渤海中部古近系沙河街組有利礫巖類儲(chǔ)層特征

張 健，文 藝，吳家洋，呂正祥，熊晨浩，王先東

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

引言

渤海灣盆地作為中國(guó)東部重要的中、新生帶陸相含油氣斷陷盆地，面積近2×105km2，盆地內(nèi)部構(gòu)造單元復(fù)雜，隆坳相間分布，發(fā)育有多個(gè)凹陷和隆起[1]。渤海灣盆地內(nèi)先后找到一批地質(zhì)儲(chǔ)量超過億噸的大油氣田，促進(jìn)了渤海灣盆地的油氣地質(zhì)研究[2]。對(duì)渤海灣的砂巖儲(chǔ)層、碳酸鹽巖和混積巖儲(chǔ)層，大量學(xué)者進(jìn)行了詳細(xì)的研究和描述。許長(zhǎng)貴等(2009)以渤海海域渤中凹陷石南陡坡帶為例，分析了圍區(qū)內(nèi)陡坡帶構(gòu)造-巖性圈閉發(fā)育機(jī)理，并對(duì)其分布規(guī)律進(jìn)行分析[3]。倪軍娥等(2013)根據(jù)渤海灣盆地古近系湖相碳酸鹽巖和陸源碎屑巖的混合沉積的特點(diǎn)，分析認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育混積與裙帶狀兩種沉積模式[4]。吳磊等(2006)研究了渤中凹陷古近系的沉積演化、物源等特征[5]。近年來，在渤海中部深層勘探中，在砂質(zhì)礫巖和礫巖，即本文統(tǒng)稱的礫巖類儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了物性較好的儲(chǔ)層，針對(duì)該類儲(chǔ)層特征及其控制因素的研究較少[6-14]。本文通過對(duì)渤中沙河街組深埋藏礫巖儲(chǔ)層的巖石學(xué)、物性、成巖作用及其相互關(guān)系研究，明確該類儲(chǔ)層的主要特征，探討其形成主控因素。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于渤海灣含油氣盆地中部的石臼坨凸起，該凸起位于渤海海域西北部，其北部為秦南凹陷，東南為渤海含油氣盆地生油面積最大的渤中凹陷[15](圖1)。迄今為止，在石臼坨突起上的新近系、古近系和潛山構(gòu)造等的各個(gè)層位中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)油田和含油氣構(gòu)造，為典型的復(fù)式油氣聚集區(qū)。研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層主要分布在古近系沙河街組(E2s)，該組地層厚度300～400m左右，其上覆地層為古近系東營(yíng)組(E3d)，下伏地層為古生界(Pz)或元古界(Pt)，部分地區(qū)為孔店組(E1-2k)，沙河街組埋深超過3000m，主要為微咸水湖泊環(huán)境中形成的礫巖、砂巖和泥巖等碎屑巖沉積，夾部分碎屑巖和碳酸鹽巖形成的混積巖[16]。

圖1 渤海灣盆地構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)位置

Fig.1 Tectonic division and location of the Bohai Bay Basin

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)礫巖類巖石主要以云質(zhì)礫巖為主，占總樣品數(shù)的55%以上，其次為云質(zhì)砂礫巖，占樣品總數(shù)的25%左右。此外還有含高嶺石礫巖，含盆屑礫巖、含生屑砂礫巖等，但含量較少(圖2)。礫石的粒度跨度大，既有粗礫巖，也有細(xì)礫巖，偶見砂質(zhì)礫巖。礫巖的磨圓度主要為次圓狀和次棱角狀，分選主要為差和中等，其中分選為差占總體的59%，分選中等占總體31.8%。礫巖類巖石中礫石之間的填隙物差異較大，分別有以砂巖、碳酸鹽巖和泥巖等為主的填隙物，不同填隙物的礫巖儲(chǔ)集物性差異較大(圖3)。

圖2 研究區(qū)陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層礫巖巖石類型分布直方圖

Fig.2 Histogram showing the types and distribution of the conglomerates from the Shahejie Formation in the study area

