賈懷存，康洪全，梁建設(shè)，程 濤，張世鑫

中國海洋石油國際有限公司，北京 朝陽 100028

引言

巴西深水鹽下領(lǐng)域是當(dāng)前世界油氣勘探的熱點地區(qū)之一，而巴西桑托斯盆地則是鹽下領(lǐng)域油氣最為富集的盆地。自2006 年在桑托斯盆地鹽下湖相碳酸鹽巖領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)Lula 油田以來，該領(lǐng)域又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了Franco 和Libra 等多個世界級大油田，石油可采儲量高達(dá)311×108bb（l1 bbl=0.159 m3），揭示了這一領(lǐng)域的巨大勘探潛力。國內(nèi)外學(xué)者對桑托斯盆地的研究主要集中在鹽下含油氣系統(tǒng)、油氣成藏特征和富集規(guī)律方面[1-8]，而對湖相碳酸鹽巖儲層沉積特征和發(fā)育控制因素方面研究不多，尤其是對湖相碳酸鹽巖成因類型、有利儲層宏觀分布和儲層物性特征的影響因素缺乏系統(tǒng)性研究[9-15]，制約了該領(lǐng)域下一步的勘探部署。因此，開展湖相碳酸鹽巖儲層沉積特征和發(fā)育控制因素研究，對該領(lǐng)域具有十分重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴西桑托斯盆地位于巴西東南部海域，是一個典型的被動大陸邊緣盆地[16-19]，盆地面積約32.7×104km2，水深0～3 200 m（圖1）。盆地經(jīng)歷了3 期構(gòu)造沉積演化：（1）早白堊世裂谷期（135--118 Ma），早期沉積河湖相砂泥巖，晚期沉積湖相碳酸鹽巖，包括Itapema 組貝殼灰?guī)r和Barra Velha 組疊層石灰?guī)r。（2）早白堊世阿普特過渡期（118--112 Ma），主要為海陸過渡相和局限海，以鹽巖和硬石膏沉積為主。（3）晚白堊世--新生代被動大陸邊緣階段（112 Ma 至今），主要沉積海相砂泥巖。自西向東，盆地鹽下裂谷層系可以劃分為5個構(gòu)造單元[3，20]，分別為西部拗陷帶、西部隆起帶、中央拗陷帶、東部隆起帶和東部拗陷帶。

圖1 桑托斯盆地裂谷期構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural framwork of rift stage,Santos Basin

2 鹽下湖相碳酸鹽巖儲層特征

通過對桑托斯盆地鹽下41 口鉆井資料分析，鹽下裂谷層系主要發(fā)育兩套湖相碳酸鹽巖儲層，分別為斷拗期Itapema 組貝殼灰?guī)r和拗陷期Barra Velha組疊層石灰?guī)r[20]。根據(jù)碳酸鹽巖巖石學(xué)劃分方案和成因類型分析，Itapema 組巖石類型主要為貝殼灰?guī)r，成因類型為以機械成因為主的生屑灘亞相沉積，沉積微相可以進(jìn)一步細(xì)分為貝殼灘、灘緣、灘間和灘斜坡微相。Barra Velha 組巖石類型主要為疊層石灰?guī)r和鮞?；?guī)r，成因類型為以微生物作用為主的微生物礁亞相，沉積微相進(jìn)一步劃分為礁核、礁緣、礁間和礁斜坡微相[20-22]。

2.1 儲層沉積特征

桑托斯盆地Itapema 組貝殼灰?guī)r是以生物殼體及碎屑為主要成分的顆?；?guī)r，其成因與原地堆積或近距離搬運有關(guān)[14]。根據(jù)貝殼和灰泥基質(zhì)的含量，可將貝殼灰?guī)r分為兩類：（1）貝殼灰?guī)r，以雙殼為主的生物碎屑灰?guī)r，多為顆粒支撐，殼體粗大，指示較高能的水體環(huán)境，微觀觀察發(fā)現(xiàn)灰泥基質(zhì)大部分已經(jīng)溶解或重結(jié)晶，鑄?？装l(fā)育，可以作為優(yōu)質(zhì)儲層（圖2a，圖2b）。（2）含泥/泥質(zhì)貝殼灰?guī)r，殼體較小，以介形類殼體為主，灰泥含量較高，多為基質(zhì)支撐，鑄?？撞话l(fā)育，難以形成良好儲層（圖2c，圖2d）。貝殼灰?guī)r主要形成于貝殼灘和灘間微相，泥質(zhì)貝殼灰?guī)r主要形成于灘緣微相。

圖2 桑托斯盆地A-2 井貝殼灰?guī)r巖芯照片和微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Photos of local core and microstructure,Coquinas in Well A-2,Santos Basin

