含量升高,反映沉积水体逐渐周期性加深→变浅或陆源碎屑供应间歇性不畅的特征。
平面上,越向南,陆源碎屑影响越小,逐渐过渡为以碳酸盐岩沉积为主。
2沉积特征
根据对13井(约353.88m)的岩芯观察描述,结合263块常规薄片和56井测井、录井资料,总结了太原组岩石的颜色、粒度、成分、结构、沉积构造、岩石相、含有物、测井相和沉积序列特征。
2.1泥岩颜色
通常,泥岩颜色是反映沉积环境氧化-还原状态的良好标志。
太原组泥岩包括泥岩、碳质泥岩、砂质泥岩和泥灰岩,其颜色以深灰色、灰色和灰黑色为主,指示了弱还原的(或富有机质或富灰质)沉积环境。
2.2粗岩性粒度
粗粒岩性的粒度是沉积水动力环境的指示标志。
太原组粗粒岩性包括砂岩和灰岩。
砂岩太原组粒度总体较粗,以中-粗粒、粗粒、粗-砾为主,粒度概率累积曲线表现为以滚动+跳跃组分为主的两段式和三段式为主,部分样品具有典型双跳跃特征,反映受潮汐或波浪与河流共同作用的特点(图3)。
灰岩包括泥粒灰岩、粒泥灰岩和颗粒灰岩,以粒泥灰岩和泥粒灰岩为主,反映其沉积环境水动力并不强烈。
垂向上,太二段二亚段砂岩粒度较粗,向上到太二段一亚段和太一段,粒度变细,细砂、粉砂和泥含量增加。
图2太原组地层组合类型图
Fig.2DiagramofTaiyuanFormationstrataassemblages
图3太原组砂岩典型粒度概率累积曲线图
Fig.3TypicalprobabilityaccumulatingcurveplotsofgrainsizeofsandstonesfromtheTaiyuanFormation
2.3颗粒成分
碎屑岩颗粒成分是沉积物搬运距离和风化程度的指示标志。
在物源相同的情况下,搬运距离越远,风化越强烈,石英含量越高,长石和岩屑含量越低。
根据263个普通薄片样品的统计,太原组砂岩颗粒主要为石英和岩屑,几乎不含长石;
岩屑以变质岩和岩浆岩为主,少量沉积岩;
岩性以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主,少量岩屑砂岩(图4)。
从太一段到太二段二亚段,长石含量略有增加,但不超过3%,沉积岩岩屑含量升高,因此岩屑砂岩含量增加。
总之,太原组砂岩成分成熟度好-中等。
灰岩颗粒成分及其完整程度也是其沉积环境能量的有利指示标志。
太原组灰岩颗粒成分主要为各类生物碎屑,生物碎屑保存相对完整,表明其沉积水体能量相对较低,颠选作用较弱。
Ⅰ.石英砂岩;
Ⅱ.长石石英砂岩;
Ⅲ.岩屑石英砂岩;
Ⅳ.长石砂岩;
Ⅴ.岩屑长石砂岩;
Ⅵ.长石岩屑砂岩;
Ⅶ.岩屑砂岩
Ⅰ.Quartzarenite;
Ⅱ.Subarkose;
Ⅲ.Sublith-arenite;
Ⅳ.Arkose;
Ⅴ.Lithicarkose;
Ⅵ.Feldspathiclitharenire;
Ⅶ.Litharenite
图4太原组砂岩类型三角图
Fig.4TernarydiagramillustratingdetritalcompositionofsandstonesfromtheTaiyuanFormation
2.4砂岩结构
砂岩结构也指示了搬运距离的远近,搬运距离越远,颗粒分选、磨圆越好。
太原组砂岩颗粒接触方式以点、点-线接触为主,分选以好、中等为主,磨圆以次圆、次圆-次棱、次棱为主,胶结类型以孔隙式、孔隙-再生式为主。
简言之,太原组砂岩具有粒度较粗、结构成熟度中等的特征。
灰岩以生物碎屑的分选差、磨圆差、灰泥支撑为特征,反映低能环境下生物碎屑原地或近距离堆积的特点。
2.5沉积构造
沉积构造是沉积物沉积时水动力条件的直接反映,包括层理构造和层面构造。
太原组层面构造主要为砂岩顶面的波痕和泥岩层面上的植物叶、茎干印模。
层理构造类型较丰富。
砂泥互层中韵律层理、波状层理、透镜层理和脉状层理发育。
砂岩见块状构造、正粒序层理、槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理和平行层理,以大型槽状交错层理发育最普遍。
砂岩底发育冲刷面,其上见滞留它生砾石或泥砾,指示了河道或分流河道沉积。
煤层、灰岩、灰泥岩和泥岩见水平层理和块状构造(图5)。
砂岩冲刷面与大型交错层理的存在指示了强水动力环境,而细粒岩性中的水平和块状构造多指示了低能静水环境。