圖3 沙河街組礫巖類型

a.砂巖填隙類礫巖;b碳酸鹽巖填隙類礫巖

Fig.3 Conglomerate types in the Shahejie Formation in the study area

3 儲(chǔ)集性特征

3.1 儲(chǔ)集空間類型

據(jù)338塊鑄體薄片偏光顯微鏡觀察與統(tǒng)計(jì)，沙河街組礫巖類儲(chǔ)層中孔隙主要以礫石間填隙物中發(fā)育的孔隙為主，孔隙類型主要為殘余原生孔、粒間溶蝕擴(kuò)大孔和粒內(nèi)溶孔。當(dāng)?shù)[石間填隙物主要為砂巖時(shí)，孔隙類型主要為殘余原生孔和長(zhǎng)石、巖屑等的溶蝕形成的次生孔隙，其面孔率均值分別為3.21%和3.30%(圖4a、圖5a)；當(dāng)?shù)[石間填隙物主要為碳酸鹽巖時(shí)，孔隙類型主要為填隙顆粒之間的殘余原生孔和體腔孔等，其面孔率均值分別為2.00%和4.58%(圖4b、圖5b)。

圖4 沙河街組不同成分填隙物礫巖類儲(chǔ)層孔隙類型

a.E2s砂巖填隙類礫巖儲(chǔ)層孔隙類型分布直方圖;b.E2s碳酸鹽巖填隙類礫巖儲(chǔ)層孔隙類型分布直方圖

Fig.4 Porosity types in the conglomerate reservoirs with different interstitial compositions in the Shahejie Formation

圖5 沙河街組礫巖類儲(chǔ)層孔隙類型

a.E2s砂巖填隙類礫巖儲(chǔ)層孔隙類型;b.E2s碳酸鹽巖填隙類礫巖儲(chǔ)層孔隙類型

Fig.5 Photomicrographs showing the porosity types in the conglomerate reservoirs from the Shahejie Formation

圖6 沙河街組礫巖類儲(chǔ)層物性分布直方圖

a. E2s礫巖類儲(chǔ)層孔隙度分布直方圖；b. E2s礫巖類儲(chǔ)層滲透率分布直方圖

Fig.6 Frequency histogram showing the distribution of the porosity (a) and permeability (b) of the conglomerate reservoirs from the Shahejie Formation

3.2 物性特征

根據(jù)149個(gè)礫巖樣品物性的分析，研究區(qū)沙河街組礫巖類孔隙度主要分布在7.8%～32.4%之間，平均值16.1%左右，滲透率主要分布在0.11～4322.48mD之間，平均值為217.93mD。礫巖孔隙度表現(xiàn)為明顯的單峰分布特征，超過75%的樣品孔隙度分布在10%～20%之間，孔隙度大于20%的樣品占總樣品數(shù)的20%左右，而孔隙度小于10%的樣品僅有5%，總體顯示研究區(qū)礫巖類儲(chǔ)層中的孔隙以中孔為主[17](圖6a)；滲透率分布同樣表現(xiàn)為單峰特征，但主要在偏低端元分布，超過70%滲透率低于10mD，其中小于1mD的樣品比例超過40%，以低滲為主(圖6b)。沙河街組礫巖類儲(chǔ)層物性總體以中孔低滲為主，高孔高滲相對(duì)較少。在研究區(qū)礫巖中，含油氣層主要分布在孔隙度大于15%、滲透率大于10mD的礫巖中，即本文重點(diǎn)研究的有利礫巖類儲(chǔ)層。

4 有利儲(chǔ)層特征

4.1 巖石類型

對(duì)比研究區(qū)不同礫巖類巖石的物性特征可以看出，云質(zhì)礫巖的物性最好，其次是云質(zhì)砂礫巖和砂質(zhì)礫巖，其它類礫巖中發(fā)育的有利儲(chǔ)層很少(圖7)。此外，有利的礫巖類儲(chǔ)層還主要表現(xiàn)為礫石的磨圓度較好，分選性較好。

圖7 沙河街組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層礫巖類型分布圖

Fig.7 Histogram showing the distribution of the high-quality conglomerate reservoirs in the Shahejie Formation

圖8 沙河街組填隙物成分不同礫石的粒間孔隙

a. E2s砂巖填隙類礫石粒間孔隙;b.E2s碳酸鹽巖填隙類礫石粒間孔隙

Fig.8 Photomicrographs showing the intergranular pore types of the gravels with different interstitial compositions in the Shahejie Formation

