珠江口盆地恩平凹陷A油田新近系儲層鈣質(zhì)砂巖夾層成因

戴建文，柴愈坤，王冠民，孫 爽，郭 飛，薛 亞

1 中海石油（中國）有限公司深圳分公司；2 中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

0 前 言

鈣質(zhì)砂巖夾層在砂礫巖儲層中比較常見，鈣質(zhì)砂巖的形成對油氣儲層質(zhì)量和油氣藏開發(fā)具有重要影響。鈣質(zhì)膠結(jié)物的存在不僅僅破壞儲層，而且可以形成物性隔夾層。一般來說，少量發(fā)育的鈣質(zhì)砂巖夾層往往出現(xiàn)在砂巖層的頂部或底部，尤其是在砂巖頂部比較常見。對于這些厚層砂巖中的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖夾層，一般認(rèn)為鈣質(zhì)膠結(jié)物主要來自于鄰近的暗色泥巖，是泥巖中的富鈣流體進(jìn)入砂巖并在砂-泥界面處沉淀出的碳酸鹽膠結(jié)物［1-5］，也有學(xué)者認(rèn)為其形成受到儲層中的生物碎屑（或盆內(nèi)碳酸鹽顆粒）的控制［6-8］，還可能與高頻海泛面或準(zhǔn)層序界面等密切相關(guān)［9］。鈣質(zhì)砂巖夾層在平面上的延伸可達(dá)數(shù)百米至數(shù)千米［3,10］。

目前一般認(rèn)為鈣質(zhì)砂巖夾層是成巖期間由膠結(jié)作用形成的。但是近期在珠江口盆地珠一坳陷恩平凹陷A 油田的新近系儲層中，發(fā)現(xiàn)了可能為沉積成因的鈣質(zhì)砂巖夾層，與上述成巖作用形成的鈣質(zhì)砂巖夾層明顯不同。本文通過巖心詳細(xì)觀察、鑄體薄片分析，綜合沉積相、粒度、測井曲線、巖石密度分析和地震反演等研究方法，確定了研究區(qū)新近系鈣質(zhì)砂巖夾層的沉積成因，以期為珠一坳陷海上新近系區(qū)塊油藏開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

珠一坳陷是珠江口盆地北部的次級坳陷，亦稱北部坳陷帶，其形成于中新生代［11］，近40 年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個大中型油田，油氣當(dāng)量累計超1億噸，油氣資源勘探潛力巨大［12-15］。恩平凹陷位于珠一坳陷西段（圖1a），近年來在恩平凹陷的新近系又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些非常有前景的構(gòu)造-巖性油氣藏。

恩平凹陷在古近紀(jì)屬于陸相裂谷盆地，文昌組是最主要的烴源巖層段；新近紀(jì)早期隨珠江口盆地一起進(jìn)入坳陷階段，成為陸架盆地；新近紀(jì)后期盆地出現(xiàn)構(gòu)造差異活化。新近系自下而上的地層依次為：下中新統(tǒng)珠江組，中中新統(tǒng)韓江組，上中新統(tǒng)粵海組，上新統(tǒng)萬山組（圖1b）。其中在珠江組、韓江組沉積時期，恩平凹陷處于古珠江三角洲進(jìn)積的前緣（圖1a），同時受到河流與海洋作用的影響［17-18］，形成一些與波浪、潮汐作用有關(guān)的成因復(fù)雜的砂體。隨著恩平A 油田珠江組與韓江組構(gòu)造-巖性油氣藏的勘探開發(fā)，其地質(zhì)研究難點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)，難點(diǎn)之一是在主力儲層中普遍發(fā)育鈣質(zhì)夾層，尤其是鈣質(zhì)砂巖夾層。這些鈣質(zhì)砂巖夾層在主力小層中垂向分布的位置比較復(fù)雜，既可以出現(xiàn)在小層的頂部（有研究者稱之為“頂鈣”［19］），也可以分布在小層的中部（“中鈣”）和底部（“底鈣”）。有研究認(rèn)為“頂鈣”、“底鈣”的巖性以生物碎屑灰?guī)r為主，“中鈣”以方解石膠結(jié)砂巖為主［20］。由于鈣質(zhì)隔夾層嚴(yán)重影響油藏的開發(fā)部署，因此，對恩平A油田韓江組和珠江組主力小層的鈣質(zhì)夾層發(fā)育規(guī)律及其控制因素開展研究，有助于深化儲層發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識，對刻畫構(gòu)造-巖性油藏邊界，明確夾層對油田開發(fā)的影響有重要意義。

