車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層成巖演化及其對儲(chǔ)層物性影響

曹　剛　王星星　朱筱敏　曲全工　吳陳冰潔　賀敬聰　戴博毅

(1.中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院　山東東營　257015；2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　102249；

3.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院　北京　102249)

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車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層成巖演化及其對儲(chǔ)層物性影響

曹剛1王星星2,3朱筱敏2,3曲全工1吳陳冰潔2,3賀敬聰2,3戴博毅2,3

(1.中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院山東東營257015；2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京102249；

3.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院北京102249)

摘要利用巖芯觀察、鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光及巖石物性測試等多種資料，本文對濟(jì)陽坳陷車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，車西洼陷沙三下段近岸水下扇儲(chǔ)層巖石類型宏觀上主要表現(xiàn)為泥質(zhì)雜基支撐礫巖、碎屑支撐礫巖、礫質(zhì)砂巖等沉積，微觀上以巖屑砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖為主，灰泥質(zhì)雜基含量最高可達(dá)40%。車西洼陷沙三下段近岸水下扇儲(chǔ)層為典型的特低孔、特低滲儲(chǔ)層類型，其平均孔隙度和滲透率分別為3.42%、2.02×10-3μm2；但在3 500～4 000 m深度段發(fā)育異常高孔帶，孔隙度可達(dá)10.2%，儲(chǔ)集空間多為溶蝕孔和微裂縫。研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖演化過程，目前處于中成巖B期，其成巖演化序列為：壓實(shí)作用/碳酸鹽膠結(jié)→長石溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕→石英溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)/灰泥重結(jié)晶→石英加大/碳酸鹽膠結(jié)溶蝕→碳酸鹽膠結(jié)。不同亞相所經(jīng)歷的成巖演化有所差異，其中中扇辮狀水道中遠(yuǎn)端及中扇前緣經(jīng)歷了多期溶蝕作用，儲(chǔ)層物性相對較好，平均孔隙度分別可達(dá)4.5%，7.25%，為研究區(qū)近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層的“甜點(diǎn)區(qū)”。

關(guān)鍵詞車西洼陷近岸水下扇成巖演化儲(chǔ)層物性

0引言

近年來，隨著我國陸相斷陷湖盆油氣勘探程度的不斷深入，其陡坡帶的砂礫巖儲(chǔ)層目前正逐漸成為主要的油氣勘探陣地之一，并已取得了重大突破。由于斷陷湖盆陡坡帶砂礫巖體以重力流沉積為主，可形成近源粗粒的沖積扇、扇三角洲、近岸水下扇及滑塌扇沉積，這些不同沉積成因的砂礫巖儲(chǔ)層所經(jīng)歷的成巖作用、成巖演化和物性發(fā)育特征均有所差異，總體形成了低孔低滲儲(chǔ)層[1]。但是在低孔低滲含油氣區(qū)中常常存在相對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的高產(chǎn)油藏[2]。對于近岸水下扇成因的砂礫巖儲(chǔ)層，中扇辮狀水道儲(chǔ)層物性較好[1,3-4]，為近岸水下扇沉積中主要的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育相帶。但不同埋深的近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層所經(jīng)歷的成巖演化及其對儲(chǔ)層物性的影響有所差異，隨著我國陸上油氣勘探不斷向深層拓展，明確深層砂礫巖儲(chǔ)層成巖演化過程及其對儲(chǔ)層物性的影響具有重要意義。

車西洼陷陡坡帶沙三下亞段的砂礫巖體為近岸水下扇成因，其埋藏深度多大于3 500 m，最深達(dá)到4 521 m。根據(jù)我國2005年國土資源部發(fā)布的《石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》，車西洼陷砂礫巖儲(chǔ)層為深層儲(chǔ)集層[5]。深層儲(chǔ)集層在埋藏過程中通常經(jīng)歷了較長的地質(zhì)歷史時(shí)期，多次成巖時(shí)間的疊加使儲(chǔ)集層發(fā)育控制因素更加復(fù)雜[6]。前人對車鎮(zhèn)凹陷儲(chǔ)層的研究多集中于大王北和郭局子洼陷以及車66扇體[7-8]，對車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層的研究較少，目前對車西洼陷儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)程度相對較低。研究區(qū)車57井、車古25井以及車15-1井等雖在初期獲得了一定產(chǎn)量，但產(chǎn)能遞減較快[7]；而車71井則穩(wěn)產(chǎn)較高。顯然，沙三下亞段儲(chǔ)層質(zhì)量明顯影響了油氣產(chǎn)量，因而明確車西洼陷陡坡帶深層砂礫巖儲(chǔ)層特征及其主控因素，將有助于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)區(qū)”的預(yù)測和油氣產(chǎn)量的提高。

