鄂爾多斯盆地子洲—佳縣地區(qū)山西組測井相研究

鄭慶華，劉行軍，王自亮

(1.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司 長慶事業(yè)部，陜西 西安 710201)

鄂爾多斯盆地榆林氣田上古生界二疊系天然氣藏主要分布在山西組山2段。近些年來榆林氣田加大了對其東南部子洲—佳縣地區(qū)山西組的勘探開發(fā)力度，但其沉積相劃分存在爭議。陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)廳、葉黎明[1-2]等認(rèn)為研究區(qū)山西組沉積相為近海沼澤相，上部有向河流相過渡的趨勢；朱紅濤[3]等認(rèn)為研究區(qū)山西組為河流相；還有一些學(xué)者認(rèn)為該區(qū)山西組主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積相[4-5]。本文在對子洲—佳縣地區(qū)30余口天然氣探井與開發(fā)井山西組測井響應(yīng)特征研究基礎(chǔ)之上，與錄井地質(zhì)資料相結(jié)合，研究了該區(qū)山西組的巖相和沉積相電性特征，結(jié)果表明榆林地區(qū)子洲—佳縣山西組的山2段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積相，其中最為發(fā)育的是辮狀河三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相；曲流河沉積相主要發(fā)育在山西組的山1段。通過對該區(qū)山西組測井相特征的研究，有助于進(jìn)一步尋找有利于天然氣儲(chǔ)集的砂體。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地為東緩西陡的不對稱箕狀向斜，其總體構(gòu)造呈南北走向，可根據(jù)基底性質(zhì)、地質(zhì)演化歷史和現(xiàn)今構(gòu)造特征劃分為六個(gè)一級構(gòu)造單元(渭北隆起、伊盟隆起、天環(huán)拗陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶和西緣逆沖帶)。研究區(qū)位于伊陜斜坡東北部，總面積約6 630 km2(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖及研究區(qū)地理位置

晚石炭世晚期—早二疊世早期鄂爾多斯盆地基底抬升，在太原組灰?guī)r之上沉積了山西組的地層，其上界為石盒子組底部灰綠色長石石英砂巖的底面，山西組厚度一般為80～120 m。巖性主要為淺灰色、灰色、灰白色、灰黑色含礫粗砂巖、粗砂巖、中—細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖、細(xì)礫巖以及灰色、灰黑色泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥巖、黑色煤層。

2 巖相分析

巖相是根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)特征劃分出的幾組巖石類型，是沉積盆地中各種沉積微相組成的基本單元[6-7]。不同的沉積微相通常由幾種不同的巖相組成，不同類型的巖相具有不同地球物理特征。因此，可以通過地層的測井響應(yīng)特征來判斷不同的巖相[8]，進(jìn)而為未取心的井區(qū)提供劃分巖性的依據(jù)，還有助于對地層沉積微相做進(jìn)一步分析。

14口取心井的錄井地質(zhì)資料表明，研究區(qū)山西組主要由細(xì)礫巖相、粗—含礫粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相、泥質(zhì)砂巖相、泥巖相以及煤層組成。對研究區(qū)98個(gè)層點(diǎn)巖相的電性特征值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)合取心的結(jié)果來進(jìn)一步的探討各種巖相的測井響應(yīng)特征，并做了深側(cè)向視電阻率與自然伽馬、深側(cè)向視電阻率與補(bǔ)償中子、深側(cè)向視電阻率與聲波時(shí)差的交會(huì)圖(圖2)。

圖2 測井?dāng)?shù)據(jù)交會(huì)圖

2.1 細(xì)礫巖相

細(xì)礫巖相中石英成份占70～75%，巖屑占15～20%，其它礦物約占10%，顆粒呈半棱角—次圓狀，分選差，泥質(zhì)—鈣質(zhì)膠結(jié)，較致密，礫徑約2～3 mm。在測井曲線上自然伽馬值一般為51～59 API，聲波時(shí)差值195～230 μs/m，補(bǔ)償中子值6～8 %，深側(cè)向視電阻率值205～360 Ω·m。

