渤海灣盆地東營凹陷高青地區(qū)中生界低滲透碎屑巖有效儲(chǔ)層特征及發(fā)育控制因素

王 亞,楊少春,路 研,馬寶全,趙永福,王永超

[1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580; 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071; 3.中國石化 勝利油田分公司 油氣勘探管理中心,山東 東營 257017]

渤海灣盆地東營凹陷高青地區(qū)的勘探工作始于20世紀(jì)60年代,經(jīng)過近50年的不懈努力,在中生界至古近系均有儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn),累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量2 764×104t,天然氣儲(chǔ)量41.42×108m3[1]。其中孔店組及其以上的沙(沙河街組)四段、沙三段、館陶組等勘探程度較高,中生界勘探程度較低。大量的勘探開發(fā)實(shí)踐表明,儲(chǔ)層的有效性是決定油氣成藏的關(guān)鍵因素[2-5],而現(xiàn)階段的研究多著重于研究區(qū)中生界構(gòu)造特征演化[6]、圈閉評(píng)價(jià)[7]、油氣運(yùn)移以及成藏規(guī)律[8-9],對(duì)有效儲(chǔ)層特征及發(fā)育控制因素鮮有涉及,且中生界儲(chǔ)層在埋藏后經(jīng)歷了多期的埋藏與隆升,成巖流體性質(zhì)也發(fā)生多次改變,儲(chǔ)層經(jīng)歷強(qiáng)烈改造而呈現(xiàn)低孔低滲的物性特征,有效儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素復(fù)雜,這些都嚴(yán)重制約了中生界的勘探部署,使油氣勘探難以取得突破。

本文以中生界白堊系西洼組及侏羅系蒙陰組為研究對(duì)象,利用巖石薄片分析、掃描電鏡和陰極發(fā)光觀察、物性統(tǒng)計(jì)、高壓壓汞以及流體包裹體分析測試等技術(shù)手段,對(duì)高青地區(qū)中生界碎屑巖有效儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究,并與非有效儲(chǔ)層進(jìn)行對(duì)比分析,深入探討有效儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素,預(yù)測有利的有效儲(chǔ)層勘探區(qū),以期為下一步的勘探工作提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高青地區(qū)位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷東營凹陷的西南部,高青大斷層的上升盤,北部為平方王凸起,東鄰博興洼陷,西接惠民凹陷,為南部凸起區(qū)和北部斜坡帶構(gòu)成的南高北低的單斜構(gòu)造[10],通過高青大斷層與東部博興洼陷烴源巖溝通,油氣成藏條件優(yōu)越(圖1)。白堊系西洼組和侏羅系蒙陰組是研究區(qū)中生界油氣主力儲(chǔ)層,自下而上發(fā)育一套辮狀河三角洲-辮狀河沉積,前緣水下分流河道和辮狀河道形成了主要的儲(chǔ)集砂體,包括細(xì)砂巖、粉砂巖及含礫砂巖儲(chǔ)層。

中生界現(xiàn)今構(gòu)造格局經(jīng)歷了多期次、多性質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加。晚三疊世印支運(yùn)動(dòng)的擠壓抬升使三疊系整體剝蝕而缺失。侏羅紀(jì)—早白堊世為初次埋藏階段,地層穩(wěn)定沉降接受沉積。晚白堊世,受燕山運(yùn)動(dòng)的影響,地層隆升遭受剝蝕,進(jìn)入抬升暴露階段,同時(shí)高青大斷層開始活動(dòng),發(fā)育褶皺和近南北向逆斷層。受斷層活動(dòng)的影響,青城凸起開始形成并持續(xù)抬升[11],使得中生界呈現(xiàn)差異性剝蝕,自北向南剝蝕程度增大。進(jìn)入新近紀(jì)之后,高青大斷層活動(dòng)速率減弱[12],青城凸起逐漸停止抬升,中生代地層穩(wěn)定下沉進(jìn)入二次埋藏階段,并接受來自博興生油洼陷的油氣充注。

2 有效儲(chǔ)層基本特征

有效儲(chǔ)層指達(dá)到一定儲(chǔ)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)之上,能夠儲(chǔ)存和滲濾流體,且在現(xiàn)今工藝條件下能夠采出工業(yè)油流的儲(chǔ)集層[13]。采取正逆累積法,利用測試、試油數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)階段的采油工藝和開發(fā)技術(shù)水平,綜合厘定了中生界有效儲(chǔ)層的物性下限：孔隙度下限值9%,滲透率下限值為1×10-3μm2,儲(chǔ)層物性在此標(biāo)準(zhǔn)之上的都為有效儲(chǔ)層。

