粒度概率曲线特征及岩相组合分析在沉积环境研究中的应用

张婕茹 杨宏飞 韩建斌 李 强 刘文超

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

粒度是碎屑岩颗粒最基本和最主要的结构特征，决定着岩石的性质和类型，碎屑岩的粒度分布也是衡量搬运营力的度量尺度和判别沉积环境及水动力条件的良好标志之一［1］。因此，利用碎屑岩的粒度资料不但能分析最原始的水动力条件、沉积状况，而且还能辅助识别沉积环境和细致划分沉积微相。自Visher提出粒度概率累计曲线可反映“沉积物的粒度分布和搬运方式之间的关系”这种研究思想以来，前人在利用粒度资料分析沉积环境、辅助沉积微相划分方面做过大量的研究工作。袁静［2］等借助粒度资料探索胜利油区新北油田馆上段的沉积特征及沉积模式；杨飞［3］等利用粒度概率累计曲线分析了柴达木盆地北缘马仙地区古近系碎屑岩沉积环境；陈欢庆［4］等利用粒度分析资料分析了砾岩储层沉积环境；刘慧［5］等利用粒度概率曲线分析了塔中HI气田含砾砂岩段的不同沉积微相的粒度参数；袁静［6］等总结了惠民凹陷古近系碎屑岩的主要沉积环境粒度概率累积曲线特征，并建立其与沉积相的关系。本次研究充分借鉴前人的研究经验，通过传统的粒度分析方法，针对本油田测井曲线形态相似，测井相难以识别沉积微相的局限性，在岩心描述的基础上充分利用粒度分析资料中的沉积学信息，辅助该油田沉积环境分析以及沉积微相划分。

锦州油田位于辽东凸起东北段，为依附于辽东1号走滑断裂的半背斜构造，受东西两侧继承性发育的走滑断裂控制。辽东凸起西邻辽中凹陷，东为辽东凹陷，形成了中间高、东西环凹的狭长格局［7］，区域成藏条件十分优越。根据区域沉积体系特征，结合岩心、壁心、铸体薄片、粒度分析等资料综合分析认为，该油田目的层馆陶组属于远源砂质辫状河相沉积［8-10］，物源来自西北方向，储层发育，砂岩含量平均值为60%，最大可达84%。储层以大套砂岩为特征，但垂向上岩性、粒度变化明显，对应的自然伽马、自然电位曲线多呈光滑箱型特征，难以根据测井相识别沉积微相。本油田有3口井（3井、6井、N-1井）在馆陶组进行了系统取心，总心长21.53 m，同时在馆陶组主要储层段取壁心275颗。丰富的岩心、壁心资料为储层岩性及特征分析提供了物质基础。

根据岩心、壁心、录井资料以及铸体薄片观察发现，馆陶组岩性可见灰褐色砂砾岩、含砾砂岩、中—粗砂岩、细砂岩以及绿灰色粉砂岩，其中主要为中—粗砂岩（图1）。3井取心段963～966 m发育完整辫状河河道沉积：底部发育灰褐色块状层理砂砾岩相的滞留沉积，中下部发育交错层理中—粗砂岩相的心滩下部沉积，中上部发育平行层理细砂岩相的心滩上部沉积，顶部发育粉砂岩相的河漫滩沉积。以该段岩心为标准建立岩相、微相与粒度概率累积曲线之间的联系。通过特征总结可知，不同微相的粒度概率累积曲线明显落在不同的区域，并且在斜率（跳跃总体、悬浮总体曲线的斜率简称为高跳跃、高悬浮和低跳跃、低悬浮）、分截点、粒度分布范围上也存在明显差异，根据这些差异将粒度概率累积曲线分为3种类型（图1），并利用油田范围内馆陶组243样次岩心粒度概率累积曲线进行校正，得到如下3个图版（图2）。

