珠江口盆地白云南洼珠海組陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層發(fā)育特征與主控因素及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

舒梁鋒，張麗麗，雷勝蘭，高中亮，韓霄，于颯

中海石油( 中國) 有限公司深圳分公司研究院，深圳 518054

0 引言

陸架邊緣三角洲是發(fā)育在淺海大陸架的陸架邊緣向深海過渡位置所形成的三角洲沉積，其位于陸架邊緣附近，沉積規(guī)模大，前三角洲部位可發(fā)育重力流水道和深水扇等沉積體[1-5]。陸架邊緣三角洲長期以來是海洋沉積作用、沉積過程與油氣勘探的重要研究對(duì)象[6-10]。自晚漸新世以來，珠江口盆地形成了廣闊的陸架邊緣，在不同時(shí)期發(fā)育了陸架邊緣三角洲，其儲(chǔ)層發(fā)育控制因素已成為石油地質(zhì)學(xué)的研究熱點(diǎn)[7-9,11-13]。

前人針對(duì)珠江口盆地的陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層已開展了大量卓有成效的研究，但主要集中于白云凹陷地區(qū)，涉及白云凹陷區(qū)域沉積學(xué)、珠海組儲(chǔ)層特征與成因、珠海組儲(chǔ)層的碳酸鹽膠結(jié)物特征與形成機(jī)理等方面[14-21]，而尚未明確陸架邊緣三角洲優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育特征與主控因素。最新三維地震和探井鉆探結(jié)果揭示白云南洼珠海組發(fā)育有大型的陸架邊緣三角洲[23-25]，現(xiàn)今水深1200～2600 m，是我國南海油氣勘探向深水進(jìn)軍的重要對(duì)象，但陸架邊緣三角洲優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育特征、主控因素不清，制約著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)帶的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。

基于白云南洼新獲取的超過2000 km2的高精度三維地震資料和已鉆探的九口探井資料，解剖珠海組陸架邊緣三角洲內(nèi)幕結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合珠海組不同時(shí)期發(fā)育的儲(chǔ)層巖石學(xué)和物性分析結(jié)果，明確影響儲(chǔ)層物性的主控因素，進(jìn)而預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的層段及平面分布特征。本次研究不僅可為陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層研究提供理論支持，而且可為珠江口盆地的深水油氣勘探提供一定的實(shí)際指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

白云凹陷是珠江口盆地面積最大、沉積地層最厚的凹陷[6,26-27]，油氣資源潛力最大。白云南洼為白云凹陷南部的一個(gè)獨(dú)立小洼陷，面積約1800 km2，為順鶴隆起和云荔低隆起所包圍(圖1)。白云南洼的區(qū)域構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷、斷拗和拗陷三個(gè)階段，自下而上發(fā)育了古近系文昌組、恩平組和珠海組，新近系珠江組、韓江組、粵海組和萬山組地層，其中古近系文昌組和恩平組為斷陷期陸相地層，珠海組為拗陷期海陸過渡相地層，珠江組至今為拗陷期海相地層。

圖1 白云南洼位置圖和珠江口盆地晚漸新世綜合柱狀圖Fig.1 Location map of south subsag of Baiyun sag and Late Oligocene comprehensive column of Pearl River Mouth Basin

珠海組沉積時(shí)期，雖然相對(duì)海平面處于持續(xù)上升階段[28]，但因沉積物通量增大[29]，白云凹陷東南至白云南洼形成了規(guī)模很大的陸架邊緣三角洲沉積體系[7-8,11]。隨后受珠海組末期的白云運(yùn)動(dòng)影響，陸架坡折帶向北遷移至白云凹陷北坡至番禺低隆起一帶，白云南洼珠海組地層被深海泥巖所覆蓋[7,12,22]。根據(jù)前人研究成果，珠海組可識(shí)別出7個(gè)三級(jí)層序邊界(SB33.9、SB29.5、SB28.4、SB27.2、SB26、SB24.8和SB23.03)，從而將珠海組劃分為6個(gè)三級(jí)層序，珠海組地層也劃分為六段[30]。其整體演化特征如下：珠海組六段和五段為陸架三角洲沉積，主要分布在白云凹陷西南部；珠海組四段中后期沉積物開始在白云南洼沉積，并形成陸架坡折，三角洲由陸架三角洲變?yōu)殛懠苓吘壢侵?，分布面積變大；珠海組三段陸架邊緣三角洲沉積規(guī)模達(dá)到最大，珠海組二段至一段陸架邊緣三角洲以加積為主，到珠海組一段三角洲規(guī)模變小，后被上覆珠江組泥巖所覆蓋，最終形成現(xiàn)有構(gòu)造格局(圖2)。

