歧口凹陷歧北斜坡白云巖演化規(guī)律研究

鐘瑋 田偉秀 唐璇 楊帆 林常梅 于新

摘要：在古近系沙河街組沙一段沉積期，為歧口凹陷最大湖擴(kuò)期，在西南部整體古地理為寬緩的湖灣環(huán)境，氣候潮濕溫暖，物源供給較弱，在這種條件下，該地區(qū)發(fā)育大面積的碳酸鹽巖沉積，以白云巖夾油頁(yè)巖互層分布為特征。利用歧北斜坡兩口重點(diǎn)井的巖心資料，對(duì)該區(qū)內(nèi)的白云巖演化特征進(jìn)行分析。研究表明，湖平面的升降決定了古地理環(huán)境，直接影響了白云巖發(fā)育的類型。歧北高斜坡區(qū)，水體較中斜坡淺，自下而上發(fā)育生屑灰?guī)r、微晶云巖、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r，表明古地理環(huán)境由粒屑灘一局限洼地一湖灣的演化過程;而在歧北中斜坡區(qū)，位于港西凸起周緣，早期主要為淺灘環(huán)境，發(fā)育灰質(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)r，向上過渡為微晶云巖、泥質(zhì)云巖、泥巖，湖平面的多次升降，決定了該區(qū)古地理環(huán)境由淺灘一局限洼地一湖灣一半深湖的演化過程。通過地質(zhì)鉆探，該區(qū)在部分區(qū)域的白云巖已發(fā)現(xiàn)油層，證明該區(qū)白云巖儲(chǔ)集層具有良好油氣潛力，白云巖儲(chǔ)集層已成為歧口凹陷古近系非常規(guī)油氣增儲(chǔ)的重要領(lǐng)域之一。

關(guān)鍵詞：白云巖;演化規(guī)律;碳酸鹽巖

中圖分類號(hào)：TE122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-1903（2019）01-0054-06

0引言

眾所周知，世界上一半的油氣來源于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中，但當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的大中型油氣田多為海相白云巖儲(chǔ)層（蒲秀剛等，2014）。而在中國(guó)各大盆地中，湖相碳酸鹽巖同樣也發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)油氣流的非常規(guī)油氣藏（劉玉梅等，2010）。本工區(qū)在古近系沙河街組沙一下亞段沉積期受湖盆古地貌及古環(huán)境控制，沉積了大面積湖相碳酸鹽巖，且分布穩(wěn)定，主要以白云巖類為主，作為歧口凹陷新的非常規(guī)油氣領(lǐng)域，具有廣闊的勘探前景（蒲秀剛等，2011）。近年來，加大了該區(qū)湖相碳酸鹽巖的勘探力度，通過開展綜合地質(zhì)研究，確定了巖相類型及白云巖的分布區(qū)域，部署實(shí)施的多口探井獲得工業(yè)油流，展示了該區(qū)湖相碳酸鹽巖一定的勘探前景（王振升等，2012）。

1區(qū)域地質(zhì)概況

歧北斜坡位于渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷西南部（圖1），在沙一下亞段沉積時(shí)期為湖盆最大擴(kuò)張期，整體古地理為寬緩的湖灣環(huán)境，氣候潮濕溫暖，物源供給較弱，水體碳酸鹽含量較高，發(fā)育大面積的碳酸鹽巖沉積，巖性以白云巖夾油頁(yè)巖為主，互層分布（姜超等，2013）。歧北斜坡為以三級(jí)撓曲斜坡為主要特點(diǎn)的大型緩坡，古凸起逐步隆升與凹陷持續(xù)沉降及邊界斷裂活動(dòng)控制了斜坡區(qū)的形成與演化，形成高、中、低斜坡區(qū)，具有坡折、古地貌控砂特征。高斜坡位于孔店凸起東緣，為孔店凸起遭受風(fēng)化侵蝕而形成的侵蝕斜坡;中斜坡夾持于南大港斷層與濱海斷層之間，發(fā)育大型撓曲坡折，坡折帶下部有明顯的地層和砂體增厚現(xiàn)象;低斜坡受帚狀展布的濱海斷層控制，具有繼承性發(fā)育特點(diǎn)的斜坡構(gòu)造。歧北斜坡傾向?yàn)楸睎|向，西北及東南方向各發(fā)育一組走向與斜坡傾向一致的斷層：濱海斷層與南大港斷層，周緣共發(fā)育3個(gè)盆內(nèi)凸起：港西凸起、孔店凸起和羊三木凸起，勘探面積約830km2。

