克拉玛依油田克拉玛依组河道相储层结构单元与非均质性

中国西北准噶尔盆地克拉玛依油田的露头区克拉玛依组河道相储层结构单元与非均质性摘要克拉玛依组储集层以油砂的形式见于克拉玛依油田的露头中。该油田存在两类高质量储集层：低位-弯曲水道砂岩和支流-水道砂岩，两类储集层具有不同的沉积物、界面和结构单元特征。低位弯曲水道沉积物颗粒粗，结构单元规模更小、相对简单，由垂直叠积的水道内单元和岩相组成。分支水道沉积颗粒细，结构单元规模更大、相对复杂，主要体现在以下三方面：（1）分支水道有三个多阶结构单元：水道内单元，宏观加积单元、岩相单元。（2）邻近三级和五级层面、渗透率较低的孤立隔层。（3）分支水道的演化有两期。在洪泛期,沉积物颗粒粗，水道内单元呈垂向叠积模式；在洪泛间歇期，沉积物颗粒细，水道内单元呈侧向叠积模式。分支水道砂岩的储层非均质性呈现以下三个等级：（1）微观规模：孔隙的发育与岩相有直接关系。随着沉积颗粒变粗，孔隙直径和喉道宽度逐渐增大，孔隙结构的非均匀性通过渗透率变化反映出来。平行于古河道方向的水平渗透率最大，垂直于古河道方向的水平渗透率值中等，垂向渗透率最小。（2）水道规模：在分支河道内，依据孤立隔夹层、孔隙度与渗透率划分流体流动单元。主要分布与分流水道中下段或水道内单元的流动单元，与三级或五级层序界面有密切关联。流动单元内，依据岩相的空间展布，孔隙度和渗透率从其中心向边缘及上部层段逐渐降低。这类沉积相杂基含量低，沉积物颗粒粗，发育有大型槽状交错层理，孔隙度和渗透率通常较高。（3）湖泊三角洲体系：分流水道砂岩孔隙度和渗透率最高，是最好的储集层。前言（或称：引言，绪论）1985年,Miall提出结构元素的概念，作为一种新的相分析方法用于河流相沉积(Miall,1985)；1991年，他将“结构元素”修正为“结构单元”(Miall,1991)，并用了许多实例研究来论证层间界面和结构单元的分级(Miall,1988a,b;1991;1993)。自此，结构单元得到广泛研究，水道相储层的内部结构和非均匀性得以揭示(Kocureketal.,1991;Jiaoetal.,1993,1995;Bartonetal.,1996;Jiangetal.,1996;NorthandTaylor,1996;Josephetal.,1998;Willisetal.,1999)。根据Miall的理念，我们分析了克拉玛依油田的露头，将克拉玛依组的内部结构单元划分为更高级别的结构单元--广泛分布河道砂岩体的水道内单元。此外,根据露头样品的孔隙度和渗透率，定量地论证了河道沉积的非均质性。取样间隔是40x400cm(15.7x157in.)。克拉玛依油田位于中国西部的一个大型陆相中生代沉积盆地--准噶尔盆地的西北部。油气勘探已证明在准噶尔盆地的西北边缘上发育有大规模的冲断层系统.逆冲断层不仅控制着盆地的沉降和沉积中心，还制约着油田的发展(You,1986;Taneretal.,1988;Xieetal.,1988;Lawrence,1990;Zhang,1993)。如图1,目标层中三叠统克拉玛依组从油田延伸至调查的露头区(Yang和Guo1989)，直接覆盖于盆地基底上。最大厚度88米((288英尺)的克拉玛依组地层，为一典型陆相(非海相)三级层序,由低位体系域，扩展性湖泊体系域和收缩性湖泊体系域组成。分布于深切谷的低位体系域包含冲积扇沉积体系及其上覆叠加的低-弯曲水道沉积；扩展性湖泊体系域由湖泊三角洲沉积体系和湖泊沉积体系组成。收缩性湖泊体系域由网状三角洲沉积体系组成（图2）。在研究区克拉玛依组地层有较好的露头.绝大部分砂岩体见油迹。对油砂岩和油苗的野外观察表明：低位体系域砾质低弯曲水道储层和扩展性湖泊体系域的砂砾质分流水道储层是本组地层的两套高质量储层(Jiaoetal.,2004)。本文（利用若干剖面线）对高质量储层的结构单元进行了细致研究：剖面线42的砾质低弯曲水道、剖面线35的砂砾质的支流水道以及剖面线31的砂质分支水道（储层）。