廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層成因機(jī)制

葸克來(lái)，操應(yīng)長(zhǎng)，周 磊，趙賢正，金鳳鳴，楊春宇，蘇 芮，董雄英

1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580

2.中國(guó)石油華北油田公司，河北 任丘 062552

3.中國(guó)石油大慶油田有限公司，黑龍江 大慶 163453

0 引言

隨著油氣勘探程度的不斷提高和勘探深度的不斷下潛，廊固凹陷已經(jīng)全面進(jìn)入了中深層地層、巖性等隱蔽油氣藏勘探階段。整個(gè)冀中坳陷中深層隱蔽油氣藏探明儲(chǔ)量?jī)H占探明總儲(chǔ)量的22.17%，與國(guó)內(nèi)外高成熟區(qū)最終儲(chǔ)量中構(gòu)造油藏和地層、巖性等隱蔽油藏儲(chǔ)量之比（3∶5）相差甚遠(yuǎn)，從這個(gè)意義上講，廊固凹陷古近系中深層還有相當(dāng)大的勘探潛力［1－3］?？碧綄?shí)踐表明，儲(chǔ)層的有效性是決定中深層油氣是否能夠成藏的主控因素。例如：務(wù)28井在3 534～3 541m儲(chǔ)層物性好，試油獲5.1t/d，為油層；而務(wù)27井在相同層位儲(chǔ)層物性差，試油為干層。但是，中深層儲(chǔ)層形成和發(fā)育過(guò)程中，經(jīng)歷了沉積作用、地層壓力及成巖作用等多種因素的綜合影響，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性演化過(guò)程復(fù)雜，因而有效儲(chǔ)層的形成機(jī)制和分布規(guī)律也極其復(fù)雜［4－11］。目前對(duì)有效儲(chǔ)層形成機(jī)制及分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，是造成中深層油氣勘探難度大、成功率低的直接原因。筆者在有效儲(chǔ)層物性下限研究的基礎(chǔ)上，分析廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層控制因素，總結(jié)有效儲(chǔ)層的形成機(jī)制，對(duì)預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層分布規(guī)律、指導(dǎo)油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廊固凹陷在地理位置上位于北京市和天津市之間，地跨河北省的廊坊、固安、永清三市、縣；在構(gòu)造位置上，北與大廠凹陷相接，西靠大興凸起，南界為牛駝鎮(zhèn)凸起，東鄰武清凹陷，是冀中坳陷北部一個(gè)北東走向的古近系北斷南超、西斷東超的箕狀斷陷。河西務(wù)構(gòu)造帶位于廊固凹陷東部，是廊固凹陷重要的二級(jí)構(gòu)造帶之一，面積約410km2。工區(qū)主要受北東向斷裂控制，東起河西務(wù)斷層、西至楊稅務(wù)斷層，南起牛坨鎮(zhèn)凸起、北至銅柏鎮(zhèn)斷層，整體具有東抬西傾、南高北低的構(gòu)造特征［12－13］。河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層是廊固凹陷主要的油氣聚集帶，大部分剩余資源量主要賦存在自生自?xún)?chǔ)的地層、巖性等隱蔽油氣藏中，具有良好的勘探潛力［1－2］。

沙四上亞段沉積時(shí)期，湖盆持續(xù)裂陷，廊固凹陷與西部武清凹陷尚未分離，大興斷層是主要的控盆斷層，河西務(wù)斷層處于雛形。該時(shí)期來(lái)自東部滄縣隆起的沉積物在河西務(wù)構(gòu)造帶形成辮狀河三角洲沉積（圖1），沉積主體為辮狀河三角洲前緣部分，分支河道、席狀砂及分流間灣等沉積微相較為發(fā)育。分支河道沉積以含礫砂巖和砂巖為主，河道底部粒度粗、可見(jiàn)沖刷面構(gòu)造；向上粒度變細(xì)，過(guò)渡為砂巖、粉砂巖，呈明顯的正粒序特征，發(fā)育有韻律層理、平行層理及交錯(cuò)層理等，其粒度概率曲線表現(xiàn)為一跳一懸的兩段式特征（3 435.17、3 436.90、3 683.24、3 686.78m）；席狀砂沉積砂體厚度薄，粒度細(xì)，以粉砂巖為主，發(fā)育有沙紋交錯(cuò)層理、平行紋層等，粒度概率曲線呈兩跳一懸的三段式特征（3 681.40m）；分流間灣主要沉積泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及少量含泥粉砂巖，可見(jiàn)水平層理等沉積構(gòu)造（圖1）。

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)巖心觀察和薄片鑒定結(jié)果，廊古凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，含少量長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖（圖2），巖石成分成熟度中等，顆粒中石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.5%，長(zhǎng)石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.2%，巖屑平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.3%；儲(chǔ)層雜基含量低，分選好，分選系數(shù)平均為1.98，磨圓次棱角狀—次圓狀；碎屑顆粒間以線接觸為主，可見(jiàn)凹凸接觸，膠結(jié)方式主要為孔隙式膠結(jié)。

