安福屯陡岸砂礫巖體優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層特征

藍(lán) 闊

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124000)

0 引 言

大民屯凹陷是發(fā)育于太古界、元古界和中生界基底之上的古近系斷陷型凹陷，油氣資源十分豐富，油氣藏類(lèi)型多樣，經(jīng)過(guò)多年的研究，相繼發(fā)現(xiàn)了古近系復(fù)式油氣聚集帶、基巖及內(nèi)幕油氣聚集帶，勘探程度較高，如何在老區(qū)探尋有價(jià)值的油氣潛力區(qū)是該區(qū)當(dāng)前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。2000年以來(lái)，針對(duì)砂礫巖開(kāi)展勘探部署研究，向北發(fā)現(xiàn)平安堡、安福屯、興隆堡和三臺(tái)子扇體，各扇體相帶變化顯著，已發(fā)現(xiàn)的油藏零星分布。勘探早期以尋找構(gòu)造油藏為主，勘探效果不甚理想，僅在南、北平安堡和三臺(tái)子扇體獲得規(guī)模儲(chǔ)量，反映出低孔低滲儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、含油性差異大、砂礫巖體成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，制約了勘探進(jìn)一步深化。安福屯砂礫巖體分布在西部陡坡帶的中部，南、北分別與平安堡扇體和興隆堡扇體相接，通過(guò)鉆井取心資料分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)具有“相帶控儲(chǔ)、物性控藏”的特點(diǎn)。結(jié)合沉積相與沉積環(huán)境開(kāi)展綜合研究，探索沉積相帶對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性的控制作用，是解決研究區(qū)尋找油氣資源的重點(diǎn)所在。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大民屯凹陷西部地層由上至下發(fā)育新近系、古近系、中生界、元古宇和太古宇。太古宇是大民屯凹陷基底的主要地層，巖性主要為淺粒巖類(lèi)、片麻巖類(lèi)、混合巖類(lèi)及角閃巖類(lèi)；元古宇巖性主要為長(zhǎng)城系大紅峪組和高于莊組的白云巖和石英砂巖；中生界主要由紅色砂礫巖、砂巖和泥巖組成，僅在西部的局部地區(qū)發(fā)育，其他地區(qū)僅有零星分布。

研究區(qū)蓋層為古近系陸相扇三角洲—湖泊和沖積扇—泛濫平原環(huán)境沉積物，為多旋回的砂泥巖沉積構(gòu)造。自下而上可劃分為房身泡組和沙河街組四段、三段、一段以及東營(yíng)組。沙四段和沙三段形成一個(gè)完整的三級(jí)層序。其中，沙四段是初始裂陷—深陷階段沉積產(chǎn)物，分別對(duì)應(yīng)于低位體系域和水進(jìn)體系域。下部低位體系域的扇三角洲沉積體為雜色砂礫巖、砂巖、泥巖及油頁(yè)巖互層，最大厚度接近400 m；上部為水進(jìn)體系域沉積的湖相泥巖沉積層，深色泥巖中夾砂巖、含礫砂巖、粉砂巖，最大厚度可達(dá)500 m。

大民屯凹陷主要生油層以古近系沙河街組四段為主，沙四段沉積大量的暗色泥巖和油頁(yè)巖，為大民屯凹陷油氣成藏提供了物源基礎(chǔ)。西部沙四段沉積砂體發(fā)育，早期發(fā)育沖積扇—扇三角洲—湖相沉積體系，低位體系域扇三角洲砂礫巖體平面上疊加連片，縱向上相互疊置。儲(chǔ)層的非均質(zhì)性變化大，含油氣級(jí)別多樣。砂礫巖體與湖相暗色泥巖指狀接觸，具有形成自生自?xún)?chǔ)油藏的有利條件[1-3]。

2 安福屯陡坡帶沉積特征

2.1 沉積背景

房身泡期—沙四段早期，大民屯凹陷處于湖盆初始裂陷期，基底斷塊翹傾，形成一系列北東向西傾的斷層，這些斷層沉降差異較大，西部安福屯斷層沉降幅度最大，大于1 700 m(圖1)。斷層以西形成北東走向、西高東低持續(xù)沉降的斷槽帶，斷層以東中央構(gòu)造帶主體部位呈寬緩臺(tái)地背景。斷槽帶內(nèi)不同部位沉降程度也有差異，同時(shí)受古地貌落差和次級(jí)斷層的分割，進(jìn)而形成洼隆相間的構(gòu)造格局，斷槽帶內(nèi)形成平安堡、安福屯和安福屯北等次級(jí)洼陷[4]。

