黃東 汪華 陳利敏 袁小玲 石學(xué)文

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油東方地球物理公司信息技術(shù)中心

中國南方地區(qū)碳酸鹽巖儲層高電阻率水層地質(zhì)成因
——以川西地區(qū)下二疊統(tǒng)棲霞組為例

黃東1汪華1陳利敏2袁小玲1石學(xué)文1

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油東方地球物理公司信息技術(shù)中心

隨著油氣勘探工作的不斷深入，一些有別于常規(guī)測井的地質(zhì)現(xiàn)象也不斷被發(fā)現(xiàn)，其中報道得最多的是碎屑巖中發(fā)現(xiàn)的低電阻率油氣層，而對碳酸鹽巖中的高電阻率水層卻鮮有報道。為此，以四川盆地下二疊統(tǒng)棲霞組儲層為例，分別從儲層特征、儲層充填物特征以及地層水性質(zhì)出發(fā)，研究分析了造成碳酸鹽巖儲層中水層電阻率高的地質(zhì)原因。結(jié)果表明，除了工程原因外，高電阻率水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲層致密導(dǎo)致儲層電子導(dǎo)電能力降低，從而形成高電阻率；②碳酸鹽巖儲層內(nèi)瀝青的廣泛分布導(dǎo)致儲層電子導(dǎo)電能力降低，也可形成高電阻率；③儲層中的流體為淡水時，將導(dǎo)致離子數(shù)量減少，降低導(dǎo)電能力，測井解釋時其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。該研究成果有助于提高致密碳酸鹽巖地區(qū)測井解釋的符合率。

中國南方 碳酸鹽巖 高電阻率水層 成因 儲集層特征 充填物 地層水 四川盆地 早二疊世

中國南方沉積了8 000～10 000 m厚的震旦系—中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖地層，面積約100×104km2，這些地層主要分布在川、滇、黔、桂等省區(qū)及中下?lián)P子地區(qū)。四川盆地是中國大型富含天然氣資源的沉積盆地之一，同時也是一個典型的多期次構(gòu)造作用疊合的復(fù)雜盆地。經(jīng)過50多年的勘探，基本明確了震旦系、石炭系、二疊系、三疊系等主要含氣層位，建成了新中國第一個產(chǎn)能超過100×108m3的天然氣生產(chǎn)基地。近年來，隨著四川盆地勘探程度的不斷提高，科研人員發(fā)現(xiàn)了一些有別于常規(guī)的地質(zhì)現(xiàn)象——碳酸鹽巖儲層中的高電阻率（以下簡稱高阻）水層。此前對于碎屑巖中的低電阻率油氣層已有大量的報道（大慶油田、長慶油田、吉林油田、吐哈油田等）［1－3］，對其成因也有了較深入的認(rèn)識；而對高阻水層卻鮮有報道［4－6］，但這類非常規(guī)高阻水層又是油氣勘探，特別是測井解釋中一個較難解決的問題。

1 高阻水層的定義

國內(nèi)外常規(guī)油氣勘探中，在評價儲層的含流體情況時，特別是在評價巖性復(fù)雜、油氣水關(guān)系復(fù)雜的儲層時，只根據(jù)儲層的電阻率或油氣飽和度往往不能準(zhǔn)確判別流體性質(zhì)。實(shí)際勘探中，儲層中的流體情況，不僅與其含氣飽和度有關(guān)，而且還與儲層巖性、物性、流體性質(zhì)以及儲層充填物等多種地質(zhì)因素有關(guān)，而這些因素之間的關(guān)系卻又是十分復(fù)雜的。眾所周知，在常規(guī)石油與天然氣在勘探過程中，水層具有電阻率低的電性特征，氣層和油層具有電阻率高的電性特征。高阻水層是相對于常規(guī)勘探中具有低電阻率的水層電性特征而言的，高阻水層的電阻率比一般水層的電阻率要高，其電阻率值可與油層或氣層的電阻率相當(dāng)，因而在測井解釋中往往將其誤判識為油層或氣層，而試油結(jié)論卻證實(shí)儲層內(nèi)的流體實(shí)際上為水。