2.2 儲(chǔ)層成巖作用特征

廊固凹陷沙四上亞段儲(chǔ)層經(jīng)歷了酸堿交替的多重成巖環(huán)境演化，成巖作用改造過(guò)程復(fù)雜，主要的成巖作用類(lèi)型包括壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用及交代作用等（圖3）。

2.2.1 壓實(shí)作用

整體而言，沙四上亞段儲(chǔ)層埋深較大，壓實(shí)作用較強(qiáng)，碎屑顆粒間以線接觸為主，并常見(jiàn)云母等塑性顆粒的撓曲變形以及長(zhǎng)石等脆性顆粒壓實(shí)破碎等現(xiàn)象（圖3a）。同時(shí)，石英顆粒間發(fā)生壓溶作用，成為石英次生加大發(fā)生的主要物質(zhì)來(lái)源之一。壓實(shí)作用貫穿于成巖作用的始終，為主要的破壞性成巖作用之一［14］。根據(jù)砂巖原始孔隙度Φ原始＝20.91＋22.90/So［15］（So代表特拉斯分選系數(shù)）及壓實(shí)減孔量Φ壓實(shí)＝Φ原始－Φ膠結(jié)－Φ現(xiàn)今＋Φ溶蝕定量計(jì)算，研究區(qū)壓實(shí)作用造成原生孔隙的減少量約占儲(chǔ)層原始孔隙度的29.3%～68.6%，平均為52.1%。

2.2.2 膠結(jié)作用

沙四上亞段儲(chǔ)層膠結(jié)作用普遍，膠結(jié)物類(lèi)型多樣，以碳酸鹽膠結(jié)作用為主，局部硅質(zhì)膠結(jié)作用與硬石膏膠結(jié)作用較發(fā)育，還可見(jiàn)少量的黃鐵礦及高嶺石等膠結(jié)。其中，碳酸鹽膠結(jié)物主要以白云石、鐵方解石及鐵白云石為主（圖3b），石英次生加大可見(jiàn)兩期（圖3c）。利用蔡司Axioscope A1APOL數(shù)字透反偏光顯微鏡和Axio Vision Software Rel圖像分析軟件，對(duì)10口井45塊薄片定量統(tǒng)計(jì)可知，以務(wù)101井為例（圖1），北部區(qū)塊與南部區(qū)塊膠結(jié)物類(lèi)型及含量存在較大差異：北部區(qū)塊膠結(jié)物含量高，以碳酸鹽膠結(jié)作用為主，平均相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)83.6%；南部區(qū)塊膠結(jié)物含量較低，以石英次生加大為主，少量的硬石膏膠結(jié)，石英加大邊平均相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.9%（圖4）。

2.2.3 溶解作用

鑄體薄片觀察表明，沙四上亞段儲(chǔ)層溶解作用較弱，主要以長(zhǎng)石顆粒的溶解為主（圖3d、i），見(jiàn)少量的石英及碳酸鹽膠結(jié)物溶解。油源對(duì)比表明，廊固凹陷沙四段儲(chǔ)層油氣主要來(lái)源于沙四段本身的烴源巖［16－17］，沙四段烴源巖埋藏演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸是沙四段儲(chǔ)層溶解作用發(fā)生的主要原因。與碳酸鹽相比，有機(jī)酸與硅鋁酸鹽反應(yīng)的熱驅(qū)動(dòng)性能更強(qiáng)，有機(jī)酸陰離子易與Al3＋離子形成絡(luò)合離子的性能能夠促進(jìn)長(zhǎng)石在有機(jī)酸中的溶解［18］，并且長(zhǎng)石與有機(jī)酸反應(yīng)的吉布斯自由能較低［19－20］。因此，沙四上亞段儲(chǔ)層中長(zhǎng)石溶解作用強(qiáng)于碳酸鹽膠結(jié)物溶解作用。石英顆粒及其加大邊的溶解是儲(chǔ)層成巖環(huán)境變?yōu)閴A性時(shí)的成巖產(chǎn)物。

2.2.4 交代作用

自生礦物之間的交代作用通常作為判斷成巖作用發(fā)生先后順序的主要依據(jù)。沙四上亞段儲(chǔ)層交代作用十分發(fā)育，既有自生礦物對(duì)顆粒組分的交代，也有自生礦物之間的交代。主要可見(jiàn)碳酸鹽礦物、硬石膏等對(duì)長(zhǎng)石顆粒、石英顆粒及石英加大邊的交代（圖3e），碳酸鹽之間的交代以及黃鐵礦對(duì)巖石顆粒及早期膠結(jié)物的交代（圖3f）等。

