構(gòu)造-沉積耦合格架下深層砂體展布及儲層特征
——以東濮凹陷古近系沙三段中亞段為例

王羽君，靳亞勤，郭金蘭

(1.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司開發(fā)管理部，濮陽 457001； 2.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，濮陽 457001)

盆地的構(gòu)造演化和斷裂活動影響沉積相及砂體展布[1-2]，同沉積斷裂活動對不同沉積時期砂體的分布樣式具有重要的控制作用，從而致使斷階帶和斜坡帶油氣富集規(guī)律具有較大的差異，對有利砂體的預(yù)測、隱蔽油氣藏的開發(fā)有著重要的意義。前人對砂體的研究大多基于構(gòu)造和沉積相平面的考慮，忽略了構(gòu)造演化和沉積體系演化的縱向控砂；對儲層的研究重點放到了儲層的成巖演化，忽略了同生構(gòu)造對初始儲層物性的影響和后期構(gòu)造對儲層微觀的改變。

東濮凹陷地處環(huán)渤海灣斷陷盆地的西南緣(圖1)，是中國環(huán)渤海灣斷陷盆地群中唯一一個富含鹽富含油氣的盆地，油氣勘探已進入高成熟階段，儲量產(chǎn)量持續(xù)下降形勢下，深層碎屑巖油氣藏的勘探是東濮凹陷油氣儲量新的增長點，但砂體及有利儲層的展布與主要控制因素依然是困惑勘探工作者的問題。如在有利的油氣范圍內(nèi)，砂體和有效儲層變化非?？?，非均質(zhì)強。因此東濮解決深層砂體展布及儲層的發(fā)育是東濮凹陷進一步油氣勘探部署的首要問題。

圖1 東濮凹陷區(qū)域位置圖Fig.1 Location map of Dongpu Sag

東濮凹陷受構(gòu)造活動頻發(fā)和古氣候波動頻繁影響，具有“脈沖式斷陷、快進慢退、持續(xù)充填”沉積演化特點，從單一洼陷到多隆多洼的盆地演化，構(gòu)造-沉積耦合控制下砂體呈規(guī)律性變化，在層序地層格架內(nèi)，受“層控”“相控”影響，不同體系域內(nèi)儲層特征差異明顯[3]。為此，通過跳出沉積固有模式，利用東濮凹陷高密度井網(wǎng)優(yōu)勢，首次應(yīng)用在構(gòu)造-沉積體系演化的控制下，對構(gòu)造和沉積進行耦合，對東濮凹陷深層沙三段中亞段沉積相及砂體展布和儲層微觀特征精細研究，分析不同構(gòu)造變革期沉積體系演化及分布特點，采取微觀、宏觀研究相結(jié)合的方法，建立新的同沉積斷層控砂模式，明確優(yōu)質(zhì)儲層的分布區(qū)，指導(dǎo)東濮凹陷深層油氣的勘探方向。

1 地質(zhì)背景

古生代末以來的構(gòu)造運動逐步形成了古近系初東濮鄰區(qū)整體上西高東低的區(qū)域地貌特征[4-5]；在此基礎(chǔ)上，喜馬拉雅運動形成的東濮箕狀凹陷，具有東陡西斜、遠源匯聚、高隆閉流特征[6]。東濮凹陷在古近系主要經(jīng)歷4期大的沉積斷裂構(gòu)造活動：初始斷陷(沙四段)、強烈斷陷(沙三下亞段)、多斷斷陷(沙三中亞段)、斷陷減弱(沙二段)。在重力和斷裂活動的共同作用下，東濮凹陷從單一洼陷到多隆多洼的盆地演化[7-8](圖2)。

