准噶尔盆地南缘头屯河组中段岩相组合特征及储层沉积类型

准噶尔盆地南缘头屯河组中段岩相组合特征及储层沉积类型

0单井夹层识别侏罗系头屯河群是准噶尔盆地南缘油气勘探的主要储层。储层类型为河流相砂体，但特定的猪河和蜿蜒河仍有一些纠纷。辫状河形成于河载推移质/悬浮质比较大的环境,洪泛间歇性大,沉积以心滩为主。心滩在多次洪泛事件的影响下垂向加积而成,砂体的粒序多呈箱形。单砂层之间的夹层具有分布零散、连续性差、坝头部夹层少、坝中心及尾部夹层规模大的特点,多为细粒的泛滥平原沉积、河道底部滞留泥砾层以及废弃河道充填。单砂体对比时首先应进行单井夹层识别,在连片分布的厚砂层中划分单期河道砂体,从而揭示单砂体间的夹层展布。曲流河形成于河载推移质/悬浮质比较小的环境,河道弯曲、发育边滩(点坝),点坝在凸岸侧向加积,构成向上变细的钟形粒序。点坝内的各个侧积体之间常披覆泥质夹层。单砂体井间对比的关键在于确定侧积层倾角和侧积体宽度。综上所述,辫状河砂体与曲流河砂体在沉积成因、垂向与侧向叠置方式、隔夹层分布规律、单砂体对比方法等方面均存在明显不同,若不能准确认识河流类型,就无法精细刻画储层内部隔夹层分布规律,进而难以解决油田开发过程中的注采矛盾。因此,本文旨在以侏罗系头屯河组中部的露头实测和详细观察描述为基础,通过岩相、岩相组合特征分析以及露头剖面精细解释,厘清其河流类型,探讨相应成因砂体的隔夹层分布规律和单砂体对比方法,为相应地质背景区域的储层内部隔夹层表征和剩余油预测提供定量化的基础资料。1头屯河组j2x研究区位于准噶尔盆地南缘头屯河沿线硫磺沟煤矿附近,距离乌鲁木齐市约为60km。研究区内构造样式比较简单,仅发育头屯河水库向斜、喀拉扎背斜以及3条逆断层(图1),其中头屯河水库向斜的南翼侏罗系头屯河组(J2t)出露完整,其下部与下伏的西山窑组(J2x)呈不整合接触,不整合的形成年代约为距今170Ma;其上与齐古组(J3q)呈整合接触。实测结果表明,硫磺沟附近头屯河组的出露长度约为1.5km,累计地层真厚度约为800m。头屯河组主要为灰黄色含砾砂岩、砂岩与灰绿色泥岩、粉砂质泥岩互层产出,局部可见煤线。灰黄色含砾砂岩在露头上表现出特有的“蜂窝状”特征。头屯河组下部和上部的出露剖面均表现出多套“顶平底凹”的砂体垂向、侧向叠置,宽深比大,砂体中见大型树干(硅化木)等特征,为典型的辫状河沉积特征,与前人的研究结果一致。但是,头屯河组中部的露头剖面具有明显的二元结构特征,未见多期砂体垂向叠置,侧积现象明显,属于曲流河沉积,实测及前人的研究成果均表明古水流方向为北东向。2沉积作用及沉积环境岩相是沉积微相研究的重要基础工作,反映了其形成的水动力条件、搬运方式及沉积作用机理等。通过对准噶尔盆地南缘硫磺沟剖面头屯河组中部露头的岩性、粒度、沉积构造和颜色进行仔细观察,共识别出9种岩相(表1)、4种岩相组合特征。2.1岩相类型(1)砾石层理a滞留砾岩相通常由磨圆较好、分选一般的砾岩组成[图2(a)],砾石最大粒径约为2cm,未见任何沉积构造,整体呈块状层理。滞留砾岩相多分布于大型冲刷面之上[图2(b)],单层厚度通常小于50cm。(2)异心槽型异心槽槽理异心槽状交错层理中粗砂岩相由分选、磨圆良好的中粗砂岩组成,发育大型槽状交错层理,纹层面上含有定向排列的砾石,纹层与层系斜交、下凹不一致[图2(c)],即所谓的异心槽,属于高能水流条件下河道下切、迁移并充填的产物,多发育于曲流河环境。(3)小型网壳结构同心槽状交错层理中砂岩相主要由分选、磨圆良好的中砂岩组成,发育小型槽状交错层理,但纹层面上不含砾石,纹层与层系平行,下凹一致[图2(d)],即所谓的同心槽,属于河道下切并快速充填的产物,多为短暂高能水流条件下的冲沟沉积。(4)纹层下至层系面的砾石下切型板状交错层理中砂岩相由分选、磨圆较好的中砂岩组成,发育大型下切型板状交错层理(即纹层下部与层系界面相切),纹层面和层系面上可见定向排列的砾石[图2(e)],其中纹层面上的砾石扁平面顺纹层倾向倾斜,而层系面上的砾石多呈平卧状。下切型板状交错层理中砂岩相为较高能条件下形成的直脊波痕底形迁移的产物,常构成侧积型点坝的主体。