冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層特征與評(píng)價(jià)

吳興寧，呂玉珍，田繼強(qiáng)，郭永軍

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院杭州地質(zhì)研究院；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層特征與評(píng)價(jià)

吳興寧1，2，呂玉珍1，田繼強(qiáng)2，郭永軍3

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院杭州地質(zhì)研究院；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

根據(jù)巖心及薄片觀察、實(shí)驗(yàn)分析、錄井及測(cè)井解釋，認(rèn)為楊莊組、洪水莊組和饅頭組是冀中坳陷中上元古界—下古生界碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕最主要的蓋層。蓋層巖性以泥質(zhì)巖為主，其次為泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r及致密白云巖或灰?guī)r，孔、滲性普遍較差。蓋層在宏觀上受巖性、泥質(zhì)含量、分布規(guī)模等因素的影響，微觀上受突破壓力、物性、遮蓋系數(shù)等的約束。依據(jù)上述因素，將冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層劃分為4類。綜合評(píng)價(jià)得出，楊莊組為Ⅲ類（中等）蓋層、洪水莊組為Ⅱ類（較好）蓋層、饅頭組為Ⅰ類（好）蓋層。

碳酸鹽巖；古潛山；蓋層；冀中坳陷

0 引言

冀中坳陷位于渤海灣盆地西北部，面積為 2.84×104km2，是一個(gè)復(fù)合型含油氣盆地。碳酸鹽巖地層主要發(fā)育在中上元古界至下古生界，分布廣泛，厚度巨大。

近年來(lái)，隨著文古3井、長(zhǎng)6井、馬851井等一批探井成功鉆遇碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕油氣藏，極大地拓寬了冀中坳陷潛山油氣藏勘探的領(lǐng)域，但缺乏對(duì)有效隔層的認(rèn)識(shí)，這也是制約潛山內(nèi)幕油氣藏勘探的重要因素。為此，筆者在前人研究成果[1-4］的基礎(chǔ)上，選取冀中坳陷不同構(gòu)造單元64口重點(diǎn)鉆井巖心及薄片進(jìn)行詳細(xì)觀察，并結(jié)合錄井資料，分析冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層的基本巖石學(xué)特征及其孔、滲特征。在深入調(diào)研影響蓋層封閉性因素的基礎(chǔ)上[5-9］，通過(guò)對(duì)蓋層巖性、厚度及平面分布等資料的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合30口鉆井蓋層段的測(cè)井解釋及58塊次巖心樣品的實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層進(jìn)行分類，并綜合評(píng)價(jià)楊莊組、洪水莊組及饅頭組蓋層的封閉性，以期提高冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕巖性油氣藏的勘探水平。

1 冀中坳陷潛山內(nèi)幕蓋層特征

1.1 巖石學(xué)特征

據(jù)已有探井儲(chǔ)、蓋層特征分析，冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕主要儲(chǔ)蓋組合為高于莊組—楊莊組、霧迷山組—洪水莊組和府君山組—饅頭組，其中楊莊組、洪水莊組和饅頭組是重要的潛山內(nèi)幕蓋層（圖 1）。

楊莊組：地層沉積較薄，區(qū)內(nèi)揭露厚度為46～86 m，巖性以灰色、紫紅色—泥粉晶白云巖和泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)泥巖為主。平面上自北東向南西方向可劃分為潮下帶含膏瀉湖、潮間帶云坪和潮上帶泥云坪3種沉積環(huán)境，其中潮下帶含膏瀉湖環(huán)境主要沉積一套含膏泥頁(yè)巖，潮間帶云坪環(huán)境主要沉積一套泥質(zhì)白云巖、隱藻白云巖，潮上帶泥云坪環(huán)境主要沉積一套泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖（圖1）。

洪水莊組：巖性以一套細(xì)碎屑巖為主，夾有碳酸鹽巖，區(qū)內(nèi)揭露厚度為5～131 m，沉積在文安—安新一線及其以北地區(qū)，而大城—任丘—高陽(yáng)一線以南缺失；平面上自北東向南西方向可劃分為局限海和潮坪2種沉積環(huán)境，局限海環(huán)境沉積大段深灰色泥巖夾泥質(zhì)白云巖，潮坪環(huán)境沉積一套灰綠色泥頁(yè)巖及白云質(zhì)泥巖（圖1）。

