渤海灣盆地黃驊坳陷二疊系致密砂巖儲(chǔ)層特征、主控因素及發(fā)育模式

韓國(guó)猛 吳雪松 崔 宇 付立新 李宏軍 王 輝 段潤(rùn)梅 郭淑文樓 達(dá) 刁麗穎（ 中國(guó)石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院；中國(guó)石油大港油田公司第五采油廠 ）

0 引言

隨著勘探進(jìn)程的深入，黃驊坳陷常規(guī)砂巖儲(chǔ)層發(fā)掘難度越來越大，二疊系致密砂巖儲(chǔ)層逐漸進(jìn)入勘探人員的視野，早在20 世紀(jì)80 年代扣村潛山二疊系致密砂巖儲(chǔ)層中就獲得工業(yè)油氣流，近年在烏馬營(yíng)—王官屯潛山二疊系致密砂巖儲(chǔ)層中獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，顯示出二疊系儲(chǔ)層良好的勘探潛力。但黃驊坳陷鉆遇二疊系儲(chǔ)層的井既有高產(chǎn)工業(yè)油氣流井，同樣也有干井，強(qiáng)烈的非均質(zhì)性嚴(yán)重制約了二疊系儲(chǔ)層的定量表征和勘探開發(fā)效率。目前針對(duì)二疊系致密砂巖儲(chǔ)層勘探開發(fā)最成功的地區(qū)為鄂爾多斯盆地[1-8]，該盆地與黃驊坳陷所處的渤海灣盆地相比，晚石炭世同屬華北濱淺海沉積，二疊系沉積環(huán)境相似[9-11]，但源自中生代開始的盆地演化差異造成了二疊系儲(chǔ)層特征及主控因素明顯不同。本文以黃驊坳陷二疊系致密砂巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，以實(shí)物鉆井取心、井壁取心為基礎(chǔ)，綜合分析鉆井、錄井、測(cè)井、地震等資料，明確二疊系潛山儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層主控因素，建立優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育模式，對(duì)下一步黃驊坳陷乃至整個(gè)渤海灣盆地二疊系油氣藏勘探部署具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中部，主要由歧口凹陷、滄東凹陷及夾持于兩者之間的孔店中央隆起帶構(gòu)成[12]（圖1a），歧口凹陷位于黃驊坳陷北部，滄東凹陷位于黃驊坳陷南部。與渤海灣盆地其他坳陷的基巖潛山不同，黃驊坳陷潛山沉積基底為古向斜區(qū)，潛山層系齊全，從奧陶系、石炭系、二疊系及中生界都有分布，具備多層系潛山的特點(diǎn)[13-14]，殘留地層分布面積達(dá)9800km2，二疊系殘留地層最厚達(dá)400m 以上，為二疊系致密砂巖油氣藏的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 黃驊坳陷二疊系地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of the Permian in Huanghua depression

二疊系從上到下依次為石千峰組，上石盒子組、下石盒子組及山西組（圖1b），二疊紀(jì)整個(gè)渤海灣盆地以辮狀河及曲流河沉積為主，其中下石盒子組厚度大，砂體穩(wěn)定分布，為二疊系主力儲(chǔ)層段。由于印支期以來整個(gè)黃驊坳陷南沉北抬的構(gòu)造格局[15]，造成二疊系儲(chǔ)層在黃驊坳陷南、北部埋深差異巨大，南部滄東凹陷二疊系保存完整，埋深超過4000m；北部歧口凹陷遭受中生代以來多次抬升及剝蝕，二疊系儲(chǔ)層保存并不完整，埋深在2000m 左右。

2 二疊系致密砂巖儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

二疊系巖石類型整體上以長(zhǎng)石砂巖及石英砂巖為主（圖2）。垂向上來看，石英砂巖（包括巖屑質(zhì)石英砂巖和長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖）僅分布于下石盒子組和上石盒子組，儲(chǔ)層內(nèi)石英含量自下而上呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)，而巖屑含量則表現(xiàn)為自下而上降低的趨勢(shì)（表1）。受距離物源遠(yuǎn)近的影響，歧口凹陷（埕海24 井至港古1-1 井一線）主要發(fā)育巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，而滄東凹陷儲(chǔ)層主要發(fā)育石英砂巖，石英含量最高可以達(dá)到90%以上（圖2）。巖屑類型以巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主，沉積巖巖屑含量較低。儲(chǔ)層孔隙中填隙物含量較高，平均含量可達(dá)17.76%，主要為黏土膠結(jié)物、碳酸鹽膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物（圖3）。

