中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層特征及含油氣性分析

黃軍平，楊占龍，劉洪軍，邸　俊，黃云峰，韓小鋒

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室，蘭州730020；3.西安石油大學地球科學與工程學院，西安710065；4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054）

中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層特征及含油氣性分析

黃軍平1，2，楊占龍1，2，劉洪軍3，邸俊1，黃云峰1，2，韓小鋒4

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室，蘭州730020；3.西安石油大學地球科學與工程學院，西安710065；4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054）

中西部地區(qū)中小盆地油氣顯示豐富，但勘探程度總體較低，油氣發(fā)現(xiàn)較少。以碎屑巖儲層為研究對象，依據(jù)巖心觀察、野外地質(zhì)調(diào)查與實驗分析，對中小盆地碎屑巖儲層特征及含油氣性影響因素進行了深入研究。結(jié)果表明：①中西部地區(qū)中小盆地共發(fā)育5套碎屑巖儲層，分別為處于海陸過渡相沉積環(huán)境的石炭系—二疊系和三疊系、處于陸相沉積環(huán)境的侏羅系含煤層系和白堊系非含煤層系及處于沖積扇沉積環(huán)境的古近系—新近系；②砂巖儲層較為發(fā)育，但其物性較差，屬于低孔、低滲型儲層，且含油氣飽和度較低；③砂巖儲層的礦物成分以石英、長石、黏土礦物、方解石和白云石為主，不同構(gòu)造背景與沉積環(huán)境形成的儲層，其礦物成分存在差異；④砂巖儲層儲集空間類型豐富，主要有粒內(nèi)孔、粒間孔、微裂縫和有機質(zhì)孔等4種類型；⑤砂巖儲層的含油氣性主要受沉積相帶、巖石礦物組成、儲層物性和儲集空間類型等因素影響。

碎屑巖；儲層特征；含油氣性；中小盆地；中西部地區(qū)

0　引言

中西部地區(qū)中小盆地位于太行山以西、昆侖山—巴顏喀拉山以北的中國中西部地區(qū)，主要包括銀根-額濟納旗、中口子、雅布賴、潮水、酒泉、武威、共和、定西、民和、六盤山、石拐和沁水等50余個沉積盆地［1-2］。這些盆地處于中國中西部幾大構(gòu)造單元的交會地帶。從區(qū)域構(gòu)造演化來看，晚古生代后期，中西部地區(qū)中小盆地已完成各板塊的拼合作用并成為歐亞板塊的一部分。經(jīng)過中新生代板內(nèi)多次盆-山耦合過程，尤其是喜馬拉雅運動的影響，最終形成了現(xiàn)今盆-山相間分布的構(gòu)造面貌［3］。

近年來，隨著油氣勘探的深入，中西部地區(qū)中小盆地展現(xiàn)出較好的勘探前景。其在中生代和古生代不同層系均發(fā)現(xiàn)了油氣藏或油氣顯示，如在酒泉盆地白堊系、雅布賴盆地侏羅系、銀根-額濟納旗盆地查干凹陷白堊系、民和盆地白堊系與侏羅系均獲得了工業(yè)油氣流，在中口子、武威、潮水、共和、定西、六盤山和石拐等盆地發(fā)現(xiàn)了多處地表油苗或探井油氣顯示［1-4］。

然而，中西部地區(qū)中小盆地在碎屑巖儲層特征及其含油氣性等方面缺乏系統(tǒng)深入的研究，總體勘探程度較低，資源探明率較低。筆者擬以石油地質(zhì)學理論為指導，將露頭與鉆井資料相結(jié)合，對中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層特征進行總結(jié)，同時對其含油氣性的控制因素進行分析，以指導該區(qū)油氣勘探取得更大突破。

圖1　中西部地區(qū)部分中小盆地取心井段沉積相Fig.1　Sedimentary facies of core drillings in some middle and small-sized basins in the central and western regions of China

