歧北斜坡沙三段碎屑巖儲集性能及其影響因素

湯 戈， 柳 颯

(中國石油大港油田公司，天津300280)

歧北斜坡沙三段碎屑巖儲集性能及其影響因素

湯 戈， 柳 颯

(中國石油大港油田公司，天津300280)

基于物性、薄片、壓汞、掃描電鏡、X射線衍射等資料，分析了歧口凹陷歧北斜坡沙三段儲集性能及其影響因素。結(jié)果表明：歧北斜坡沙三段主要發(fā)育以巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主的辮狀河三角洲沉積體系，儲集孔隙以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄膜孔等次生孔隙為主；碎屑巖儲集物性受物源供給、沉積相帶、成巖作用三大因素控制，物源供給與沉積相帶主要控制淺層(<3 000 m)碎屑巖原生儲集性能，成巖作用與異常高壓主要控制中深層(>3 000 m)碎屑巖次生儲集孔隙。多種因素共同作用促使沙三段縱向上發(fā)育了4個異?？紫稁В闪擞蜌鈨刹氐闹匾繕藢佣?。

歧北斜坡；沙三段；碎屑巖；物源供給；沉積相帶；成巖作用

0 引 言

隨著油氣勘探進程的不斷推進，正向構造帶資源潛力的不斷降低，負向構造單元地層巖性油氣藏勘探逐步成為下步增儲的重要領域。陸相斷陷盆地斜坡區(qū)是砂體聚集的重要區(qū)帶，控制著巖性圈閉的形成與油氣藏的分布，準確預測斜坡區(qū)儲集砂體分布已成為地層巖性油氣藏勘探中的關鍵因素之一(蒲秀剛等，2011)。歧口凹陷是渤海灣盆地中極為重要的富油氣凹陷，歧北斜坡位于歧口主凹與孔店凸起之間，沙三段物源充足，斜坡區(qū)砂體發(fā)育，油氣成藏條件十分優(yōu)越，是大港油田規(guī)模增儲的主場區(qū)之一。前人對歧北斜坡碎屑巖儲層做了大量的研究工作(應鳳祥等，2004；郭長敏等，2009；王書香等，2010；謝銳杰等，2010)，但由于其復雜的構造作用、盆地成巖環(huán)境及沉積特征等，對碎屑巖儲集性能及其影響因素的定量化研究尚不深入，儲集孔隙空間分布特征尚不明確，難以確定下步勘探目標區(qū)帶。因此，本次研究借助大量物性、薄片、壓汞、掃描電鏡、X衍射等實測資料，系統(tǒng)開展歧北斜坡沙三段儲集性能及影響因素研究，定量表征成巖作用對儲集層性能的影響，確定儲集砂體空間分布規(guī)律，明確下步勘探目標區(qū)帶，為勘探部署和井位優(yōu)選提供支撐。

1 地質(zhì)概況

歧北斜坡是歧口凹陷的次級構造單元，整體呈北低南高、東低西高特征，由南西向北東方向傾伏，平面夾持于濱海斷裂與南大港斷裂之間，是在新生代陸內(nèi)伸展背景上發(fā)展來的NE-SW向斜坡構造(圖1)。受基底形態(tài)控制和新生代斷裂影響，歧北斜坡總體呈三階坡-折特征，可分為歧北高斜坡、歧北中斜坡和歧北低斜坡(韓國猛等，2010)。受孔店凸起、羊三木凸起、港西凸起等盆內(nèi)物源控制，歧北斜坡沙三段發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲及遠岸水下扇等多種沉積體系，埋藏深度跨越1 500～5 500 m，砂巖累計厚度較大，與構造匹配可形成多類型圈閉，且緊鄰歧口生油凹陷油氣資源豐富，充沛的油源與有利的圈閉相結(jié)合，具備形成油氣區(qū)塊的條件，是歧口凹陷的主力勘探區(qū)塊之一(蒲秀剛等，2007)。

圖1 歧北斜坡構造位置與構造單元劃分圖(新生界底界立體顯示圖)Fig.1 Structural position and structural unit division of the Qibei slope(stereoscopic display of the bottom boundary of the Cenozoic)

