恩平凹陷珠江組蓋層的沉積學評價思路與方法

王 維，楊香華，葉加仁，舒 譽，吳 靜

(1.中國地質(zhì)大學 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學 資源學院，武漢 430074； 3.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣州 510240)

恩平凹陷珠江組蓋層的沉積學評價思路與方法

王 維1,2，楊香華1,2，葉加仁1,2，舒 譽3，吳 靜3

(1.中國地質(zhì)大學 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學 資源學院，武漢 430074； 3.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣州 510240)

恩平凹陷主要目的層段珠江組含砂率較高，泥質(zhì)蓋層封堵能力差異較大，蓋層成為油氣成藏的關(guān)鍵制約因素。由于珠江組泥巖松散，泥巖巖心無法滿足傳統(tǒng)蓋層測試分析的樣品要求。為此借鑒頁巖氣儲層評價思路，對泥巖蓋層的微觀孔隙、微裂縫發(fā)育程度進行評價，然后通過分析脆性礦物含量、黏土礦物類型等與沉積微相的成因關(guān)系，對蓋層封堵性進行分析與預測。伴隨海侵范圍擴大，珠江組上段主體位于三角洲前緣亞相，其中分支流河道間灣微相泥巖中發(fā)育片狀伊利石與草莓狀黃鐵礦，水下分支流河道側(cè)翼微相泥巖中高嶺石含量較高，且含有石英顆粒。泥巖微相類型與油氣分布對應關(guān)系表明分支流河道間灣微相泥巖蓋層封堵性能好，而水下分支流河道側(cè)翼微相泥巖蓋層封堵性能較差。含石英等陸源脆性礦物較高泥巖的測井密度值相對較低，密度曲線波動較大。通過對泥巖蓋層進行泥巖含量反演與井震聯(lián)合分析，預測了優(yōu)質(zhì)蓋層發(fā)育的微相類型與有利部位。

蓋層評價；微觀孔隙裂縫；沉積微相；珠江組；恩平凹陷；珠江口盆地

1 研究概況

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一凹陷西端，東西分別與西江凹陷和陽江凹陷以轉(zhuǎn)換斷層或隱伏斷層相接觸，北側(cè)以斷層與北部隆起帶的海南隆起相鄰，南側(cè)與番禺低隆起相接觸，面積約5 000 km2。2010年2月，EP24-2構(gòu)造發(fā)現(xiàn)5×107t的控制儲量，標志著恩平凹陷勘探實踐取得商業(yè)性突破[1]，顯示恩平凹陷具備較大的勘探前景。

恩平凹陷以始新世早期沉積的文昌組中深湖相泥巖為主要烴源巖，晚漸新世以后沉積的三角洲濱淺海相砂泥巖為主要儲蓋組合。迄今為止已鉆探了19口探井，自EP-3井發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流以來就再沒有獲得商業(yè)性突破，商業(yè)成功率僅為5.26%，這表明恩平凹陷油氣富集程度差異較大，油氣勘探風險高。近年來油氣勘探成果表明恩平凹陷主要目的層段為珠江組儲層，但與鄰近的惠州凹陷對比顯示，恩平凹陷珠江組含砂率偏高，蓋層平面分布及封蓋能力差異明顯，表明蓋層封堵性能是珠江組油氣差異富集的主要控制因素。因此，蓋層封蓋性能評價對恩平凹陷下步油氣勘探部署至關(guān)重要。

恩平凹陷珠江組泥巖蓋層成巖強度低，較為分散，粉砂相對含量較高，這為傳統(tǒng)毛細管壓力測試分析帶來了不便。結(jié)合近年來國內(nèi)外頁巖氣微孔隙—裂隙研究技術(shù)思路，試圖從泥巖微孔隙與脆性礦物、黏土礦物類型等關(guān)系分析入手，評價恩平凹陷珠江組蓋層封堵性能，在此基礎上建立泥巖中黏土礦物類型及石英等碎屑顆粒含量與沉積微相的成因關(guān)系，對蓋層的封閉性能進行評價與預測，試圖探討恩平凹陷珠江組蓋層封堵性能評價的新技術(shù)與新方法。