2.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)中生界碎屑巖有效儲(chǔ)層的巖石類型主要為長石石英砂巖和巖屑長石砂巖。有效儲(chǔ)層砂巖骨架顆粒中,石英所占相對(duì)體積百分含量為72.05%,長石為17.48%,以斜長石為主,巖屑為10.47%。有效儲(chǔ)層中不同粒級(jí)砂巖均有發(fā)育,顆粒粒度中值在0.1～0.5 mm,主要為中砂和細(xì)砂。碎屑顆粒磨圓中等,整體為次圓-次棱角,分選較差,以顆粒支撐為主,顆粒之間多呈點(diǎn)-線接觸。填隙物以膠結(jié)物為主,平均體積百分含量為5.24%,主要為碳酸鹽膠結(jié)物,雜基含量較低,平均體積百分含量為0.79%,主要為粘土雜基。總體上,高青地區(qū)中生界有效儲(chǔ)層具有中等成分成熟度和中等結(jié)構(gòu)成熟度的巖石組構(gòu)特征。

2.2 儲(chǔ)集空間特征

通過對(duì)研究區(qū)中生界100多張鑄體薄片觀察,結(jié)合掃描電鏡、碎屑巖成巖作用、粒間膠結(jié)物分析發(fā)現(xiàn),有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主,剩余粒間孔面孔率一般低于2%,多呈三角形或不規(guī)則多邊形,但連通性較好(圖2f,g)。

圖1 東營凹陷高青地區(qū)構(gòu)造位置(a)、地震剖面(b)及地層柱狀圖(c)Fig.1 Structural location(a),seismic profile(b)and stratigraphic column(c)of Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

次生孔隙作為有效儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間,又以長石、巖屑和碳酸鹽膠結(jié)物等酸不穩(wěn)定礦物溶蝕產(chǎn)生的次生溶孔為主,其次為微裂縫。次生溶孔是最重要的儲(chǔ)集空間類型,按照可溶物質(zhì)差異及面孔率由大到小可分為長石溶蝕粒內(nèi)孔隙、碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕粒間孔隙以及巖屑溶蝕粒內(nèi)孔隙。長石顆粒溶孔具有3種產(chǎn)出形式：沿解理面溶蝕呈蜂窩狀溶孔(圖2a)、沿顆粒邊緣溶蝕呈港灣狀溶孔(圖2a,b)以及顆粒完全溶蝕呈鑄膜孔(圖2a,c)。碳酸鹽膠結(jié)物通常呈不規(guī)則溶蝕,溶孔內(nèi)可見膠結(jié)物的溶蝕殘余(圖2b,d,e)。巖屑顆粒溶蝕程度較低,往往沿著顆粒邊緣向內(nèi)部溶蝕,與粒間孔隙組合形成擴(kuò)大孔(圖2d)。微裂縫在石英等剛性顆粒含量較高的砂巖中較為發(fā)育,主要為構(gòu)造裂縫,往往切穿碎屑顆粒并延伸較遠(yuǎn),鏡下觀察到的微裂縫寬度為10～200 μm,所能提供儲(chǔ)集空間有限,但微裂縫附近的顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕(圖2h),能夠顯著改善儲(chǔ)層滲流性能。

2.3 物性和孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)G41、G56和G54三口井共計(jì)465塊巖樣實(shí)測物性數(shù)據(jù),中生界有效儲(chǔ)層孔隙度主要集中在9%～17%,主體為低孔有效儲(chǔ)層,占59.50%,中孔有效儲(chǔ)層占40.50%；滲透率主要集中在1×10-3～20×10-3μm2,主體為低滲有效儲(chǔ)層,占80.17%,中滲有效儲(chǔ)層占19.83%。