4.2 礫石間填隙物特征

礫巖孔滲性與填隙物類型關(guān)系最為密切，填隙物中沉積巖巖屑、雜基、泥晶等含量較高時(shí)，物性差(圖8a)，其平均孔隙度為14.88%。以中、細(xì)粒砂巖和生物碎屑等為主要填隙物的礫巖中，物性較好(圖8b)，其平均孔隙度為22.48%，絕大多數(shù)有利儲(chǔ)層發(fā)育在這類礫巖中。當(dāng)?shù)[巖及其填隙物主要為碎屑巖時(shí)，其物性好壞與碎屑成分具有一定的關(guān)系，如其中的石英、長(zhǎng)石含量越高，儲(chǔ)層的物性更好，礫巖中的石英含量與礫巖孔隙度具有正相關(guān)關(guān)系(圖9)。

4.3 成巖作用及其對(duì)物性的影響

研究區(qū)礫巖成分復(fù)雜，在填隙物種類不同的礫巖中，發(fā)生的成巖作用也往往不同。如當(dāng)填隙物主要為生屑、鮞粒時(shí)，則發(fā)育包殼、襯墊與充填白云石膠結(jié)物(圖5b)；當(dāng)填隙物為陸源砂巖時(shí)，則發(fā)育長(zhǎng)石溶蝕、自生石英、自生高嶺石等成巖現(xiàn)象(圖5a)。礫巖中的建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕作用和包殼、襯墊白云石。礫巖中主要有兩種溶蝕現(xiàn)象：一是礫巖中花崗巖等巖漿巖礫石中的長(zhǎng)石斑晶被溶蝕(圖10a)，當(dāng)?shù)[石成分中不具長(zhǎng)石斑晶時(shí)，礫石中幾乎難見溶蝕孔隙發(fā)育(圖10b)；二是礫石間砂巖填隙物中的被溶蝕(圖8b)，如填隙物中砂巖含量高，一般就有較發(fā)育的長(zhǎng)石溶蝕形成的孔隙。

圖9 沙河街組礫巖中石英含量與孔隙度關(guān)系圖

Fig.9 Plot of quartz contents vs. porosity of the conglomerates in the Shahejie Formation

包殼、襯墊白云石由于形成時(shí)間較早，發(fā)育在顆粒邊緣的包殼與襯墊白云石對(duì)孔隙起到很好的保護(hù)作用，其可以有效地抵御壓實(shí)作用，減弱壓實(shí)作用對(duì)孔隙的破壞(圖11)。

圖11 沙河街組礫巖中發(fā)育的包殼、襯墊白云石

Fig.11 Coated and padded dolomites developed in the conglomerates from the Shahejie Formation

圖10 沙河街組礫巖中礫內(nèi)溶蝕孔隙

a.礫石內(nèi)長(zhǎng)石斑晶被溶蝕;b.礫石成分無長(zhǎng)石時(shí)粒內(nèi)溶孔不發(fā)育

Fig.10 Photomicrographs showing the development of the intragranular dissolved pores in the conglomerates from the Shahejie Formation

成巖作用對(duì)兩種填隙物的礫巖儲(chǔ)層的破壞也有差異，如圖12所示，填隙物為陸源碎屑時(shí)，主要受到壓實(shí)作用破壞；而填隙物為鮞粒時(shí)，主要受到膠結(jié)作用破壞。

5 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)沙河街組礫石類型復(fù)雜，主要為以云質(zhì)礫巖為主，其次為云質(zhì)砂礫巖。礫巖儲(chǔ)層物性較好，平均孔隙度為16.1%，平均滲透率為217.93mD。主要孔隙類型為殘余粒間孔、生物碎屑體腔孔和溶蝕孔。

礫巖的孔滲性與填隙物類型關(guān)系最為密切，當(dāng)填隙物為碳酸鹽巖時(shí)，物性相對(duì)較好，并以生物碎屑體腔孔為主；當(dāng)填隙物為碎屑巖時(shí)，物性相對(duì)較差，孔隙類型主要為長(zhǎng)石溶孔。礫巖中礫石的分選與磨圓度也對(duì)物性有控制作用，以分選好、磨圓度好的礫石為主的礫巖的物性更好。

研究區(qū)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大，在不同類型填隙物組成的礫巖中，發(fā)生的成巖作用有較大差異。當(dāng)填隙物主要為生屑、鮞粒時(shí)，主要建設(shè)性成巖作用為溶蝕作用與白云石析出作用，主要破壞性成巖作用為膠結(jié)作用；當(dāng)填隙物為砂巖時(shí)，主要建設(shè)性成巖作用為溶蝕作用，主要破壞作用為壓實(shí)作用。

圖12 礫巖負(fù)膠結(jié)物孔隙度圖

Fig.12 Negative cements porosity diagram of the conglomerates from the Shahejie Formation