2 地質(zhì)背景

四川盆地二疊紀(jì)前的云南運(yùn)動形成了由不同地層組成的準(zhǔn)平原化基底。二疊紀(jì)開始時，地殼全面下沉，除北側(cè)巴武古陸、西側(cè)康滇古陸、摩天嶺古陸和東側(cè)江南古陸呈島鏈露出水面以外，上揚(yáng)子古陸全被淹沒，廣泛的海侵使下二疊統(tǒng)地層覆蓋在石炭系或志留系之上［7－10］。下二疊統(tǒng)棲霞組地層一般劃分為兩段，從下至上依次為：棲一段和棲二段，其中棲一段又細(xì)分為A、B兩個亞段：棲一段B亞段主要為深水低能沉積的中—薄層狀黑灰、深灰色似“眼球”狀細(xì)粉晶藻屑、含生屑泥晶灰?guī)r夾泥質(zhì)泥晶灰?guī)r和薄層黑色頁巖；棲一段A亞段主要由淺水—半深水沉積的中厚層塊狀灰、淺灰色泥晶生屑灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r、灰白色的云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r、中—粗晶白云巖和顆粒白云巖等構(gòu)成；棲二段主要為臺地邊緣灘沉積的中—薄層狀深灰色灰?guī)r局部夾薄層灰色白云巖。

川西地區(qū)位于四川盆地西部、龍門山前緣，大地構(gòu)造位置處在四川克拉通盆地西緣的川西坳陷，該區(qū)大地構(gòu)造位置特殊，沉積構(gòu)造演化過程十分復(fù)雜。經(jīng)過多年的勘探，先后在川西南部和川西北部地區(qū)鉆井過程中鉆遇了棲霞組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層。測井資料表明，該區(qū)儲層電性特征均為高電阻率特征，但試油結(jié)果卻顯示出該區(qū)儲層含流體情況較為復(fù)雜，既有高產(chǎn)氣井（L17），也有淡水井（K2），還有高礦化度地層水井（HS1）。

3 高阻水層地質(zhì)成因

按導(dǎo)電機(jī)理的不同，巖石可分成兩大類，離子導(dǎo)電的巖石和電子導(dǎo)電的巖石，前者主要靠連通孔隙中所含的溶液的正負(fù)離子導(dǎo)電；后者靠組成巖石顆粒本身的自由電子導(dǎo)電。高阻水層的形成主要受宏觀地質(zhì)背景、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙充填物以及流體性質(zhì)等因素的影響。從電性特征看，川西南部的漢深1井與川西北部的礦2井電阻率都較高，根據(jù)該區(qū)圖版解釋儲層流體具有典型的氣層特征，但測試結(jié)果卻與測井解釋存在著較大差異，兩口井均產(chǎn)水。從其水化學(xué)分析結(jié)果看，兩者水的性質(zhì)也存在較大差異，從K2井水分析資料來看：Cl－含量僅164 mg／L，反映地層水為低礦化度的Na HCO3型淡水，而HS1井則為高礦化度的CaCl2型地層水（表1）。雖然兩者都產(chǎn)水，但是由于其水的性質(zhì)不同，因而兩者代表著不同的成藏過程和地質(zhì)意義。下面分別分析高阻水層的成因。

表1 川西地區(qū)棲霞組地層水分析數(shù)據(jù)表

3.1 儲層致密導(dǎo)致電阻率高

測井電性特征是巖石本身以及巖石內(nèi)部流體等綜合反映的結(jié)果，這也是進(jìn)行測井解釋儲層及其含流體情況的基礎(chǔ)。儲層的儲集性能主要受沉積環(huán)境、成巖作用的影響。依據(jù)前人的研究成果，結(jié)合野外地質(zhì)觀察發(fā)現(xiàn)，川西地區(qū)棲霞組儲層主要為生物灘，古生物化石從破碎到完整均有，不具抗浪格架，平面上由于位置不同，沉積環(huán)境的不同，其結(jié)構(gòu)組分和后期成巖作用也有著明顯的差異。根據(jù)川西地區(qū)棲霞組巖心觀察和野外露頭結(jié)果認(rèn)為，川西南部地區(qū)棲霞組巖性主要為水體能量較低的泥晶灰?guī)r夾細(xì)—中晶白云巖化灰?guī)r。從巖心觀察看，HS1井棲霞組取心段巖性主要為深灰—灰黑色白云巖，局部發(fā)育中晶白云巖（圖1）。根據(jù)65個棲霞組巖心樣品物性分析表明，HS1井孔隙度分布范圍較大，介于0.16%～10.39%，主要孔隙度集中在0～2%之間，平均孔隙度僅為1.64%，明顯低于川西北部地區(qū)K2井棲霞組巖心的平均孔隙度（3.03%），滲透率極低，一般均小于0.005 mD（圖2）。儲層物性特征表明，川西南部地區(qū)棲霞組儲層具有低孔隙度、低滲透率致密碳酸鹽巖儲層的特征，雖然儲層中局部存在高孔隙度、高滲透率段，但總體看來儲層儲集性能差，根據(jù)四川盆地碳酸鹽巖儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)來看應(yīng)屬于差儲層—非儲層。