2 沙三段儲集層特征

2.1 巖石類型與儲集孔隙

受盆內(nèi)外多物源控制，歧北斜坡沙三段碎屑巖巖石類型豐富，主要發(fā)育長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖，次為長石砂巖和巖屑砂巖。石英的質(zhì)量分數(shù)為20%～55%，平均37.2%，長石的質(zhì)量分數(shù)為25%～55%，平均41.0%，巖屑的質(zhì)量分數(shù)為5%～35%，平均21.8%。巖屑主要為中基性—酸性火山巖、變質(zhì)巖、泥晶灰?guī)r及燧石(圖2)。

圖2 歧北斜坡沙三段碎屑巖巖礦成分三角圖Ⅰ-石英砂巖；Ⅱ-長石石英砂巖；Ⅲ-巖屑石英砂巖；Ⅳ-長石砂巖；Ⅴ-巖屑長石砂巖；Ⅵ-長石巖屑砂巖；Ⅶ-巖屑砂巖Fig.2 Triangle of rock and mineral composition of clastic rocks in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

沙三段儲集孔隙主要為次生溶蝕孔隙、殘余原生孔隙以及混合孔隙，次生孔隙主要見粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶蝕孔、顆粒鑄膜孔、膠結(jié)物內(nèi)孔及構造裂縫，最常見的儲集孔隙類型為粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶蝕孔、顆粒鑄?？准皻堄嘣?。

儲集孔隙結(jié)構以中小孔-細微喉道為主，見中高孔-中大喉道孔隙(圖3)。

圖3 歧北斜坡沙三段碎屑巖典型孔隙類型鏡下特征(鑄體薄片)Fig.3 Microscopic characteristics of typical pore types in clastic rocks of the third member of Shahejie Formation in Qibei slope (casting thin section)(a) intergranular dissolution pore, 10×10 (-); (b) particle moldic pore, 10×10 (-); (c) intragranular clastic dissolution pore， 4×10 (-)

2.2 儲集物性特征

歧北斜坡沙三段碎屑巖埋深相對較大，儲集性能總體偏差，以中低孔-低滲至特低滲儲集類型為主，實測孔隙度介于5.7%～32.2%之間，平均為17.8%，實測滲透率平均為207.5×10-3μm2?？紫抖扰c埋深相關圖(圖4)顯示，隨埋深的增加，儲集性能總體呈變差趨勢，但并非呈線性變化關系，縱向上見多個異?？紫栋l(fā)育段。埋深<2 600 m，孔隙度隨深度增大線性降低趨勢明顯，指示該深度段內(nèi)以殘余原生粒間孔隙為主，主要為中高孔-中高滲儲集層；埋深介于2 600～3 300 m，出現(xiàn)第一次生孔隙發(fā)育段，屬中低孔-中低滲儲集層；埋深>3 300 m時發(fā)育2個次生孔隙段：3 600～4 000 m、4 500～4 700 m，為低孔-特低滲儲集層。次生孔隙的發(fā)育有效改善了深層碎屑巖儲集性能，為油氣聚集提供了有利條件(圖4)。

圖4 歧北斜坡沙三段孔隙度、滲透率隨深度變化圖Fig.4 Variation of porosity and permeability with depth of the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

3 儲集性能影響因素

影響碎屑巖儲集性能的因素有構造運動、物源供給、沉積作用、成巖改造、超壓封存及烴類充注等多個方面，物源供給與沉積作用主要影響碎屑巖原生儲集性能，而成巖改造、超壓封存及烴類充注控制了碎屑巖沉積后的最終儲集性能(高勇等，2001；朱筱敏等，2006；蔣凌志等，2009；向連格等，2010)。多個因素相互疊加，此消彼長，控制了歧北斜坡沙三段碎屑巖儲集物性的空間演變規(guī)律。