利用高精度三維地震資料解釋成果和已鉆探九口探井資料來解剖陸架邊緣三角洲的沉積結(jié)構(gòu)(圖2)，結(jié)果顯示：L1井鉆遇珠海組一段—三段上半段，鉆遇地層均為三角洲前緣亞相；L2井鉆穿珠海組，其中珠海組六段—五段為陸架三角洲的前三角洲亞相，珠海組四段—三段沉積為陸架邊緣三角洲前緣至前三角洲亞相，珠海組二段—一段為陸架邊緣三角洲前緣亞相；L3井鉆穿珠海組，但僅包括珠海組三段—一段地層，為陸架邊緣三角洲對(duì)應(yīng)的深水扇，根據(jù)層序格架內(nèi)地震剖面解釋，該井位于隆起高部位，故而缺失珠海組六段—四段地層；L4井也鉆穿珠海組，但由于位置較低，僅揭示珠海組四段—一段地層，為陸架邊緣三角洲對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)源深水扇。

圖2 白云南洼過已鉆井典型地震剖面及解釋剖面Fig.2 A typical well-drilled seismic section and interpretation section in south subsag of Baiyun sag

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

珠海組主要為三角洲沉積，根據(jù)深圳分公司內(nèi)部資料分析，儲(chǔ)層巖石類型主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，含少量長石石英砂巖。基于已鉆井的連井剖面和含砂率數(shù)據(jù)分析可知，珠海組地層的含砂率由西北物源向東南方向逐漸降低，粒徑也逐漸變細(xì)。云開低凸起為珠海組沉積時(shí)期的物源和沉積物通道[31-32]，地層厚度相對(duì)薄，僅為100～350 m，為三角洲平原亞相，含砂率為40.4%～71.7%，平均含砂率達(dá)60%，巖性以粗砂巖為主；白云凹陷南部和白云南洼所處的陸架邊緣三角洲前緣亞相為三角洲沉積主體，其中L2井鉆穿珠海組，地層厚度800～1500 m，含砂率介于37.4%～51%，平均約為44%，巖性從上到下由粗砂過渡中細(xì)砂；白云南洼南部和荔灣凹陷處于陸坡至深海平原環(huán)境，L3井和L4井揭示珠海組厚度僅為250～300 m，含砂率介于10.5%～48.3%，平均為25%，其中L4井含砂率僅為10.5%，巖性粒度較L3 井鉆遇的更細(xì)，以含細(xì)粉砂巖為主。

從垂向上看，珠海組六段—四段地層主要發(fā)育中砂巖，以泥質(zhì)和高嶺石膠結(jié)為主，其含量為5%～17%，局部充填鐵白云石膠結(jié)物，含量小于5%；珠海組三段—二段則以細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，粒間孔充填泥質(zhì)(含量8%～22%)、碳酸鹽膠結(jié)物(含量2%～8%)；珠海組一段地層巖性主要為細(xì)砂巖-粗砂巖，少量泥質(zhì)膠結(jié)(含量8%～16%)，粒間孔充填高嶺石、菱鐵礦、鐵白云石等，其含量為5%～22%(圖4)。

圖3 白云南洼連井剖面圖Fig.3 Linked well profile in south subsag of Baiyun sag

圖4 白云南洼陸架邊緣三角洲珠海組儲(chǔ)集空間特征(以L2井為例)Fig.4 Reservoir space characteristics of Zhuhai Formation in south subsag of Baiyun sag (L2 as example)