2 鈣質(zhì)砂巖夾層的巖性特征

研究區(qū)韓江組和珠江組的儲層巖性主要為疏松的長石質(zhì)石英砂巖，全巖X衍射分析結(jié)果顯示：石英含量普遍在50%以上，一般在60%～70%之間；長石以鉀長石為主，含量在10%～20%之間，斜長石的含量普遍低于10%。在偏光顯微鏡下觀察，砂巖中的巖屑含量很低，最常見的巖屑是泥屑，其含量一般小于顆粒的5%；其次是燧石，含量一般小于顆粒的2%；此外在顆粒中常有不定量的雙殼類、有孔蟲等海相生物碎屑（圖2a）。

圖2 珠江口盆地恩平凹陷A油田韓江組和珠江組砂巖儲層與鈣質(zhì)砂巖夾層的鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of sandstone reservoir and calcareous sandstone interlayers of Hanjiang Formation and Zhujiang Formation of A Oilfield in Enping Sag,Pearl River Mouth Basin

儲層間的鈣質(zhì)砂巖夾層不是較純的碳酸鹽巖，而是陸源的砂、粉砂與部分黏土礦物、鈣質(zhì)成分的混合。23 塊鈣質(zhì)砂巖夾層樣品的全巖X 衍射分析結(jié)果顯示（表1）：鈣質(zhì)含量最高可達(dá)52%，一般在20%～40%之間，平均值大約為35%；鈣質(zhì)成分主要是鐵方解石，少量樣品中含方解石或白云石。

表1 珠江口盆地恩平凹陷A油田韓江組和珠江組鈣質(zhì)砂巖夾層的全巖X衍射結(jié)果Table 1 X-ray diffraction results of calcareous sandstone interlayers in Hanjiang Formation and Zhujiang Formation of A Oilfield in Enping Sag,Pearl River Mouth Basin

通過偏光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)砂巖夾層中的鈣質(zhì)成分呈“兩類三形”的狀態(tài)存在。第1 類是生物碎屑（圖2b，2c），以顆粒的形態(tài)呈現(xiàn)，含量一般不超過20%。最主要的生物碎屑是雙殼類（圖2b，2c），偶爾可見有孔蟲。相比較而言，生物碎屑在砂巖儲層中往往破碎程度非常高，但在鈣質(zhì)砂巖夾層中則相對比較完整，多呈破碎的長條形。第2 類是填隙物，具體可表現(xiàn)為基質(zhì)與膠結(jié)物2 種類型：基質(zhì)是鈣質(zhì)夾層中最常見的填隙物類型，尤其是在分選較差的砂巖中，泥晶基質(zhì)甚至表現(xiàn)出基質(zhì)支撐的特征。基質(zhì)在顯微鏡下呈較污濁的泥晶或粉晶形態(tài)，粉晶的分布常不規(guī)則，多呈斑塊狀出現(xiàn)，尤其是當(dāng)生物碎屑較密集時，基質(zhì)更多地表現(xiàn)為粉晶而不是泥晶（圖2c）。其成因應(yīng)該與早成巖期沉積物中發(fā)生的泥晶重結(jié)晶作用有關(guān)，生物碎屑密集的區(qū)域壓實(shí)作用弱，局部富含孔隙水，更有利于重結(jié)晶作用的發(fā)生。膠結(jié)物則呈櫛殼狀或嵌晶狀：櫛殼狀膠結(jié)物主要分布在生物碎屑或泥灰質(zhì)巖屑等富碳酸鹽顆粒的表面（圖2c）；嵌晶狀方解石連片充填在顆粒支撐砂巖的顆粒之間，屬于成巖階段緩慢膠結(jié)的產(chǎn)物（圖2d）。這種嵌晶狀方解石膠結(jié)的砂巖較少見，一般僅出現(xiàn)在泥晶基質(zhì)膠結(jié)的鈣質(zhì)砂巖與疏松的砂巖儲層之間，厚度往往小于20 cm。