圖1 冀中坳陷長(zhǎng)城系—寒武系潛山內(nèi)幕儲(chǔ)蓋組合柱狀圖Fig.1 The reservoir and cap rock assemblage column of the buried hill inner of Changcheng system-Cambrian in Jizhong Depression

饅頭組：分布廣泛，在冀中坳陷全區(qū)均有不同程度鉆遇，巖性以碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖的海相沉積為主，一般厚55～85 m。平面上可劃分為泥云坪和泥坪兩大沉積環(huán)境，泥云坪僅在任丘—霸縣一線的東部地區(qū)及石家莊—南宮—衡水一帶分布，巖石類型主要為泥質(zhì)白云巖、粉砂質(zhì)白云巖、泥粉晶白云巖及紫色泥頁(yè)巖和少量泥質(zhì)灰?guī)r；泥坪環(huán)境分布在冀中坳陷的其余地區(qū)，粉砂巖和泥巖含量在50%以上，巖石類型主要為紫紅色泥頁(yè)巖夾少量準(zhǔn)同生白云巖、泥灰?guī)r等（圖1）。

1.2 物性特征

在對(duì)冀中坳陷64口鉆井楊莊組、洪水莊組及饅頭組巖心及薄片觀察的基礎(chǔ)上，選取不同構(gòu)造單元相關(guān)層段的6塊巖心樣品做了孔、滲性測(cè)試。結(jié)果表明，冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層段的孔、滲性普遍較差，如壩26井楊莊組平均孔隙度為0.18%、平均滲透率為0.05 mD，淺牛6井洪水莊組平均孔隙度為1.31%、平均滲透率為0.006 mD，文古1井饅頭組平均孔隙度為0.92%、平均滲透率為0.001 mD。

此外，從所選30口鉆井的測(cè)井解釋結(jié)果來(lái)看，壩8井、留16井和任深1井楊莊組平均孔隙度為0.8%、平均滲透率為0.03 mD，淺牛6井洪水莊組平均孔隙度為0.000 1%、平均滲透率為0.000 1 mD，壩10井、壩 13井、文古 1井、馬 97井、牛 19井、任78-3井、永古1井、澤古10井及澤深2井饅頭組的平均孔隙度為0.04%、平均滲透率為0.000 2 mD，也說(shuō)明這些層段的孔、滲性普遍較差，具有較強(qiáng)的封閉能力。

2 冀中坳陷潛山內(nèi)幕蓋層分類

2.1 巖性分類

依據(jù)巖性，可將冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層劃分為泥質(zhì)巖蓋層、泥質(zhì)灰?guī)r或白云巖蓋層、致密灰?guī)r或白云巖蓋層3類。

2.1.1 泥質(zhì)巖蓋層

該類蓋層的巖性包括泥巖、灰質(zhì)泥巖和白云質(zhì)泥巖（圖2a），多發(fā)育在潮下及瀉湖沉積環(huán)境。泥質(zhì)巖具有粒度細(xì)、致密、滲透性差、排替壓力高等特點(diǎn)，且具有一定的可塑性、吸附性、壓縮性和膨脹性，通常是良好的油氣封蓋層。

2.1.2 泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)白云巖蓋層

該類蓋層沉積于潮下及局限海瀉湖環(huán)境，水體較為閉塞、能量低。通常發(fā)育在海侵體系域，由于沉積速率相對(duì)緩慢，巖性細(xì)且致密，孔、滲性差（圖2b），可成為較有效的封蓋層。

2.1.3 致密灰?guī)r或白云巖蓋層

該類蓋層發(fā)育在潮坪、局限海及開(kāi)闊海臺(tái)地等低能沉積環(huán)境，巖性通常較致密，孔、滲性差（圖2c）。但該類巖石的脆性較泥質(zhì)巖強(qiáng)，易受后期構(gòu)造作用的影響而產(chǎn)生裂縫，對(duì)油氣的封蓋能力相對(duì)較差。