2.3 儲(chǔ)層儲(chǔ)集特征

根據(jù)巖石鑄體薄片觀察，河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以原生孔隙與次生溶解孔隙共存為特征，裂縫不發(fā)育。其中：原生孔隙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于次生孔隙，平均可達(dá)85%以上；次生孔隙主要為長(zhǎng)石、巖屑等顆粒的粒內(nèi)溶解孔隙及粒間溶擴(kuò)孔隙（圖3d、g、h、i）。

圖1 廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段構(gòu)造位置（a）及沉積相分布（b）Fig.1 Tectonic location（a）and sedimentary facies（b）of in Hexiwu structural zone，Langgu depression

圖2 河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層巖性三角圖Fig.2 Rock type diagram ofin Hexiwu structural zone

通過(guò)實(shí)測(cè)物性統(tǒng)計(jì)，河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層物性整體較差，孔隙度低于15%的樣品占66.9%，平均孔隙度為 13.3%；滲透率為（0.1～10）×10－3μm2的樣品約占78.6%，平均滲透率為1.72×10－3μm2；屬中低孔－低滲特低滲儲(chǔ)層。同時(shí)，儲(chǔ)層孔隙度與滲透率相關(guān)性好（圖5），其可作為儲(chǔ)層中原生孔隙含量高的證據(jù)之一［11］。

3 有效儲(chǔ)層物性控制因素

3.1 有效儲(chǔ)層物性下限計(jì)算

有效儲(chǔ)層是指能夠儲(chǔ)集和滲流流體（烴類(lèi)或地層水），在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下能夠采出具有工業(yè)價(jià)值產(chǎn)液量（烴類(lèi)或烴類(lèi)與水的混合）的儲(chǔ)集層。有效儲(chǔ)層不同于有效油層，有效儲(chǔ)層中采出的流體既可以是烴類(lèi)、也可以是水，因此有效儲(chǔ)層包含有效油層［9］。有效儲(chǔ)層物性下限是指儲(chǔ)集層能夠成為有效儲(chǔ)層應(yīng)具有的最低物性，通常用孔隙度、滲透率的某個(gè)確定值來(lái)度量［21］。因此，以有效儲(chǔ)層物性下限為界可以將某一層段的儲(chǔ)層分為有效儲(chǔ)層（實(shí)測(cè)物性大于物性下限）與無(wú)效儲(chǔ)層（實(shí)測(cè)物性小于物性下限），并通過(guò)兩者的對(duì)比研究，能夠確定有效儲(chǔ)層形成的控制因素。

有效儲(chǔ)層物性下限確定是有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，是直接關(guān)系到勘探、開(kāi)發(fā)決策的重要問(wèn)題，前人在求取有效儲(chǔ)層物性下限方面已總結(jié)了測(cè)試法、試油法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、含油產(chǎn)狀法、最小有效孔喉半徑法、分布函數(shù)曲線法、束縛水飽和度法等較成熟的方法［9］。筆者根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有資料，綜合運(yùn)用分布函數(shù)曲線法、測(cè)試法、試油法及束縛水飽和度法，求取了河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段不同深度段的有效儲(chǔ)層物性下限［22］（表1）。

表1 有效儲(chǔ)層物性下限計(jì)算表Table 1 Statistical table of the petrophysical parameter cutoff calculation

圖3 儲(chǔ)層成巖作用與儲(chǔ)集空間特征Fig.3 Characteristics of diagenetic and reservoir space

圖4 典型井主要膠結(jié)物類(lèi)型及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布圖Fig.4 Distribution diagram of cement types and average content about typical wells

圖5 孔隙度－滲透率相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between porosity and permeability

對(duì)上述計(jì)算和分析得到的不同埋深下的有效儲(chǔ)層物性下限結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在相同或相近的埋藏深度范圍內(nèi)，采用分布函數(shù)曲線法、測(cè)試法、試油法及束縛水飽和度法計(jì)算的物性下限基本一致；說(shuō)明所采用的計(jì)算方法可行，計(jì)算結(jié)果可靠。但是，由于受到計(jì)算方法、基礎(chǔ)資料等限制，采取不同方法僅能獲得有限埋深范圍的物性下限，且不同方法計(jì)算的相近或相同埋深下有效儲(chǔ)層的物性下限值還是存在一定的誤差。因此，為了消除單一方法中因原始數(shù)據(jù)誤差、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)量、計(jì)算方法等引起的誤差，以及獲得任意埋藏深度下有效儲(chǔ)層物性下限值，可以將不同方法求取的不同深度段的有效儲(chǔ)層物性下限與埋藏深度進(jìn)行定量擬合，獲得沙四上亞段有效儲(chǔ)層孔隙度下限、滲透率下限與深度的關(guān)系方程：

