白云凹陷珠海組碎屑砂巖粒度特征分析

杜善龍，張 瑋，滕云璽，郭琪琪

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710065)

粒度是碎屑顆粒的主要結(jié)構(gòu)特征，是衡量沉積物和沉積巖顆粒大小的一個(gè)重要指標(biāo)，粒度信息可以為巖石沉積環(huán)境的確定提供重要依據(jù)[1]，同時(shí)也是影響儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵因素[2]．另外，沉積相帶的分異作用和成巖作用引起的孔喉變化也是控制儲(chǔ)層物性的重要因素，沉積相帶的不同導(dǎo)致儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度和巖石組構(gòu)的差異，進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)層的物性差異[3]．粒度分布特征是沉積物來(lái)源、沉積環(huán)境、水動(dòng)力條件的綜合反映[4]，可以為研究古氣候和沉積巖來(lái)源提供重要依據(jù).近幾年以來(lái)，粒度分布特征在海洋地質(zhì)研究中得到了非常廣泛的應(yīng)用[5]．

本文通過(guò)對(duì)白云凹陷珠海組儲(chǔ)層粒度特征、沉積相及物性之間關(guān)系的研究，進(jìn)一步闡述儲(chǔ)層粒度特征對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響．由于中粗粒碎屑巖具有較大顆粒粒徑和較好的沉積結(jié)構(gòu)，一般比細(xì)粒砂巖具有發(fā)育更為好的儲(chǔ)層條件．因此，開(kāi)展沉積相、粒度和儲(chǔ)層物性三者的關(guān)系研究是進(jìn)行有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的必要基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵問(wèn)題之一．

1 區(qū)域地質(zhì)概況

白云凹陷位于南海北部珠江口盆地珠二坳陷的東北部[6]，為珠江口盆地面積最大、沉積最厚的凹陷.北接番禺低隆起、南至中部隆起、西連云開(kāi)低凸起、東鄰東沙隆起、總體上呈東西向展布，水深為200～3 000 m，面積約為2×104km2(圖1)[5,7-8]．也是珠江口盆地的沉積和沉降中心，新生代沉積厚度超過(guò)11 km[9-11]．白云凹陷經(jīng)歷了斷陷、斷坳和坳陷3個(gè)階段[12]，自下而上充填了文昌組、恩平組、珠海組、珠江組、韓江組、粵海組等地層．晚漸新世以來(lái)，深水區(qū)處于坳陷演化階段，古珠江攜帶華南沿海燕山褶皺帶乃至青藏高原的充沛物源堆積于深水區(qū)，形成了珠海組、珠江組沉積時(shí)期大規(guī)模的陸架邊緣三角洲[13-16]，陸源高等植物為其主要有機(jī)質(zhì)來(lái)源．陸架邊緣三角洲分布于白云凹陷與鶴山凹陷一帶，相距北部華南大陸物源區(qū)更遠(yuǎn)，沉積物粒度逐漸變細(xì)，砂地比降低，普遍在20%～30%.巖性主要為砂巖、粉砂巖及泥巖，砂巖單層最大厚度普遍在20～30 m，遠(yuǎn)小于北部淺水區(qū)的50～60 m的最大單層厚度．陸架邊緣三角洲的河口壩、水下分流河道、席狀砂分布廣、縱向厚度大，具有良好的儲(chǔ)集物性是深水區(qū)重要的儲(chǔ)層類型，也是有利勘探目標(biāo)[17-19]．

圖1 白云凹陷區(qū)域地質(zhì)圖

2 物源體系

根據(jù)前人研究，結(jié)合目前研究現(xiàn)狀，將白云凹陷物源體系分為盆內(nèi)及盆外兩大物源體系，其中恩平組早期物源體系以周邊古隆起為主，恩平組晚期到珠海組逐漸過(guò)渡到以盆外物源華南褶皺帶為主(圖2)．