图1 3井963～966 m取心段微相与粒度概率累积曲线关系图

图2 锦州油田粒度概率累积曲线图版图

该粒度概率累积曲线特征是跳跃和悬浮总体之间存在明显过渡带的两段式，缺乏或很少出现滚动总体（图2a），跳跃总体含量低（小于20%），粒度较细（0.1～0.5 mm），分选好。悬浮总体和过渡总体含量高（大于40%），粒度细，整体小于0.1 mm，分选较好，悬浮与跳跃总体交截点粒度为0.06～0.1 mm，发育平行层理，排除双向水流的可能性，整体反映了稳定的高能水动力特征，从而形成河道下游的边滩和河漫滩细粒沉积。

该粒度概率累积曲线为斜率大于60°的河流相两段式（图2b），缺乏滚动总体，表现为典型河流沉积特征，跳跃总体含量较低，为30%～40%，粒度较粗（0.25～1.0 mm），分选较好。悬浮总体含量较高，为60%～70%，粒度较细，整体小于0.5 mm，分选较好，悬浮与跳跃总体交截点粒度为0.25～0.5 mm，发育块状构造及交错层理，反映了辫状河心滩随水动力变化不断迁移和随河床摆动的特征，成分复杂。

该粒度概率累积曲线为斜率小于60°的河流相两段式（图2c），出现类似于浊流沉积的特征，粒度极粗，分选差。其中跳跃总体含量高（60%～80%），粒度粗（0.5～2.0 mm），分选极差。悬浮总体含量低（20%～40%），颗粒粗，粒径为0.5～1 mm范围内的颗粒以悬浮搬运状态出现，分选差，悬浮与跳跃总体交截点粒度为0.5～1.0 mm，可见冲刷面，反映高能水动力环境、稳定性较差的河床滞留粗粒沉积。

通过对取心段进行详细观察，锦州油田馆陶组辫状河主要发育5种岩相，包括灰褐色砂砾岩相、灰褐色含砾中—粗砂岩相、灰褐色中—粗砂岩相、灰色细砂岩相以及绿灰色粉砂岩相。灰褐色砂砾岩相、灰褐色含砾中—粗砂岩相主要发育在储层下部，发育块状层理，底部多具有冲刷构造，偶见泥砾，代表了水动力强、物源充足条件下快速卸载的沉积环境。灰褐色中—粗砂岩相发育在储层中上部，主要为交错层理，局部见块状层理，厚度较大，为主要储层，反映水动力较强且趋于平稳，沉积卸载均衡，沉积时间较长的特征。灰色细砂岩相发育在储层上部，多发育小型交错层理、平行层理，代表洪水期后水动力平稳、总体上为水浅流急的动力条件、细砂岩以加积作用为主的心滩上部沉积。绿灰色粉砂岩相主要发育在储层顶部，多发育波状、水平层理，见碳屑，属于溢岸沉积类型。不同岩相代表不同的沉积条件，其中具有成因联系的岩石相类型组合在一起形成一定的相序特征，能反映特定的沉积微相环境。根据研究发现，油田岩相组合类型主要有3类（图3），主要包括：①Ⅰ类，灰褐色块状层理砂砾岩相、含砾中—粗砂岩相+灰褐色交错层理中—粗砂岩相+小型交错、平行层理细砂岩相+水平、波状层理粉砂岩相。此类组合构成了完整的辫状河河道沉积序列。该序列底部反映了水动力强、物源充足条件下快速卸载的河床滞留砂砾岩、含砾砂岩（图4a、4b），属于高能河道沉积；中下部中—粗砂岩反映水动力较强且趋于平稳，沉积卸载均衡、沉积时间较长，属于心滩沉积（图4c、4d）；中上部平行层理细砂岩反映水动力平稳，总体上为水浅流急的动力条件，细砂岩以加积作用为主的心滩上部沉积（图4e）；顶部粉砂岩为弱水动力条件下的沉积，多属于河漫沉积类型（图4f）。②Ⅱ类，灰褐色块状层理砂砾岩相、含砾中—粗砂岩相+灰褐色交错层理中—粗砂岩相。此类组合与Ⅰ类中下部岩相组合特征相似，均为高能河道沉积特征。Ⅱ类组合在纵向上多表现为多期叠置特征，代表频繁并具有一定持续性的强水动力沉积条件。③Ⅲ类，灰褐色交错层理中—粗砂岩相+小型交错、平行层理细砂岩相+水平、波状层理粉砂岩相。此类组合与Ⅰ类中上部岩相组合特征相似，河道能量大大降低。Ⅲ类组合在纵向上多表现为单期特征，代表水动力条件趋于平稳、沉积卸载均衡的较强水动力沉积条件。

