伊朗A油田白堊系Sarvak組隔夾層地質(zhì)特征及成因

王 鼐，王秀姣，李 楠，劉玉梅，林騰飛，王偉俊，董俊昌，楊 雙，羅貝維

1 中國石油勘探開發(fā)研究院中東研究所；2 中國石油勘探開發(fā)研究院油氣地球物理研究所

0 前 言

隔夾層研究是評價儲層非均質(zhì)性和儲層表征的重要內(nèi)容［1-3］，包括建立隔夾層識別標準、明確分布規(guī)律、判斷規(guī)模大小等。隔夾層的分布規(guī)律和規(guī)模不盡相同，對于不同成因類型的隔夾層要結(jié)合鉆井、地震、巖心、鑄體薄片等資料進行綜合研究［4-6］。目前，國內(nèi)對隔夾層的研究集中于定義分類、儲層物性分類、展布規(guī)律以及對油氣田開發(fā)的影響等方面，如：焦養(yǎng)泉等［7］對河道儲層砂體中的4 類隔夾層進行了成因、特征和分布規(guī)律的研究；劉春林等［8］基于大慶油田多口取心井的巖性、物性和含油性變化規(guī)律進行了隔夾層上限的標定；鄭浚茂等［9］對黃驊坳陷新近系—古近系的多種沉積砂體的非均質(zhì)性成因進行了分析。20世紀90年代，前人主要針對陸相碎屑砂巖定性化表征和不同類型陸相沉積的隔夾層物性特征等方面開展了一些研究。21 世紀初，束青林［10］和崔建等［11］對河流相隔夾層的地質(zhì)特征、成因機制進行了研究，分析其與波及體積、驅(qū)油效率、剩余油分布的關(guān)系；印森林等［12］對沖積扇內(nèi)隔夾層的形態(tài)、規(guī)模和疊置樣式進行了分析?？傮w來看，國內(nèi)外隔夾層的研究仍主要面向陸相沉積砂巖油藏［13-18］，研究方向集中于不同沉積環(huán)境下隔夾層的地質(zhì)特征、成因機制、展布規(guī)律及對油氣藏開發(fā)的影響。隨著國內(nèi)海相碳酸鹽巖油氣藏勘探開發(fā)程度的提高和對其認識的深入，針對強非均質(zhì)性的海相碳酸鹽巖隔夾層研究逐漸被重視，如：岳大力等［19］分析了珠江口盆地礁灰?guī)r內(nèi)隔夾層對油藏剩余油分布的控制規(guī)律；鄧亞等［20］對中東地區(qū)西古爾納油田的白堊系Mishrif 組油藏隔夾層地質(zhì)特征及成因進行了研究。相比于陸相碎屑巖，針對海相碳酸鹽巖內(nèi)隔夾層的研究仍相對較少［21-22］。

截至2018年，中東地區(qū)油氣探明儲量占全球儲量超過40%，而海相碳酸鹽巖占其儲量的85%以上，一直以來是全球石油勘探開發(fā)的熱點。伊朗A油田開發(fā)初期，受限于基礎(chǔ)資料和地質(zhì)認識的不足，針對Sarvak組油藏的開發(fā)以合采為主，導(dǎo)致層間干擾嚴重，產(chǎn)量遞減明顯。本文基于研究區(qū)內(nèi)3 口取心井目的層近200 塊樣品、140 塊鑄體薄片，以及50 口井的測井資料和超過2 000 km2的三維地震數(shù)據(jù)綜合分析，對伊朗A 油田Sarvak 組碳酸鹽巖隔夾層特征、成因機理和展布特征進行了研究，并希冀進一步明確中東扎格羅斯前陸盆地前淵帶內(nèi)同類油田隔夾層的發(fā)育和分布規(guī)律，為下一步的分層開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 地質(zhì)概況