1　碎屑巖儲層沉積環(huán)境及巖石組合類型

中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層主要分布于石炭系—二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和古近系—新近系共5套層系中。野外地質(zhì)調(diào)查和巖心觀察均表明，中部地區(qū)石炭系為海相沉積，太原組灰?guī)r顏色較深，泥巖顏色較淺，砂巖中層理不發(fā)育，為障壁、瀉湖與碳酸鹽臺地復合沉積，巖石組合類型為砂巖、泥頁巖、灰?guī)r和煤層；下二疊統(tǒng)山西組砂巖水平層理及波紋層理均較發(fā)育，泥巖較純，黃鐵礦發(fā)育，常見植物化石碎片，主要為淺水三角洲沉積，巖石組合類型為砂巖、泥巖、頁巖和煤線［圖1（a）］。西部地區(qū)石炭紀—二疊紀處于淺海陸棚沉積環(huán)境［5］，主要發(fā)育砂巖與灰?guī)r兩大類儲層，巖石組合以泥頁巖、砂巖、灰?guī)r及煤層為主。西部地區(qū)上三疊統(tǒng)為陸相含煤層系，巖石組合類型為泥巖、砂巖和煤線，主要發(fā)育于南祁連盆地。中西部地區(qū)中小盆地侏羅系和白堊系為2套碎屑巖沉積，主要發(fā)育沖積扇、扇三角洲、辮狀河三角洲和湖泊等沉積相帶［5］。碎屑巖儲層巖性較為單一，以砂巖為主。侏羅系一般發(fā)育煤層或煤線，砂巖中層理較為發(fā)育，有水平層理、砂紋層理，泥巖中常見大量植物化石，局部可見沖刷面，主要為辮狀河三角洲沉積［圖1（b）］。白堊系巖性單一，巖石組合主要為泥巖和砂巖［6-7］，在湖盆中心局部地區(qū)含有白云巖。古近系—新近系巖性組合主要為砂巖、礫巖和泥巖，處于沖積扇沉積環(huán)境，儲層物性總體較好［1］。

圖2　多元回歸分析法定量預測礦物組分及脆性指數(shù)Fig.2　The mineral components and brittleness index predicted by multivariate regression analysis

2　碎屑巖儲層特征

2.1巖石礦物組成及脆性特征

筆者通過測井資料多元回歸分析，預測了中西部地區(qū)部分盆地侏羅系巖石中礦物組分含量及脆性特征，其結(jié)果與巖心實驗分析結(jié)果吻合度較高，相關(guān)系數(shù)均在0.8以上。定量預測結(jié)果表明，該區(qū)砂巖儲層礦物組分主要為石英、長石、碳酸鹽和黏土礦物等4種。脆性礦物以石英、方解石和白云石為主。結(jié)合巖心、鑄體薄片和掃描電鏡觀察等，發(fā)現(xiàn)了2個次生孔隙發(fā)育帶，分別為溶蝕孔隙發(fā)育帶和晶間孔隙發(fā)育帶。根據(jù)巖石礦物組分預測的脆性指數(shù)（BI）與高精度掃描電鏡下觀察到的礦物組分及物性特征較為吻合。在溶蝕孔隙發(fā)育帶，石英含量和長石含量均較高，主要發(fā)育長石溶蝕孔隙和微裂縫，掃描電鏡下也見到大量溶蝕孔隙和微裂縫。在晶間孔隙發(fā)育帶，黏土礦物中伊/蒙混層晶間孔隙和微裂縫均發(fā)育，該帶黏土礦物含量不高，晶間孔隙發(fā)育的原因推測是由于該帶黏土礦物與白云石及方解石伴生，且黃鐵礦與石膏等礦物均不發(fā)育所致（圖2）。

由于該區(qū)成巖作用強烈，砂巖儲層致密，砂巖平均孔隙度大多小于10%（圖3），滲透率小于1 mD，因此，該區(qū)次生孔隙發(fā)育帶的發(fā)現(xiàn)顯得尤為重要。

圖3　中西部地區(qū)主要中小盆地砂巖儲層孔隙度分布（據(jù)文獻［8］與［9］和內(nèi)部資料①周蘇平，潘科，李葉平，等.外圍盆地石油地質(zhì)特征及勘探區(qū)帶優(yōu)選.中國石油青海油田分公司，2013.修改）Fig.3　The sandstone porosity distribution of the main middle and small-sized basins in the central and western regions of China