桑托斯盆地拗陷期的Barra Velha 組主要巖石類型為疊層石灰?guī)r，其次為鮞?；?guī)r[14-15]。其中，疊層石灰?guī)r和鮞?；?guī)r主要形成于礁核和礁間微相，泥質(zhì)鮞?；?guī)r沉積微相類型為礁緣。根據(jù)疊層石生長的宏觀幾何形態(tài)和微觀特征，可分為喬木狀疊層石、灌木狀疊層石及樹枝狀疊層石3 類（圖3）。

圖3 桑托斯盆地A-1 井疊層石灰?guī)r局部巖芯照片F(xiàn)ig.3 Photos of local core,stromatolite limestone in Well A-1,Santos Basin

（1）喬木狀疊層石，具有明顯的主干--分支結(jié)構(gòu)，疊層石高度（約2.0～2.5 cm）略大于寬度（約1.0～2.0 cm），具有穹頂結(jié)構(gòu)，連續(xù)疊層石可形成生長格架，指示較強水動力環(huán)境。（2）灌木狀疊層石，具有明顯的主干，但并未發(fā)育分支結(jié)構(gòu)，疊層石的高度（約2.0～4.0 cm）與寬度（約2.0～4.0 cm）接近，且具有穹頂結(jié)構(gòu)，指示淺水低能環(huán)境，此類疊層石中常見波狀消光，與較低能且鹽度較高的沉積環(huán)境中容易形成放射纖維狀方解石有關(guān)。（3）樹枝狀疊層石，具有明顯的細(xì)長分支叢生結(jié)構(gòu)，但無主干，疊層石高度（約2.0～4.0 cm）遠(yuǎn)大于寬度（約1.0～2.0 mm），指示深水低能環(huán)境。

桑托斯盆地Barra Velha 組的鮞?；?guī)r，一般由無明顯圈層的薄皮鮞組成（圖4），在顯微鏡下具十字消光特征（圖4b），這種鮞粒形成環(huán)境通常是鹽度較高的水體，并且會與一些灌木狀疊層石伴生。多數(shù)鮞?；?guī)r因為灰泥含量較高無法作為儲層，但部分經(jīng)過成巖改造后可以具有一定的儲集能力。

圖4 鮞?；?guī)r局部巖芯照片和微觀照片（A-1 井，5 502 m）Fig.4 Photos of local core and microstructure,oolitic limestone（Well A-1,5 502 m）

2.2 儲層物性和儲集空間類型

通過對桑托斯盆地東部隆起帶鹽下油氣發(fā)現(xiàn)的14 口鉆井的巖芯、巖石薄片及鑄體薄片資料的觀察與巖芯物性分析發(fā)現(xiàn)，桑托斯盆地鹽下湖相碳酸鹽巖儲層整體上屬于孔隙型灰?guī)r儲層，孔隙度整體上屬于中等--好，滲透率中等。儲層孔隙類型以原生孔隙為主，并受后期溶蝕改造。

通過對Itapema 組190 個貝殼灰?guī)r儲層樣品的描述進(jìn)行統(tǒng)計，孔隙類型主要為鑄?？?、溶孔、溶洞、晶間孔和粒間孔（圖5a）。從成因上來講，以受到成巖作用改造而形成的次生孔隙為主，原生孔隙較少出現(xiàn)。根據(jù)顯微薄片觀察，鑄?？字饕稍绯蓭r期貝殼的大氣水溶解作用形成，中成巖期埋藏溶解作用其次；溶孔和溶洞與中成巖期埋藏溶解作用有關(guān)，多為非組構(gòu)選擇性溶解，因此，形成的多為形狀不規(guī)則的孔隙和孔洞；晶間孔與重結(jié)晶和白云化作用有關(guān)，如灰泥基質(zhì)的重結(jié)晶和白云化，或者被膠結(jié)物充填的殘余晶間孔。根據(jù)對巖芯樣品的孔滲數(shù)據(jù)分析，貝殼灰?guī)r儲層孔隙度最小值為6.3%，最大值為30.0%，平均值為16.9%。滲透率最小值為1.10 mD，最大值為1 180.00 mD，平均值為101.80 mD。

圖5 桑托斯盆地湖相碳酸鹽巖儲層孔隙類型統(tǒng)計柱狀圖Fig.5 Pore types distribution of lacustrine carbonate,Santos Basin

根據(jù)287 個疊層石灰?guī)r儲層樣品的描述和統(tǒng)計分析，疊層石灰?guī)r儲層的孔隙類型主要為溶孔、晶間孔、粒間孔、生長格架孔、粒內(nèi)孔和晶內(nèi)孔等（圖5b）。從成因上來講，以受過成巖改造的原生孔隙為主，其次為次生孔隙。通過對216 個儲層段疊層石灰?guī)r樣品的孔-滲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，孔隙度最小值為5.0%，最大值為26.5%，平均值為13.4%，滲透率最小值為1.00 mD，最大值為3 234.00 mD，平均值為183.70 mD。

