單 祥，季漢成，賈海波，孟培偉，康 樂

（1.中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023； 2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

德惠斷陷下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層特征及控制因素分析

單 祥1，2，季漢成2，賈海波2，孟培偉2，康 樂2

（1.中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023； 2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

德惠斷陷下白堊統(tǒng)登婁庫組、營城組、沙河子組儲層物性差，勘探風險大.利用巖心觀察、鑄體薄片鑒定、掃描電鏡分析、黏土X線衍射分析等方法，分析儲層基本特征、儲層成巖作用和控制因素.結果表明：德惠斷陷下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層成分成熟度和結構成熟度較低，儲層孔隙類型主要有殘余原生孔、次生孔和混合孔，儲層物性和孔隙結構較差；壓實作用是導致儲層物性變差的主要原因，溶蝕作用改善儲層物性；縱向上發(fā)育2個次生孔隙帶，主要形成于中成巖期，次生孔隙帶的形成與有機質(zhì)生烴排酸和斷裂有關.研究結果為德惠斷陷下白堊統(tǒng)進一步油田勘探提供地質(zhì)依據(jù)，對其他地區(qū)類似儲層研究有一定借鑒意義.

松遼盆地；德惠斷陷；儲層特征；成巖作用；控制因素

0 引言

松遼盆地南部德惠斷陷已有40多年的勘探歷史，近年來成為吉林油田油氣勘探的重要接替領域.德惠斷陷深層下白堊統(tǒng)儲層包括沙河子組、營城組、登婁庫組，以粗碎屑的致密砂巖和砂礫巖儲層為主，局部地區(qū)營城組、沙河子組還發(fā)育火山巖儲層.大多數(shù)的油氣發(fā)現(xiàn)集中在碎屑巖儲層中，少數(shù)井在營城組火山巖中發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣[1]，因此碎屑巖儲層相當一段時間內(nèi)是德惠斷陷油氣勘探的重要目標.趙志魁等[2]、李會光等[3]研究結果表明德惠斷陷資源量豐富，烴源巖最大厚度為800～1 500 m，盆地模擬石油資源量達2×108t，天然氣資源量達1 700×10 m3，該區(qū)作為松遼盆地南部資源最豐富的斷陷，油氣資源潛力越來越引起人們的重視[4-7].楊銘輝等[8]研究松遼盆地南部東南隆起區(qū)儲層特征，提出德惠斷陷儲層成巖作用劃分的最大埋深，即中成巖B期為720 m，晚成巖A期為2 420 m，晚成巖B期為3 560 m，晚成巖C期大于3 560 m，德惠斷陷營城組2 800 m左右存在次生孔隙發(fā)育帶.王海林[9]將松遼盆地梨樹—德惠凹陷的砂巖劃分為9種孔隙類型組合和6種孔喉分布模式，但是未分地區(qū)、分層系進行研究.王孝轅[10]對德惠斷陷營城組火山巖儲層孔隙特征進行研究，提出構造運動、風化淋濾作用及流體活動是影響儲集空間發(fā)育的主要控制因素.

人們對德惠斷陷儲層方面的研究只在松遼盆地東南隆起區(qū)儲層研究中有所提及，并未突出德惠斷陷的儲層特征及主控因素，針對德惠斷陷僅見營城組火山巖儲層方面的報道，對德惠斷陷深層下白堊統(tǒng)低孔低滲儲層重視不夠.隨著德惠斷陷勘探挖潛不斷深入，中深層出現(xiàn)儲層埋藏深、物性差、地溫較高、成巖演化快等情況，導致勘探難度加大.根據(jù)巖心觀察、鑄體薄片鑒定和物性分析等資料，研究下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層特征及主控因素，以揭示儲層變化規(guī)律，分析次生孔隙成因，為下一步油氣勘探提供地質(zhì)借鑒.