2.2 粗—含礫粗砂巖相

粗—含礫粗砂巖相中石英成份占85～90 %，巖屑占5～10 %，其它礦物約占5 %，顆粒半棱角狀—次圓狀，分選差—中等，泥質(zhì)膠結(jié)，較致密。所含礫石主要為石英礫，礫徑2～4 mm。在測井曲線上自然伽馬值一般為43～83 API，最低可到33 API，聲波時(shí)差值193～226 μs/m，補(bǔ)償中子值6～11 %，最低可到1 %，有較大范圍的深側(cè)向視電阻率值變化，一般為47～820 Ω·m，低深側(cè)向視電阻率值主要是由于該巖相中含有一定量的地層水和相對較多的泥質(zhì)，含氣或相對致密的粗—含礫粗砂巖相深側(cè)向視電阻率值明顯升高。

2.3 中—細(xì)砂巖相

中—細(xì)砂巖相中石英成份占70～80 %，巖屑占15～20 %，其它礦物約占5 %，顆粒半棱角—次圓狀，分選中等，泥質(zhì)—鈣質(zhì)膠結(jié)，較致密。在測井曲線上自然伽馬值一般為55～102 API，自然伽馬值在有些地層段較高主要是因?yàn)檫@些層段細(xì)粒泥質(zhì)物含量相對較多引起的，聲波時(shí)差值為192～228 μs/m，補(bǔ)償中子值為7～17 %，深側(cè)向視電阻率值變化范圍較大，一般為81～451 Ω·m。

2.4 泥質(zhì)砂巖相

泥質(zhì)砂巖相成分以石英為主，巖屑次之，泥質(zhì)含量高且分布不均勻，呈條帶狀分布泥質(zhì)膠結(jié)，致密。在測井曲線上自然伽馬值一般為81～130 API，聲波時(shí)差值為194～232 μs/m，補(bǔ)償中子值為14～31 %，深側(cè)向視電阻率值一般為61～180 Ω·m。

2.5 泥巖相

泥巖相主要為泥質(zhì)沉積物，質(zhì)地純，較硬。在測井曲線上自然伽馬值一般為101～160 API，聲波時(shí)差值為202～250 μs/m，補(bǔ)償中子值為19～32 %，深側(cè)向視電阻率值一般為51～132 Ω·m。

2.6 煤層

煤層的主要特征是質(zhì)輕，性脆，易燃易污手，碳化程度高。在測井曲線上自然伽馬值一般為51～68 API，聲波時(shí)差值大于400 μs/m，補(bǔ)償中子值大于40 %，深側(cè)向視電阻率值一般從幾百到上千Ω·m。

山西組巖相的電性特征以及測井參數(shù)交會(huì)圖的研究表明，從細(xì)礫巖、粗—含礫粗砂巖到泥巖相，自然伽馬值有明顯的增大，深側(cè)向視電阻率值有明顯的減小。因此，深側(cè)向視電阻率與自然伽馬交匯圖能較好的區(qū)分出山西組的不同巖相。粗—含礫粗砂巖相以及中—細(xì)砂巖相深側(cè)向視電阻率值變化范圍比較大，主要是由于這些巖相中泥質(zhì)含量、流體性質(zhì)以及顆粒結(jié)構(gòu)不同引起的。

3 測井相分析

由細(xì)礫巖相、粗—含礫粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相、泥質(zhì)砂巖相、泥巖相、煤層在縱、橫向上的組合構(gòu)成了山西組不同的沉積微相。不同巖相的電性特征不同，因此不同的沉積微相具有不同的測井相特征[9]。本文主要是利用GR、SP、RLLD曲線的幅度、形態(tài)、頂?shù)捉佑|關(guān)系、光滑程度對山西組的沉積相進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)山西組的山2段主要為辮狀河三角洲沉積相(以辮狀河三角洲平原亞相和前緣亞相為主)，山1段主要為曲流河沉積相。

