0 引言

随着苏里格气田勘探开发程度的加深，天然气勘探面临的地质情况越来越复杂，其主要表现为砂体发育，尤其垂向单个砂体厚度最厚可达十几米，但垂向砂体叠置关系复杂，横向变化快。实际钻探结果表明，砂体多呈条带状近南北向展布。由于目前气田规模较大、开发时间短与井网井距太大等缘故，目前对于苏里格气田西区盒₈^下亚段沉积储层相的归属问题还存在较大争议^{[1, 2]}。不同专家学者采用不同的研究手段和方法，以不同视角对盒₈^下亚段储层沉积相进行研究，所得的结果自然就会存在较大差异，其研究结果涵盖了陆相(河流相辫状河、湖泊相中的滩坝体系等)和海陆过渡相(辫状河三角洲中的平原亚相)这两大一级相，概括起来其代表性成果如下：陈孟晋等^[3]指出了苏里格地区下石盒子组以辫状河-三角洲-湖泊沉积体系发育为主，并对碎屑物质的来源进行了详细的论证；杨西燕等^[4]通过对大量盒₈^下亚段取心井岩心的观察，结合砂岩岩性、剖面结构、沉积构造、测井曲线特征及砂体空间展布规律的综合研究，认为盒₈^下亚段中下部主要发育滩坝沉积体系，上部以沼泽相或沼泽相夹小河道沉积为主，盒₈^下亚段可发育一段或两段滩坝相石英砂岩类；徐蒙等^[5]认为盒₈^下亚段为浅水辫状河三角洲沉积^[5]。由此可见，不同的沉积相预测结果，预测的砂体平面展布规律就会存在较大的差异，从而会影响有利储集砂体的预测和勘探开发部井的成功率。本次研究笔者试图结合多种资料，以储层沉积学为理论指导核心，利用最新资料对苏西井区盒₈^下亚段沉积相发育的类型进行深入论证与探讨，以期对该层段沉积体系及模式有更深入的认识。

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地北部。气田上古生界具有多层含气特征，本溪组至石盒子组共10个小层都不同程度钻遇气层和含气层。主力产气层为上古生界下二叠统山西组山₁段至中二叠统下石盒子组盒₈段，埋藏深度为3 200～3 600 m，厚度为80～100 m，为砂泥岩地层。苏里格气田南北长约75.0 km，东西宽约50.0 km，面积约3750.0 km²(图 1)^[6]。鄂尔多斯盆地在晚古生代石炭纪末期，受海西构造运动的影响，海水开始退出鄂尔多斯盆地，沉积环境由石炭纪的陆表海盆演变为二叠系的内陆湖盆，陆上冲积平原与三角洲沉积逐渐发育。晚古生代沉积的古构造背景恢复研究表明，盒₈段地层厚度差异小于20 m，古沉积坡度为1°～2°，反映沉积古地形构造稳定平缓，无明显坡折带。古气候为亚热带温湿气候，物理风化作用强，北部阴山古陆物源供给充足。湖盆为淡水流淌型，湖岸线变化频繁、范围大。河流水动力较强，河道横向迁移频繁。这种宽缓、温湿、物源充足、水动力强的古环境造就了苏里格气田盒₈-山₁大型缓坡型河流-三角洲沉积特征，砂体大面积分布^[7]。

图 1 苏里格气田西区位置示意图 Fig. 1 Location map in western Sulige

图选项

现有钻井钻遇地层揭示，自上而下依次发育了第四系，白垩系志丹组，侏罗系中统安定组和直罗组、下统延安组，三叠系上统纸坊组、中统和尚沟组、下统刘家沟组，二叠系上统石千峰组、中统石盒子组、下统山西组和太原组，石炭系上统本溪组，奥陶系下统耳家沟组。研究区目的层主要是盒₈^下亚段，以“骆驼脖砂岩”与下伏地层呈不整合接触，其岩性偏粗，以中粗砂岩为主，其自然伽马值较高，与山西组典型特征差异明显(图 2，表 1)^[8]。

