鄂尔多斯盆地杭锦旗地区上古生界储层自然伽马测井相研究

李永杰，赵荣华

（中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州450006）

杭锦旗地区位于鄂尔多斯盆地北部，横跨伊盟隆起、伊陕斜坡、天环坳陷三个一级构造单元。整个鄂尔多斯盆地在晚古生代进入了近海平原演化阶段，由于杭锦旗地区受阴山褶皱带的影响，其北部地区长期处于隆起状态，直接影响着晚石炭纪太原期至二叠纪石盒子期沉积状况，石炭纪太原期、二叠纪山西期杭锦旗南部地区沉积了较厚的煤层（10～20 m），进入了成熟－过成熟演化阶段，是本区良好的气源岩，石炭纪太原期至二叠纪下石盒子期由北向南发育大型冲积平原辫状河沉积，分流河道砂体在平面上复合连片，纵向上多层叠合，可以作为良好的储层，二叠纪上石盒子期至石千峰期，发育厚层干旱湖泊泥岩沉积，可以作为良好的区域盖层，生储盖匹配良好，发育自生自储、下生上储的成藏组合，杭锦旗地区主要目的层为上古生界石炭系太原组、二叠系山西组与下石盒子组［1－2］。

自然伽马曲线能较好地反映沉积序列、泥质含量和粒度的变化［3］。根据杭锦旗南部上古生界沉积特征，在钻井取心精细描述和沉积相划分的基础上，对自然伽马曲线特征进行分类分析，按照砂体对应自然伽马曲线形态和砂泥岩界面曲线变化特征，上古生界主要目的层可划分出五种基础测井相类型（表1）。

1 测井相类型

1．1 箱形测井相

曲线形态呈箱状，反映沉积过程中物源丰富和水动力条件强且较稳定，砂体顶、底与泥岩均为突变接触。根据曲线形态可进一步分为齿状箱形与光滑箱形，齿状箱形自然伽马曲线小幅度起伏震荡，夹层较多，反映了水动力条件强弱频繁交替的特征，是本区的常见测井相类型之一；光滑箱形自然伽马曲线光滑或微齿化，内部结构均匀，岩性单一，砂体顶、底部均与泥岩呈突变接触，反映物源充足，强而稳定的水动力特征。此两种曲线形态对应的沉积微相在太原组、山西组为三角洲平原分流河道或三角洲前缘水下分流河道，下石盒子组为辫状河心滩、边滩、河道滞留沉积，岩石类型一般为含砾粗粒砂岩，光滑箱形曲线对应的岩石泥质含量低，齿化箱型粗砂岩处于河道侧翼，地形相对平缓，水体能量弱，沉积物快速卸载，大小颗粒及泥质杂基混杂在一起，分选差，泥质杂基含量高。

1．2 钟形测井相

自然伽马曲线形态呈钟形，曲线从下往上幅度突然变高，然后逐渐下降恢复到基线，反映沉积环境从低能突变为高能，又从高能缓慢恢复到低能。岩性具正粒序结构，砂体底部与泥岩呈突变接触，为冲刷面，顶部与泥岩呈渐变接触，反映了逐渐减弱的水动力特征。对应的沉积微相在太原组、山西组为三角洲平原分流河道或前缘水下分流河道，下石盒子组为辫状河心滩、边滩、河道充填或泛滥平原决口扇沉积。岩石类型一般为中－粗粒砂岩，向上渐渐过渡到细砂岩、泥质岩。

表1 杭锦旗南部地区上古生界岩相－测井类型及其对应的沉积微相类型特征

1．3 漏斗形测井相

自然伽马曲线形态呈漏斗形，说明沉积环境的能量从弱到强，然后突然变弱，岩性具反粒序结构，砂体顶部与泥岩突变接触，底部与泥岩渐变接触，该类型在下石盒子组不发育。代表的沉积微相在太原组、山西组为三角洲前缘河口坝，岩石类型一般为中－粗粒砂岩，向底部过渡为细砂岩、泥质岩。

1．4 指形测井相

曲线形态呈指形，曲线幅度高，表明物源少而沉积水动力条件强，岩性为中－细砂岩，厚度小于2 m，砂体顶、低均与泥岩呈突变接触。对应沉积微相在太原组、山西组为三角洲平原决口扇或前缘席状砂沉积。

2 测井相与储集砂体物性、产能关系

在上述测井相类型划分的基础上，通过对杭锦旗南部地区太原组至下石盒子组盒3段自然伽马测井相与之对应的砂体物性、产能进行统计分析，来阐明测井相与储集砂体物性、产能的相关性［4］（表2），由于指型、漏斗型测井相储集砂体进行测试较少，故不在本次物性、产能统计之内，结果表明：

