西湖凹陷某構(gòu)造花港組沉積相及致密砂巖儲(chǔ)層特征

劉金水 曹 冰 徐志星 秦蘭芝 徐昉昊 唐健程

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司 上海分公司，上海200030；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059）

隨著世界對(duì)天然氣資源需求的不斷增加和常規(guī)天然氣儲(chǔ)量的日益減少，很多國(guó)家都把非常規(guī)天然氣作為重要的后備資源[1]。致密砂巖氣是非常規(guī)天然氣的一種，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）在20世紀(jì)80年代的定義，氣藏儲(chǔ)氣層段平均滲透率≤0.1×10－3μm2的即屬于致密含氣砂巖。估計(jì)全球有致密砂巖氣0.6×1015～3×1015m3，是常規(guī)天然氣資源的1～5倍。在中國(guó)四川盆地、鄂爾多斯盆地先后發(fā)現(xiàn)了大型致密砂巖氣田，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[2－5]。由此，對(duì)致密砂巖氣藏的綜合研究，顯得尤其重要。張哨楠（2008）認(rèn)為盡管致密砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖演化歷史，成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的致密化起決定作用，然而沉積環(huán)境依然是控制致密砂巖儲(chǔ)層形成的基本因素[6]；Fisher and Brown（1972）認(rèn)為，對(duì)于每一個(gè)地層單元需要研究的重要參數(shù)包括：沉積體系、巖相成因、結(jié)構(gòu)成熟度、礦物成熟度、礦物特征、成巖作用、泥質(zhì)膠結(jié)等[7]。綜合上述觀點(diǎn)，本文對(duì)西湖凹陷某構(gòu)造花港組致密砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行研究時(shí)，通過(guò)解剖花港組沉積相和儲(chǔ)層發(fā)育特征來(lái)把握該儲(chǔ)層低孔低滲形成的控制因素。

西湖凹陷位于東海盆地，構(gòu)造上屬于東海盆地浙東拗陷內(nèi)的二級(jí)構(gòu)造單元，呈NNE向。西湖凹陷在構(gòu)造上具有東西分帶、南北分塊的特點(diǎn)，是個(gè)東斷西超的斷陷盆地[8]。凹陷內(nèi)部自西向東可以分為西部斜坡帶、西部次凹、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部次凹和東部斷階帶。西湖凹陷新生界主要發(fā)育古新統(tǒng)（？）、始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組、上新統(tǒng)三潭組及第四系東海群，沉積厚度約為9～10km[9]，經(jīng)歷了斷陷、拗陷和區(qū)域沉降3個(gè)階段，花港組為拗陷期沉積[8]。本文研究的構(gòu)造區(qū)是西部斜坡帶與中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶之間的凹中低緩背斜，位于西部次凹西南部（圖1）。

圖1 西湖凹陷各構(gòu)造帶及油氣田分布圖Fig.1 Distribution graph of various structural belts and oil－gas fields in the Xihu depression（據(jù)陶士振等[10]，2005）

1 花港組沉積相特征

根據(jù)鉆井巖心、巖屑、測(cè)井以及各種分析測(cè)試資料，對(duì)西湖凹陷某構(gòu)造花港組致密砂巖儲(chǔ)層沉積特征進(jìn)行綜合分析與研究。

前人大多認(rèn)為，西湖凹陷漸新統(tǒng)花港組主要發(fā)育河流—湖泊—三角洲沉積體系[11－14]。自漸新世早期玉泉運(yùn)動(dòng)開始，西湖凹陷進(jìn)入裂后拗陷演化階段?；ǜ劢M就是在漸新世早期玉泉運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上沉積形成的[15]，自下而上為一套水進(jìn)沉積過(guò)程，而在大的沉降背景下發(fā)生2次幕式抬升，形成2個(gè)三級(jí)層序（花上段和花下段）[14]。作者研究認(rèn)為，花港組上段為三角洲前緣沉積（花港組分層，從上往下依次分為 H1、H2、…、H11，其中 H1～H5為花上段，H6～H11為花下段），主要發(fā)育了水下分流河道、河口壩、水下分流間灣和水下天然堤4個(gè)微相；花港組下段為三角洲平原沉積，主要發(fā)育了水上分流河道、支流間灣和泛濫平原3個(gè)微相。

