柴達木盆地扎哈泉地區濱淺湖單一壩特征
——以X井區下油砂山組Ⅳ-27+28小層為例

許瑪麗， 何幼斌， 胡光明,2， 李積永， 李漢陽， 胡晨鈺， 李 軍

( 1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 3. 中國石油青海油田分公司 勘探開發研究院，甘肅 敦煌 736202 )

0 引言

扎哈泉地區位于柴達木盆地西部最富油區域，其中的新近系上新統下油砂山組(N21)為研究區勘探開發的主要含油氣層段。該油氣層段重要儲層的砂體展布規律認識不清，注水見效差，油氣產量低。扎哈泉地區下油砂山組發育濱淺湖相[1-2]，砂壩是重要的油氣儲集體，研究砂壩儲層特征具有重要意義。人們研究濱淺湖砂壩的分類、成因、沉積模式、構型模式和分布模式等，如根據灘壩成分，朱筱敏等將其分為砂質灘壩和生物碎屑灘壩[3]；朱筱敏等[3]、KOMAR P D[4]、姜在興[5]、鄧宏文等[6]、馬立祥等[7]、李國斌等[8]認為，濱淺湖砂壩成因受物源、水動力、海平面變化和氣候等因素控制，沉積模式呈多樣化；商曉飛等認為，砂質灘壩儲集層構型模式可分為側向遷移型、垂向疊加型和孤立型[9]；基于沉積物供給和海平面變化，李維祿將砂壩劃分為進積、退積、加積等分布模式[10]。關于濱淺湖砂壩儲層內部構型單元的精細劃分和幾何參數的半定量，以及各參數間相關關系的研究較少，缺乏對濱淺湖砂壩精細儲層單元規模、形態、幾何特征和展布特征等的認識。

以柴達木盆地扎哈泉地區X井區上新統下油砂山組(N21)Ⅳ油層組濱淺湖砂壩為研究對象，筆者采用沉積學、測井地質學和構型層次界面分級方法，劃分研究區濱淺湖砂壩構型單元層次界面；采用巖心識別、底部等高、測井曲線相似、油水分布關系等單一壩識別方法，分析單一壩各項幾何參數間的相關關系，明確單一壩展布特征，為研究區儲層評價、儲層建模和開發方案調整提供地質依據。

1 區域地質背景

柴達木盆地西南部由扎哈泉斜坡、躍進斜坡、躍東斜坡、扎哈泉凹陷和烏南斜坡等三級構造單元構成[11]。X井區位于扎哈泉斜坡、扎哈泉凹陷和烏南斜坡之間，為近東西向的鼻狀背斜，面積約為27.7×104km2(見圖1)。

圖1 扎哈泉地區上新統下油砂山組Ⅳ油層組構造分區Fig.1 Tectonic division of Ⅳ reservoir group of Pliocen Lower Youshashan Formation in Zhahaquan Area

扎哈泉地區自上漸新統E31沉積時期開始發育湖相，到上新統N21沉積時期湖盆逐漸向東北遷移，湖岸線和西部的鐵木里克物源逐漸向東、向北推進，形成三角洲和濱淺湖砂壩[12-14]。濱淺湖沉積常呈反粒序，上部一般為白色、灰白色細砂巖和粉細砂巖，下部為褐色或灰色泥巖[15]。X井區在N21沉積時期位于濱淺湖區，砂壩發育，其中的Ⅳ油層組砂體平均厚度約為130.0 m，其中的27+28小層平均厚度約為9.0 m，為主力油層。

2 砂壩分級和單一壩識別

研究區砂壩厚度薄、層數多，受小層內部不同期次單一壩間非滲透性夾層的影響，在油氣開發中，以小層為單位的沉積微相及砂體展布結果難以滿足加密井部署和注采井調整的要求，需要研究單一壩級別的砂體展布特征。

2.1 砂壩分級

參考河流相儲層構型分級法，對濱淺湖砂壩的儲層按照規模、旋回、層次界面等進行構型分級[16-17]。根據三級層序下油砂山組Ⅳ段和儲層旋回特征[18]，將研究區有儲集層意義的砂壩分為3～5級(見圖2)。其中，5級構型單元為復合壩，由多個單一壩和壩間夾層疊置而成，相當于小層級別；4級構型單元為單一壩，由多個壩內增生體和壩內夾層構成，相當于單砂層級別。研究區4級構型單元(單一壩)是單井剖面上能夠識別、連井剖面上可對比的最小構型單元，也是重點研究對象。研究區目的層單一壩厚度一般在0.8～2.2 m之間，垂向上，單一壩間通常有非滲透性的泥質夾層，為一個相對獨立的連通體。壩內增生體與壩內夾層為3級構型單元。