2.2儲層物性及含油性特征

巖石薄片和物性分析資料均表明，中西部地區(qū)中小盆地砂巖儲層整體較致密，物性較差［10-11］，平均孔隙度大多小于10%（參見圖3），滲透率大多小于1 mD。對中西部地區(qū)17個中小盆地砂巖儲層巖心物性資料統(tǒng)計表明，白堊系砂巖儲層孔隙度為0.1%～26.6%，平均值為5.79%，滲透率為0.01～162.00 mD，其中滲透率小于1 mD的樣品占樣品總數(shù)的95%（酒泉盆地青西凹陷砂巖儲層物性參數(shù)例外，其砂巖孔隙度為1%～7%，平均值為3.86%，滲透率為0.1～5.0 mD，70%以上砂巖樣品的滲透率大于1 mD，其低孔、高滲儲層特征主要是裂縫發(fā)育造成的，屬裂縫型油氣藏）。侏羅系砂巖儲層孔隙度小于10%的樣品占樣品總數(shù)的90%以上，滲透率為0.001～35.420 mD，平均值為2.2 mD。三疊系砂巖儲層物性較差，平均孔隙度小于5%，平均滲透率為0.01 mD②周立發(fā)，劉志武，謝其鋒，等.南祁連—西秦嶺及鄰區(qū)諸盆地石油地質(zhì)條件綜合評價.西北大學，2011.。石炭系—二疊系砂巖儲層孔隙度為0.08%～20.00%，平均為5.25%，滲透率為0.011～15.450 mD，平均為1.01 mD。

中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層含油氣性差異較大，大部分盆地的探井僅見熒光顯示或氣測異常，油跡或油斑顯示砂巖厚度較薄。民和盆地中侏羅統(tǒng)砂巖儲層58塊樣品含油飽和度為0.3%～42.4%，平均為17.16%。銀根-額濟納旗盆地天草凹陷34塊下白堊統(tǒng)砂巖樣品含油飽和度為5.8%～44.1%，平均為24.03%。近年來，在阿拉善地區(qū)雅布賴盆地部署的幾口探井中，對其中侏羅統(tǒng)砂巖儲層200塊樣品統(tǒng)計表明，含油飽和度為8%～70%。酒泉盆地青西凹陷下白堊統(tǒng)砂巖儲層含油飽和度較高，根據(jù)其48 237塊砂巖儲層樣品的統(tǒng)計，平均含油飽和度為45.54%。

2.3儲集空間類型

常規(guī)薄片觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)砂巖儲層遭受較為強烈的成巖作用，致使油氣儲集空間不發(fā)育。鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，砂巖儲層過于致密，以至于鑄體常常壓不進去。高精度掃描電鏡與電子探針等觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)砂巖儲層除發(fā)育大量原生粒間孔（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-4）、次生溶蝕孔（圖版Ⅰ-5～Ⅰ-8）、次生晶間孔（圖版Ⅰ-9～Ⅰ-11）和微裂縫（圖版Ⅰ-12～Ⅰ-15）等4種儲集空間外，還發(fā)育大量納米級孔隙和微米級孔隙（圖版Ⅰ-14～Ⅰ-15）。這些納米級和微米級孔隙，孔徑分別為100～1 000 nm和1～200 μm。致密儲層，孔喉普遍細小，孔喉直徑主頻大多小于1 μm。按孔隙成因劃分，孔隙類型主要為石英、長石和黏土礦物形成的粒間孔，石英、長石、方解石及黏土礦物等形成的粒內(nèi)溶蝕孔，長石、白云石、綠泥石、伊利石、伊/蒙混層和綠/蒙混層等細小礦物形成的晶間孔（包括納米孔和微米孔）及微裂縫等，此外，還見到少量有機質(zhì)孔隙（圖版Ⅰ-16）。

