歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲層特征及控制因素

賀銀軍，臧春艷，楊紀(jì)磊，宋修章，郝鵬，王巖巖，趙偉，秦冠男，蔡濤，鄭薇

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心，天津 300452

隨著整個(gè)渤海灣地區(qū)勘探程度的提高，對新生界碎屑巖的油氣勘探取得了較多成果。但受深埋藏條件下的碎屑巖儲集性非均質(zhì)性較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素影響，對中生界碎屑巖儲層缺乏深入系統(tǒng)研究。渤海灣地區(qū)歧口凹陷在勘探初期部分鉆井顯示有油氣存在，證實(shí)該區(qū)域有深入勘探開發(fā)的潛能[1]。該研究以歧口A構(gòu)造中生界下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層為例，通過鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、激光碳氧同位素、孔滲分析等手段，對研究區(qū)中生界碎屑巖儲層特征進(jìn)行了深入研究，闡明了該區(qū)中生界碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲層的形成機(jī)理，分析了優(yōu)質(zhì)儲層非均質(zhì)性產(chǎn)生的原因及控制因素，為該區(qū)下一步勘探提供了參考。

1 研究區(qū)概況

歧南斷階帶位于渤海海域歧口凹陷以南，埕子口凸起以北，是埕子口凸起向歧口凹陷過渡的斜坡-斷階構(gòu)造帶，由南向北被羊二莊斷層、海一斷層、海四斷層切割成依次北掉的3個(gè)斷塊，發(fā)育多套不整合和多條斷層，古生界、中生界、古近系和新近系之間均為不整合接觸，其中侏羅系與古近系之間的不整合是研究區(qū)分布最廣、發(fā)育時(shí)間最長的不整合[1,2]。研究區(qū)下侏羅統(tǒng)殘留砂體由于抬升剝蝕而零星分散分布，不同地區(qū)砂體具有不同特征。歧口A構(gòu)造位于歧口凹陷的歧南斷階帶的海四斷層和羊二莊斷層之間(見圖1)，早期鉆井顯示研究區(qū)下侏羅統(tǒng)是以含凝灰質(zhì)的陸相碎屑巖為主[3-5]。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)3口井的薄片數(shù)據(jù)表明，巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖，見礫巖、砂礫巖和凝灰質(zhì)砂巖(見圖2)。長石、石英和巖屑的平均體積分?jǐn)?shù)分別為35.08%、31.28%和31.42%，為低成熟度成分砂巖；高含量的長石、巖屑為成巖階段溶蝕作用提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，是研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的重要原因之一。分選中等的樣品占比最高，占總樣品數(shù)的50%以上，其次為分選好的，占總樣品數(shù)的32.26%，分選差的樣品總體較少；磨圓度中等-較差；次棱角、次圓-次棱狀的樣品分別占到樣品總數(shù)的38.56%和34.29%，具有中等結(jié)構(gòu)成熟度；膠結(jié)類型以孔隙式為主；接觸方式主要為線-點(diǎn)接觸和線接觸，表明壓實(shí)作用中等。

圖2 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)巖石成分三角圖

3 儲集空間特征

通過對巖石鑄體薄片和掃描電鏡分析，研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層儲集空間以原生粒間孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔(含鑄模孔)為主，見少量粒間孔和裂縫(見圖3(a))。選取47塊典型薄片對儲集空間進(jìn)行顯微定量統(tǒng)計(jì)，特別針對研究區(qū)粒間溶蝕擴(kuò)大孔較為發(fā)育的特點(diǎn)，通過薄片面孔率進(jìn)行線計(jì)法統(tǒng)計(jì)，獲得粒間溶蝕擴(kuò)大孔中的殘余原生孔隙量和溶蝕擴(kuò)大量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，儲層中殘余原生粒間孔(見圖3(b))含量較高，平均值為5.34%，是研究區(qū)有利碎屑巖儲層的主要孔隙類型；溶蝕粒間擴(kuò)大孔(見圖3(c))為碎屑顆粒、粒間雜基和膠結(jié)物等被溶蝕后形成的次生孔，平均含量為4.8%；粒內(nèi)溶孔(見圖3(d))主要為長石和巖屑內(nèi)溶孔，平均含量為1.96%；鑄?？?見圖3(e))多由長石溶解而成，平均含量為3%；晶間微孔主要發(fā)育于高嶺石、伊利石等黏土礦物晶體間(見圖3(f))，呈斑點(diǎn)狀和蜂窩狀，孔徑小，含量少。

