碎屑岩碳酸盐岩混合地层沉积特征与演化以神木气田太原组为例Word文件下载.docx

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付锁堂等，2003；

程克明等，2005；

魏新善等，2005；

王宝清等，2006；

王付斌等，2007；

李增学等，2008；

杨明慧等，2008；

蔺宏斌等，2009；

沈玉林等，2009；

席胜利等，2009；

张满郎等，2009）。

近年来，针对鄂尔多斯盆地内太原组储层的地下天然气勘探取得突破，在神木气田的太原组太二段砂岩发现了近700×

108m3的探明储量。

该气田位于鄂尔多斯盆地二级构造单元伊陕斜坡东北部，西侧毗邻榆林气田（图1）。

已有的研究认识到，鄂尔多斯盆地上古生界气藏多为岩性气藏（付金华等，2000；

李良等，2000；

杨俊杰，2002；

何自新，2003；

李剑等，2005；

杨华等，2005；

付金华等，2008；

李明瑞等，2009；

李熙喆等，2009），沉积相对砂体乃至储层的分布具有重要控制作用。

为此，本文根据测井、录井、常规薄片、铸体薄片、物性和粒度资料，结合岩芯描述，研究了神木气田太原组地层、沉积特征、沉积环境演化、砂体宽度以及沉积相对储层控制作用，以期为该气田开发和盆地的太原组储层勘探提供借鉴。

图1神木气田地理位置图

Fig.1LocationmapofShenmugasfield

1太原组地层特征

鄂尔多斯盆地内部太原组地层划分一直是个热点，也一直存在多个划分方案。

但是由于其岩性垂向、横向变化快，因此地下太原组的地层对比常常很困难。

在此，本文并不试图探讨太原组划分方案的准确性，而是采用了长庆油田分公司与西北大学共同厘定方案中的划分依据，根据标志层和岩性组合特征，把神木气田太原组自下而上可划分为太二段和太一段，太二段又可细分为上部太二段一亚段和下部太二段二亚段。

太原组与上覆山西组和下伏本溪组均为平行不整合接触。

根据56口井录井和测井资料，结合岩芯描述，把神木气田太原组地层划分为碎屑岩型（A型）、灰岩型（B型）和互层型（C型）三大类型。

碎屑岩型即太原组地层由砂岩、泥岩和煤组成，不含灰岩，以双84井为代表，分布在工区中北部。

灰岩型即太原组地层由灰岩、泥岩和煤组成，不含砂岩，仅见于工区南部的米9井。

互层型即太原组地层由砂岩、泥岩、灰岩和煤组成，其中灰岩主要分布在太一段，其次在太二段一亚段；

互层型分布在工区中部。

互层型根据太原组内部灰岩的层数和分布位置，又可细分为C1、C2和C3三个亚类。

C1见一层灰岩，分布在太一段，如神5井，或太二段一亚段；

C2见二层灰岩，可能全分布在太一段，如双30井，或分别分布在太一段和太二段一亚段；

C3见三层灰岩，其中太一段二层，太二段一亚段一层，如双76井（图2）。

三大类中以互层型最常见。

在太原组内，砂岩主要发育在太二段的太二段二亚段，其次为太二段一亚段。

尽管太原组顶部存在程度不同的剥蚀，但太原组的上述地层特征仍然反映出从太二段到太一段，碎屑岩含量降低、碳酸盐岩含量升高，反映沉积水体逐渐周期性加深→变浅或陆源碎屑供应间歇性不畅的特征。

平面上，越向南，陆源碎屑影响越小，逐渐过渡为以碳酸盐岩沉积为主。

2沉积特征

根据对13井（约353.88m）的岩芯观察描述，结合263块常规薄片和56井测井、录井资料，总结了太原组岩石的颜色、粒度、成分、结构、沉积构造、岩石相、含有物、测井相和沉积序列特征。

2.1泥岩颜色

通常，泥岩颜色是反映沉积环境氧化－还原状态的良好标志。

太原组泥岩包括泥岩、碳质泥岩、砂质泥岩和泥灰岩，其颜色以深灰色、灰色和灰黑色为主，指示了弱还原的（或富有机质或富灰质）沉积环境。

2.2粗岩性粒度

粗粒岩性的粒度是沉积水动力环境的指示标志。

太原组粗粒岩性包括砂岩和灰岩。

砂岩太原组粒度总体较粗，以中-粗粒、粗粒、粗-砾为主，粒度概率累积曲线表现为以滚动+跳跃组分为主的两段式和三段式为主，部分样品具有典型双跳跃特征，反映受潮汐或波浪与河流共同作用的特点（图3）。