圖2 東濮凹陷主要斷裂系統(tǒng)圖Fig.2 Main fault system in Dongpu Sag

2 多隆多洼構(gòu)造背景下的沉積體系演化及沉積體系分布特點

構(gòu)造活動影響沉積盆地的形態(tài)和決定著盆地可容空間的大小。構(gòu)造因素通過改變地貌特征、斷裂距離和坡度去影響沉積類型和快慢[9]。由于東濮凹陷是構(gòu)造斷陷盆地，當時的構(gòu)造運動比較強烈，地形變化急劇，形成干熱的封閉谷地，生長在谷地里的耐旱植物(麻黃種屬)正是這種干熱的小氣候的反映。孢粉分析干濕交替與沉積旋回具有一定對應(yīng)關(guān)系，沙三下5、下1麻黃粉含量較少，氣候潮濕；沙三中6，麻黃粉含量較高，表明氣候干旱；從沙三上9到沙二上整體表現(xiàn)為潮濕向干旱過渡(圖3)。氣候的干濕變化通過控制降水量的多少，進而影響到湖平面的變化及碎屑物質(zhì)的供給量。氣候干旱期，河流注入量減小，湖平面降低，從盆地外圍帶來的碎屑物質(zhì)少，盆內(nèi)化學(xué)沉積增加；氣候潮濕期，河流注入量增多，湖平面升高，從盆地外圍帶來的碎屑物質(zhì)增多，盆內(nèi)水體淡化，化學(xué)沉積減弱。物源供給速率受構(gòu)造活動及氣候條件影響，同時可以引起湖平面的升降變化，而且其周期短，對沉積演化的控制作用更加明顯[10-14]。在系統(tǒng)沉積體系基礎(chǔ)上，對柳屯洼陷在構(gòu)造演化控制下的沉積充填演化進行了解剖。

圖3 東濮凹陷孢粉化石麻黃粉含量與古氣候變化分析圖Fig.3 Analysis of pollen content of fossil ephedra and paleoclimate change in Dongpu Sag

初始斷陷期(沙四段)：主要為蘭聊斷裂，成鹽中心及沉降中心位于湖盆中央的文留東部,沉積沉降中心一致。沉積體系的展布主要受古地貌、物緣的影響。柳屯洼陷為其中一部分。西部物源匯聚到柳屯地區(qū)卸載形成三角洲，其東側(cè)為在沙四下為漫湖沉積，在沙四上為鹽湖沉積。

強烈斷陷期(沙三下亞段)：此時期東傾石家集斷層和西傾文西斷層強烈活動，柳屯洼陷形成，西部遠源匯聚的物源在馬寨斷層下降盤卸載形成三角前緣，在石家集斷層下降盤形成濁積，柳屯洼陷東部因古地貌隆起，在地貌高部位形成灘壩沉積、碳酸鹽坪和混合坪。

多斷斷陷期(沙三中亞段)：沙三中5～9時期，西傾文西斷層和東傾石家集斷層活動減弱，整體為水退旋回。沙三中1～4時期，東傾石家集斷層繼續(xù)活動，但強度不大,生長指數(shù)為1.11；而文西斷層活動強烈，生長指數(shù)可達3.66，造成柳屯洼陷西高東低[15]；西部物源仍然在馬寨斷層下降盤卸載，越過石家集斷層卸載一部分，形成三角洲前緣，東側(cè)發(fā)育泥灰坪。

斷陷減弱期(沙二段): 此時期石家集與文西斷層活動繼續(xù)減弱，柳屯洼陷繼續(xù)變淺，西部遠源匯聚的物源卸載到前梨園洼陷；形成大范圍的網(wǎng)狀河三角洲前緣，東側(cè)為漫湖泥坪(圖4)。

圖4 東濮凹陷構(gòu)造演化控制下的沉積充填演化模式圖Fig.4 Tectonic-sedimentary evolution section of Dongpu Sag