(5)下截型板状交错层理图1下截型板状交错层理中粗砂岩相由分选、磨圆较好的中砂岩组成,发育大型下截型板状交错层理(即纹层下部与层系界面相截),层系面上可见平卧状砾石[图2(f)]。下截型板状交错层理中砂岩相属于单向水流、沙浪底形迁移的产物,常见于垂向加积的砂坝中。(6)细砂岩和中砂岩平行层理中粗砂岩相主要由具有平行层理的中砂岩和细砂岩组成[图2(g)],为水浅流急条件下的产物,属于高流态,常见于河道边部浅滩沙坪环境。(7)织物上织物流水沙纹粉细砂岩相由分选、磨圆极好的粉砂岩或细砂岩组成,发育流水沙纹(又称爬升波纹层理),表现为水流波痕向前迁移并同时向上生长[图2(h)],属于悬浮状态的沉积物在水流不断供给条件下沉积而形成,常发育于河道两侧的漫溢环境。(8)悬浮沉积物的组成水平纹层粉砂岩相主要由纹层状细粒沉积物组成[图2(i)],属于低能、稳定水动力条件下悬浮沉积物卸载而形成的产物,常发育于牛轭湖、洪泛平原等环境。(9)细粒悬浮物质分散性块状泥岩相通常由无纹理泥岩组成,为低能静水条件下,细粒悬浮物质卸载充填或披覆沉积的产物,通常呈透镜状分布于河道内、倾斜薄板状分布于侧积砂体之上或厚层板状覆盖于河道之上。2.2沉积环境判别岩相组合特征可以准确地表示垂向沉积序列,是沉积环境判别的重要手段。根据实际露头的观察结果,准噶尔盆地南缘硫磺沟剖面头屯河组中部发育4种典型的岩相组合类型。(1)改造后的下切型板状交错层理具有明显向上变细的结构特点,底部常发育河道滞留砾岩沉积,但厚度不大,向上过渡为异心槽状交错层理中粗砂岩相(Sht)和下切型板状交错层理中砂岩相(Slp),反映河道迁移并侧向加积。2期下切型板状交错层理中砂岩相之间常发育块状泥岩相(M),为洪泛退却期,披覆沉积于前期侧积砂体之上的薄层侧积泥。最上部发育洪泛期悬浮细粒沉积物卸载而形成的水平纹层粉砂岩相(Fl)或块状泥岩相(M)。垂向上具有典型的二元结构特征,为曲流河的点坝序列[图3(a)]。(2)厚层泥岩人工自然过程底部发育薄层河道滞留沉积和异心槽状交错层理中粗砂岩相(Sht),上部为厚层块状泥岩,为河道废弃、细粒悬浮沉积物充填废弃河道而形成的泥塞[图3(b)]。剖面观察结果显示,此种垂向序列通常分布于河道凹岸一侧。同一剖面上,该垂向序列的总厚度通常与组合类型A相近,但是明显具有泥多砂少特征。(3)错层理与水平层理向上变细的结构不明显,整体以粒度较粗的岩相类型为主,发育特征的下截型板状交错层理中砂岩相(Scp)和水平层理中砂岩相(Sh),前者为垂向加积的产物,多为心滩坝砂体,后者则代表河道沙坪沉积。仅上部存在洪泛期披覆的水平纹层粉砂岩相(Fl)[图3(c)]。组合类型C具有辫状河心滩的沉积特征。(4)中砂岩相和细砂岩相底部见小型冲刷面,发育滞留砾石,其上发育同心槽状交错层理中砂岩相(Sct)和流水沙纹粉细砂岩相(Sr),剖面上多分布于组合类型A或组合类型C的顶部,为小型冲沟沉积。同一剖面上,其垂向厚度明显小于前3种组合类型[图3(d)]。3曲流河内积砂体的水岸结构典型剖面选自头屯河组中部(剖面位置见图1),长约为150m,高约为13m,走向为S—N向,近似垂直于主物源(古水流)方向。地层产状实测结果表明,剖面中地层的倾向约为265°,倾角约为30°。剖面左侧发育岩相组合类型B,底部为河道冲刷及滞留沉积,上部为河道废弃、充填细粒物质而形成的泥塞(图4中E),但因风化剥蚀仅残留部分泥质碎片;剖面右侧发育典型的岩相组合类型A,为曲流河点坝沉积,二元结构明显(图4中F、G、H)。剖面上发育3期侧积体,单期侧积体厚度为3~5m,宽约为90~120m,向南倾斜,倾角约为5°。河道底部冲刷面十分明显,2期侧积体之间发育薄层侧积泥(厚约为50cm),侧积泥同样向南倾斜,倾角约为3°~6°(上部和下部倾角相对较小,中部倾角相对较大)。但是在靠近冲刷面附近,多期侧积砂体相互连通,侧积泥不发育。该剖面沉积时期,曲流河由北向南方向迁移,北侧为凸岸,南侧为凹岸。