圖1 大民屯凹陷基底構(gòu)造

湖盆沉積早期，斷槽帶邊緣地勢(shì)高、坡度大，陸相粗碎屑物質(zhì)近源沉積到西部斷槽水體內(nèi)并快速堆積，形成大規(guī)模的扇三角洲砂礫巖體扇群分布。同時(shí)，隨著沉降幅度加劇，斷槽內(nèi)次級(jí)洼陷水體逐漸加深，沉積厚層暗色泥巖，形成沖積扇—扇三角洲—湖相沉積體系。沙四段晚期，大民屯凹陷整體沉降，湖盆不斷擴(kuò)張，全區(qū)發(fā)育大套深湖相暗色泥巖，局部地區(qū)有繼承性發(fā)育的扇體存在[5]。

2.2 沉積相及分布特征

凹陷形成初期，西部斷槽帶坡陡、水深、構(gòu)造破碎，水源攜帶大量砂礫、泥等碎屑物質(zhì)快速沉積，形成一系列扇群分布的扇三角洲沉積體，巖性主要為角礫巖、砂礫巖、中-粗砂巖及細(xì)砂巖夾泥巖沉積，進(jìn)一步劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個(gè)亞相(圖2)。

圖2 大民屯凹陷沙四段沉積相

扇三角洲平原亞相是扇三角洲的陸上部分，緊鄰湖盆邊緣，主要巖性為礫巖，夾不等粒砂巖；礫石成分復(fù)雜，砂泥混雜，多見(jiàn)雜基支撐和顆粒支撐，而且沖刷充填構(gòu)造發(fā)育。扇三角洲前緣亞相是西部沙四段主要發(fā)育的相帶類(lèi)型，受水流作用影響明顯，發(fā)育水下分流河道的粗碎屑沉積及河道間的細(xì)粒泥質(zhì)沉積，延伸至斷槽帶的次級(jí)洼陷。沉積物以中-粗砂巖、不等粒砂巖和砂礫巖為主，具遞變層理、塊狀層理及底部滯留沉積，礫石定向排列，反映出牽引流沉積特征，同時(shí)，還發(fā)育砂質(zhì)碎屑流的重力流沉積。前扇三角洲亞相的沉積物以粉砂及泥為主，沉積穩(wěn)定，分布范圍廣[6-7]。

西部安福屯扇體由湖盆邊緣延伸到安福屯洼陷區(qū)，沙四期低位體系域?yàn)樯热侵耷熬墎喯喑练e，以分流河道砂體為主。

扇三角洲相帶變化主要體現(xiàn)在沉積物的粒度、分選程度、層理及顆粒支撐物類(lèi)型等變化(圖3)。扇三角洲平原亞相靠近物源區(qū)，沉積物的粒度粗、變化大，砂泥混雜，分選磨圓程度差，重力流影響更顯著。扇三角洲前緣亞相河道化明顯，層理發(fā)育，沉積物砂體粒度適中、分選好，是最佳有利目標(biāo)區(qū)[8]。前扇三角洲主要以粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，粒度偏細(xì)。

圖3 大民屯凹陷西部沙四段砂礫巖體粒度變化

3 儲(chǔ)層特征

由區(qū)域沉積相分析可知，西部扇三角洲砂礫巖體相變快、儲(chǔ)層特征比較復(fù)雜。鉆遇安福屯扇體沈268、354、358等井分析化驗(yàn)資料比較豐富，利于對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

3.1 巖石學(xué)特征

由巖心、巖屑分析化驗(yàn)結(jié)果可知，安福屯沙四段儲(chǔ)集巖分為礫巖類(lèi)儲(chǔ)層和砂巖類(lèi)儲(chǔ)層，即礫巖、中-粗砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖。礫巖類(lèi)儲(chǔ)層具有礫狀結(jié)構(gòu)，變質(zhì)巖、噴出巖等巖屑含量極高，石英和長(zhǎng)石含量普遍較低。砂巖類(lèi)的儲(chǔ)層巖性一般是由長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖為主，以陸源碎屑為主，石英、長(zhǎng)石、巖屑含量偏少構(gòu)成碎屑顆粒。巖石礦物含量成分分析發(fā)現(xiàn)，黏土含量最高，平均含量接近60.0%，石英平均含量為25.0%，斜長(zhǎng)石與鉀長(zhǎng)石平均含量分別為4.0%和3.4%，并夾雜少量方解石。