在此基础上，后两类水道砂体的孔渗非均质性得以明确，但由于野外取样困难，由中-细砾岩组成的第一类水道（储层）未作细致研究。图1准噶尔盆地西北缘的克拉玛依油田的地层结构，露头研究区的剖面位置，详细分析的3类砂岩的位置。水道沉积(油砂岩)结构单元分析该研究采用Miall的界面和结构单元分级概念（1985；1988a,b；1991；1993）。研究步骤如下：图2.侧线42的克拉玛依底层的沉积层序和砂岩分模式（1）野外地层几何学测量和所选择砂岩的岩石学鉴定；（2）不同级别界面的鉴别,区划和追踪;（3）结构单元的确定和分类.本研究中关于一级至5级界面沿用Miall的定义（1985；1988a,b；1991；1993），但我们关于结构单元的定义有所不同.我们认为，广泛分布的最高级别结构单元为一个依据五级界面确定的、具有独立几何形状的水道内单元，反映了一个完整的关于相对连续的河流加积的记录，如鄂尔多斯盆地的曲流河道(Jiaoetal.,1995)（图3）。分类水道内单元进一步分类为：由四级界面定义的大型形态，由三级界面定义的大型加积形态，由二级界面定义的中型形态，由一级界面定义的小型形态。中型单元沉积体由岩相反映出来，大型加积单元通过岩相组体现出来。实际上，岩相是油田认可的沉积单元，为了分析结构单元，需要更精细的粒度分类，因此我们应用并拓展了Miall关于岩相的定义（1977，1978）。本次研究中提出了一种新的用于描述岩相的字母方案如下：（1）表示颗粒大小的大写字母，（2）表示岩性的大写字母，（3）表示沉积结构的小写字母（如：用CSt描述槽形交错层理粗粒砂）。若用此方案表示极粗粒砂或极细粒砂，在两个大写字母之间加入一小写字母，如CvSt（表示槽形交错层理极粗砂）。表示泥岩和粉砂的符号跟Miall的概念中所用的一样(1977,1978)。使用的岩相符号及其解释见图2。图3.中国北部鄂尔多斯盆地南缘的中三叠统Ermaying组地层中的曲流河砂岩结构单元格架(Jiaoetal.,1995)砾质低弯度河道剖面线42的低位体系域水道为一典型的低弯度水道实例，由63%中-细砾岩、17%砾质砂岩和20%粗粒砂岩与好粗-颗粒砂岩组成。水道宽度75m(246ft),厚度3m(10ft)。由于古水流方向(155°)和水道剖面方向(165°)近平行，水道实际宽度范围介于21m到25m(69and82ft)之间（宽厚比[W/T]=8:1）(图4)。低弯度水道是由水道内单元与岩相组成的简单内部构造（图4）。4个相对大规模的连续性5级界面将水道分为如下4个水道内单元（图5）。（1）水道内单元I：位于剖面的左下部，主要由砾岩组成。其底部（5A）界面不平整，界面上发育大量河底滞留沉积。（2）相对大规模水道内单元Ⅱ：主要由大型槽状交错层理砾岩组成。底部（5B）界面可见70cm(27.5in.)深的冲刷凹槽。（3）独特小规模的水道内部单元Ⅲ：位于剖面的右上角，主要由小型槽状交错层理砂岩与砾质砂岩组成。（4）小规模的水道内单元IV：位于剖面的上部，基本废弃。这些水道内单元呈现了从早期到晚期古水流能量逐渐衰减的过程以及垂向加积模式。初期河道分析：砾质低弯度水道相结构单元格架（岩相符号及其含义见图2），剖面线42中克拉玛依组地层的低位体系域砂砾质分支河道我们选择的砂砾质分支河道位于剖面线35扩张性湖相体系域，邻近一背斜的枢纽。图5.侧线42的低-弯曲水道的第5顺序表面与水道内部单元的关系。水道的主要主体被内部支流湾包围，上升方向逐渐分等边际的湖泊沉积物。水道的显然宽度是80m(262ft),真实的厚度2.5and7m(8and23ft)之间变动。但是，真实的宽度按照沉积支流，故水道方向(101°)，暴露的水道形态是大约130m(426ft)（图6）。参数(W/T=18.6:1)和相同表面的侧线42的相同形态的别的水道的参数很接近。支流水道包括9个第五阶级表面和9个水道内部单元（图7）。（1）水道内部单元1位于剖面的中-底部，冲刷基本内部支流湾的沉积物，在陡坡左岸结束。