1地質(zhì)背景

車鎮(zhèn)凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷北部，北部以埕南斷裂為界，南部超覆于義和莊凸起之上，西接慶云凸起和無棣凸起，東臨沾化凹陷，面積約為2 390 km2[8]。盆地的形成和沉積格局受北部埕南斷裂活動(dòng)的控制，是一個(gè)典型的北斷南超、北深南淺的箕狀斷陷湖盆[9]。車鎮(zhèn)凹陷東西分區(qū)、南北分帶，自西向東可依次劃分為車西、大王莊、郭局子3個(gè)洼陷；每個(gè)洼陷自北向南可依次劃分為北部陡坡帶、中央洼陷帶及南部緩坡帶(圖1)。

車鎮(zhèn)凹陷古近紀(jì)經(jīng)歷了三個(gè)構(gòu)造演化階段：沙四期初始斷陷階段，沙三—沙二下期強(qiáng)烈斷陷階段和沙二上—東營期斷陷萎縮階段。本文研究的古近系沙三下亞段時(shí)期處于強(qiáng)烈裂陷階段，其南北絕對伸展量達(dá)1 779 m，氣候潮濕多雨，湖平面不斷上升，沉積物供給量充足，沉積速率平均達(dá)335.6 m/Ma[10]。與此同時(shí)，車西洼陷邊界斷層樣式以板式和鏟式為主，利于發(fā)育近岸水下扇[9]，扇體沉積厚度變化較大，介于500～1 000 m，自內(nèi)扇向外扇砂礫巖厚度迅速減薄。

本文研究區(qū)位于車西洼陷陡坡帶，其面積約為300 km2。由于目前研究區(qū)勘探程度相對較低，區(qū)內(nèi)僅有4口取芯井，其中位于斷層根部的車58井巖相類型多為具塊狀層理的泥質(zhì)雜基支撐礫巖，主要表現(xiàn)為內(nèi)扇沉積特征；距離邊界斷層稍遠(yuǎn)的車57井和車古25井中的砂礫巖巖相多為塊狀層理、反遞變層理的碎屑支撐礫巖，主要表現(xiàn)為中扇沉積特征；遠(yuǎn)離邊界斷層的車63井則主要表現(xiàn)為外扇沉積特征，可見典型的具鮑馬序列的粉細(xì)砂巖沉積(圖1)。研究區(qū)沙三下亞段砂礫巖與油泥巖緊密相鄰，具有較好的生儲(chǔ)蓋配置關(guān)系而有利于成藏[11]。

筆者主要依據(jù)研究區(qū)4口取芯井共計(jì)149 m巖芯資料、57塊鑄體薄片、245塊樣品的常規(guī)物性分析資料以及24塊黏土礦物分析資料等儲(chǔ)層物性分析測試數(shù)據(jù)，采用宏觀、微觀相結(jié)合的研究手段對車西洼陷沙三下亞段近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行綜合研究，探討了車西洼陷沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層成巖演化及其對儲(chǔ)層物性影響，以期指導(dǎo)車西洼陷深部砂礫巖儲(chǔ)層的勘探開發(fā)。

2儲(chǔ)層基本特征

2.1巖石學(xué)特征

車西洼陷陡坡帶沙三下亞段砂礫巖類型較為復(fù)雜，包括雜基支撐礫巖、碎屑支撐礫巖、礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖、砂巖及粉砂巖沉積。其中礫巖、礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖中碎屑顆粒粒度分選極差,礫石粒徑不等，以中礫石為主；成分以白云巖和石灰?guī)r礫石為主，也可見少量的火山巖礫石和泥巖撕裂屑。其中碳酸鹽礫石磨圓度相對較好，為次棱—次圓，且多發(fā)生破碎，部分裂縫中充填方解石。研究區(qū)碎屑支撐礫巖和雜基支撐礫巖主要為內(nèi)扇主水道及中扇辮狀水道近端沉積，其單層沉積厚度較大，多為3～5 m(車58井區(qū))；含礫砂巖、中—粗砂巖主要為中扇辮狀水道中、遠(yuǎn)端沉積，其單層平均厚度約為1～2 m(車57、車71井區(qū))；粉、細(xì)砂巖多為中扇前緣及中扇辮狀水道間沉積，單層厚度相對較薄，多小于1 m(車161井區(qū))。