表1 黃驊坳陷二疊系重點(diǎn)層段巖石組分統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical rock composition of primary Permian sections in Huanghua depression

圖2 黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層巖石成分三角圖Fig.2 Triangular diagram of the Permian rock in Huanghua depression

圖3 黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層膠結(jié)物含量三角圖Fig.3 Triangular diagram of the Permian cements in Huanghua depression

2.2 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

通過鑄體薄片的觀察與分析，整體上二疊系儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間大多都是次生成因，以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准傲芽p為主（圖4），原生孔隙僅在下石盒子組有少量保存。

圖4 黃驊坳陷二疊系重點(diǎn)層段儲(chǔ)集空間分布直方圖Fig.4 Distribution histogram of the Permian reservoir space in Huanghua depression

粒間溶孔主要存在于下石盒子組，形成于儲(chǔ)層成巖作用階段，主要由長(zhǎng)石顆粒和巖漿巖巖屑的溶蝕改造形成，孔隙形態(tài)不規(guī)則，常呈現(xiàn)港灣狀等溶蝕殘余邊界，孔隙內(nèi)也常見礦物溶蝕殘余（圖5a），粒間溶孔改善了儲(chǔ)層孔滲性能。

圖5 黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間圖版Fig.5 Chart of the Permian reservoir space in Huanghua depression（a）港古1-1 井，1785.16m，下石盒子組，粒間溶孔；（b）徐7 井，1293.42m，山西組，長(zhǎng)石顆粒粒內(nèi)溶孔；（c）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子組，粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔；（d）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子組粒內(nèi)溶孔及鑄模孔；（e）滄參1 井，1235.93m，石千峰組，粒內(nèi)溶孔；（f）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子組，粒內(nèi)溶孔；（g）徐7 井，1293.42m，山西組，粒間溶孔及裂縫；（h）港古1-1 井，1785.16m，下石盒子組，沿礦物節(jié)理面溶蝕形成節(jié)理縫；Q—石英；Qc—石英次生加大邊；Kao—高嶺石；Kf—鉀長(zhǎng)石；C—方解石膠結(jié)物；Sid—菱鐵礦膠結(jié)物；Sp—溶蝕孔隙

粒內(nèi)溶孔及鑄?？字饕嬖谟谏鲜凶咏M及下石盒子組，其成因與粒間溶孔的成因類似，均為長(zhǎng)石顆粒和巖漿巖巖屑的溶蝕作用而在組分內(nèi)部形成的溶孔，孔隙形態(tài)同樣不規(guī)則，常呈現(xiàn)港灣狀等溶蝕殘余邊界，溶孔內(nèi)也常見所在礦物的溶蝕殘余物。此類孔隙雖然改善了儲(chǔ)層孔滲性能，但由于受到顆粒（礦物）外部輪廓的限制，孔隙的發(fā)育并沒有顯著增加孔喉的連通效應(yīng)（圖5b—f）。

裂縫主要表現(xiàn)為貫穿縫，呈不規(guī)則彎曲狀，常切割碎屑顆粒（圖5g），在二疊系各段均有發(fā)育，其發(fā)育主要得益于黃驊坳陷中生代以來的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使層段內(nèi)相對(duì)脆性沿層發(fā)生破裂而形成，另外沿礦物節(jié)理面也容易發(fā)生溶蝕作用形成節(jié)理縫（圖5h）。

2.3 儲(chǔ)層成巖演化特征

黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層在漫長(zhǎng)的埋藏演化過程中，經(jīng)歷了復(fù)雜而活躍的成巖改造，通過對(duì)二疊系伊/蒙混層中蒙皂石占比、最大熱解峰溫Tmax及鏡質(zhì)組反射率Ro值等參數(shù)的分析[16]，確定黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層盡管埋深相差很大（3000 m），但均處于中成巖作用A—B期（表2）。