3.1 辮狀河三角洲沉積相

(1)辮狀河三角洲平原亞相

辮狀河三角洲平原亞相是辮狀河三角洲沉積的水上部分。研究區(qū)辮狀河三角洲平原亞相主要由辮狀河道沉積、辮狀河道間沉積、心灘微相組成(如圖3，4，5)。

①辮狀河道沉積

研究區(qū)該微相沉積最為發(fā)育，其底部常發(fā)育河底滯留沉積，正粒序特征明顯，發(fā)育沖刷面。該微相以粗—含礫粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相為主，可見細(xì)礫巖相。自然伽馬曲線以齒化的箱形、鐘形為主，低值。自然電位曲線形態(tài)與自然伽馬曲線相似，負(fù)異常幅度較大。深側(cè)向視電阻率曲線幅度較低時(shí)為含水層或含氣水層，曲線幅度中高時(shí)含氣或巖性較為致密。

②辮狀河道間沉積

辮狀河道間沉積主要由河漫沉積和沼澤煤層組成，以泥質(zhì)砂巖相、泥巖相為主，少量為細(xì)砂巖相。自然伽馬曲線在泥巖段為高值的齒形，其值在泥質(zhì)砂巖段有所降低，而煤層段最低。自然電位曲線在泥巖段為低幅度，泥質(zhì)砂巖段幅度上升。深側(cè)向視電阻率曲線在泥質(zhì)砂巖、泥巖段為較低值的齒形，而煤層段其值最高。

③心灘

圖3 榆3A井山西組辮狀河三角洲沉積層序圖

圖4 榆6C井山西組辮狀河三角洲沉積層序

圖5 榆7B井山西組辮狀河三角洲沉積層序

心灘底部通常發(fā)育有河底滯留沉積，向上粒度明顯細(xì)，主要由粗—含礫粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相、泥質(zhì)砂巖相構(gòu)成，可見有少量的細(xì)礫巖相和泥巖相。在垂向上，由于心灘易側(cè)向遷移以及水流陣發(fā)性作用導(dǎo)致其可形成多個(gè)正粒序的疊加，層間無或具有較薄的細(xì)粒夾層。自然伽馬在心灘底部為低值，向上明顯增加，曲線呈齒化的箱形—鐘型、鐘形、塔形，在心灘內(nèi)部的一個(gè)旋回中，底部呈突變，到上部為漸變。自然電位曲線在心灘的下部負(fù)異常幅度大，整個(gè)曲線的形態(tài)與自然伽馬曲線相似。在粗—含礫粗砂巖段、中—細(xì)砂巖段中深側(cè)向視電阻率值變化范圍較大，含水層或含氣水層曲線幅度較低，含氣或較為致密巖性曲線幅度中高，在泥質(zhì)砂巖、泥巖為較低值的微齒—齒形。

(2)辮狀河三角洲前緣亞相

辮狀河三角洲前緣亞相發(fā)育于湖水面至波基面之間，研究區(qū)辮狀河三角洲前緣亞相可分為水下分流河道、水下分流河道間、河口壩沉積微相(如圖3，4，5)。

①水下分流河道

辮狀河三角洲平原亞相辮狀河道的水下延伸就是水下分流河道，主要由粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相構(gòu)成，沉積物分選較好，具下粗上細(xì)的正粒序。自然伽馬中—低值，曲線呈齒化的箱形、鐘形。自然電位曲線有較大幅度的負(fù)異常，形態(tài)與自然伽馬曲線相似。深側(cè)向視電阻率曲線數(shù)值變化范圍較大，呈中—高幅度。

②水下分流河道間

砂質(zhì)泥巖相及泥巖相主要組成了水下分流河道間沉積。自然伽馬曲線為高值的齒化箱形、鐘形，自然電位曲線呈低幅度，深側(cè)向視電阻率曲線為較低值的微齒—齒化箱形和鐘形。

③河口壩

河口壩位于水下分流河道入湖的河口處，在湖水的沖刷和分選作用下，使泥質(zhì)沉積物被帶走，砂質(zhì)的沉積物保存下來，河口砂壩的一個(gè)顯著特征就是有明顯的下細(xì)上粗的層序。研究區(qū)河口壩主要由粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相組成。自然伽馬在河口壩砂體上部為低值，向下明顯增加，曲線呈齒化—微齒的漏斗形，曲線頂部與上覆層位呈突變接觸。自然電位曲線在河口壩砂體上部負(fù)異常幅度大，整個(gè)曲線的形態(tài)與自然伽馬曲線相似。深側(cè)向視電阻率曲線數(shù)值變化范圍較大，含水層或含氣水層曲線幅度較低，含氣或較為致密巖性曲線中高幅度。