在地質(zhì)歷史時期，同一地區(qū)的不同構(gòu)造應(yīng)具有相同或者相似的成藏條件。同樣位于川西南部地區(qū)的周公山構(gòu)造的ZG1井棲霞組儲層電性特征為低伽馬值、低電阻率、高聲波時差特征，特別是8號儲層，具有典型的水層特征，測試結(jié)果也證實(shí)流體性質(zhì)為地層水。為什么同為棲霞組儲層，在不同構(gòu)造上卻顯示出不同測井響應(yīng)特征，一個儲層為高電阻率特征，另一個儲層為低電阻率特征。根據(jù)HS1井與ZG1井對比分析表明，HS1井巖心物性較ZG1井物性差，該井棲霞組巖石滲透性差，巖性致密，從鏡下薄片看，HS1井棲霞組孔隙不發(fā)育且為一些孤立的孔隙，從而導(dǎo)致該層段電性特征表現(xiàn)為低伽馬值、高電阻率、相對較高的聲波時差氣層特征（圖3）。也就是說HS1井的高電阻率特征并不反映儲層內(nèi)流體的情況，而是對該層段巖石致密性的一個高電阻率特征反映。

3.2 儲層瀝青含量豐富導(dǎo)致電阻率高

國內(nèi)外的油氣勘探實(shí)踐表明，當(dāng)儲層中有瀝青時，含瀝青的儲層喉道大小明顯比不含瀝青的儲層小。雖然儲層瀝青未使孔隙體積明顯減小，但會堵塞喉道而使?jié)B透率大大降低，同時使儲層的非均質(zhì)性增強(qiáng)。

儲層瀝青的存在不僅改變了儲層孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致儲層巖電參數(shù)變化，而且還會導(dǎo)致物性、含油性和電性的變化。當(dāng)有瀝青充填到儲層的孔隙中時，由于瀝青的導(dǎo)電性差或不導(dǎo)電性將導(dǎo)致儲層電阻率較未含瀝青層段電阻率高，從而在測井曲線上表現(xiàn)出高電阻率的電性特征。HS1井和K2井在鏡下薄片中均可以見到瀝青不同程度的充填，其主要充填于儲集層的孔隙或裂縫中，從瀝青的產(chǎn)狀看，瀝青主要充填于晶間和晶間溶蝕溶孔的內(nèi)壁（圖4）。從測井曲線看，當(dāng)瀝青出現(xiàn)在有瀝青充填的儲層井段時，該段電阻率值明顯較同一巖性井段的要高。

3.3 流體為淡水導(dǎo)致電阻率高

當(dāng)儲層內(nèi)的流體為低礦化度的地層水或淡水時，由于水中可移動的導(dǎo)電離子數(shù)大量減少，從而導(dǎo)致電阻率值增加，在測井電阻率曲線上則表現(xiàn)出高電阻率特征。由于隨著勘探程度的不斷提高，勘探家們越來越認(rèn)識到淡水地層的電阻率類同氣層，電阻率值較高，因而按常規(guī)解釋易出偏差，這也是HS1井棲霞組水層呈現(xiàn)出高電阻率特征易解釋失誤的原因。K2井棲霞組巖性主要為淺灰—灰色細(xì)—中晶白云巖，粗晶（砂糖狀）白云巖發(fā)育。巖心分析物性表明，孔隙度分布范圍介于0.42%～16.61%，孔隙度在各個區(qū)間分布較為平均，平均孔隙度為3.03%，明顯較HS1井高（圖2），儲層物性特征明顯較致密的HS1井好，屬于中等—好儲層。從K2井儲層測井解釋看，棲霞組儲層電性特征具有低伽馬值、高電阻率、相對較高的聲波時差特征，無疑具有典型的氣層特征（圖5）。但通過該井MDT取樣分析卻表明：儲層段產(chǎn)水。根據(jù)本井MDT水樣分析資料，其Cl－含量僅164 mg／L，礦化度低，反映儲層中的水為淡水特征。

