萊州灣凹陷南斜坡帶沙三下亞段混合沉積儲(chǔ)層特征及控制因素

韓建斌，賈海松，楊宏飛，沈孝秀，呂世聰

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

1 研究區(qū)概況

萊州灣凹陷位于渤海南部海域，是被郯廬斷裂帶所夾持，在中生界基底之上發(fā)育的一個(gè)新生代凹陷，為渤海盆地主力生烴凹陷之一[1]。截至2015年，先后發(fā)現(xiàn) XX9–1、XX9–6、XX10–1、XX10–4共4個(gè)中型油氣田和近10個(gè)含油氣構(gòu)造，含油層位有新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組和古近系沙河街組。

沙四段期為渤海灣盆地的初始裂陷期，此時(shí)萊州灣凹陷中部凸起，XX16–1構(gòu)造整體處于暴露剝蝕狀態(tài)。沙三段沉積時(shí)期，受郯廬走滑斷裂右行活動(dòng)影響，萊州灣凹陷主洼（即北洼）沉積中心向西遷移，南次洼逐步擴(kuò)大并成為一個(gè)規(guī)模較大的沉積中心。在區(qū)域構(gòu)造背景下XX16–1構(gòu)造開(kāi)始沉降，形成向萊州灣凹陷主洼、南次洼方向傾斜的寬緩斜坡帶（圖1），洼隆特征明顯，為沉積碳酸鹽巖環(huán)境創(chuàng)造了條件。同時(shí)沙三下亞段時(shí)期研究區(qū)位于河湖過(guò)渡帶，為辮狀河三角洲前緣沉積，古生物分析表明此時(shí)該區(qū)為半濕潤(rùn)的亞熱帶氣候。在裂陷期的構(gòu)造大背景下，受走滑斷裂和氣候共同調(diào)整，研究區(qū)湖平面、河流水動(dòng)力條件周期性變化，表現(xiàn)為互為消長(zhǎng)的特征，形成了陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積儲(chǔ)層。

2016年，萊州灣凹陷南部寬緩斜坡帶再獲新發(fā)現(xiàn)——XX16–1中型油田，古近系沙河街組三段下亞段（簡(jiǎn)稱沙三下亞段）為該油田的主力含油層位，廣泛發(fā)育陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積的儲(chǔ)層。

圖1 XX16–1油田構(gòu)造位置

研究區(qū)儲(chǔ)層形成的沉積環(huán)境和自身礦物成分復(fù)雜特性，決定其儲(chǔ)集性能與單純陸源碎屑巖具有不同的特征[2]，因此對(duì)該區(qū)域儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型、物性以及控制因素的認(rèn)識(shí)成為油氣藏評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。本文在區(qū)域沉積構(gòu)造演化認(rèn)識(shí)有基礎(chǔ)上，利用巖心、常規(guī)薄片、鑄體薄片和掃描電鏡等資料，對(duì)沙三下亞段儲(chǔ)層特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，明確了混合沉積儲(chǔ)層孔隙類型、物性及控制因素，同時(shí)指出了該區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布規(guī)律，為該區(qū)今后勘探開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)資料。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖性特征

“混合沉積物”由 Mount于 1984年提出[3–5]，1990年楊朝青等[6–8]將這種混合沉積物界定為“混積巖”，用以表述陸源碎屑與碳酸鹽組分混合沉積的產(chǎn)物，郭福生[9]又將陸源碎屑巖與碳酸鹽巖之間頻繁交替形成的混積層系納入混積巖范疇。其中針對(duì)組分混合的混積巖，張雄華[10]按成分劃分4類：①以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為5%～25%，稱為含陸源碎屑–碳酸鹽混積巖；②以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為25%～50%，稱為陸源碎屑質(zhì)–碳酸鹽混積巖；③以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆粒含量為 5%～25%，稱為含碳酸鹽–陸源碎屑混積巖；④以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆粒含量為25%～50%，稱為碳酸鹽質(zhì)–陸源碎屑混積巖。本文所討論的混合沉積儲(chǔ)層即包括上述的混積巖（碳酸鹽含量在5%～50%）和混積層系中的碳酸鹽巖（碳酸鹽含量≥95%）。通過(guò)XX16–1油田190塊巖心描述、82塊薄片觀察分析，沙三下亞段儲(chǔ)層主要為含碳酸鹽–陸源碎屑混積巖和泥巖與泥晶云巖互層的混積層系。

混積層系中碳酸鹽巖：與泥巖呈薄互層狀存在，主要是薄層泥晶云巖，厚度一般小于1.5 m，巖性主要為白云石，混有少量長(zhǎng)片狀陸源碎屑，具有泥晶結(jié)構(gòu)。陸源碎屑成分主要為片狀云母以及極細(xì)小的石英、長(zhǎng)石碎片成定向分布；可見(jiàn)藻類碎屑、細(xì)小球團(tuán)粒和鮞粒，均勻散落于白云石中，總體為一種低能穩(wěn)定沉積環(huán)境（圖2a～c）。