（1）光滑箱形储集砂体，含砾粗粒砂岩相平均孔隙度为11．2%，渗透率为1．4×10－3μm2，平均井口产量13 857 m3／d；

（2）齿状箱形储集砂体，粗粒砂岩相平均孔隙度为9．9%，渗透率为1．1×10－3μm2，平均井口产量2 360 m3／d；

（3）钟形储集砂体，中－粗粒砂岩相平均孔隙度为9．2%，渗透率为1．3×10－3μm2，平均井口产量1 046 m3／d；

由上可以看出，伽马曲线为光滑箱形的含砾粗粒砂岩相砂层物性最好、产能最高，齿状箱形粗粒砂岩相次之，钟形粗－中粒砂岩相最差。

表2 杭锦旗南部地区太原组－下石盒子组自然伽马测井相与产能、孔渗统计

3 优质储层沉积成因分析

3．1 沉积相带控制了砂体展布，有利沉积相带奠定了优质储层形成基础

沉积相带的空间展布控制了砂体的空间展布及其分布规律。研究区山西组、下石盒子组砂体呈南北向－北北东向展布，其规模限定了储层的分布范围及其几何形态，优质储层主要位于三角洲平原亚相分流河道和三角洲前缘亚相水下分流河道的中心部位，向河道边缘砂体的物性逐渐变差。据统计，累计砂层厚度大的区域也是分流河道或水下分流河道的中心所在的部位，其砂岩的孔隙度和渗透率值相对较高，而累计砂层厚度小的区域一般位于河道的边缘部位，其砂岩的孔隙度与渗透率相对较低，产能也低。

3．2 水动力条件控制储层砂体规模

山西组沉积期古地形坡度缓，河道携砂能力相对较弱，垂向剖面上分流河道具明显的下粗上细的二元结构，其顶部的细粒沉积物占有较大比重，分流河道间含煤层、暗色炭质泥岩等细粒沉积发育，由于水动力条件相对较弱，河道多期叠置，砂体在横向上的连片性相对较差，砂体相对较窄。盒1段沉积期，北部物源区隆升加剧，供屑能力与水动力条件增强，由于水急流浅，呈现出多条网状或交织状分流河道沉积的特征，河流类型为辫状河沉积，分流河道沉积占绝对优势，分流河道间沉积相对不发育，不具备下粗上细的二元结构特征。多期河道砂体彼此叠置形成巨厚的砂体，剖面结构中以粗砂岩－含砾粗砂岩和中粗砂岩为主，细砂岩和粉砂岩沉积所占比例甚少，由于河道较宽，砂体分布规模大，横向连片性好，为优质储层的发育奠定了良好的物质基础，所以盒1段储层厚度、规模较山西组储层大。

3．3 水动力条件控制砂岩粒度及韵律

水动力条件控制了砂岩的粒径及沉积韵律性。砂岩粒度的相关性分析显示砂岩的粒度与砂岩的孔隙度、渗透率之间存在明显的正相关性：即水动力条件越强，砂岩的粒度越粗，其孔隙度、渗透率值越高（图1、图2），而砂岩粒度的韵律性影响了其孔隙度和渗透率的变化。盒1段和山2段砂岩主要存在正韵律、反韵律、正－反韵律、复合韵律砂体。正韵律砂体其下部粒度粗，上部粒度细，物性下部好于上部；反韵律砂体其上部物性优于下部。

图1 不同粒度砂岩孔隙度与渗透率关系

图2 不同粒度砂岩孔隙度、渗透率直方图

研究区离物源区近，水动力条件强，碎屑物质来源丰富，搬运过程中砂泥混杂，储集岩储集性能的好坏与泥质填隙物多少密切相关。光滑箱型含砾粗砂岩形成于河流主水流线上，水体能量强且水体持续，沉积物粒度粗，泥质杂基含量少，原生粒间孔广泛发育。齿化箱型（钟型）粗砂岩处于河道侧翼，地形相对平缓，水体能量弱，沉积物快速卸载，大小颗粒及泥质杂基混杂在一起，分选差，泥质杂基含量高，充填粒间孔隙，储层物性差。

4 结论

（1）杭锦旗地区上古生界自然伽马曲线可划分为四种基础测井相类型：箱形、钟形、漏斗形、指形。

（2）阐明了测井相与储集砂体物性、产能关系，结果表明：（含砾）粗粒砂岩相——光滑箱形储集砂体物性最好、产能最高；粗粒砂岩相——齿化箱形储集砂体物性、产能次之；中－粗粒砂岩相——钟形储集砂体物性最差、产能最低。

（3）沉积相带的展布和水动力条件是优质储层形成的主要因素。

［1］李良，袁志样，惠宽洋，等．鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气聚集规律［J］．石油与天然气地质，2000，21（3）：268－271．

［2］郝蜀民．鄂尔多斯盆地油气勘探的回顾与思考［J］．天然气工业，2001，21（增刊）：1－4．

［3］曹忠辉．鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界自然伽马曲线测井相分析［J］．石油地质与工程，2005，19（5）：23－24．

［4］张俊成，欧成华，李强．大牛地气田下石盒子组盒2、3段砂体微相与产能关系［J］．西部探矿工程，2010，（2）：38－40．