新港地區(qū)白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與成藏條件研究

張麗萍，王昌麗，趙同澤，韓淑敏

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；2.中國(guó)石油大港油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津300280；3.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理有限公司，河北涿州072750）

0 引言

新港地區(qū)位于黃驊坳陷北部海河斷層的上升盤，勘探面積約1 850 km2。該地區(qū)的油氣勘探始于1964年，目前已鉆探56口井，勘探高峰期分別為20世紀(jì)70年代和90年代，已發(fā)現(xiàn)的油層主要分布于沙三2、沙三3、沙三4和沙三5等亞段（圖 1），其中96%的探明儲(chǔ)量分布于砂巖儲(chǔ)層，白云巖儲(chǔ)層探明程度較低，僅有10口井鉆遇，主要分布于沙三5亞段。隨著塔里木盆地和田河氣田、四川盆地普光超大型氣田和鄂爾多斯盆地蘇里格氣田等白云巖儲(chǔ)層均已獲得油氣勘探的重大突破［1-5］，新港地區(qū)白云巖儲(chǔ)層也逐漸得到科研工作者的重視［6］。

圖1 新港地區(qū)沙三段綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of E s3 in Xingang area

前人的研究主要是針對(duì)中生界之前的白云巖儲(chǔ)層［1-5，7-9］，其巖性一般較純，測(cè)井曲線具有低自然伽馬、高電阻率及低聲波時(shí)差的特點(diǎn)。新港地區(qū)白云巖因泥質(zhì)含量較高，測(cè)井曲線表現(xiàn)為高自然伽馬、高電阻率及低聲波時(shí)差的特點(diǎn)，基本能與砂巖相區(qū)分；在地震剖面上，白云巖與砂巖一樣具有強(qiáng)反射界面，因此在地震資料上很難將其與砂巖區(qū)分開(kāi)來(lái)。根據(jù)新港地區(qū)白云巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)，筆者將實(shí)際鉆井及取心資料相結(jié)合，從構(gòu)造和沉積特征等基本地質(zhì)條件入手，利用數(shù)據(jù)體融合技術(shù)對(duì)該套白云巖儲(chǔ)層的展布規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而明確其勘探規(guī)模及潛力區(qū)塊。

1 構(gòu)造特征

新港地區(qū)為一靠近物源的淺凹陷，整體呈北斷南超的構(gòu)造格局，東西兩側(cè)受基底隆升影響，早期湖盆范圍較小，地層向西超覆于基巖之上，為一古地貌斜坡。受基底背景的影響，以大神堂斷層為界，新港地區(qū)整體發(fā)育兩大斜坡構(gòu)造帶，即北部的新村斜坡區(qū)和南部的塘沽—新港斜坡區(qū)（圖2）。

圖2 新港地區(qū)沙三3亞段底界面構(gòu)造Fig.2 Bottom structure of E s33 in Xingang area

1.1 新村斜坡區(qū)

新村斜坡區(qū)位于北塘凹陷西部，為一早期受北東向茶淀新河村控凹斷層控制的單斜構(gòu)造帶，主要發(fā)育北東向斷層。這些反向調(diào)節(jié)斷層繼續(xù)將該斜坡復(fù)雜化，形成眾多的斷塊構(gòu)造。斷層在沙河街組沉積期活動(dòng)強(qiáng)烈，至東營(yíng)組沉積末期逐漸消失［10］。茶淀新河村斷層控制了該區(qū)地層沉積及構(gòu)造的形成與演化。晚期由于構(gòu)造抬升作用，該區(qū)沙三2和沙三3儲(chǔ)層上超減薄，沙三1儲(chǔ)層遭受剝蝕。

1.2 塘沽—新港斜坡區(qū)

塘沽—新港斜坡區(qū)位于海河斷層上升盤，為一受東西向海河控凹斷層控制的東南傾斜坡。該斜坡沿北西—南東向展布，主要發(fā)育近東西向斷層，從而將該斜坡復(fù)雜化，形成眾多的斷塊構(gòu)造。東西向展布的海河控凹斷層以及塘沽—新港潛山構(gòu)造帶均控制了該區(qū)地層沉積及構(gòu)造的形成與演化。

2 地層及沉積特征

2.1 地層特征

新港地區(qū)沙三段沉積時(shí)期，構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈，地層沉積速率快，沉積厚度較大，旋回性明顯。按照巖性及旋回特點(diǎn)，可將沙三段地層自下而上劃分為5個(gè)亞段（參見(jiàn)圖1）。