2.2 物性特征

隨著埋深增大，珠海組儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率均逐漸降低，但不同層段儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率差異明顯。根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》碎屑巖儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)，碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度類型劃分為特高孔Ф≥30%、高孔25%≤Ф＜30%、中孔15%≤Ф＜25%、低孔10%≤Ф＜15%、特低孔5%≤Ф＜10%、超低孔Ф＜5%；碎屑巖儲(chǔ)層滲透率類型劃分為特高滲K≥2000 mD、高滲500 mD≤K＜2000 mD、中滲50 mD≤K＜500 mD、低滲10 mD≤K＜50 mD、特低滲1 mD≤K＜10 mD、超低滲K＜1 mD。珠海組六段埋深集中在2500～2800 m,發(fā)育特低孔-中孔、特低滲-低滲儲(chǔ)層；珠海組五段埋深在1600～2700 m，發(fā)育特低孔-高孔、特低滲-高滲儲(chǔ)層；珠海組四段埋深在1500～2500 m，發(fā)育特低孔-高孔、特低滲-高滲儲(chǔ)層；珠海組三段、二段和一段埋深分別為1000～2900 m、1000～2600 m和900～2500 m，均發(fā)育特低孔-高孔、特低滲-高滲儲(chǔ)層，孔隙度和滲透率變化范圍大(圖5)。

圖5 白云南洼珠海組儲(chǔ)層物性圖Fig.5 Reservoir physical properties map of Zhuhai Formation in south subsag of Baiyun sag (a)porosity；(b)permeability)

基于上述分析，可知珠海組六段和五段分別發(fā)育低孔-低滲、低孔-特低滲儲(chǔ)層。陸架邊緣三角洲沉積則整體發(fā)育中-高孔儲(chǔ)層，但滲透率變化大，特低滲儲(chǔ)層到高滲儲(chǔ)層均有發(fā)育，其中珠海組四段為高孔特低滲-高滲儲(chǔ)層，三段主要為中孔低滲儲(chǔ)層，二段為中孔、特低-中滲儲(chǔ)層，而頂部的珠海組一段儲(chǔ)層的物性最好，主體為高孔-高滲儲(chǔ)層(表1)。

表1 白云南洼珠海組儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)表Table1 Reservoir physical properties of Zhuhai Formation in south subsag of Baiyun sag

3 影響儲(chǔ)層物性的主控因素

儲(chǔ)層物性是由沉積作用、成巖作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及盆地高熱流背景等因素相互作用的結(jié)果，其中沉積作用決定了砂巖碎屑礦物的成分與結(jié)構(gòu)，成巖作用使得碎屑礦物成分和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[33-37]，而盆地高古熱流背景下深部熱流體參與了儲(chǔ)層的成巖-孔隙演化過程[38-39]。

3.1 沉積作用

沉積作用為儲(chǔ)層提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，控制了儲(chǔ)層的發(fā)育條件及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布范圍。不同沉積微相發(fā)育砂體的物性差異明顯?；谝雁@井與巖石物性數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在水下分流河道和河口壩等高能相帶，具有粒度粗、分選好、雜基含量少的特點(diǎn)，其中后兩者特點(diǎn)應(yīng)該與波浪作用改造有關(guān)，這兩種微相發(fā)育砂體的物性整體較好，其平均孔隙度和滲透率分別達(dá)25%和225 mD。對(duì)比而言，遠(yuǎn)砂壩、水下天然堤、分流間灣等微相發(fā)育儲(chǔ)層的粒度較細(xì)、顆粒分選磨圓較差，雜基多，物性變差，這與沉積水動(dòng)力弱有關(guān)，其中分流間灣發(fā)育砂體的物性很差，其孔隙度和滲透率平均值分別僅為8.6%和小于1 mD。此外，同一相帶同一層段內(nèi)砂體的泥質(zhì)含量不同，也導(dǎo)致儲(chǔ)層物性差異明顯，比如L1井和L2井同屬于三角洲前緣相帶沉積，相同層段砂體粒度基本相同，但由于泥質(zhì)含量不同，導(dǎo)致物性不同，其中L2井由于泥質(zhì)含量低，原始孔隙度高，因此物性相對(duì)好。

3.2 成巖作用

成巖作用控制了儲(chǔ)層的孔隙演化，決定著儲(chǔ)集性能的好壞[34,39-40]。白云南洼珠海組儲(chǔ)層在埋藏成巖過程中主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用，進(jìn)而改變了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)和物性，與白云主洼經(jīng)歷的成巖作用類似[38-39]。