图 2 研究区地层综合柱状图 Fig. 2 Starta of column map the study area

图选项

研究区目的层下段岩性主要是大块砂岩夹薄层泥岩，砂岩为主。砂岩主要为灰白色、浅灰色、灰绿色(含砾)中、粗粒砂岩，少量薄层泥岩主要为黑色(炭质)泥岩(图 2)。岩心观察盒₈^下亚段岩石颗粒以中粗粒为主，仅在砂体底部存在少量砾石，砾石成分主要为球状或椭球状石英砾，有一定磨圆度，泥砾较少(图 3)。

图 3 研究区岩性与粒度岩心图版 Fig. 3 Core’s lithologic features and grain-size of the study area

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粒度图像分析结果显示，研究区盒₈^下亚段岩石粒度主要分布在0～3.0 Φ区间，其中中砂(1.0Φ~2.0Φ)平均占45.4%，粗砂(0~1.0Φ)平均占26.4%，细砂(2.0Φ~3.0Φ)占22.9%(图 4)。表明粒度主要以粗砂、中砂和细砂为主。此外，研究区岩石分选系数主要为0.7～1.5，分选中等较差；偏态值主要为1.5～2.5，极正偏态；峰态值一般分布在5～15区间，峰态值非常宽；薄片镜下观察，研究区颗粒多以次棱角状为主，结构成熟度偏低。

图 4 研究区盒8下亚段粒度频率曲线 Fig. 4 Grain-size frequency curves of the Lower He8 Member of the study area

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通过对多口井粒度资料进行概率累积曲线分析成图，结果显示，研究区粒度累计概率曲线有3种：

1)三段式，由滚动、跳跃和悬浮总体三部分组成，其中跳跃总体占主体，含量(颗粒质量分数)高达 70％～89％，这类概率曲线分布特征在研究区少见，这种三段式在河床底部滞留砂岩中多见，如苏60井3 647.51 m取样点，为比较典型的三段式(图 5)；

图 5 研究区盒8下亚段概率累积曲线图 Fig. 5 Probability cumulative curves of the Lower He8 Member the of the study area

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2)两段式，主要由跳跃和悬浮两个总体组成，缺乏滚动总体，多以跳跃为主，颗粒质量分数一般高达 80％～90％，跳跃总体部分斜率较大，说明分选好，水动力较强，如苏60井3650.06 m取样点，为典型的两段式(图 5)；

3)具有混合渐变三段式，跳跃总体与悬浮总体呈渐变关系。其中混合段颗粒质量分数25％。跳跃总体颗粒质量分数55％～70%。混合段由两个粒度次总体组成，如果是河流沉积环境，则多发育在两流交汇处；如果是海滩或浅海环境，也可出现混合段，表现多个粒度次总体，一般多与冲流和回流两种沉积作用有关^[9]。如蒙6井3 560.93 m取样点和苏47井3 590.48 m取样点等，都具有混合渐变式特点(图 5)。

综合上述粒度分析结果，研究区盒₈^下亚段砂体主要以中、粗粒砂为主，频率曲线形态具有双峰特征、为极正偏度，峰值较低，分选中等，这些粒度特征都表明研究区沉积物都是近源强水流条件下快速堆积产物。

1)沉积构造

研究区层理构造发育，常见平行层理、槽状交错层理、板状交错层理、楔状交错层理;砂体底部冲刷构造也非常发育，冲刷面起伏不平，其上可见石英砾和泥砾。这种反映强水动力条件的槽状、板状交错等层理较为发育，说明沉积期沉积物供给充沛，水动力较强，为牵引流沉积动力学机制下的产物(图 6)。

图 6 研究区沉积构造岩心 Fig. 6 Sedimentary structure of rock cores

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2)沉积序列

根据测录井资料研究，盒₈^下亚段岩性组合多表现为正韵律，下粗上细，且单个正旋回底部都有底砾岩存在，表明沉积期河道曾多次切割、冲刷下伏地层。这种突变式接触，常常出现在河流相沉积环境中(图 7)。岩心组合也常常见有正粒序特征，且常伴有底冲刷现象，与经典国内外辫状河沉积模式对比，盒₈^下亚段与国内外建立的辫状河沉积模式具有很好的相似性(图 7)^{[10, 11]}。

据文献[10-11]修改。 图 7 与经典辫状河沉积模式对比图 Fig. 7 Sedmentany pattern comparison of classic braided river

