惠州凹陷環(huán)惠州26洼古近系儲層條件及對油氣成藏的影響

郭智毅,劉 培,徐樂意,徐國盛,熊萬林,高 翔,劉徐敏

1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點實驗室(成都理工大學),成都 6100592.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司,廣東 深圳 518054

引言

據(jù)現(xiàn)有研究及勘探實踐表明,珠江口盆地是中國典型的深水盆地,同時也是南海地區(qū)最大的產(chǎn)油氣區(qū)之一,油氣資源豐富?；葜莅枷菔侵榻谂璧氐湫偷母粺N洼陷,油氣勘探程度較高,是珠江口盆地最為重要的地區(qū)［1-4］。

惠州凹陷早期勘探層位主要集中在中淺層新近系,2019年鉆探HZ26-6構(gòu)造時在古近系恩平組、文昌組與古潛山獲得高氣油比的凝析氣藏,實現(xiàn)了油氣勘探重大突破,發(fā)現(xiàn)了古潛山-古近系復式油氣藏,表明該區(qū)域古近系與古潛山同樣具有巨大的勘探開發(fā)潛力,目前勘探方向已逐漸向深層的古近系與古潛山轉(zhuǎn)移［5-6］。

據(jù)高泉(2022年)對府谷-保德地區(qū)山西組碎屑巖儲層及汪旭東(2017年)對陸豐凹陷南部文昌組碎屑巖儲層的研究表明,形成大中型油氣田的必不可少條件,是優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育［7-8］。受制于鉆井深度限制,早期惠州凹陷古近系儲層研究主要集中在珠海組［9-10］,僅見少許對恩平組、文昌組儲層特征、成因機理和孔隙度演化的研究［11-12］,在古近系儲層與油氣成藏關(guān)系方面的研究更是少之又少。基于此,本文選取了環(huán)惠州26洼4個構(gòu)造,對其古近系儲層條件與油氣成藏之間的關(guān)系進行了系統(tǒng)研究,具體據(jù)各構(gòu)造沉積相、巖石學特征、儲層物性和成巖作用的差異性對比,再結(jié)合儲層流體包裹體確定的成藏期次和成藏過程判別,分析了儲層條件對油氣成藏產(chǎn)生的具體作用,為下一步油氣勘探提供科學依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

惠州凹陷地處珠江口盆地北部,珠一坳陷的中部,由2個凹陷及2條隆起帶所包圍,東西向依次為陸豐凹陷、西江凹陷,南北向依次為東沙隆起帶和北部隆起帶(圖1-A)。且惠州凹陷又包含了惠州21洼、惠州26洼、惠州22洼和西江30洼等共11個洼陷單元。其中惠州26洼位于惠州凹陷中南部,地處惠州26轉(zhuǎn)換帶和東沙隆起的北部,東西向依次為惠州22洼、西江30洼,北部為惠州21洼(圖1-B)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖及古近系綜合柱狀圖Fig.1 Structural location map and Paleogene comprehensive histogram of the study area

惠州凹陷共經(jīng)歷了三期構(gòu)造演化,可大致劃分為:始新世的裂陷期、晚漸新世-中中新世裂后拗陷期和晚中新世至今的構(gòu)造活化期。且由下而上發(fā)育了古近系的文昌組、恩平組、珠海組,新近系的珠江組、韓江組、粵海組、萬山組和第四系地層。研究區(qū)主要發(fā)育了4次大規(guī)模的構(gòu)造運動:(1)珠瓊運動一幕,發(fā)生于早-中始新世,約47.8 Ma,對應文昌組沉積早期;(2)珠瓊運動二幕,發(fā)生于中-晚始新世,約38 Ma,對應恩平組沉積早期;(3)南海運動,發(fā)生于晚漸新世,約33.9 Ma,對應珠海組沉積時期,共分為2幕;(4)東沙運動,發(fā)生于中新世晚期,約10 Ma,對應粵海組沉積時期［13-14］。其中古近系的文昌組和恩平組是惠州凹陷的2套主力烴源巖層系,也是本文儲層條件研究的主要對象。