在諸多成巖作用中，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用及破裂作用是制約儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性的四大因素。

黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層整體上壓實(shí)效應(yīng)較強(qiáng)，顆粒普遍可見凹凸接觸，零星可見縫合線接觸以及剛性顆粒的破碎。較強(qiáng)的壓實(shí)作用主要受控于二疊系多個(gè)期次的埋深，如滄東凹陷探井烏深1 井二疊系自沉積之后經(jīng)歷了印支早期、燕山早期及喜馬拉雅期3 期深埋作用；強(qiáng)烈的膠結(jié)作用是導(dǎo)致現(xiàn)今二疊系儲(chǔ)層物性整體偏差的另外一個(gè)主要原因，膠結(jié)物主要為黏土礦物及碳酸鹽礦物。二疊系儲(chǔ)層視壓實(shí)率及視膠結(jié)率分別可以達(dá)到70%及65%，根據(jù)碎屑巖成巖強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)[17]，屬于中強(qiáng)壓實(shí)及強(qiáng)膠結(jié)程度，因此溶蝕作用及破裂作用成為優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵因素。

表2 黃驊坳陷重點(diǎn)探井二疊系儲(chǔ)層成巖階段劃分表Table 2 Division of diagenetic stages of the Permian reservoirs in key exploration wells in Huanghua depression

2.4 儲(chǔ)層物性特征

整體上，黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層以下石盒子組儲(chǔ)層孔滲相對(duì)較好，其排驅(qū)壓力較小，分選系數(shù)偏小，揭示出較好的孔喉連通性，但其平均孔隙度為9%，滲透率為0.32mD，仍然屬于低孔—特低滲透儲(chǔ)層。二疊系儲(chǔ)層孔隙度隨埋深變化并不明顯（圖6），如港古1-1 井二疊系儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深為1800m，孔隙度為6%～13%，而營(yíng)古1 井二疊系儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深為4900m，孔隙度為4%～14%（圖7）。

圖6 黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層孔隙度隨埋深變化圖Fig.6 Porosity vs. depth of the Permian reservoir in Huanghua depression

3 儲(chǔ)層主控因素

影響碎屑巖儲(chǔ)層發(fā)育的因素眾多[18-25]，主要包括巖性特征、成巖作用特征、古地貌、古氣候及后期構(gòu)造改造等因素，綜合分析認(rèn)為黃驊坳陷二疊系致密砂巖儲(chǔ)層主要受巖性特征、早期油氣充注及后期構(gòu)造改造的影響。

3.1 巖性較純有利于孔隙保存

巖性對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層的發(fā)育和后期成巖改造具有重要影響。如上文所述，黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層物性隨埋深變化不大，埋深達(dá)到5000m 左右仍有較好儲(chǔ)層，其孔隙度最高可達(dá)到12%～14%，這與其巖性特征有密不可分的關(guān)系，滄東凹陷二疊系儲(chǔ)層埋深較大，但同時(shí)其巖石中石英含量較多，最高可以達(dá)到90%以上，儲(chǔ)層抗壓實(shí)作用增強(qiáng)，有利于孔隙的保存。

3.2 煤成油氣早期充注有利于儲(chǔ)層孔隙保存

黃驊坳陷石炭系及二疊系山西組發(fā)育煤系烴源巖，二疊系主力儲(chǔ)層上伏于煤系烴源巖之上，二者形成源上含油氣系統(tǒng)，煤系烴源巖總厚度可達(dá)1000m以上[26-27]，并且在晚三疊世就達(dá)到排烴門限。根據(jù)烏深1 井埋藏史及熱史分析，早期油氣充注發(fā)生在晚三疊世（印支末期），油氣進(jìn)入二疊系砂巖儲(chǔ)層后充注孔隙，延緩成巖作用，對(duì)孔隙的保存具有積極的作用。

3.3 印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為二疊系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素

二疊系儲(chǔ)層沉積之后受多期強(qiáng)烈壓實(shí)及膠結(jié)作用，儲(chǔ)層原生孔隙大幅減少，因此主要儲(chǔ)集空間是次生溶蝕孔隙及裂縫，而這兩者的形成都與印支期古構(gòu)造有密不可分的關(guān)系。