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3)泥岩颜色与化石含有物

研究区盒₈^下亚段动物化石稀少，但砂岩层里面上或泥岩中含有丰富的炭屑、植物茎干、植物叶片印模等化石，植物化石局部富集可形成煤线或煤层(图 8)。在岩心上，泥岩多见灰黑色、紫红色、褐色或棕色(图 6),其互层特点揭示了沉积环境变化频繁，是季节性干旱-潮湿交替变化的标志。干旱季节，基准面降低，新河道切割改造老河道，河流下蚀能力增强，使多期辫状河道砂体垂向上多期叠置，是盒₈^下亚段形成多期复合砂体的主控因素。潮湿气候，降水量充沛，水动力强，导致携砂能力增强;由于辫状河是发育在相对固定河谷中，河道大量叠置而缺乏泛滥平原的河流类型，因此，在基准面不断上升和可容空间不断增大的条件下，促使河床中不断发生沉积作用。因此，潮湿气候条件是形成盒₈^下亚段厚层砂体的主控因素。

图 8 研究区含植物碎屑的岩心图版 Fig. 8 Core with plant debris

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测井相是沉积相分析中较为重要的标志，其电性组合特征与多种微相类型密切相关，具有很好的指相意义。根据多井测井资料的统计，研究区盒₈^下亚段大型钟型和箱型测井曲线外形特征比较多见(图 9)，少见旋回漏斗型。另外，研究区目的层段大部分测井相所反映的是厚层块状砂岩，多呈“砂包泥”，正旋回特征明显。如苏176井，盒₈^下亚段为箱型曲线特征，将其归属为河道沉积没有问题;另外，从该曲线沉积旋回特征来看，二元结构的底层沉积发育良好，厚度较大，而顶层沉积不发育或厚度较小，可初步推断为辫状河心滩沉积(图 9a)。

a.苏176井，盒8下亚段，3 641~3 657 m，心滩；b.苏152井，盒8下亚段，3 623~3 628 m，河道充填沉积；c.苏157井，盒8下亚段，3 588~3 593 m，心滩；d.苏193井，盒8下亚段，3 537~3 539 m，河漫滩。 图 9 苏里格气田盒8下亚段常见的测井相基本类型 Fig. 9 Basic classification of common well-log facies in Sulige gas field

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根据邻近研究区陕西吕梁市柳林成家庄盒₈^下亚段露头剖面(图 10)观察，盒₈^下亚段中发育大量大型槽状交错层理(图 10a)，经过详细考察柳林成家庄辫状河5条剖面，多发现“骆驼脖砂岩”底部，多处可见垂向上叠加的大型槽状交错层理，在层理中多见含砾砂岩、粗砂岩等，少见细粒成分，单个砂层具正粒序，由最底部向上一次递变为砾岩含砾粗砂岩粗砂岩中粗砂岩中砂岩。底部常见冲刷面(图 10b，c)，冲刷面的砾石直径一般为2～150 mm，多为次圆状，分选中等，这与三角洲分流河道典型过路不留，不易形成冲刷面特征明显不同。此外，图 10d中，有多期河道彼此相互切割、叠置现象，且横向砂体变化快为特征，这些特点与三角洲砂体呈大面积展布存在着明显的差别。由此可见，大型槽状交错层理类型、强烈冲刷与多期砂体切割叠置性更符合辫状河沉积特征。

图 10 柳林成家庄露头剖面特征 Fig. 10 Outcrop characteristics of Liulin Chengjia Village

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在地震剖面上，盒₈段底部多期砂岩组自南向北依次有溯源退覆特征(图 11)，不仅这些砂岩组之间具有这种趋势，且内部多个砂层也有这种叠覆趋势，这种溯源退覆以及砂体平面多呈条带状展布特征与典型三角洲具明显前积特点难以吻合^[12]。因此，将其归为三角洲显然是不合理的。三角洲一般在入湖之前，是由多支河道逐渐汇聚，形成一条主河道，然后，在河口处，由于流域面积突然增大，水动力减弱，河道分支入湖，形成的砂体堆积一般呈朵叶状、鸟足状等具有一定几何外形的的三角洲沉积体系，而研究区砂体多呈南北向近条带状展布，说明有多条主河道并列存在，并未形成一条主干河道，因此，解释为河流相沉积则更具合理性。3 沉积相平面展布特征与沉积模式的建立在充分论证为辫状河沉积基础上，结合岩心、分析化验、野外露头与现代沉积证据，通过点-线-面三位一体的综合判别技术，对研究区盒₈^下亚段的沉积相进行了预测。结合前人研究成果，由山西组演化至石盒子组沉积期，区内的构造和沉积背景均发生了较大变化，山西组曲流河沉积环境已不复存在，并逐渐转变为辫状河沉积环境。