2.2 單一壩識別

根據單一壩分級方法，結合巖心資料反映的信息提煉砂壩的典型特征，利用測井、構造、動態數據等資料對研究區單一壩進行識別。

2.2.1 巖心識別法

濱淺湖亞相砂壩以中細砂巖為主，分選好，常發育浪成交錯層理、脈狀層理、平行層理，測井曲線組合多呈齒化鐘型或箱型[19]。研究區單一壩砂體顏色主要以灰、灰白和褐色為主，巖性以細砂巖、粉砂巖為主，偶見中砂巖和泥巖，常見平行層理、交錯層理和脈狀層理(見圖3)。當砂體中泥質體積分數小于10%時，測井曲線GR和SP呈光滑狀或微齒化，且變化趨勢高度一致，GR為50～80 API，SP相對泥巖極限負偏差約為30 mV，具有此類特征的單一壩為壩中；當泥質體積分數為10%～40%時，測井曲線GR呈齒化，SP呈光滑狀或齒化，且變化趨勢具有一致性，GR為90～100 API，SP相對泥巖極限負偏差約為15 mV，具有此類特征的單一壩為壩緣。垂向上，壩中和壩緣的GR和SP曲線呈三種基本形態，即箱型、鐘型和漏斗型，三種基本形態可以自由組合為復合型。

圖2 Ⅳ-27+28小層砂壩構型分級Fig.2 Architecture hierarchical analysis of bar sand bodies in Ⅳ-27+28 single layer

2.2.2 底部等高法

下油砂山組沉積時期，研究區地勢總體較平緩，濱淺湖砂壩具有底平頂凸的特征[5,20]。在連井剖面上，可采用底部等高的原則識別同一單一壩，不同高程差的砂體不能劃分為同一單一壩(見圖4，剖面位置見圖5中AA′)。

2.2.3 測井曲線相似法

同一單一壩的測井曲線相似，測井曲線可以反映沉積時期的水動力環境。同一沉積時期，沉積環境穩定，水體環境變化不大，沉積的砂體變化也不大，測井曲線相似。如連井剖面上多條測井曲線的變化幅度和趨勢、光滑程度、儲層厚度等特征相似，則可能為同一單一壩；如果測井曲線差異較大，則不為同一單一壩(見圖4)。

圖3 X井區典型沉積構造Fig.3 Typical sedimentary structures in X well area

圖4 研究區東西向底部等高且測井曲線形態相似的單一壩剖面Fig.4 A single bar section with equal elevation and similar logging curve shape at the bottom of the east-west direction in the study area

圖5 X井區Ⅳ-27+28-5單砂層動態資料井間見效

2.2.4 油水分布關系識別法

根據油水分布關系，可以判斷是否為同一單一壩。在同一單一壩中，如果沒有物性變化，則不存在從油層直接到水層的單一壩；當同一單一壩中油層與水層之間物性變差，如果儲層非均質性影響較大時，則可能由水層到油層過度而形成油水同層(見圖6，剖面位置見圖5中BB′)。

圖6 研究區南北向單一壩間油水分布關系剖面Fig.6 Oil-water distribution relation section between single bar in north-south direction in the study area

商曉飛等認為，同一單一壩有相同數量的壩內夾層[9]。當壩內夾層厚度和規模小時，連續性差，容易尖滅，在巖心和露頭上可識別，在薄儲層條件下的測井曲線上很難被識別。因此，可將具有大致相當個數的壩內夾層視為同一單一壩，但不能將壩內夾層個數作為識別同一單一壩的可靠證據。

3 單一壩特征

3.1 平面展布

研究區目的層砂體厚度薄、層數多。根據研究區測井資料豐富的井(約260口)做近東西向24條和近南北向25條連井剖面，在同一水動力條件下形成的單一壩在連井剖面上高度基本一致。結合4種單一壩識別方法，將研究區Ⅳ-27+28小層從下到上分為6個期次單一壩，依次為Ⅳ-27+28-1、Ⅳ-27+28-2、Ⅳ-27+28-3、Ⅳ-27+28-4、Ⅳ-27+28-5和Ⅳ-27+28-6。將同一期次的單一壩投點到平面圖上。在連井剖面上，對比每一口井與周圍8口井測井曲線特征是否相似，確定井間是否連通為同一單一壩，做單一壩平面圖。