圖7 黃驊坳陷印支期古地質(zhì)圖Fig.7 Indo-Chinese palaeo-geologic map of Huanghua depression

3.3.1 印支期古隆起控制優(yōu)勢(shì)溶蝕指向

印支早期，黃驊坳陷整體處于抬升剝蝕階段，現(xiàn)今歧口凹陷區(qū)為當(dāng)時(shí)中央古隆起區(qū)，此區(qū)域二疊系受到強(qiáng)烈剝蝕缺失大部分地層（圖7），這從實(shí)鉆井中可以得到證實(shí)，如處于隆起區(qū)的板深701 井中生界直接覆蓋在奧陶系之上，缺失全部石炭系—二疊系，位于隆起區(qū)翼部的扣11 井只保留了二疊系下部地層（下石盒子組下部及山西組）。

印支期二疊系暴露地表，從巖石成分上來說，歧口凹陷二疊系儲(chǔ)層中長(zhǎng)石等易溶組分含量較高，大氣淡水淋濾作用強(qiáng)烈，因此印支期古隆起區(qū)具有良好的溶蝕指向，造成現(xiàn)今歧口凹陷周緣潛山中二疊系儲(chǔ)層溶蝕作用發(fā)育。如試油獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流的二疊系探井中1502 井及扣11 井（表3），分別位于歧口凹陷周緣潛山北大港潛山和扣村潛山，從薄片中可以看出二疊系儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間為溶蝕孔隙，溶蝕物主要為易溶的長(zhǎng)石及巖屑，長(zhǎng)石溶解的副產(chǎn)物、結(jié)晶形狀良好的次生高嶺石殘存在粒間孔隙中[28]，其溶蝕孔隙度最高可以達(dá)到24%（扣11 井）。

3.3.2 印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制裂縫發(fā)育

由于印支期古隆起區(qū)主要位于歧口凹陷，所以強(qiáng)溶蝕發(fā)育區(qū)主要集中在歧口凹陷周緣潛山，而在滄東凹陷二疊系溶蝕作用相對(duì)較弱，但是滄東凹陷營(yíng)古1井、官古1601 井依然獲得高產(chǎn)工業(yè)油流（表3），可見溶蝕作用不再是儲(chǔ)層主控因素。印支期黃驊坳陷由于受到東西向的擠壓作用，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，尤其是形成了一系列大型的逆沖推覆構(gòu)造（圖8），伴生大量的構(gòu)造裂縫，因此裂縫尤其是儲(chǔ)層微裂縫的發(fā)育成為滄東凹陷二疊系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層最直接的影響體現(xiàn)在裂縫的發(fā)育程度上，越來越多的油氣鉆探實(shí)踐表明，裂縫發(fā)育程度是致密砂巖儲(chǔ)層是否能獲得高產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素[29-33]，而逆沖斷層形成裂縫的強(qiáng)度和規(guī)模都要比正斷層大；另外滄東凹陷潛山二疊系儲(chǔ)層中石英等脆性礦物含量高，導(dǎo)致印支期活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成大量的構(gòu)造裂縫。

前人研究表明，與斷層相伴生的構(gòu)造裂縫往往發(fā)育于距斷層線一定范圍內(nèi)的區(qū)域（如距東喀爾巴阡山逆掩斷層10～40m 范圍內(nèi)[34]），但裂縫分布范圍的預(yù)測(cè)往往難度較大，研究發(fā)現(xiàn)采用最大負(fù)曲率地震屬性來預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育范圍具有一定的可靠性。以烏馬營(yíng)潛山為例，該潛山主逆沖斷層規(guī)模較大，角度高陡（傾角最高可達(dá)45°），經(jīng)預(yù)測(cè)烏馬營(yíng)主逆沖斷層裂縫帶寬度可達(dá)2.5km，裂縫發(fā)育區(qū)面積可達(dá)52km2，裂縫發(fā)育范圍比較廣（圖9）。