1 地質(zhì)背景

德惠斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)，面積約為4 053 km2，是在晚古生帶淺變質(zhì)基底上發(fā)展起來的中生代沉積盆地，根據(jù)構造特征可劃分為德惠地塹、農(nóng)安地塹、鮑家箕狀洼陷、華家斜坡帶、龍王箕狀洼陷、開安—合隆鼻狀構造帶、蘭家箕狀洼陷7個次級構造單元（見圖1）.德惠斷陷深層下白堊統(tǒng)沙河子組、營城組、登婁庫組，是早白堊世形成的一系列盆地斷陷—拗陷期地層.其中沙河子組處于強烈斷陷快速沉降期，自下而上為一個“粗—細—粗”完整沉積旋回，上部以深灰、灰黑色泥巖及砂礫巖為主，中部為灰色泥巖、粉砂巖及砂礫巖，下部為灰、褐灰色砂巖及砂礫巖；垂向上底部主要發(fā)育近岸扇、扇三角洲沉積，中上部以濱淺湖至深湖沉積相為主；平面上盆地周緣發(fā)育扇三角洲、近岸扇及湖沼相沉積，為本區(qū)主要烴源巖發(fā)育層系.營城組在德惠斷陷西部和西北部沉積厚度大、地層保存全，其沉積特征對沙河子組有較強的繼承性，水體范圍進一步擴大，但深度變淺，是一個砂巖發(fā)育段；巖性組合為深灰、灰黑色泥巖與淺灰、灰綠色粉—細砂巖互層，夾玄武巖、凝灰?guī)r及煤；主要發(fā)育濱淺湖沉積，盆地周緣分布有湖沼、扇三角洲、近岸扇沉積.登婁庫組處于斷拗過渡沉積時期，具拗陷地層特征；巖性組合為灰褐色及灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰白色厚層狀砂巖互層，底部是雜色砂礫巖；為辮狀河三角洲—濱淺湖沉積.

圖1 松遼盆地德惠斷陷構造分區(qū)Fig.1 Sketch map of the tetonic division of Dehui fault depression of Songliao basin

2 巖石學特征

德惠斷陷下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層整體為“兩低一高”的巖石學特征，即低成分成熟度、低結構成熟度、高填隙物體積分數(shù).巖石類型以長石砂巖、巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主（見圖2）；結構上以中粗砂巖為主，部分為含礫砂巖和細砂巖；巖屑類型以中酸性火山巖和淺變質(zhì)巖為主.

圖2 德惠斷陷下白堊統(tǒng)各儲層巖石三角圖Fig.2 Triangular diagram for the sandstones of lower cretaceous in Dehui fault depression

2.1 登婁庫組

薄片鑒定該組石英平均體積分數(shù)為32.33%，長石平均體積分數(shù)為41.72%，巖屑平均體積分數(shù)為25.95%，巖石類型主要以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，石英為22.54%，鉀長石為34.93%，斜長石為27.31%，方解石為5.67%，黏土礦物為9.50%；黏土礦物X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，伊利石為42.74%，伊/蒙混層為43.47%，高嶺石為7.38%，綠泥石為9.49%.

2.2 營城組

薄片鑒定該組石英平均體積分數(shù)為28.23%，長石平均體積分數(shù)為36.34%，巖屑平均體積分數(shù)為35.43%，巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，石英為30.98%，鉀長石為23.02%，斜長石為27.46%，方解石為5.10%，黏土礦物為13.43%；黏土礦物X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，伊利石為43.22%，伊/蒙混層為42.22%，高嶺石為6.22%，綠泥石為10.52%.

2.3 沙河子組

薄片鑒定該組石英平均體積分數(shù)為20.79%，長石平均體積分數(shù)為26.11%，巖屑平均體積分數(shù)為43.78%.巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，石英為30.03%，鉀長石為20.07%，斜長石為24.73%，方解石為4.66%，黏土礦物為20.51%；黏土礦物X線衍射相對體積分數(shù)分析表明，伊利石為54.43%，伊/蒙混層為37.04%，高嶺石為4.66%，綠泥石為7.87%.

從沙河子組到登婁庫組穩(wěn)定碎屑顆粒石英體積分數(shù)升高，不穩(wěn)定顆?；鹕綆r屑體積分數(shù)降低，黏土礦物相對體積分數(shù)降低.砂巖成分變化與盆地構造背景有關：強烈斷陷階段，多發(fā)育近岸扇、扇三角洲沉積體系，沉積物近源快速堆積，成分成熟度和結構成熟度低，泥質(zhì)含量高；穩(wěn)定拗陷沉降階段，多發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，沉積物搬運距離較遠，成分成熟度和結構成熟度較高，泥質(zhì)含量低.從登婁庫組到沙河子組伊利石相對體積分數(shù)增加，高嶺石相對體積分數(shù)減少，反映隨著埋藏深度增加高嶺石向伊利石的正常轉(zhuǎn)化過程.