2 蓋層沉積學評價的技術(shù)思路

2.1 傳統(tǒng)蓋層評價技術(shù)的局限性

常用的蓋層評價測試技術(shù)包括壓汞—吸附法、驅(qū)替法、擴散系數(shù)測定和常規(guī)物性分析等。壓汞—吸附法、驅(qū)替法主要測定泥頁巖的毛管壓力曲線，從該曲線的特征點判讀蓋層的突破壓力，評價蓋層的封蓋能力[2]。目前實驗測試對樣品的要求較高，如果樣品達不到實驗要求，測量結(jié)果誤差較大。恩平凹陷珠江組泥巖較為松散，取心過程中容易破碎，一般泥巖巖心樣品難以滿足。擴散系數(shù)也是蓋層評價的一個重要參數(shù)，但因其分析周期較長，生產(chǎn)成本高，多數(shù)實驗室無該測試項目。針對恩平凹陷特殊的地質(zhì)背景，借鑒泥質(zhì)儲層評價的技術(shù)方法，試圖從沉積學的角度對富砂背景下成巖強度較低泥質(zhì)蓋層的封堵性能進行評價與預測，為類似油氣田的蓋層評價提供新的思路。

2.2 泥頁巖微孔隙、微裂縫發(fā)育的影響因素

近年來，頁巖氣(油)勘探開發(fā)成果表明，泥質(zhì)儲層的微孔隙、微裂縫主要與其脆性礦物(石英與長石)、碳酸鹽巖、有機質(zhì)的含量以及黏土礦物類型密切相關(guān)[3-10]。

脆性礦物、有機質(zhì)以及碳酸鹽巖含量對泥巖微孔隙、微裂縫的發(fā)育有較大影響，富含脆性礦物、有機質(zhì)以及碳酸鹽巖的泥巖，微孔隙、微裂縫相對較為發(fā)育[7-8]。

此外，黏土礦物的類型也在一定程度上影響了泥頁巖孔隙、裂縫的發(fā)育。高嶺石與酸性介質(zhì)相關(guān)，易溶蝕產(chǎn)生次生溶蝕孔隙，且其書頁狀，蠕蟲狀的形態(tài)本身存在著許多晶間孔隙，因此，一般情況下，高嶺石含量與巖層孔滲性呈正相關(guān)[11-12]，而伊利石、蒙脫石以及伊蒙混層能夠填充孔隙，降低巖層孔滲性。受此啟發(fā)，同樣可以通過分析脆性礦物(石英與長石)、碳酸鹽巖、有機質(zhì)的含量以及黏土礦物類型，預測泥巖微孔隙裂縫發(fā)育，用來評價預測蓋層的封蓋性能。

2.3 泥巖蓋層評價的沉積學思路

脆性礦物等特殊組分與物源供給、水介質(zhì)條件密切相關(guān)，為蓋層的沉積環(huán)境分析提供了可能。針對恩平凹陷珠江組以三角洲前緣亞相為主的沉積環(huán)境分析，靠近水下分支流河道，泥巖中脆性礦物含量較高，包含植物碎片等陸源有機質(zhì)，隨著河流影響減弱，脆性礦物含量逐漸降低，蓋層封堵性能加強。

而黏土礦物中，高嶺石一般在酸性介質(zhì)條件下形成，堿性介質(zhì)和還原環(huán)境則不利于高嶺石的形成和保存，而伊利石、蒙脫石則適合在堿性環(huán)境中形成，因此，受河流影響較大的偏酸性介質(zhì)條件下，高嶺石相對較為富集，隨著河流影響減弱，酸性水介質(zhì)隨之減弱，伊利石等含量增加，蓋層封蓋性逐漸加強，這就將蓋層微觀結(jié)構(gòu)與礦物組成與宏觀沉積環(huán)境聯(lián)系起來，就可以實現(xiàn)以沉積學方法進行蓋層評價。改善了傳統(tǒng)排替壓力評價方式難以獲得具有明確地質(zhì)含義的參數(shù)，不利于從宏觀上進行蓋層預測評價的不足。

