Sedimentary Reservoir Characteristics and Reservoir Classification Evaluation of Benxi Formation in Well Da-Ning Area, Ordos Basin ()
1. 引言
大宁区块是国内最早提出有煤层气资源开发前景的区域之一。该区处于上古生界聚煤凹陷，生烃量巨大。通过对大宁区块的煤系地层研究可以表明，除煤层气外，致密砂岩气也有较可观的规模。在具体生产实践过程中发现，位于鄂尔多斯盆地东南缘的大宁?吉县区块上古生界蕴藏着丰富的天然气资源，本溪组就是其主力产层之一。
致密砂岩气为重要的一种非常规油气资源，储量大、分布广，为重要的油气资源勘探目标之一 [1] 。研究区本溪组具有巨大生烃潜力，但由于前人研究常集中在鄂尔多斯盆地西北部和北部(苏里格庙地区)，而盆地东南部地区一直以来研究比较薄弱，且对沉积特征与储层特征研究并不深入，因此对本溪组沉积储层特征研究具有重要的意义。本文结合300余口井的钻井资料，20余口井的岩心观察及各项实验，在研究沉积储层特征的基础上，对本溪组储层分类评价，可为后期的勘探与开发提供指导。
2. 区域地质概括
大宁?吉县位于山西省境内，构造上处于鄂尔多斯盆地晋西挠褶带的南部 [2] (图1(a))，北接永和，南邻乡宁，东接吕梁山脉，西邻黄河，为整体西倾的单斜构造。本溪组为上古生界致密砂岩气主力含气层系之一。研究层本溪组发育陆源碎屑障壁海岸沉积体系，研究区本溪组地层厚度在25~60 m之间，平均厚度为47 m，从下到上依次发育铝土岩风化壳、畔沟灰岩、晋祠砂岩、吴家峪灰岩和下煤组 [3] (图1(b))，地层厚度呈东厚西薄。
3. 沉积特征及沉积相类型
3.1. 沉积背景
晚石炭纪，因受构造作用、地层沉降等条件影响，以中央古隆起为界线，将鄂尔多斯盆地区域古地理分为东、西两个海域，古地形南隆北倾，沉积相呈东西向相分异 [4] (图2)。中央古隆起东部地区地层下沉，形成陆表海，在古风化壳之上形成一套碳酸盐台地一障壁一浅水三角洲复合体系沉积，扇三角洲展布在东北缘的东胜地区 [4] ，障壁岛分布于东部延长一延川一宜川地区，潮坪沉积主要在中央古隆起两侧。
3.2. 沉积特征
本溪组地层从下到上依次发育铝土岩风化壳、畔沟灰岩、晋祠砂岩、吴家峪灰岩和下煤组。
3.2.1. 地层特征
1) 铝土岩。鄂尔多斯盆地东南部受加里东运动影响于奥陶世发生抬升，地层遭受长期风化剥蚀，造成奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统地层缺失 [5] [6] ，使马家沟组与本溪组呈平行不整合接触。2015年之前，铝土岩层常作为下古生界风化壳气藏盖层研究 [7] ；2020年至今，铝土岩气测异常，具有
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Figure 1. Location and regional structure of the study area (a) and stratigraphic bar chart of Benxi Formation (b)
图1. 研究区位置及区域构造图(a)及本溪组地层柱状图(b)
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Figure 2. Sedimentary model of Benxi Formation
图2. 本溪组沉积模式图
较好的含气性，其勘探潜力巨大 [8] 。铝土岩层约为4~18 m，其电性特征表现为极高GR、高SP、扩径、高AC、低电阻 [9] ，为优质的储层。
2) 畔沟灰岩。畔沟灰岩位于本溪组的下部，厚度约0.7~1.9 m，内部可见䗴类和介形虫等化石，电性特征表现为低GR、低AC和高电阻。
3) 晋祠砂岩。岩性为灰白色或灰褐色石英砂岩，厚度约为5~20 m，呈北厚南薄状分布，是本溪组主要储层。电性特征表现为低GR、低SP、低AC、高电阻和低中子。
4) 吴家峪灰岩。为一层深灰色具有透镜状及脉状层理的泥晶碎屑灰岩 [10] 。厚度约为2~8 m，电性特征表现为低GR、低SP、低AC、高DEN和低中子，为本溪组区域盖层。
