渤中凹陷西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層成巖作用與成巖相研究

代黎明，楊波，王清斌，馮沖，劉曉健

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452)

渤海中深部?jī)?chǔ)層是輕質(zhì)油、天然氣勘探極具潛力的領(lǐng)域，但由于埋藏深、鉆井少、地質(zhì)情況復(fù)雜，一直以來(lái)是儲(chǔ)層研究的薄弱環(huán)節(jié)。雖然有學(xué)者提出了源-匯耦合富砂機(jī)理和相關(guān)控砂模式，大大改善了鉆前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果[1]，但對(duì)深層油氣勘探來(lái)說(shuō)，隨著埋深的增加，碎屑巖儲(chǔ)層的成巖強(qiáng)度增強(qiáng)，孔隙度和滲透率逐步降低，如何在普遍低孔低滲背景下尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層就成為目前儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究中的難點(diǎn)。為此，筆者從成巖作用研究的角度分析渤中西次洼東營(yíng)組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)，以便為渤海海域相關(guān)地區(qū)的深層油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中凹陷是渤海海域內(nèi)最大的凹陷，也是新生界沉積最厚的凹陷。渤中西次洼位于渤中凹陷的西北部，為一個(gè)次級(jí)單元，夾持在沙壘田凸起和石臼坨凸起之間，緊鄰渤中凹陷主洼。目前渤中西次洼整體勘探程度較低，隨著渤中2-1、渤中8-4等構(gòu)造相繼獲得突破，東營(yíng)組成為該研究區(qū)主要勘探層系。渤海海域的東營(yíng)組劃分為3段，分別為東一段、東二段和東三段，目前油層主要集中在東二段和東三段[2]。沉積相研究結(jié)果表明，東三段沉積時(shí)期沿陡坡帶發(fā)育大量近源扇三角洲。東二段沉積早期，以發(fā)育來(lái)自西部沙壘田凸起的辮狀河三角洲為主；中期辮狀河三角洲退縮，規(guī)模較??；晚期物源供給充沛，辮狀河三角洲朵體擴(kuò)大。渤中西次洼東營(yíng)組的埋深普遍大于3000m，烴源巖條件好，油源充足，但由于埋深較大，儲(chǔ)層物性較差。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)與成巖作用特征

2.1 巖石學(xué)特征

1)東三段 巖石類型以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石含量32%～50%，巖屑含量10%～43%，巖屑成分主要為火山巖，填隙物含量10%～19%，主要為菱鐵礦、白云石。

2)東二段 巖石類型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖，巖性主要為中-細(xì)砂巖，分選中等，次棱-次圓狀。石英含量22%～65%，平均38.6%；長(zhǎng)石含量29%～51%，平均41.9%；巖屑含量3%～46%，平均19.5%。巖屑成分以火山巖為主，主要為酸性噴出巖巖塊、花崗巖巖塊及少量變質(zhì)巖巖塊石英巖，填隙物主要為碳酸鹽和泥質(zhì)。

3)東一段 巖石類型為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，石英含量12%～44%，平均31%；長(zhǎng)石含量21%～46%，平均37.8%；巖屑含量12%～67%，平均31.2%。從巖石學(xué)特征來(lái)看，渤中西次洼東營(yíng)組砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。

2.2 成巖作用特征

綜合薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、X-射線衍射分析資料，渤中西次洼東營(yíng)組砂巖儲(chǔ)層成巖作用分為破壞性成巖作用與建設(shè)性成巖作用，破壞性成巖作用包括機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和自生黏土礦物充填等，建設(shè)性成巖作用主要包括溶蝕作用。

1)機(jī)械壓實(shí)作用 機(jī)械壓實(shí)作用貫穿于埋藏成巖階段的整個(gè)過(guò)程,是引起砂巖孔隙度降低的最主要原因之一[3]，其特點(diǎn)如下: ①塑性顆粒(云母、泥巖、淺變質(zhì)巖、火山巖巖屑) 的塑性變形、扭曲及假雜基化(圖1(a))；②剛性顆粒(石英、長(zhǎng)石等) 表面的脆性微裂紋及位移和重新排列；③壓實(shí)定向組構(gòu)，即長(zhǎng)石、云母常沿長(zhǎng)軸方向定向排列；④碎屑顆粒的緊密填集[4]。