3 湖相碳酸鹽巖儲層發(fā)育控制因素

3.1 湖水古鹽度控制儲層成因類型

通過對鹽下碳酸鹽巖巖芯樣品中的碳氧同位素分析，湖水古鹽度的變化控制了鹽下湖相碳酸鹽巖儲層成因類型。通過對桑托斯盆地東部隆起帶的S-A 井鹽下湖相碳酸鹽巖樣品進(jìn)行碳氧同位素地球化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)（圖6），Itapema 組貝殼灰?guī)r樣品以偏負(fù)的碳氧同位素指標(biāo)為主，指示了鹽下碳酸鹽巖沉積早期淡水湖的水體環(huán)境，而晚期Barra Velha 組疊層石灰?guī)r的沉積期則以顯著正偏的氧同位素指標(biāo)為特征，指示水體中因輕同位素組分流失而使得沉積物中富集重同位素組分，因此，指示了鹽度較高的水文學(xué)特征。

此外，介形蟲對鹽度的反應(yīng)非常敏感，隨著鹽度升高，僅能在淡水和低鹽度水體中生存的淡水種--微咸水種快速消失，取而代之以半咸水種和咸水種。同時，介形蟲的一些指標(biāo)和特定的種屬可以反映古水深的變化。根據(jù)鹽度指標(biāo)可分為淡水種、微咸水種、半咸水種和咸水種4 類。通過對桑托斯盆地鹽下碳酸鹽巖樣品中的介形蟲化石進(jìn)行的古生態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，貝殼灰?guī)r沉積期介形蟲以淡水種微咸水種占絕對優(yōu)勢，指示貝殼灰?guī)r沉積期為淡水--微咸水環(huán)境，而疊層石灰?guī)r沉積期以半咸水種占明顯優(yōu)勢，指示微生物灰?guī)r沉積期為半咸水環(huán)境。

圖6 桑托斯盆地S-A 井碳氧同位素分布圖Fig.6 Depth vs isotopes of C-O of Well S-A,Santos Basin

3.2 宏觀古構(gòu)造格局控制儲層宏觀分布

桑托斯盆地裂陷期形成了平行岸線展布的若干地壘、地塹（或半地塹）組成的隆--拗相間構(gòu)造帶，如東部隆起帶正是在裂谷期的區(qū)域壓扭構(gòu)造作用、巖漿上隆和火山活動等地質(zhì)作用下形成的，有些地壘在差異沉降作用下相對隆升形成了凸起帶。這些隆起帶或拗中凸起等正向構(gòu)造單元具有繼承性發(fā)育特征，提供了形成碳酸鹽臺地的古構(gòu)造背景，控制了鹽下湖相碳酸鹽巖儲層的宏觀分布（圖7）。

桑托斯盆地在裂谷層系從陸地到湖盆方向，依次發(fā)育西部拗陷帶、西部隆起帶、中央拗陷帶、東部隆起帶和東部拗陷帶。受盆地構(gòu)造格局控制和影響，在西部拗陷和西部隆起帶，主要發(fā)育受陸源碎屑影響的河流--三角洲沉積體系，以砂巖和泥巖沉積為主，在中央拗陷帶主要為前三角洲和湖泊相沉積，以泥巖沉積為主，砂巖不發(fā)育。受中央拗陷帶阻隔的影響，在東部隆起帶三角洲砂巖不發(fā)育。同時，由于東部隆起帶在湖相碳酸鹽巖儲層沉積時一直為古構(gòu)造高的地質(zhì)背景，水體深度適中，利于貝殼灰?guī)r和疊層石灰?guī)r沉積。如東部隆起帶發(fā)現(xiàn)的Lula、Libra 和Franco 等多個鹽下油氣發(fā)現(xiàn)均鉆井證實，斷拗期和拗陷期地層以疊層石灰?guī)r和貝殼灰?guī)r為主，砂巖不發(fā)育。另外，如中央拗陷帶的Carcara及Sagitario 等油田鉆井證實，在儲層沉積期的中央拗陷帶低凸起也存在古構(gòu)造高背景，適于湖相碳酸鹽巖沉積。而西部隆起帶和西部拗陷帶油氣發(fā)現(xiàn)證實鹽下地層以三角洲體系沉積的砂巖和泥巖為主，湖相碳酸鹽巖不發(fā)育。

圖7 桑托斯盆地典型地質(zhì)剖面Fig.7 Cross profile of Santos Basin

3.3 沉積相帶控制儲層物性特征

通過對桑托斯盆地鹽下鉆井取芯樣品的物性與沉積微相進(jìn)行匹配分析，鹽下湖相碳酸鹽巖儲層物性與沉積相帶具有很好的相關(guān)性，沉積相帶對儲層的孔滲具有明顯的控制作用（圖8 和圖9）。

