松遼盆地徐家圍子斷陷沙河子組儲層特征及控制因素

邵曌一,吳朝東,張大智,楊步增

(1.北京大學(xué) 地球科學(xué)與空間學(xué)院,北京 100871; 2.中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司,黑龍江 大慶 163712)

松遼盆地北部深層已在營城組火山巖取得重要勘探進(jìn)展[1-4]，累計(jì)提交探明儲量2 000多億方。近年來隨著勘探程度的提高[5]，剩余火山巖目標(biāo)主要是小規(guī)?；鹕綆r體和隱蔽性更強(qiáng)的層狀致密火山巖[6]，儲量接替難度大，迫切需要轉(zhuǎn)變勘探思路，研究探索新的接替領(lǐng)域[7-9]。通過深入分析地質(zhì)條件和資源潛力，認(rèn)識到徐家圍子斷陷沙河子組是下一步勘探重要的接替領(lǐng)域。

徐家圍子斷陷沙河子組是一套含煤和暗色泥巖以陸源碎屑巖沉積為主的地層[10-12]，由于埋藏深、成巖作用強(qiáng)、儲層致密，過去一直作為深層重要的烴源巖研究，沒有作為勘探目的層[13-14]。隨著非常規(guī)致密氣勘探理論的深入和致密天然氣藏勘探工藝技術(shù)的提高，沙河子組致密砂礫巖氣藏已逐漸成為重要且現(xiàn)實(shí)的接替領(lǐng)域[15-18]，近年來，已陸續(xù)在安達(dá)地區(qū)和徐東地區(qū)取得勘探突破，徐家圍子斷陷沙河子組業(yè)已成為松遼盆地北部近期天然氣勘探的主要目標(biāo)。通過構(gòu)造背景條件下的斷陷沉積分析、層序地層學(xué)、儲層特征及氣藏控制因素研究，對徐家圍子斷陷沙河子組下步勘探有利區(qū)進(jìn)行了預(yù)測，劃分出兩類有利勘探區(qū)，展現(xiàn)了該區(qū)良好的勘探前景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼深層斷陷經(jīng)歷了初始張裂、強(qiáng)烈拉張和褶皺萎縮3個階段，沙河子組是斷陷強(qiáng)烈拉張時期的充填產(chǎn)物。受早期拉張與晚期擠壓及走滑作用的綜合影響，形成西斷東超、中部隆起的復(fù)式箕狀斷陷結(jié)構(gòu)。依據(jù)基巖頂面起伏、深層各反射層構(gòu)造形態(tài)、斷陷期地層發(fā)育展布情況，將徐家圍子及周邊劃分為6個一級構(gòu)造單元，其中徐家圍子斷陷區(qū)自西向東包括徐西凹陷、升平興城凸起、徐東凹陷和徐東斜坡4個一級構(gòu)造單元(圖1a)。徐家圍子斷陷沙河子組內(nèi)部存在四個規(guī)模較大的層序界面[19]，將沙河子組自下而上劃分為4個三級層序，形成4套完整的沉積旋回(圖1b)，每套層序的低位域和高位域砂礫巖、砂巖儲層相對發(fā)育[20]，湖侵體系域暗色泥巖較發(fā)育，是主要的烴源巖層段[21]。

徐家圍子斷陷沙河子組在西側(cè)陡坡帶發(fā)育扇三角洲沉積，東側(cè)緩坡帶發(fā)育辯狀河三角洲沉積，形成以粗碎屑為主的儲層類型。由于斷陷具有近物源、短物源的沉積特點(diǎn)，儲層縱橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)(圖2)。

2 沙河子組儲層巖石學(xué)特征

通過巖心觀察和薄片鑒定分析，沙河子組發(fā)育陸源碎屑巖、火山沉積碎屑巖和火山碎屑巖，包括砂礫巖、砂巖、煤層以及凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、沉凝灰?guī)r等十多種巖性[22]。

沙河子組砂礫巖按礫石含量包括礫巖、砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖，按礫徑大小又可劃分為粗礫石、中礫巖和細(xì)礫巖。礫石成份以中性、酸性火山巖為主，分選磨圓都比較差。西部扇三角洲以礫巖、砂質(zhì)礫巖等為主，巖性較粗，東部辮狀河三角洲發(fā)育砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖等，巖性相對較細(xì)。沙河子組砂巖類型主要為長石巖屑砂巖，少量巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都比較低[10,23]。

從徐家圍子斷陷沙河子組已鉆探井的顯示和測井解釋情況統(tǒng)計(jì)，粗碎屑的礫巖、砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖和砂巖均見到含氣層，依據(jù)有單層試氣成果和巖性較單一合試層試氣成果統(tǒng)計(jì)(共16口井16層)，試氣見氣流的巖性主要是砂礫巖的共13層，占到總氣層數(shù)的81.2%，細(xì)砂巖3層，占18.8%。目前獲工業(yè)氣流的宋深9H井、宋深12H井和徐探1井均為砂礫巖和砂質(zhì)礫巖，說明砂礫巖類是沙河子組主要的儲集類型[24-25]。