2白云巖縱向演化規(guī)律

該區(qū)沙一下亞段自生自儲(chǔ)成藏條件較好，地層厚度在70～150m，表現(xiàn)為典型的水進(jìn)正旋回層序，自下而上為濱I、板4、板3、板2共4個(gè)油組（表1、表3）。經(jīng)鉆井、化驗(yàn)、測(cè)井資料綜合分析，沙一下亞段為由生屑云巖，泥晶云巖，油頁(yè)巖以及灰色泥巖等組成的正韻律層，巖性單層薄、巖性多，分布相對(duì)穩(wěn)定。該區(qū)沙一下亞段的白云巖儲(chǔ)層一直以來是本區(qū)的非重點(diǎn)層系，鉆井試油日產(chǎn)量較低，但采取酸化、壓裂措施后，能夠獲得工業(yè)油流，說明該區(qū)白云巖儲(chǔ)層有著巨大潛力，白云巖發(fā)育區(qū)帶將成為該工區(qū)非常規(guī)油氣評(píng)價(jià)工作的重要目標(biāo)區(qū)。

歧北斜坡沙一下亞段烴源巖主要為油頁(yè)巖和暗色泥巖，分布廣泛，平均埋深大于2000m，且疊加厚度大。通過對(duì)重點(diǎn)井油樣的化驗(yàn)分析，該區(qū)油頁(yè)巖TOC在1.96%～6.62%之間，Ro值大于0.5，剛進(jìn)入生油門限，已具備生成低熟油氣的能力。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，較厚的油頁(yè)巖主要分布于高斜坡與中斜坡地區(qū)，而出油井均在油頁(yè)巖的厚值區(qū)，說明低成熟度原油距離短運(yùn)移，就近聚集，形成自生自儲(chǔ)型油藏，供儲(chǔ)關(guān)系較好，油頁(yè)巖的發(fā)育程度決定了油氣富集。而在靠近濱海斷層及南大港斷層，深層油氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移到沙一下亞段白云巖儲(chǔ)層中并聚集成藏，油氣富集程度高，單井產(chǎn)量高。

在古近系沙河街組沙一下亞段沉積期，歧口凹陷為湖盆擴(kuò)張期，為寬緩的湖灣背景，歧北斜坡高、中斜坡為濱淺湖區(qū)，發(fā)育生物灘、鮞粒灘、粒屑灘等淺灘沉積，膏泥、云質(zhì)局限洼地沉積，云灰質(zhì)與泥質(zhì)一油泥質(zhì)湖灣沉積以及云灰與灰質(zhì)湖坪沉積等。而低斜坡構(gòu)造位置偏低，受盆外物源供給，發(fā)育重力流體系，主要為深灰色泥巖與大套的濁積砂礫巖互層的半深湖一深湖環(huán)境，因此不在本文研究范圍之內(nèi)（圖2）。本文主要針對(duì)歧北斜坡高部位地區(qū)和歧北斜中斜坡兩個(gè)白云巖發(fā)育的構(gòu)造帶，通過對(duì)A1、A2兩口沙一下亞段系統(tǒng)取心井的巖心、分析化驗(yàn)等資料的分析，開展白云巖巖石類型、垂向演化規(guī)律及平面展布特征研究，為該斜坡下一步白云巖儲(chǔ)層特征及油氣成藏等研究奠定了基礎(chǔ)。

2.1歧北高斜坡地區(qū)