5) 下煤组。由8#、9#煤层组成，呈煤系出现，该煤层较稳定，厚度大，且分布普遍，常作为重要的标志层，电性特征表现为低GR、低AC、低DEN、中?高电阻；煤岩有机碳含量高，且处于过成熟生气阶段，生烃潜力大，为优质烃源岩。
3.2.2. 岩心相及粒度特征
对研究区岩心进行观察发现(图3)，研究区本溪组主要发育水平层理、交错层理、板状层理等，见植物碎屑化石存在，水动力条件中等。反映了障壁―潮坪沉积环境下的潮道、障壁砂坝、沙坪相。
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Figure 3. Sedimentary structure diagram of Benxi Formation in the study area
图3. 研究区本溪组沉积构造图
潮坪沉积粒度曲线呈三段式(图4(a))，主要以滚动和跳跃式为主，悬浮式含量较低，反映了潮坪沉积在水动力上变化频繁的特征。障壁砂坝沉积粒度曲线呈两段式(图4(b))，主要为跳跃式，少量为悬浮式，反应了障壁砂坝沉积水动力环境较稳定。
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Figure 4. Particle size probability curve of Benxi Formation
图4. 本溪组粒度概率曲线
3.3. 沉积相类型
根据岩性组合特征及岩电分析结果，将研究区本溪组划分为障壁海岸沉积体系 [11] 。该沉积体系大致平行海岸线呈北北东向展布，至研究区南部转为北北西向。在漫长的地质年代中，障壁岛随着海平面的升降往返迁移摆动，垂向上形成障壁岛与?湖交叉或重叠 [12] 。
研究区本溪组主要发育障壁?碳酸盐潮坪沉积，表现为障壁沙坝与潮坪伴生的沉积特点，潮下低能缓坡泥晶灰岩与灰泥坪、泥炭坪、砂坪纵向叠置，并下见厚层障壁砂坝，局部露头见大型潮道砂体，并进一步划分出潮上砂泥混合坪、泥炭坪、潮道、潮间障壁沙坝、灰坪等沉积微相(表1)。
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Table 1. Sedimentary facies characteristics of Benxi Formation in the study area
3.3.1. 障壁岛
研究区障壁岛沉积物以浅灰色和灰色细砂岩为主，其次为中砂岩，有少量含砾粗砂岩、泥岩和粉砂质泥岩。砂岩成分以石英为主，长石和岩屑次之，颗粒磨圆度好，分选适中?好，发育槽状交错层理及板状交错层理。砂岩粒序普遍为逆粒序，向下的粒序逐渐变细。测井曲线GR呈钟状或高的锯齿状，SP曲线呈较高的峰状。
3.3.2. ?湖
研究区本溪组?湖广泛分布，为一平行岸线的浅水盆地，与浅海陆棚以障壁岛相隔。?湖沉积物主要为深灰?灰黑色泥岩、碳质泥岩和煤层，局部夹少量薄层粉砂岩、细砂岩、灰岩。主要发育水平层理、塑性变形层理和小型交错层理等。泻湖沉积物主要为泥质岩，自然伽马曲线以高幅值为主。
3.3.3. 潮坪
潮坪沉积大多发育于海浪影响较弱，有明显海潮周期变化的平缓斜坡的近海环境中和受海潮影响的三角洲环境中。潮坪沉积可分为砂坪、泥坪和混合坪三种微相，在低潮线附近，水动力较强，可见砂坪沉积；在高潮线附近，水动力较弱，可见泥坪沉积；砂坪和泥坪之间的混合沉积带为混合坪沉积。
1) 砂坪。研究区砂坪主要岩性组合为深灰色?灰色细砂岩和含砾粗砂岩。砂岩成分以石英为主，岩屑次之。砂岩分选中等，磨圆度较好，发育沙纹交错层理、变形层理和板状交错层理，可见少量虫孔构造，厚度变化较大，粒序略显正粒序。测井曲线GR多呈中?高幅值的箱状，或齿状钟形，薄层砂岩段GR呈较高值指状。
2) 泥坪。泥坪沉积物主要为灰黑色泥岩、粉砂质泥岩，发育水平层理，含植物化石碎片。泥坪沉积GR曲线基本为低幅锯齿状。
3) 混合坪。混合坪沉积物主要为深灰色泥岩、灰色泥质粉砂岩与粉砂岩互层，是砂质沉积和泥质沉积交替出现的结果。发育波状层理和透镜状层理。GR曲线为中幅锯齿钟型。
4. 储层特征
4.1. 储层组分特征