3.2 曲流河沉積相

曲流河沉積一般發(fā)育盆地基底穩(wěn)定時(shí)期，一個(gè)曲流河沉積旋回往往具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。曲流河道亞相、堤岸亞相、河漫亞相在研究區(qū)主要組成了曲流河沉積。堤岸亞相進(jìn)一步可分為天然堤和決口扇沉積，河漫亞相主要由泛濫平原組成。曲流河道亞相是二元結(jié)構(gòu)的下部層序，堤岸亞相、河漫亞相組成了二元結(jié)構(gòu)的上部層序(圖6)。

圖6 榆6D井山西組曲流河沉積層序

(1)曲流河道亞相

粗—含礫粗砂巖相、中—細(xì)砂巖相主要構(gòu)成了曲流河道沉積，形成下粗上細(xì)的正粒序。自然伽馬曲線為齒化低值的箱形、鐘形。自然電位曲線負(fù)異常幅度較大。深側(cè)向視電阻率曲線幅度較低時(shí)為含水層，中高時(shí)反映巖性較為致密。

(2)堤岸亞相

天然堤沉積主要由泥質(zhì)砂巖相、泥巖相組成，發(fā)育在曲流河道上部，厚度一般在幾十厘米到幾米不等。自然伽馬曲線為中—高值的指狀，深側(cè)向視電阻率曲線值較低。

決口扇沉積主要為泥質(zhì)砂巖相、砂質(zhì)泥巖相、泥巖相組成。自然伽馬曲線為幾個(gè)薄互層、幅度不同的指狀，中—高值。深側(cè)向視電阻率值比泛濫平原沉積層段要高。

(3)河漫亞相

河漫亞相主要為泥巖相、砂質(zhì)泥巖相組成，厚度較大，其內(nèi)可見舌狀薄層的決口扇沉積物。泛濫平原沉積自然伽馬曲線為高值、齒化的箱形。自然電位曲線呈低幅度。深側(cè)向視電阻率曲線為較低值、微齒—齒化的箱形。

結(jié)合測井相特征與錄井地質(zhì)資料可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)辮狀河三角洲沉積相主要發(fā)育在山西組下部山2段，以辮狀河三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相最為發(fā)育；曲流河沉積相主要發(fā)育在山西組的山1段。在山2 段的上部地層中通常發(fā)育有三角洲前緣的河口壩沉積(圖3，4)。辮狀河三角洲沉積一般發(fā)育在盆地基底構(gòu)造活動(dòng)較為明顯的時(shí)期，而曲流河沉積一般發(fā)育盆地基底穩(wěn)定時(shí)期[10]，這表明從山西組沉積初期到后期，盆地基底的古構(gòu)造活動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定。辮狀河三角洲前緣河口壩沉積在山2段上部的出現(xiàn)表明，在山2段沉積末期，研究區(qū)有一次明顯的湖平面上升。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)山西組不同的巖相有不同的測井響應(yīng)特征，深側(cè)向視電阻率與自然伽馬交匯圖能較好的區(qū)分出山西組的不同巖相，可以進(jìn)一步為未取心的井區(qū)提供劃分巖性的依據(jù)，而且有助于進(jìn)一步分析該區(qū)的沉積微相。

(2)結(jié)合測井相特征與錄井地質(zhì)資料可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)辮狀河三角洲沉積相主要發(fā)育在山西組的山2段，以辮狀河三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相最為發(fā)育；曲流河沉積相主要發(fā)育在山西組的山1段。

(3)研究區(qū)山西組的沉積相在縱向上的分布及組合表明，從山西組沉積初期到后期，盆地基底的古構(gòu)造活動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定，在山2段沉積末期，研究區(qū)有一次明顯的湖平面上升。