而SEM-EDS、ESEM等微觀分析技術(shù)的快速發(fā)展與進步也為泥頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析及微裂縫、脆性礦物、黏土礦物類型的識別提供了技術(shù)支撐。掃描電鏡與傳統(tǒng)化學分析方法相比，不僅分析準確，樣品用量少，損傷小還具有景深大、立體感強、分辨率高的特點。掃描電鏡與能譜分析技術(shù)的結(jié)合，不僅使人們能夠?qū)悠返男螒B(tài)分布進行微觀分析，同時又能對樣品中不同組成成分進行定性及半定量分析，深入研究黏土礦物及其集合體的微觀性狀特征、礦物相互間的關(guān)系及轉(zhuǎn)化，已經(jīng)在致密儲集巖研究中得到廣泛應用[13-15]。因此，通過脆性礦物等特殊組分微觀分析，結(jié)合其與沉積微相的關(guān)系，預測有效泥巖蓋層發(fā)育區(qū)域具有可行性。

3 泥巖蓋層封蓋性的沉積學預測與評價

3.1 泥巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)與礦物成分分析

使用帶能譜儀的掃描電鏡對EP-1井等井珠江組泥巖的礦物組成以及孔隙發(fā)育進行了鏡下微觀觀察，結(jié)合能譜分析，對泥巖碎屑顆粒與黏土礦物的微觀形態(tài)以及類型進行了觀察分析。測試分析在中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。測試結(jié)果分析表明，主要發(fā)育2種類型的泥巖蓋層，其封閉性能差異較大。

3.1.1 富含高嶺石與脆性石英顆粒泥巖

取自EP-1井2 420 m珠江組泥巖樣品，在掃描電鏡下依次放大500倍、2 000倍、8 000倍觀察其微觀形態(tài)以及礦物組合特征。鏡下觀測泥巖樣品含較多碎屑顆粒，能譜顯示主要含Si、O元素(圖1)，發(fā)育脆性裂縫，證實為石英顆粒。黏土礦物以書頁狀、片狀自生高嶺石為主，高嶺石結(jié)晶程度不同，晶間孔較為發(fā)育。

這類泥巖以發(fā)育高嶺石黏土與含石英顆粒為特色。脆性礦物石英含量較高易發(fā)生碎裂，形成微裂縫；高嶺石易發(fā)生溶蝕，鏡下可觀察大量晶間孔隙，反映泥巖的微孔隙、微裂縫較發(fā)育，蓋層封蓋性較差。而高的粉砂含量與高嶺石黏土與河流影響下的弱酸性水介質(zhì)沉積環(huán)境密切相關(guān)，體現(xiàn)了分支流河道側(cè)翼的水動力環(huán)境特點。

3.1.2 彎曲片狀伊利石為主的泥巖

取自EP-3井1 616 m珠江組泥巖樣品，在掃描電鏡下依次放大500倍、2 000倍、8 000倍觀察其微觀形態(tài)以及礦物組合特征，鏡下顯示石英等脆性礦物含量很低，黏土礦物呈彎曲片狀，局部呈絲狀，結(jié)晶程度較低，能譜顯示高含K元素(圖2)，證明黏土礦物類型以伊利石為主。局部含少量的草莓狀黃鐵礦，泥巖樣品的微孔隙不發(fā)育，巖性致密，顯示其封閉性能較好。