2 儲層宏觀特征

本文主要研究層位為惠州凹陷古近系的恩平組和文昌組,而恩平組又可細分為恩平一二段、恩平三段和恩平四段,文昌組可細分為文昌一段、文昌二段、文昌三段、文昌四段、文昌五段和文昌六段。其中文昌一段、文昌二段、文昌三段和文昌六段因構(gòu)造抬升而隆剝?nèi)笔?圖2、3)。

HZ-A構(gòu)造恩平組沉積相由恩平四段至恩平一二段逐漸演變?yōu)樯热侵尴?圖2)。

HZ-B構(gòu)造和HZ-C構(gòu)造恩平組沉積相均為辮狀河三角洲相。

HZ-D構(gòu)造恩平組沉積相由恩四段的扇三角洲相逐漸變化為恩一二段的辮狀河三角洲相。

結(jié)合研究區(qū)地層剝蝕和資料完整性情況,文昌組僅繪制了文昌四段和文昌五段的沉積相平面圖。

HZ-A構(gòu)造文五段沉積相為近岸水下扇相,文四段演變?yōu)橐陨热侵逓橹骷安糠譃I淺湖相。

HZ-B構(gòu)造文五段沉積相主要為扇三角洲相、濱淺湖相和中深湖湘,文四段以中深湖相為主,部分地區(qū)為濱淺湖相。

HZ-C構(gòu)造則是由文五段的辮狀河三角洲為主,演變?yōu)槲乃亩蔚囊詾I淺湖相為主。

HZ-D構(gòu)造文五段以濱淺湖相為主,文四段則發(fā)育了一套以扇三角洲相為主的砂巖(圖3)。

圖3 惠州靶區(qū)文昌組沉積相平面圖Fig.3 Plan of sedimentary facies of Wenchang Formation in Huizhou target area

其中,HZ-A構(gòu)造恩平組沉積微相主要為沙壩和水下分流河道2種,文昌組主要為水下分流河道。HZ-B構(gòu)造恩平組沉積微相主要為辮狀河道、泛濫平原、分流河道和辮狀河道夾泛濫河道4種,文昌組主要為河口壩、湖底扇、水下分流河道和河口壩與間灣泥間互層。通過各構(gòu)造的沉積微相及其與孔隙度、滲透率之關(guān)系做出了相關(guān)性圖件,如圖4、圖5所示。

圖4 HZ-A構(gòu)造沉積微相孔滲相關(guān)性Fig.4 Porosity and permeability correlation of sedimentary microfacies of HZ-A structure

圖5 HZ-B構(gòu)造沉積微相孔滲相關(guān)性Fig.5 Porosity and permeability correlation of sedimentary microfacies of HZ-B structure

圖中可看出,文昌組地層中HZ-A構(gòu)造以水下分流河道微相物性最好,HZ-B構(gòu)造以河口壩微相物性最好;恩平組地層中HZ-A構(gòu)造以沙壩微相物性最好,HZ-B構(gòu)造以辮狀河道微相物性最好。且HZ-A構(gòu)造的物性較HZ-B構(gòu)造略好。這與各自砂巖的物源、巖石成分、分選、磨圓及后期成巖演化密切相關(guān)(此后詳述)。

3 儲層微觀特征

3.1 儲層巖石學特征及差異性

經(jīng)過對研究區(qū)巖石薄片鑒定及統(tǒng)計后得出,HZ-A構(gòu)造恩平組儲層以長石砂巖為主(圖6-A),HZ-B構(gòu)造儲層以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主(圖6-B)。

圖6 研究區(qū)恩平組巖石類型三角投點圖Fig.6 Triangular projection of rock types of Enping Formation in the study area

HZ-A構(gòu)造文昌組儲層以長石類和巖屑類砂巖為主(圖7-A),HZ-B構(gòu)造儲層以石英類和巖屑類砂巖為主(圖7-B)。

圖7 研究區(qū)文昌組巖石類型三角投點圖Fig.7 Triangular projection of rock types of Wenchang Formation in the study area

HZ-A構(gòu)造文昌組、恩平組砂巖分選以差為主,HZ-B構(gòu)造文昌組、恩平組砂巖以中等為主;磨圓均以次棱-次圓為主。HZ-A構(gòu)造與HZ-B構(gòu)造文昌組、恩平組砂巖儲層中的填隙物含量相差較大,填隙物中又以自生黏土礦物為主,還含有少量泥質(zhì)雜基和碳酸鹽礦物。HZ-A構(gòu)造恩平組黏土礦物質(zhì)量分數(shù)平均值為5.2%,以高嶺石為主,文昌組黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為7.2%,以綠泥石為主;HZ-B構(gòu)造恩平組黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為13.4%,以伊利石為主,文昌組黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為19.8%,也以伊利石為主。