本溪组砂岩储层岩石类型以细粒砂岩为主，中?细粒砂岩和粉砂岩次之，可含少量含砾粗砂岩，粒径主要为0.11~0.3 mm，分选好，碎屑颗粒主要呈次圆状，颗粒支撑，线接触，接触?孔隙胶结和再生孔隙式胶结，蚀变程度较深。
根据铸体薄片实验统计分析，研究区本溪组砂岩储层碎屑成分以石英为主，平均含量为71%；岩屑含量其次，平均含量为13.07%；长石含量最低，平均含量为0.34%，做砂岩分类三角图(图5)，得出研究区本溪组储层岩性为石英砂岩和岩屑石英砂岩。本溪组储层填隙物种类丰富(图6(a))，包含高岭石(1.94%)、伊利石(2.38%)、绿泥石(1.04%)、方解石(1.54)、铁方解石(0.97%)、白云石(0.80%)和铁白云石(0.93%)等。
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Figure 5. Classification triangulation of sandstones of Benxi Formation in the study area
图5. 研究区本溪组砂岩分类三角图
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Figure 6. Reservoir intercalation compositions (left) and reservoir pore types (right)
图6. 研究区本溪组储层填隙物成分(左)、储层孔隙类型(右)
4.2. 储层物性特征
通过对研究区本溪组储层岩心物性分析资料统计(图7(a)、图7(b))，孔隙度范围为0.77%~10.1%，平均为3.5%，渗透率范围为0.01 × 10−3μm2~50 × 10−3 μm2，平均为2.31 × 10−3 μm2，做孔隙度与渗透率散点图(图7(c))，呈明显的正相关关系，相关性为0.6544，且孔隙度、渗透率分布主要集中在0~5%、小于0.1 × 10−3 μm2，按照DZ/T 0217-2020碎屑岩储层分类标准，本溪组储层为特低孔?超低孔的致密砂岩储层。
4.3. 孔喉结构特征
根据铸体薄片实验统计(图6(b))，研究区本溪组砂岩储层平均总面孔率1.95%，原生孔隙面孔率为0.4%，主要为残余粒间孔；次生孔隙平均面孔率1.5%，包含粒间溶孔、长石溶孔、岩屑溶孔、铸模孔和晶间孔；微裂隙平均面孔率0.05%。
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Figure 7. Pore permeability distribution characteristics of Benxi Formation reservoir in the study area
图7. 研究区本溪组储层孔渗分布特征
通过压汞实验，以研究区本溪组砂岩储层20个样品得出孔喉结构参数(表2)，排驱压力较小，为0.05~3.5 MPa，平均为0.94 MPa；中值压力平均为2.87 MPa；中值半径为0.04~1.24 μm，平均为0.34 μm；分选系数为0.04~0.96，平均为0.37，；最大进汞饱和度28%~92%，平均为76%。
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Table 2. Microscopic pore throat structure characteristic parameters of Benxi formation reservoir in the study area
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Figure 8. Classification of pore-throat structure of Benxi Formation in the study area
图8. 研究区本溪组孔喉结构分类