結(jié)合恩平凹陷珠江組沉積環(huán)境以及黃鐵礦等礦物特征分析，上述泥巖為分支流河道間灣沉積，其弱堿性水介質(zhì)條件有利于彎曲片狀伊利石富集。

3.2 泥巖樣品礦物成分定量分析

X衍射分析技術(shù)的發(fā)展使定量分析泥頁巖礦物含量成為可能，近年來，在頁巖氣勘探開發(fā)樣品分析過程中得到廣泛應用[16-18]。據(jù)SY/T 5163-2010標準，采用D/max2500pc型X射線衍射儀，對EP-1等井泥巖段樣品進行X衍射全巖分析，結(jié)果顯示，石英、長石等脆性礦物含量較高，這可能是泥巖段巖屑樣品受其他層段碎屑物影響所致，也在一定程度上反映出恩平凹陷珠江組富砂的沉積背景。需要說明的是，由于巖心樣品缺乏，分析結(jié)果均來自巖屑樣品，僅具有參考價值，由于珠江組泥巖松散易碎，容易與粉砂質(zhì)混為一體，也給樣品挑選帶來困難。

圖1 恩平凹陷EP-1井珠江組泥巖中發(fā)育的石英顆粒、高嶺石SEM圖片及石英顆粒能譜Q.脆性石英顆粒；K.書頁狀高嶺石集合體

圖2 恩平凹陷EP-3井珠江組泥巖中發(fā)育的片狀伊利石SEM圖片及其對應能譜

圖3 恩平凹陷EP-1井珠江組不同泥巖段X衍射礦物相對含量與密度曲線

圖3為EP-1井不同深度的6段泥巖，分析測試結(jié)果表明掃描電鏡微觀定性分析與全巖X衍射結(jié)果較為吻合。對比分析顯示受河流作用影響較大的水道側(cè)翼泥巖，頻繁與砂巖互層(圖3中第①，②，④，⑥段泥巖)，石英等陸源脆性礦物含量較高。測井顯示其密度值相對較低，密度曲線波動較大，這一定程度反映出其孔隙度相對較高，封蓋能力相對較差。與之相反，受河流作用影響小的分支流間灣泥巖，具有一定厚度的泥巖層(第③，⑤段泥巖)，黏土礦物含量相對高，石英含量相對較低，密度曲線反映其孔隙度較低，推斷其巖性較為致密，封蓋能力相對較強。

3.3 蓋層封堵性能與含油氣性之間的關(guān)系

結(jié)合脆性礦物、有機質(zhì)、碳酸鹽巖含量、黏土礦物類型與組合特征以及泥巖微孔隙發(fā)育情況，對其封蓋性進行了預測，將分析結(jié)果與取心井含油氣性進行對比，顯示預測結(jié)果與含油氣性有著較好的匹配關(guān)系：石英等脆性礦物含量較低，黏土礦物以片狀伊利石為主的泥巖，微孔隙與微裂縫欠發(fā)育，封閉性能較好，這類泥巖往往封蓋于油層的頂部；而脆性礦物含量高，且黏土礦物以書頁狀高嶺石為主的泥巖，裂縫與晶間孔較為發(fā)育，則其封堵性相對較差，這類泥巖多覆蓋于水層上面(圖4)，這證實了泥巖微觀結(jié)構(gòu)、黏土礦物類型、碎屑顆粒含量分析對蓋層封閉性能評價的有效性，顯示了上述蓋層評價方法有較大的應用前景。

3.4 珠江組測井相與微觀蓋層評價

層序地層對比發(fā)現(xiàn)，珠江口地區(qū)在30 Ma(T70)之后進入裂后穩(wěn)定沉降階段，斷裂活動逐漸停止，珠一坳陷進人填平補齊階段，以濱淺海背景的平原分流河道沉積為主，砂巖含量非常高，缺乏有效蓋層，難以成藏。珠江組沉積早期主要為辮狀河供源，物源充足，三角洲向海推進，發(fā)育三角洲平原亞相，到18.5 Ma(T50)時，古地形相對平緩，海侵范圍增大，三角洲呈現(xiàn)退積樣式，三角洲平原亞相逐漸過渡為三角洲前緣亞相，沉積了珠江組海進、海退相互交替的砂泥巖，泥巖含量顯著增高[19-21]，是泥巖蓋層發(fā)育的有利時期。