水道内部单元是基本上由大水槽交叉层和冲刷-填充构造的粗砂岩组成的。图6.侧线35的克拉玛依地层的海进-湖泊体系域三角洲平原支流水道的露头剖面.（2）水道内部单元11包括表现宏观添加单元界限表面的2个第三阶级表面和表现冲刷水道界限表面的1个第四阶级表面。此外，它被泥泞的离析障碍物层（厚度15cm(6in.)宽度5.5m(18ft)）覆盖。（3）水道内部单元111位于水道内部单元11的上部间隔，因为被叠加水道内部单元冲刷，限制了。2个宏观的添加物单元互相分类1个第三阶级表面的这水道内部单元是主要由大-等级水槽交叉层的微粒砾岩组成的。（4）水道内部单元IV结构上和水道内部单元111相似。（5）水道内部单元V是基本上由水槽交叉层的粗砂岩与砂岩组成的，孤立障碍地层的局部泥泞被覆盖。由这水道内部单元，故水道活力开始增加。（6）相对小规模水道内部单元VI接近放弃。（7）水道内部单元VII,VIII,IX位于剖面的上部左边，在左方迁移。这水道内部单元基本上是由好颗粒砂岩，很好颗粒砂岩和泥岩组成的，表现由于大边缘它们的故水道活力经常减小。图7.侧线35克拉玛依地层的海侵-湖泊体系域的沙颗粒支流水道的结构单元。类似的低位-弯曲河道性质，水道内部单元I–VI的垂向分层模式，沉积类型与沉积构造表示这水道内部单元在泛滥阶段发生。从水道内部单元VII到IX表示，沉积物是出色的，沉积构造有低活力构造，水道内部单元有横向上分层模式，这水道内部单元进入逐渐减弱阶段。沙质支流水道侧线31的支流水道位于海侵-湖型体系域和有强烈的向下侵蚀能力（图8）。逐渐的放弃在这支流水道记录。放弃以后，水道分等沼泽，然后表示向上湖型体系域（图9）。图8.克拉玛依地层海侵-湖泊体系域，侧线31三角洲平原支流水道的露头剖面。图9.侧线31沙质支流水道，海侵-湖泊体系域的结构单元。这沙质支流水道通过6个第五阶级表面分类6个水道内部单元（图1.9），如下。（1）水道内部单元1的主要沉积结构有低-角度交叉分层与小水道波纹切成薄板，是大部分由很好颗粒砂岩组成的。这水道内部单元通过4个第三阶级表面进一步分类5个宏观添加物单元。虽然大量的硅质木料在水稻底部出现，在单元发展期间古水道活力相对低。（2）水道内部单元11包括2个第三-阶级的界限表面，它划分3个宏观添加物单元。第一宏观添加物单元基础上，出现由孤立界线地层的局部泥泞碎石组成的许多泥泞碎石沉积滞后（图9）。第一和第二宏观添加物单元是大部分由大规模水槽交叉的粗砂岩组成的。可是第三宏观添加物单元是由小规模的波纹切成薄板的很好颗粒砂岩组成的。这水道内部单元的相对粗颗粒沉积物表示古水流活力在全部6个水道内部单元中最高。可是，第三宏观添加物单元的古水流活力从早到晚时期减小。（3）以左方迁移为特征的水道内部单元III–VII是由大规模水槽交叉地层，好颗粒砂岩，小规模，水流-泥泞-叠层，很好颗粒砂岩组成的。水道内部单元也包含若干第三-阶级表面。每个水道内部单元的上部右部出现天然堤岸（图9）。研究结果表明界限表面和孤立界线地层接近地联合。除了这支流水道5B界限表面的局部泥泞碎石孤立界线层以外，由菱铁矿结石组成的成岩孤立界线层附近一些第三规模界面发展。内部结构分析表示水道经受2个演化阶段。水道泛滥阶段在水道内部单元1，11发生，水道衰退阶段在水道内部单元III，IV发生。三个水道的结构单元模式以前剖面的三个水道处于2种附近沉积体系和描述如下（图10）.图10.据典型水道的结构单元的分析克拉玛依油田的露头地区的地质模拟多碎石低位-弯曲水道（1）这水道的比例小，但它的侵蚀相对强。（2）第五顺序表面在水道出现，限定垂向成堆模式的水道内部单元。（3）岩相描述如下：PGm,直接地叠加第五顺序表面，向上分等PGt,GGt,PSt,和CvSt.（4）总的古水流活力在三个水道最高。在三角洲平原沙质多碎岩支流水道。（1）内部结构的复杂性如下。好发展的第五顺序表面限制水道内部单元，水道内部结构单元的最高顺序。