3.1 構造運動

構造運動控制著古地貌與可容納空間的變化，由此影響碎屑巖的沉降速率與埋藏深度，并深刻影響深層碎屑巖儲集裂縫的發(fā)育。沙三段沉積期間，歧北斜坡坡折發(fā)育，古地貌起伏大，沉積速率高，沉積速率為550 m/Ma。極高的沉積速率使碎屑巖快速埋藏，易于形成異常高壓封存箱，延緩后期成巖改造進程，使深層碎屑巖具有較好的儲集性能；同時快速埋藏可以保存泥巖中的有機質(zhì)，從而延遲生排烴期，有助于深部溶蝕作用的產(chǎn)生，為深層次生孔隙的發(fā)育奠定了基礎；晚期構造活動也能促使碎屑巖裂縫發(fā)育，由此提升深層碎屑巖的儲集性能。

3.2 物源供給

碎屑巖儲集性能優(yōu)劣與物源所供給的物質(zhì)密切相關，母巖類型影響巖石顆粒、膠結(jié)物的成分及含量，距物源遠近則控制碎屑巖成分成熟度，由此控制了碎屑巖儲集物性特征。一般說來，若物源供給的剛性礦物(石英和石英質(zhì)巖屑)含量較高，則碎屑巖的原始儲集物性較好，反之原始物性就差；若剛性礦物含量相差不大，長石與不穩(wěn)定巖屑含量與儲集性能密切相關，由于它們易于溶蝕形成次生孔隙，可明顯提升深層碎屑巖儲集性能。若顆粒粒徑變化不大，隨著碎屑巖距物源越遠，顆粒分選性較好，儲集物性越好；若顆粒粒徑逐漸變小，儲集物性則變差。歧北斜坡沙三段主要受孔店、羊三木和港西三大盆內(nèi)凸起物源控制，孔店與羊三木凸起物源供給物質(zhì)中石英含量高，巖屑相對少，儲集物性相對優(yōu)質(zhì)；港西凸起物源供給物質(zhì)中長石含量較高，有利于溶蝕孔隙發(fā)育(表1)。

表1 歧北斜坡沙三段不同物源沉積區(qū)儲集性能對比Table 1 Comparison of reservoir properties of different provenance in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

3.3 沉積相帶

歧北斜坡沙三段發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、灘壩、遠岸水下扇等沉積相類型,不同沉積微相砂巖的儲集性能有明顯差異(程曉玲，2003；李穎潔，2013)。宏觀數(shù)理統(tǒng)計表明，辮狀河三角洲和扇三角洲前緣水下分支河道主水道、河口壩微相及濱淺湖砂壩微相等砂體儲集性能最優(yōu)；辮狀河三角洲和扇三角洲前緣分支河道側(cè)翼及遠岸水下扇主水道等微相砂體儲集性相對中等；辮狀河三角洲和扇三角洲前緣席狀砂、遠砂壩微相砂體儲集性較差(表2)。

表2 歧北斜坡沙三段不同沉積微相儲集物性統(tǒng)計Table 2 Statistics of reservoir physical properties of different sedimentary microfacies in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

不同沉積相帶砂巖儲集性能差異主要受微觀碎屑巖巖石成分、巖石結(jié)構、雜基含量、孔隙結(jié)構4個因素控制。巖石成分成熟度的增加，巖石抗壓性和抗熱性增強，孔隙保存較好，儲集性能變好；巖石結(jié)構分選越好，顆粒大小越均勻，受壓實后可保持高的孔隙度；泥質(zhì)、云母等雜基含量高，沉積后填塞原生孔隙，導致儲集性能較差；孔隙結(jié)構中最大連通孔隙半徑越大，孔隙度越好，儲層孔隙飽和度中值壓力越小，飽和度中值半徑越大，巖石滲透率也就越大。

3.4 成巖作用

歧北斜坡沙三段碎屑巖在埋藏過程中經(jīng)歷了一系列成巖演化，成巖現(xiàn)象十分豐富，主要成巖作用類型有壓實作用、溶解作用、膠結(jié)作用、交代作用、破裂作用5種類型。不同成巖作用對儲集性能的影響各不相同，影響較大的主要是壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用(張晶等，2012)。