圖1　車鎮(zhèn)凹陷構(gòu)造單元及車西洼陷陡坡帶沙三下亞段沉積相平面圖Fig.1　The tectonic units of the Chezheng Sag and the sedimentary facies of in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

圖2　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段巖石組分三角圖Fig.2　Ternary diagram of sandstone of in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

礫石之間的砂級碎屑顆粒對砂礫巖儲(chǔ)層物性與成巖特征具有重要影響。因而選取砂礫巖樣品中礫石之間部位以及砂巖樣品制備鑄體薄片。研究區(qū)車57、車58、車古25及車63等4口井57塊鑄體薄片觀察結(jié)果表明，砂級碎屑顆粒以巖屑砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖為主(圖2)。石英平均相對含量為14%；長石平均相對含量為18%；巖屑平均相對含量為68%，巖屑成分主要為陸源碳酸鹽巖屑。結(jié)構(gòu)成熟度較低，分選、磨圓較差。顆粒之間填隙物含量較高，雜基以灰泥質(zhì)成分為主，其絕對含量最高可達(dá)40%，反映了近岸水下扇重力流沉積特征；膠結(jié)物成分包括方解石、白云石、鐵方解石，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，絕對含量為1%～15%；此外，還發(fā)育少量的硅質(zhì)和黏土礦物膠結(jié)，兩者絕對含量不超過5%。

2.2儲(chǔ)層物性特征

車西洼陷4口取芯井245塊樣品常規(guī)物性分析結(jié)果表明，沙三下亞段砂礫巖儲(chǔ)層孔隙度為0.5%～10.2%，平均為3.42%；滲透率為0.01×10-3～43.3×10-3μm2，平均為2.02×10-3μm2(圖3a)。根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣儲(chǔ)層評價(jià)方法》(SY/T6285—2011)，車西洼陷沙三下亞段砂礫巖儲(chǔ)層主要為特低孔特低滲儲(chǔ)層。其中，內(nèi)扇車58井、中扇辮狀水道近端車古25井及外扇車63井的儲(chǔ)層平均孔隙度小于3%，而中扇辮狀水道中、遠(yuǎn)端及中扇前緣儲(chǔ)層平均孔隙度較高，分別可達(dá)4.5%和7.25%。沙三下亞段砂礫巖儲(chǔ)層孔隙度與滲透率之間相關(guān)性較差，部分低孔對應(yīng)相對較高的滲透率，這主要是由裂縫的溝通作用促使低孔儲(chǔ)層的滲透率增大(圖4f)；而相對高孔隙度對應(yīng)相對較低的滲透率，則主要是因?yàn)閮?chǔ)層泥質(zhì)雜基含量較高(圖4a)，使得孔隙之間的連通性變差。垂向上，隨著埋深增加，壓實(shí)作用增強(qiáng)，孔隙度逐漸減小。但是，在井深3 500～4 000 m發(fā)育異常高孔帶(圖3b)，其孔隙度最高可達(dá)10.2%，通過對該深度范圍內(nèi)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的觀察表明，該高孔帶中原生孔隙含量極少，而發(fā)育較多的呈港灣狀的次生溶蝕孔以及鑄?？?圖4a,c,e)。

2.3儲(chǔ)集空間特征

圖3　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段儲(chǔ)層孔滲關(guān)系和孔—深關(guān)系圖Fig.3　Core porosity versus core permeability cross-plot for in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

圖4　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段鏡下儲(chǔ)集空間類型a.長石溶蝕形成鑄模孔，泥質(zhì)雜基含量較高，孔隙間連通性較差，車57井，3 558.2 m；b.碳酸鹽膠結(jié)溶蝕孔，車古25井，4 341.5 m；c石英邊緣溶蝕，車57井，3 654.1 m；d.白云巖巖屑溶蝕孔，石英邊緣也發(fā)生部分溶蝕，車古25井，4 341.5 m；e.礫緣縫，車58井，3 554 m；f.強(qiáng)烈壓實(shí)作用導(dǎo)致顆粒破裂形成微裂縫，裂縫寬度約為0.1 mm，車古25井，3 913 m。Fig.4　Microscopic reservoir spaces types of in the steep slope zone of the Western Chezhen sub-sag