其中：Φcutoff為孔隙度下限，%；Kcutoff為滲透率下限，10－3μm2；H為埋藏深度，m。

為了檢驗(yàn)物性下限計(jì)算公式的準(zhǔn)確性，利用廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段29口井30個(gè)小層試油成果數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)正確率為83.3%。因此，認(rèn)為通過(guò)上述有效儲(chǔ)層物性下限與深度的關(guān)系式計(jì)算求得的有效儲(chǔ)層物性下限是可靠的。

3.2 有效儲(chǔ)層物性控制因素

根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有資料，選取孔隙度參數(shù)對(duì)比分析有效儲(chǔ)層物性控制因素。在有效儲(chǔ)層物性下限計(jì)算的基礎(chǔ)上，首先以有效儲(chǔ)層物性下限與最大孔隙度包絡(luò)線為界，在橫向上將孔隙度－深度剖面劃分成不同的孔隙度區(qū)間，即橫向分帶；然后根據(jù)儲(chǔ)層孔隙度的垂向分布特征，在縱向上將孔隙度－深度剖面劃分成不同的深度區(qū)間，即縱向分段（圖6）；最后在橫向分帶、縱向分段的基礎(chǔ)上，分別對(duì)同一孔隙度發(fā)育帶內(nèi)、不同儲(chǔ)層段間以及同一儲(chǔ)層段內(nèi)、不同孔隙度發(fā)育帶間，影響儲(chǔ)層物性的膠結(jié)物含量、巖性、分選系數(shù)、沉積微相及地層壓力因素等進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，并通過(guò)對(duì)比尋找有效儲(chǔ)層物性控制因素（圖6）。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不同區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層巖性及平均粒徑差別不大。無(wú)效儲(chǔ)層A、A1、A2區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，平均分別為16.42%、17.04%、15.4%；儲(chǔ)層沉積微相中席狀砂、分流間灣及分支河道含量相當(dāng)，分選系數(shù)均大于2.0，地層壓力以常壓、弱超壓及中超壓為主，其中常壓與弱超壓約占50%以上，基本不發(fā)育強(qiáng)超壓。有效儲(chǔ)層B、B1、B2區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，平均分別為9.70%、10.27%、7.01%；儲(chǔ)層沉積微相主要以分支河道為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80.00%以上，分選系數(shù)均小于1.8，地層壓力以中超壓與強(qiáng)超壓為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80.00%以上（圖6）。A與B、A1與B1及A2與B2對(duì)比表明，橫向上，相同儲(chǔ)層發(fā)育段內(nèi)不同孔隙度發(fā)育帶間，儲(chǔ)層膠結(jié)物含量、分選系數(shù)、沉積微相及地層壓力存在明顯的差異；而A與A1、A2及B與B1、B2對(duì)比表明，縱向上，相同孔隙度發(fā)育帶內(nèi)不同儲(chǔ)層發(fā)育段間，膠結(jié)物含量、分選系數(shù)、沉積微相及地層壓力差異性不明顯，儲(chǔ)層物性控制因素具有繼承性發(fā)育的特征，壓實(shí)作用是導(dǎo)致相同孔隙度發(fā)育帶內(nèi)不同儲(chǔ)層發(fā)育段間儲(chǔ)層物性差異的主要原因。因此，儲(chǔ)層膠結(jié)物含量、分選系數(shù)、沉積微相及地層壓力是廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層形成的主要控制因素。

4 有效儲(chǔ)層成因機(jī)制

在廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層物性控制因素研究的基礎(chǔ)上，分別對(duì)各控制因素的控制機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)探討，總結(jié)有效儲(chǔ)層形成機(jī)制，建立有效儲(chǔ)層成因模式。

圖6 物性控制因素對(duì)比Fig.6 The reservoir physical property controlling factors contrast

4.1 沉積作用

河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段辮狀河三角洲不同沉積微相儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)表明，辮狀河三角洲前緣分支河道儲(chǔ)層物性最好（表2），是有效儲(chǔ)層發(fā)育的有利沉積相帶（圖6）。