沙三5亞段沉積時(shí)期為盆地構(gòu)造演化進(jìn)入裂陷階段的初始沉降時(shí)期，地層主要發(fā)育深灰色泥巖，其中下部夾薄層泥質(zhì)粉砂巖及砂巖，上部夾泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)泥巖的高阻泥巖段，底部以不同層位超覆不整合于中生界之上，并以深灰色泥巖段作為底界。沙三4亞段沉積時(shí)期為下旋回的高水位期，巖性為深灰色泥巖夾砂巖和薄層白云質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r，以低電阻率泥巖段為底界。沙三4亞段是新港地區(qū)的主要含油層，砂巖較發(fā)育，平面分布較廣。沙三2和沙三3亞段沉積時(shí)期整體均為正旋回沉積時(shí)期，巖性為深灰色泥巖與砂巖或砂礫巖互層，以一組正旋回砂組作為沙三3亞段的底界，其特征與上覆沙三1亞段下部深水環(huán)境形成的具有平整電阻率曲線特點(diǎn)的泥巖段特征有較大區(qū)別。沙三1亞段屬上部層序湖泛期沉積，巖性為深灰色泥巖或深灰色泥巖夾砂巖和砂礫巖，并以泥巖電阻率最低值作為該亞段的底界特征。

2.2 沉積特征

沙三段沉積早期，盆地進(jìn)入初始裂陷期，水體較淺，礦化度較高，沉積環(huán)境為陸上平原及淺湖，古生物中裸子類、麻黃和杉粉含量均較高，代表干燥環(huán)境下的沉積（圖3）。該時(shí)期西部滄縣隆起和北部燕山物源［11］供給不充足，只在湖盆的邊緣發(fā)育數(shù)個(gè)小型扇體，而在大面積的濱淺湖區(qū)發(fā)育一套深灰色泥巖夾油頁(yè)巖、白云巖和泥質(zhì)白云巖，其中白云巖厚度為25～106m，有機(jī)質(zhì)豐度高，是主要的生油巖，沉降中心在北部A1井附近，此時(shí)湖盆面積較小，約 450 km2。

圖3 新港地區(qū)沙三段古生物與巖性組合Fig.3 Paleontology and lithology com posite chartof E s3 in Xingang area

沙三4亞段沉積時(shí)期，隨著大規(guī)模的水進(jìn)作用，水體不斷加深，湖盆逐漸擴(kuò)大，此時(shí)麻黃粉屬大量減少，氣候已趨濕潤(rùn)，渤海藻和副渤海藻均開(kāi)始發(fā)育；湖盆繼續(xù)擴(kuò)大，物源供給充足，發(fā)育北部辮狀河三角洲和西部扇三角洲沉積體系，地層整體呈東薄西厚的特征。

沙三2和沙三3亞段沉積時(shí)期，湖盆繼續(xù)擴(kuò)大，環(huán)境變得更為潮濕，為半深湖—深湖相，晚期發(fā)育大量溝裸藻和污臟棒球藻，華北介開(kāi)始發(fā)育，北部辮狀河三角洲和西部扇三角洲沉積體系仍均大面積分布，巖性以深灰色泥巖與塊狀灰白色砂巖、砂礫巖互層為主，上部常出現(xiàn)重力流沉積。從圖4可以看出，沙三段儲(chǔ)層整體發(fā)育含礫不等粒砂巖，見(jiàn)交錯(cuò)層理與變形構(gòu)造，粒度概率累積曲線主要為懸浮式和過(guò)渡段，表明沉積具有牽引流兼重力流的特點(diǎn)，亦即為扇三角洲前緣沉積的特征。

圖4 A4井巖心綜合柱狀圖Fig.4 Com prehensive core column of A4well

3 烴源巖特征

沙三段沉積時(shí)期，新港地區(qū)堆積了一大套半深湖—深湖相暗色泥巖和油頁(yè)巖。泥巖有效厚度為400～1 000m，油頁(yè)巖有效厚度最厚達(dá)20m，為該地區(qū)提供了良好的烴源巖。

新港地區(qū)有機(jī)質(zhì)類型統(tǒng)計(jì)表明：有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2—Ⅲ型為主，其中沙三4+5亞段烴源巖有機(jī)質(zhì)以Ⅱ1—Ⅱ2型干酪根為主，沙三1+3亞段有機(jī)質(zhì)以Ⅲ型干酪根為主。從表1可以看出，烴源巖具有中等有機(jī)質(zhì)豐度、中—低轉(zhuǎn)化率、中—低生烴強(qiáng)度、中等產(chǎn)烴量及低成熟的特點(diǎn)，原油組分具有飽和烴、非烴和瀝青質(zhì)含量均較高的特點(diǎn)，并且有機(jī)質(zhì)豐度由北向南呈逐漸增大的趨勢(shì)。這套白云巖頂?shù)妆簧罨疑鄮r所包裹，油源十分充足。通過(guò)對(duì)新港地區(qū)沙三段烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)隨深度變化的統(tǒng)計(jì)得出，當(dāng)深度達(dá)到2 500m時(shí)，總有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量及總烴含量等各項(xiàng)指標(biāo)均呈增大趨勢(shì)；深度約3 000m時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最大值；深度約3 700m時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)均逐漸降低。因此，生烴主帶深度為2 500～3 700m，生烴高峰對(duì)應(yīng)的地層埋深約為3 000m，鏡質(zhì)體反射率在地層埋深大于2 600m時(shí)可達(dá)到0.55以上。通過(guò)對(duì)上述指標(biāo)的分析，可以確定新港地區(qū)的生烴門限為2 600m。