圖4 川西地區(qū)K2井、HS1井儲層瀝青鏡下薄片圖

K2井位于川西北部的礦山梁構(gòu)造，該區(qū)地處四川盆地西北部的龍門山和米倉山交匯三角地帶，該區(qū)曾經(jīng)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動，地面斷層、油砂巖比比皆是。在地質(zhì)歷史時期，由于斷層的開啟、閉合不斷對平衡了的油氣藏進(jìn)行調(diào)整、改造及破壞。斷層的活動一方面提供了油氣調(diào)整的動力，另一方面也將地表的淡水帶入儲層，油氣運(yùn)移出去后，水滯留在儲層內(nèi)，從而導(dǎo)致儲層電阻率受地層水控制明顯。因此在斷層附近或者保存條件較差的地區(qū)進(jìn)行儲層流體解釋時，應(yīng)考慮地表水的滲入，避免因淡水滲入儲層形成高阻水層的氣層假象特征。

圖5 川西北部地區(qū)K2井棲霞組測井解釋成果圖

4 結(jié)論

1）碳酸鹽巖儲層中高阻水層的發(fā)現(xiàn)不僅為測井解釋提供了地質(zhì)依據(jù)，而且還提高了測井解釋的符合率。

2）除了工程原因外，高阻水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲層致密導(dǎo)致儲層電子導(dǎo)電能力降低，從而形成高阻；②碳酸鹽巖儲層內(nèi)瀝青的廣泛分布導(dǎo)致儲層電子導(dǎo)電能力降低，也可形成高阻；③儲層中為淡水時，將導(dǎo)致離子數(shù)量減少，降低導(dǎo)電能力，測井解釋時其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。

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Geologic origin of aquifer with high resistivity in the carbonate reservoirs in South China：A case study from the Lower Permian Qixia Formation in West Sichuan Basin

Huang Dong1，Wang Hua1，Chen Limin2，Yuan Xiaoling1，Shi Xuewen1
（1.Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Information Technology Center of Bureau Geophysical Prospecting，CNPC，Zhuozhou，Hebei 061000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 11，pp.22－26，11／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

More and more geologic phenomena distinguished from those in a normal well log analysis appear successively along with the deepening of hydrocarbon exploration.Up till now，most reports have focused on low resistivity oil／gas layers in clastic reservoirs，but very few on high resistivity aquifers in carbonate reservoirs.In view of this，in a case study from the Lower Permian Qixia Formation reservoir in the Sichuan Basin，we studied the geologic reasons of high－resistivity aquifers in the carbonate reservoirs in respect of reservoir characteristics，reservoir filling features and formation water property.In conclusion，apart from the engineering factors，the following factors are also presented herein.（1）The tightness of carbonate reservoirs lowers the conductivity of electrons in the reservoirs，which results in high resistivity.（2）The wide distribution of bitumen in the carbonate reservoirs also lowers the conductivity of electrons in the reservoirs，thus leading to high resistivity.（3）If the aquifers contain fresh water，the amount of ions will decrease，lowering conductivity；quite similar to that of hydrocarbon layers in well log interpretation，thus the resistivity of the aquifer is very high.This understanding provides good reference for logging interpretation and exploration in the areas with tight carbonate reservoirs.

China，south，carbonates，high resistivity aquifer，origin，reservoir property，filling，formation water，Sichuan Basin，Early Permian

黃東等.中國南方地區(qū)碳酸鹽巖儲層高電阻率水層地質(zhì)成因——以川西地區(qū)下二疊統(tǒng)棲霞組為例.天然氣工業(yè)，2012，32（11）：22－26.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.11.005

黃東，1980年生，工程師，碩士；現(xiàn)在中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院從事致密油氣地質(zhì)綜合研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新區(qū)天府大道北段12號。電話：（028）86015122。E－mail：hdong＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2012－09－14 編輯 居維清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.11.005

Huang Dong，engineer，born in 1980，is engaged in comprehensive geologic research of tight oil and gas.

Add：No.2，North Tianfu Rd.，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

E－mail：hdong＠petrochina.com.cn