圖2 東營凹陷高青地區(qū)中生界有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型Fig.2 Effective reservoir space types of the Mesozoic in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.長石顆粒沿邊緣溶蝕、沿解理面溶蝕以及鑄膜孔,G56井,埋深951.82 m,藍(lán)色鑄體薄片；b.長石溶蝕粒內(nèi)孔隙和方解石膠結(jié)物溶蝕粒間孔隙,G41井,埋深1 240.16 m,藍(lán)色鑄體薄片；c.長石鑄膜孔,G56井,埋深941.7 m,掃描電鏡；d.方解石膠結(jié)物溶蝕粒間孔隙和巖屑粒內(nèi)溶孔,G41井,埋深1 279.35 m,藍(lán)色鑄體薄片；e.碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕殘余,G41井,埋深1 279.35 m,藍(lán)色鑄體薄片；f.剩余粒間孔,G54井,埋深2 103.5 m,掃描 電鏡；g.剩余粒間孔,G56井,埋深938.5 m,掃描電鏡；h.微裂縫,G41井,埋深1 264.74 m,藍(lán)色鑄體薄片Qtz.石英顆粒；Cc.方解石；Pl.斜長石；Bi.儲(chǔ)層瀝青；P.粒間孔隙；MP.鑄膜孔

高壓壓汞測試可以便捷、有效地表征巖石孔喉大小和分布[14]。對(duì)中生界39塊樣品進(jìn)行了高壓壓汞測試分析,結(jié)果表明：有效儲(chǔ)層具有較低的排驅(qū)壓力(圖3a,b),分布在0.03～0.31 MPa,表明其具有較大的最大孔喉半徑,通常與連通的較大孔喉系統(tǒng)有關(guān)[15],同時(shí)其孔徑具有雙峰分布的特征,砂巖內(nèi)中孔喉和小孔喉共存。其中連通性較好的中孔喉主要為次生溶孔和剩余粒間孔隙(圖2a,b,f,g),對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)高達(dá)80%以上,是有效儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵孔隙類型。非有效儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力較高,孔徑呈單峰分布特征(圖3c,d),表明其孔喉大小集中分布,且主要為連通性差的小孔喉,剩余粒間孔隙基本全部損失,次生溶孔發(fā)育程度低,儲(chǔ)層物性較差。

2.4 成巖作用及演化特征

成巖作用及演化特征決定了儲(chǔ)層物性的演化[16]。高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層成巖演化與埋藏過程具有密切的聯(lián)系,在不同的埋藏階段發(fā)育不同類型的成巖作用,其中壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響最為顯著。下面針對(duì)這3種成巖作用進(jìn)行詳細(xì)闡述,并利用視壓實(shí)率、視膠結(jié)率、視溶蝕率定量表征其成巖強(qiáng)度[17]。

2.4.1 壓實(shí)作用

中生界儲(chǔ)層在白堊紀(jì)晚期的最大埋深達(dá)到2 700 m～3 200 m,強(qiáng)壓實(shí)作用使得粒間體積迅速衰減,體現(xiàn)為顆粒的定向排列、顆粒之間呈線接觸、云母及塑性巖屑的彎曲變形等(圖4a,b),大大破壞了儲(chǔ)層原始孔隙。中生界儲(chǔ)層平均視壓實(shí)率可達(dá)84.69%,而有效儲(chǔ)層中平均視壓實(shí)率約為73.22%,壓實(shí)作用強(qiáng)度明顯減弱,顆粒之間接觸強(qiáng)度減小,呈點(diǎn)-線接觸(圖2a,b)。

2.4.2 膠結(jié)作用

中生界儲(chǔ)層膠結(jié)作用強(qiáng)度中等,平均視膠結(jié)率為32.55%,而有效儲(chǔ)層中膠結(jié)作用強(qiáng)度較弱,平均視膠結(jié)率為17.83%。有效儲(chǔ)層中膠結(jié)物類型多樣,包括碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、粘土礦物膠結(jié)物,其中硅質(zhì)膠結(jié)物(平均體積百分含量0.86%)和粘土礦物膠結(jié)物(平均體積百分含量0.13%)對(duì)有效儲(chǔ)層發(fā)育影響較小,而碳酸鹽膠結(jié)物含量較高,且呈現(xiàn)多期次成因的特征,故重點(diǎn)進(jìn)行分析闡述。根據(jù)膠結(jié)物與成巖礦物共生關(guān)系、成巖事件發(fā)生的先后順序,將碳酸鹽膠結(jié)物劃分為成因和產(chǎn)狀均存在差異的早、中、晚3期。