鈣質(zhì)砂巖夾層在結(jié)構(gòu)上變化比較大（表2），平均粒徑范圍為0.11～0.42 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差普遍大于0.71，分選中等—差，只有個別小于0.71，分選比較好。分選較好的鈣質(zhì)砂巖一般粒度較大，可達(dá)中砂巖級別（如表2 中1 409.80 m 深度的樣品），顆粒之間的填隙物主要是嵌晶狀的方解石（圖2d），在粒度概率累積曲線上以跳躍式為主（圖3a）；分選差的鈣質(zhì)砂巖一般粒度相對較小，雜基含量高，主要粒級范圍較寬泛，有的頻率曲線甚至出現(xiàn)雙峰形態(tài)，顆粒之間的填隙物主要是泥晶或粉晶方解石，在粒度概率累積曲線上也是以跳躍式為主（圖3b）。

表2 珠江口盆地恩平凹陷A油田A7井典型鈣質(zhì)砂巖夾層的粒度特征Table 2 Grain size characteristics of typical calcareous interbeds in Well A7 of A Oilfield in Enping Sag,Pearl River Mouth Basin

圖3 珠江口盆地恩平凹陷A油田鈣質(zhì)砂巖夾層典型的粒度概率累積曲線Fig.3 Typical particle size probability accumulation curve of calcareous sandstone interlayers of A Oilfield in Enping Sag,Pearl River Mouth Basin

3 鈣質(zhì)砂巖夾層的沉積特征

珠一坳陷韓江組和珠江組的沉積相類型比較復(fù)雜。除了從北向南進(jìn)積的三角洲以外，還常見潮汐砂脊、潮控砂席［21-22］、浪控沿岸砂壩、席狀砂等，甚至在東沙隆起還發(fā)育碳酸鹽臺地［22］。不同構(gòu)造區(qū)的沉積微相明顯不同。研究區(qū)的韓江組和珠江組砂體源于從北向南進(jìn)積的古珠江三角洲（圖1a），所以三角洲是恩平凹陷韓江組與珠江組的主體沉積相類型。

通過A 油田韓江組HJ62 層的地震均方根振幅屬性（圖4a）可以看出，該層在平面上發(fā)育近南北向和近北東向兩種砂體。其中，近南北向砂體與區(qū)域上古珠江三角洲的進(jìn)積方向一致，應(yīng)該屬于三角洲分流河道及河口壩砂體；研究區(qū)東南部的近北東向砂體與三角洲分流河道砂體近于垂直（圖4b），很可能屬于波浪改造的砂壩與席狀砂沉積。這類砂體在珠一坳陷的惠州凹陷珠江組中也有發(fā)育［23］。

圖4 珠江口盆地恩平凹陷A油田韓江組HJ62層的地震均方根振幅屬性與沉積相平面圖Fig.4 RMS amplitude and sedimentary facies plans of HJ62 layer of A Oilfield in Enping Sag,Pearl River Mouth Basin

3.1 巖心相及鈣質(zhì)砂巖夾層特征

在恩平凹陷A7井韓江組的取心段中，可見的沉積相類型主要有沿岸砂壩、壩后潮坪（在圖4b 中歸屬于席狀砂）兩種（圖4，圖5），相應(yīng)的沉積亞相包括臨濱、前濱、后濱和混合坪、泥坪，與鈣質(zhì)砂巖夾層有關(guān)的沉積亞相主要是后濱和混合坪。

（1）沿岸砂壩

主要由波浪改造三角洲前緣砂體，然后沿古海岸線形成平行于海岸、垂直于分流河道的條帶狀砂體。這種砂體是研究區(qū)韓江組和珠江組的古珠江三角洲前緣末端的主要沉積類型，在沿層地震均方根振幅屬性上非常明顯（圖4a）。