同一單一壩具有一致的連通體系，注入的水或示蹤劑可以在相互連通的滲透層中運移。利用開發的注水和示蹤劑等動態資料驗證單一壩的連通狀況，對6個期次單一壩平面圖進行修正(見圖5)。

3.2 砂體幾何特征

建立地質數據庫，開展精細儲層研究，利用數據得到定量或半定量的經驗公式，表示地下儲層展布特征[21]。識別單一壩后，在剖面上統計各期次單一壩厚度，在平面上統計單一壩長軸方向、面積、長度和寬度等幾何特征參數。根據幾何特征參數，總結研究區單一壩的幾何特征，不同沉積微相具有不同的砂體幾何學特征[22]。

圖7 Ⅳ-27+28小層單一壩展布方向玫瑰花圖Fig.7 Rose diagram of distribution direction of single bar in Ⅳ-27+28 single layer

統計下油砂山組Ⅳ-27+28小層6個期次的單一壩個數、控制井口數、方向、平均面積、厚度、長度，以及平均長寬比、平均寬厚比參數(見表1)，研究區單一壩為15～21個，平均約為18個；有效控制井數量為27～148口，最多占研究區已鉆井數的一半；單一壩主方向為NEE(見圖7)，與研究區下油砂山組沉積時期地形構造線彎曲方向大致相同；部分單一壩面積受單井控制和人為因素影響，波動范圍較大，90%的單一壩面積分布在0.05～1.20 km2之間(見圖8(a-b))，平均為0.59 km2；單一壩厚度普遍較薄、較均衡，90%的單一壩厚度分布在0.90～1.81 m之間(見圖8(c-d))，平均厚度為1.48 m； 90%的單一壩長度分布在395.00～1 930.00 m之間(見圖8(e-f))，平均長度為1 175.43 m，達到4口井的井距(研究區井距約為280 m)；90%的單一壩寬度分布在162.00～720.00 m之間(見圖8(g-h))，平均寬度為493.00 m，達到2口井的井距；平均長寬比和寬厚比分別為2.454和333.308。

TAYLOR A W等在野外露頭中記錄的砂壩平均寬度為462.0 m，平均厚度為2.8 m[23]。研究現代青海湖近岸砂壩沉積時，韓元紅等統計砂壩各項幾何參數數據范圍較廣，砂壩寬厚比在幾十到幾百之間，長寬比從幾到幾百[24]。李國斌等[8]、吳小斌等[17]研究同一單一壩級別下的濱淺湖砂壩平均厚度為6.7～8.7 m，平均長度為836.0～1 036.3 m，平均寬度為409.0～421.8 m，平均長寬比為2.0～2.5，平均寬厚比為49.1～60.5。

研究區單一壩厚度在0.90～2.24 m之間，平均厚度為1.49 m，與文獻[8,17]相差很大，寬厚比相差也很大；平均長度相近，平均寬度近似，平均長寬比一致。因此，單一壩厚度在寬厚比參數中影響較大。砂體厚度與研究區地質時期沉積幅度和沉積物供給有關，與沉積水體的深淺無關[25]，表明厚度對單一壩延伸范圍影響較小，即單一壩厚度與長度、寬度之間的相關關系較弱。累積概率曲線的變化趨勢也表明，厚度曲線(見圖8(d))與長度(見圖8(f))、寬度(見圖8(h))曲線相似性差，數據跨度相差也較大。

表1 Ⅳ-27+28小層單一壩幾何參數統計

注：最小～最大/平均。

圖8 Ⅳ-27+28小層單一壩幾何參數分布Fig.8 Distribution of geometric parameters of single bar in Ⅳ-27+28 single layer

圖9 研究區6個期次單一壩平均長寬比和寬厚比擬合關系Fig.9 Correlation fitting of average length-width ratio and width-thickness ratio of single bar in six stages in the study area