壓實(shí)作用主要發(fā)生在珠海組三段地層以下，在陸架邊緣三角洲主體發(fā)育時(shí)期作用不明顯。對(duì)比來看，珠海組六段—四段儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)，壓實(shí)減孔量8%～10.5%，平均孔隙度整體減小至10%左右，滲透率普遍小于5 mD；珠海組三段和二段砂體由于埋深變淺，壓實(shí)作用較強(qiáng)，壓實(shí)減孔量3%～8%，但具有一定的長石和巖屑溶蝕孔，平均孔隙度約為20%，滲透率66～110 mD；珠海組一段儲(chǔ)層由于埋深淺，僅經(jīng)歷了弱/未壓實(shí)成巖，且伴隨的長石溶蝕形成了一定數(shù)量的溶蝕孔，砂體平均孔隙度在26%左右，滲透率普遍大于200 mD。根據(jù)已有礦物成分分析化驗(yàn)結(jié)果，參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖成巖階段劃分》中成巖階段劃分依據(jù)，綜合研究區(qū)碎屑顆粒點(diǎn)-線接觸關(guān)系、鐵白云石、泥巖中I/S(伊利石／蒙皂石混層)中S(蒙皂石)百分含量(圖6)等因素，珠海組儲(chǔ)層正處于中成巖A期。

圖6 白云南洼珠海組砂巖埋藏-成巖-孔隙演化Fig.6 Burial-diagenesis-pore evolution of sandstones from Zhuhai Formation in south subsag of Baiyun sag

3.3 古熱流

沉積盆地內(nèi)高古熱流可促進(jìn)成巖作用過程，進(jìn)而使得儲(chǔ)層物性快速變差，但也易形成次生溶蝕帶。珠江口盆地現(xiàn)今的大地?zé)崃髦荡蠹s為24.2～ 121.0 mW/m2，平均熱流值為71.8±13.6 mW/m2，為典型的“熱盆”。珠江口盆地白云凹陷北部的地溫梯度普遍小于4 ℃/100 m，而白云凹陷南部地溫梯度大于4 ℃/100 m，其中L2井珠海組地溫梯度為4.22 ℃/100 m，L3井地溫梯度更高到6 ℃/100 m。白云南洼屬于中高地溫梯度區(qū)，深部熱流體參與了儲(chǔ)層的成巖-孔隙演化過程。高地溫梯度區(qū)砂巖的原生孔隙受靜巖壓實(shí)作用和熱壓實(shí)作用聯(lián)合控制，具體表現(xiàn)為壓實(shí)減孔速率高，等孔隙度埋深顯著變淺。高地溫梯度區(qū)受構(gòu)造熱事件的影響明顯，成巖演化進(jìn)程加快，各成巖作用過程活躍并出現(xiàn)一些典型的熱液成因自生礦物組合[38-39]。另一方面，雖然儲(chǔ)層物性隨埋深的增加而下降，但在高地溫梯度區(qū)儲(chǔ)層更易發(fā)生溶蝕，從而形成次生孔隙發(fā)育帶，如白云凹陷深層砂巖的儲(chǔ)集空間以次生溶孔為主，約占總孔隙的2/3以上[38]，高地溫梯度區(qū)發(fā)育有碎屑顆粒(長石、巖屑、少量石英)、膠結(jié)物(高嶺石、碳酸鹽等)和雜基等大量溶蝕形成的的次生溶蝕帶。

同時(shí)，高地溫梯度區(qū)熱演化事件和熱異常影響著珠海組有效儲(chǔ)層的埋深下限[41-43]，據(jù)中海油深圳分公司內(nèi)部資料統(tǒng)計(jì)，在高地溫梯度區(qū)，儲(chǔ)層孔隙度為15%的埋深下限為2400 m,滲透率10 mD的埋深下限為2600 m。結(jié)合白云南洼周邊已鉆井儲(chǔ)層物性變化特征，研究區(qū)珠海組陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層物性埋深下限在2400～2600 m，砂巖在該埋深之下物性逐漸變差，之上儲(chǔ)層物性保持較好，指示珠海組四段及以上儲(chǔ)層物性相對(duì)好。