砂礫巖體儲(chǔ)層具有巖石粒度多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，分選和磨圓較差、巖屑比例高。碎屑顆粒大部分比較緊密，接觸方式以點(diǎn)-線(xiàn)為主。填隙物膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙式或接觸-孔隙式膠結(jié)。方解石等碳酸鹽巖和黏土礦物為主要的填隙物，其結(jié)構(gòu)通常為顯晶粒狀及星散狀分布，或連晶鑲嵌狀分布。礫巖類(lèi)儲(chǔ)集巖和砂巖類(lèi)儲(chǔ)集巖結(jié)構(gòu)成熟度普遍較低，其中中-粗、細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)較高，而礫巖中顆粒較大的，為近距離快速沉積，顆?；祀s，泥質(zhì)雜基含量高，結(jié)構(gòu)成熟度低。

3.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特征

依據(jù)普通薄片、鑄體薄片等的觀察和資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)儲(chǔ)集空間類(lèi)型主要有原生孔隙、次生孔隙、微裂縫及其混合孔(圖4)。

圖4 安福屯砂礫巖體儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

其中，次生孔隙主要包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准拔⒘芽p等。粒間溶孔既有碎屑顆粒的選擇性溶解，也包括填隙物的徹底溶解產(chǎn)生的粒間孔隙，屬于研究區(qū)內(nèi)較有意義的儲(chǔ)集空間。粒內(nèi)溶孔最常見(jiàn)的是長(zhǎng)石、碳酸鹽巖礦物節(jié)理縫溶解造成的粒內(nèi)孔隙和巖屑顆粒的選擇性溶解形成的粒內(nèi)孔隙。微裂縫的產(chǎn)生常受構(gòu)造活動(dòng)影響，斷裂破碎地帶的剛性巖層中微裂縫發(fā)育，礫巖類(lèi)儲(chǔ)層存在微裂縫。

安福屯地區(qū)砂礫巖和角礫巖儲(chǔ)層碎屑顆?；祀s、膠結(jié)致密，儲(chǔ)集空間類(lèi)型主要有粒間溶孔以及微裂縫、溶蝕縫；而中-粗砂巖和細(xì)砂巖等砂巖類(lèi)儲(chǔ)層碎屑顆粒分選磨圓較好，儲(chǔ)集空間類(lèi)型以粒間溶孔為主，見(jiàn)少量粒內(nèi)溶孔。

分析研究區(qū)的壓汞數(shù)據(jù)可知，砂巖孔隙結(jié)構(gòu)特征以低滲、中孔、細(xì)—微細(xì)喉不均衡型為主。研究區(qū)礫巖類(lèi)儲(chǔ)層最大孔喉半徑為0.70～200.00 μm，排驅(qū)壓力為0.03～5.00 MPa。砂巖類(lèi)的孔喉半徑為0.06～4.80 μm，排驅(qū)壓力為0.15～2.00 MPa。以上數(shù)據(jù)可以看出研究區(qū)的孔隙喉道差異較大，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性普遍較強(qiáng)。礫巖類(lèi)儲(chǔ)層平均孔喉半徑分布范圍更大，比砂巖類(lèi)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。

3.3 物性特征

研究區(qū)儲(chǔ)層普遍具有低孔特低滲特點(diǎn)。常規(guī)物性分析可知，礫巖類(lèi)的孔隙度主要為2.0%～18.0%，滲透率主要為0.06～28.00 mD，平均為1.70 mD(59個(gè)樣品)；砂巖類(lèi)的孔隙度主要為2.5%～21.7%，平均為10.4%(128個(gè)樣品)，滲透率主要為0.06～7.50 mD，平均為0.80 mD(128個(gè)樣品)。

4 優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布

西部砂礫巖體儲(chǔ)集物性較差、非均質(zhì)性強(qiáng)，含油氣級(jí)別變化差異大；沉積相帶巖性差異顯著，巖性與物性相關(guān)性明顯，影響含油性的分布。如何尋找有利沉積相帶、明確優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布是油氣勘探的重點(diǎn)。