3 儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征

3.1 儲層微觀結(jié)構(gòu)特征

通過巖石薄片和鑄體薄片觀察分析，依據(jù)孔隙成因及幾何形狀特點(diǎn)[26]，徐家圍子斷陷沙河子組儲層分為原生孔隙和次生孔隙兩大類[27-29]。原生孔隙主要為粒間孔隙，發(fā)育于顆粒支撐巖石的碎屑顆粒之間的原生孔隙。本區(qū)粒間孔隙往往受到成巖作用的改造而縮小成為殘余的原生粒間孔[30](圖3a)，多發(fā)育于礫石支撐巖石的顆粒之間，埋藏深度較淺。在強(qiáng)壓實(shí)作用下，此類孔隙孔徑相對較小，僅局部零星可見。

次生孔隙是巖石經(jīng)成巖改造后形成的孔隙。研究區(qū)主要發(fā)育有溶蝕作用形成的各類溶蝕孔和少量的裂縫。① 粒間溶孔：在原生粒間孔隙與剩余粒間孔隙的基礎(chǔ)上經(jīng)過次生溶蝕作用后形成的溶蝕孔。粒間溶孔形態(tài)不規(guī)則，外形呈港灣狀，孔隙大小和分布不均，常與長石、巖屑溶孔等伴生，并被細(xì)小的溶蝕縫連通。② 粒內(nèi)溶孔及鑄?？祝褐饕情L石或巖屑顆粒被局部溶蝕產(chǎn)生的孔隙。該區(qū)鑄體薄片可見粒內(nèi)溶蝕孔隙(圖3b)，是徐家圍子斷陷沙河子組較常見的孔隙類型，是不穩(wěn)定顆粒完全被溶蝕后形成的孔隙，孔隙幾何形態(tài)與被溶顆粒相似，常通過原來的泥質(zhì)包殼而保留顆粒外形，常見長石和巖屑溶蝕形成的鑄?？?圖3c)。

圖1 徐家圍子斷陷構(gòu)造特征及沙河子組巖性剖面Fig.1 Tectonic characteristics for Xujiaweizi Fault Depression and the lithologic profile of Shahezi Formationa.徐家圍子斷陷構(gòu)造單元劃分；b.徐家圍子斷陷沙河子組地層綜合柱狀圖

③ 裂縫：在部分樣品中發(fā)育有裂縫，主要為壓實(shí)作用、收縮作用以及各種構(gòu)造應(yīng)力作用形成的，一般在長石和巖屑顆粒上，也見順顆粒邊緣在雜基充填中有裂縫(圖3d)。

3.2 物性特征

通過對沙河子組巖心分析孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)的分析表明，其孔隙度值主要分布在2%～8%，占樣品總數(shù)的72.2%，平均值為4.3%。滲透率主要分布范圍為小于0.1×10-3μm2，占樣品總數(shù)的71%。

美國早在1978年天然氣政策法案規(guī)定，砂巖儲層對天然氣的滲透率等于或小于0.1×10-3μm2時的氣藏可以被定義為致密砂巖氣藏。美國聯(lián)邦能源委員會也把致密含氣砂巖定義為空氣滲透率小于0.1×10-3μm2的砂巖。按照我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，把覆壓條件下基質(zhì)滲透率不大于0.1×10-3μm2的砂巖氣層定義為致密砂巖氣，徐家圍子斷陷沙河子組地面空氣滲透率多小于0.1×10-3μm2，因此屬于致密氣范疇。

4 儲層控制因素

儲層物性影響因素包括原始沉積環(huán)境、后生成巖變化和裂縫改造等[31]。通過對相關(guān)因素進(jìn)行分析，徐家圍子斷陷沙河子組儲層物性與巖性、次生溶蝕作用等有關(guān)，具體表現(xiàn)在以下方面。

圖2 徐家圍子斷陷沙河子組沉積相剖面Fig.2 Sedimentary facies profile of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

圖3 徐家圍子斷陷沙河子組儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)Fig.3 Micro-pore structure of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depressiona.砂質(zhì)礫巖，粒間孔，達(dá)深14井，埋深3 674.84 m，SQ4；b.凝灰質(zhì)砂礫巖，粒內(nèi)孔，達(dá)深303井，埋深3 414.391 m，SQ3; c.礫巖，鑄?？?，達(dá)深14井，埋深3 505.53 m，SQ3,d.礫巖，網(wǎng)狀縫，達(dá)深14井，埋深3504.97m，SQ3

4.1 埋藏深度

徐家圍子斷陷沙河子組儲層物性隨埋深增大總體上具有減小趨勢，但相同深度孔隙度變化范圍比較大，說明影響因素比較復(fù)雜，特別是在埋深較大的3 500～4 000 m，也存在孔隙度相對較高的樣品。因此，尋找優(yōu)質(zhì)儲層，一方面要在埋深較淺的高部位，也要針對高孔隙成因，研究預(yù)測好儲層發(fā)育部位。