車西洼陷沙三下亞段砂礫巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型以溶蝕孔和裂縫為主。溶蝕孔類型較為復(fù)雜，主要為長石溶蝕粒間孔(圖4a)，其相對含量可達(dá)80%以上；其次為碳酸鹽巖膠結(jié)物溶蝕(圖4b)，其相對含量約為12%；另還可見到少量的石英溶蝕、碳酸鹽巖屑溶蝕及礫緣縫(圖4c，d，e)，其相對含量約為8%。但是由于近岸水下扇系重力流沉積，其中泥質(zhì)雜基含量較高，溶蝕孔間的連通性較差，溶蝕孔在位于中扇部位的車57井和車古25井相對更為發(fā)育(圖4a～d)。裂縫主要為地層超壓破裂所致，裂縫多切穿碳酸鹽巖礫石以及粒間膠結(jié)物，延伸距離變化較大，裂縫寬度主要為0.03～0.1 mm(圖4f)，少數(shù)可達(dá)0.5 mm，主要為早期裂縫在后期得到進(jìn)一步地溶蝕擴(kuò)大。次生孔隙與裂縫在成因上具有一定的相關(guān)性，兩者可以形成復(fù)合型儲(chǔ)集空間[12]。

3成巖作用特征

車西洼陷陡坡帶沙三下亞段砂礫巖埋藏深度加大，經(jīng)歷了較為復(fù)雜的成巖作用，與此同時(shí)，由于近岸水下扇不同的亞相的砂礫巖沉積特征有所不同，從而導(dǎo)致了不同相帶成巖作用的差異[3]。巖芯觀察、鑄體薄片、陰極發(fā)光觀察以及X射線衍射分析表明，車西洼陷近岸水下扇沉積的砂礫巖儲(chǔ)層自沉積以來經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用，多期膠結(jié)、多期溶蝕作用，灰泥雜基重結(jié)晶作用以及交代作用。其中灰泥雜基重結(jié)晶作用和交代作用對儲(chǔ)層質(zhì)量的影響相對較小。研究區(qū)近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層現(xiàn)今主要處于中成巖B期。

3.1成巖作用類型及其特征

3.1.1壓實(shí)作用

鑄體薄片鑒定表明，車西洼陷陡坡帶近岸水下扇在埋藏過程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用。其原因主要是由于近岸水下扇沉積為近源快速沉積，沉積物顆粒分選、磨圓較差且含有大量的泥質(zhì)雜基，加之車西洼陷陡坡帶沙三下亞段埋深多為3 500 m以下，埋藏深度較大，從而使得其壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈，顆粒之間多以線接觸為主，如車58井的3 256.5 m深度處(圖5a)，石英顆粒發(fā)生破裂形成微裂縫，如車古25井3 913 m及車58井4 052.8 m深度處(圖4f、圖5g)，并且可見石英顆粒的多晶消光，原生孔隙含量極少。

3.1.2膠結(jié)作用

研究區(qū)沙三下亞段近岸水下扇發(fā)育多種膠結(jié)類型，可見黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)以及碳酸鹽膠結(jié)，其中以碳酸鹽膠結(jié)為主。

研究區(qū)黏土礦物主要包括高嶺石、伊利石、綠泥石及伊/蒙混層，其總含量范圍位于5%～20%之間，且隨著深度的增大黏土礦物含量整體呈增高趨勢(圖6)。其中伊/蒙混層(圖5b)含量最高，平均相對含量為40.7%，其次為伊利石(圖5c)，平均相對含量為36.6%，高嶺石(圖5d)、綠泥石的平均相對含量較低，分別為15.8%、6.9%。隨著埋深的加大，高嶺石、綠泥石含量逐漸減少，而伊/蒙混層、伊利石含量逐漸增高(圖6)。硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英的次生加大，如車58井4 051.4 m深度處(圖5e)，但其發(fā)育較少，主要是由于近岸水下扇沉積富含雜基，其生長自由空間受限，因而石英次生加大少見[13]。