圖2 白云凹陷物源體系示意圖

3 粒度分布特征

3.1 粒度類型

粒度是沉積物和沉積巖的主要特征，可以反映沉積作用及示蹤物源，也是分析和對(duì)比沉積環(huán)境的重要依據(jù)[20-21]．

白云凹陷珠海組可細(xì)為珠海組上段(一段～三段)，珠海組下段(四段～六段)，根據(jù)砂巖類型統(tǒng)計(jì)可知，儲(chǔ)層巖性以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，發(fā)育少量中砂巖和粗砂巖(圖3)．其中，中粗粒砂巖主要發(fā)育于下珠海組，結(jié)合物源體系分析，從恩平組晚期到珠海組早期，物源體系以周邊低隆起為主，物源供給充沛.所以，中粗粒砂巖占比較高，且主要以珠海組五段～珠海組六段為優(yōu)勢(shì)發(fā)育層．

圖3 白云凹陷珠海組砂巖類型統(tǒng)計(jì)圖

3.2 砂地比與巖石組構(gòu)

平面上選取了Y1、Y2、L1、L2等4口鉆井，這4口井揭示的恩平組和珠海組地層序列比較完整．

西北緣：以位于番禺隆起附近的Y1、Y2井為例，Y1井的總砂地比值范圍為49.46%～93.36%，平均值71.53%，其中粉砂巖砂地比值范圍為0～7.04%，平均值2.79%，細(xì)砂巖砂地比值范圍為2.68%～25.85%，平均值8.37%，中砂巖砂地比值范圍為7.56～51.89%，平均值為28.8%，粗砂巖砂地比值范圍為3.9～54.29%，平均值31.57%，由此，Y1的砂地比總特征為T71.53S2.79F8.37M28.8C31.57，(T—砂巖總砂地比，S—粉砂巖砂地比，F(xiàn)—細(xì)砂巖砂地比，M—中砂巖砂地比，C—粗砂巖砂地比)總體表現(xiàn)為中粗粒砂巖發(fā)育型．Y2井的的砂地比總特征為T53.36S21.67F14.38M3.47C13.9．其中，總砂地比值范圍為29.17%～65.54%，平均值53.36%，粉砂巖砂地比值范圍為0～42.84%，平均值21.67%，細(xì)砂巖砂地比值范圍為0～46.23%，平均值14.38%，中砂巖砂地比值范圍為0～24.29%，平均值為3.47%，粗砂巖砂地比值范圍為0～61.17%，平均值13.9%．

東南緣：L1、L2井位于云荔低凸起附近，L1井的總砂地比值范圍1.26%～40.76%，平均值21.43%，其中粉砂巖砂地比值范圍1.26%～28.8%，平均值17.3%，細(xì)砂巖砂地比值范圍0～14.67%，平均值4.13%，中粗砂巖不發(fā)育，總體特征：T21.43S17.3F4.13．L2井的總砂地比值范圍14.29%～36.27%，平均值23.55%，其中粉砂巖砂地比值范圍0～17.34%，平均值4.83%，細(xì)砂巖砂地比值范圍0～36.67%，平均值18.72%，中粗砂巖不發(fā)育．總體特征表現(xiàn)為T23.55S4.83F18.72．

東南部L1、L2井之間的砂巖粒度差異性甚微，都以粉細(xì)砂巖發(fā)育為主，中粗砂巖幾乎不發(fā)育．曲線形態(tài)尤以珠海組最為明顯，表現(xiàn)為“平緩型、多峰態(tài)”，頂峰值不足40%，說(shuō)明該地區(qū)遠(yuǎn)離物源沉積區(qū)，且物源供給較穩(wěn)定．

白云凹陷西北緣和東南緣多口鉆井的砂地比與巖石組構(gòu)特征具有明顯的差異，且由西北向東南方向，砂地比值呈降低趨勢(shì)(圖3)．靠近番禺隆起的鉆井珠海組的砂地比明顯高于凹陷東南部鉆井，說(shuō)明西北和東南物源體系存在差異，白云凹陷珠海組沉積時(shí)期，西北緣物源可能為東南緣提供沉積物源，或者東南周邊低隆起為其供源，但供源有限．

