汪 躍 吳浩君 劉洪洲 李 浩 黃 磊

(中海油天津分公司， 天津 300459)

湖相碳酸鹽巖是湖盆水體咸化過(guò)程中的必然產(chǎn)物，半深湖和深湖相碳酸鹽巖均可成為良好的生油巖[1]。近年來(lái)，有許多研究文獻(xiàn)提到了渤海灣盆地古近系沙河街組的湖相生屑云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育情況。對(duì)沙河街組生屑云巖儲(chǔ)層的沉積特征、控制因素等的研究大多是著眼于凹陷級(jí)別，而對(duì)油田開(kāi)發(fā)區(qū)塊內(nèi)生屑云巖儲(chǔ)層的差異及控制因素的研究較少。

渤海海域的沙河街組埋藏較深(大于3 000 m)[2]，因此儲(chǔ)層研究對(duì)于深層與超深層的油氣勘探和開(kāi)發(fā)都具有重要意義。我們以渤中凹陷渤中13-1油田沙一段儲(chǔ)層為研究對(duì)象，依據(jù)有關(guān)錄井、巖心、薄片、常規(guī)物性資料，分析該區(qū)儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征和物性，探討優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制因素，希望可以為類(lèi)似構(gòu)造帶的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供幫助。

1 研究區(qū)的地質(zhì)特征

渤中13-1油田位于渤海中部海域，在渤中凹陷向沙南凹陷過(guò)渡的沙東南構(gòu)造帶上，其西北為沙壘田凸起(見(jiàn)圖1)。它的主力開(kāi)發(fā)層位為沙一段底部地層，主要巖性為湖相生屑云巖，儲(chǔ)層厚度在3 m左右，埋深在海拔-4 000 m左右，與下伏中生界潛山基底呈不整合接觸。

圖1 研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造位置

渤中13-1油田于2009年投入開(kāi)發(fā)，主力產(chǎn)層為沙一段底部的薄層生屑云巖儲(chǔ)層。隨著油田開(kāi)發(fā)精度的不斷提高，各井區(qū)能量呈現(xiàn)出較大差異(見(jiàn)圖2)。

A4井投產(chǎn)至今，其地層壓力基本不變，保持在43.13 MPa左右，而A1井的實(shí)測(cè)地層壓力則已經(jīng)降至22.88 MPa，這表明各井區(qū)生屑云巖儲(chǔ)層平面不連通。這種分布特征與對(duì)該類(lèi)儲(chǔ)層的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)明顯不符，過(guò)去一般認(rèn)為這類(lèi)儲(chǔ)層的連通性好[3-4]。

圖2 渤中13-1油田的地層壓力變化曲線

2 研究區(qū)的儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

取芯段巖心和薄片觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沙一段主要發(fā)育生屑白云巖(見(jiàn)圖3)。巖心中可見(jiàn)大量螺化石、介形類(lèi)化石及少量陸源碎屑。其中，陸源碎屑主要為酸性火山巖和長(zhǎng)石、石英；螺類(lèi)保存較完整，大多數(shù)體腔內(nèi)部無(wú)充填，體腔壁及格架主要為白云石膠結(jié)物和骨架。

從鑄體薄片中發(fā)現(xiàn)，生屑云巖的主要礦物組分為白云石，含量在87.1%～97.2%，平均為92.4%。生物碎屑含量在65.0%以上，主要為介形類(lèi)、螺類(lèi)，大多呈破碎狀，雜亂分布。陸源碎屑中主要為石英，其次為長(zhǎng)石和中酸性火山巖巖屑。陸源碎屑表面包裹著薄層的白云石包殼，粒間膠結(jié)物多為亮晶白云石，其次為泥晶白云石；粒徑在0.05～0.15 mm。

圖3 研究區(qū)沙一段的巖石學(xué)特征

從巖心、薄片常規(guī)物性等資料來(lái)看，沙一段生屑云巖儲(chǔ)層次生孔隙比較發(fā)育，儲(chǔ)集空間主要為粒間溶孔、螺體腔孔和鑄?？?，具有良好的儲(chǔ)滲條件。巖心分析結(jié)果，孔隙度在27.32%～32.52%，平均29.9%；滲透率分布在(102～359)×10-3μm2，平均為230.9×10-3μm2，屬于中高孔、中滲儲(chǔ)層(見(jiàn)圖4)。