1) 早期基底式碳酸鹽膠結(jié)物

該類膠結(jié)物為過飽和的堿性湖水介質(zhì)中直接析出的產(chǎn)物[18],形成于大規(guī)模壓實(shí)作用之前,主要呈基底式產(chǎn)出,包括方解石和白云石膠結(jié)物,通常圍繞碎屑顆粒生長,使得巖石骨架顆?！捌　逼渖?圖4c,d)。通過巖石薄片和陰極發(fā)光觀察發(fā)現(xiàn),早期碳酸鹽膠結(jié)物在有效儲(chǔ)層成巖演化過程中難以保存,多被完全溶蝕或交代,成巖恢復(fù)后的含量在3%～8%,顯著高于非有效儲(chǔ)層的0～6%,對(duì)埋藏早期的孔隙保存具有重要意義。

圖3 東營凹陷高青地區(qū)中生界有效儲(chǔ)層(a,b)和非有效儲(chǔ)層(c,d)的孔喉分布特征Fig.3 Distribution characteristics of pore throats in the Mesozoic effective(a,b)and non-effective(c,d)reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.G41井，埋深1 255.68 m，孔隙度為16.2%，滲透率為13.6×10-3 μm2，排驅(qū)壓力為0.052 MPa，最大孔隙半徑為14.14 μm，平均孔隙半徑為3.75 μm；b.G54井，埋深2 104.5 m，孔隙度為11.8%，滲透率為6.9×10-3 μm2，排驅(qū)壓力為0.172 MPa，最大孔隙半徑為4.27 μm，平均孔隙半徑為0.82 μm；c.G59井，埋深1 510.1 m，孔隙度為10.0%，滲透率為0.033×10-3 μm2，排驅(qū)壓力為1.268 MPa，最大孔隙半徑為0.58 μm，平均孔隙半徑為0.14 μm； d.G56井，埋深942.5 m，孔隙度為7.3%，滲透率為0.004×10-3 μm2，排驅(qū)壓力為2.550 MPa，最大孔隙半徑為0.29 μm，平均孔隙半徑為0.07 μm

2) 中期孔隙式方解石膠結(jié)物

隨著埋深、地溫以及pH值增加,成巖孔隙流體中過飽和的Ca2+重新沉淀形成了中期的方解石膠結(jié)物。該類膠結(jié)物會(huì)充填孔隙,堵塞喉道,對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的破壞作用顯著。中期方解石膠結(jié)物總體含量較高,最高可達(dá)10%,在有效儲(chǔ)層中含量相對(duì)較低,平均為3.4%,多充填在次生溶孔中,形成時(shí)間晚于大規(guī)模溶蝕作用,同時(shí)部分被后期油氣充注所攜帶的有機(jī)酸溶蝕,形成具有瀝青黑邊的粒間溶孔,說明其形成時(shí)間又早于油氣充注事件(圖4d—f)。

3) 晚期點(diǎn)狀鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)物

油氣充注的烴類流體會(huì)將粘土礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的Fe3+還原為Fe2+,在還原環(huán)境下進(jìn)入CaCO3和MgCO3礦物晶格,形成晚期鐵方解石和鐵白云石膠結(jié)物[19]。晚期鐵方解石主要呈交代碳酸鹽膠結(jié)物或顆粒產(chǎn)出,對(duì)儲(chǔ)層物性影響較小(圖4c,f)。

2.4.3 溶蝕作用

受構(gòu)造隆升控制的大氣淡水淋濾作用以及生油洼陷生排烴史控制的油氣充注事件產(chǎn)生的多期溶蝕作用使得儲(chǔ)層中砂巖骨架顆粒和膠結(jié)物的溶蝕現(xiàn)象普遍發(fā)育[20](圖4g,h)。中生界儲(chǔ)層中的平均視溶蝕率都達(dá)到90%以上,但溶蝕增孔率普遍較低,平均為1.46%。有效儲(chǔ)層中砂巖的溶蝕程度較高,溶蝕增孔率平均為4.82%。根據(jù)掃描電鏡觀察,部分次生溶孔充填大量的書頁狀高嶺石集合體以及自生微晶石英,是規(guī)模溶蝕作用進(jìn)行的證據(jù)之一[21](圖4i,j)。