A.波状层理,泥质砂岩,双30,2819.70m;
B.脉状层理,含泥砂岩,双57,2774.21m;
C.韵律层理,砂质泥岩,双56,2795.77m;
D.楔状交错层理,砂岩,双30,2789.56m;
E.正递变层理,砂岩,双57,2771.02m;
F.槽状交错层理,砂岩,双18,2822.95m;
G.冲刷面,冲刷面之上见撕裂状泥砾,双30,2785.01m;
H.水平层理,粉砂质泥岩,双29,2681.41m;
I.块状构造,泥灰岩,双34,2612.49m
A.Wavycrossbedding,muddysandstone,shuang30,2819.70m;
B.Flaserbedding,mud-bearingsandstone,shuang57,2774.21m;
C.Rhythmicbedding,sandymudstone,shuang56,2795.77m;
D.Wedgecrossbedding,sandstone,shuang30,2789.56m;
E.Normalgradedbedding,sandstone,shuang57,2771.02m;
F.Troughcrossbedding,sandstone,shuang18,2822.95m;
G.Scoursurface,onwhichrip-upshaleclastconglomeratesarelocated,shuang30,2785.01m;
H.Horizontalbedding,siltymudstone,shuang29,2681.41m;
I.Massivestructure,marl,shuang34,2612.49m
图5太原组典型沉积构造图版
Fig.5RepresentativecorephotographillustratingsedimentarystructuresfromTaiyuanFormation
2.6岩石相特征
根据岩石相划分原则(Reading,1986;
Miall,1990;
Walker和James,1992),共可识别出16种岩石相(表1),反映太原组岩性的复杂多变。
在这些岩石相类型中,最常见的是槽状砂岩相和块状泥岩相,其次为水平泥岩相、楔状砂岩相、小波痕砂岩相、块状灰岩相和块状煤岩相。
2.7测井相特征
砂体测井相见钟形、箱形、漏斗形、指状、叠加箱形、钟形+箱形、漏斗形+钟形等形态,以钟形、箱形及其叠合形态为主,为河道类沉积常见测井相。
灰岩、泥灰岩也见箱形、漏斗形、指状及其叠合形态,但负偏幅度明显高于砂岩,厚度薄(图6)。
表1太原组岩石相类型表
Table1LithofaciestypesofTaiyuanFormation
岩石相
沉积构造
沉积机制和沉积环境解释
砾石支撑块状砾岩相(Gcm)
块状构造
富碎屑高强度重力流沉积;
分流河道沉积
基质支撑块状砾岩相(Gmm)
高强度重力流沉积;
基质支撑递变砾岩相(Gci)
递变层理
块状砂岩相(Sm)
重力流沉积;
槽状砂岩相(St)
单个或成组的槽状交错层理
弯曲脊和舌状波痕迁移形成;
分流河道、远砂坝沉积
楔状砂岩相(Sw)
单个或成组的楔状交错层理
直脊和舌状波痕迁移形成;
板状砂岩相(Sp)
单个或成组的板状交错层理
递变砂岩相(Sg)
分流河道、远砂坝、席状砂或决口扇沉积
平行砂岩相(Sh)
平行层理
平底(高流态);
小波痕砂岩相(Sr)
小波痕层理
波痕(低流态);
远砂坝、席状砂或决口扇沉积
水平粉砂岩相(Sl)
水平层理
静水沉积;
远砂坝、分流洼地或决口扇沉积
水平泥岩相(Ml)
分流间洼地、分流间湾或海湾沉积
块状泥岩相(Mm)
块状煤岩相(Cm)
古植物原地堆积;
分流沼泽或潮坪沼泽沉积
块状灰泥岩相(Cmm)
灰泥、泥质原地堆积;
灰泥混合坪沉积
块状灰岩(Cbm)
生屑原地堆积;
灰坪沉积
2.8含有物
岩芯观察在碳质泥岩或煤层中常见黄铁矿集合体,反映了还原性质的沉积-同生环境。
泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、碳质泥岩中含丰富的植物叶、茎化石,指示了陆上环境(图7)。
2.9典型沉积序列
砂体沉积序列主要表现为三种类型:
(1)自下而上砂质砾岩或含砾砂岩→槽状交错层理砂岩(或块状砂岩、楔状交错层理砂岩、板状交错层理砂岩)→波状层理砂质泥岩或泥质砂岩,正粒序,砂体底部见冲刷面,为河道或分流河道环境沉积序列;