表3 黃驊坳陷探井試油情況表Table 3 Well test data of exploration wells in Huanghua depression

圖8 黃驊坳陷二疊系逆沖推覆構(gòu)造地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.8 Seismic section of the Permian thrust nappe in Huanghua depression (see Fig.1)

圖9 烏馬營(yíng)潛山下石盒子組裂縫預(yù)測(cè)與逆沖斷層疊合圖Fig.9 Overlap of thrust faults and predicted fractures in Lower Shihezi Formation in Wumaying buried hill

鉆井實(shí)踐也證實(shí)位于烏馬營(yíng)潛山主逆沖斷層附近二疊系儲(chǔ)層裂縫非常發(fā)育，如位于烏馬營(yíng)潛山逆沖推覆帶的烏深1 井，雖然距烏馬營(yíng)主逆沖斷層900m之遠(yuǎn)，但在二疊系鉆進(jìn)過程中發(fā)生多次鉆井液漏失，取心薄片等資料也證實(shí)裂縫大量存在（圖10a、b）；同樣位于烏馬營(yíng)潛山西側(cè)逆沖推覆帶的營(yíng)古2 井，二疊系取心段裂縫普遍發(fā)育（圖10c），其滲透率隨孔隙度增加呈指數(shù)增大趨勢(shì)，指示儲(chǔ)層為裂縫型儲(chǔ)層。

4 優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育模式

在綜合黃驊坳陷二疊系探井取心資料，以及鉆井、錄井、地震資料的基礎(chǔ)上，建立了黃驊坳陷二疊系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育模式圖（圖11）。

如前文所述，歧口凹陷由于靠近印支期古隆起區(qū)，具有優(yōu)勢(shì)的溶蝕指向，同時(shí)其巖石成分易溶組分如長(zhǎng)石及巖屑含量較高，二疊系儲(chǔ)層溶蝕作用強(qiáng)烈，易形成孔隙型儲(chǔ)層；而滄東凹陷溶蝕作用不發(fā)育，但印支期逆沖推覆作用強(qiáng)烈，造成二疊系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，加之早期油氣充注對(duì)儲(chǔ)層裂縫具有一定保護(hù)作用，易形成裂縫型儲(chǔ)層。因此印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致黃驊坳陷南北二疊系儲(chǔ)層差異性，歧口凹陷以孔隙型儲(chǔ)層為主，滄東凹陷以裂縫型儲(chǔ)層為主。

圖10 黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層裂縫圖版Fig.10 Chart of the Permian reservoir fractures in Huanghua depression（a）烏深1 井，4857.5m，鑄體薄片，儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育；（b）烏深1 井，4858m，普通薄片，微裂縫中可見早期油氣充注形成的烴類包裹體；（c）營(yíng)古2 井，4698.78～4699.02m，主要發(fā)育4 組裂縫，即2 組高角度斜交裂縫、1 組低角度裂縫及1 組水平裂縫

圖11 黃驊坳陷二疊系優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育模式圖Fig.11 Development model of the dominant Permian reservoirs in Huanghua depression

5 結(jié)論及啟示

通過對(duì)黃驊坳陷二疊系儲(chǔ)層特征進(jìn)行詳盡的研究，深入剖析了優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素，提出黃驊坳陷二疊系發(fā)育孔隙型及裂縫型兩類儲(chǔ)層：歧口凹陷二疊紀(jì)位于印支期古隆起區(qū)，具有良好的溶蝕指向，儲(chǔ)層溶蝕作用發(fā)育，易于形成溶蝕型優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層；滄東凹陷二疊紀(jì)印支期逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育，伴生形成大量裂縫，改善了儲(chǔ)層物性，在二疊系儲(chǔ)層溶蝕作用不發(fā)育的情況下依然可以形成裂縫型優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層。近年的勘探實(shí)踐表明在兩種不同類型儲(chǔ)層中均有高產(chǎn)油氣流井的發(fā)現(xiàn)，可見深埋型二疊系依然可以發(fā)育良好的儲(chǔ)層，打破了以往埋深超4500m 儲(chǔ)層不成藏的認(rèn)識(shí)，隨著基礎(chǔ)地質(zhì)研究的不斷深入，相信將會(huì)更好地助推二疊系高產(chǎn)井的發(fā)現(xiàn)。