1.1 花上段微相特征

a.河口壩：河口壩砂體是三角洲前緣的典型沉積。細(xì)粒砂質(zhì)沉積物是在水下分流河道河口處由于水動(dòng)力條件的減弱快速堆積形成的，縱向上呈下細(xì)上粗的反韻律特征，砂體的橫斷面呈底平頂凸的透鏡狀。在壩的軸線方向上，粒度較粗，分選較好，向兩側(cè)粒度變細(xì)，泥質(zhì)含量升高。自然伽馬曲線呈中—低幅度的漏斗狀（圖2－A）。

b.水下分流河道：是三角洲曲流平原分支河道的水下延伸部分[16，17]。巖性主要為淺灰色細(xì)砂巖及灰色粉砂巖，均以長(zhǎng)石為主；發(fā)育小型交錯(cuò)層理，在頂部受后期水流和波浪改造，有時(shí)出現(xiàn)脈狀層理和水平層理，砂粒具反韻律特征；自然伽馬曲線總體上表現(xiàn)為頂?shù)淄蛔兊南湫吻€的多次疊加，以及正旋回的鐘形曲線（圖2－B）。

c.分流間灣：巖性為灰色、淺灰色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒沉積；發(fā)育水平層理，泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育沙紋層理及波狀層理；自然伽馬曲線表現(xiàn)為中－高幅微齒狀（圖2－B）。

圖2 西湖凹陷某構(gòu)造花港組骨架砂體剖面相組合序列圖Fig.2 The combination pattern of the main sand body sections of Huagang Formation in a structure of the Xihu depression

d.天然堤：沿河流兩岸由河流沉積物自然形成的長(zhǎng)堤，是洪水時(shí)期河水溢出河谷向兩側(cè)泛濫堆積形成的兩行沿岸分布的堤狀地貌體，是河漫灘上最高的組成部分。主要由砂礫石和動(dòng)、植物殘?bào)w組成，頂部較粗，堤兩側(cè)較細(xì)，顆粒磨圓與分選一般，多見斜層理（圖2－A）。

1.2 花下段微相特征

a.水上分流河道：垂向?qū)有蚪Y(jié)構(gòu)特征與水下分流河道相似，但其厚度要大，以厚層碎屑支撐的礫巖、粒狀砂巖為主要巖性，成熟度低，分選差至中等，無(wú)遞變或具正遞變層理，相應(yīng)出現(xiàn)大型交錯(cuò)層理、小型交錯(cuò)層理、波狀層理、頂部的水平層理，常見沖刷充填構(gòu)造，充填分流河道的沉積物具有下粗上細(xì)的正韻律。自然電位曲線表現(xiàn)為中—高幅齒化鐘形或箱形，自然伽馬曲線則表現(xiàn)為中—低幅齒化漏斗型（圖2－C）。

b.分流間灣：由砂紋層理細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖薄層相互組成加積序列，覆于支流河道組合之上或不連續(xù)地分布于河道兩側(cè)，厚度0.1～1 m，生物擾動(dòng)強(qiáng)烈，可見變形層理、爬升層理。自然電位曲線為低幅齒狀、指狀（圖2－C）。

c.泛濫平原：為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖偶夾薄層泥質(zhì)粉砂巖?？梢娝綄永?、塊狀層理、波紋層理。測(cè)井曲線為低幅平直狀（圖2－D）。

1.3 沉積相平面展布特征

研究區(qū)花港組為河流—湖泊—三角洲沉積體系，上段與下段相比，湖泊范圍擴(kuò)大，沉積中心分別西移和東移[14]，淺湖亞相呈狹長(zhǎng)條帶狀NNE向，分布于南北兩側(cè)。圍繞淺湖亞相發(fā)育三角洲前緣亞相。花下段三角洲沉積極為發(fā)育，分布在盆地西部邊緣，并且不斷向盆地推進(jìn)，構(gòu)成進(jìn)積型三角洲，主要發(fā)育三角洲平原亞相沉積（圖3）。

該區(qū)有利儲(chǔ)集相帶主要有三角洲前緣亞相中的河口壩、分流河道、三角洲平原分流河道微相以及河流系中的河道亞相。由于掌握資料的局限性，可能研究的結(jié)果與地質(zhì)實(shí)際稍有偏差。