4.2 沉積相帶

沙河子組不同相帶儲層物性存在差異。經(jīng)鉆井資料揭示分析，在各沉積微相類型中，扇三角洲前緣水下分流河道砂體、席狀砂以及辮狀河三角洲前緣水下分流河道、河口砂壩孔隙度最好，平原相辮狀河道物性條件也較好(圖4)。

4.3 巖性

由沙河子組巖性與孔隙度關(guān)系圖統(tǒng)計(jì)得出，在沙河子組中砂礫巖物性要比砂巖好，砂礫巖孔隙度平均為4.13%，砂巖孔隙度平均為3.13%。凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r儲層物性最好，平均孔隙度分別可達(dá)到5.33%和5.40%。(圖5)。

圖4 徐家圍子斷陷沙河子組沉積微相與孔隙度關(guān)系Fig.4 Relationship between sedimentary microfacies and porosity of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depressinon

圖5 徐家圍子斷陷沙河子組不同巖性儲層有效孔隙度統(tǒng)計(jì)Fig.5 Statistical histogram of effective porosity of different lithologic reservoirs in Shahezi Formation of Xujiaweizi Fault Depression

4.4 成巖作用

成巖作用對儲層孔隙既有破壞作用也有改善作用，由于沙河子組埋深較大，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用強(qiáng)，是儲層物性變差的主要因素。沙河子組儲層巖石薄片鑒定和鑄體薄片圖像分析發(fā)現(xiàn)，部分礫巖以及含礫砂巖中，長石巖屑和火山巖碎屑成分經(jīng)后期各種有機(jī)酸的溶解、溶蝕作用產(chǎn)生次生孔隙，在一定程度上增加了儲層的孔隙空間，對改善沙河子組儲層物性有一定的積極作用。

5 有利儲層發(fā)育區(qū)預(yù)測

依據(jù)對儲層物性影響因素的分析，可以對有利儲層發(fā)育區(qū)進(jìn)行宏觀預(yù)測，由于受壓實(shí)和膠結(jié)成巖作用影響，埋深是重要影響因素[32]，從目前勘探實(shí)踐看，有效儲層埋深一般不超過4 000 m。

沉積微相對儲層物性的影響也比較明顯，但考慮到平面宏觀預(yù)測的資料精度，目前主要按照前緣、平原亞相最有利，濱淺湖亞相區(qū)較差考慮。

巖性的影響體現(xiàn)在兩個方面，粗細(xì)變化對儲層物性的影響實(shí)際上是沉積相變化影響的直接原因，可與沉積相影響結(jié)合考慮，含火山成分的影響通過次生溶蝕作用體現(xiàn)，可與次生成巖改造結(jié)合考慮[33]。

成巖作用的影響除了考慮埋深，預(yù)測巖石中火山成分變化是一個重要切入點(diǎn)，分析火山物質(zhì)含量變化規(guī)律，預(yù)測高含火山物質(zhì)主要發(fā)育層位和平面位置，對于預(yù)測有利儲層發(fā)育區(qū)具有重要意義，是下步儲層研究工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。

綜合沙河子組SQ1—SQ4等4個層序埋深、沉積相和巖性變化，將沙河子組按儲層發(fā)育程度劃分為3類區(qū)。埋藏小于4 000 m，以扇(辮狀河)三角洲前緣、平原相為主的區(qū)域劃分為一類區(qū)，該區(qū)域沙河子組儲層孔隙度一般為4%～6%，是最有利儲層發(fā)育區(qū)，主要位于徐西坳陷南北和西側(cè)斜坡高部位、安達(dá)升平隆起帶、徐東坳陷北部和徐東斜坡帶，是目前勘探的首選地區(qū)；埋深小于4 000 m鄰近扇(辮狀河)三角洲前緣的濱淺湖區(qū)為二類有利區(qū)，該區(qū)域砂礫巖孔隙度一般3%～5%，主要分布于徐西坳陷南部和徐東坳陷北部，通過地球物理手段，可以預(yù)測尋找局部儲層甜點(diǎn)區(qū)；徐西坳陷和徐東坳陷中部深洼區(qū)，埋深一般大于4 500 m，沉積相帶以湖湘為主，基本沒有鉆井揭示，推測孔隙度一般在2%～4%，儲層致密，現(xiàn)有技術(shù)條件下勘探發(fā)現(xiàn)的難度較大(圖6)。

圖6 徐家圍子斷陷沙河子組有效儲層發(fā)育區(qū)預(yù)測Fig.6 Prediction of effective reservoir development area of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

6 結(jié)論

1) 徐家圍子斷陷沙河子組為斷陷沉積，扇三角洲、辮狀河三角州形成近物源、短物源沉積，儲層縱橫向變化快，非均質(zhì)性強(qiáng)。沙河子組含氣性好的儲層巖石類型以砂礫巖為主。沙河子組儲層發(fā)育少量原生粒間孔，以次生溶蝕孔隙為主，孔隙度低，物性條件差，為致密儲層。

2) 影響沙河子組儲層物性的因素主要有埋深、沉積相帶、巖性類型和次生成巖作用，埋藏淺的扇(辮狀河)三角洲前緣、平原物性最好，含火山碎屑物質(zhì)儲層受溶蝕作用影響可改善儲集物性條件。