中東地區(qū)油氣最富集的地區(qū)主要集中于扎格羅斯前陸盆地和阿拉伯大陸邊緣盆地，兩者為古/中生代陸緣盆地和新生代前陸盆地的疊合盆地。受構(gòu)造運動的影響，中東油氣富集區(qū)內(nèi)構(gòu)造樣式表現(xiàn)為基底隆升及斷裂控制構(gòu)造、鹽控構(gòu)造和水平擠壓褶皺構(gòu)造3大類，眾油田的構(gòu)造特征、儲層特征具有很強的一致性。伊朗A 油田發(fā)現(xiàn)于1999 年，為巨型長軸背斜油田，位于伊朗西部扎格羅斯前陸盆地的前淵帶內(nèi)（圖1a），區(qū)塊面積約為1 200 km2，儲量近270 億桶。研究區(qū)處于水平擠壓褶皺構(gòu)造樣式發(fā)育區(qū)，發(fā)育的地層從下至上依次為：侏羅系火山巖、石灰?guī)r序列；白堊系泥巖、石灰?guī)r、砂巖序列；古近系古新統(tǒng)—新近系中新統(tǒng)泥巖、石灰?guī)r混合序列；新近系上新統(tǒng)—第四系薄層現(xiàn)代堆積。本文研究的目的層Sarvak 組發(fā)育于晚白堊世早期，地層厚度在590～670 m之間，根據(jù)區(qū)域地層層序可分為12個段（自上至下為Sar1—Sar12）。其中，Sar3 段、Sar5—Sar6 段和 Sar8 段分別為 3 套油層發(fā)育段，被 Sar2 段、Sar4段和Sar7段內(nèi)發(fā)育的隔夾層分開。研究區(qū)內(nèi)自Sar9 段以下均為產(chǎn)水層，因此本次研究目的層段以Sar1—Sar8段為主。

圖1 伊朗A油田區(qū)域地質(zhì)背景與Sarvak組柱狀圖Fig.1 Regional geologic background map and comprehensive column of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

Sar3 段以臺地邊緣淺灘相顆粒灰?guī)r為主，顆粒主要包括厚殼蛤、雙殼類、棘皮類、腕足類和有孔蟲等生物碎屑，分選相對較好，但是由于亮晶方解石膠結(jié)物的發(fā)育導(dǎo)致物性存在差異，孔隙以粒間孔及生物體腔孔為主，也發(fā)育部分溶蝕孔。Sar4—Sar6段以開闊臺地相粒泥灰?guī)r或泥?；?guī)r為主，局部夾顆?；?guī)r，孔隙以粒間孔及溶蝕鑄?？诪橹鳌ar8段以臺地邊緣淺灘相顆?；?guī)r為主，生物碎屑含量豐富，主要為雙殼類、棘皮類、厚殼蛤和有孔蟲等，局部發(fā)生膠結(jié)或者溶蝕的現(xiàn)象。

Sarvak 組自 Sar8 段至 Sar1 段出現(xiàn) 3 次明顯的海平面變化，以2 次海泛面為間隔，Sarvak 組可以劃分出3 個三級旋回（圖1c），它們均為向上變淺的反旋回沉積。自下至上的第1 個三級旋回自Sar10 段海泛面開始至Sar8 段頂結(jié)束；第2 個三級旋回自Sar7段海泛面開始，到Sar3段頂結(jié)束；第3個三級旋回自Sar2 段開始，到Sar1 段頂?shù)牟徽厦娼Y(jié)束。Sar1 段頂部的不整合發(fā)生在塞諾曼階沉積的末期，它是一次全球性的海退，使得Sarvak 組頂部遭受了明顯的剝蝕。Sarvak 組的大部分含油儲層發(fā)育在第2 個三級旋回，部分在第1 個三級旋回的上部。Sarvak 組內(nèi)發(fā)育的隔夾層大部分發(fā)育于各三級旋回的底部，水體相對較深，沉積物主要以低能環(huán)境下的含泥質(zhì)的泥晶—粒泥灰?guī)r為主，巖石較致密。