含碳酸鹽–陸源碎屑混積巖：主要是含云細(xì)砂巖，厚度一般大于2.0 m，巖石由陸源碎屑、白云石組成，主要為陸源碎屑。陸源碎屑主要為石英、長(zhǎng)石及少量白云母碎片，石英、長(zhǎng)石呈條帶狀或“似楔狀”富集分布，粒徑0.07～0.12 mm；白云石以內(nèi)碎屑為主，具有球粒狀特征，粒徑0.03～0.08 mm，與陸源碎屑混雜分布（圖2d～f）。

圖2 混合沉積巖巖心及薄片照片

2.2 儲(chǔ)集空間類型

混積層系中碳酸鹽巖：主要是泥晶云巖，孔隙發(fā)育中等，主要為晶間孔隙和球團(tuán)粒內(nèi)孔，微裂縫發(fā)育，多條微裂隙縱橫交錯(cuò)，平均寬度0.03～0.20 mm，微裂縫連通性好。含碳酸鹽–陸源碎屑混積巖：主要是含云細(xì)砂巖，巖石粒間孔隙較發(fā)育，同時(shí)可見(jiàn)大量長(zhǎng)石、碳酸鹽溶蝕形成的孔縫，縫隙延伸較短、垂直于紋層分布，縫寬約0.01 mm；粒間孔占13.0%～18.0%，溶蝕孔縫占3.0%～8.0%；面孔率16.0%～26.0%，平均值23.8%。

2.3 物性特征

巖性差異導(dǎo)致儲(chǔ)集空間的不同，體現(xiàn)在儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的變化上。結(jié)合油田190塊巖心物性分析資料可知，該區(qū)具有平原河道沉積特征，厚度較大的碳酸鹽–陸源碎屑混積巖物性較好，平均孔隙度27.6%，平均滲透率173.1×10-3μm2，分布集中且隨著厚度的變大物性具有變好的趨勢(shì)（圖 3）。隨著陸源碎屑的大量供應(yīng)，碳酸鹽–陸源碎屑混和沉積物中細(xì)小的碳酸鹽球粒減少，而陸源碎屑含量增加且占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此混合沉積物中粒間孔更加發(fā)育。同時(shí)陸源碎屑中大量長(zhǎng)石溶蝕形成溶蝕孔縫，有利于儲(chǔ)集空間的改善。性混積層系中的碳酸鹽巖微裂縫較發(fā)育，有效地改善了晶間孔隙的滲流通道，但微裂縫分布具有非均質(zhì)性，因而滲透率表現(xiàn)為較大的變化范圍。

3 儲(chǔ)層物性控制因素

圖3 碳酸鹽–陸源碎屑混積巖厚度與物性關(guān)系

薄層碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，平均孔隙度21.1%，平均滲透率101.1×10-3μm2?？紫抖确植枷鄬?duì)集中，但是滲透率變化范圍大（50×10-3～200×10-3μm2），主要是因?yàn)樘妓猁}巖以泥晶、粉晶為主，顆粒非常細(xì)小，晶間孔隙相對(duì)不甚發(fā)育，因而儲(chǔ)集空間孔隙度相對(duì)碳酸鹽–陸源碎屑混和沉積儲(chǔ)層較低（圖3）。由于該期走滑斷裂頻繁調(diào)整作用，脆

3.1 沉積作用

原始沉積作用是儲(chǔ)層物性差異形成的基礎(chǔ)[11]。沙三下亞段時(shí)期研究區(qū)位于河湖過(guò)渡帶，為辮狀河三角洲前緣沉積，氣候半濕潤(rùn)炎熱，構(gòu)造調(diào)整頻繁，研究區(qū)湖平面、河流水動(dòng)力條件周期性變化。當(dāng)湖平面較深時(shí)，受湖平面升降控制，碳酸鹽巖沉積環(huán)境在平面上遷移擺動(dòng)，縱向上呈現(xiàn)薄層碳酸鹽與泥巖或粉砂巖交互出現(xiàn)（圖4），碳酸鹽巖儲(chǔ)集層具有前緣沉積特征，厚度一般小于1.5 m，巖石主要成分為白云石，具有泥晶結(jié)構(gòu)，孔隙發(fā)育一般，主要為晶間孔和球團(tuán)粒內(nèi)孔。當(dāng)湖平面淺、河流穩(wěn)定注入到研究區(qū)水體、物源供應(yīng)充足、且遇洪水期時(shí)，先沉積且未固結(jié)的碳酸鹽被攪動(dòng)形成小球粒，與河流搬運(yùn)的陸源碎屑細(xì)粒物質(zhì)混雜，形成陸源碎屑為主的混合沉積，即碳酸鹽–陸源碎屑混積巖（圖4）。此類儲(chǔ)層具有平原河道沉積特征，厚度一般較大（2.5～8.0 m），巖石由陸源碎屑、碳酸鹽球粒組成，主要為陸源碎屑，原始粒間孔發(fā)育。