首先，沙四上亞段辮狀河三角洲前緣分支河道沉積砂體平均分選系數(shù)為1.742，雜基平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.54%，這類(lèi)沉積微相中的砂體均具有雜基含量少、沉積物分選好的特點(diǎn)。雜基含量對(duì)儲(chǔ)層物性具有重要的影響：一方面，雜基含量越高，對(duì)儲(chǔ)層孔隙與喉道的充填作用越強(qiáng)；另一方面，雜基含量高，導(dǎo)致巖石抗壓實(shí)能力減弱，在埋藏過(guò)程中壓實(shí)作用較強(qiáng)。因此，雜基含量與儲(chǔ)層物性之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。沉積物分選同樣對(duì)儲(chǔ)層物性具有兩方面的影響：一方面，沉積物分選直接決定了儲(chǔ)層原始物性的好壞，Beard和Weyl研究［15］認(rèn)為，分選系數(shù)與原始孔隙度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，即Φ原始＝22.9/So＋20.91，沉積物分選越差，儲(chǔ)層原始孔隙度越??；另一方面，沉積物的分選對(duì)埋藏壓實(shí)作用過(guò)程具有重要影響，操應(yīng)長(zhǎng)等［14］通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，分選系數(shù)與砂巖壓實(shí)減孔率之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，分選較差的砂巖在埋藏早期快速壓實(shí)作用過(guò)程中，較細(xì)的顆粒容易充填在較粗顆粒堆積形成的孔隙空間中，從而使孔隙度和滲透率降低，并且分選越差，壓實(shí)過(guò)程由顆粒重新排列產(chǎn)生的減孔效應(yīng)越明顯。其次，辮狀河三角洲前緣分支河道儲(chǔ)層顆粒組分中剛性顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)80.00%以上，巖性主要為細(xì)砂巖、中粗砂巖及少量的含礫砂巖，粒度較細(xì)的粉砂巖含量較低。剛性顆粒含量高，粒徑較粗的砂巖具有較強(qiáng)的抗壓能力，在沉積物埋藏壓實(shí)作用過(guò)程中，能夠承受較大的壓力，分擔(dān)一部分?jǐn)D壓孔隙空間的力，從而使埋藏過(guò)程中的減孔量變小，保存較好的儲(chǔ)層物性。

表2 沙四上亞段不同沉積微相儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of the physical properties in different microfacies of Ess4

石英顆粒含量高，碳酸鹽巖巖屑含量低是有效儲(chǔ)層形成的有利物源條件。廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段沉積物整體來(lái)自坳陷東部的滄縣隆起，但南部區(qū)塊和北部區(qū)塊在物質(zhì)成分上有一定的差別，北部區(qū)塊沉積物中碳酸鹽巖巖屑含量明顯高于南部區(qū)塊，而南部區(qū)塊沉積物中石英顆粒的含量高于北部區(qū)塊（圖7）。不同的顆粒組分可以為后期不同成巖作用的發(fā)生提供物質(zhì)基礎(chǔ)。研究表明：當(dāng)碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%時(shí)，碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與碳酸鹽膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)間無(wú)明顯的相關(guān)性；當(dāng)碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于5%時(shí)，碳酸鹽巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與碳酸鹽膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間呈良好的正相關(guān)關(guān)系（圖8）。這主要是因?yàn)樵诼癫剡^(guò)程中，隨著碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增高，其發(fā)生壓溶作用及其水巖反應(yīng)的概率大大增加，為碳酸鹽膠結(jié)物的形成提供物質(zhì)來(lái)源，導(dǎo)致儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)作用強(qiáng)烈，物性較差，北部區(qū)塊平均孔隙度為9.64%，平均滲透率為3.04×10－3μm2。同樣，石英顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與石英加大邊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系（圖8）；在埋藏過(guò)程中，石英顆粒的壓溶作用可為該區(qū)石英次生加大邊的大量發(fā)育提供主要硅質(zhì)來(lái)源，從而使儲(chǔ)層中石英次生加大普遍發(fā)育，碳酸鹽膠結(jié)作用較弱，儲(chǔ)層物性較好，南部區(qū)塊平均孔隙度為11.42%，平均滲透率為5.83×10－3μm2。

因此，辮狀河三角洲前緣分支河道沉積環(huán)境中雜基質(zhì)量分?jǐn)?shù)少，分選好，碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的細(xì)砂巖、中粗砂巖及含礫砂巖為沙四上亞段有效儲(chǔ)層的形成提供了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2 地層超壓

研究表明，廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段地層以中超壓為主，局部發(fā)育強(qiáng)超壓［22］。儲(chǔ)層物性與地層壓力之間存在良好的正相關(guān)性（圖6），常壓與弱超壓儲(chǔ)層平均孔隙度為11.18%，中超壓儲(chǔ)層平均孔隙度為12.85%，強(qiáng)超壓儲(chǔ)層平均孔隙度為14.32%。試油結(jié)果顯示，地層壓力越高，油層相對(duì)含量越高（圖9）。

首先，廊固凹陷沙四段地層壓力形成時(shí)間早。一方面，沙四段沉積時(shí)期，沉積物沉積速率高達(dá)0.63 mm/a，快速的沉積作用必然導(dǎo)致孔隙流體排出受阻，形成異常高壓［23］；另一方面，廊固凹陷埋藏深度達(dá)到2.0～2.8km的深度段，有機(jī)質(zhì)生烴量最高，增加孔隙流體體積，引起異常高壓的增加［23］。沙四段烴源巖埋藏演化史分析表明，由于早期強(qiáng)烈沉降，沙四段地層在距今大約35Ma時(shí)，已開(kāi)始受有機(jī)質(zhì)生烴增加作用的影響，地層壓力進(jìn)一步升高。