2 隔夾層特征

2.1 Sarvak組隔夾層巖性特征

基于巖心和鑄體薄片觀察，研究區(qū)內(nèi)Sarvak 組主要發(fā)育2 類不同巖性的隔夾層，分別是泥?；?guī)r隔夾層（I 類）和粒泥灰?guī)r隔夾層（Ⅱ類）。泥?；?guī)r隔夾層以1 m 以內(nèi)的薄層為主，粒度相對較粗（圖2a—2c），受到后期壓實、膠結(jié)、鈣化和白云石化等成巖作用的影響，孔隙類型以鑄模孔、粒內(nèi)孔為主，孔隙度較低。粒泥灰?guī)r隔夾層以幾米至十余米的厚層為主，粒度相對較細（圖2d—2f），灰泥質(zhì)含量高，總體積大于碎屑顆粒體積，該類隔夾層比較致密且滲透率和孔隙度極低。根據(jù)鑄體薄片可以看出泥?；?guī)r隔夾層存在雙殼類、棘皮類生物碎屑，且發(fā)育有孔蟲，生物碎屑相對顏色較淺；粒泥灰?guī)r隔夾層以有孔蟲為主，有少部分鈣化和白云石化的現(xiàn)象。Sar1 段、Sar2 段和Sar7 段的隔夾層以局限臺地相粒泥灰?guī)r或泥晶灰?guī)r為主，鏡下薄片見顆粒較少，泥晶含量高，生物碎屑主要以海綿骨針和底棲有孔蟲為主，巖心照片上普遍可觀察到暗色有機質(zhì)紋層，局部發(fā)育角礫灰?guī)r。

圖2 伊朗A油田白堊系Sarvak組隔夾層巖石微觀特征Fig.2 Microscopic characteristics of barrier and baffles rocks of the Cretaceous Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

2.2 Sarvak組隔夾層物性特征

基于研究區(qū)內(nèi) 3 口取心井（A-3 井、A-5 井和A-26 井）的巖心實驗數(shù)據(jù)以及試油資料，繪制了儲層和隔夾層的孔隙度-滲透率交會圖（圖3）。通過用巖心和鑄體薄片對隔夾層與儲層進行標定，從圖3 可見孔隙度和滲透率具有一定的相關(guān)性，總體呈線性趨勢。I 類隔夾層和Ⅱ類隔夾層的樣品物性數(shù)據(jù)點均位于交會圖的左下角，儲層則位于交會圖的右上部。隔夾層與儲層的物性標準有較明顯的界限：孔隙度上限為10%，滲透率上限為0.25×10-3μm2。但I 類隔夾層和Ⅱ類隔夾層的樣品物性數(shù)據(jù)點難以通過物性直接區(qū)分，需要進一步的成因機制分析。

圖3 伊朗A油田白堊系Sarvak組碳酸鹽巖孔隙度和滲透率交會圖Fig.3 Porosity-permeability crossplot of carbonate rock of the Cretaceous Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

2.3 Sarvak組隔夾層測井特征

如圖4 所示，由A-3 井取心段對應(yīng)的測井段特征可以看出，泥?；?guī)r隔夾層(I 類)以薄層為主，在Sar3 段內(nèi)局部發(fā)育，測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為:自然伽馬相對變化小、聲波時差較低、補償中子孔隙度較低、補償密度較低、電阻率較低。粒泥灰?guī)r隔夾層(II類)在Sar2 段內(nèi)廣泛發(fā)育，測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：高自然伽馬、高聲波時差、低補償中子孔隙度、補償密度較高、電阻率平均值相對較高。

圖4 伊朗A油田A-3井測井解釋柱狀圖Fig.4 Log interpretation column of Well A-3 in A Oilfield,Iran

2.4 Sarvak組隔夾層地震波阻抗特征

從圖5 可以看出，實際波阻抗與孔隙度的相關(guān)性高，可以作為分析儲層和隔夾層的依據(jù)。根據(jù)巖性、儲層物性上限值和實際波阻抗值可以將Sarvak組儲層分為4 類：Ⅰ類儲層、Ⅱ類儲層、Ⅲ儲層和隔夾層。通過交會圖可看出，隔夾層的孔隙度上限值10%對應(yīng)的波阻抗下限值為12 600（g/cm3·m/s）。

圖5 伊朗A油田Sarvak組波阻抗與孔隙度交會圖Fig.5 Crossplot of impedance and porosity of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