灰岩包括泥粒灰岩、粒泥灰岩和颗粒灰岩，以粒泥灰岩和泥粒灰岩为主，反映其沉积环境水动力并不强烈。

垂向上，太二段二亚段砂岩粒度较粗，向上到太二段一亚段和太一段，粒度变细，细砂、粉砂和泥含量增加。

图2太原组地层组合类型图

Fig.2DiagramofTaiyuanFormationstrataassemblages

图3太原组砂岩典型粒度概率累积曲线图

Fig.3TypicalprobabilityaccumulatingcurveplotsofgrainsizeofsandstonesfromtheTaiyuanFormation

2.3颗粒成分

碎屑岩颗粒成分是沉积物搬运距离和风化程度的指示标志。

在物源相同的情况下，搬运距离越远，风化越强烈，石英含量越高，长石和岩屑含量越低。

根据263个普通薄片样品的统计，太原组砂岩颗粒主要为石英和岩屑，几乎不含长石；

岩屑以变质岩和岩浆岩为主，少量沉积岩；

岩性以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主，少量岩屑砂岩（图4）。

从太一段到太二段二亚段，长石含量略有增加，但不超过3%，沉积岩岩屑含量升高，因此岩屑砂岩含量增加。

总之，太原组砂岩成分成熟度好－中等。

灰岩颗粒成分及其完整程度也是其沉积环境能量的有利指示标志。

太原组灰岩颗粒成分主要为各类生物碎屑，生物碎屑保存相对完整，表明其沉积水体能量相对较低，颠选作用较弱。

Ⅰ.石英砂岩；

Ⅱ.长石石英砂岩；

Ⅲ.岩屑石英砂岩；

Ⅳ.长石砂岩；

Ⅴ.岩屑长石砂岩；

Ⅵ.长石岩屑砂岩；

Ⅶ.岩屑砂岩

Ⅰ.Quartzarenite；

Ⅱ.Subarkose；

Ⅲ.Sublith-arenite；

Ⅳ.Arkose；

Ⅴ.Lithicarkose；

Ⅵ.Feldspathiclitharenire；

Ⅶ.Litharenite

图4太原组砂岩类型三角图

Fig.4TernarydiagramillustratingdetritalcompositionofsandstonesfromtheTaiyuanFormation

2.4砂岩结构

砂岩结构也指示了搬运距离的远近，搬运距离越远，颗粒分选、磨圆越好。

太原组砂岩颗粒接触方式以点、点-线接触为主，分选以好、中等为主，磨圆以次圆、次圆-次棱、次棱为主，胶结类型以孔隙式、孔隙-再生式为主。

简言之，太原组砂岩具有粒度较粗、结构成熟度中等的特征。

灰岩以生物碎屑的分选差、磨圆差、灰泥支撑为特征，反映低能环境下生物碎屑原地或近距离堆积的特点。

2.5沉积构造

沉积构造是沉积物沉积时水动力条件的直接反映，包括层理构造和层面构造。

太原组层面构造主要为砂岩顶面的波痕和泥岩层面上的植物叶、茎干印模。

层理构造类型较丰富。

砂泥互层中韵律层理、波状层理、透镜层理和脉状层理发育。

砂岩见块状构造、正粒序层理、槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理和平行层理，以大型槽状交错层理发育最普遍。