這些沿岸砂壩在巖心中最典型的特征是砂巖厚度較大，分選中等或較差，常見交錯層理，多含有一定量的生物碎屑，生物碎屑磨圓程度偏低，粒度概率累積曲線多呈兩段式或多段式（圖3），可見浪成沙紋層理，測井伽馬曲線多呈幅度較低的齒化漏斗形（圖5）。

參考障壁砂壩的亞相劃分，沿岸砂壩可以進(jìn)一步分為臨濱、前濱、后濱（圖5）。其中臨濱的砂巖分選較前濱的略差；前濱的砂巖分選最好，生物碎屑含量低且破碎極其嚴(yán)重，一般因膠結(jié)程度差而相對疏松（圖6a）；后濱的砂巖分選最差，多含泥質(zhì)，含較多生物碎屑，常見較大的生物介殼。后濱亞相的鈣質(zhì)含量往往是各亞相中最高的，砂巖因強(qiáng)烈的鈣質(zhì)膠結(jié)顯得致密堅硬（圖6b）。

圖6 珠江口盆地恩平凹陷A油田A7井典型巖心沉積特征Fig.6 Typical core sedimentary characteristics of Well A7 of A Oilfield in Enping Sag，Pearl River Mouth Basin

（2）壩后潮坪

以淺灰色砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖為主，分選很差，可見脈狀層理、透鏡狀層理、波狀層理等沉積構(gòu)造，常含一定量的生物碎屑，但含量低于沿岸砂壩的后濱，生物碎屑的破碎程度低。按照沉積物特征，壩后潮坪可以進(jìn)一步劃分出混合坪、泥坪等亞相（圖5）。巖心中所見壩后潮坪的主體是混合坪，砂巖中有部分較完整的生物碎屑呈直立狀態(tài)，或者與層面大角度相交，應(yīng)該屬于風(fēng)暴浪成因的壩后堆積?；旌掀荷皫r中普遍含一定量的鈣質(zhì)，與后濱亞相的鈣質(zhì)砂巖一起構(gòu)成鈣質(zhì)砂巖夾層（圖6c）。泥坪以泥巖為主，可見水平層理和紅褐色鈣質(zhì)結(jié)核（圖6d）。

3.2 鈣質(zhì)砂巖夾層的縱向發(fā)育特征

鈣質(zhì)砂巖夾層在測井解釋上以高鈣質(zhì)含量、低孔隙度為特征，與泥質(zhì)含量無直接關(guān)系（圖7）。在縱向上可以出現(xiàn)在砂巖層的頂部，也可以出現(xiàn)在砂巖層的中部或底部。體現(xiàn)在粒度旋回中，可能出現(xiàn)在正旋回的底部（圖7a），也可能出現(xiàn)在正旋回的中上部；可以出現(xiàn)在反旋回的頂部（圖7b）；或者出現(xiàn)在復(fù)雜旋回的中部。盡管整體看起來似乎鈣質(zhì)砂巖夾層與粒度旋回的關(guān)系不大，也與沉積基準(zhǔn)面旋回關(guān)系不大（圖5），但鈣質(zhì)砂巖夾層往往處于粒度偏粗的富砂層段或者與其相鄰，在沉積亞相上對應(yīng)著后濱或者壩后混合坪（圖5）。當(dāng)沉積序列完整時分別與相對細(xì)粒的壩后混合坪、泥坪相鄰；當(dāng)沉積序列不完整時，可處于砂巖層中部（圖5，圖7）。

圖7 珠江口盆地恩平凹陷A油田A7井韓江組中的鈣質(zhì)砂巖夾層測井解釋Fig.7 Logging interpretation of calcareous sandstone interlayers of Hanjiang Formation of Well A7 in A Oilfield of Enping Sag，Pearl River Mouth Basin