3 隔夾層成因機制

通過隔夾層的薄片和巖心等地質(zhì)資料，綜合分析巖性、沉積和成巖特征，伊朗A 油田Sarvak 組I類和II 類隔夾層可劃分為沉積成因、成巖成因和沉積-成巖復(fù)合成因。沉積成因隔夾層指主要受沉積因素控制，因沉積環(huán)境水體能量弱，而發(fā)育致密層段阻擋或控制流體運移。成巖成因隔夾層指主要受后期成巖因素（充填、壓實或膠結(jié)等作用）控制，孔隙減少而形成的可以阻擋或控制流體運移的非滲透層。沉積-成巖復(fù)合成因隔夾層指早期受沉積環(huán)境影響，后期受到成巖作用進一步降低了孔隙度和滲透率的隔夾層。

3.1 沉積成因

通過巖心和薄片分析，觀察巖性、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等特征，對隔夾層發(fā)育的沉積環(huán)境、沉積微相及其發(fā)育層段進行了分析。如圖6 所示，Sarvak 組沉積期以碳酸鹽鑲邊臺地沉積環(huán)境為主，高能環(huán)境以顆?；?guī)r沉積為主，發(fā)育礁灘相；低能環(huán)境以粒泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r沉積為主，沉積環(huán)境為潟湖相。依據(jù)伴生的生物群可確定開闊臺地相和局限臺地相，其中開闊臺地相以雙殼類或棘皮類生物等發(fā)育為主，局限臺地相則以富含浮游生物的粒泥灰?guī)r為主。其中，水體能量最強的是臺地邊緣礁和潮道微相，開闊臺地次之，局限臺地、潟湖最弱。在Sarvak組沉積末期，海平面逐步上升，上部的Sar2段和Sar1段發(fā)育水體能量較弱的局限臺地相。因此，Sarvak組沉積成因的隔夾層主要發(fā)育在研究區(qū)的局限臺地和潟湖沉積環(huán)境中，主要為厚十幾厘米至半米左右的Ⅱ類隔夾層，頁巖或富有機質(zhì)的紋層發(fā)育。

圖6 伊朗A油田碳酸鹽鑲邊臺地相沉積模式圖Fig.6 Sedimentary model of carbonate rimmed platform of A Oilfield，Iran

3.2 成巖成因

成巖作用對Sarvak組巖石物性的改變起到了關(guān)鍵作用，它使物性相對好的儲層在后期受化學(xué)和物理等方面的因素影響，轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿母魥A層。研究區(qū)Sarvak 組經(jīng)歷的成巖作用主要包括壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、白云石化作用、去白云石化作用和溶蝕作用等。其中對隔夾層的形成起到促進作用的包括壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用等(圖7)。儲層中孔隙和運移通道受壓實、膠結(jié)和交代作用等影響發(fā)生劇烈變化，往往減小了孔隙度和滲透率而形成I類隔夾層。

由圖7a 可觀察到，以顆粒支撐為主的顆?；?guī)r受壓實作用影響，顆粒遭受破壞、變形、錯位和重新排序，導(dǎo)致儲層孔隙類型發(fā)生變化，原本發(fā)育的粒間孔轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖祝瑑游镄宰儾睢?/p>

白云石化對于儲層的改造是一把雙刃劍，既可能會對儲層的發(fā)育起到促進作用，也可能導(dǎo)致隔夾層的形成。一般情況下，石灰?guī)r白云石化初期的晶格變化可增加孔隙，對儲層起到了改善作用，后期的白云石化則會使孔隙被充填而降低孔隙度。在圖7b中可以看到，原本有孔蟲體腔內(nèi)的鈣質(zhì)膠結(jié)物被白云質(zhì)交代，造成孔隙度很低。

圖7 伊朗A油田Sarvak組隔夾層成巖作用微觀特征Fig.7 Photos of rock slices showing diagenetic characteristics of barriers and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

Sarvak 組中的膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)碳酸鹽類礦物，如方解石、白云石等，膠結(jié)方式主要包括孔隙充填、孔隙襯邊、孔隙橋阻塞等。圖7c中，有孔蟲和球粒顆粒以泥晶化為主，顆粒間的孔隙被鈣質(zhì)膠結(jié)物充填堵塞，無法觀察到明顯的孔隙。