總體上,研究區(qū)中生界儲(chǔ)層具有強(qiáng)壓實(shí)、中等膠結(jié)和中等溶蝕的成巖作用背景,成巖演化序列如圖5所示,而有效儲(chǔ)層的成巖特征表現(xiàn)為中等壓實(shí)、弱膠結(jié)和強(qiáng)溶蝕作用。壓實(shí)作用與膠結(jié)作用在孔隙損失中的相對(duì)貢獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,壓實(shí)作用是中生界儲(chǔ)層孔隙損失的最主要因素(圖6)。不同成因和期次的碳酸鹽膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層影響不同,溶蝕作用是能夠改善儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵成巖改造因素。

3 有效儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

3.1 原始沉積條件是有效儲(chǔ)層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

原始沉積條件是形成有效儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)后期構(gòu)造壓實(shí)、成巖改造具有控制作用[22]。對(duì)不同沉積微相砂巖物性、巖石組構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)(表1),砂巖物性與沉積水動(dòng)力條件具有明顯的相關(guān)性。高能的水動(dòng)力環(huán)境如辮狀河三角洲前緣水下分流河道、辮狀河道、辮狀河河床滯留沉積形成的砂巖物性要好于相對(duì)低能的水動(dòng)力環(huán)境如沖積平原、辮狀河三角洲前緣水下分流河道間以及辮狀河河漫灘形成的砂巖。這主要是由于高能水動(dòng)力條件沉積的砂巖中剛性組分如石英、長石含量高,儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力強(qiáng),埋藏過程中更有利于孔隙保存,而低能水動(dòng)力條件形成的砂巖中塑性組分如軟巖屑、泥質(zhì)雜基的含量相對(duì)較高,塑性巖屑在壓實(shí)過程中發(fā)生塑性變形,形成假雜基充填孔隙,砂巖壓實(shí)程度迅速增加,儲(chǔ)層物性較差。此外,高能的水動(dòng)力環(huán)境沉積的砂巖粒度較粗,原始粒間孔隙更為發(fā)育,孔隙連通性更好,有利于成巖流體的運(yùn)移、注入,為后期溶蝕作用提供有利條件[23]。

圖4 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層成巖作用特征Fig.4 Diagenetic characteristics of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.巖屑彎曲變形,顆粒呈線接觸,G59井,埋深1 009.1 m；b.巖屑彎曲變形,白云母破裂,G41井,埋深1 321.68 m；c.早期方解石膠結(jié)物基底式膠結(jié),部分被晚期鐵方解石交代,紅色染色為早期方解石膠結(jié)物,紫紅色染色為晚期鐵方解石膠結(jié)物,G41井,埋深1 060.0 m；d.中期方解石膠結(jié)物充填早期白云石膠結(jié)物溶蝕孔隙,部分被有機(jī)酸溶蝕,G41井,埋深1 325.64 m；e.中期方解石膠結(jié)物充填長石粒內(nèi)溶孔和早期方解石溶孔,方解石發(fā)橙黃色光,G41井,埋深1 237.99 m,陰極發(fā)光；f.中期方解石被有機(jī)酸溶蝕,晚期鐵白云石交代中期方解石膠結(jié)物,晚期鐵白云石鑄體染色呈亮藍(lán)色,G41井,埋深1 240.16 m；g.長石顆粒沿解理面溶蝕,G56井,埋深940.3 m,掃描電鏡；h.長石顆粒溶蝕,G56井,埋深938.5 m,掃描電鏡；i.溶孔中充填的自生書頁狀高嶺石集合體,G41井,埋深1 280.45 m,掃描電鏡；j.溶孔中充填的自生石英微晶,G41井,埋深1 218.68 m,掃描電鏡; k.石英顆粒微裂 縫中的烴類(OL)和鹽水包裹體(SL),G41井,埋深1 551.0 m；l.石英顆粒微裂縫中的烴類(OL)和鹽水包裹體(SL),G56井,埋深955.82 mQtz.石英顆粒；Cc.方解石；Dol.白云石；Ank.鐵白云石；Ms.白云母；Kao.高嶺石；Mi.微斜長石；Pl.斜長石；Bi.儲(chǔ)層瀝青；I/S.伊蒙混層；Ill.伊利石；MQ.微晶石英

3.2 有效儲(chǔ)層發(fā)育過程中的保孔作用

3.2.1 早期碳酸鹽膠結(jié)與差異壓實(shí)