实际的剖面观察和统计结果显示,虽然准噶尔盆地南缘硫磺沟剖面头屯河组中部发育4种岩相组合类型,但是其分布频率具有明显的区别,其中,组合类型A(典型的曲流河点坝垂向序列)的分布频率最高,组合类型B和组合类型D次之,而组合类型C(具有辫状河心滩的特点)的分布频率最低。由此说明,准噶尔盆地南缘硫磺沟剖面头屯河组中部为曲流河环境,并且曲流河中也局部发育心滩砂坝(图5)。侧积砂体在垂直物源(古水流)方向的剖面上呈叠瓦状侧向叠置,向凹岸或泥塞方向倾斜,倾角通常小于10°,且多期侧积体的倾角变化不大(图5)。侧积体之间发育薄层侧积披覆泥(形成于一次侧积事件结束之后的洪泛期,厚度较小,延伸范围受控于侧积体的大小和底部冲刷作用的强度),侧积泥同样向泥塞(凹岸)方向倾斜,倾角一般小于10°。若将图4剖面上的E、F、G、H假设为单一井点,则侧积泥在GR或SP测井曲线上多表现为低幅锯齿。4侧积泥空间特征随着我国大多数主力产油油田进入高含水开采阶段,注采矛盾日益突出,基于岩性相似性的传统小层对比方法已不能精细刻画储层的内部隔夹层分布规律。曲流河点坝侧积砂体的隔夹层分布规律一直是开发地质领域的研究热点[16,17,18,19,20,21,23,24,25,26],但是,多以现代沉积和密井网区作为研究目标。本文露头研究进一步表明,侧积砂体具有独特的内部隔夹层分布规律和砂体叠置关系。因此,本文以实测露头剖面为依托,进一步探讨侧积砂体的对比方法。根据实际露头剖面对比情况(图4)和空间分布模式(图5),侧积砂体对比过程中应首先开展单井解释,随后进行井间预测。单井解释:首先根据区域沉积特征、露头情况或岩心资料,确定研究层段的沉积体系类型为曲流河,继而确定其单砂体沉积成因为侧积;随后,利用岩心标定测井曲线,确定侧积泥的测井识别标准;最后,利用适用于研究区的标准对所有井段的侧积泥进行识别,确定夹层数量(图6中Ⅰ)。井间预测:首先将顶部厚层洪泛泥拉平,识别并对比底部冲刷面(图6中Ⅱ);随后,识别泥塞位置,确定侧积泥的倾向(向泥塞方向倾斜),泥塞通常为细粒沉积,GR曲线或SP曲线幅度不大,靠近基线,易于识别;然后,根据露头或经验公式确定侧积泥的倾角及侧积体的宽度,一般而言,侧积泥的倾角小于10°;最后,进行井间侧积泥组合分析(图6中Ⅲ)。此外,若存在开发动态资料,还应开展动态验证,以便于更正空间组合方式。侧积单砂体对比的正确与否直接影响着曲流河点坝储层三维构型模型的建立,继而影响剩余油分布的预测。只有遵循相对合理的方法(单井解释→井间预测→动态验证),才能更为真实地反映曲流河侧积单砂体的空间展布规律。侧积单砂体对比过程中,最为重要并且最容易引起误差的2个参数即侧积泥倾角与侧积体宽度。目前,侧积泥倾角的求取方法通常有3种:(1)岩心识别,通过定向取心资料直接测量侧积泥的倾角,但是因定向取心资料稀缺,实际应用条件有限;(2)利用井间距离小于单一点坝延伸范围的密井网资料识别侧积泥倾角;(3)经验公式,例如利用河道宽深比与侧积泥倾角之间的经验公式[a=32.996exp(-0.0966x)。式中:a为侧积泥倾角;x为河道的宽深比],通过河道的宽深比定量知识库,估算侧积泥的倾角。确定侧积体宽度的方法主要有2种:(1)应用Leeder经验公式计算单一侧积体的宽度(w=115h/tanβ,β为侧积泥倾角);(2)利用水平井的泥质夹层信息确定侧积体宽度。以岩心识别、密井网资料、经验公式以及水平井资料为基础所确定的侧积泥倾角和侧积体宽度虽然具有一定的定量性,但是仍然具有多解性和一定的应用局限性(目前仍未针对曲流河发育的不同地质背景条件建立相应的经验公式)。本文研究采用露头实测的方法,确定头屯河组侧积泥倾角约为3°~6°、侧积体宽度为90~120m,为头屯河组曲流河地下储层的精细构型表征提供了定量化基础数据,有效地解决了相应地质背景条件下侧积单砂体对比过程中2个重要参数的取值问题。5曲流河侧积砂体地质特征(1)通过露头岩相、岩相组合特征分析及剖面精细解释,在准噶尔盆地南缘头屯河组中部共识别出9种岩相,4种典型的岩相组合,组合类型A(Ge→Sht→Slp→M→Slp→Fl)的整体分布频率最高,垂向上具有典型的二元结构特征,剖面上侧积现象明显,为曲流河的点坝序列,证明准噶尔盆地南缘头屯河组中部存