3.3 沉積-成巖復(fù)合成因

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育沉積-成巖復(fù)合成因的隔夾層。受沉積環(huán)境和后期成巖作用共同影響，局限或開闊臺地內(nèi)同生期或準同生期接受薄層的泥質(zhì)沉積后，在局限環(huán)境受鈣質(zhì)膠結(jié)作用影響，Sar4—Sar6段易形成復(fù)合成因的隔夾層。

4 隔夾層分布規(guī)律

在隔夾層成因分析的基礎(chǔ)上，基于巖性、沉積、成巖、物性和地震反演波阻抗特征，對隔夾層的分布規(guī)律進行了分析和預(yù)測，并結(jié)合測井特征對隔夾層進行了精細刻畫（圖8）。在Sar7 段局部發(fā)育一套總厚度為5 m的粒泥灰?guī)r隔夾層；在Sar4—Sar6段局部發(fā)育大量的泥?；?guī)r隔夾層，單層厚0.1 m 至3 m不等，總厚度為6 m 左右；在Sar2段和Sar1段頂部均發(fā)育一套穩(wěn)定連續(xù)的沉積成因的粒泥灰?guī)r隔夾層（Ⅱ類），總厚度平均值約為15 m。

以巖心、薄片和測井特征分析為基礎(chǔ)，以地震反演資料為約束條件，對Sarvak組隔夾層厚度、平面展布特征和分布規(guī)律進行了統(tǒng)計和研究（表1）。Sarvak 組隔夾層中，以Sar7 段、Sar4段和 Sar2 段內(nèi)發(fā)育的隔夾層最為典型。

表1 伊朗A油田Sarvak組隔夾層發(fā)育特征Table 1 characteristics of barriers and baffles of Sarvak reservoir in A Oilfield，Iran

從圖8、圖9 可以看出：Sar7 段內(nèi)由沉積主控的粒泥/泥晶灰?guī)r隔夾層僅在西北部地區(qū)發(fā)育（圖9a），面積小、厚度薄，厚度在2～10 m；Sar4 段沉積-成巖復(fù)合成因的泥粒灰?guī)r隔夾層厚度在2～10 m，主要發(fā)育在研究區(qū)的西側(cè)（圖9b），東側(cè)發(fā)育很少或者不發(fā)育；Sar2 段發(fā)育的沉積主控的Ⅱ類粒泥灰?guī)r隔夾層分布最為穩(wěn)定，在整個研究區(qū)均有發(fā)育（圖9c），平均厚度為15 m 左右，自西向東厚度逐漸增大。

圖8 伊朗A油田Sarvak組隔夾層連井對比剖面Fig.8 Inter-well correlation profile of barrier and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

圖9 伊朗A油田Sarvak組隔夾層特征Fig.9 Characteristics of barriers and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

5 結(jié) 論

（1）伊朗A 油田白堊系Sarvak 組發(fā)育的隔夾層可分為成巖作用主導(dǎo)的泥粒灰?guī)r隔夾層和沉積作用主導(dǎo)的粒泥灰?guī)r隔夾層。沉積成因隔夾層厚度大，通常發(fā)育在局限臺地、潟湖等局限環(huán)境，如Sar7 段和Sar2 段內(nèi)發(fā)育的隔夾層，此類隔夾層顆粒含量少，以灰泥基質(zhì)為主；成巖作用形成的隔夾層厚度較薄，如Sar3 段內(nèi)少量發(fā)育的薄隔夾層，后期受到的壓實作用、膠結(jié)作用和交代作用是此類隔夾層形成的主要原因。Sar4—Sar6 段內(nèi)的部分隔夾層則同時受沉積因素和成巖因素控制。

（2）基于巖石物性、測井特征和地震反演波阻抗，對研究區(qū)內(nèi)的隔夾層進行了定量標定及刻畫，分析了研究區(qū)內(nèi)隔夾層的展布規(guī)律。Sar7 段局部發(fā)育隔夾層，總厚度在2～10 m；Sar6—Sar4 段發(fā)育多層薄隔夾層，厚度變化較大，縱向廣泛發(fā)育；Sar2段發(fā)育全區(qū)穩(wěn)定分布的隔夾層，平均厚度為15 m。