冀中坳陷潛山內(nèi)幕楊莊組和洪水莊組主要發(fā)育泥質(zhì)巖蓋層、泥質(zhì)白云巖蓋層及致密白云巖蓋層，而饅頭組主要發(fā)育泥質(zhì)巖蓋層、泥質(zhì)灰?guī)r蓋層和致密灰?guī)r蓋層。通常情況下，蓋層的泥質(zhì)含量越高，其孔隙結(jié)構(gòu)就越差，滲透性也越低，蓋層的封閉性就越好。一般將蓋層的泥質(zhì)含量分為＜25%，25%～50%，50%～75%和＞75%等4個(gè)等級(jí)以反映蓋層質(zhì)量的好、較好、中等和差。從相關(guān)鉆井楊莊組、洪水莊組和饅頭組的巖心測(cè)試黏土礦物含量來(lái)看（表1），泥質(zhì)巖蓋層的黏土礦物含量普遍＞40%，泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)白云巖蓋層中的黏土礦物含量一般在20%～25%，致密灰?guī)r或白云巖蓋層幾乎不含黏土礦物。

圖2 冀中坳陷潛山內(nèi)幕蓋層巖性特征Fig.2 The lithology characteristics of the buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

表1 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層中黏土礦物含量Table 1 The clay mineral content of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

2.2 分布規(guī)模及分類

根據(jù)蓋層的分布規(guī)模，可將其劃分為區(qū)域蓋層和局部蓋層2類，區(qū)域蓋層的封閉能力一般好于局部蓋層。冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕楊莊組屬于局部蓋層，洪水莊組和饅頭組屬于區(qū)域蓋層（圖1）。

區(qū)域蓋層具有沉積穩(wěn)定、分布廣泛、厚度大的特點(diǎn)，并控制著整個(gè)坳陷的油氣聚集與分布。如寒武系饅頭組，分布于整個(gè)冀中坳陷，最厚可達(dá)100 m，巖性為泥巖、鈣質(zhì)泥巖及泥灰?guī)r等；沉積時(shí)處于相對(duì)海平面不斷上升期，水體穩(wěn)定、能量較低，沉積巖巖性致密，對(duì)寒武系府君山組油氣藏具有很強(qiáng)的封蓋能力。

局部蓋層一般分布于一個(gè)或幾個(gè)油氣保存單元或某些局部構(gòu)造，只控制局部地區(qū)的油氣聚集與分布。如薊縣系楊莊組，僅分布于冀中坳陷東北部，巖性在區(qū)域上變化較大，造成蓋層的封閉能力差異較大，其中潮下含膏瀉湖相帶的泥質(zhì)巖蓋層封閉性能較好，潮間云坪相帶的致密白云巖蓋層封閉性能相對(duì)較差。

2.3 封閉性分類

蓋層的封閉性是衡量其有效性的一項(xiàng)指標(biāo)。綜合來(lái)看，蓋層的封閉性在宏觀上受到巖性、厚度、展布規(guī)模及連續(xù)性等因素的影響，在定量評(píng)價(jià)方面受到突破壓力、物性、擴(kuò)散系數(shù)及微孔分布等參數(shù)的約束[10-17］。

2.3.1 蓋層滲透性分類

蓋層滲透性是反映蓋層封閉性能的直接標(biāo)志，可以用蓋層的孔隙度和滲透率來(lái)表示，目前一般將蓋層的滲透性分為4類（表2）。

表2 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層滲透性分類Table 2 The permeability classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

對(duì)不同構(gòu)造單元部分的鉆井，從楊莊組、洪水莊組和饅頭組6塊巖心樣品的物性實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，蓋層的滲透率大多＜0.001 81 mD，孔隙度大多為1%～2%，反映好或較好蓋層質(zhì)量。此外，這些組的測(cè)井解釋結(jié)果表明，該區(qū)蓋層的孔隙度一般＜0.001%，滲透率大多為0.000 1 mD，也說(shuō)明蓋層的封閉性能良好。