由于車西洼陷陡坡帶沉積物中富含碳酸鹽巖母巖成分，碳酸鹽膠結(jié)是其最主要的膠結(jié)形式，包括方解石、鐵方解石、白云石以及鐵白云石膠結(jié)。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育早晚兩期，早期以方解石和白云石為主，晚期碳酸鹽膠結(jié)主要為含鐵方解石，如車57井3 898.3 m深度處(圖5f)。研究區(qū)白云石與方解石、鐵方解石膠結(jié)相伴生，晶形較好，可見粗粉晶的白云石。白云石多沿碎屑顆粒邊緣分布，交代早期的方解石，如車58井4 052.8 m深度處(圖5g)，表明后期富含鎂離子的地層水沿著顆粒邊緣進(jìn)入孔隙，發(fā)生白云石化作用。碳酸鹽膠結(jié)物主要填充在溶蝕孔和裂縫之間，如車58井4 052.8 m及車57井3 658.3 m深度處(圖5g，h)，表明晚期碳酸鹽膠結(jié)主要發(fā)育于溶蝕作用之后。

圖5　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段微觀成巖作用特征a.碎屑顆粒分選較差，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，孔隙基本不發(fā)育，車58井，3 256.5 m；b.孔隙中充填片狀伊蒙混層I/S，車57井，4 059.76 m，SEM，×10000；c.孔隙中充填細(xì)鱗片狀伊利石I，車63井，2 886.7 m，SEM，×10000；d.孔隙間充填六邊形狀自生高嶺石K，車57井，3 788.9 m，SEM，×20000；e.石英次生加大，加大邊寬度約為0.04 mm，車58井，4 051.4 m；f.孔隙中充填有靛藍(lán)色高嶺石膠結(jié)及多期方解石膠結(jié)，早期方解石膠結(jié)呈橘黃色，其外側(cè)發(fā)育晚期方解石膠結(jié)，呈暗棕色，陰極發(fā)光，車57井，3 898.3 m；g.巖屑顆粒間發(fā)育兩期碳酸鹽膠結(jié)，即呈紅色的方解石膠結(jié)及其邊緣未被染色的粗粉晶白云石膠結(jié)，后者為晚期交代成因，車58井，4 052.8 m；h.長石顆粒溶蝕后被方解石膠結(jié)，車57井，3 658.3 m；i.碎屑顆粒之間的灰泥質(zhì)雜基發(fā)生灰泥重結(jié)晶作用，形成微亮晶白云石，車58井，3 857.3 m。Fig.5　Microscopic diagenetic features of in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

圖6　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段黏土礦物相對含量—深度關(guān)系圖Fig.6　The content of the clay minerals versus depth cross-plots for in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

3.1.3溶蝕作用

溶蝕作用是近岸水下扇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的重要因素。通過鑄體薄片分析表明，研究區(qū)的溶蝕作用主要為長石溶蝕和碳酸鹽膠結(jié)溶蝕，其次為碳酸鹽巖巖屑溶蝕和少量的石英溶蝕。由于車鎮(zhèn)凹陷沙四段和沙三下亞段烴源巖較為發(fā)育[11]，研究區(qū)陡坡帶扇體與深洼區(qū)烴源巖緊密相鄰，因而有機(jī)質(zhì)成熟釋放的有機(jī)酸促使了溶蝕作用的發(fā)生[14]，垂向上主要發(fā)育于3 500～4 000 m之間(圖3b)。根據(jù)化學(xué)自反應(yīng)自由能大小，有機(jī)酸首先溶蝕長石，其次才是對碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕[1]，因而在有機(jī)酸作用下，長石顆粒溶蝕形成鑄?？椎却紊紫叮紫栋霃娇蛇_(dá)500 μm，如車57井3 558.2 m深度處(圖4a)，對儲(chǔ)層孔隙度的提升具有重要作用，其次是碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕，如車古25井4 341.5 m深度處(圖4b)。由于研究區(qū)隨著有機(jī)質(zhì)的成熟，有機(jī)酸發(fā)生脫羧作用并發(fā)生油氣充注，地層水pH增大，形成堿性流體環(huán)境，石英顆粒發(fā)生溶蝕作用[15]，溶蝕程度相對較低，多沿石英顆粒邊緣發(fā)生部分溶蝕，如車57井3 654.1 m深度處(圖4c)。