A1井位于歧北高斜坡地區(qū)，取心井段為1945.2～2011.1m，為連續(xù)取心，心長(zhǎng)約65.9m。

濱I油組井深范圍在1984～1993m，厚約9m，在巖心上以生屑云巖為主，生屑云巖在陰極發(fā)光下白云石呈隱晶結(jié)構(gòu);生物碎屑主要為螺類，其次為介殼類，以及少量砂屑;局部粒內(nèi)溶孔發(fā)育。白云石發(fā)褐色光為主，部分螺及介形蟲體腔充填白云石發(fā)桔黃色光;介屑發(fā)棕黃色光。通過對(duì)A1井的巖心觀察可以發(fā)現(xiàn)，生屑以螺化石為主，個(gè)體保存較完整（圖3a），局部井段見明顯的沖刷構(gòu)造現(xiàn)象，巖性及沉積構(gòu)造綜合分析，表明該井段主要以高能的淺灘（粒屑灘）環(huán)境為主（表1）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)生屑還包括介屑類，且1987.4m處巖樣的陰極發(fā)光顯示其灰?guī)r已白云巖化（圖3b），x衍射分析顯示其白云石含量達(dá)88%（表2）。

板4油組井深范圍分布在1955～1984m，厚約29m。白云巖以灰褐色為主，泥質(zhì)含量較低，白云巖特征為致密塊狀，受斷層活動(dòng)影響，其間裂縫較為發(fā)育，孔隙度可達(dá)9%左右，多被方解石充填，適合后期改造，局部見黑色瀝青和油斑侵染。鏡下顯示白云巖以微晶云巖為主，晶粒大小約2～5um，且以他形為主（圖4a），晶粒間主要以白云石和方解石膠結(jié)，呈分散狀或緊密堆積狀（圖4b），局部可見交代過程中的顆粒殘余，顆粒主要為球粒、介殼類生物碎屑等。結(jié)合古地形地貌特征，該時(shí)期古地理環(huán)境以局限洼地為主。

板3及板2油組1946～1955m，厚約9m。巖心觀察以發(fā)育灰質(zhì)云巖與云質(zhì)灰?guī)r為主，滴酸起泡，發(fā)育水平層理。鏡下觀察呈薄層條帶狀互層，白云石和方解石均以泥晶為主（圖5a、圖5b）。泥晶白云巖是由<0.005mm的泥晶白云石組成，結(jié)構(gòu)比較均勻，生物碎屑較少，偶有介形蟲（圖6a）。在A1井井區(qū)，白云巖中泥質(zhì)含量在10%～15%，與泥巖互層為主要特征，泥質(zhì)紋層厚度不定，小于0.1ram到大于lmm都有，常見不連續(xù)紋層狀或零星分布的黃鐵礦微晶。白云石陰極發(fā)光呈褐色光為主，局部呈棕黃色光，泥巖紋層相對(duì)發(fā)光較暗（圖6b）。從板4沉積期到板2沉積期，巖性的變化反映了該區(qū)古地理環(huán)境主要由局限洼地向湖灣過渡。

總的來看，以A1井為代表的歧北高斜坡地區(qū)，在沙一下亞段沉積期，巖性自下而上以生屑灰?guī)r、微晶云巖、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖的一個(gè)演化特點(diǎn)，表明歧北高斜坡區(qū)古地理環(huán)境由粒屑灘一局限洼地一湖灣的演化過程。生屑灰?guī)r中有機(jī)質(zhì)含量豐富，并在還原條件下得以保存，具有良好的生油條件。而湖相碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間較為復(fù)雜，由于碳酸鹽巖的礦物轉(zhuǎn)變、易溶和脆性較強(qiáng)的原因，孔隙類型遠(yuǎn)比砂巖儲(chǔ)層的孔隙類型豐富，且形成條件復(fù)雜，孔滲變化極大，孔隙度1%～5%即可儲(chǔ)油，最高達(dá)50%，有利于油氣的富集，因此在本研究區(qū)白云巖具有自生自儲(chǔ)的成藏模式。

2.2歧北中斜坡自云巖縱向演化規(guī)律

A2井位于歧北中斜坡，通過對(duì)沙一下亞段白云巖取心段的巖心觀察，早歧北中斜坡區(qū)的巖性特征是白云巖灰質(zhì)含量偏高，且白云巖段與泥巖段界線明顯，主要以突變接觸為主。