2.3.2 蓋層孔隙結(jié)構(gòu)分類

孔隙結(jié)構(gòu)是與物性密切相關(guān)的參數(shù)，也是評(píng)價(jià)蓋層封閉性能的重要指標(biāo)，主要的參數(shù)有比表面積、孔隙流體能、突破壓力、氣體遮蓋系數(shù)及氣柱高度等。一般而言，當(dāng)孔隙的比表面積大、孔隙流體能大、突破壓力高、氣體遮蓋系數(shù)大和封閉氣柱高時(shí)，蓋層的封閉性能好。

對(duì)不同構(gòu)造單元部分的鉆井，從楊莊組、洪水莊組和饅頭組3塊巖心樣品的孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果來(lái)看（表3），其突破壓力為5 MPa左右，氣體遮蓋系數(shù)為1 000%左右，總體為中等—好蓋層。

選取突破壓力、比表面積和遮蓋系數(shù)等參數(shù)，并參考滲透率和黏土含量，將冀中坳陷潛山內(nèi)幕蓋層的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)按封閉性的好壞分為4類（表4）。

表3 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 The pore structure test data of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

2.4 蓋層綜合分類

如前所述，蓋層在宏觀上受巖性與純度、厚度、分布規(guī)模及連續(xù)性等因素的影響，微觀上受突破壓力、物性、擴(kuò)散系數(shù)及微孔分布等參數(shù)的約束。因此依據(jù)巖性、泥質(zhì)含量、滲透率、突破壓力和遮蓋系數(shù)等參數(shù)，將冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層劃分為4類（表5），以對(duì)研究區(qū)的封閉性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表4 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層孔隙結(jié)構(gòu)分類Table 4 The pore structure classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

表5 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層綜合分類Table 5 The comprehensive classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

3 冀中坳陷潛山內(nèi)幕蓋層評(píng)價(jià)

3.1 楊莊組

據(jù)不同相帶6口鉆井巖心及20塊普通巖石薄片觀察，楊莊組蓋層的封閉性明顯受沉積相控制，潮下含膏瀉湖相帶泥質(zhì)巖蓋層的封閉性明顯好于潮間云坪相帶致密白云巖蓋層；泥質(zhì)含量總體上由西南向東北方向增大，在霸縣東北部泥質(zhì)含量達(dá)50%以上，泥巖厚度最大達(dá)46 m，而在西南部泥質(zhì)含量大多＜30%，缺乏泥巖地層，表明楊莊組為一套局部蓋層。在微觀方面，壩26井楊莊組巖心壓汞曲線表現(xiàn)為細(xì)歪度（圖3），不含黏土礦物，僅石英和長(zhǎng)石含量約26.8%，實(shí)測(cè)突破壓力為5.48 MPa，遮蓋系數(shù)為1 081.92%。此外，主要鉆井測(cè)井解釋楊莊組蓋層孔隙度為0.3%～1.6%，滲透率為0.001～0.1 mD，也說(shuō)明其孔、滲性差，封閉性相對(duì)較好。綜合評(píng)價(jià)楊莊組蓋層為Ⅲ類，即中等蓋層。

3.2 洪水莊組

該組蓋層主要分布在冀中坳陷保定—任丘的東北部，泥巖厚度一般＜30 m，泥質(zhì)含量普遍＜30%，牛陀鎮(zhèn)一帶泥巖最厚達(dá)37 m，泥質(zhì)含量達(dá)70%，為一套區(qū)域性蓋層。

微觀方面，以淺牛6井為例，X-衍射分析洪水莊組蓋層的泥質(zhì)含量較高，其黏土礦物含量達(dá)40.5%，實(shí)測(cè)孔隙度為1.3%、滲透率為0.006 mD，測(cè)井解釋孔隙度為0.000 1%、滲透率0.000 1 mD，壓汞曲線表現(xiàn)為細(xì)歪度（圖4）。巖心實(shí)測(cè)突破壓力為4.85 MPa，遮蓋系數(shù)為941.07%，顯示出較好的封閉性。綜合評(píng)價(jià)洪水莊組為Ⅱ類，即較好蓋層。