3 構(gòu)造-沉積演化對砂體縱向分布的控制

東濮凹陷古近紀“遠源匯聚、高隆閉流”源匯體系及多種沉積體系時空疊置，決定了東濮古近系砂泥薄互層滿盆分布的基本特點[3]。砂體的分布受構(gòu)造、氣候、地形等因素的共同影響[16]。表現(xiàn)在沉積演化方面，強烈斷陷期地形分異大，可容空間大，地震頻繁引起的同沉積垮塌位移多，因此，各類三角洲物源砂體發(fā)育，與同生斷裂及坡折帶相關(guān)的濁積砂體發(fā)育，橫向上砂體相帶窄；構(gòu)造寧靜的穩(wěn)定期，可容空間停滯，以沉積充填為主，地形分異變小，砂體進積，相帶疊加較寬，同時，水體變淺，灘壩砂體更發(fā)育。與氣候小旋回相關(guān)的沉積小旋回對砂體分布的影響，主要表現(xiàn)在，洪水期，搬運能力強，陸源碎屑沉積發(fā)育，湖相成因的沉積如化學(xué)沉積、灘壩沉積萎縮，具有水進物源砂進、水退灘壩砂進的特點。

從砂地比統(tǒng)計來看，沙四下、沙三下8、沙三中9、沙三上8、沙二下砂巖較發(fā)育；符合構(gòu)造活動與沉積充填耦合的結(jié)果(圖5)。沙四下，湖侵早期，東部受蘭聊、杜寨斷層控制的洪水重力扇塊狀濁積砂體發(fā)育，西部辮狀河三角洲前緣河道砂體發(fā)育。沙四上，為湖侵晚期，水體加深，湖水域面積擴大，形成西部網(wǎng)狀河三角洲前緣砂、東部扇三角洲砂圍繞鹽湖沉積中心分布，形成圍繞沉積中心，膏鹽巖、碳酸質(zhì)巖、泥質(zhì)巖、砂質(zhì)巖有序分布的格局。沙三下水體加深、同生斷裂活動強，半深湖區(qū)濁積砂體發(fā)育，受物源供給的各類三角洲砂體發(fā)育各類三角洲前緣砂體圍繞凹陷周邊分布；沙三中同生斷裂活動加劇，古地貌復(fù)雜，造成多種沉積體系并存；沙三上水體變淺，濁積砂體逐漸不發(fā)育，灘壩砂體和各類三角洲河道砂體發(fā)育；沙二段，強烈斷陷進入萎縮期，淺-漫湖灘壩砂體發(fā)育。

圖5 東濮凹陷古近系砂地比縱向分布圖Fig.5 Longitudinal distribution of Paleogene sand ratio of Dongpu Sag