3 儲集特征

3.1 儲集空間

根據(jù)研究區(qū)取心段巖石鑄體薄片鑒定結果，德惠斷陷下白堊統(tǒng)儲層主要發(fā)育的儲集空間類型有原生孔、次生溶孔及少量混合孔隙（見圖3）.其中登婁庫組原生孔隙所占比例較高；營城組和沙河子組以次生溶孔為主，次生溶孔主要為長石的顆粒溶孔.

3.2 物性及孔喉特征

德惠斷陷下白堊統(tǒng)砂巖整體表現(xiàn)為“低孔特低孔—特低滲”儲層特征，垂向上，從沙河子組到登婁庫組儲層物性和孔隙微觀結構變好.

圖3 德惠斷陷下白堊統(tǒng)各儲層儲集特征Fig.3 Reservoir characteristics of lower cretaceous in Dehui fault depression

（1）登婁庫組孔隙度分布主要在5.00%～15.00%之間，平均孔隙度為8.83%；滲透率分布區(qū)間主要在（0.01～100.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.64×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現(xiàn)中等排驅(qū)壓力、中等分選、中孔細吼特征.

（2）營城組孔隙度分布主要在5.00%～11.00%之間，平均孔隙度為8.31%；滲透率分布區(qū)間主要在（0.01～1.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.09×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現(xiàn)中高排驅(qū)壓力、差分選、細孔細吼特征.

（3）沙河子組孔隙度分布主要在2.00%～9.00%之間，平均孔隙度為5.69%；滲透率分布區(qū)間主要在（0.01～1.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.06×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現(xiàn)高排驅(qū)壓力、特差分選、微孔微吼特征.

從強烈斷陷期沙河子組到拗陷沉積期登婁庫組，由于沉積體系存在差異，導致儲層物性和孔隙微觀結構不同.斷陷期發(fā)育的近岸水下扇和扇三角洲沉積物近源快速堆積，分選差、淘洗弱，物性和孔隙結構差；拗陷期發(fā)育的辮狀河三角洲沉積物搬運距離相對較遠，分選稍好、淘洗較強，物性和孔隙結構較好.

4 成巖作用及控制因素

4.1 成巖作用

研究區(qū)砂巖儲層主要成巖作用類型有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代作用.壓實作用造成儲層孔滲降低、顆粒之間線接觸、千枚巖巖屑等塑性巖屑變形（見圖4（a）），以及剛性顆粒破碎及雙晶紋錯位現(xiàn)象（圖4（b））.膠結作用主要是碳酸鹽膠結（見圖4（c））、硅質(zhì)膠結（見圖4（d））和高嶺石膠結（見圖4（e））.受有機質(zhì)生烴過程中產(chǎn)生的有機酸作用，長石及巖屑顆粒不同程度地發(fā)生溶蝕，形成長石、巖屑的粒內(nèi)溶孔、鑄?？祝ㄒ妶D4（f）），掃描電鏡中長石溶蝕形成蜂窩狀溶孔（見圖4（g））.交代作用主要表現(xiàn)為長石及巖屑被方解石交代（見圖4（h））.

圖4 德惠斷陷下白堊統(tǒng)砂巖成巖作用特征Fig.4 The micrograph of diagenesis characteristics of sandstone of lower cretaceous in Dehui fault depression

根據(jù)石油天然氣行業(yè)關于酸性水介質(zhì)條件下碎屑巖成巖階段劃分標準（SY/T 5477—2003），登婁庫組主要處于中成巖A期，營城組和沙河子組處于中成巖A期和中成巖B期.主要劃分依據(jù)是蒙皂石已經(jīng)消失，向伊/蒙混層和伊利石轉(zhuǎn)化，伊/蒙混層比在10%～25%之間，落入中成巖A期和中成巖B期范圍；泥巖的鏡質(zhì)體反射率（Ro）平均在0.59%～1.44%之間，為中成巖A期和中成巖B期特征；最大熱解峰溫Tmax平均在444.6～469.6℃之間，也屬于中成巖A期和中成巖B期范圍.石英次生加大現(xiàn)象普遍，加大晶面較自形，并可見（鐵）方解石膠結物.