3.3 饅頭組

該組蓋層泥質(zhì)含量普遍較高，泥巖總體在巨鹿—任丘—霸縣以東地區(qū)較厚，最厚可達(dá)147.2m，而在其以西地區(qū)較薄，最薄處僅厚約20 m，為一套全區(qū)穩(wěn)定分布的區(qū)域性蓋層。微觀方面，主要鉆井測(cè)井解釋饅頭組孔隙度為0.000 1%～0.01%，滲透率為0.000 1～0.001 mD；文古1井巖心實(shí)測(cè)孔隙度為0.92%～2.32%，滲透率＜0.001 8 mD，壓汞曲線表現(xiàn)為細(xì)歪度（圖5），實(shí)測(cè)突破壓力為5.82 MPa，遮蓋系數(shù)為1 128.19%，可封閉氣柱高度為564.09 m，表明其封閉性很好。綜合評(píng)價(jià)饅頭組為Ⅰ類，即好蓋層。

圖3 毛細(xì)管壓力曲線（左）及微孔隙半徑分布（右）圖（壩26井，楊莊組，921.7 m，泥質(zhì)白云巖）Fig.3 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

圖4 毛細(xì)管壓力曲線（左）及微孔隙半徑分布（右）圖（淺牛6井，洪水莊組，1 094.7 m，泥質(zhì)白云巖）Fig.4 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

圖5 毛細(xì)管壓力曲線（左）及微孔隙半徑分布（右）圖（文古1井，饅頭組，4 487.9 m，泥巖）Fig.5 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

4 結(jié)論

（1）根據(jù)巖心及薄片觀察、巖礦測(cè)試、錄井及測(cè)井解釋，認(rèn)為楊莊組、洪水莊組和饅頭組是冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕最主要的封蓋層。

（2）蓋層宏觀上受巖性、泥質(zhì)含量、分布規(guī)模等因素的影響，微觀上受突破壓力、物性、遮蓋系數(shù)等參數(shù)的約束，據(jù)此將冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕蓋層劃分為4類。

（3）綜合評(píng)價(jià)薊縣系楊莊組為Ⅲ類（中等）蓋層，薊縣系洪水莊組為Ⅱ類（較好）蓋層，寒武系饅頭組為Ⅰ類（好）蓋層。

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Characteristics and evaluation of carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

WU Xing-ning1，2， LV Yu-zhen1， TIAN Ji-qiang2， GUO Yong-jun3
（1.Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Hangzhou， PetroChina， Hangzhou 310023， China；2.Research Institute of Petroleum Exploration&Development， PetroChina， Beijing 100083， China； 3.Research Institute of Exploration and Development， Huabei Oilfield Company， PetroChina， Renqiu 062552， China）

Based on the observation ofcore and thin section,experimental analysis and well logginginterpretation,it is considered that Yangzhuang Formation,Hongshuizhuang Formation and Mantou Formation are the main carbonate buried hill inner cap rocks fromChangchengsystemtoOrdovician in JizhongDepression.The lithologyofthe cap rock is mainly argillaceous rock,followed by argillaceous dolomite,argillaceous limestone and dense dolomite or limestone.Both the porosityand permeabilityare low.The essential macroscopical controllingfactors for the cap rock are lithology,shale content and distribution scale,while the microcosmic controlling factors are breaking pressure,porosity and permeability,envelop coefficient etc.Based on the above factors,the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression is divided intofour types.YangzhuangFormation is evaluated as typeⅢ （middlingcap rock）,Hongshuizhuang Formation is evaluated as typeⅡ （better cap rock）,and Mantou Formation is evaluated as typeⅠ（best cap rock）.

carbonaterocks； buriedhill； caprock； JizhongDepression

TE122.2

A

1673-8926（2011）03-0049-06

2010-11-15；

2011-01-19

中國(guó)石油天然氣股份公司“十一五”重大專項(xiàng)“海相碳酸鹽巖有效儲(chǔ)層形成條件、分布特征與有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)”（編號(hào)：2008E-0703）資助。

吳興寧，1973年生，男，高級(jí)工程師，在讀博士研究生，從事海相碳酸鹽巖沉積、儲(chǔ)層方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西溪路920號(hào)杭州地質(zhì)研究院。E-mail：wuxn_hz@petrochina.com.cn

涂曉燕）