根據(jù)巖石組構(gòu)特征揭示出中粗粒發(fā)育區(qū)主要位于番禺低隆起．白云凹陷西北部的Y1井、Y2井珠海組砂巖主要為中-粗砂巖，且少見(jiàn)粉砂巖和細(xì)砂巖．結(jié)合砂地比值，縱向上，自下而上以恩平組—珠海組五段最為發(fā)育，總體反映的是一個(gè)近物源體系的沉積環(huán)境；靠近云荔低凸起東南緣珠海組的L1井和L2井發(fā)育粉-細(xì)砂巖，反映出東南緣屬于遠(yuǎn)物源體系的沉積環(huán)境，這與西北部的砂巖類型及沉積環(huán)境形成顯著差別．

4 沉積相、粒度與儲(chǔ)層物性

4.1 沉積相與粒度特征

白云凹陷珠海組發(fā)育陸架邊緣三角洲沉積[5,8,15]，珠海組上段主要為三角洲平原沉積，珠海組下段主要為三角洲前緣沉積．發(fā)育有(水下)分流河道、天然堤、決口扇、河口壩和(水下)分流間灣等微相類型[5]．

根據(jù)粒級(jí)類型統(tǒng)計(jì)分類，將粒級(jí)類型分為3類：

表1 粒度類型分類表

依據(jù)樣品粒度類型的頻數(shù)分布特征，粒度類型分布在白云凹陷上珠海組和下珠海組均有體現(xiàn)，但以上珠海組分布最廣．對(duì)比珠海組上下段：珠海組中粗粒砂巖主要分布于(水下)分流河道、和河口壩，且珠海組上段的水下分流河道和珠海組下段中的分流河道中的中粗粒砂巖占比較更高．從沉積分異角度考慮，三角洲平原亞相更接近物源沉積區(qū)或者更靠近周緣隆起地帶，沉積物的搬運(yùn)距離在三角洲平原亞相更短，因此(水下)分流河道是主要的儲(chǔ)集層．

圖4 粒度縱向特征對(duì)比圖

圖5 白云凹陷珠海組粒度類型直方圖

4.2 粒度特征與儲(chǔ)層物性

粒度是影響儲(chǔ)層性能的因素之一，其對(duì)儲(chǔ)層的控制主要表現(xiàn)在對(duì)砂體發(fā)育類型和物性特征的影響，特別是沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性的控制．

研究區(qū)儲(chǔ)層碎屑顆粒粒度孔—滲關(guān)系呈現(xiàn)正相關(guān)性(圖4左)，表明顆粒越粗，顆粒之間形成的的孔隙越大，物性越好．對(duì)比3種類型的孔隙物性特征，當(dāng)孔隙度一定時(shí)，中粒及以上的滲透率最高，且對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育有促進(jìn)作用．同時(shí)，結(jié)合沉積微相對(duì)粒度的影響，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)富砂沉積微相控制下的儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)性(圖4右)，并且(水下)分流河道的砂體物性好于河口壩沉積砂體，說(shuō)明沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯控制作用，分流(水下)河道和河口壩為有利儲(chǔ)集相帶．

圖6 珠海組砂巖孔-滲交匯圖

5 結(jié)論

(1)白云凹陷珠海組儲(chǔ)層砂巖巖性以粉—細(xì)砂巖為主，含少量中-粗砂巖．

(2)白云凹陷珠海組砂地比與巖石組構(gòu)的差異性，既說(shuō)明了物源體系的差異，同時(shí)也揭示番禺低隆起為中粗粒砂巖發(fā)育區(qū)，且以恩平組-珠海組五段為優(yōu)勢(shì)發(fā)育層，這為有效儲(chǔ)層的發(fā)育提供了有利條件．

(3)三類粒度類型中，中粒及以上砂巖的物性最好，對(duì)儲(chǔ)層物性起到促進(jìn)作用；沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的控制作用，(水下)分流河道和河口壩為有利儲(chǔ)集相帶，且(水下)分流河道砂體是主要的儲(chǔ)集層．