砂岩底发育冲刷面，其上见滞留它生砾石或泥砾，指示了河道或分流河道沉积。

煤层、灰岩、灰泥岩和泥岩见水平层理和块状构造（图5）。

砂岩冲刷面与大型交错层理的存在指示了强水动力环境，而细粒岩性中的水平和块状构造多指示了低能静水环境。

A.波状层理，泥质砂岩，双30，2819.70m；

B.脉状层理，含泥砂岩，双57，2774.21m；

C.韵律层理，砂质泥岩，双56，2795.77m；

D.楔状交错层理，砂岩，双30，2789.56m；

E.正递变层理，砂岩，双57，2771.02m；

F.槽状交错层理，砂岩，双18，2822.95m；

G.冲刷面，冲刷面之上见撕裂状泥砾，双30，2785.01m；

H.水平层理，粉砂质泥岩，双29，2681.41m；

I.块状构造，泥灰岩，双34，2612.49m

A.Wavycrossbedding，muddysandstone，shuang30，2819.70m；

B.Flaserbedding，mud-bearingsandstone，shuang57，2774.21m；

C.Rhythmicbedding，sandymudstone，shuang56，2795.77m；

D.Wedgecrossbedding，sandstone，shuang30，2789.56m；

E.Normalgradedbedding，sandstone，shuang57，2771.02m；

F.Troughcrossbedding，sandstone，shuang18，2822.95m；

G.Scoursurface，onwhichrip-upshaleclastconglomeratesarelocated，shuang30，2785.01m；

H.Horizontalbedding，siltymudstone，shuang29，2681.41m；

I.Massivestructure，marl，shuang34，2612.49m

图5太原组典型沉积构造图版

Fig.5RepresentativecorephotographillustratingsedimentarystructuresfromTaiyuanFormation

2.6岩石相特征

根据岩石相划分原则（Reading，1986；

Miall，1990；

Walker和James，1992），共可识别出16种岩石相（表1），反映太原组岩性的复杂多变。

在这些岩石相类型中，最常见的是槽状砂岩相和块状泥岩相，其次为水平泥岩相、楔状砂岩相、小波痕砂岩相、块状灰岩相和块状煤岩相。

2.7测井相特征

砂体测井相见钟形、箱形、漏斗形、指状、叠加箱形、钟形+箱形、漏斗形+钟形等形态，以钟形、箱形及其叠合形态为主，为河道类沉积常见测井相。

灰岩、泥灰岩也见箱形、漏斗形、指状及其叠合形态，但负偏幅度明显高于砂岩，厚度薄（图6）。

表1太原组岩石相类型表

Table1LithofaciestypesofTaiyuanFormation

岩石相

沉积构造

沉积机制和沉积环境解释

砾石支撑块状砾岩相（Gcm）

块状构造

富碎屑高强度重力流沉积；

分流河道沉积

基质支撑块状砾岩相（Gmm）

高强度重力流沉积；

基质支撑递变砾岩相（Gci）

递变层理

块状砂岩相（Sm）

重力流沉积；

槽状砂岩相（St）

单个或成组的槽状交错层理

弯曲脊和舌状波痕迁移形成；

分流河道、远砂坝沉积

楔状砂岩相（Sw）

单个或成组的楔状交错层理

直脊和舌状波痕迁移形成；

板状砂岩相（Sp）

单个或成组的板状交错层理

递变砂岩相（Sg）

分流河道、远砂坝、席状砂或决口扇沉积

平行砂岩相（Sh）

平行层理

平底（高流态）；

小波痕砂岩相（Sr）

小波痕层理

波痕（低流态）；

远砂坝、席状砂或决口扇沉积

水平粉砂岩相（Sl）

水平层理

静水沉积；

远砂坝、分流洼地或决口扇沉积

水平泥岩相（Ml）

分流间洼地、分流间湾或海湾沉积

块状泥岩相（Mm）

块状煤岩相（Cm）

古植物原地堆积；

分流沼泽或潮坪沼泽沉积

块状灰泥岩相（Cmm）

灰泥、泥质原地堆积；

灰泥混合坪沉积

块状灰岩（Cbm）

生屑原地堆积；

灰坪沉积

2.8含有物

岩芯观察在碳质泥岩或煤层中常见黄铁矿集合体，反映了还原性质的沉积－同生环境。

泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、碳质泥岩中含丰富的植物叶、茎化石，指示了陆上环境（图7）。

2.9典型沉积序列

砂体沉积序列主要表现为三种类型：

（1）自下而上砂质砾岩或含砾砂岩→槽状交错层理砂岩（或块状砂岩、楔状交错层理砂岩、板状交错层理砂岩）→波状层理砂质泥岩或泥质砂岩，正粒序，砂体底部见冲刷面，为河道或分流河道环境沉积序列；

（2）自下而上槽状交错层理砂岩（或楔状交错层理砂岩、板状交错层理砂岩）→波状层理砂质泥岩或泥质砂岩，正粒序，砂体与下伏泥岩或煤层接触面较平整，为河道或分流河道环境沉积序列；

（3）水平层理粉砂岩→槽状交错层理砂岩（或楔状交错层理砂岩），反粒序，砂体与下伏泥岩呈突变接触，为远砂坝、席状砂沉积序列。

块状泥岩（或水平泥岩）、块状灰岩（或水平灰岩、灰泥岩）与块状煤层组成互层沉积，或煤层沉积在泥岩、灰岩顶部，或灰岩沉积在煤层之上，指示了在有水体加深或变浅情况下的泥质沼泽或灰质沼泽环境，如分流平原沼泽或碳酸盐潮坪沼泽。