4 有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

珠海組不同層段和不同相帶均發(fā)育儲(chǔ)層甜點(diǎn)。具體而言，在珠海組六段-四段，三角洲平原亞相發(fā)育有優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，其埋深在1700 m左右，孔隙度達(dá)29.8%～35.6%，滲透率達(dá)997～3342 mD，同時(shí)還可能存在次生孔隙發(fā)育帶；珠海組三段主要發(fā)育陸架邊緣三角洲前緣砂體，埋深約為2000 m，孔隙度和滲透率分別可達(dá)30%和167～1292 mD；珠海組二段和一段主要發(fā)育三角洲前緣和深水扇砂體，埋深約為1000 m，孔隙度和滲透率分別為26%～29%和151～322 mD，其中一段儲(chǔ)層物性相對(duì)二段更好(圖7)。

圖7 白云南洼珠海組儲(chǔ)層發(fā)育層段及物性特征Fig.7 Reservoir development interval and physical characteristics of Zhuhai Formation in south subsag of Baiyun sag

基于上述分析，珠海組有利儲(chǔ)層特征為熱盆優(yōu)相淺埋，主要為陸架邊緣三角洲前緣高能相帶和近端深水扇，遠(yuǎn)源相對(duì)深埋的深水扇物性變差。珠海組儲(chǔ)層分布最有利的儲(chǔ)集體為珠海組三段至一段的陸架邊緣三角洲和深水扇砂體，其中珠海組三段有利砂體為西南側(cè)的三角洲前緣河口壩，條帶砂和小規(guī)模的深水扇，珠海組二段有利砂體為東側(cè)的三角洲前緣河口壩，條帶砂和中等規(guī)模的深水扇，珠海組一段有利砂體為東側(cè)的三角洲前緣河口壩和深水扇，規(guī)模最大(圖8)。

圖8 白云南洼珠海組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)模式Fig.8 Prediction model of Zhuhai Formation high-quality reservoir in south subsag of Baiyun sag

因此，分析南海北部白云南洼珠海組陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層特征和預(yù)測(cè)其儲(chǔ)集砂體類型及發(fā)育分布區(qū)域，有助于明確有利的油氣生儲(chǔ)蓋組合特征，更好地預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)有利成藏區(qū)帶，對(duì)珠江口盆地白云南洼構(gòu)造-巖性儲(chǔ)集體及油氣勘探具有重要現(xiàn)實(shí)意義，推動(dòng)其深水油氣勘探評(píng)價(jià)工作。

5 結(jié)論

(1) 珠海組三角洲各層段均發(fā)育有物性好的儲(chǔ)層，總體隨埋深增大而儲(chǔ)層物性變差。其中陸架邊緣三角洲發(fā)育的珠海組一段和二段物性最好，珠海組三段和四段次之，陸架三角洲珠海組五段和六段相對(duì)差。珠海組一段和二段物性主要為中-高孔、中-高滲，三段和四段物性為中高孔特低滲-高滲，五段和六段儲(chǔ)層物性主要為低孔低滲-特低滲。

(2)珠海組陸架邊緣三角洲儲(chǔ)層由沉積相帶、壓實(shí)作用和盆地高熱流背景作用共同控制，其中沉積相帶是物質(zhì)基礎(chǔ)，三角洲前緣高能沉積相帶發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，壓實(shí)作用僅在珠海組四段之前表現(xiàn)強(qiáng)烈，陸架邊緣三角洲主體發(fā)育時(shí)期埋深壓實(shí)不強(qiáng)。盆地高熱流背景使得白云南洼地溫梯度高，促使成巖作用加速，使得儲(chǔ)層物性變差，但也易形成次生溶蝕帶。高地溫梯度區(qū)熱演化事件和熱異常影響著儲(chǔ)層物性下限，埋深下限在2400～2600 m，指示珠海組四段及以上儲(chǔ)層物性相對(duì)好。

(3)珠海組有利儲(chǔ)層特征為熱盆優(yōu)相淺埋，主要為陸架邊緣三角洲前緣高能相帶和近端深水扇，遠(yuǎn)源相對(duì)深埋的深水扇物性變差。有利儲(chǔ)集體主要為珠海組三段至珠海組一段的陸架邊緣三角洲和深水扇砂體，物性中孔中滲及以上，其中珠海組一段三角洲前緣和深水扇規(guī)模大，物性最好，可作為重點(diǎn)勘探對(duì)象，珠海組五段和六段則以尋找優(yōu)相次生孔隙發(fā)育帶為主。

致謝：評(píng)審專家和編輯對(duì)本文提出的寶貴意見和建議,在此表示衷心的感謝！