3　碎屑巖儲層含油氣性分析

油氣在孔隙和裂縫中的賦存方式，可以用能譜圖像進行表征。一般情況下，若石油賦存于孔隙中，則能譜圖像碳峰明顯；若無石油賦存，則碳峰不明顯［12-13］。筆者對中西部地區(qū)中小盆地砂巖儲層掃描電鏡和能譜圖像分析，發(fā)現(xiàn)砂巖儲層中油氣大多富集于微米級，甚至納米級孔隙和裂縫中。此外，在烴源巖中也發(fā)現(xiàn)部分油氣。油氣在納米—微米級孔隙和裂縫系統(tǒng)中主要存在4種賦存方式：粒間孔含油、溶蝕孔含油、晶間孔含油和微裂縫含油（圖4）。

以往的油氣勘探主要強調(diào)在構(gòu)造及烴源巖范圍內(nèi)尋找有利砂體展布區(qū)［14-16］，很少考慮儲層特征，尤其是儲層的微觀特征。近年來的勘探實踐證明，中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層含油氣性主要受沉積相帶、巖石礦物組成、儲層物性和儲集空間類型等因素影響。

不同沉積體系發(fā)育不同的沉積相帶，進而決定儲集油氣的砂體規(guī)模及空間接觸關(guān)系。有利的沉積相帶控制著含油氣砂體的分布。中西部地區(qū)中小盆地在低A/S值下形成的分流河道、席狀砂和分流間灣等沉積微相砂體薄，但展布范圍相對連片，易于形成構(gòu)造-巖性油氣藏；在高A/S值下形成的重力流砂體橫向變化快，單砂體相對較厚，且不連片，易于形成小規(guī)模的透鏡狀巖性油氣藏。

研究區(qū)儲層巖性不同，其含油氣性也不同（表1）。巖石礦物組成決定著次生孔隙發(fā)育帶，鉀長石發(fā)育地區(qū)次生溶蝕孔隙較為發(fā)育，油氣顯示較好，如雅布賴盆地小湖次凹和民和盆地虎頭崖地區(qū)。在以石英為主要礦物組成的地區(qū)，微裂縫發(fā)育帶顯得尤為重要，如北山地區(qū)中口子盆地。儲層脆性礦物含量越高，越有利于工程改造。

有利沉積相帶控制著優(yōu)質(zhì)儲層展布，差異成巖作用則控制著儲層儲集性能的優(yōu)劣［17］，從而導致儲層含油氣性的差異。中小盆地碎屑巖儲層物性整體較差，一般來講，儲層物性越好，其含油性也越好（圖5），但在裂縫發(fā)育地區(qū)，也有孔隙度較差，儲層含油性較好的情況，如酒泉盆地青西凹陷發(fā)育的下白堊統(tǒng)裂縫型油氣藏。差異成巖作用使得“甜點”儲層中優(yōu)勢儲集空間的含油性較好。優(yōu)勢儲集空間中油氣大多富集于微米級孔和裂縫中，部分納米級孔隙中也含有油氣。

圖4　中西部地區(qū)主要中小盆地不同孔隙空間中油氣的賦存方式Fig.4　The oil and gas occurrence manners in different pore spaces in the main middle and small-sized basins in the central and western regions of China

表1　中小盆地巖性與含油性的關(guān)系Table 1　The relationship between lithology and oil-bearing properties in middle and small-sized basins %

4　結(jié)論

（1）中西部地區(qū)中小盆地碎屑巖儲層主要分布于石炭系—二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和古近系—新近系共5套層系中。

（2）中西部地區(qū)中小盆地砂巖儲層物性較差，孔隙度一般小于10%，滲透率一般小于1 mD；發(fā)育4類儲集空間：原生粒間孔、次生粒內(nèi)溶蝕孔及晶間孔、微裂縫和有機質(zhì)孔；油氣在孔隙和裂縫系統(tǒng)中存在4種賦存方式：粒間孔含油、溶蝕孔含油、晶間孔含油和微裂縫含油。