2.3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

研究區(qū)沙一段的儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主，其原生孔隙又以生物體腔孔為主，粒間孔次之；溶蝕孔以粒間膠結(jié)物溶孔、鑄?？?、粒內(nèi)溶孔為主。通過(guò)薄片統(tǒng)計(jì)，原生孔隙占78%，溶蝕孔隙占22%。其中，生物體腔孔占58%，粒間原生孔占20%，粒間膠結(jié)物溶孔占11%，鑄模孔占7%，粒內(nèi)溶孔占4%。整體上，面孔率分布在16%～32%，平均為28.4%。

圖4 研究區(qū)沙一段儲(chǔ)層的物性特征

3 儲(chǔ)層分布及物性控制因素

3.1 古沉積環(huán)境為生屑云巖的發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)

渤海海域古近系沙一段生屑云巖儲(chǔ)層的形成，與底棲腹足類(lèi)生物螺類(lèi)的大量繁殖密切相關(guān)，而螺類(lèi)生物的繁盛又受到了氣候、底質(zhì)、水深、鹽度、構(gòu)造背景及陸源碎屑供給等因素的影響[2，5-9]。研究區(qū)沙一段的沉積期處于斷坳轉(zhuǎn)換期，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，氣候干熱潮濕，為咸化湖盆水體環(huán)境，適合碳酸鹽巖的發(fā)育[10]。同時(shí)，該區(qū)中生界凝灰?guī)r“硬底質(zhì)”可以使得水體在湖浪的作用下保持一個(gè)清澈的水體環(huán)境，有利于螺類(lèi)生物的生存。在古地貌斜坡帶水體較淺的部位，陽(yáng)光充足，水體循環(huán)通暢，含氧量充分，也適合螺類(lèi)生物在此大量繁殖。這些都為研究區(qū)生屑云巖儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 古地貌控制生屑云巖的垂向演化和平面分布

3.2.1 古地貌控制生屑云巖儲(chǔ)層的垂向沉積演化

研究區(qū)內(nèi)，在古地貌較高部位與較低部位的井均鉆遇了一定厚度的生屑云巖，最大高程差達(dá)85 m左右(見(jiàn)圖5)；目的層古地貌高程差在60 m左右的生屑云巖具有連通性，如A2S和A9井。研究表明，適合底棲腹足螺類(lèi)生物生存的水深在15 m左右[10]。研究區(qū)沙一段底部沉積期，水體環(huán)境對(duì)螺類(lèi)生物的繁殖有利。這個(gè)時(shí)期，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，古隆起未完全淹沒(méi)于水下。因此，湖盆水體在持續(xù)穩(wěn)定擴(kuò)張的過(guò)程中，生屑灘沿古隆起帶呈退積-超覆模式(見(jiàn)圖6)，從而造成研究區(qū)在古地貌緩坡帶高程差較大范圍內(nèi)，均有生屑云巖發(fā)育且存在疊合連通。另外據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆遇的生屑云巖中部與潛山頂?shù)木嚯x為9～25 m，平均值約17 m。由此推測(cè)，沙一段底部螺類(lèi)生物發(fā)育時(shí)的古水深約為17 m。

圖5 研究區(qū)沙一段的地層對(duì)比

圖6 研究區(qū)生屑灘沿緩坡帶沉積模式

3.2.2 古地貌控制生屑云巖儲(chǔ)層的平面展布

按古地貌的起伏特征，將其劃分為緩坡、構(gòu)造脊、陡坡、凸起與深凹槽等微構(gòu)造類(lèi)型(見(jiàn)圖7)。古地貌形態(tài)決定著生屑灘在平面上的分布特征(見(jiàn)表1)。

圖7 研究區(qū)沙一段早期古地貌

區(qū)域井區(qū)古地貌微構(gòu)造水動(dòng)力水體環(huán)境生物坡度∕(°)暴露水面情況巖性微相發(fā)育區(qū)次發(fā)育區(qū)A4A1、A9、A2S、A5、A6緩坡強(qiáng)∕高能開(kāi)闊較開(kāi)闊發(fā)育螺類(lèi)、介形蟲(chóng)7～125～4偶爾生屑云巖生屑灘不發(fā)育區(qū)—凸起—陡坡BZ13-1-3深凹槽—構(gòu)造脊弱∕低能弱∕低能弱∕低能強(qiáng)∕高能開(kāi)闊不發(fā)育18～22經(jīng)常——局限少量螺類(lèi)18～20偶爾淺湖泥泥晶灘局限不發(fā)育15～22—泥巖、泥灰?guī)r灘間洼地—少量螺類(lèi)16～18偶爾——