通過巖心觀察，再濱I油組沉積時(shí)期，早期主要為淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r，顆粒狀，白云石含量較低。隨著沉積環(huán)境的變化，灰質(zhì)成分逐漸減少，巖心呈塊狀，表面較為干凈，無雜質(zhì)，裂縫發(fā)育較少，滴酸微氣泡。通過鏡下薄片鑒定，發(fā)現(xiàn)該油組白云巖頂部和底部主要為深灰色灰質(zhì)云巖，中部為灰質(zhì)成分較少的淺灰色微晶云巖，白云石含量較高，說明白云巖化程度高，通過本次精細(xì)研究認(rèn)為，主要是由于上、下部白云巖泥質(zhì)含量稍高，裂縫及孔隙及其部發(fā)育，導(dǎo)致其孔滲下降，在后期成巖作用中，流體優(yōu)先通過該油組段中部雜質(zhì)含量低、裂縫及孔隙相對(duì)發(fā)育、孔滲相對(duì)較高的灰質(zhì)沉積物，通過交代作用形成微晶云巖。結(jié)合古地形地貌特征，證明在濱I期早期，A2井區(qū)以湖灣環(huán)境為主，而到了中晚期，過渡為云質(zhì)洼地為主的局限洼地環(huán)境（表3）。

而到了板4油組，共發(fā)育了4套白云巖，早期以微晶白云巖為主，呈塊狀，其間夾薄層泥質(zhì)云巖;在中晚期，主要發(fā)育微晶云巖夾灰質(zhì)云巖，向上逐漸過渡為泥質(zhì)云巖（圖7）。通過鏡下觀察，該油組白云巖白云巖化程度較高，反映了該區(qū)板4時(shí)期是以云質(zhì)洼地為主的局限洼地沉積環(huán)境。

到了板3油組沉積期，早期白云巖巖類以微晶白云巖為主，中晚期向泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)云巖過渡（圖8）。且通過鏡下薄片觀察，該油組白云巖內(nèi)發(fā)育有鮞粒、生物碎屑等顆粒，證明了該時(shí)期沉積環(huán)境由板4時(shí)期的局限洼地向云灰坪及淺灘（粒屑灘）環(huán)境轉(zhuǎn)變。

板2油組無鉆井取心巖樣，錄井結(jié)論及井壁取心以灰色、深灰色泥巖為主，表明該區(qū)進(jìn)入半深湖一深湖環(huán)境。

綜上所述，歧北中斜坡沙一下亞段沉積期巖性變化為灰質(zhì)云巖一微晶云巖一泥質(zhì)云巖一泥巖，表現(xiàn)了該區(qū)古地理環(huán)境為淺灘向水體稍深的局限洼地過度，再發(fā)生湖退變淺，最終進(jìn)入半深湖一深湖環(huán)境的演化過程。3結(jié)論

（1）白云巖類型及沉積環(huán)境受湖平面升降影響

湖平面的升降決定了古地理環(huán)境，直接影響了白云巖發(fā)育的類型。歧北高斜坡地區(qū)，水體較中斜坡淺，自下而上發(fā)育生屑灰?guī)r、微晶云巖、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r，表明古地理環(huán)境由粒屑灘一局限洼地一湖灣的演化過程;而在歧北中斜坡區(qū)，位于港西凸起周緣，早期主要為淺灘環(huán)境，發(fā)育灰質(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)r，向上過渡為微晶云巖、泥質(zhì)云巖、泥巖，湖平面的多次升降，決定了該區(qū)古地理環(huán)境由淺灘一局限洼地一湖灣一半深湖一深湖的演化過程。

（2）白云巖穩(wěn)定分布，為大面積成藏奠定了基礎(chǔ)

歧口凹陷西南部沙一下亞段沉積時(shí)期碎屑物質(zhì)輸入?yún)T乏，在“暖、清、淺”的寬緩湖灣背景下廣泛發(fā)育了湖湘碳酸鹽巖沉積。其中粒屑灘是很好的儲(chǔ)集層，主要分布于歧北高斜坡區(qū)沙一下亞段濱I油組，已在部分區(qū)域取得工業(yè)化勘探成果，隨著白云巖勘探的突破，歧口凹陷歧北斜坡的非常規(guī)油氣具有廣闊的勘探前景。