（3）中西部地區(qū)中小盆地砂巖儲層含油氣性主要受沉積相帶、巖石礦物組成、儲層物性和儲集空間類型等因素影響。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅰ說明：中西部地區(qū)中小盆地砂巖儲層不同礦物及孔隙類型掃描電鏡照片。1.石英顆粒中原生粒間孔，民和盆地，J2+3，武1井，3 480.70 m；2.斜長石顆粒間原生粒間孔，雅布賴盆地，J2x1，雅探6井，2 652.55 m；3.綠/蒙混層原生粒間孔，民樂盆地，K1，山丹獨峰頂剖面；4.云母中原生粒間孔，銀根-額濟納旗盆地天草凹陷，K1，天3井，1 401.00 m；5.石英顆粒內(nèi)次生溶蝕孔，中口子盆地，J，黑1井，2 837.02 m；6.長石中的次生溶蝕孔隙，石拐盆地，J，野馬兔剖面；7.高嶺石中的溶蝕孔隙，沁水盆地，P1s，小東溝剖面；8.方解石中的次生粒內(nèi)溶蝕孔，民和盆地，J2+3，武1井，3 555.93 m；9.石英顆粒晶間孔隙，雅布賴盆地，J2x1，雅參1井，2 626.15 m；10.高嶺石中的次生晶間孔隙，民和盆地，J2+3，盤1井，1807.52m；11.云母片中的次生晶間孔隙，潮水盆地，J2，窖1井，2 785.00 m；12.石英顆粒間和粒內(nèi)的微裂縫，民和盆地，J2+3，武1井，3 480.70 m；13.長石中的微裂縫，雅布賴盆地，J2x1，黑沙1井，1 005.00 m；14.石英與周圍黏土礦物間的粒間縫，武川盆地，J1w，大海流-西柜剖面；15.方解石中的微裂縫，沁水盆地，P1s，小東溝剖面；16.有機質(zhì)孔隙，中口子盆地，J1，黑1井，1 723.76 m

（本文編輯：李在光）

Clastic reservoir characteristics and oil-bearing properties within middle and small-sized basins in the central and western regions of China

Huang Junping1，2，Yang Zhanlong1，2，Liu Hongjun3，Di Jun1，Huang Yunfeng1，2，Han Xiaofeng4
（1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest，Lanzhou 730020，China；2.Key Laboratory of Reservoir Description，CNPC，Lanzhou 730020，China；3.School of Earth Science and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China；4.Xi’an Center of Geological Survey，China Geological Survey，Xi’an 710054，China）

The oil and gas shows are enriched in middle and small-sized basins in the central and western regions of China，but only few proven reserves were found with low exploration degree.Based on core observation，field outcrop data and experimental analysis，the clastic reservoir characteristics and the controlling factors of oil-bearing properties were analyzed.The results show that:（1）there are developed five sets of clastic reservoirs in the middle and smallsized basins，which are respectively in the Carboniferous-Permian and Triassic strata in transitional facies depositional environment，in the Jurassic coal-bearing strata and Cretaceous non-coal-bearing strata in continental depositionalenvironment，and in the Tertiary strata in alluvial fan depositional environment；（2）the sandstone reservoirs are well developed，but they have poor properties with low porosity，low permeability and low hydrocarbon saturation；（3）the mineral compositions of sandstone reservoir are mainly quartz，feldspar，clay minerals，calcite and dolomite，and different tectonic setting and depositional environment affected mineral compositions of the reservoir；（4）the reservoir space types are rich，including intraparticle pores，interparticle pores，microcracks and organic-matter pores；（5）the oil-bearing properties of sandstone reservoirs are mainly affected by sedimentary facies，rock and mineral compositions，reservoir properties and reservoir space types and other factors.

clastic rocks；reservoir characteristics；oil-bearingproperties；middle and small-sized basins；central and western regions ofChina

TE122.2+2

A

1673-8926（2015）05-0176-07

2015-05-26；

2015-07-21

國家重大科技專項“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標評價”（編號：2011ZX05001）、中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“中國石油第四次油氣資源評價”（編號：2013E-0502）與“玉門油田重上百萬噸勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號：2013E-3302）聯(lián)合資助

黃軍平（1983-），男，碩士，工程師，主要從事石油天然氣地質(zhì)綜合研究方面的工作。地址：（730020）甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)雁兒灣路535號。E-mail：cnhjp2007@163.com。