圖7 儲(chǔ)層碳酸鹽巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與石英顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布直方圖Fig.7 Distribution histogram of content of carbonate debris and quartz grains

圖8 儲(chǔ)層顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系圖Fig.8 Relationship diagram of reservoir grains content and cement content

圖9 不同壓力結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層試油結(jié)果Fig.9 Oil test results under different pressure structure

其次，廊固凹陷地層壓力保存條件有利。廊固凹陷孔店—沙三期強(qiáng)烈沉降，地層沉積厚度巨大，最厚可達(dá)6.0km以上，其中泥巖厚度約占3/4以上，并且在廊東地區(qū)鉆遇單層厚度達(dá)800m的巨厚層泥巖，這種單層厚度巨大，泥質(zhì)含量較高的地層對(duì)地層異常高壓的保存非常有利［23－24］。

因此，早期形成的異常高壓，在經(jīng)歷有機(jī)質(zhì)生烴作用過(guò)程后進(jìn)一步升高，并且在有利的條件下得到有效保存，從而減緩壓實(shí)作用，保護(hù)儲(chǔ)層原生孔隙，對(duì)廊固凹陷沙四上亞段有效儲(chǔ)層的形成起至關(guān)重要的作用。

4.3 油氣充注

根據(jù)試油資料與儲(chǔ)層實(shí)測(cè)物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段油層與油水同層的儲(chǔ)層孔隙度明顯高于含油水層，高于水層＋干層（圖10），油氣充注有利于有效儲(chǔ)層的形成和發(fā)育。早期油氣充填儲(chǔ)層孔隙空間，一方面能夠承受部分上覆巖層壓力，減緩儲(chǔ)層壓實(shí)作用，保存原生孔隙；另一方面，油氣的充注能夠抑制后期膠結(jié)作用的進(jìn)行，使壓實(shí)殘余原生孔及早期溶孔得到有效保存。

圖10 河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段不同含油級(jí)別儲(chǔ)層孔隙度分布Fig.10 Reservoir porosity distribution in different oil level ofin Hexiwu structural zone

廊固凹陷沙四段儲(chǔ)層發(fā)生了兩期油氣充注：第一期發(fā)生于距今34～12Ma，以石油聚集為主；第二期發(fā)生于距今12～0Ma，以凝析氣聚集為主［16－17］。根據(jù)儲(chǔ)層成巖演化史及埋藏史分析［22］可知，距今約28.2～18.8Ma，隨著埋深增加，沙四段地層溫度大于120℃，有機(jī)酸陰離子熱脫羧，有機(jī)酸濃度降低，膏鹽開(kāi)始大量脫出富含 Ca2＋、K＋、Na＋、Sr2＋、Al3＋等金屬陽(yáng)離子的堿性水，同時(shí)泥巖中蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化及伊利石向綠泥石轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋等堿金屬離子進(jìn)入孔隙水［25］，地層水開(kāi)始向堿性轉(zhuǎn)變，發(fā)生晚期碳酸鹽膠結(jié)作用，可見(jiàn)白云石、鐵方解石及鐵白云石膠結(jié)物。因此，廊固凹陷沙四段儲(chǔ)層發(fā)生油氣充注時(shí)間早，并且早期石油聚集開(kāi)始時(shí)間早于晚期碳酸鹽膠結(jié)作用開(kāi)始時(shí)間。根據(jù)鑄體薄片觀察，發(fā)生早期石油充注的孔隙空間，后期未被鐵白云石等膠結(jié)物膠結(jié)，而未發(fā)生早期石油充注的孔隙，后期被鐵白云石等膠結(jié)物強(qiáng)烈膠結(jié)（圖3g）。因此，早期油氣充注是儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物含量少的主要原因，有效保護(hù)了儲(chǔ)層孔隙空間，對(duì)有效儲(chǔ)層的形成起了重要作用。

4.4 成巖作用

4.4.1 膠結(jié)物類(lèi)型

儲(chǔ)層物性控制因素研究表明，碳酸鹽膠結(jié)物的含量是決定儲(chǔ)層物性好壞的主要因素之一。根據(jù)鏡下觀察及統(tǒng)計(jì)：河西務(wù)構(gòu)造帶北部區(qū)塊碳酸鹽膠結(jié)物以孔隙式膠結(jié)為主，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10.68%，儲(chǔ)層平均孔隙度為9.64%，平均滲透率為3.04×10－3μm2；而南部區(qū)塊碳酸鹽膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，石英次生加大普遍發(fā)育，平均為3.89%，儲(chǔ)層平均孔隙度為11.42%，平均滲透率為5.83×10－3μm2。進(jìn)一步研究表明，沙四上亞段儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物含量與儲(chǔ)層孔隙度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，而硅質(zhì)膠結(jié)物的含量與儲(chǔ)層孔隙度之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系（圖11）。這是因?yàn)轭w粒邊緣形成的早期石英次生加大能夠很好地增強(qiáng)巖石的抗壓能力，抑制壓實(shí)作用，保留一定量的原生孔隙［26］；而孔隙中間大量膠結(jié)物的充填則會(huì)嚴(yán)重破壞原生孔隙，使儲(chǔ)層物性急劇變差。因此，顆粒邊緣早期石英次生加大的出現(xiàn)在一定程度上有利于有效儲(chǔ)層的發(fā)育。