在滲透率方面，斷拗期的Itapema 組生屑灘亞相中的貝殼灘與灘緣微相的物性無明顯重合的部分。由滲透率分布直方圖（圖8a）可以看出，貝殼灘微相中滲透率在5.00～250.00 mD 的樣品數(shù)量最多，灘緣微相中大部分樣品都在0.01～0.10 mD，其他區(qū)間的樣品很少。拗陷期的Barra Velha 組礁核微相滲透率以1.00～250.00 mD 為主（圖8b），礁緣微相儲層的滲透率多小于0.10 mD。礁緣中也有部分滲透率分布與礁核微相重合，表明部分礁緣微相也可以發(fā)育有效儲層。

在孔隙度方面，Itapema 組生屑灘亞相中的貝殼灘微相孔隙度具有明顯的單峰分布特征（圖9a），主要分布在15%～21%，而灘緣微相具有不明顯的雙峰分布，主要區(qū)間為1%～2%和5%～10%，表明灘緣微相儲層物性相對于貝殼灘微相較差。拗陷期的Barra Velha 組微生物礁亞相中，礁核微相儲層的孔隙度表現(xiàn)出明顯的單峰分布（圖9b），主要分布區(qū)間為12%～16%。而礁緣微相則表現(xiàn)為雙峰分布，兩個峰值分布區(qū)間分別為1%～4%和7%～10%，其中，7%～10%孔隙度的礁緣微相與部分礁核微相在分布直方圖中有明顯重疊的區(qū)域。初步分析，除了礁核以外，部分位于與礁核微相過渡部位的礁緣微相也可以作為儲層。

圖8 不同微相儲層巖芯滲透率分布直方圖Fig.8 Histogram of permeability in differential facies

圖9 不同微相儲層巖芯孔隙度分布直方圖Fig.9 Histogram of porosity in differential facies

4 有利儲層發(fā)育區(qū)帶預(yù)測

桑托斯盆地鹽下湖相碳酸鹽巖儲層的發(fā)育受多重因素控制，但從油氣勘探可遵循的規(guī)律性角度出發(fā)，儲層的分布與古構(gòu)造格局關(guān)系最為密切。研究認(rèn)為，遠(yuǎn)離陸源碎屑影響的古隆起控制了湖相碳酸鹽巖的宏觀分布，沉積相帶類型控制了儲層物性的差異。因此，預(yù)測桑托斯盆地東部隆起帶和中央拗陷帶的低凸起是湖相碳酸鹽巖儲層發(fā)育有利區(qū)帶。

東部隆起帶在湖相碳酸鹽巖儲層沉積時期為持續(xù)性的古構(gòu)造高，同時由于受中央拗陷帶的阻擋，來自盆地西部的陸源碎屑難以達(dá)到東部隆起帶，因此，東部隆起帶是湖相碳酸鹽巖儲層發(fā)育最有利區(qū)帶，疊層石灰?guī)r和貝殼灰?guī)r儲層均可發(fā)育。

另外，中央拗陷帶的低凸起背景上也可發(fā)育湖相碳酸巖儲層。受早期基底斷裂控制，在中央拗陷帶發(fā)育多個低凸起并形成孤立臺地，其中，臺內(nèi)主要發(fā)育礁核和貝殼灘微相，儲層發(fā)育程度高，凈毛比和孔隙度較好，向臺地邊緣主要發(fā)育礁緣和灘緣微相，儲層發(fā)育程度略降低。凸起的隆升幅度和分布規(guī)?？刂屏私笧w儲層的發(fā)育程度。古構(gòu)造幅度較低的低凸起，在儲層沉積時水體較深，不適合貝殼灰?guī)r沉積，主要發(fā)育疊層石灰?guī)r。古構(gòu)造幅度較高的低凸起，水體深度適中，貝殼灰?guī)r和疊層石灰?guī)r儲層均可發(fā)育。

5 結(jié)論

（1）桑托斯盆地鹽下發(fā)育兩類湖相碳酸鹽巖儲層，分別為以機械成因為主的斷拗期Itapema 組生屑灘貝殼灰?guī)r和以微生物作用為主的拗陷期Barra Velha 組微生物礁疊層石灰?guī)r。

（2）湖相碳酸鹽巖儲層儲集空間結(jié)構(gòu)整體上屬于孔隙型，孔隙度中等好，滲透率中等。儲層孔隙類型以原生孔隙為主，并受后期溶蝕改造。

（3）桑托斯盆地湖相碳酸鹽巖儲層發(fā)育主要受湖水古鹽度、古構(gòu)造格局和沉積相帶等控制。其中，湖水古鹽度控制儲層成因類型，古構(gòu)造格局控制儲層宏觀分布，沉積相帶控制儲層物性特征。