圖4 混合沉積演化模式

3.2 成巖作用

不同礦物組分、結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層在成巖作用過(guò)程中響應(yīng)不同，決定了儲(chǔ)層的物性不僅取決于沉積作用，還受成巖作用的改造[12]。成巖過(guò)程中該區(qū)物性主要受到溶蝕、膠結(jié)交代以及構(gòu)造作用的影響。

3.2.1 溶蝕作用

溶蝕作用是影響儲(chǔ)層物性的一個(gè)重要地質(zhì)因素，溶蝕作用與礦物成分、地下流體以及構(gòu)造變動(dòng)等因素有關(guān)[13]。由于研究區(qū)內(nèi)未有主干斷裂溝通外部流體，因此溶蝕作用以沉積物粒間孔隙水和有機(jī)酸流體的溶蝕作用為主。碳酸鹽–陸源碎屑混積巖儲(chǔ)層原始粒間孔發(fā)育，且易溶蝕的長(zhǎng)石含量較高，平均含量達(dá)35.2%，溶蝕作用相對(duì)強(qiáng)烈，形成大量溶蝕孔隙，有效改善了儲(chǔ)集空間；當(dāng)白云石含量小于25%時(shí)，碳酸鹽–陸源碎屑混積巖儲(chǔ)層中溶蝕作用較強(qiáng)，孔隙度、滲透率較好。

3.2.2 膠結(jié)交代作用

膠結(jié)交代作用主要是破壞碳酸鹽–陸源碎屑混積巖儲(chǔ)集空間，碳酸鹽、長(zhǎng)石礦物顆粒承壓部位發(fā)生壓力溶解作用，溶解物重新分布并沉淀形成膠結(jié)物，或充填粒間孔隙，或交代部分溶蝕礦物顆粒，從而不利于改善儲(chǔ)集空間。當(dāng)白云石含量小于25%時(shí)，孔滲較好，而白云石含量增加到50%時(shí)，在壓溶作用下，碳酸鹽膠結(jié)孔隙、交代溶蝕顆粒，孔滲急劇變差，孔隙度為15%～20%，滲透率為40×10-3～100×10-3μm2。

而對(duì)于混積巖層系而言，泥巖紋層在地層壓力作用下形成致密層，不利于碳酸鹽巖儲(chǔ)集孔隙中流體大規(guī)模運(yùn)移，形成一個(gè)相對(duì)封閉的體系，有效地保存了原生晶間孔隙[14]。本區(qū)混積巖中泥巖紋層具有致密層作用，有效阻礙壓溶現(xiàn)象發(fā)生，抑制膠結(jié)交代作用，晶體顆粒以點(diǎn)線接觸為主，發(fā)育規(guī)則。儲(chǔ)集空間主要是晶間孔，孔隙度20.0%～23.0%，平均值21.1%。

3.2.3 構(gòu)造作用

構(gòu)造裂縫的發(fā)育受控于構(gòu)造應(yīng)力，還受控于儲(chǔ)層的巖性、巖石脆性等特征[15]。沙三段沉積時(shí)期，受郯廬走滑斷裂右行活動(dòng)影響，研究區(qū)遭受頻繁構(gòu)造調(diào)整。研究區(qū)礦物成分、結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致巖石脆韌性不同，對(duì)于具有韌性的碳酸鹽–陸源碎屑混積巖的造作用有限，而對(duì)于脆性的泥晶白云巖改造作用相對(duì)明顯。白云巖中微裂縫發(fā)育，多條微裂隙縱橫交錯(cuò)，連通性好，有效地改善了滲流通道，滲透率最高可達(dá)180×10-3μm2，但微裂縫發(fā)育的非均質(zhì)性強(qiáng)，滲透率變化范圍較大。

4 結(jié)論

（1）萊州灣凹陷南斜坡帶沙三下亞段儲(chǔ)層為陸源碎屑與碳酸鹽巖混合沉積產(chǎn)物，儲(chǔ)層巖性主要為碳酸鹽–陸源碎屑混積巖、泥晶云巖。碳酸鹽–陸源碎屑混積巖物性較好，儲(chǔ)集空間以原生粒間孔為主，其次是溶蝕孔；泥晶云巖物性相對(duì)較差，儲(chǔ)集空間以晶間孔為主，其次是微裂縫。

（2）沉積作用和成巖作用共同控制儲(chǔ)層物性。三角洲前緣背景下沉積的碳酸鹽–陸源碎屑混積巖受溶蝕、膠結(jié)交代作用的影響，其中溶蝕作用改善儲(chǔ)層，膠結(jié)交代作用破壞儲(chǔ)層；而前三角洲背景下形成的碳酸鹽巖受構(gòu)造作用影響，形成的微裂縫有效地溝通儲(chǔ)集空間。其中碳酸鹽–陸源碎屑混積巖儲(chǔ)層為該區(qū)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，是今后油田開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

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