4.1 有利相帶是控制優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布的前提條件

沉積作用主要從 2個(gè)方面對(duì)砂巖儲(chǔ)集層孔滲性能產(chǎn)生影響，首先是構(gòu)成巖石骨架顆粒的結(jié)構(gòu)特征，其次是填充物的種類(lèi)和含量。由于沉積環(huán)境不同，碎屑顆粒搬運(yùn)距離遠(yuǎn)近及搬運(yùn)水動(dòng)力條件的差異，儲(chǔ)層的顆粒結(jié)構(gòu)特征和填隙物含量在不同沉積體系或同一體系不同相帶存在著顯著差異，是控制不同沉積相帶儲(chǔ)集性能差異大的直接原因[9]。

安福屯扇三角洲砂礫巖體不同沉積微相從扇三角洲平原亞相過(guò)渡到前扇三角洲亞相，儲(chǔ)層碎屑顆粒逐漸變細(xì)，依次發(fā)育角礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、中-粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖。隨著搬運(yùn)距離的逐漸變遠(yuǎn)，碎屑物質(zhì)搬運(yùn)方式從重力流過(guò)渡為牽引流，沉積巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度整體變好，儲(chǔ)層物性條件有明顯變化。實(shí)測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，儲(chǔ)層骨架顆粒的大小對(duì)孔隙度的影響遠(yuǎn)大于對(duì)滲透率的影響，前緣亞相細(xì)砂巖儲(chǔ)層孔隙度多為10.0%～15.0%，遠(yuǎn)好于中-粗砂巖及扇三角洲平原亞相礫巖類(lèi)儲(chǔ)層。同時(shí)，細(xì)小顆粒的填隙物在儲(chǔ)集層中具有附著在附加顆粒表面的特性，從而減小了喉道半徑，使得滲透性能降低。砂巖類(lèi)儲(chǔ)層滲透率分布相對(duì)集中，普遍為0.10～10.00 mD；礫巖類(lèi)儲(chǔ)層滲透率變化幅度較大，多為局部裂縫因素導(dǎo)致。因此，安福屯砂礫巖扇體前緣亞相帶儲(chǔ)層條件較好，構(gòu)造位置適中，是勘探部署的有利相帶。

4.2 溶蝕作用產(chǎn)生次生溶孔是優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利因素

西部陡坡帶砂礫巖體埋深普遍大于2 800 m,強(qiáng)壓實(shí)帶對(duì)原生孔隙的影響遠(yuǎn)超過(guò)沉積作用的影響。特別是砂礫巖體碎屑顆粒成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，碎屑塑性組分含量高，顆?；祀s，填隙物含量高，壓實(shí)作用顯著，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性普遍較低。

沙四段砂礫巖體儲(chǔ)層膠結(jié)物成分主要是碳酸鹽巖類(lèi)中的方解石，其次為綠泥石、高嶺石等黏土礦物。碳酸鹽膠結(jié)物充填堵塞孔隙，其含量與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率呈負(fù)相關(guān)，但其對(duì)后期溶解作用和次生孔隙的形成提供了有利條件。

溶解作用產(chǎn)生的次生孔隙是改善儲(chǔ)層物性的主要機(jī)制。大民屯凹陷砂礫巖體儲(chǔ)集巖埋深大，原生孔隙破壞嚴(yán)重，次生孔隙的形成，對(duì)提高孔滲性能有重要作用。次生孔隙與有機(jī)質(zhì)的演化脫羧基及烴類(lèi)裂解相伴生，沙四段前緣亞相與前扇三角洲(或湖相)泥巖互層沉積或指狀緊密接觸，前緣亞相砂巖類(lèi)儲(chǔ)層更易受到泥巖有機(jī)質(zhì)演化作用的影響，儲(chǔ)層孔隙度得到改善；而礫巖類(lèi)儲(chǔ)層與暗色泥巖接觸范圍有限，溶蝕作用與前者相比不顯著，這也是大民屯凹陷沙四段砂巖類(lèi)儲(chǔ)層孔隙度普遍高于礫巖類(lèi)儲(chǔ)層的原因之一[10]。

4.3 構(gòu)造裂隙對(duì)礫巖類(lèi)儲(chǔ)層的改造作用

大民屯凹陷沙三期之后的晚期斷裂活動(dòng)對(duì)深層構(gòu)造影響較小，但邊界走滑作用強(qiáng)烈，斷至深層沙四段產(chǎn)生一系列構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙一方面成為有效的油氣運(yùn)移通道，另一方面使湖盆邊部平原相致密儲(chǔ)層發(fā)育網(wǎng)狀裂縫。由沙四段礫巖類(lèi)鑄體薄片可知，角礫巖、砂礫巖碎屑顆粒進(jìn)一步碎裂，微裂縫發(fā)育，同時(shí)伴隨微裂隙產(chǎn)生一些次生溶孔，有效改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