圖3 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層典型孔隙圖

4 物性特征

由研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖的孔隙度、滲透率分布直方圖(見圖4)可知，孔隙度分布跨度大，主要分布范圍在10%～15%、15%～25%之間，分別占總樣品數(shù)的28.72%、56.38%左右，孔隙度均值為16.59%；滲透率主要分布在0.1～1mD之間，約占總樣品數(shù)64.79%，超過20%的樣品滲透率大于1mD；儲層物性主要為中孔低滲。從研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層孔滲關(guān)系(見圖5)上看，孔滲關(guān)系較差，可能與碎屑巖中含礫較多且發(fā)育礫緣縫，及部分層段中的溶蝕孔隙特別發(fā)育有關(guān)；礫緣縫的發(fā)育極大地提高了儲層的滲透率，但孔隙度變化不大；而溶蝕孔隙雖然貢獻(xiàn)了較多孔隙度，但對喉道的貢獻(xiàn)有限；因此孔滲關(guān)系較差，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，研究區(qū)存在低滲下的優(yōu)質(zhì)儲層。

圖4 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層孔滲分布直方圖

圖5 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層孔滲關(guān)系圖

5 有利儲層影響因素

5.1 沉積作用

沉積作用是有利儲層形成的基礎(chǔ)，沉積環(huán)境對儲層物性的影響主要表現(xiàn)為不同沉積相帶儲層的物性不同[6-10]。研究區(qū)沉積微相主要有3種類型：辮狀三角洲平原分流河道砂壩、辮狀三角洲前緣河口砂壩和辮狀三角洲前緣河口砂壩壩緣。通過統(tǒng)計(jì)不同沉積微相的物性特征(見圖6)發(fā)現(xiàn)，辮狀三角洲平原分流河道砂壩和辮狀三角洲前緣河口砂壩的儲層物性最好，平均孔隙度可達(dá)17.43%和15.9%，滲透率亦較高，最高可達(dá)23.01mD；而辮狀三角洲前緣河口砂壩壩緣和壩間由于顆粒較細(xì)，泥質(zhì)含量較高，儲層物性較差。研究區(qū)有利儲層主要分布在辮狀三角洲平原分流河道砂壩和辮狀三角洲前緣河口砂壩。

圖6 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層沉積微相與孔滲分布特征關(guān)系圖

5.2 成巖作用

研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖中對保存粒間原生孔隙有利的因素主要有2種：一種是微晶石英襯墊，另一種是早期粒間碳酸鹽膠結(jié)物。研究區(qū)硅質(zhì)襯墊[11](見圖7(a)～(c))對儲層原生孔隙保存起到了積極作用：硅質(zhì)襯墊發(fā)育較好的碎屑巖，其石英次生加大含量較低，殘余粒間孔隙較高；缺乏良好硅質(zhì)襯墊的碎屑巖則具有較高的石英次生加大含量和較低的粒間孔隙度；而硅質(zhì)襯墊可以有效抵御碎屑顆粒進(jìn)一步壓實(shí)，并最終保存大部分原生孔隙，形成以原生孔隙為主的有利儲層。早期碳酸鹽膠結(jié)物如鐵白云石、方解石等(見圖7(d))主要分布在研究區(qū)下侏羅統(tǒng)碎屑巖中，其發(fā)育部位的顆粒主要為點(diǎn)接觸和點(diǎn)-線接觸為主，顆粒接觸部位鐵白云石不發(fā)育；由于碳酸鹽礦物屬于酸性條件下容易溶蝕的礦物，而研究區(qū)成巖作用后期有充足的酸性流體，為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育提供了空間[12，13]。