3.3 鈣質(zhì)砂巖夾層的平面展布

為了進(jìn)一步揭示鈣質(zhì)砂巖的平面展布規(guī)律，本文在砂巖、鈣質(zhì)砂巖、泥巖巖石物理參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，利用SMI波形反演方法，明確了鈣質(zhì)砂巖的平面展布特征。

韓江組鈣質(zhì)砂巖表現(xiàn)出高密度低自然伽馬特征，利用密度與伽馬交會圖，可以區(qū)分鈣質(zhì)砂巖、普通砂巖和泥巖（圖8）。SMI 波形差異模擬反演選取密度與自然伽馬做為儲層敏感參數(shù)，分別利用密度與自然伽馬曲線做為特征曲線反演出密度反演體與自然伽馬反演體，然后通過體計算得到密度-自然伽馬反演體，并利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)確定出鈣質(zhì)砂巖門檻值來刻畫鈣質(zhì)砂巖的展布。

在A3—A7井區(qū)HJ62層的沿層均方根振幅平面圖中，鈣質(zhì)砂巖大致呈現(xiàn)近NEE 向的條帶狀（圖9）。在反演結(jié)果的剖面圖中，鈣質(zhì)砂巖多呈條帶狀或透鏡狀展布（圖10）。綜合平面和剖面特征，預(yù)測鈣質(zhì)砂巖的空間分布應(yīng)該呈中間厚邊緣薄的帶狀透鏡體，平面延伸方向與沉積相圖中的沿岸砂壩方向一致（圖4b），且處于沿岸砂壩、席狀砂的沉積相范圍中，故推斷其成因應(yīng)該與沿岸砂壩有關(guān)。

圖10 珠江口盆地恩平凹陷A3井區(qū)鈣質(zhì)砂巖夾層反演剖面（剖面位置見圖9）Fig.10 Inversion profile of calcareous sandstone interlayer in Well A3 block of Enping Sag，Pearl River Mouth Basin(section location is shown in Fig.9)

由于研究區(qū)的鈣質(zhì)砂巖普遍比較薄，最大厚度僅為2 m 左右，所以在剖面中顯示出來的鈣質(zhì)砂巖實(shí)際上包含了部分毗鄰的普通砂巖在內(nèi)，鈣質(zhì)砂巖的實(shí)際厚度要比剖面中顯示的還要薄一些。

4 鈣質(zhì)砂巖夾層成因討論

張青青等［19］對番禺A 油田珠江組“頂鈣”的發(fā)育特征、成因與分布模式進(jìn)行了研究，認(rèn)為珠江組儲層頂部的鈣質(zhì)砂巖夾層形成于早成巖階段，主要受高能粗粒生物碎屑富集程度和分布的控制，受沉積微相和高頻層序界面的影響明顯，是生物碎屑溶解再結(jié)晶的結(jié)果，河口壩為其提供了重要物質(zhì)來源；并通過鈣質(zhì)的碳氧同位素測試，認(rèn)為其結(jié)晶溫度為55.9～72℃［19］。

但是，恩平凹陷A 油田韓江組和珠江組儲層中的鈣質(zhì)砂巖夾層具有明顯的不同成因。其中，只有少量砂巖中的鈣質(zhì)屬于溶解再沉淀成因，多數(shù)夾層中的鈣質(zhì)屬于同生期的沉積成因。主要理由如下：

（1）鈣質(zhì)砂巖夾層中的鈣質(zhì)成分主要與少量泥質(zhì)一起充填在顆粒之間，甚至形成具有基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)的泥晶或粉晶方解石（圖2b），部分鈣質(zhì)膠結(jié)物呈現(xiàn)櫛殼狀膠結(jié)（圖2c），這都不應(yīng)該是早成巖過程中形成的。

（2）從每個單砂層來看，鈣質(zhì)砂巖夾層不僅僅分布在砂巖層的頂部，也常見于砂巖層的中部和底部（圖7），這很難用已有的富鈣流體進(jìn)入砂巖再膠結(jié)來解釋。從圖5 的巖心柱狀圖可以發(fā)現(xiàn)，鈣質(zhì)砂巖明顯受控于沉積亞相，與沉積環(huán)境有關(guān)。