3.4.1 壓實作用 壓實作用是碎屑巖原生孔隙減少的主要因素。壓實作用貫穿成巖作用始終，不斷改變原始沉積時碎屑顆粒排列方式，使之由疏松變?yōu)橹旅?，導致原生粒間孔隙大量損失，儲集物性變差(汪文洋等，2013)。歧北斜坡沙三段鏡下見顆粒接觸方式呈游離狀—點接觸—線接觸—鑲嵌接觸變化，指示碎屑巖壓實作用不斷增強(圖5a)。壓實作用程度與埋藏深度成指數(shù)關系變化，埋深較淺時(<3 000 m)，壓實作用對碎屑巖儲集性能影響明顯，平均使碎屑巖孔隙度減少32.3%；埋深較深時(>3 500 m)，巖石結(jié)構致密，壓實作用對碎屑巖儲集性能影響較小。

圖5 歧北斜坡沙三段典型成巖作用薄片鏡下特征Fig.5 Microscopic characteristics of typical disgenesis in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope(a) mosaic contact， 4×10 (+); (b) dolomite cementation， 10×10 (-); (c) debris dissolution of basic volcanic rocks, 10×10 (-); (d) feldspar dissolution, 10×10 (+)

3.4.2 膠結(jié)作用 膠結(jié)作用是中深層碎屑巖儲集物性變差的重要原因。歧北斜坡沙三段碎屑巖膠結(jié)作用主要是碳酸鹽膠結(jié)，可見硅質(zhì)膠結(jié)和黏土礦物膠結(jié)(圖5b)。強膠結(jié)作用造成巖石顆粒間孔隙被填充，原生孔隙快速減少(湯戈，2015)。

統(tǒng)計資料表明，碳酸鹽巖膠結(jié)物含量與儲集物性呈明顯負相關。碳酸鹽巖的質(zhì)量分數(shù)>12%時，其與滲透率的負相關性好，說明對儲集層滲透率有明顯影響；碳酸鹽巖膠結(jié)物的質(zhì)量分數(shù)<12%時，膠結(jié)作用對儲集層物性的影響較弱(圖6)。

薄片鑒定資料顯示，歧北斜坡沙三段膠結(jié)作用主要控制埋深在3 000 m以下的碎屑巖儲集層，平均使碎屑巖孔隙度減少了12.7%。

圖6 歧北斜坡沙三段碳酸鹽膠結(jié)物質(zhì)量分數(shù)與儲集物性相關圖Fig.6 Correlation of carbonate cement content with reservoir physical properties of the third member of Shehejie Formation in Qibei slope

3.4.3 溶蝕作用 溶蝕作用是中深層發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲集砂體的關鍵因素。歧北斜坡沙三段自淺至深發(fā)育多段異?？紫稁В瑴\層以大氣淡水淋濾溶蝕作用為主，中深層以有機酸和碳酸溶蝕作用為主，主要包括巖屑溶蝕、長石溶蝕及碳酸鹽溶蝕(圖5c、d)。

在淺埋藏、開放—半開放水系統(tǒng)環(huán)境下，富含CO2而形成碳酸的大氣淡水沿斷裂帶或不整合面下滲，使碎屑巖儲層受溶蝕作用形成一定的次生孔隙；在深埋藏、封閉水系統(tǒng)環(huán)境下，有機酸和碳酸溶蝕作用改善了前期成巖壓實、膠結(jié)對儲層儲集性的破壞，從而形成并擴大粒間孔和粒內(nèi)溶孔，形成次生孔隙發(fā)育帶(楊曉寧等，2004；張自力等，2011)。

鑄體薄片鑒定顯示，歧北斜坡沙三段碎屑巖發(fā)育多期溶蝕作用，形成多個異?？紫稁В骄墒顾樾紟r孔隙度增加20%。

3.5 超壓封存

歧口凹陷古近系具有異常流體壓力普遍發(fā)育的特點，歧北斜坡區(qū)異常超壓帶主要發(fā)育于二階坡折帶以下地區(qū)，壓力系數(shù)普遍>1.2(圖7)。