4 構(gòu)造控制下的沙三中沉積相及砂體展布

東濮地區(qū)沉積相比較復(fù)雜，沙三中具有多種沉積體系共存的沉積體系分布特點，是東濮凹陷構(gòu)造演化和沉積充填特征決定的。沙三中時期東濮凹陷同生斷裂發(fā)育，同生斷裂一是影響古地貌，形成多隆多洼的古地貌特征；湖流的搬遠、波浪的淘洗在古地貌高部位形成灘壩砂體富集區(qū)。二是與同生斷裂頻繁脈沖式活動相伴生的地震，觸發(fā)先期沉積的未固結(jié)砂體沿地貌陡峭處垮塌形成濁積砂，并起到對灘壩邊緣、三角洲前緣并不富集的砂體具有再次分選富集的作用。從沉積相展布圖(圖6)可以看出，東部物源區(qū)由于蘭聊斷裂的持續(xù)脈沖式活動，地貌較陡，發(fā)育小型扇體，形成局部砂礫巖發(fā)育區(qū)；從濮城東綿延至白廟東、東明集等區(qū)塊。扇三角洲向凹陷延伸較短，大致4 km；沙三中亞段時期在斷層下降盤發(fā)育多個濁積扇朵體。北部為辮狀河三角洲沉積，北部三角洲規(guī)模較大，河道延伸較遠，向中央隆起帶延伸至濮衛(wèi)地區(qū)，可為凹陷中部的灘壩、濁積扇等盆地內(nèi)部相提供物質(zhì)來源。西部三角洲在衛(wèi)城、馬寨地區(qū)延伸較短，大致2～3 km，三角洲前端可由于地形地勢的不同繼續(xù)沉積濁積扇，或者灘壩。西部物源區(qū)，地貌較緩，形成網(wǎng)狀河三角洲物源砂體富集區(qū)，胡狀集、慶祖集和桑村的網(wǎng)狀河三角洲規(guī)模較大，水下分流河道為主要砂體，向文留等區(qū)塊延伸，由于文西、長垣斷層影響，出現(xiàn)古地形高差，可形成深水濁積扇體。西南部為網(wǎng)狀河三角洲沉積，三角洲延伸至馬廠地區(qū)。受沉積旋回控制，在各個砂層組三角洲面積和具體形態(tài)有所不同，沙三中6以上砂層組，三角洲延伸距離縮短，在東濮凹陷南部橋口、三春集等地區(qū)出現(xiàn)濱淺湖灘壩沉積。古地貌高點的中央隆起帶濮城、文留地區(qū)以濱淺湖灘壩為主要沉積相，主要微相砂體為壩頂、壩側(cè)和席狀灘。在濮城斷層、文東斷層下降盤等深水區(qū)發(fā)育濁積扇沉積，辮狀水道為主要砂體(圖6)。

圖6 東濮凹陷沙三段中亞段沉積相平面圖Fig.6 Sedimentary facies of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

通過分析構(gòu)造、物源及古氣候的相互影響及組合關(guān)系，建立了東濮沙三中砂層組內(nèi)6種典型極小沉積旋回模式(圖7)。

圖7 東濮凹陷構(gòu)造演化控制下的沉積充填演化模式圖Fig.7 Sedimentary filling evolution model under the control of tectonic evolution of Dongpu Sag

(1)低水位斷陷期，此時氣候干旱，斷裂活動強，物源供給速率低。氣候條件干旱使得沉積物注入具有間歇性，斷裂活動造成古地貌的地形高差變大，濁積發(fā)育，物源體系不發(fā)育。

(2)高水位洪泛期，此時氣候潮濕，斷裂活動弱，物源供給速率高。氣候條件潮濕使得沉積物注入量大，洪水活動造成沉積物注入具有間歇性、時間短、搬遠強度大、快速沉積的特征，物源體系發(fā)育。

(3)低水位干旱期，此時氣候干旱，斷裂活動弱，物源供給速率較低。沉積物搬遠強度弱，湖盆內(nèi)以化學(xué)沉積為主，物源體系不發(fā)育。

(4)高水位斷陷期，此時氣候潮濕，斷裂活動強，物源供給速率較高。斷裂活動造成地形高差變大，沉積物供應(yīng)受構(gòu)造影響具有間歇性，濁積發(fā)育。

(5)高水位蓄水期，氣候潮濕，斷裂活動弱，沉積物供應(yīng)具有持續(xù)性、時間長、搬遠強度弱、沉積速率低的特點，此時物源體系較弱，湖盆沉積物以細粒沉積為主，是標志層的主要形成時期。

(6)低水位湖侵期，此時氣候潮濕，斷裂活動弱，沉積物搬遠強度大，沉積速率快，灘壩和物源體系發(fā)育。

5 構(gòu)造-沉積控制下的儲層特征

5.1 儲層巖礦特征

母巖作為儲層物質(zhì)基礎(chǔ)的來源，直接影響了骨架礦物的含量和填隙物類型。受多期構(gòu)造活動影響，周緣物源區(qū)呈現(xiàn)周期性旋回變化。東濮凹陷沙三中亞段以西側(cè)物源為主，直接控制了盆地沉積物組成和成巖演化的物質(zhì)基礎(chǔ)[6]。