表1 新港地區(qū)烴源巖有機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Organic geochem istry data of source rocks in Xingang area

有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的時(shí)間因地層溫度和沉積埋藏速率而定。新港地區(qū)沙三段烴源巖排烴和運(yùn)移高峰期為館陶組—明化鎮(zhèn)組早期，此時(shí)白云巖儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)一系列的同沉積、沉積期后的溶蝕改造和多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，溶蝕孔洞和裂縫較發(fā)育，儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能較好，有利于油氣的儲(chǔ)集。將A5井的原油色譜與新港、板橋和歧口地區(qū)的泥巖色譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新港地區(qū)的原油與烴源巖譜峰特征一致。綜合認(rèn)為，新港地區(qū)沙三段儲(chǔ)層屬于源儲(chǔ)一體的原生油氣藏。

4 儲(chǔ)層特征及預(yù)測(cè)

4.1 單井儲(chǔ)層特征

新港地區(qū)的白云巖儲(chǔ)層主要分布于沙三5亞段，位于濱淺湖區(qū)，厚度由南向北逐漸減薄。該套白云巖儲(chǔ)層的測(cè)井曲線主要表現(xiàn)為高自然伽馬、高電阻率及低聲波時(shí)差的特點(diǎn)，而純白云巖儲(chǔ)層一般表現(xiàn)為低自然伽馬、高電阻率及低聲波時(shí)差的特點(diǎn)。該地區(qū)白云巖儲(chǔ)層自然伽馬測(cè)井值普遍偏高的主要原因是泥質(zhì)含量較高。

由A3井巖心資料可以看出，白云巖巖性以灰色泥巖與淺黃色白云巖為主，以紋層、等厚薄互層和不等厚互層等3類互層產(chǎn)狀為主，白云巖局部呈透鏡狀分布，巖心表面見(jiàn)裂縫滲濾出的黑色油帶，而且新鮮剝離面也可見(jiàn)油污分布，約占50%，說(shuō)明該套儲(chǔ)層有很好的含油氣性。通過(guò)顯微鏡薄片觀察發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)層主要發(fā)育泥晶白云巖（圖版Ⅰ-1）與白云質(zhì)泥巖（圖版Ⅰ-2），并且白云巖裂縫比泥巖裂縫發(fā)育（圖版Ⅰ）。巖心觀察表明，裂縫產(chǎn)狀以直立縫、斜交縫（圖版Ⅰ-3）和網(wǎng)狀縫（圖版Ⅰ-4）為主，發(fā)育溶蝕孔洞，而且孔洞之間有縫溝通（圖版Ⅰ-5）。根據(jù)鉆遇該套白云巖儲(chǔ)層的10口井的物性資料得出，儲(chǔ)層孔隙度為6.3%～9.4%，滲透率為1～3mD，屬于低孔、特低滲儲(chǔ)層，但發(fā)育的大量裂縫和溶洞很好地改善了儲(chǔ)層的物性。

4.2 白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

A5井為2013年鉆探的一口開(kāi)發(fā)井，通過(guò)合成地震記錄標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，夾于泥巖中的白云巖儲(chǔ)層在地震剖面上與砂巖具有同樣的強(qiáng)反射特征；在常規(guī)波阻抗反演剖面上，高波阻抗值既可能對(duì)應(yīng)砂巖儲(chǔ)層，也可能對(duì)應(yīng)白云巖儲(chǔ)層，說(shuō)明其對(duì)白云巖儲(chǔ)層的識(shí)別具有多解性。

由常規(guī)測(cè)井資料分析發(fā)現(xiàn)，白云巖儲(chǔ)層的自然伽馬值為 75～116 API，電阻率值為 5～50Ω·m，聲波時(shí)差值為212～291μs/m，為高自然伽馬、高電阻率和低聲波時(shí)差特征；砂巖儲(chǔ)層的自然伽馬值為36～64 API，電阻率值為 4.6～54 Ω·m，聲波時(shí)差值為190～305μs/m，為低自然伽馬、中—高電阻率和低聲波時(shí)差特征。總體上，在砂巖、泥巖和白云巖巖性關(guān)系圖版上，泥巖具有高聲波時(shí)差值的特征，而砂巖和白云巖均具有低聲波時(shí)差值的特征，同時(shí)砂巖具有低自然伽馬值的特征，而白云巖具有高自然伽馬值的特征。