早期碳酸鹽膠結(jié)物的分布與沉積水動(dòng)力條件有關(guān),在低能水動(dòng)力條件沉積相帶,沉積期泥質(zhì)含量高,砂巖呈雜基支撐,往往發(fā)育泥質(zhì)充填作用,而高能的水動(dòng)力條件下,地層水鹽度大,埋藏早期容易形成早期碳酸鹽膠結(jié)物。為探究早期碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層壓實(shí)作用的影響,引入壓實(shí)減孔率來定量表征砂巖儲(chǔ)層在壓實(shí)過程中的孔隙損失[24],計(jì)算公式如下：

(1)

式中：對(duì)于分選較好的細(xì)砂巖,一般默認(rèn)其原始孔隙度為40%；粒間體積為鑄體薄片統(tǒng)計(jì)的粒間孔隙和填隙物之和。

圖5 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層成巖演化序列Fig.5 Diagenetic evolution sequence of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

圖6 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層壓實(shí)作用和膠結(jié)作用在孔隙損失中的貢獻(xiàn)Fig.6 Contribution of compaction and cementation to pore loss of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

基于鑄體薄片觀察對(duì)壓實(shí)減孔率和早期碳酸鹽膠結(jié)物含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：早期碳酸鹽膠結(jié)物含量與壓實(shí)減孔率具有良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著早期碳酸鹽膠結(jié)物含量的升高,儲(chǔ)層壓實(shí)強(qiáng)度減小,壓實(shí)減孔率降低,更有利于有效儲(chǔ)層的發(fā)育(圖7a)。經(jīng)計(jì)算,有效儲(chǔ)層中早期碳酸鹽膠結(jié)物的平均含量為4.96%,平均壓實(shí)減孔率為74.60%,而非有效儲(chǔ)層中早期碳酸鹽膠結(jié)物平均含量為2.46%,平均壓實(shí)減孔率為85.87%。因此早期碳酸鹽膠結(jié)物能夠“減壓?？住?削弱壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞,是中生界儲(chǔ)層產(chǎn)生差異壓實(shí)的主要原因。此外,早期碳酸鹽膠結(jié)物可以為后期溶蝕作用提供充足的易溶物質(zhì),是規(guī)模溶蝕作用進(jìn)行的必要條件之一,其含量越高次生溶孔也越發(fā)育(圖7b)。

3.2.2 開放水-巖體系對(duì)中期方解石膠結(jié)的抑制作用

微觀面孔率的微小變化在儲(chǔ)層宏觀物性上會(huì)呈現(xiàn)出較大的差異,因此膠結(jié)物對(duì)面孔率的破壞作用會(huì)顯著的減少儲(chǔ)層物性。早期碳酸鹽膠結(jié)物在抬升暴露階段多被淋濾溶蝕,對(duì)現(xiàn)今孔隙結(jié)構(gòu)以?？鬃饔脼橹?而破壞作用微弱；中期碳酸鹽膠結(jié)物含量高,且形成于大規(guī)模溶蝕作用之后,對(duì)儲(chǔ)層孔隙損失的貢獻(xiàn)僅次于壓實(shí)作用。

位于高能的沉積相帶以及不整合面附近的中生界儲(chǔ)層往往具有相對(duì)開放的水-巖體系,是有效儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)[25],這些儲(chǔ)層基本具有以下的共同點(diǎn)：① 原始孔隙條件好；② 埋藏過程中孔隙保存程度高；③ 大氣淡水淋濾溶蝕改造程度高；④ 孔隙結(jié)構(gòu)以中孔喉為主。在相對(duì)開放的水-巖體系中,砂巖孔隙連通性好,孔隙成巖流體流動(dòng)暢通,物質(zhì)交換更加頻繁,因此溶蝕反應(yīng)進(jìn)行的更徹底,同時(shí)溶蝕產(chǎn)物能夠及時(shí)排出,不易形成中期方解石膠結(jié)物；而相對(duì)封閉的水-巖體系中,儲(chǔ)層溶蝕程度較低,溶蝕產(chǎn)物難以及時(shí)排出,同時(shí)也會(huì)接受來自儲(chǔ)層其他部位的高濃度Ca2+,從而原地沉淀形成大量的方解石膠結(jié)物,堵塞次生孔隙和喉道,形成致密的碳酸鹽膠結(jié)帶。鑄體薄片、陰極發(fā)光薄片分析結(jié)果也顯示：開放的水-巖體系中期方解石膠結(jié)較弱,儲(chǔ)層孔隙得到有效的保存(圖8)。由此可見,相對(duì)開放的水-巖體系一定程度上能夠抑制中期方解石膠結(jié),從而保護(hù)儲(chǔ)層物性。