在富砂物源供給背景下，泥巖蓋層的封閉能力與其微相類型密切相關(guān)。水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸，水體流速較高，有一定的沖刷能力?？v向上呈多個正韻律的疊加或單一旋回正韻律[22-24]。圖5a為EP-4井發(fā)育的多期河道微相，砂體粒度較粗，且單層厚度大。自然伽馬曲線為低幅齒化鐘型，鐘型或箱型鐘型的復合型曲線。河道側(cè)翼發(fā)育的泥巖掃描電鏡觀察表明，酸性水介質(zhì)條件下脆性礦物含量較高，黏土礦物以高嶺石為主，晶間微孔隙較為發(fā)育，封蓋性能較差。

分支流河道間灣微相主要位于分流河道之間相對凹陷的地區(qū)，與海水聯(lián)通，主要為決口水道和海泛攜帶來的細粒懸浮物質(zhì)——泥[22-24]。圖5b為EP-3井發(fā)育的沉積厚度較大的分流河道間灣微相，泥質(zhì)含量很高，夾少量粉砂巖和細砂巖，GR測井曲線為高幅的齒化，齒化代表了中間偶有巖性過渡。取心泥巖段樣品掃描電鏡發(fā)現(xiàn)脆性礦物含量較少，黏土礦物主要以片狀伊利石為主，微孔隙不發(fā)育，巖性致密，蓋層封堵性良好。同時在EP-6井深1 600 m以下，錄井發(fā)現(xiàn)有氣測異常和熒光顯示；測井解釋發(fā)現(xiàn)的2層油層主要位于珠江組上段下部，掃描電鏡發(fā)現(xiàn)微觀孔隙不發(fā)育，局部發(fā)育少量的草莓狀黃鐵礦，且泥巖段厚度較大，表明井位附近分支流河道間灣沉積微相也較為發(fā)育。

圖4 恩平凹陷EP-4井泥巖微觀分析預測與含油氣性匹配關(guān)系

圖5 恩平凹陷珠江組三角洲前緣沉積微相與測井相關(guān)系

河口壩位于水下分流河道的河口處，是水下分流河道砂經(jīng)潮汐海浪改造后的沉積產(chǎn)物，河口砂壩沉積常具向上變粗層序[22-23]。圖5c為EP-2井發(fā)育的一段砂巖，GR測井曲線為中到高幅漏斗型、箱型，推測為多期河口壩疊加沉積。

3.5 有效蓋層區(qū)域綜合預測

對研究區(qū)內(nèi)的測井參數(shù)進行具體的分析發(fā)現(xiàn)，在主要目的層段T40、T50附近發(fā)育4層覆蓋范圍較廣的泥巖蓋層，分別對應MFS0，MFS1，MFS2，MFS3這4個海泛面，研究對比發(fā)現(xiàn)以EP17-3構(gòu)造為代表的西側(cè)中部蓋層整體較差，4套蓋層僅MFS2較為有利。