(2)自下而上槽状交错层理砂岩(或楔状交错层理砂岩、板状交错层理砂岩)→波状层理砂质泥岩或泥质砂岩,正粒序,砂体与下伏泥岩或煤层接触面较平整,为河道或分流河道环境沉积序列;
(3)水平层理粉砂岩→槽状交错层理砂岩(或楔状交错层理砂岩),反粒序,砂体与下伏泥岩呈突变接触,为远砂坝、席状砂沉积序列。
块状泥岩(或水平泥岩)、块状灰岩(或水平灰岩、灰泥岩)与块状煤层组成互层沉积,或煤层沉积在泥岩、灰岩顶部,或灰岩沉积在煤层之上,指示了在有水体加深或变浅情况下的泥质沼泽或灰质沼泽环境,如分流平原沼泽或碳酸盐潮坪沼泽。
砂岩测井相:
A.箱形,双30;
B.钟形,双34;
C.漏斗形,双30;
D.指状,陕203
灰岩测井相:
E.指状,榆24;
F漏斗形,双29;
G.箱形,双34;
H.指状+箱形,双38
Shapeofgammaraycurvesofsandstones:
A.Boxshape,shuang30;
B.Bellshape,shuang34;
C.Funnelshape,shuang30;
D.Fingershape,shan203
Shapeofgammaraycurvesoflimestones:
E.Fingershape,yu24;
F.Funnelshape,shuang29;
G.Boxshape,shuang34;
H.Fingerandboxshape,shuang38
图6太原组砂岩和灰岩典型测井相
Fig.6RepresentativelogfaciesofsandstonesandcarbonatesfromtheTaiyuanFormation
A.黄铁矿(褐色条带或团块,已氧化),碳质泥岩,双30,2774.88m;
B.植物叶化石(深灰色或黑色叶片),泥质粉砂岩,双57,2762.4m
A.Brownstrippedorcloddypyritesincarbonaceousmudstone,shuang30,2774.88m;
B.Deepgrayordarkleaffossilsinmuddysiltstone,shuang57,2762.4m
图7太原组地层特征性含有物
Fig.7CharacteristicinclusionsfromtheTaiyuanFormation
3沉积相类型
根据上述沉积特征,结合潮控三角洲、碳酸盐台地沉积特征(Wilson,1975;
Reading,1986;
季汉成等,2004)与神木气田太原组区域沉积环境(陈钟惠等,1989;
席胜利等,2009),将目的层确定为潮控三角洲相与低能碳酸盐台地相沉积。
潮控三角洲主要发育了三角洲平原和三角洲前缘亚相,三角洲平原亚相包括分流河道、决口扇/决口水道、分流间洼地和分流间沼泽四个微相,发育于太二段;
三角洲前缘发育了远砂坝、席状砂、分流间湾和前缘泥微相,发育于太一段。
碳酸盐潮坪主要发育了潮坪亚相,包括灰坪、灰泥混合坪、海湾和沼泽四个微相,以灰坪、灰泥混合坪为主,主要见于太一段。
砂体分布主要受三角洲平原分流河道微相控制,其次为三角洲前缘远砂坝、席状砂微相(图8)。
图8双30井单井相图
Fig.8DiagramillustratingfaciessubdivisionforShuang30well
4沉积环境演化
垂向上,太二段二亚段为三角洲平原亚相沉积,分流河道砂体十分发育,泥质含量低,反映了快速沉降与沉积水体较浅(低可容空间)的特征。
到太二段一亚段时期,分流河道发育受限,分流间洼地或沼泽发育,并伴有局限性的海水侵入,形成灰泥坪或海湾,表明沉积水体逐渐加深或陆源碎屑供应受限,如三角洲分流河道的改道。
太一段时期,碳酸盐灰泥坪、灰坪与远砂坝、席状砂、前缘泥组成互层,反映了沉积环境水体总体加深背景下的振荡性加深→变浅和/或陆源碎屑的周期性供应不畅(图8)。
显然,从太二段二亚段到太一段,碎屑岩含量降低,碳酸盐岩含量逐渐升高,为一个沉积水体逐渐加深的海侵过程和/或碎屑供应逐渐减少的沉积过程。
平面上,太二段二亚段沉积时期,物源来自北-北东,潮控三角洲平原分流河道极其发育,分流间洼地、沼泽微相分布面积较小;
分流河道砂体普遍厚度大,横向叠置连片性较好,厚砂体(大于10m)呈北东-南西向条带状展布。