3.3 有效儲(chǔ)層發(fā)育過程中的增孔作用

3.3.1 淋濾溶蝕和有機(jī)酸溶蝕作用

中生界儲(chǔ)層溶蝕作用所需的酸性流體主要有兩大來源：大氣淡水和油氣充注。古近系沉積前,在合適的構(gòu)造部位,中生代地層經(jīng)歷了長期暴露和風(fēng)化剝蝕作用[26],含CO2的大氣淡水在重力作用下進(jìn)入碎屑巖孔隙系統(tǒng),形成無機(jī)酸-巖石反應(yīng),酸溶性組分發(fā)生溶蝕,產(chǎn)生淋濾溶蝕孔隙[27-28]。作為中生界有效儲(chǔ)層的重要儲(chǔ)集空間,淋濾溶蝕孔隙的面孔率與距中生界頂面不整合距離具有明顯的相關(guān)性：垂向上距離中生界頂面不整合越近,淋濾溶蝕孔隙越發(fā)育(圖9)。此外,流體包裹體的巖相學(xué)觀察以及測溫結(jié)果顯示(圖4k,l),中生界存在兩期成藏事件,分別位于東營組沉積末期以及明化鎮(zhèn)組沉積晚期,且以明化鎮(zhèn)組沉積晚期的油氣充注規(guī)模最大。油氣充注主導(dǎo)的有機(jī)酸成巖環(huán)境中會(huì)發(fā)生酸不穩(wěn)定礦物的溶蝕,形成有機(jī)酸溶蝕孔隙[29]。對(duì)兩種不同成因類型的溶孔在儲(chǔ)層中的相對(duì)比重進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明：中生界儲(chǔ)層的溶孔類型以淋濾溶蝕孔隙為主(圖9),這主要是由于兩期油氣充注事件發(fā)生在主要的成巖改造事件之后,此時(shí)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)基本定型,因而對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕改造作用較小。

表1 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層不同沉積微相砂巖物性和巖石組構(gòu)統(tǒng)計(jì)Table 1 Physical properties and rock fabric statistics of sandstones of different sedimentary microfacies of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

圖7 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層早期碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)壓實(shí)作用(a)和溶蝕作用(b)的影響Fig.7 Impact of early carbonate cementation of the Mesozoic reservoirs on compaction(a)and dissolution(b)in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

3.3.2 斷層活動(dòng)

高青大斷層及其派生斷裂的活動(dòng)使得斷層附近的儲(chǔ)層局部發(fā)育微裂縫,能夠改善儲(chǔ)層滲流能力,有效溝通酸性流體,促進(jìn)溶蝕作用進(jìn)行,增強(qiáng)孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性。同時(shí)高青大斷層作為油源斷層,其活動(dòng)時(shí)間與大規(guī)模油氣充注時(shí)間相匹配,作為油氣的垂向運(yùn)移通道,很大程度上控制了油氣的分布[30]。中生界的油氣顯示長度和油藏油柱高度均與距油源斷層距離呈現(xiàn)一種較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖10),可見距離高青大斷層越近的儲(chǔ)層油氣充注規(guī)模越大,易于富集油氣。

4 有利勘探區(qū)預(yù)測

綜合以上對(duì)于有效儲(chǔ)層發(fā)育過程中的?？缀驮隹鬃饔玫南嚓P(guān)分析,并基于有效儲(chǔ)層厚度的平面展布(圖11),對(duì)有效儲(chǔ)層進(jìn)行分級(jí)綜合評(píng)價(jià),并預(yù)測有利的勘探區(qū)帶(圖12)。Ⅰ類有效儲(chǔ)層位于凸起區(qū)緊鄰高青大斷層的區(qū)域,為強(qiáng)烈改造型有效儲(chǔ)層,其有效儲(chǔ)層厚度大,在埋藏過程中經(jīng)受了長期的淋濾溶蝕作用,次生孔隙非常發(fā)育,儲(chǔ)層物性好,同時(shí)距離高青大斷層(油源斷層)近,裂縫發(fā)育,油氣疏導(dǎo)和儲(chǔ)集條件好,是最有利的勘探區(qū)帶。Ⅱ類有效儲(chǔ)層位于凸起區(qū)以及靠近凸起區(qū)的區(qū)域,距離高青大斷層較近,為有利沉積條件和中等溶蝕改造疊加形成,其原始沉積條件好,儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力強(qiáng),且水-巖體系較為開放,中期碳酸鹽膠結(jié)較弱,次生孔隙和裂縫較為發(fā)育,是比較有利的勘探區(qū)帶。Ⅲ類有效儲(chǔ)層發(fā)育在有利的沉積相帶,原生孔隙保存條件好,但儲(chǔ)層溶蝕改造程度相對(duì)較低,次生孔隙和裂縫發(fā)育程度低,勘探潛力中等。