圖7 歧北斜坡B19井流體壓力系統(tǒng)縱向變化與儲集物性綜合分析柱狀圖Fig.7 Comprehensive column of longitudinal variation of fluid pressure system and reservoir physical properties of the well B19 in Qibei slope

超壓的分布與湖泛期厚層泥巖的發(fā)育直接相關，湖泛期厚層泥巖段(EST)形成超壓封存箱的頂?shù)装?，中部為相對低壓儲集層?HST+LST)。超壓封存箱可以減緩壓實作用，從而有效地保留部分原生孔隙，使儲集層保持較高的孔隙度(李忠等，2003；萬念明等，2010)。歧北斜坡B19井的深層3 300～3 500 m超壓封存箱內(nèi)碎屑巖依然保存有20%以上的孔隙度。

3.6 烴類充注

有機質(zhì)演化產(chǎn)生的有機酸與烴類裂解產(chǎn)生的CO2使孔隙流體性質(zhì)呈酸性，使碎屑巖中長石、巖屑及方解石等易溶礦物溶蝕形成次生孔隙，并能有效抑制膠結(jié)作用的發(fā)生；同時烴類充注過程中會使地層壓力增大，能有效緩沖上覆地層的壓實作用，保存深部碎屑巖的儲集孔隙(龍更生等，2011)。研究表明，歧北斜坡沙三段次生孔隙主要發(fā)育段與烴源巖演化過程中生排烴期具有良好的對應性(圖8)，說明烴類充注與次生孔隙的發(fā)育密切相關。

圖8 歧北斜坡沙三段成巖作用、Ro與儲集孔隙演化規(guī)律圖Fig.8 Diagram showing diagenesis, Ro and porosity evolution rules of the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

4 有利儲集砂體

歧北斜坡沙三段碎屑巖儲集性能影響因素眾多，不同地質(zhì)演化階段起主控作用的因素存在差異(蔣凌志等，2009)。

大量數(shù)據(jù)分析顯示，歧北斜坡沙三段淺層(<3 000 m)碎屑巖儲集性能與物源供給、沉積相帶及壓實作用密切相關。距物源較近的三角洲前緣水下分支河道、河口壩微相砂巖粒徑大，分選好，泥質(zhì)含量低，儲集物性差；距物源相對較遠的席狀砂微相砂巖粒徑小，泥質(zhì)含量高，儲集性能較差；碎屑巖中剛性礦物(石英)含量大，抗壓實性能強，壓實作用損失孔隙減少；碎屑巖中塑性礦物(泥質(zhì)類填隙物)含量大，易堵塞孔隙喉道，儲集物性差(圖9)。

圖9 歧北斜坡沙三段沉積體系、埋深、壓力系數(shù)及烴源巖厚度等值線圖1-坡折體系劃分線；2-沖積扇河道沉積；3-沖積平原；4-辮狀河三角洲平原分流河道；5-扇三角洲前緣水下分支河道；6-辮狀河三角洲前緣水下分支河道；7-河口壩；8-漫流沉積；9-席狀砂；10-濁積體；11-深湖—半深湖；12-濱淺湖；13-遠岸水下扇外扇；14-辮狀河溝槽；15-遠岸水下扇中扇；16-遠岸水下扇內(nèi)扇；17-沙灘；18-沙壩；19-埋深等值線；20-壓力系數(shù)等值線；21-烴源巖厚度等值線Fig.9 Contours of sedimentary system, burial depth, pressure coefficient and source rock thickness for the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

歧北斜坡沙三段中深層(>3 000 m)碎屑巖與成巖作用、超壓封存及烴類充注緊密相關。隨著埋藏深度及埋藏時間的增加，壓實作用增強，孔隙度成指數(shù)遞減，并伴隨碳酸鹽膠結(jié)作用的增強，儲集物性迅速降低；伴隨著有機質(zhì)的成熟，烴源巖不斷演化，使得孔隙流體介質(zhì)變?yōu)樗嵝?，將碎屑巖中易溶物質(zhì)(長石、巖屑及方解石等)溶蝕產(chǎn)生次生溶蝕孔隙，使深層碎屑巖儲集物性得到提升；同時，隨著埋深的增加，厚層泥巖易產(chǎn)生超壓封存作用，不但抑制了膠結(jié)作用，還能保護深層碎屑巖的儲集孔隙，并延緩有機質(zhì)演化，加大了有機酸產(chǎn)生深度的作用，有利于深層次生溶蝕孔隙的發(fā)育。