根據(jù)沙三中1186塊偏光顯微鏡下薄片分析結(jié)果顯示，巖性主要為長石粉砂巖和巖屑粉砂巖；成分成熟度普遍較高，主要分布在1.5～3.0。碎屑顆粒粒徑主要在0.02～0.25 mm，為細粉砂-細砂級別；顆粒之間大多為點接觸、線接觸；以黏土和碳酸鹽膠結(jié)為主，少見硅質(zhì)和硬石膏膠結(jié)。分選主要為中或好，差和極差的情況較少。不同地區(qū)存在一定差異，文留地區(qū)石英含量為26.6%～88.1%，平均73.5%，成分成熟度指數(shù)也最高，可達2.92；以沉積巖和變質(zhì)巖巖屑為主，巖屑總含量低于其他地區(qū)；該段粒度均值13.6～360.2 μm，平均65.5 μm。濮衛(wèi)地區(qū)石英含量29.6%～85.0%，平均61.6%；巖屑成分主要為變質(zhì)巖巖屑和沉積巖巖屑；該段粒度均值12.8～290.0 μm，平均76.5 μm；以方解石膠結(jié)為主，黏土次之。胡慶石英43.0%～88.0%，平均71.4%，石英為它形粒狀；巖屑總含量最高，變質(zhì)巖和火成巖巖屑含量明顯高于其他地區(qū)；該段粒度均值19.9～231.6 μm，平均65.2 μm；以方解石膠結(jié)為主。橋口地區(qū)石英平均69.2%，石英為它形粒狀；巖屑含量較其他地區(qū)最低，分布在2.5%～3.5%；該段粒度均值42.1～230.7 μm，平均109.4 μm，以方解石膠結(jié)為主(圖8)。

圖8 東濮凹陷沙三段中亞段不同地區(qū)儲層巖石特征Fig.8 Sandstone characteristics of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

5.2 儲層類型及其特征

伴隨盆地從單一洼陷到多隆多洼的構(gòu)造演化，在成巖層序地層格架，不同時期儲層類型呈現(xiàn)周期規(guī)律性變化[17-20]。東濮凹陷古近系湖侵體系域多發(fā)生雜基支撐，壓實作用強易致密(圖9)；高位域背景下多期膠結(jié)和差異性溶蝕顯著(圖10)。東濮凹陷古近系沙三中亞段儲層孔隙由于構(gòu)造活動、母巖類型、沉積演化和成巖作用等因素的共同作用，經(jīng)257塊薄片觀察和統(tǒng)計：混合孔隙和粒間溶蝕孔隙占比大于80%，呈不規(guī)則多邊形的殘留原生孔隙次之，孔隙粒內(nèi)溶孔和裂縫低于10%。因此認為東濮凹陷古近系沙三中亞段儲層以次生粒間溶蝕孔隙、呈不規(guī)則多邊形的殘留原生孔隙及混合孔隙為主。

圖9 東濮凹陷壓實作用對儲層影響示意圖Fig.9 Schematic diagram of impact of compaction on reservoir in Dongpu Sag

圖10 東濮凹陷膠結(jié)作用對儲層影響鏡下特征Fig.10 Microscopic characteristics of the influence of cementation on reservoir in Dongpu Sag

儲層以特低孔低滲為主，局部發(fā)育高孔滲儲層?？诐B相關(guān)性好，孔隙度大于10%的約占79.0%，滲透率大于1×10-3μm2的約占61.0%；東濮沙三中儲層孔吼結(jié)構(gòu)特征主要為微細喉特小孔，占48%～89%。在各地區(qū)現(xiàn)今孔隙度具有明顯差異，高值區(qū)主要發(fā)育在南部三春集地區(qū)、西部胡狀集地區(qū)，中部隆起帶文留地區(qū)(圖11)。