4.4.2 溶解作用

廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層溶蝕作用主要發(fā)生在長(zhǎng)石顆粒中，但沙四段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度低，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.4%，干酪根為腐殖型［16］，不利于有機(jī)酸的大量生成，難以產(chǎn)生較大規(guī)模的酸性流體，導(dǎo)致沙四上亞段儲(chǔ)層溶蝕作用較弱，溶蝕增孔量為0.7%～1.2%。因此，溶蝕作用對(duì)沙四上亞段儲(chǔ)層物性的改善作用較弱，對(duì)有效儲(chǔ)層的形成僅起輔助作用。

5 有效儲(chǔ)層成因模式

成巖作用是一定成巖環(huán)境下的產(chǎn)物，成巖環(huán)境演化控制了成巖作用序列，從而影響儲(chǔ)層的形成和發(fā)育過(guò)程。在儲(chǔ)層成巖作用研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段埋藏演化史及流體包裹體的分析［22］表明，儲(chǔ)層經(jīng)歷了早期堿性成巖環(huán)境→酸性成巖環(huán)境→堿性成巖環(huán)境→弱酸性成巖環(huán)境→弱堿性成巖環(huán)境的演化過(guò)程。

原生沉積水是指沉積物沉積時(shí)期包含在沉積物顆粒之間的地層流體，其性質(zhì)直接影響著碎屑巖孔隙水介質(zhì)的演化特征和成巖作用的進(jìn)行，是早期成巖環(huán)境的主要控制因素［27－28］。廊固凹陷沙四段沉積時(shí)期（距今50.4Ma）湖盆受渤海灣盆地整體氣候的影響，呈干旱的氣候環(huán)境，部分地區(qū)還發(fā)育膏鹽沉積，沉積水體呈堿性，部分砂體邊緣被方解石以基底式強(qiáng)烈膠結(jié)，儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間大量消耗。同時(shí)，該時(shí)期湖盆強(qiáng)烈沉降，快速沉積作用導(dǎo)致流體排出受阻，產(chǎn)生異常高壓，減緩壓實(shí)作用速率（圖12）。距今40.3 Ma之前，隨著儲(chǔ)層埋深增加，地層溫壓升高，有機(jī)酸開(kāi)始成熟，地層水堿性變?nèi)酰_(kāi)始向弱酸性轉(zhuǎn)變。同時(shí)，未被早期碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)的儲(chǔ)層，受超壓的抑制，壓實(shí)作用變慢。但是，隨著埋深的增加，顆粒接觸程度仍會(huì)逐漸增高，當(dāng)接觸點(diǎn)所承受的壓力超過(guò)正?？紫读黧w壓力時(shí)（達(dá)到2.0～2.5倍），顆粒接觸點(diǎn)的溶解度就會(huì)增高，發(fā)生壓溶作用，從而為早期石英次生加大的發(fā)育提供了物質(zhì)來(lái)源，此時(shí)石英次生加大邊的形成會(huì)充填部分原生孔隙，加速儲(chǔ)層物性的降低（圖12）。

圖11 沙四上亞段不同類(lèi)型膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系Fig.11 Relationship between different types of cement content and porosity of Ess4

圖12 廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層成因模式Fig.12 Genetic model of the effective reservoir ofin Hexiwu structural zone，Langgu Depression

廊固凹陷沙四段儲(chǔ)層油氣主要來(lái)源于沙四段本身的烴源巖［16］，沙四段烴源巖埋藏演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸對(duì)沙四段儲(chǔ)層成巖作用具有明顯的影響。通過(guò)廊固凹陷沙四段烴源巖埋藏演化史分析表明，在距今40.3～28.2Ma，沙四上段地層溫度達(dá)到75～120℃，進(jìn)入有機(jī)酸大量生成并保存的最佳溫度范圍［19］，有機(jī)酸濃度增加，地層變?yōu)樗嵝?，長(zhǎng)石、巖屑等顆粒發(fā)生少量溶蝕，但對(duì)儲(chǔ)層物性改善作用不明顯，溶蝕產(chǎn)物形成高嶺石與少量第二期石英次生加大。有機(jī)質(zhì)生烴作用，增加孔隙流體體積，導(dǎo)致地層壓力進(jìn)一步升高。但是，超壓抑制作用只能減緩壓實(shí)作用，而不能使其停止，顆粒接觸程度會(huì)進(jìn)一步增高，以線接觸為主，顆粒開(kāi)始強(qiáng)烈受壓，此時(shí)顆粒邊緣的早期石英次生加大邊增加了巖石的抗壓能力，保護(hù)部分原生孔隙（圖11、12）。同時(shí)，第一期油氣充注開(kāi)始，壓實(shí)殘余原生孔隙中發(fā)生石油聚集。