2 花港組致密砂巖儲(chǔ)層特征

花港組砂體發(fā)育，整體呈現(xiàn)“砂包泥”特征。砂巖的巖性主要為淺灰色細(xì)—中粒的長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖，粒度中值平均為0.124 mm[18]。

2.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)3口鉆井距離較近，花港組儲(chǔ)層的物源不具明顯的差異性，從而表現(xiàn)為礦物成分的相似性。骨架含有較高的長(zhǎng)石和巖屑。

從3口鉆井主要儲(chǔ)層段（3 204.5～4 226.0 m）砂巖Q－F－R三端元的含量與不穩(wěn)定組分F＋R之比指數(shù)看出，該深度骨架組分成熟度低。主要巖石類型為巖屑長(zhǎng)石砂巖，從三角投點(diǎn)圖看（圖4），巖屑長(zhǎng)石砂巖平均占37.5%～74.75%；其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖區(qū)，平均在17.5%～61.46%；少量為長(zhǎng)石石英砂巖區(qū)，占1.04%～6.25%。砂巖的平均粒度區(qū)間值為0.085～0.438mm，說(shuō)明大多數(shù)砂巖都在細(xì)—中砂巖的粒度范圍內(nèi)。碎屑大都具有中等或較好的圓度，圓度級(jí)別為次圓—次棱和次棱—次圓的樣品占全部樣品的95%以上，次圓度級(jí)相對(duì)很少，僅占全部樣品的2%～5%。該目標(biāo)層位普遍具有較高的雜基含量，對(duì)291個(gè)薄片鑒定和對(duì)前人薄片資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，砂巖孔隙中雜基的面積分?jǐn)?shù)平均值一般為0.7%～13%，少數(shù)層段砂巖中夾泥質(zhì)層時(shí)可達(dá)30%～45%。

圖3 研究區(qū)花港組沉積相平面展布圖Fig.3 Sedimentary facies plan distribution of Huagang Formation in the study area（A）花港組上段；（B）花港組下段

圖4 西湖凹陷某構(gòu)造花港組儲(chǔ)層砂巖碎屑成分三角投點(diǎn)圖Fig.4 Triangle projection map of the reservoir sandstone clastic constituents in Huagang Formation in a structure of the Xihu depression

2.2 儲(chǔ)集空間特征

研究區(qū)花港組砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要是孔隙，僅見極少量微裂縫。沉積期的原生孔隙類型和組合，經(jīng)歷成巖作用的改造形成了新的不同成因的孔隙類型和組合。利用1井和2井花港組鑄體薄片資料（缺3井），統(tǒng)計(jì)了西湖凹陷花港組儲(chǔ)層的孔隙構(gòu)成情況（表1），結(jié)果表明花港組主要發(fā)育原生孔隙和次生孔隙2種儲(chǔ)集空間類型。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分類，在研究區(qū)花港組砂巖的2種主要儲(chǔ)集空間類型中，次生孔隙是更為主要的儲(chǔ)集空間類型。次生孔隙的平均面孔率達(dá)5.8%，約占儲(chǔ)集空間的56.4%。

2.3 物性特征

2.3.1 儲(chǔ)層孔滲特征參照《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)天然氣藏評(píng)價(jià)方法》（SY／T5601－93）中規(guī)定的砂巖儲(chǔ)集級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)3口鉆井花港組儲(chǔ)層巖心進(jìn)行物性測(cè)試和儲(chǔ)層級(jí)別劃分。研究發(fā)現(xiàn)花港組孔隙度隨著深度的增加逐漸變小，孔隙發(fā)育的層段孔隙度在9.7%～14.7%之間，孔隙發(fā)育差的層段孔隙度平均值為8.3%，屬特低孔儲(chǔ)層。從滲透性特征測(cè)試分析結(jié)果看，1井花港組H5段取心段滲透率最好，屬于中低滲儲(chǔ)層；H9＋H10層次之，為低滲儲(chǔ)層；H11層最差，屬于特低滲儲(chǔ)層。2井花港組H3、H4、H7均為低滲儲(chǔ)層，其中H3層取心段滲透率相對(duì)較好，H4層其次，H7層最差。3井 H4層平均滲透率為15.87×10－3μm2，屬于中滲儲(chǔ)層，滲透率相對(duì)較好；H6、H7層為特低滲儲(chǔ)層，滲透性差。