HZ-A構(gòu)造文昌組、恩平組砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低,屬于近物源沉積,HZ-B構(gòu)造相對距物源區(qū)較遠。

3.2 儲層物性特征及差異性

根據(jù)前人研究成果,結(jié)合HZ26洼各構(gòu)造井位的壓汞曲線特征綜合分析之后,總結(jié)出古近系儲層分級評價標準(圖8),同樣適用于珠一坳陷的其他次級凹陷。

研究區(qū)各構(gòu)造古近系恩平、文昌組地層物性整體較差,主要發(fā)育特低-低孔、特低-低的Ⅱ、Ⅲ類儲層。HZ-A構(gòu)造恩平組和文昌組都發(fā)育了少量中孔-中滲的Ⅰ類儲層。HZ-A構(gòu)造恩平組平均孔隙度為10.4%,滲透率集中在(0.1～1)×10-3μm2;文昌組平均孔隙度為14.5%,滲透率集中在 (10～100)×10-3μm2;HZ-B構(gòu)造文昌組平均孔隙度為8%,滲透率集中在(0.1～1)×10-3μm2;HZ-C構(gòu)造恩平組平均孔隙度為9.3%,滲透率集中在(0.1～1)×10-3μm2。文昌組平均孔隙度為6.7%,滲透率集中在(0.1～1)×10-3μm2。

觀察滲透率與深度關(guān)系圖(圖9)可發(fā)現(xiàn),HZ-A構(gòu)造恩平組滲透率大概在3 000 m時達到最大,超過3 000 m滲透率會隨著深度的增大逐漸減小,并且儲層類型由Ⅰ類儲層轉(zhuǎn)變?yōu)棰蝾悆?下降了一個級別,同時可獲得的油氣產(chǎn)能也會逐漸降低。同理HZ-A構(gòu)造文昌組儲層物性變化的轉(zhuǎn)折點深度為3 500 m;HZ-C構(gòu)造恩平組儲層物性變化的轉(zhuǎn)折點深度為3 700 m,文昌組儲層物性變化的轉(zhuǎn)折點深度為4 400 m;HZ-B構(gòu)造文昌組儲層物性變化的轉(zhuǎn)折點深度為4 650 m。 這些物性變化深度的轉(zhuǎn)折點與成巖階段演化密切相關(guān)。

圖9 研究區(qū)各構(gòu)造滲透率與深度關(guān)系圖Fig.9 Relationship between permeability and depth of each structure in the study area

總體上,HZ-A構(gòu)造的物性優(yōu)于HZ-C構(gòu)造和HZ-B構(gòu)造,HZ-B構(gòu)造物性相對較差。

3.3 儲層成巖作用及演化特征

成巖作用在儲層埋藏過程中對儲層優(yōu)劣的改變往往發(fā)揮著不可忽視的作用,它主要包括壓實、壓溶、溶蝕和膠結(jié)等作用,其中一些作用對儲層物性會產(chǎn)生有益的影響,使其孔隙度和滲透率增大,有利于油氣充注并儲存,例如溶蝕作用;但諸如壓實和膠結(jié)等作用,會使儲層孔隙度減小。這些成巖作用相互聯(lián)系和牽制,共同影響著儲層的發(fā)育。

經(jīng)過對研究區(qū)各構(gòu)造井位的薄片觀察后發(fā)現(xiàn),該地區(qū)主要發(fā)育的成巖作用包括:壓實作用、黏土礦物包殼、長石巖屑溶解、高嶺石充填、石英次生加大,方解石膠結(jié)、凝灰質(zhì)蝕變、油氣充注、鐵白云石或黃銅礦充填等(圖10)。

圖10 研究區(qū)不同類別成巖作用薄片顯微照片F(xiàn)ig.10 Thin section micrographs of different types of diagenesis in the study area