隨著埋深進(jìn)一步增加，距今約28.2～18.8Ma，沙四段地層溫度大于120℃，超過(guò)了有機(jī)酸穩(wěn)定保存的溫度范圍，羧酸陰離子熱脫羧，有機(jī)酸濃度降低，并且膏鹽開(kāi)始大量脫出富含Ca2＋，K＋，Na＋，Sr2＋，Al3＋等金屬陽(yáng)離子的堿性水，同時(shí)泥巖中蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化及伊利石向綠泥石轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的 Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋等堿金屬離子進(jìn)入孔隙水［25］，地層水開(kāi)始向堿性轉(zhuǎn)變，發(fā)生白云石、鐵方解石及鐵白云石等晚期膠結(jié)物沉淀。此時(shí)，受顆粒組分的影響，北部區(qū)塊未發(fā)生早期油氣充注的儲(chǔ)層，晚期碳酸鹽呈孔隙式膠結(jié)，儲(chǔ)層物性變差；而南部區(qū)塊未發(fā)生早期油氣充注的儲(chǔ)層碳酸膠結(jié)作用較弱，儲(chǔ)層物性較好。兩區(qū)塊內(nèi)發(fā)生早期油氣充注的儲(chǔ)層，由于膠結(jié)作用受到抑制，物性均明顯好于對(duì)應(yīng)的未發(fā)生油氣充注的儲(chǔ)層（圖12），形成有效儲(chǔ)層。

距今約18.8～5.0Ma，河西務(wù)構(gòu)造帶由于華北運(yùn)動(dòng)而抬升［13］，使得地層溫度降低，沙四上亞段地層溫度再次進(jìn)入75～120℃范圍，膏巖停止脫水，烴源巖重新進(jìn)入有機(jī)酸生成和保存的最佳溫度范圍，地層水開(kāi)始向弱酸性轉(zhuǎn)變，發(fā)生少量酸性不穩(wěn)定礦物的溶解，形成少量的溶解孔隙（圖12），微弱改善儲(chǔ)層物性。

距今約5.0～0Ma，河西務(wù)構(gòu)造帶再次沉降，沙四段地層持續(xù)埋藏，地層溫度再次超過(guò)120℃，有機(jī)酸濃度降低，地層水向弱堿性轉(zhuǎn)變，此時(shí)成巖環(huán)境封閉還原［29］，流體活動(dòng)性很弱，由于堿金屬陽(yáng)離子在前一期堿性環(huán)境中的大量沉淀消耗，碳酸鹽膠結(jié)作用基本不發(fā)育，可見(jiàn)少量的晚期黃鐵礦膠結(jié)物出現(xiàn)，并交代鐵碳酸鹽礦物（圖12）。

6 結(jié)論

1）廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段儲(chǔ)層以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，含少量長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，成分成熟度中等，結(jié)構(gòu)成熟度高；儲(chǔ)層經(jīng)歷了酸堿交替的多重成巖環(huán)境演化，壓實(shí)作用較強(qiáng)，膠結(jié)物類(lèi)型多樣，南部區(qū)塊以較強(qiáng)的碳酸鹽膠結(jié)作用為主，北部區(qū)塊石英加大邊及硬石膏膠結(jié)物普遍發(fā)育，儲(chǔ)層溶解作用弱，主要發(fā)生在長(zhǎng)石及部分巖屑顆粒中；儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主，含少量的粒內(nèi)溶孔及粒間溶擴(kuò)孔隙，孔滲相關(guān)性好。

2）在儲(chǔ)層物性下限研究的基礎(chǔ)上，采用橫向分帶、縱向分段的方法進(jìn)行對(duì)比研究，表明儲(chǔ)層膠結(jié)物含量、分選系數(shù)、沉積微相及地層壓力是廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶沙四上亞段有效儲(chǔ)層形成的主要控制因素。

3）辮狀河三角洲前緣分支河道沉積環(huán)境中雜基含量少、分選好、碳酸鹽巖屑含量低的細(xì)砂巖、中粗砂巖及含礫砂巖是沙四上亞段有效儲(chǔ)層形成的有利物質(zhì)基礎(chǔ)。早期地層超壓，抑制壓實(shí)作用，保護(hù)原生孔隙；早期油氣充注，抑制膠結(jié)作用與壓實(shí)作用，保護(hù)孔隙空間；二者共同作用，是有效儲(chǔ)層形成的主要原因。溶解作用少量增孔，顆粒邊緣形成的早期石英加大抑制壓實(shí)，對(duì)有效儲(chǔ)層的形成起輔助作用。

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