根據(jù)砂巖、泥巖和白云巖這3種巖性的測(cè)井曲線變化特征，按以下流程可實(shí)現(xiàn)對(duì)白云巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與識(shí)別：①采用測(cè)井參數(shù)反演方法，分別得到聲波時(shí)差和自然伽馬數(shù)據(jù)體；②將上述2種數(shù)據(jù)體的數(shù)值相乘，得到融合后的巖性數(shù)據(jù)體；③在融合數(shù)據(jù)體上，白云巖對(duì)應(yīng)的數(shù)值大于砂巖且小于泥巖，根據(jù)此特征可對(duì)白云巖儲(chǔ)層進(jìn)行解釋［圖5（a）］。

圖5 反演數(shù)據(jù)體融合剖面（a）和白云巖儲(chǔ)層平面分布（b）Fig.5 Profile of inversion data volume fusion （a）and distribution of dolom ite reservoir（b）

運(yùn)用上述方法，對(duì)新港地區(qū)白云巖儲(chǔ)層進(jìn)行了有效預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，砂三5亞段白云巖主要發(fā)育于新村斜坡區(qū)和塘沽—新港斜坡區(qū)的主體區(qū)，南部一直延伸到海河斷層，北部到A7井以北逐漸減薄尖滅，面積約 120 km2［圖 5（b）］；白云巖儲(chǔ)層主要集中在A5井附近，最厚達(dá)100m。實(shí)際鉆井結(jié)果表明，A5井鉆遇白云巖厚度為108m，這與預(yù)測(cè)結(jié)果的吻合度較高，說(shuō)明預(yù)測(cè)出的白云巖儲(chǔ)層平面展布范圍準(zhǔn)確度較高。

4.3 白云巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)

儲(chǔ)層特征分析表明，白云巖發(fā)生斷裂時(shí)所允許的應(yīng)變率較其他巖性要低，這使其更容易發(fā)生破裂而形成裂縫［12］。在白云巖儲(chǔ)層中，巖石類型、溫度、壓力和應(yīng)變率對(duì)巖石裂縫的發(fā)育均有較大影響。構(gòu)造面曲率在一定程度上控制了裂縫的密度、方向和寬度，構(gòu)造主曲率越大，構(gòu)造面就越彎曲，越易形成裂縫［13］。根據(jù)此原理，對(duì)砂三5亞段單個(gè)層面內(nèi)白云巖空間斷裂縫隙的發(fā)育程度作出預(yù)測(cè)，地層曲率高值區(qū)對(duì)應(yīng)裂縫發(fā)育區(qū)［圖6（a）］。結(jié)合曲率屬性圖、單井巖心及薄片鑒定等資料分析認(rèn)為，白云巖儲(chǔ)層在新村斜坡區(qū)和塘沽—新港斜坡區(qū)均有所發(fā)育，但塘沽—新港斜坡區(qū)的裂縫更發(fā)育［圖6（b）］。因此，塘沽—新港斜坡區(qū)可作為下一步尋找白云巖儲(chǔ)層的潛力區(qū)塊。

圖6 新港地區(qū)沙三5亞段白云巖曲率屬性（a）和評(píng)價(jià)（b）Fig.6 The curvatureattributes（a）and evaluation （b）of dolom ite of E s35 in Xingang area

5 結(jié)論

（1）新港地區(qū)沙三4和沙三5亞段均具有優(yōu)質(zhì)的烴源巖，油氣藏類型為源儲(chǔ)一體的原生油氣藏，分布面積較大；在沙三5亞段沉積時(shí)期，大量的濱淺湖區(qū)有利于白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育，并且白云巖儲(chǔ)層中存在大量的裂縫和溶孔，大大改善了儲(chǔ)層的物性。

（2）白云巖儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征與砂巖類似，均具有高頻強(qiáng)反射特點(diǎn)，而普通波阻抗反演并不能很好地提取該套儲(chǔ)層的信息。應(yīng)用由常規(guī)波阻抗、自然伽馬和擬聲波時(shí)差曲線重構(gòu)的波阻抗反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行信息融合能有效識(shí)別白云巖儲(chǔ)層，達(dá)到預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的目的。由單井巖心、薄片分析資料及沙三5亞段白云巖曲率屬性圖預(yù)測(cè)出塘沽—新港斜坡區(qū)的裂縫較發(fā)育，是下一步尋找優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的潛力區(qū)塊。

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圖版Ⅰ