2)膠結(jié)作用 膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖膠結(jié)作用，包括鐵方解石、方解石和鐵白云石、白云石的膠結(jié)作用((見(jiàn)圖1(b)和圖1(c))。此外，還有石英的次生加大作用和自生黏土礦物的充填。但早期的碳酸鹽膠結(jié)作用在堵塞粒間孔隙的同時(shí)，也強(qiáng)烈抑制機(jī)械壓實(shí)作用的進(jìn)行，為以后溶蝕形成次生孔隙打下重要基礎(chǔ)[5]。

3)黏土礦物充填 自生黏土礦物是在沉積-成巖階段以化學(xué)沉積方式形成的。黏土礦物的數(shù)量、類型和分布對(duì)碎屑巖的儲(chǔ)集物性產(chǎn)生明顯影響。渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層自生黏土以自生高嶺石為主，填充于粒間孔隙中，晶體呈六方板狀，集合體呈書頁(yè)狀。

4)溶蝕作用 溶蝕作用主要包括長(zhǎng)石顆粒的溶解和碳酸鹽巖膠結(jié)物的溶解，是形成次生孔隙的最主要因素。渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層中長(zhǎng)石含量普遍較高，長(zhǎng)石顆粒溶蝕現(xiàn)象普遍(見(jiàn)圖1(d))，常見(jiàn)高嶺石化。與長(zhǎng)石一樣，碳酸鹽巖膠結(jié)物在酸性水介質(zhì)下會(huì)發(fā)生溶解。渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層發(fā)育大量的碳酸鹽巖膠結(jié)，碳酸鹽巖膠結(jié)物顆粒溶蝕現(xiàn)象普遍，且碳酸鹽巖膠結(jié)溶蝕孔與高嶺石共生，說(shuō)明長(zhǎng)石與碳酸鹽巖膠結(jié)物可同時(shí)發(fā)生溶解形成次生孔隙。對(duì)于深層儲(chǔ)層而言，溶蝕作用是改善深部?jī)?chǔ)層品質(zhì)的關(guān)鍵因素[6]。

圖1 渤中西次洼東營(yíng)組典型成巖作用特征圖

3 成巖階段劃分與成巖相

3.1 成巖階段劃分

根據(jù)成巖作用特征綜合分析，將渤中凹陷西次洼儲(chǔ)層的成巖序列可歸納如下：壓實(shí)作用-石英次生加大-長(zhǎng)石、巖屑溶蝕-碳酸鹽膠結(jié)-次生孔隙形成-長(zhǎng)石加大-自生高嶺石。結(jié)合鏡質(zhì)體反射率、X-射線衍射資料，并參考中海油總公司碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(Q/HS 1027-2007)，認(rèn)為渤中西次洼東營(yíng)組普遍處于中成巖A期，少量井的東一段和東二上亞段處于早成巖B期，洼陷中央有部分井的東三段進(jìn)入了中成巖B期。此外，同一成巖階段的深度從洼陷邊緣向洼陷中心位置逐漸變深，表明埋深對(duì)成巖階段具有明顯的控制作用。

3.2 成巖相類型

根據(jù)儲(chǔ)層的巖石類型、結(jié)構(gòu)特征、成巖作用類型、成巖階段劃分及孔隙演化特征[8]，將渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層劃分為以下4種成巖相類型，即壓實(shí)相、膠結(jié)相、雜基充填相和溶蝕相。

1)壓實(shí)相 壓實(shí)相主要發(fā)育于粉砂巖及富中基性噴出巖巖屑的巖屑砂巖或長(zhǎng)石砂巖中，隨深度加深而變強(qiáng)，以強(qiáng)壓實(shí)、弱溶解為特征，并常見(jiàn)壓實(shí)壓溶縫合線，其受較強(qiáng)熱埋藏或構(gòu)造壓實(shí)而成為非有效或差儲(chǔ)集層，在渤中西次洼東營(yíng)組東三段靠近次洼中心部位較為發(fā)育。