4.2 控制因素

沉積和成巖作用是影響儲層性質(zhì)的重要因素，物源類型、沉積相帶、粒度是控制儲層物性的內(nèi)因，后期成巖作用中的壓實、膠結、溶蝕作用是控制物性演化的外因[11-12].

4.2.1 沉積作用對儲層的影響

沉積作用對儲層的影響主要表現(xiàn)為不同沉積相帶、不同粒度、不同填隙物體積分數(shù)在儲層物性上的差異.研究區(qū)扇三角洲和辮狀河三角洲前緣物性優(yōu)于三角洲平原物性，其中三角洲前緣水下分流河道砂體物性最好，河道側(cè)緣和席狀砂的物性次之[13].不同巖性砂巖的粒度、泥質(zhì)體積分數(shù)、塑性巖屑體積分數(shù)不同，導致沉積后物性的差異.相同沉積環(huán)境下，粒度較粗的砂巖的粒間填隙物少，塑性巖屑體積分數(shù)低，砂巖物性好[14].研究區(qū)粗砂巖儲層平均孔隙度約為9.30%，平均滲透率約為0.24×10-3μm2；中砂巖儲層平均孔隙度約為7.70%，平均滲透率約為0.22×10-3μm2；細砂巖平均孔隙度約為7.30%，平均滲透率約為0.20×10-3μm2.儲層孔隙度和填隙物體積分數(shù)呈負相關關系（見圖5），填隙物體積分數(shù)越高，儲層孔隙度越低，物性越差.

圖5 德惠斷陷下白堊統(tǒng)砂巖填隙物體積分數(shù)和孔隙度關系Fig.5 Diagram of the contents of interstitial material vs.porosity of lower cretaceous in Dehui fault depression

4.2.2 成巖作用對儲層的影響

（1）壓實和膠結作用降低儲層物性.研究區(qū)下白堊統(tǒng)儲層形成時間早、埋藏深度大，砂巖分選差，含有塑性巖屑，機械壓實作用強，對儲層物性影響較大.

在成巖演化過程中，孔隙流體中的各種自生礦物不斷析出，形成各種類型的膠結物，膠結物進一步充填孔隙，導致儲層物性下降.其中方解石膠結物最常見，它充填孔隙且未發(fā)生溶蝕，破壞儲層物性；伊利石和伊/蒙混層常呈葉片狀或黏土搭橋狀充填粒間，對儲層喉道影響大；高嶺石以書頁狀集合體的形式充填孔隙中，一般認為高嶺石由長石溶蝕形成[15]，高嶺石具有晶間孔隙，對儲層影響較小；綠泥石在研究區(qū)儲層中所占比例較小，常充填孔隙.硅質(zhì)膠結出現(xiàn)在成巖演化的各個階段，隨著成巖演化階段加深，硅質(zhì)膠結有加強趨勢，研究區(qū)硅質(zhì)膠結物體積分數(shù)不高，對儲層起到微弱的破壞作用.

可以利用Lundegard P D[16]提出的砂巖壓實減孔和膠結減孔量計算公式，計算儲層的壓實和膠結減孔量，以分析壓實和膠結作用對儲層的影響.

根據(jù)Beard D C和Weyl P K建立的不同分選狀況下砂巖原始孔隙度經(jīng)驗公式[17]，計算得出原始孔隙度，其中登婁庫組的平均分選因數(shù)為2.36，計算得到原始孔隙度為30.63%；營城組平均分選因數(shù)為2.80，計算得到原始孔隙度為29.08%；缺少沙河子組粒度資料，未參與計算.

登婁庫組平均壓實減孔量為19.06%，平均膠結減孔量為4.38%；營城組平均壓實減孔量為18.14%，平均膠結減孔量為6.11%，機械壓實作用導致的孔隙喪失為原始孔隙的60%以上，是儲層物性降低的主要因素.