图3 锦州油田馆陶组岩相组合类型图版图

图4 锦州油田馆陶组沉积相显微鉴别特征图版图

基于上述粒度研究、岩相特征及沉积条件分析，将研究区范围内馆陶组辫状河划分为河床滞留、心滩以及河漫3种沉积微相类型，同时结合研究区主要岩相组合类型特征，将辫状河河道划分为高能河道与低能河道环境，即微相类型包括：河床滞留（高能河道环境）、心滩（高能河道环境与低能河道环境两类）以及河漫（溢岸环境）。由此可见，大套砂岩储层的岩相是多样的、岩相组合是千变万化的。针对研究区内取心资料有限、测井曲线存在局限性的现状，有必要借助其他手段开展单井储层段沉积微相识别。对岩相、沉积微相类型进行深入研究后发现，滞留沉积的砂砾岩及含砾砂岩、心滩沉积的中—粗砂岩、细砂岩以及溢岸沉积的粉砂岩粒度和分选特征差异明显。正如引言“碎屑岩的粒度分布是衡量搬运营力的度量尺度和判别沉积环境及水动力条件的良好标志之一”所述，本次将粒度分析资料作为沉积环境及微相分析的辅助手段。

根据上述研究成果选取1井978～994 m井段为实例开展沉积环境及微相分析。根据录井资料分析表明，该段砂体主要为粗砂岩，测井曲线表现为箱型特征，初步判断该砂体应为心滩沉积，但是辫状河河道沉积环境无从知晓。目前该井段分别在988.9 m（A）、990.8 m（B）和993.1 m（C）获得壁心资料，由壁心资料可知A为中细砂岩、B为粗砂岩、C为含砾中砂岩，且壁心均有粒度概率累积曲线分析资料，分别将A、B、C粒度概率累积曲线投影到上述3种类型图版上（图5），通过图5分析可知，A、B属于高跳跃高悬浮两段式类型，属于心滩沉积，而C属于低跳跃低悬浮两段式类型，属于辫状河河床滞留沉积。同时，根据自然伽马曲线的细微变化结合岩相研究成果认为，砂体下部为Ⅱ类岩相组合，发育河床滞留与心滩微相组合，属于高能河道环境；砂体中上部为Ⅲ类岩相组合，发育心滩与河漫微相组合，属于低能河道环境。综合分析其沉积过程可知：下部为洪水期水动力强、物源充足条件下砂体快速卸载沉积；中上部为该洪水期后期，水体还未稳定与又一期洪水来袭期，水动力较前一期洪水期弱，水体慢慢趋于稳定的中—粗砂岩、粉砂岩沉积。

图5 1井978～994 m砂体沉积环境及微相识别图版图

1）考虑测井及取心资料的局限性，在岩心研究的基础上充分利用粒度分析资料，将研究区粒度概率累积曲线划分为一跳一悬夹过渡式、高跳跃高悬浮两段式、低跳跃低悬浮两段式3种类型，并建立其与岩相、沉积微相的关系，用以辅助沉积环境及微相识别，应用效果较好。

2）根据岩心、壁心、铸体薄片、录井等资料将研究区馆陶组辫状河沉积划分为5种岩相及3种岩相组合。根据粒度特征、岩相组合特征及沉积环境分析，将研究区馆陶组辫状河微相划分为高能河道环境的河床滞留沉积、心滩沉积，低能河道环境的心滩沉积以及溢岸环境的河漫沉积。

3）利用粒度概率累积曲线与岩相、沉积微相的关系对该区馆陶组砂岩沉积环境及微相进行研究具有一定的借鉴意义，但此方法不应脱离岩心、壁心以及测井曲线资料的支持。

天然气技术与经济2018年4期