太二段一亚段继承了太二段二亚段的沉积格局,但分流河道发育程度变差,分流间洼地与沼泽和碳酸盐潮坪微相占据了一定的空间;
分流河道厚度减薄,仅发育一支北东-南西向的带状砂体。
太一段时期,工区北部发育三角洲前缘分流间湾,中部发育了远砂坝和席状砂,向南依此发育了前缘泥、碳酸盐灰泥坪和灰坪沉积,越向南,泥质含量越低,灰质含量越高(图9)。
5砂体宽度预测
砂体宽度预测结果是气田开发时井距设计依据的重要依据之一。
太原组储层主要发育在太二段分流河道砂体中,有必要对其单砂体宽度进行预测。
Gibling(2006)统计了公开发表的分流河道砂体宽度分布规律,分流河道砂体宽度范围为3m-1km,大多数<
500m,通常在10-300m之间。
根据测井解释,结合岩芯观察,统计了太二段分流河道单砂体厚度,采用Olsen(1993)提出的分流河道宽度计算公式,预测神木气田太二段二亚段分流河道单砂体宽度主要在8.8-131.9m之间,太二段一亚段主要在7.1-79.2m之间(表2),单砂体宽度普遍较窄,但与Gibling(2006)的统计结果吻合,也与试采反映的单井控制半径较小(约30-80m)、单井控制储量较小一致。
6沉积相对储层控制作用
沉积相对储层的控制作用主要体现在控制岩石的粒度、成分、结构和沉积构造差异即沉积微相差异上。
换言之,沉积微相决定了储层的分布。
根据167个铸体薄片统计与56井储层解释,结合单井沉积微相划分,发现太原组储层主要发育在太二段分流河道砂体中,远砂坝、席状砂、灰坪微相储层均不发育。
并且在分流河道砂岩中,粒度越粗,物性越好(图10),储层基本均为中、粗砂岩。
图9太原组沉积相平面图
Fig.9SedimentaryfaceisplanfortheTaiyuanFormation
表2三角洲平原分流河道砂体宽度预测表
Table2TableofwidthpredictionfordeltaicdistributarychannelsandstonesfromtheTaiyuanFormation
层位
厚度(m)
宽度(m)
最小
最大
主要范围
太二段一亚段
1
17
1.3-7.0
4.9
281.7
7.1-79.2
太二段二亚段
18.4
1.5-10.0
315.4
8.8-131.9
图10分流河道砂岩粒度中值与渗透率相关图(67个样品)
Fig.10MediumValueofgrainsizeversuspermeabilitycrossplotfordeltaicdistributarysandstonesfromtheTaiyuanFormation(67samples)
7结论
(1)太原组为碎屑岩与碳酸盐岩互层沉积,发育三种碎屑岩型、灰岩型和互层型三种地层组合,以互层型最常见。
(2)太原组砂岩碎屑颗粒具有粒度粗、成分成熟度好-中等,结构成熟度中等特征;
砂岩大型交错层理发育,岩石相类型丰富,测井相类型多样,发育正、反两种粒序,反映了强水动力条件下沉积特征。
灰岩具有低能环境下原地堆积特点,颗粒以保存较完整的生屑为主,粒径较细,灰泥支撑,块状构造和水平层理发育。
(3)太原组地层颜色、粒度、成分、结构、沉积构造、岩石相、测井相、含有物以及沉积序列特征反映其为潮控三角洲与碳酸盐台地沉积,主要发育三角洲平原分流河道、分流间洼地微相,三角洲前缘远砂坝、分流间湾微相,以及碳酸盐灰坪、灰泥坪微相。
(4)太二段以三角洲平原沉积为主,分流河道砂体发育,但砂体宽度较窄(7.1-131.9m),太一段为三角洲前缘与碳酸盐潮坪沉积;
太原组经历了一个沉积水体总体逐渐加深的海侵过程和/或碎屑供应逐渐减少的沉积过程,晚期具有沉积水体振荡性加深→变浅或陆源碎屑供应的周期性不畅特征。
(5)太原组储层为中、粗砂岩,主要受三角洲平原分流河道微相控制,且主要发育在太二段。
注释
张廷山,1961年生,西南石油大学教授,博士生导师。
主要研究生物成油和沉积学。
联系方式:
zts_@.
参考文献
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付金华,魏新善,任军峰.2008.伊陕斜坡上古生界大面积岩性气藏分布与成因.石油勘探与开发,35(6):
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