5.3 溶蝕作用

研究區(qū)溶蝕作用具有多類型、多期次的特點(diǎn)。下侏羅統(tǒng)碎屑巖中發(fā)育以次生孔隙為主的有利儲層，其次生孔隙的主要貢獻(xiàn)是粒間鐵白云石溶蝕，主要發(fā)育在鄰近不整合面附近；遠(yuǎn)離不整合面的碎屑巖中，發(fā)生溶蝕作用的主要是長石溶蝕(見圖7(e)～(f))。粒間鐵白云石膠結(jié)物的溶蝕主要是由于下侏羅統(tǒng)碎屑巖沉積后，在抬升階段早期鐵白云石嚴(yán)重膠結(jié)的碎屑巖暴露地表，在大氣降水的酸溶作用下形成粒間溶孔，儲層儲集性得到有效改善。在此階段，也對部分長石、巖屑和凝灰質(zhì)進(jìn)行了溶蝕，提供了部分儲集空間。部分長石溶蝕發(fā)生在深埋階段，溶蝕孔隙中見自生石英、高嶺石等充填(見圖7(g))[14]。碎屑巖中發(fā)育的第一期方解石主要為粒間亮晶方解石(見圖7(d))，其發(fā)育部位顆粒主要為點(diǎn)接觸和點(diǎn)-線接觸為主，對儲層原生孔隙保存起到了積極作用；碎屑巖中發(fā)育的第二期方解石主要為交代雜基、碎屑顆?；虺涮钤诹ｉg及長石溶蝕孔隙中的膠結(jié)物(見圖7(h))，沉淀時(shí)間晚于長石溶蝕，其陰極發(fā)光顏色為暗亮橙色-暗紅色(見圖7(i))。

圖7 歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層典型成巖作用現(xiàn)象圖

研究區(qū)存在兩期方解石膠結(jié)物：①第一期方解石(粒間亮晶方解石、早期粒間方解石)，具有相對較高的δ13C，大多數(shù)樣品的值都在4‰附近，變化在1.13‰～4.23‰之間，平均值為3.10‰，表明其形成與有機(jī)質(zhì)的脫羧基作用關(guān)系不大；在氧同位素組成上，δ18O偏正，大多數(shù)樣品的值都在-8‰附近，變化在-8.41‰～-7.97‰之間，平均值為-8.12‰；根據(jù)同位素計(jì)算其形成溫度，其溫度值主要分布在54.96～59.40℃之間，說明第一期方解石是在相對較早的早成巖B期沉淀的。②第二期方解石(交代方解石、洞中充填粗晶方解石、晚期粒間方解石)，其中δ13C平均值為-9.66‰，與有機(jī)碳的關(guān)系密切；在氧同位素組成上，δ18O偏負(fù)，樣品的平均值為-14.05‰；根據(jù)同位素計(jì)算其形成溫度，其溫度值主要分布在91.07～106.34℃(見表1)[15，16]。第二期方解石碳同位素偏負(fù)的特征間接說明了有機(jī)酸對長石的溶蝕作用，表明第二期方解石膠結(jié)物與有機(jī)碳密切相關(guān)，是在有機(jī)質(zhì)演化到脫羧基作用階段大量有機(jī)酸形成或更晚的時(shí)間沉淀的[17]。同時(shí)，方解石膠結(jié)物的物源與長石等鋁硅酸鹽礦物的溶解有關(guān)，有利于形成次生孔隙。

表1 研究區(qū)方解石膠結(jié)物碳和氧同位素值及換算溫度

6 結(jié)論

1)歧口A構(gòu)造下侏羅統(tǒng)碎屑巖儲層的巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、礫巖和砂礫巖，顆粒磨圓度中等-較差，膠結(jié)類型主要為孔隙式，接觸方式主要為線-點(diǎn)接觸和線接觸。

2)儲層物性以中孔低滲為主，發(fā)育低滲背景下的優(yōu)質(zhì)儲層，儲層儲集空間以原生粒間孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔(含鑄?？?為主，見少量晶間溶孔和裂縫。

3)影響研究區(qū)碎屑巖儲層發(fā)育的主要因素有沉積作用、成巖作用和溶蝕作用:有利儲層主要分布在辮狀三角洲平原分流河道砂壩和辮狀三角洲前緣河口砂壩；儲層發(fā)育微晶石英襯墊和早期粒間碳酸鹽膠結(jié)物等成巖作用，有效抵御了碎屑顆粒的進(jìn)一步壓實(shí)，形成了以原生孔隙為主的有利儲層；儲層發(fā)育多類型、多期次的溶蝕作用，形成了以次生孔隙為主的有利儲層。