2.3.2 儲(chǔ)層孔滲關(guān)系

1井86塊樣品（H5層62塊，H9＋H10層11塊，H11層13塊）的巖（壁）心測(cè)試孔隙度與滲透率相關(guān)性分析結(jié)果表明：各層孔滲相關(guān)系數(shù)存在較大差異，相對(duì)而言H5儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性最好，H11儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性最差。

2井共計(jì)72塊樣品（H3層23塊，H4層12塊，H7層37塊）的巖（壁）心測(cè)試孔隙度與滲透率相關(guān)性分析結(jié)果表明：H3層、H4層和H7層孔滲相關(guān)性由強(qiáng)變?nèi)酰?井134塊（H4層31塊，H6層79塊，H7層24塊）巖心樣品測(cè)試孔隙度與滲透率相關(guān)性分析結(jié)果表明：H4層儲(chǔ)層滲透率與孔隙度表現(xiàn)出較明顯的指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，即滲透率隨著孔隙度的增大而增加，而H6、H7層儲(chǔ)層滲透率與孔隙度相關(guān)關(guān)系差。

通過(guò)3口井的孔隙度與滲透率關(guān)系的分析發(fā)現(xiàn)，隨著深度的增加，物性變差，儲(chǔ)層逐漸致密化，孔隙度與滲透率的相關(guān)性也越來(lái)越弱。總體來(lái)看，花港組上段孔滲有一定的相關(guān)性（圖5－A），花港組下段孔滲相關(guān)性不明顯（圖5－B）。

2.3.3 巖性與物性的關(guān)系

巖石類型的差異決定了巖石碎屑和礦物碎屑成分的差異，從而影響成巖作用的差異，因此，巖石類型和成巖作用決定了儲(chǔ)層巖石的微觀結(jié)構(gòu)，而微觀結(jié)構(gòu)又決定了儲(chǔ)層的物性，所以巖石類型與物性之間必然存在某種聯(lián)系。對(duì)2井花港組H3小層的統(tǒng)計(jì)（圖6）表明，長(zhǎng)石巖屑砂巖孔隙度在4.8%～13.2%，平均為10.53%；滲透率在0.624×10－3～75.2×10－3μm2，平均為19.72×10－3μm2。巖屑長(zhǎng)石砂巖孔隙度為3.0%～13.9%，平均為9.72%；滲透率為0.046×10－3～15×10－3μm2，平均為9.54×10－3μm2。長(zhǎng)石石英砂巖孔隙度為3.7%～7.8%，平均為5.57%；滲透率為0.058×10－3～0.11×10－3μm2，平均為0.086×10－3μm2。因此，巖石類型方面，長(zhǎng)石巖屑砂巖物性最好，巖屑長(zhǎng)石砂巖次之，最差為長(zhǎng)石石英砂巖。受物源控制[11]，本區(qū)花港組主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖。

圖5 西湖凹陷某構(gòu)造花港組孔滲相關(guān)圖Fig.5 Correlation diagram of porosity and permeability in the Huagang Formation reservoir of a structure of the Xihu depression

圖6 花港組H3儲(chǔ)層不同類型巖石物性分布直方圖Fig.6 Histogram showing the physical properties of different rock types of H3reservoir in Huagang Formation

3 花港組致密砂巖儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

研究區(qū)主要處于三角洲前緣亞相，同時(shí)受濱淺湖的影響，沉積碎屑多，粒度細(xì)[18]，泥質(zhì)雜基含量高，儲(chǔ)層骨架巖石成分成熟度低（長(zhǎng)石含量高），是導(dǎo)致花港組儲(chǔ)層致密化的沉積環(huán)境因素，也是基本的控制因素。碎屑物沉積后，隨著埋藏深度的增加，上覆壓力增大，溫度增高，儲(chǔ)層巖石發(fā)生從沉積作用向成巖作用的變化，在埋藏成巖過(guò)程中壓實(shí)作用、自生礦物沉淀作用和溶解作用是研究區(qū)花港組致密砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的主要成巖作用。