3.1.4灰泥重結(jié)晶作用

車西洼陷北部陡坡帶物源主要來自于埕寧隆起，埕寧隆起西段在沙三下亞段沉積時(shí)期主要出露的為寒武系、奧陶系的灰?guī)r沉積[16]，在陡坡帶扇體沉積物中可見大量的陸源碳酸鹽巖礫石，因而內(nèi)扇沉積中的泥質(zhì)雜基主要為灰泥質(zhì)成分?；夷噘|(zhì)雜基在50°C～75°C開始發(fā)生重結(jié)晶作用且一直可持續(xù)到4 000多米[17]，隨著埋深的增加，灰泥質(zhì)雜基重結(jié)晶作用程度逐漸增強(qiáng)，如研究區(qū)車58井3 857.3 m深度處，重結(jié)晶作用形成的微亮晶白云石粒徑可達(dá)50～80 μm(圖5i)，其多與碳酸鹽膠結(jié)作用同期發(fā)生[3]。

3.2成巖階段及演化序列

根據(jù)伊/蒙間層中蒙脫石含量、黏土礦物含量隨深度的變化以及碳酸鹽膠結(jié)物類型等參數(shù)，并根據(jù)車鎮(zhèn)凹陷鏡煤反射率、古地溫梯度[18]等資料對車西洼陷車古25井的埋藏史—熱史進(jìn)行恢復(fù)分析(圖7)，其結(jié)果表明車西洼陷陡坡帶沙三下亞段經(jīng)歷了早成巖期、中成巖A1、A2期，現(xiàn)今處于中成巖B期。所經(jīng)歷的成巖演化序列為：壓實(shí)作用/碳酸鹽膠結(jié)→長石溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕→石英溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)/灰泥重結(jié)晶→石英加大/碳酸鹽膠結(jié)溶蝕→碳酸鹽膠結(jié)。

距今40～25 Ma，沙三下亞段地溫為85℃～120℃，埋深為1 500～3 300 m，其成巖階段處于中成巖A1期(圖7)。有機(jī)酸排放的最佳溫度為80℃～120℃[19]，因而，該時(shí)期沙四段和沙三段兩套烴源巖先后進(jìn)入最佳排酸期，長石顆粒及早期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶蝕。碳酸鹽巖巖屑、礫石顆粒溶蝕程度較弱，主要在邊緣部位發(fā)生溶蝕(圖4d，e)。此外，長石溶蝕產(chǎn)物在酸性條件下易于形成石英加大和高嶺石膠結(jié)(圖5e，f)。

距今25～23 Ma，由于構(gòu)造抬升作用，沙三下亞段地溫處于100℃～130℃之間，埋深約為3 150～3 300 m，主要處于中成巖A1期，下部地層進(jìn)入中成巖A2期(圖7)。該時(shí)期車鎮(zhèn)北帶發(fā)生第一期油氣充注作用[12]，地層水變?yōu)閴A性環(huán)境。但由于東營末期(距今23 Ma)的構(gòu)造抬升，沙三段烴源巖又進(jìn)入有機(jī)酸最佳排放溫度，地層水從堿性環(huán)境向酸性環(huán)境轉(zhuǎn)變。因而，油氣充注所造成的堿性環(huán)境時(shí)間相對較短，石英在該時(shí)期的溶蝕作用相對較弱，多數(shù)石英顆粒僅溶蝕其邊緣(圖4c)。同時(shí)，該堿性環(huán)境有助于碳酸鹽膠結(jié)物的形成和扇根灰泥重結(jié)晶的發(fā)生(圖5i)。

距今23～5 Ma，沙三下亞段地溫處于100℃～130℃，埋深為3 150～3 650 m，儲(chǔ)層進(jìn)入中成巖A2期(圖7)。該時(shí)期沙三上、中亞段及沙三下亞段頂部處于85℃～120℃，為有機(jī)酸排放的最佳時(shí)期，儲(chǔ)層長期處于酸性地層水環(huán)境，長石和早期碳酸鹽膠結(jié)物、碳酸鹽巖礫石等發(fā)生溶蝕作用，形成有效儲(chǔ)集空間。由于近岸水下扇物性較差，成巖環(huán)境相對封閉。因此，長石溶蝕過程中形成的SiO2有利于自生高嶺石和石英次生加大邊的發(fā)育；碳酸鹽膠結(jié)物及碳酸鹽巖礫石溶蝕產(chǎn)物也難以排出，使得其在搬運(yùn)至相對遠(yuǎn)離烴源巖的部位，由于過飽和狀態(tài)而發(fā)生沉淀再次形成碳酸鹽膠結(jié)物。由于黏土礦物轉(zhuǎn)化、泥巖孔隙水排放等作用可以為晚期碳酸鹽膠結(jié)提供Fe2+[13]，因而晚期碳酸鹽多為含鐵碳酸鹽膠結(jié)物。