且還發(fā)現(xiàn)HZ26洼周緣各構(gòu)造成巖作用類型基本相同,但各構(gòu)造因埋深和沉積環(huán)境等的不同,其成巖作用的強度也各不相同,如圖11所示。相比HZ-A構(gòu)造,HZ-B和HZ-D構(gòu)造壓實作用更強,填隙物含量更高,溶蝕強度減弱,導致其儲集物性較差?？梢?不同構(gòu)造由于埋深不同而導致儲集物性主要受成巖作用的控制。

圖11 研究區(qū)各構(gòu)造壓實、溶蝕作用典型薄片顯微照片F(xiàn)ig.11 Typical thin section micrograph of compaction and dissolution of each structure in the study area

研究區(qū)古近系儲層孔隙類型以原生孔隙為主,原生孔隙的保存機制是形成優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵［14］。地層先經(jīng)過壓實作用大大縮減了原生孔隙;之后發(fā)生了長石巖屑的溶解作用,增大了孔隙度,溶解作用期間還發(fā)生了壓實、石英加大作用和高嶺石的填充作用減小孔隙,部分構(gòu)造增孔作用強度不及減孔作用使得孔隙不增反減,再之后發(fā)生方解石膠結(jié)使孔隙進一步減小;早期油氣充注占據(jù)孔隙可以抑制膠結(jié)物的產(chǎn)生、提高儲層抗壓實能力,減小原生孔隙的損失［15-17］,直至現(xiàn)今。

通過結(jié)合研究區(qū)各構(gòu)造成巖作用、薄片資料、儲層物性資料、包裹體資料和埋藏史圖,做出了HZ-A構(gòu)造和HZ-B構(gòu)造成巖-成儲-成藏耦合關(guān)系圖(圖12、13)。

根據(jù)中國石油天然氣集團有限公司2003年成巖階段劃分標準［18］,對HZ-A構(gòu)造和HZ-B構(gòu)造的恩平、文昌組儲層包裹體均一溫度劃分可得出:

HZ-A構(gòu)造的恩平組和文昌組儲層成巖演化階段均已進入中成巖階段A期。

HZ-B構(gòu)造文昌組已經(jīng)進入了中成巖階段B期,恩平組部分地區(qū)處于中成巖階段A期,部分地區(qū)處于中成巖階段B期。進入中成巖階段B期儲層已經(jīng)趨于致密化。HZ-A構(gòu)造油氣層以Ⅱ類儲層為主,且仍處于中成巖階段A期,儲層正在致密化的過程中,屬于成藏同步致密型,即油氣一邊充注成藏,儲層一邊致密的過程;還有少部分Ⅰ類儲層在儲層致密化之前就已經(jīng)完成了油氣充注成藏,屬于成藏未致密型。而HZ-B構(gòu)造主要發(fā)育了Ⅱ類和Ⅲ類儲層,且大部分已經(jīng)進入了中成巖階段B期,油氣主力充注時,儲層趨于致密化,那么HZ-B構(gòu)造就屬于成藏致密型。

總體來說,環(huán)惠州26洼周緣典型構(gòu)造古近系油氣儲層致密化類型較為多樣,主要有成藏未致密型、成藏同步致密型和成藏致密型。

4 儲層條件對油氣成藏的影響

油氣藏的形成包含了烴源巖、儲層、蓋層、圈閉、運移和保存共6大要素。這6大要素又可歸納為5個基本條件,形成油氣藏必須具有充足的油氣來源、匹配的生儲蓋組合、有效的圈閉、良好的輸導體系和有利的保存條件。各要素在油氣藏形成過程中產(chǎn)生著重要的控制作用,儲層條件自然也不可或缺。

4.1 儲層條件對油氣運移輸導的作用

在油氣成藏的過程中油氣的運移輸導是不可或缺的一環(huán),輸導體系一般由斷層提供的縱向運移通道和儲層砂體提供的橫向運移通道構(gòu)成,其中儲層砂體的橫向運移輸導效率又與儲層物性和連通性息息相關(guān)。

環(huán)惠州26洼古近系恩平、文昌組發(fā)育了大套的辮狀河三角洲和扇三角洲相的砂巖,儲層級別以Ⅱ類和Ⅲ類為主,這類儲層物性足以支撐油氣橫向運移的基本條件。