a.壓實(shí)作用。壓實(shí)作用使低級(jí)變質(zhì)巖巖屑及云母等塑性顆粒在埋藏作用過(guò)程中發(fā)生塑性變形，砂巖中碎屑顆粒線接觸以及線－凹凸接觸關(guān)系顯示其經(jīng)歷了相對(duì)較強(qiáng)的壓實(shí)作用。壓實(shí)作用是造成孔隙度下降的重要原因。如1井上段和下段原生粒間孔為61.4%和38.8%，2井上段和下段原生粒間孔分別為43%和32%，2口井的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都顯示下段原生粒間孔相對(duì)上段明顯下降，表明成巖壓實(shí)作用直接導(dǎo)致原生粒間孔隨著埋藏深度的增加而降低（表2）。

b.沉淀作用。沉淀自生礦物有碳酸鹽膠結(jié)和少量的自生綠泥石、硅質(zhì)等。其中碳酸鹽礦物占據(jù)粒間空間，降低儲(chǔ)層孔隙，甚至造成巖石致密化。綠泥石、硅質(zhì)雖然占據(jù)部分粒間空間，但對(duì)孔隙起到一定支撐作用，保存了部分粒間孔隙，因此對(duì)儲(chǔ)層的作用是中性的。

表2 西湖凹陷某構(gòu)造1井、2井花港組儲(chǔ)層原生孔隙百分比Table2 Percentage of the primary pores of the Huagang Formation reservoir of Well 1and Well 2in a structure of the Xihu depression

c.溶解作用?；ǜ劢M儲(chǔ)層中無(wú)論上段還是下段都廣泛發(fā)生次生溶蝕作用，最常見的被溶鋁硅酸鹽礦物是長(zhǎng)石，在酸性流體作用下，砂巖中長(zhǎng)石等易溶組分溶蝕形成各種次生溶蝕孔隙，次生溶孔對(duì)總面孔率的貢獻(xiàn)值（＞50%甚至更高）大于原生孔隙，但溶孔間連通性較差。

由此可見，研究區(qū)花港組儲(chǔ)層砂巖沉積相控制了儲(chǔ)層原始孔隙結(jié)構(gòu)，但埋藏后的建設(shè)性和破壞性成巖作用對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的相對(duì)優(yōu)劣起到了決定性作用。

4 結(jié)論

a.研究區(qū)花港組發(fā)育河流—湖泊—三角洲沉積體系，花上段為三角洲前緣亞相沉積，其沉積特點(diǎn)為沉積物粒度小，磨圓度高，主要發(fā)育河口砂壩沉積；花下段為三角洲平原亞相沉積，其沉積特點(diǎn)為分流間灣微相和泛濫平原為微相在電測(cè)井曲線上表現(xiàn)得較為明顯。花港組自下而上為湖平面上升的退積沉積旋回。

b.儲(chǔ)層巖石粒度為細(xì)—中粒，巖石類型包括長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖等，其中以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，儲(chǔ)層骨架組分成熟度低，碎屑大都具有中等或較好的磨圓度。以原生孔隙和次生孔隙為主要的儲(chǔ)集空間類型，尤以次生溶蝕孔隙為主，約占儲(chǔ)集空間的56.4%，裂縫不發(fā)育。

c.儲(chǔ)層物性隨著深度增加而變差，花港組上段孔滲相關(guān)性較強(qiáng)，花港組下段孔滲不具相關(guān)性。儲(chǔ)層物性在不同小層發(fā)育程度不一致，總體上屬于非均質(zhì)低孔特低孔低滲特低滲的致密砂巖儲(chǔ)層。

d.沉積環(huán)境造成的沉積礦物可塑性強(qiáng)、碎屑顆粒細(xì)、泥質(zhì)雜基含量高，是研究區(qū)花港組致密砂巖儲(chǔ)層成因的基本因素。而壓實(shí)作用是導(dǎo)致花港組儲(chǔ)層物性下降的主控因素，其次為碳酸鹽膠結(jié)和溶解作用；而溶解作用增加了儲(chǔ)層的面孔率，對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段的發(fā)育具有明顯的建設(shè)性作用。

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