（2）溶蝕作用形成次生孔隙發(fā)育帶.深部儲層成因機制多與次生孔隙發(fā)育帶有關，了解次生孔隙發(fā)育機理能指導下一步油氣勘探[18].由研究區(qū)下白堊統(tǒng)儲層次生孔隙發(fā)育分布（見圖6）可以看出，在孔隙度總體隨深度降低的背景下出現(xiàn)2 200～2 400 m和2 700～2 950 m兩個孔隙度異常高值帶，為次生孔隙發(fā)育帶.次生孔隙發(fā)育帶和有機質(zhì)成熟度及成巖階段有一定對應關系，次生孔隙發(fā)育帶對應的有機質(zhì)鏡質(zhì)體反射率為1.0%～1.5%，對應有機質(zhì)成熟生烴時期，有機質(zhì)成熟釋放出有機酸對儲層中長石易溶組分進行溶蝕.產(chǎn)生次生孔隙帶的因素主要有：

①儲層巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石砂巖和長石巖屑砂巖，不穩(wěn)定組分長石的體積分數(shù)較高，為26.11%～42.72%，為溶蝕作用提供充分的易溶物質(zhì)，掃描鏡下觀察到溶蝕作用普遍；

②受演化成熟時期的脫羥作用，有機質(zhì)釋放出有機酸和CO2，CO2溶于地層流體中形成碳酸[19]，為溶蝕作用提供酸源；

③泥巖中形成的有機酸和碳酸需要良好的通道溝通進入儲層，才能對長石組分進行溶蝕，而垂向上發(fā)育的斷裂帶提供這樣的通道.由德惠斷陷農(nóng)安構造北高點農(nóng)20—德深2井油藏剖面（見圖7）可以看出，農(nóng)安斷層是一條油氣疏導斷層，溝通斷陷域的烴類，油氣及伴隨的有機酸向上運移至上部儲層中，使上部砂巖發(fā)生溶蝕，改善儲集性能，油氣在斷層兩側(cè)的各層系儲層中分布.

圖6 德惠斷陷下白堊統(tǒng)儲層次生孔隙發(fā)育帶分布及成因Fig.6 Secondary pore belt and causes of lower cretaceous in Dehui fault depression

圖7 德惠斷陷農(nóng)安構造北高點農(nóng)20-德深2井油藏剖面Fig.7 Well N20-well DS2 reservoir profile map from northern high of Nongan structure in Dehui fault depression

4.2.3 構造作用對儲層的影響

營城組末期，松遼盆地的構造格局發(fā)生變化，構造應力場由沙河子時期的NNW向擠壓轉(zhuǎn)為NNE向擠壓.受擠壓作用，在德惠斷陷內(nèi)形成沿萬17—農(nóng)101—德深2—德深1—德深4—合3一線4個雁列式擠壓背斜帶，并伴隨一系列的斷層.受營城組末期強烈的擠壓改造，營城組被剝蝕減薄，特別是在擠壓背斜的核部剝蝕嚴重，形成區(qū)域性不整合面[20].構造產(chǎn)生的一系列斷層一方面溝通孔隙，增加儲層滲流能力；另一方面成為流體運移的有利通道，使得斷層附近更易發(fā)生溶蝕作用，形成溶蝕孔隙發(fā)育帶.構造運動導致營城組部分抬升接受剝蝕，使部分地區(qū)壓實作用減弱，不整合面附近儲層易遭受大氣淡水淋濾而形成溶蝕孔隙.

5 結論

（1）德惠斷陷下白堊統(tǒng)砂巖儲層巖石類型主要為長石砂巖、長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，儲層具有低成分成熟度、低結構成熟度、高填隙物含量的“兩低一高”的特征，從沙河子組向上部登婁庫組成分成熟度逐漸升高.

（2）儲集空間有殘余原生孔、次生溶孔和少量混合孔.儲層物性總體表現(xiàn)為低孔、特低孔—特低滲的特征.垂向上從沙河子組到登婁庫組儲層物性和孔喉結構逐漸變好.

（3）儲層受沉積、成巖和構造作用共同控制，其中三角洲前緣水下分支河道砂體物性好，粗粒度砂巖的物性好于細粒度砂巖的；機械壓實作用是儲層物性變差的主要原因，溶蝕作用改善儲層物性.縱向上發(fā)育2個次生孔隙帶，形成于中成巖階段，溶蝕作用形成次生孔隙發(fā)育帶與有機質(zhì)生烴釋放有機酸及斷裂有關.

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TE122.2

A

2095-4107（2014）04-0023-09

2014-06-19；

朱秀杰

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目（2014CB239002）

單 祥（1988-），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事油氣儲層與沉積學研究.

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.04.004