（3）從樣品分析和巖心觀察來看，在鈣質(zhì)砂巖夾層中，除少數(shù)由嵌晶膠結(jié)的砂巖分選較好、粒度稍粗外，大多數(shù)鈣質(zhì)砂巖分選比較差、粒度偏?。ū?，圖3，圖6），這用富鈣成巖流體注入再膠結(jié)的成因同樣難以解釋，因?yàn)榱黧w進(jìn)入砂體會優(yōu)先沿分選好、物性好的砂層運(yùn)移。

故而推斷，除了有少量鈣質(zhì)夾層屬于早成巖期的碳酸鹽膠結(jié)物溶解再結(jié)晶以外，更多的鈣質(zhì)砂巖夾層是潮上帶蒸發(fā)沉積成因，主要證據(jù)如下：

（1）鈣質(zhì)砂巖夾層空間上呈平行于沿岸砂壩的條帶狀（圖9，圖10），這種分布特征表明鈣質(zhì)的發(fā)育應(yīng)該主要受沉積作用的影響。

（2）鈣質(zhì)膠結(jié)物主要發(fā)育在沿岸砂壩的后濱和混合坪亞相（圖5，圖6a—6c）。這兩種環(huán)境遠(yuǎn)離濱線，生物碎屑沉積較多，處于平均高潮面之上或向陸地的壩后潮間帶，蒸發(fā)作用較強(qiáng)，尤其是后濱亞相，非常有利于碳酸鹽礦物的沉淀。

（3）在分選差甚至呈基底式膠結(jié)、富生物碎屑的砂巖中發(fā)育的大量泥晶或粉晶方解石基質(zhì)以及櫛殼狀膠結(jié)物（圖2b—2c），屬于海水達(dá)到碳酸鹽過飽和狀態(tài)的沉積，在古珠江三角洲的偏淡水環(huán)境下，該條件只能在沿岸砂壩的后濱和壩后潮間或潮上帶才能形成。

（4）與沿岸砂壩互層的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖的鈣質(zhì)含量往往比較高，其密度甚至大于砂巖（圖8），表明其沉積于遠(yuǎn)離分流河道的半咸水—咸水環(huán)境。泥巖或粉砂質(zhì)泥巖中常發(fā)育比較典型的各種潮汐層理，氧化成因的褐色泥巖條帶也比較常見（圖6d），這都證明泥巖屬于壩后潮間或潮上帶泥坪的蒸發(fā)氧化沉積。

綜上所述，恩平凹陷的韓江組—珠江組鈣質(zhì)砂巖夾層大多屬于沉積成因，形成于沿岸砂壩的后濱或壩后混合坪地帶，是蒸發(fā)作用導(dǎo)致泥晶碳酸鹽礦物在碎屑顆粒間沉淀膠結(jié)形成的。

5 結(jié) 論

（1）珠江口盆地恩平凹陷A 油田韓江組和珠江組儲層中的鈣質(zhì)砂巖夾層的鈣質(zhì)填隙物產(chǎn)狀呈現(xiàn)“兩類三形”，除少部分為早成巖期的嵌晶式膠結(jié)物外，大多數(shù)是同生期在潮間帶或潮上帶由于強(qiáng)烈蒸發(fā)作用形成的泥晶或經(jīng)后期重結(jié)晶的粉晶方解石。

（2）鈣質(zhì)砂巖夾層在空間上呈現(xiàn)平行于海岸和沿岸砂壩的條帶狀或透鏡狀，泥晶或粉晶膠結(jié)的鈣質(zhì)砂巖夾層一般出現(xiàn)在粒度偏小、分選偏差、生物碎屑含量較高的沿岸砂壩的后濱或壩后混合坪亞相中。

（3）鑒于鈣質(zhì)砂巖夾層多屬于沉積成因，垂向上與沿岸砂壩的壩后潟湖、泥坪相泥巖相鄰，故在開發(fā)過程中可以將鈣質(zhì)砂巖夾層與潟湖或潮坪相泥巖一并考慮，減少干擾因素。