滲透率較大而孔隙度一般的情況可能與儲(chǔ)集層中存在裂縫等滲流通道有關(guān)，對(duì)西部砂礫巖體而言，構(gòu)造裂隙及微裂縫對(duì)礫巖類(lèi)儲(chǔ)層滲透性的影響更為明顯，因此，礫巖類(lèi)儲(chǔ)層盡管孔隙度小于砂巖類(lèi)儲(chǔ)層，但平均滲透率明顯高于后者。

綜上研究可知，沙四段沉積的扇三角洲砂體儲(chǔ)層含油氣程度隨著巖性變化而變化，而相帶直接決定了巖性展布和源儲(chǔ)配置關(guān)系(表1)。結(jié)合取心井段巖性與試油結(jié)果來(lái)看，前緣亞相塊狀粗砂巖、細(xì)砂巖儲(chǔ)層含油性普遍較好，以油浸、油斑顯示為主，通過(guò)壓裂均見(jiàn)到較好的試油效果。

表1 大民屯凹陷西部巖性與含油氣級(jí)別關(guān)系

5 砂礫巖體油氣成藏特征

安福屯砂礫巖體優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分析對(duì)西部斷槽帶其他扇體的拓展勘探起到推進(jìn)作用。通過(guò)對(duì)完鉆井的巖心資料數(shù)據(jù)分析，確定沉積相帶、儲(chǔ)層分布及特征，并與試油結(jié)果相互驗(yàn)證，探索各類(lèi)巖性與含油性的關(guān)系，明確優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布。結(jié)合成藏規(guī)律及主控因素，落實(shí)有利目標(biāo)區(qū)，指導(dǎo)油氣勘探[11]。

安福屯地區(qū)發(fā)育陡岸扇三角洲沉積體系，砂礫巖體延伸至安福屯洼陷中，與烴源巖緊密接觸，有利于油藏的形成，是油氣勘探的有利區(qū)帶。前緣相帶砂巖類(lèi)儲(chǔ)層具有較好的物性條件，發(fā)育粒間溶孔，與湖相烴源巖直接接觸，優(yōu)先捕獲油氣，含油氣條件較好。上傾方向的扇三角洲平原亞相礫巖類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能較差，致密儲(chǔ)層形成有效的物性遮擋。油氣富集程度由儲(chǔ)層物性決定，物性與巖性緊密相關(guān)，油氣藏含油豐度不高，一般是單套或多套砂體含油，大套砂體的上部以及夾在泥巖中的砂體由于與生油巖接觸面積大更易成藏(圖5)[12-17]。

圖5 砂礫巖體物性控藏剖面

安福屯砂礫巖體沉積特征、成藏條件與西部斷槽帶內(nèi)的其他扇體具有一致性，整體具有“相帶控儲(chǔ)、物性控藏”的特征，上傾方向扇三角洲平原亞相礫巖物性封堵，前緣砂巖類(lèi)發(fā)育優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，同時(shí)與暗色泥巖指狀側(cè)向接觸或上覆暗色泥巖，進(jìn)而形成上傾方向物性封堵的巖性油氣藏。

6 結(jié) 論

(1) 陡岸砂礫巖體具有分布范圍大，砂體厚度在橫、縱向變化快，儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性強(qiáng)，含油氣級(jí)別變化差異大，因此，在勘探部署研究中首先分析相帶分布，優(yōu)選出有利儲(chǔ)層，最后結(jié)合油藏主控因素分析結(jié)果可落實(shí)有利區(qū)帶。

(2) 確定了目標(biāo)區(qū)的沉積相帶分布，通過(guò)含油產(chǎn)狀分析，厘定了研究區(qū)的有利相帶為扇三角洲前緣亞相，優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層為砂巖類(lèi)儲(chǔ)層。

(3) “相帶控儲(chǔ)、物性控藏”是西部砂礫巖體成藏的普遍規(guī)律。通過(guò)對(duì)沉積相研究，結(jié)合物性分析，可進(jìn)一步明晰研究區(qū)油藏特征。