距今5 Ma至今，沙三下亞段地溫為120℃～160℃，埋深3 650～4 500 m，儲(chǔ)層進(jìn)入中成巖B期(圖7)。在館陶末期—明化鎮(zhèn)早期(距今5 Ma)，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)生快速深埋作用，有機(jī)酸發(fā)生熱脫羧作用，大量分解，車鎮(zhèn)北帶發(fā)生第二期油氣充注[12]，地層水呈堿性。該階段石英發(fā)生弱溶蝕，碳酸鹽膠結(jié)物沉淀，黏土礦物自生伊利石增多，含量最高可達(dá)81%(圖6)。

4成巖演化對物性的影響

車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層成巖作用復(fù)雜，不同相帶的成巖演化序列存在差異，從而造成了儲(chǔ)層物性的不同。

圖7　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段成巖演化序列—埋藏史綜合圖(埋藏史曲線以車古25井為例)Fig.7　Reservoir diagenesis sequence and burial history of in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag(Taking Well Chegu 25 as an example of the burial history curve)

近岸水下扇內(nèi)扇沉積多為泥質(zhì)碎屑流成因砂礫巖，泥質(zhì)雜基含量較高，分選極差，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，泥質(zhì)雜基多發(fā)生灰泥重結(jié)晶；與此同時(shí)，由于次級斷層較少，內(nèi)扇成為一個(gè)封閉的成巖環(huán)境，壓實(shí)作用形成的微裂縫多被碳酸鹽膠結(jié)，后期有機(jī)酸難以進(jìn)入內(nèi)扇部位發(fā)生溶蝕作用。因而，內(nèi)扇部位壓實(shí)作用持續(xù)增強(qiáng)，并伴隨有灰泥重結(jié)晶作用，產(chǎn)生的微裂縫多被膠結(jié)，但溶蝕作用幾乎不發(fā)育，最終導(dǎo)致內(nèi)扇部位儲(chǔ)層物性較差，如位于內(nèi)扇相帶的車58井3 553～3 558.7 m之間泥質(zhì)粉砂巖支撐中礫巖儲(chǔ)層，其平均孔隙度約為2.15%(圖8)。

近岸水下扇中扇部位巖性逐漸向砂質(zhì)碎屑流成因的砂礫巖過渡，泥質(zhì)含量有所減少，泥巖夾層有所增多。其中中扇辮狀水道近物源端砂礫巖單層厚度相對較大(約為3 m)，碳酸鹽膠結(jié)多發(fā)育在砂礫巖層的頂?shù)捉缑嫣?，而其中部碳酸鹽膠結(jié)作用則相對較弱，后期有機(jī)酸進(jìn)入儲(chǔ)層發(fā)生溶蝕作用。但是，由于中扇辮狀水道近物源端毗鄰內(nèi)扇主水道，其泥質(zhì)含量在整個(gè)中扇部位相對為最高，儲(chǔ)層流體活動(dòng)性受到限制，使得后期溶蝕產(chǎn)物運(yùn)移至此因難以釋放而再次發(fā)生沉淀，最終導(dǎo)致其溶蝕作用多為無效溶蝕，儲(chǔ)層物性較差，如車古25井4 336～4 338.8 m為中扇辮狀水道近端成因的砂質(zhì)支撐中礫巖，其泥質(zhì)雜基含量大于15%，平均孔隙度約為2.7%(圖8)；而中扇辮狀水道中、遠(yuǎn)端以及中扇前緣單層砂礫巖厚度有所減薄，多小于3 m，泥質(zhì)含量相對減少，成巖環(huán)境相對開放，溶蝕產(chǎn)物能夠得到排放而發(fā)育有效溶蝕作用，雖然目前地層處于堿性成巖環(huán)境，但由于地層厚度相對較大，因而碳酸鹽膠結(jié)多發(fā)生在砂泥巖界面附近，而中部膠結(jié)程度較弱[13]，溶蝕孔多被保留下來，如車57井4 049.36～4 053.86 m之間中扇辮狀水道中、遠(yuǎn)端成因的砂質(zhì)支撐中礫巖，單層厚度小于3 m，平均孔隙度約為4.5%；車57井3 650～3 654.2 m之間為中扇前緣成因的粉、細(xì)砂巖沉積，單層厚度小于1.6 m，平均孔隙度可達(dá)7.25%(圖8)。綜上所述，中扇部位的中扇辮狀水道中、遠(yuǎn)端及中扇前緣為近岸水下扇主要的優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲(chǔ)層發(fā)育相帶。