根据本区储层微观孔喉结构特征，将研究层砂岩储层孔喉结构分为以下4类，且以II类和III类为主(图8)：I类孔喉结构(大孔?粗喉)，孔隙度在10%以上，渗透率大于1 × 10−3 µm2，排驱压力小于0.1 MPa，中值压力小于0.4 MPa，中值孔喉半径大于1.0 µm，分选系数小于0.15；II类孔喉结构(中孔?细喉)，储层孔隙度在6%~10%之间，渗透率0.5 × 10−3~1 × 10−3 µm2，排驱压力0.3~0.7 MPa，中值压力0.4~12 MPa，中值孔喉半径0.45~1 µm，分选系数0.15~0.4；III类孔喉结构(细孔?细喉)，储层孔隙度在3%~6%之间，渗透率在0.05 × 10−3~0.5 × 10−3 µm2之间，排驱压力0.3~1 MPa，中值压力在10~55 MPa，中值孔喉半径0.01~0.45 µm，分选系数0.3~0.6；IV类孔喉结构(微孔?微喉)，储层孔隙度在3%以下，渗透率在小于0.05 × 10−3 µm2，排驱压力大于2 MPa，中值压力大于55 MPa，中值孔喉半径小于0.01 µm，分选系数大于0.6。
5. 储层分类评价
储层特征影响着油气的富集与分布，通常砂体厚度大、物性好的砂岩储层是油气有利储集体 [13] [14] [15] [16] 。结合储层岩石学特征、孔隙类型、孔隙结构特征、物性特征、砂体厚度和沉积相类型等评价参数，将研究区储层综合划分为3类(表3)，即I类优质储层、II类中等储层和III类差储层，划分条件如下：
I类优质储层：分选好，以点接触、点?线接触为主，大量粒间孔和粒间溶孔提供优质储集空间，孔喉结构为I类或II类，孔隙度大于6%，渗透率大于1 × 10−3 μm2，沉积相为障壁岛或沙坪，一般大于4 m，发育在鼻隆构造处；
II类中等储层：分选好、好?中等，颗粒以线接触、点?线接触为主，具有大量粒间孔、溶蚀孔，孔喉结构类型为II类或III类喉，孔隙度3%~10%，渗透率0.05 × 10−3~1 × 10−3 μm2，沉积相为障壁岛或砂坪，砂体厚度在2~4 m，鼻隆发育；
III类差储层：分选中等，接触方式为线接触，以残余粒间孔发育为主，孔喉类型为III类，孔隙度3%~6%，渗透率小于0.05 × 10−3~0.5 × 10−3 μm2，沉积微相为沙坪或混合坪，砂体厚度一般小于2 m。
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Table 3. Classification evaluation table of Benxi Formation reservoir in the study area
6. 结论
1) 大宁?吉县本溪组主要发育障壁海岸沉积体系及陆棚沉积体系，本溪组地层从下到上依次发育铝土岩风化壳、畔沟灰岩、晋祠砂岩、吴家峪灰岩和下煤组；沉积相类型主要有障壁岛、?湖和潮坪；障壁岛、沙坪、铝土岩层可为本溪组储层。
2) 储层岩性以细粒石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，粒径主要为0.11~0.3 mm，分选好，碎屑颗粒主要呈次圆状，储集空间主要为溶蚀孔，孔喉结构可划分为：I类大孔?粗喉、II类中孔?细喉、III类细孔?细喉和IV类微孔?微喉。
3) 结合储层岩石学特征、孔隙类型、孔隙结构特征、物性特征、砂体厚度和沉积相类型等评价参数，将研究区储层综合划分为3类，即I类优质储层、II类中等储层和III类差储层。
基金项目
陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JQ-767)；陕西省教育厅重点科学研究计划项目(20JS128)。
鄂尔多斯盆地大宁?吉县本溪组沉积储层特征及储层分类评价
摘要：鄂尔多斯盆地上古生界石炭系本溪组发育多套砂岩，为海相陆相过渡相，具有显著的非常规天然气潜力。为了揭示鄂尔多斯盆地东南部大宁?吉县上石炭统本溪组的沉积储层特征，本文综合利用钻井、测井资料，结合各项实验等，对研究区本溪组沉积储层特征展开深入研究。认为研究区本溪组主要发育障壁?碳酸盐潮坪沉积，表现为障壁沙坝与潮坪伴生的沉积特点，储层岩性以细粒石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，溶蚀孔为主要的储集空间，结合储层岩石学特征、孔隙类型、孔隙结构特征、物性特征、砂体厚度和沉积相类型等评价参数，将研究区本溪组储层划分为：I类优质储层、II类中等储层和III类差储层。
关键词：鄂尔多斯盆地，本溪组，沉积储层特征，储层分类评价