生屑灘主要發(fā)育區(qū)，位于開(kāi)闊湖盆的古地貌緩坡帶。該區(qū)域沙一段地層厚度100～240 m，坡度 7°～12°。在湖盆水體持續(xù)擴(kuò)張的過(guò)程中，該區(qū)域始終保持寬緩斜坡地形，湖盆水體開(kāi)闊，水體循環(huán)通暢，水動(dòng)力強(qiáng)，適合螺類(lèi)生物的生存和長(zhǎng)期繁盛。比如A4井區(qū)東北方向的緩坡帶(見(jiàn)圖7)。據(jù)A4井的動(dòng)態(tài)資料，此區(qū)域壓力下降幅度最小。

生屑灘次發(fā)育區(qū)，包括古地貌局限湖灣區(qū)和在局限湖盆背景下的緩坡帶2種情況(見(jiàn)圖6)。該區(qū)域沙一段地層厚度60～100 m，坡度5°～14°。第一種情況如A5井區(qū)，古地貌四面皆高，螺類(lèi)死亡后，螺殼被湖流搬運(yùn)，更易在湖灣區(qū)堆積，這也造成了平面上不易與其他緩坡帶生屑灘體之間的連通。第二種情況在局限湖盆背景下的緩坡帶，如A1和A6井區(qū)，湖盆水體能量相對(duì)較弱，循環(huán)較差，所以螺類(lèi)生物相對(duì)欠發(fā)育。生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)資料也顯示，該區(qū)地層壓力下降較大(見(jiàn)圖2)。此外，緩坡帶內(nèi)構(gòu)造脊的存在影響著螺殼的最終分布。早期螺類(lèi)生物沿湖岸線呈帶狀分布，死亡之后由于受到湖浪及沿岸流的改造，沿著構(gòu)造脊兩邊凹型地帶堆積，但在構(gòu)造脊上受湖浪改造影響，難以保存生物碎屑，從而導(dǎo)致構(gòu)造脊兩邊堆積的生屑不連通。如研究區(qū)A1和A9井區(qū)儲(chǔ)層古地貌同在一個(gè)緩坡帶上，中間存在構(gòu)造脊的影響而造成不連通(見(jiàn)圖7)。

生屑灘不發(fā)育區(qū)，位于古地貌坡陡、凸起及深凹槽區(qū)。在這些區(qū)域，沙一段底部地層坡度18°～22°。凸起陡坡帶由于易暴露于地表，局部可以提供物源，導(dǎo)致水體不清澈，影響到生物繁殖，從而造成這些區(qū)域都不利于螺類(lèi)生物的生存聚集。凹槽區(qū)由于坡陡，隨著湖盆水體逐漸加深，底棲生物賴以附著的基底容易被快速淹沒(méi)。如位于深凹槽陡坡的3井區(qū)，沙一段地層厚度160～220 m，在水體擴(kuò)張過(guò)程中，該區(qū)域水體循環(huán)較差，水動(dòng)力較弱，以沉積灘間泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖為主(見(jiàn)圖8)。

圖8 研究區(qū)沙一段生屑云巖儲(chǔ)層平面沉積相

綜上，研究區(qū)的生屑灘受古地貌影響，主要發(fā)育于水進(jìn)過(guò)程中的古地貌緩坡帶；儲(chǔ)層平面展布受到古地貌凸起帶、構(gòu)造脊的分割，而呈片狀且不連通分布模式。

3.3 成巖作用控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育程度

沉積環(huán)境、古地貌等宏觀因素，控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的規(guī)模、平面分布及原始物性。例如上述特定沉積環(huán)境下形成的以螺類(lèi)、生屑為主要骨架顆粒的生屑云巖，本身具有較好的原生孔隙。除此之外，儲(chǔ)層在不斷埋深的過(guò)程中還受到壓實(shí)作用、溶解作用和膠結(jié)作用的影響。通過(guò)觀察研究區(qū)的薄片發(fā)現(xiàn)，對(duì)沙一段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)較大的成巖作用主要為溶解作用和白云巖化作用。