2)膠結(jié)相 膠結(jié)相受較強(qiáng)熱埋藏膠結(jié)作用而成為非有效或差儲(chǔ)集層，根據(jù)膠結(jié)物成分、膠結(jié)類型分為碳酸鹽巖膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、泥質(zhì)膠結(jié)等。渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層以各類碳酸鹽巖膠結(jié)較為典型，碳酸鹽含量與孔隙度呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，碳酸鹽含量低于15%時(shí)，砂巖孔隙度多保持在20%以上，超過(guò)15%以后，物性迅速變差，孔隙度大多只有百分之十幾。而碳酸鹽含量又與水介質(zhì)條件密切相關(guān)，渤中西次洼東三段到東二上亞段碳酸鹽膠結(jié)物含量整體上呈遞減趨勢(shì)，同時(shí)這一趨勢(shì)與湖泊由淡水-半咸水向淡水演變的規(guī)律相符合，說(shuō)明碳酸鹽膠結(jié)物含量與水體環(huán)境有一定相關(guān)性。

3)雜基充填相 雜基充填相指充填大量原雜基或部分成巖雜基而成為較差儲(chǔ)集層或非有效儲(chǔ)集層，該類成巖相往往分布在靠近凸起的陡坡帶附近的扇三角洲中，由于近源快速堆積，雜基含量高，各種陸源黏土礦物容易充填粒間孔隙。

4)溶蝕相 溶蝕相以埋藏成巖過(guò)程中結(jié)晶方解石膠結(jié)為特征，并富含長(zhǎng)石及不穩(wěn)定組分，同時(shí)尚存一定數(shù)量的原生粒間孔隙，從而為油氣形成過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸提供了通道。方解石及不穩(wěn)定碎屑溶蝕、溶解而形成次生溶蝕孔隙，使該類巖石相的孔隙度得以較大恢復(fù)，砂巖孔隙度一般大于20%，滲透率大于100mD。因此，發(fā)育該類成巖相的(長(zhǎng)石)巖屑砂巖、長(zhǎng)石砂巖及大部分的(巖屑長(zhǎng)石)石英砂巖為最佳儲(chǔ)集體。

4 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層帶預(yù)測(cè)

渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層品質(zhì)主要受成巖階段和成巖相控制。在鉆井相對(duì)稀少的條件下，以井為約束勾勒出埋深所控制的成巖階段和與之對(duì)應(yīng)的成巖相，通過(guò)成巖相分布預(yù)測(cè)，結(jié)合沉積相平面展布規(guī)律，即可預(yù)測(cè)其優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的平面分布狀況(見(jiàn)圖2)。結(jié)果表明，渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層?xùn)|三段處于強(qiáng)壓實(shí)強(qiáng)膠結(jié)低滲儲(chǔ)層帶的比例較高，可重點(diǎn)關(guān)注埋藏較淺的邊緣帶(見(jiàn)圖2(a))，而東二段大部分儲(chǔ)層處在中等溶蝕中等膠結(jié)儲(chǔ)層分化帶內(nèi)(見(jiàn)圖2(b))，其整體勘探風(fēng)險(xiǎn)較低。

5 結(jié)論

1)渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層以巖屑類長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低，巖屑及易溶組分的存在為后期的溶蝕改造奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2)在渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層中識(shí)別出破壞性成巖作用(如機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和黏土礦物充填)和建設(shè)性成巖作用(如溶蝕作用)，后者對(duì)改善儲(chǔ)層品質(zhì)具有重要作用。

3)渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層普遍處于中成巖A期，少量井的東一段和東二上亞段處于早成巖B期，洼陷中央有部分井的東三段處于中成巖B期。

圖2 渤中西次洼東營(yíng)組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層帶預(yù)測(cè)圖

4)渤中西次洼東營(yíng)組儲(chǔ)層?xùn)|三段處于強(qiáng)壓實(shí)強(qiáng)膠結(jié)低滲儲(chǔ)層帶的比例較高，可重點(diǎn)關(guān)注埋藏較淺的邊緣帶；東二段大部分儲(chǔ)層處在中等溶蝕中等膠結(jié)儲(chǔ)層分化帶內(nèi)，整體勘探風(fēng)險(xiǎn)較低。

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