此外，由于車西北帶沙三下亞段發(fā)育有異常超壓作用[12]，超壓破裂形成的微裂縫可以有效地提高儲(chǔ)層滲透率，改善儲(chǔ)層物性。超壓破裂形成的微裂縫[20]的分布具有隨機(jī)性，車西北帶沙三下亞段近岸水下扇的各個(gè)亞相均有所發(fā)育，如車58井3 855.8 m為內(nèi)扇成因的泥質(zhì)支撐中礫巖，孔隙度僅為1.9%，而滲透率可達(dá)16.2×10-3μm2；車古25井4 397 m為中扇辮狀水道成因的砂質(zhì)支撐中礫巖，孔隙度為2.7%，滲透率為38.8×10-3μm2。

5結(jié)論

(1) 車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇砂礫巖類型在宏觀上主要表現(xiàn)為雜基支撐礫巖，碎屑支撐礫巖、礫質(zhì)砂巖等沉積，來自埕寧隆起的古生界碳酸鹽巖礫石較為發(fā)育；微觀上，巖石類型以巖屑砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖為主，巖屑多為碳酸鹽巖巖屑，灰泥質(zhì)雜基絕對含量最高可達(dá)40%。

圖8　車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.8　The reservoir development model of the nearshore subaqueous fan for the in the steep slope zone of the western Chezhen sub-sag

(2) 車西洼陷陡坡帶沙三下亞段近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層平均孔隙度和滲透率分別為3.42%、2.02×10-3μm2，具有典型特低孔特低滲特點(diǎn)，儲(chǔ)集空間以溶蝕孔和裂縫為主。其中溶蝕孔主要為長石溶蝕孔及碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕孔；裂縫主要為超壓破裂所致。3 500～4 000 m井段發(fā)育異常高孔帶，孔隙度可達(dá)10.2%，主要為次生溶蝕孔與裂縫的復(fù)合型儲(chǔ)集空間。

(3) 車西洼陷近岸水下扇砂礫巖儲(chǔ)層目前處于中成巖B期，所經(jīng)歷的成巖演化序列為：壓實(shí)作用/碳酸鹽膠結(jié)→長石溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕→石英溶蝕/碳酸鹽膠結(jié)/灰泥重結(jié)晶→石英加大/碳酸鹽膠結(jié)溶蝕→碳酸鹽膠結(jié)。

(4) 車西洼陷近岸水下扇中扇辮狀水道中遠(yuǎn)端以及中扇前緣經(jīng)歷了多期溶蝕作用，目前其物性最好，孔隙度分別可達(dá)4.5%、7.25%(甜點(diǎn)儲(chǔ)層)；而內(nèi)扇、中扇辮狀水道近端以及外扇經(jīng)歷了持續(xù)強(qiáng)壓實(shí)及強(qiáng)烈膠結(jié)作用，物性相對較差，其平均孔隙度均小于3%。

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Influence on Property in the Steep Slope Zone of Western Chezhen Sub-sag

CAO Gang1WANG XingXing2,3ZHU XiaoMin2,3QU QuanGong1

WUCHEN BingJie2,3HE JingCong2,3DAI BoYi2,3

(1. Shengli Oilfield Company, SINPEC, Dongying, Shandong 257015, China;

2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, Beijing 102247, China;

3. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Key words:Western Chezhen sub-sag; nearshore subaqueous fan; diagenesis evolution; reservoir quality

中圖分類號(hào)P618.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

通訊作者朱筱敏男教授E-mail: xmzhu@cup.edu.cn

作者簡介第一曹剛男1966年出生學(xué)士高級工程師油田開發(fā)地質(zhì)E-mail: caogang@sinopec.com

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272133)；國家科技重大專項(xiàng)專題(2011ZX05001-002-01)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, NO.41272133; National Science and Technology Major Project, NO.2012ZX05001-002-01]

收稿日期：2015-01-07； 收修改稿日期： 2015-04-15

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.01.015

文章編號(hào)：1000-0550(2016)01-0158-10