從宏觀沉積相來看,文昌組文四段發(fā)育了大套濱淺湖和中深湖相的泥巖,恩平組湖相泥巖含量相對較少,具有“恩平富砂、文昌富泥”的特征。如HZ-B構(gòu)造文四段含砂率相對較低,儲層砂體連通性較差,油氣橫向運移效率低(圖14,紅色為砂體),導致HZ-B-1、HZ-B-2測試產(chǎn)水;而文五段砂體發(fā)育連續(xù),連通性較好,油氣橫向輸導路徑通暢和成藏效率高,導致HZ-B-1、HZ-B-2測試產(chǎn)油氣(圖15)。

圖14 HZB構(gòu)造文四段儲層反演巖性剖面Fig.14 Inverted lithologic profile of reservoir in Wen-4 section of HZ-B structure

圖15 HZ-B構(gòu)造文五段儲層反演巖性剖面Fig.15 Inverted lithologic profile of reservoir in Wen-5 section of HZ-B structure

4.2 儲層條件對油氣聚集成藏的作用

環(huán)惠州26洼古近系油氣在洼陷內(nèi)烴源巖中生成之后主要通過3種輸導類型向斜坡帶圈閉聚集成藏。

第一種是以HZ-A構(gòu)造為代表的先斷后砂型網(wǎng)狀輸導體系,油氣生成后先通過斷層縱向向上運移,再經(jīng)過儲層的橫向運移通道進入圈閉內(nèi)聚集成藏。這種輸導類型具有下生上儲、近源寬窗強供的特征(圖16)。

圖16 HZ-A構(gòu)造古近系油氣輸導剖面Fig.16 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-A structure

第二種為斷、砂聯(lián)合型網(wǎng)狀輸導體系,在HZ-B和HZ-C構(gòu)造常見,油氣不分先后順序的利用斷層和砂體多次運移進入圈閉聚集成藏。這種輸導類型具有旁生側(cè)儲、下生上儲的特征(圖17)。

圖17 HZ-B、HZ-C構(gòu)造古近系油氣輸導剖面Fig.17 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-B and HZ-C structures

第三種為砂體獨立型輸導體系,以HZ-D構(gòu)造居多,油氣僅通過儲層砂體側(cè)向運移即可進入圈閉聚集成藏。這種輸導類型具有旁生側(cè)儲及遠源供烴的特征(圖18)。

圖18 HZ-D構(gòu)造古近系油氣輸導剖面Fig.18 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-D structure

在上述3種輸導類型中儲層砂體均參與其中,為油氣聚集成藏提供運移通道,發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié) 論

a.環(huán)惠州26洼古近系恩平組主要發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲沉積相,文昌組主要發(fā)育扇三角洲、近岸水下扇、濱淺湖和中深湖沉積相。2套地層主要發(fā)育特低-低孔、特低-低滲的Ⅱ類和Ⅲ類儲層,其中HZ-A構(gòu)造恩平、文昌組地層均發(fā)育有少部分中孔-中滲儲層。

b.研究區(qū)各構(gòu)造恩平、文昌組儲層成巖作用基本相同,包括壓實、高嶺石充填、石英加大和方解石膠結(jié)等減孔作用,還有長石巖屑溶蝕、凝灰質(zhì)蝕變等增孔作用,因為各構(gòu)造埋深不同,成巖作用強度也有所不同。HZ-A構(gòu)造整體基本處于中成巖階段A期,地層未致密化,部分油氣儲層屬于成藏未致密型,也有少部分屬于成藏同步致密型。HZ-B構(gòu)造部分處于中成巖階段A期,部分已處于中成巖階段B期,地層已致密化,屬于成藏致密型。

c.環(huán)惠州26洼古近系恩平、文昌組儲層發(fā)育有大套辮狀河三角洲和扇三角洲相砂巖,儲層類型以Ⅱ類和Ⅲ類為主,為油氣運移輸導提供了有效的橫向運移通道,并參與了油氣聚集過程,與斷層的縱向運移通道遙相呼應,提供了先斷后砂型網(wǎng)狀輸導體系,斷、砂聯(lián)合型網(wǎng)狀輸導體系和砂體獨立型輸導體系共3種輸導類型,使油氣更容易通過各種路徑聚集成藏。