綜合評價表明，歧北斜坡沙三段高斜坡三角洲前緣水下分支河道、河口壩微相砂巖是有利儲集砂體發(fā)育區(qū)(埋深<3 000 m)，中斜坡區(qū)三角洲前緣河口壩砂巖建設性成巖作用為主導是有利儲集砂體發(fā)育區(qū)(埋深介于3 000～5 000 m之間)，斜坡區(qū)遠岸水下扇中扇與扇內(nèi)扇亞相砂體處于異常超壓帶與生烴灶主體帶(埋深介于5 000～6 500 m之間)也是有利儲集砂體發(fā)育區(qū)。

5 結(jié) 論

(1) 綜合構造、物源、沉積、成巖、有機質(zhì)演化等多種因素分析，表明歧北斜坡沙三段以辮狀河三角洲沉積體系為主，儲集孔隙以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄膜孔等次生孔隙為主，碎屑巖儲集物性受物源供給、沉積相帶、成巖作用三大因素控制，物源供給與沉積相帶主要控制淺層(<3 000 m)碎屑巖原生儲集性能，成巖作用與異常高壓主要控制中深層(>3 000 m)碎屑巖次生儲集孔隙發(fā)育，多種因素相互作用，促使沙三段縱向上發(fā)育多個異常高孔隙帶，是油氣儲集成藏的重要目標層段。

(2) 歧北斜坡沙三段高斜坡三角洲前緣水下分支河道、中斜坡區(qū)三角洲前緣河口壩及低斜坡遠岸水下扇內(nèi)扇等相區(qū)砂體是有利儲集砂體發(fā)育區(qū)。

在深化地質(zhì)認識的基礎上，結(jié)合構造、烴源巖等研究成果，優(yōu)化歧北沙三段井位部署，在中斜坡區(qū)辮狀河三角洲前緣河口壩—水下分支河道微相區(qū)新增儲量數(shù)千萬噸，極大地推動了歧口凹陷油氣勘探工作的進程。

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Characteristics and key factors of clastic reservoirs in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope

TANG Ge，LIU Sa

(Dagang Oilfield Company of CNPC，Tianjin 300280，China)

This work discussed the reservoir properties and influencing factors of the third member of Shahejie Formation clastic reservoirs by comprehensive study on rock physical properties, thin section identification, mercury injection, SEM and X-ray diffraction data. The results show that a number of large braided river delta front sand bodies were developed in Qibei slope，which are mainly lithic feldspathic sandstone and feldspar lithic sandstone. The major reservoir space is mainly secondary pores of intergranular dissolved pore, intragranular dissolved pore and granular molding pore. The physical properties of clastic reservoirs are constrained by provenance, sedimentary facies belt and diagenesis. The provenance and sedimentary facies belt mainly control original reservoir properties of shallow clastic reservoirs(<3 000 m)， while diagenesis and abnormal high pressure control secondary reservoir pores of medium-deep clastic reservoirs(>3 000 m). There are four abnormally high pore zones influenced by combined factors in the third member of Shahejie Formation in Qibei slope, which are all important intervals of hydrocarbon reservoir zones.

Qibei slope； third member of Shahejie Formation； clastic rocks； provenance； sedimentary facies belt； diagenesis

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.615

2016-06-29；

2016-07-28；編輯：陸李萍

中國石油重大科技專項“歧口凹陷大油氣田形成條件及富集規(guī)律研究”(2008E-0601)

湯戈(1985— )，男，工程師，碩士，長期從事層序地層與沉積儲層研究工作，E-mail：tangge@petrochina.com.cn

P588.21+2.3； P618.130.2+1

A

1674-3636(2016)04-0615-09