通過對研究區(qū)進行多井約束泥質(zhì)含量反演并結(jié)合泥巖相敏感屬性合成提取，綜合預測恩平凹陷MFS2(上2 ms至下12 ms間)平均泥質(zhì)含量，結(jié)合單井相分析以及取心井微觀掃描電鏡分析，在古珠江三角洲的大背景下將MFS2海泛時期三角洲前緣亞相進行沉積微相劃分，預測潛在蓋層發(fā)育區(qū)域(圖6)。認為主力物源主要來自西北方向，與物源供給方向相對應的水下分支流河道骨架相，呈北西—東南向展布；主要的分支流水道砂體分布在EP-5井附近及其東南部，次級砂體位于EP-1井西北部；河道側(cè)翼發(fā)育含石英顆粒的泥巖，其中高嶺石的晶間微孔隙較發(fā)育，對應蓋層的封堵性能較差。在分流河道砂體之間EP-3井附近區(qū)域為分支流河道間灣泥巖分布區(qū)，其中EP-3井發(fā)育封閉性能良好的分支流河道間灣泥巖，為重大突破井。恩平凹陷東北部大片區(qū)域以發(fā)育濱淺海泥巖為主，主要分布在EP12洼一帶，距離主力烴源巖區(qū)較遠[25]。南部EP18-1構(gòu)造發(fā)育灘壩砂體，東南部與西南部主要分流河道河口處發(fā)育河口壩、灘壩。

圖6 恩平凹陷MFS2時期三角洲前緣亞相主要沉積微相

結(jié)合現(xiàn)有勘探成果、沉積微相、泥巖微觀結(jié)構(gòu)、黏土礦物類型以及碎屑石英顆粒含量分析，認為研究區(qū)西南部，分支流間灣泥巖蓋層封閉性能最好，與之互層的分支流水道砂體、灘壩相砂體、河口壩砂體是今后有利勘探目標；西北部分流間灣發(fā)育區(qū)可作為潛在勘探目標。因此，從蓋層封閉性能來看，恩平凹陷西南部，分流河道間灣主要發(fā)育區(qū)域為今后勘探部署的重點區(qū)域。

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(編輯 黃 娟)

Ideas and methods of sedimentologic evaluation on caprocks in Zhujiang Formation, Enping Sag

Wang Wei1,2, Yang Xianghua1,2, Ye Jiaren1,2, Shu Yu3, Wu Jing3

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China; 2.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;3.CNOOCShenzhenBranch,Guangzhou,Guangdong510240,China)

As the main exploration target in the Enping Sag, the Zhujiang Formation is rich in sandstones. The sealing capacity of muddy cap rocks varies obviously. Explorations have indicated that the cap rocks controlled hydrocarbon accumulation. As the mudstones in the Zhujiang Formation are generally loose, the mudstone cores fail to reach the standard of traditional methods of sealing quality analysis. Referring to the ideas of shale gas reservoir evaluation, the development degrees of micro pores and fractures in mudstones were evaluated. The sealing capacity of muddy cap rocks were analyzed and predicted according to the relationship between brittle mineral content, clay mineral type and sedimentary microfacies. The Zhujiang Formation mainly belongs to delta front subfacies after transgression. There are flake illite and framboidal pyrite in the mudstones of interdistributary bay microfacies and the mudstones in the overbank microfacies of submarine distributary channel are rich in kaolinite and quartz particles. The correspondence between mudstone microfacies type and hydrocarbon distribution shows that the sealing capacity of mudstone cap rocks in interdistributary bay microfacies is good, while that in the flank of submarine distributary channel is bad. The well logging density of mudstones which include terrigenous brittle minerals such as quartz is relatively lower, and their density curves fluctuate greatly. The synthetic analysis of seismic, well logging and core data forecasts a favorable sedimentary microfacies and site for good cap rocks.

cap rock evaluation; micro pores and fractures; sedimentary microfacies; Zhujiang Formation; Enping Sag; Pearl River Mouth Basin

1001-6112(2014)02-0249-08

10.11781/sysydz201402249

2013-01-03；

2014-02-11。

王維(1988—)，男，博士，從事儲層地質(zhì)學與層序地層學研究。E-mail: 931624975@qq.com。

楊香華(1964—)，男，教授，從事沉積學、層序地層學及儲層預測方向的教學與科研工作。E-mail: xhyang111@vip.sina.com 。

國家重大油氣專項課題(2011ZX05023-001-015)、國家重大油氣專項課題(2011ZX05023-001-001)和國家自然科學基金項目(40702024)聯(lián)合資助。

TE122.2+5

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