為分析研究區單一壩長寬比與寬厚比之間的關系，對長寬比和寬厚比進行相關性分析，結果兩者之間幾乎不相關，與實際情況不符。

研究區各單一壩長寬比和寬厚比偏差較大，數據區間分布范圍較廣，且單一壩整體厚度較薄?？紤]更薄的單一壩尖滅可能性更高、延伸距離相對更短、長寬比更小、寬厚比更大的特點，對6個期次單一壩寬厚比和長寬比的平均值進行相關性分析，以減小個別數據造成的偏差。單一壩平均長寬比與寬厚比的擬合對數關系式見圖9，擬合相關因數R2=0.824 5。根據擬合結果，單一壩長寬比與寬厚比呈正相關關系，且相關性強，與其他學者研究結果相差很大[8,17,23,24]，主要影響因素為單一壩厚度，與沉積幅度和沉積物供給相關，沉積水體深淺影響沉積物分布范圍，因此，各沉積區砂壩或單一壩厚度、長度、寬度有各自的沉積背景。

3.3 展布特征

單一壩主展布方向為NEE，個別期次的單一壩展布方向與主方向垂直，與單一壩后期被環境改造有關[26]；一般單一壩的面積越大，井間連通性越好，研究區單一壩面積90%小于1.20 km2，井間連通性較差。另外，單一壩面積越大，地質時期沉積水體深度相對越淺；研究區砂體厚度普遍較薄，反映研究區獨特的沉積背景。

在水動力作用下，單一壩一般呈席狀和條帶狀展布[26]。將研究區Ⅳ-27+28小層6個期次單一壩形態以長寬比進行分類，分析不同類型單一壩的分布頻率(見圖10)。將由單井控制的單一壩分為一類，將長寬比小于2的單一壩分為片狀，將長寬比大于2的單一壩分為條帶狀。由圖10可知，研究區大部分單一壩的長寬比大于2，為條帶狀單一壩。

圖10 Ⅳ-27+28小層各期次單一壩類型Fig.10 Single bar types in each period of Ⅳ-27+28 single layer

對于單井控制型的單一壩占比較大的期次(Ⅳ-27+28-1、Ⅳ-27+28-4)，單一壩平均面積和平均厚度較??；另外，4個期次的條帶狀單一壩占比較大時，單一壩平均面積和平均厚度較大(見圖11)。Ⅳ-27+28-1期次的單一壩個數最少，規模最小，長寬比和寬厚比趨??；Ⅳ-27+28-2期次的砂體范圍最大，厚度接近各期次的平均厚度，長寬比和寬厚比最大；Ⅳ-27+28-3期次的砂體范圍略有減小，但厚度最大；Ⅳ-27+28-4期次的砂體范圍和厚度減小，但較Ⅳ-27+28-1的砂體范圍和厚度大，與Ⅳ-27+28-6期次的砂體規模相近；Ⅳ-27+28-5期次的砂體范圍和厚度增大，但不及Ⅳ-27+28-2期次的。

圖11 Ⅳ-27+28小層各期次單一壩平均面積和平均厚度Fig.11 The average area and average thickness of single bar in each period of Ⅳ-27+28 single layer

根據6個期次砂體的面積、厚度、長寬比、平均厚度和單一壩類型等參數及其變化趨勢，Ⅳ-27+28小層經歷水體由淺變深、再由微變淺后變深的過程，其中，Ⅳ-27+28-2時期的相對水體深度最深，Ⅳ-27+28-1時期的相對水體深度最淺。Ⅳ-27+28小層砂體規模經歷擴張到收縮兩個周期。

4 結論

(1)采用巖心識別、底部等高、測井曲線相似和油水分布關系等4種方法，識別柴達木盆地西部扎哈泉地區濱淺湖單一壩。

(2)研究區單一壩平均長度、平均寬度與其他學者研究結果近似，平均長寬比一般大于2，與其他學者研究結果一致。研究區單一壩厚度薄，寬厚比受厚度影響，與其他學者的研究結果相差很大；厚度與長度、寬度參數呈不相關關系，但研究區長寬比與寬厚比之間呈較強的正相關關系。

(3)研究區目的層Ⅳ-27+28小層單一壩的展布方向以NEE為主，面積一般小于1.20 km2，厚度一般小于1.81 m，長軸平均長度為1 175.43 m，短軸平均長度為483.00 m，大部分單一壩呈條帶狀，小部分呈片狀。當單一壩面積和厚度較大時，條帶狀單一壩增多。目的層水體經歷由淺變深、再由微變淺后加深的過程，砂體規模也經歷擴張和收縮兩個周期。