砂岩测井相：

A.箱形，双30；

B.钟形，双34；

C.漏斗形，双30；

D.指状，陕203

灰岩测井相：

E.指状，榆24；

F漏斗形，双29；

G.箱形，双34；

H.指状+箱形，双38

Shapeofgammaraycurvesofsandstones：

A.Boxshape，shuang30；

B.Bellshape，shuang34；

C.Funnelshape，shuang30；

D.Fingershape，shan203

Shapeofgammaraycurvesoflimestones：

E.Fingershape，yu24；

F.Funnelshape，shuang29；

G.Boxshape，shuang34；

H.Fingerandboxshape，shuang38

图6太原组砂岩和灰岩典型测井相

Fig.6RepresentativelogfaciesofsandstonesandcarbonatesfromtheTaiyuanFormation

A.黄铁矿（褐色条带或团块，已氧化），碳质泥岩，双30，2774.88m；

B.植物叶化石（深灰色或黑色叶片），泥质粉砂岩，双57，2762.4m

A.Brownstrippedorcloddypyritesincarbonaceousmudstone，shuang30，2774.88m；

B.Deepgrayordarkleaffossilsinmuddysiltstone，shuang57，2762.4m

图7太原组地层特征性含有物

Fig.7CharacteristicinclusionsfromtheTaiyuanFormation

3沉积相类型

根据上述沉积特征，结合潮控三角洲、碳酸盐台地沉积特征（Wilson，1975；

Reading，1986；

季汉成等，2004）与神木气田太原组区域沉积环境（陈钟惠等，1989；

席胜利等，2009），将目的层确定为潮控三角洲相与低能碳酸盐台地相沉积。

潮控三角洲主要发育了三角洲平原和三角洲前缘亚相，三角洲平原亚相包括分流河道、决口扇/决口水道、分流间洼地和分流间沼泽四个微相，发育于太二段；

三角洲前缘发育了远砂坝、席状砂、分流间湾和前缘泥微相，发育于太一段。

碳酸盐潮坪主要发育了潮坪亚相，包括灰坪、灰泥混合坪、海湾和沼泽四个微相，以灰坪、灰泥混合坪为主，主要见于太一段。

砂体分布主要受三角洲平原分流河道微相控制，其次为三角洲前缘远砂坝、席状砂微相（图8）。

图8双30井单井相图

Fig.8DiagramillustratingfaciessubdivisionforShuang30well

4沉积环境演化

垂向上，太二段二亚段为三角洲平原亚相沉积，分流河道砂体十分发育，泥质含量低，反映了快速沉降与沉积水体较浅（低可容空间）的特征。

到太二段一亚段时期，分流河道发育受限，分流间洼地或沼泽发育，并伴有局限性的海水侵入，形成灰泥坪或海湾，表明沉积水体逐渐加深或陆源碎屑供应受限，如三角洲分流河道的改道。