3.3.1 溶解作用是該區(qū)形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要成巖因素

渤海海域近4 000 m深埋條件下，高孔、中滲特征的儲(chǔ)層比較少見(jiàn)。薄片、掃描電鏡資料表明，溶解作用是該區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的主要控制因素之一(見(jiàn)圖3)，主要表現(xiàn)為：準(zhǔn)同生期受大氣淡水淋濾導(dǎo)致的組構(gòu)選擇性溶解作用和成巖期有機(jī)酸對(duì)膠結(jié)物等碳酸鹽礦物的溶解作用。準(zhǔn)同生期組構(gòu)選擇性溶解作用，主要表現(xiàn)為文石質(zhì)螺殼及粒間基質(zhì)被溶解，從而形成鑄?？住⒙輾んw腔孔和粒間溶孔，構(gòu)成生屑云巖主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。成巖期的溶解作用，主要表現(xiàn)為有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽礦物(包括膠結(jié)物、骨架顆粒、長(zhǎng)石、酸性火山巖巖屑)的溶蝕，形成鑄?？?、顆粒溶蝕孔。

3.3.2 白云巖化作用對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的物性具有改善作用

通過(guò)分析全巖、鑄體薄片與常規(guī)儲(chǔ)層物性，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙一段儲(chǔ)層中的礦物成分主要為白云石，其次為石英和斜長(zhǎng)石，含少量的黏土礦物。白云石含量分布在82%～94%，平均值為91%。白云石含量高，儲(chǔ)層物性好，二者呈正相關(guān)性(見(jiàn)圖9)。

圖9 研究區(qū)沙一段儲(chǔ)層白云石含量與物性的關(guān)系

4 關(guān)于有利儲(chǔ)層的分布

根據(jù)研究區(qū)沙一段生屑云巖儲(chǔ)層的成因，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，認(rèn)為A4井區(qū)為儲(chǔ)層發(fā)育的有利部位(見(jiàn)圖8)。

首先，A4井區(qū)具備適合底棲螺類(lèi)生物大范圍聚集的古地貌背景。沙一段沉積期，A4井區(qū)處于渤中凹陷開(kāi)闊湖盆邊緣西南端，具有大范圍寬緩斜坡帶的古地貌背景，為底棲螺類(lèi)生物的生存繁盛提供了有利條件。隨著湖盆水體的持續(xù)擴(kuò)張，該區(qū)域水體循環(huán)通暢，氧氣充分，適合生物的生存繁殖。

其次，有利的成巖環(huán)境為儲(chǔ)集空間的發(fā)育提供了保障。A4井區(qū)具備開(kāi)闊湖盆寬緩斜坡的古地貌背景(見(jiàn)圖7)。該區(qū)域在開(kāi)闊湖盆，沉積物更易受準(zhǔn)同生 — 同生期的大氣淡水的淋濾溶解及白云巖化作用的共同影響。大氣淡水的淋濾溶解使得粒間溶蝕孔隙發(fā)育，也促使生物軟組織腐爛而形成體腔孔，有利于白云巖化作用的進(jìn)行，對(duì)早期沉積物起到了一定的固結(jié)作用，使得生物體腔孔和粒間溶蝕孔得以保存。

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)沙一段發(fā)育生屑白云巖儲(chǔ)層。該儲(chǔ)層的厚度薄，儲(chǔ)層物性好，具有中高孔、中滲透的特點(diǎn)。其儲(chǔ)集空間主要為生物體腔孔等原生孔隙，其次為粒間溶蝕孔和顆粒溶蝕孔。

(2) 宏觀上，古地貌和湖平面變化(古水深)控制了生屑白云巖儲(chǔ)層的空間分布。沉積作用對(duì)研究區(qū)沙一段生屑云巖儲(chǔ)層的影響，主要體現(xiàn)在古地貌控制生屑顆粒的宏觀分布。在湖盆水體擴(kuò)張過(guò)程中，垂向上生屑灘沿古地貌緩坡帶呈退積-超覆沉積模式分布；平面上受古凸起、古構(gòu)造脊分割，生屑云巖呈片狀且不連續(xù)分布，這也是導(dǎo)致研究區(qū)的不同井區(qū)地層壓力變化趨勢(shì)不一致的原因。

(3) 微觀上，螺類(lèi)的含量及碳酸鹽膠結(jié)物、長(zhǎng)石、酸性火山巖巖屑的溶解作用和方解石等膠結(jié)物的白云石化作用，是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要原因。研究區(qū)沙一段生屑云巖沉積后，準(zhǔn)同生 — 同生期的溶解作用和白云巖化作用，為儲(chǔ)集空間的形成起到了建設(shè)性作用，導(dǎo)致在埋深4 000 m條件下，儲(chǔ)層具有高孔中滲特點(diǎn)。