图 11 地震测线剖面中的盒8段砂体溯源退覆特征 Fig. 11 Seismic line profile indicating retrogradation towards source

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根据研究区砂体厚度图(图 12a)，砂体多呈近南北向条带状展布，平面上大致有4条砂体条带，局部砂厚中心连线，指示了沉积期多期河道叠置复合而成，砂体厚度较大，一般累积可达近30 m。砂厚局部中心多分布在苏157井区、苏60井区、苏176井区和定探2井区附近，这些井区同时也是多期河道在此叠置程度较重的区域。

a.砂厚图；b.沉积相图；c.相剖面图。 图 12 研究区盒8下段砂厚与沉积相平面展布图 Fig. 12 Sedimentary facies and sandstone thickness of the Lower He8 Member

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在盒₈^下亚段沉积时期，平面上河道带纵横交错，形成了辫状的河道带网络。河道带之间存在相对的古地貌高点，这些高地在洪泛时期，由细粒物质溢出堤岸，以悬浮搬运方式在河道两侧低洼地带沉积下来，形成了漫滩沉积^{[13, 14, 15]}；在河道带内，多期心滩砂体垂向叠置，易形成局部富砂中心。辫状河道快速侧向迁移使得心滩砂体在侧向相互叠置的同时，早期的河道逐步废弃，充填细粒沉积，也导致砂体的横向连续性受到限制，而一定规模的决口与泛滥沉积致使砂体在纵向上被分割。盒₈段下部是纵向上砂岩最发育的小层，河道连片分布、宽度大、分布广、河道间面积较小。根据砂岩的电性特征，河道呈北北东向或近南北向展布，覆盖了全区85%以上的面积，河道间漫滩沉积微相分布于河道两侧。盒₈^下亚段沉积时期，流经研究区有多条河道带，河道带之间彼此存在交汇现象，河道带的交汇，是河道网络复杂化的体现。如在苏157井和定探2两井处，两支河道带在此交汇，往往易形成局部富砂中心(图 12b，c，图 13)。

图 13 盒8下段沉积三维立体模式图 Fig. 13 Three-dimensional stereo-model of the Lower He8 Member

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1)综合利用钻井、测井、岩心、地震、分析化验和野外露头等多种资料和手段，通过对岩石学特征、岩心沉积构造、古生物化石证据、研究区附近野外露头所揭示的沉积序列、测井相特征和河流相地震特殊反射结构等多个角度分析论证，认为研究区盒₈^下亚段主要发育辫状河沉积，并以此为基础，对砂体分布复杂化的成因进行了解释：干旱与潮湿气候的频繁交替变化，是导致砂体研究区目的层垂向砂体厚度大、非均质性强和砂体横向变化快的主控因素。

2)苏里格气田西区砂体呈条带状南北向展布，平面上多条河道带彼此存在交切、汇聚现象，并指出河道带汇聚的地方，往往是多期河道砂体切割叠置程度较重的区域，并易形成局部富砂中心。富砂中心的连心在平面内与主河道带的分布基本吻合，这些河道带主要是多期河道垂向叠置而成。这种叠置关系的存在，不仅增加了储层平面非均质性，也增加了砂体叠置关系的复杂性。根据这些研究成果，同时结合现代沉积与古代沉积的对比，最终总结出了苏里格气田西区盒₈^下亚段辫状河储层沉积模式：盒₈^下亚段剖面揭示发育3期辫状河沉积，并彼此交切叠置；平面发育4条主体河道带，呈南北向展布，且河道带在研究区出现多次汇聚、分支，形成了“垂向分期，平面分支”三位一体辫状河沉积发育模式。