太一段时期，碳酸盐灰泥坪、灰坪与远砂坝、席状砂、前缘泥组成互层，反映了沉积环境水体总体加深背景下的振荡性加深→变浅和/或陆源碎屑的周期性供应不畅（图8）。

显然，从太二段二亚段到太一段，碎屑岩含量降低，碳酸盐岩含量逐渐升高，为一个沉积水体逐渐加深的海侵过程和/或碎屑供应逐渐减少的沉积过程。

平面上，太二段二亚段沉积时期，物源来自北－北东，潮控三角洲平原分流河道极其发育，分流间洼地、沼泽微相分布面积较小；

分流河道砂体普遍厚度大，横向叠置连片性较好，厚砂体（大于10m）呈北东－南西向条带状展布。

太二段一亚段继承了太二段二亚段的沉积格局，但分流河道发育程度变差，分流间洼地与沼泽和碳酸盐潮坪微相占据了一定的空间；

分流河道厚度减薄，仅发育一支北东－南西向的带状砂体。

太一段时期，工区北部发育三角洲前缘分流间湾，中部发育了远砂坝和席状砂，向南依此发育了前缘泥、碳酸盐灰泥坪和灰坪沉积，越向南，泥质含量越低，灰质含量越高（图9）。

5砂体宽度预测

砂体宽度预测结果是气田开发时井距设计依据的重要依据之一。

太原组储层主要发育在太二段分流河道砂体中，有必要对其单砂体宽度进行预测。

Gibling（2006）统计了公开发表的分流河道砂体宽度分布规律，分流河道砂体宽度范围为3m-1km，大多数<

500m，通常在10-300m之间。

根据测井解释，结合岩芯观察，统计了太二段分流河道单砂体厚度，采用Olsen（1993）提出的分流河道宽度计算公式，预测神木气田太二段二亚段分流河道单砂体宽度主要在8.8-131.9m之间，太二段一亚段主要在7.1-79.2m之间（表2），单砂体宽度普遍较窄，但与Gibling（2006）的统计结果吻合，也与试采反映的单井控制半径较小（约30-80m）、单井控制储量较小一致。

6沉积相对储层控制作用

沉积相对储层的控制作用主要体现在控制岩石的粒度、成分、结构和沉积构造差异即沉积微相差异上。

换言之，沉积微相决定了储层的分布。

根据167个铸体薄片统计与56井储层解释，结合单井沉积微相划分，发现太原组储层主要发育在太二段分流河道砂体中，远砂坝、席状砂、灰坪微相储层均不发育。

并且在分流河道砂岩中，粒度越粗，物性越好（图10），储层基本均为中、粗砂岩。

图9太原组沉积相平面图

Fig.9SedimentaryfaceisplanfortheTaiyuanFormation

表2三角洲平原分流河道砂体宽度预测表

Table2TableofwidthpredictionfordeltaicdistributarychannelsandstonesfromtheTaiyuanFormation

层位

厚度（m）

宽度（m）

最小

最大

主要范围

太二段一亚段

1

17

1.3-7.0

4.9

281.7

7.1-79.2

太二段二亚段

18.4

1.5-10.0

315.4

8.8-131.9

图10分流河道砂岩粒度中值与渗透率相关图（67个样品）

Fig.10MediumValueofgrainsizeversuspermeabilitycrossplotfordeltaicdistributarysandstonesfromtheTaiyuanFormation（67samples）

7结论

（1）太原组为碎屑岩与碳酸盐岩互层沉积，发育三种碎屑岩型、灰岩型和互层型三种地层组合，以互层型最常见。

（2）太原组砂岩碎屑颗粒具有粒度粗、成分成熟度好－中等，结构成熟度中等特征；

砂岩大型交错层理发育，岩石相类型丰富，测井相类型多样，发育正、反两种粒序，反映了强水动力条件下沉积特征。

灰岩具有低能环境下原地堆积特点，颗粒以保存较完整的生屑为主，粒径较细，灰泥支撑，块状构造和水平层理发育。

（3）太原组地层颜色、粒度、成分、结构、沉积构造、岩石相、测井相、含有物以及沉积序列特征反映其为潮控三角洲与碳酸盐台地沉积，主要发育三角洲平原分流河道、分流间洼地微相，三角洲前缘远砂坝、分流间湾微相，以及碳酸盐灰坪、灰泥坪微相。

（4）太二段以三角洲平原沉积为主，分流河道砂体发育，但砂体宽度较窄（7.1-131.9m），太一段为三角洲前缘与碳酸盐潮坪沉积；

太原组经历了一个沉积水体总体逐渐加深的海侵过程和/或碎屑供应逐渐减少的沉积过程，晚期具有沉积水体振荡性加深→变浅或陆源碎屑供应的周期性不畅特征。

（5）太原组储层为中、粗砂岩，主要受三角洲平原分流河道微相控制，且主要发育在太二段。

注释

张廷山，1961年生，西南石油大学教授，博士生导师。

主要研究生物成油和沉积学。

联系方式：

zts_@.

参考文献

陈钟惠,张年茂,张守良,等.1989.鄂尔多斯盆地东缘晚古生代含煤岩系沉积体系和聚煤作用的时空演化.地球科学—中国地质大学学报,14（4）:

357~366.

程克明,熊英,马立元,等.2005.华北地台早二叠世太原组和山西组煤沉积模式与生烃关系研究.石油勘探与开发,32（4）:

142~146.

樊太亮,郭齐军,吴贤顺.1999.鄂尔多斯盆地北部上古生界层序地层特征与储层发育规律.现代地质,13

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32~36.

付金华,段晓文,席胜利.2000.鄂尔多斯盆地上古生界气藏特征.天然气工业,20（6）:

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付金华,魏新善,任军峰.2008.伊陕斜坡上古生界大面积岩性气藏分布与成因.石油勘探与开发,35（6）:

6