圖8 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層中不同水-巖體系中期方解石膠結(jié)物典型發(fā)育特征Fig.8 Defining features of mid-stage calcite cement development from different water-rock systems of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.G41井,埋深1 279.35 m,辮狀河三角洲前緣水下分流河道微相；b.G54井,埋深2 105.0 m,辮狀河道微相；c.G59井,埋深1 510.1 m,沖積平原微相；d.G41井,埋深1 424.34 m,辮狀河三角洲前緣水下分流河道間微相a—d.壓汞測試數(shù)據(jù)表;a1—d1.a—d對(duì)立鑄體薄片照片;a2—d2.a—d對(duì)應(yīng)陰極發(fā)光照片

圖9 東營凹陷高青地區(qū)中生界儲(chǔ)層面孔率與距中生界頂面不整合距離關(guān)系Fig.9 Relationship between plane porosity and vertical distance from the top unconformity of the Mesozoic reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.不同類型溶蝕孔隙面孔率與距中生界頂面不整合距離關(guān)系；b.次生溶孔總面孔率與距中生界頂面不整合距離關(guān)系

圖10 東營凹陷高青地區(qū)中生界油氣分布與距油源斷層距離關(guān)系Fig.10 Relationship between Mesozoic oil and gas distribution and distance from source-related faults in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basina.油氣顯示長度與距油源斷層距離關(guān)系; b.油柱高度與距油源斷層距離關(guān)系

圖11 東營凹陷高青地區(qū)中生界有效儲(chǔ)層厚度平面分布Fig.11 Plane distribution of Mesozoic effective reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

圖12 東營凹陷高青地區(qū)中生界有效儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)及預(yù)測Fig.12 Integrated evaluation and prediction of Mesozoic effective reservoirs in Gaoqing Region,Dongying Depression,Bohai Bay Basin

5 結(jié)論

1) 壓實(shí)作用是研究區(qū)中生界儲(chǔ)層孔隙損失的主要因素,高能水動(dòng)力條件下形成的剛性顆粒含量高、分選好的砂巖能夠削弱壓實(shí)作用的減孔效應(yīng),是有效儲(chǔ)層形成的物質(zhì)基礎(chǔ),而早期成因的碳酸鹽膠結(jié)物能夠支撐砂巖骨架顆粒,具有“減壓?？住弊饔谩Ｖ衅谔妓猁}膠結(jié)是次要的孔隙損失因素,有效儲(chǔ)層中相對(duì)開放的水-巖體系能夠抑制中期方解石膠結(jié),從而保護(hù)儲(chǔ)層物性。大氣淡水的淋濾溶蝕和油氣充注伴隨的有機(jī)酸溶蝕作用產(chǎn)生的次生溶孔有效改善了砂巖孔隙結(jié)構(gòu),是有效儲(chǔ)層物性改善的關(guān)鍵成巖改造因素。高青大斷層的活動(dòng)能夠產(chǎn)生微裂縫,改善儲(chǔ)層滲流能力,促進(jìn)溶蝕作用進(jìn)行,并控制著油氣的分布。

2) 中生界有效儲(chǔ)層勘探潛力由高到低可分為：Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類有效儲(chǔ)層。有利的勘探區(qū)帶主要位于凸起區(qū)附近、靠近高青大斷層、具有有利原始沉積組構(gòu)的有效儲(chǔ)層分布區(qū),其有效儲(chǔ)層形成于有利沉積微相,儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力強(qiáng)、水-巖體系開放、中期碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)度弱、溶蝕改造程度高、裂縫較為發(fā)育,油氣的疏導(dǎo)和儲(chǔ)集條件好,油氣易于富集。