圖11 東濮凹陷沙三段中亞段儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征圖Fig.11 Pore throat structure characteristics of reservoir of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

5.3 沉積相對儲層物性的影響

沉積微相直接影響儲層物性的發(fā)育。對89口取芯井845塊儲層物性樣品測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各區(qū)孔隙度的分布相差較大，網(wǎng)狀河三角洲相的胡狀集地區(qū)物性最好，各級別砂巖孔隙度均值都在16%以上，扇三角洲前緣相的白廟地區(qū)物性最差，粉砂巖孔隙度均值低至6.1%。從砂巖粒級看，各區(qū)都是細砂巖孔隙度最大，孔隙度均值分布在10.9%～20.2%，網(wǎng)狀河三角洲相的胡狀集地區(qū)細砂巖孔隙度均值可達到了20.2%；扇三角洲前緣相的白廟地區(qū)粉砂巖最差，無法達到有效儲層標準(表1)。

表1 東濮凹陷沙三中亞段儲層物性與巖性關(guān)系Table 1 Relationship between reservoir physical properties and lithology of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

儲層物性不但與巖性相關(guān)，也與沉積微相之間很大相關(guān)性。東濮凹陷沙三段中亞段不同沉積微相孔隙度分布圖可以看出，灘壩相和網(wǎng)狀河三角洲前緣亞相物性明顯要好于扇三角洲前緣亞相，孔隙度主要分布于15%～20%；而網(wǎng)狀河三角洲前緣各微相孔隙度相差較大，水下分流河道微相物性最好，孔隙度大于20%，遠砂壩和席狀砂孔隙度低于4%，無法達到有效儲層標準；濁積儲層物性次之，孔隙度均值主要分布于10%～15%；扇三角洲各微相儲層較差，孔隙度小于10%(圖12)。

圖12 東濮凹陷沙三段中亞段不同沉積微相孔隙度分布圖Fig.12 Porosity distribution of different sedimentary microfacies of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

因此認為，西部斜坡帶的網(wǎng)狀河三角洲前緣河道砂、灘壩砂和三角洲前緣砂經(jīng)垮塌二次搬運在洼陷帶富積的濁積砂發(fā)育區(qū)是有利儲層帶。

6 結(jié)論

構(gòu)造因素控制了沉積體系類型，構(gòu)造調(diào)節(jié)帶局部改變了沉積體系的分布格局。東濮凹陷盆地從單一洼陷到多隆多洼的構(gòu)造演化，首次明確了構(gòu)造-沉積耦合控制下東濮凹陷沙三中亞段砂體變化規(guī)律和深層有利儲層的微觀特征及東濮凹陷首次將儲層有利發(fā)育區(qū)尋找細致到沉積微相級別。

(1)構(gòu)造-沉積耦合控制下砂體變化規(guī)律：沙三段中段沉積期為多斷斷陷期，斷陷充填準層序組和準層序初期物源砂體、斷層下降盤濁積砂體較發(fā)育，充填(濃縮)末期，灘壩砂體和三角洲前緣薄層砂體發(fā)育；總砂地比，斷陷期(水退準層序組或者準層序的初期)較高。

(2)深層有利儲層的微觀特征：沙三中亞段砂巖成分成熟度較高，分選較好，以次生粒間溶蝕孔隙、呈不規(guī)則多邊形的殘留原生孔隙及混合孔隙為主；原始孔隙度值越高，殘余原生孔隙的貢獻越大；儲層以特低孔低滲為主，壓實和膠結(jié)是儲層致密的重要成巖作用?？诐B關(guān)系較好說明以孔隙型儲層為主，孔喉結(jié)構(gòu)是決定儲層有效性的重要因素。

(3)西部斜坡帶的網(wǎng)狀河三角洲前緣河道砂、灘壩砂和三角洲前緣砂經(jīng)垮塌二次搬運在洼陷帶富積的濁積砂發(fā)育區(qū)是有利儲層帶。