王繼成,楊朝強(qiáng),姜春艷 ,陳英甫,成 濤
(1中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司;2中國(guó)海油伊拉克有限公司)
國(guó)內(nèi)海相碎屑巖油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)踐較少,前人在海相碎屑巖宏觀巖相古地理研究方面有許多有意義的結(jié)果,但在精細(xì)的相模式研究方面尚有大力加強(qiáng)的空間[1]。南海鶯歌海盆地LD15-1氣田是一個(gè)較為典型的海相砂巖氣藏,其儲(chǔ)層的發(fā)育主要受控于海平面變化,即每個(gè)氣組的形成均經(jīng)歷了一個(gè)海侵海退旋回。在高分辨率層序地層學(xué)理論的指導(dǎo)下,筆者建立了LD15-1氣田目的層的等時(shí)地層格架,并對(duì)各等時(shí)地層單元的儲(chǔ)層沉積微相及沉積演化進(jìn)行了詳細(xì)分析。
南海鶯歌海盆地是華南板塊和印度板塊之間發(fā)育起來(lái)的大型新生代裂谷式坳陷沉積盆地,面積約12×104km2,呈不規(guī)則的菱形,北西—南東走向。盆地由三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元組成,即鶯東斜坡帶、中央坳陷和鶯西斜坡帶,其中,中央坳陷包括三個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元:河內(nèi)凹陷、臨高凸起和鶯歌海凹陷(圖1)。鶯歌海凹陷內(nèi)發(fā)育近南北向、呈雁行式排列的大型泥底辟構(gòu)造,成群成帶分布,統(tǒng)稱“中央底辟帶”。LD15-1氣田位于“中央底辟帶”的南端,是一個(gè)泥底辟背斜構(gòu)造(圖1)。
始新世以來(lái),鶯歌海盆地經(jīng)歷了三個(gè)構(gòu)造演化階段,即始新世—漸新世的張裂階段、中新世的熱沉降階段和上新世以后的裂陷階段,沉積了以海相為主的巨厚地層,最厚可達(dá)17000m。地層自上而下可劃分為6個(gè)組,分別為第四系樂(lè)東組,新近系鶯歌海組、黃流組、梅山組、三亞組和古近系陵水-崖城組,其中,樂(lè)東組和鶯歌海組為L(zhǎng)D15-1氣田的主要目的層。LD15-1氣田主力氣層段為樂(lè)東組三段—鶯歌海組一段(圖2),自上而下共分為Ⅰ、Ⅱ上、Ⅱ下和Ⅲ四個(gè)氣組,其中Ⅰ、Ⅱ上和Ⅱ下這三個(gè)氣組位于樂(lè)東組三段,Ⅲ氣組位于鶯歌海組一段。
區(qū)域地質(zhì)研究①呂明,李緒深,鐘澤紅,等.鶯瓊盆地層序地層和沉積特征[R].中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,2006.②解習(xí)農(nóng),任建業(yè),劉曉峰,等.鶯歌海盆地北部層序地層研究[R].中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,2003.表明,樂(lè)東組厚度30~1160m,一段為淺?;?yàn)I海相沉積,二、三段為淺海相沉積;鶯歌海組厚度200~2325m,一段為淺?!肷詈O喑练e,二段為區(qū)域海侵背景下沉積的半深?!獪\海相泥巖,厚逾千米。盆地泥底辟構(gòu)造帶物源主要來(lái)自盆地東北方向的海南隆起區(qū)(圖1),本次重礦物分析資料統(tǒng)計(jì)也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。以LD15-1氣田Ⅲ氣組重礦物分析為例,該氣組儲(chǔ)層段的重礦物中,來(lái)自巖漿巖的重礦物占55.0%~68.9%,來(lái)自沉積巖的占21.1%~38.1%,而來(lái)自變質(zhì)巖的則僅占2.1%~10.0%,這表明碎屑顆粒主要來(lái)自巖漿巖及沉積巖類,來(lái)自變質(zhì)巖類的重礦物所占比例低,這與海南隆起區(qū)母巖的特點(diǎn)基本相近③鶯歌海盆地沉積物源研究[R].中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院,2005.。
圖1 鶯歌海盆地LD15-1氣田構(gòu)造位置
圖2 LD15-1氣田L(fēng)D15-1-2井鶯歌海組—樂(lè)東組沉積微相劃分
關(guān)于LD15-1氣田儲(chǔ)層沉積相,前人研究認(rèn)為它屬內(nèi)—中陸架沉積環(huán)境中由風(fēng)暴浪為主要?jiǎng)恿?jīng)周期性垂向加積形成的風(fēng)暴席狀砂巖④樂(lè)東15-1氣田儲(chǔ)層特征研究報(bào)告[R].中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,1994.。其沉積模式為,在風(fēng)暴期風(fēng)暴浪把濱岸正常海灘的砂巖沉積物或河流三角洲的砂巖沉積物搬運(yùn)到內(nèi)—中陸架環(huán)境沉積下來(lái),在此過(guò)程中伴隨著沉積物的分選作用和對(duì)底床的沖刷作用,隨著風(fēng)暴浪能量的衰減,形成一次風(fēng)暴產(chǎn)生的正韻律沉積,雖然其沉積厚度不大但分布較廣,風(fēng)暴的周期性發(fā)生造就了多期風(fēng)暴席狀砂體的垂向疊加,從而形成沿岸延伸的席狀砂巖體。
隨著鉆探資料的補(bǔ)充,上述認(rèn)識(shí)值得商榷。首先,自然伽馬測(cè)井曲線顯示儲(chǔ)層呈多個(gè)反旋回疊加的特征,而風(fēng)暴沉積作為事件沉積的一種,并不具有周期性旋回的特點(diǎn);其次,巖心觀察顯示儲(chǔ)層有較多反映淺水沉積的特征 (如沉積構(gòu)造,含有物等),而內(nèi)-中陸架沉積環(huán)境水體較深,與巖心特征不符。有鑒于此,本次對(duì)巖心進(jìn)行了詳細(xì)的觀察描述,補(bǔ)充了對(duì)新鉆8口開(kāi)發(fā)井 (LD15-1-A1井—LD15-1-A8井,圖1b中簡(jiǎn)化為A1井—A8井)鉆井、錄井、測(cè)井資料的分析,結(jié)合新增三維地震資料,建立了全氣田目的層段的高分辨率層序地層格架,并對(duì)每個(gè)等時(shí)地層單元(對(duì)應(yīng)于各個(gè)氣組)的沉積微相進(jìn)行了分析。
對(duì)鶯歌海盆地LD15-1氣田全部5口探井(圖1b)的739塊巖石薄片資料分氣組進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明,各氣組儲(chǔ)層巖石組分特征基本相近,成分成熟度較高,巖石類型以石英砂巖為主,少量為巖屑石英砂巖。
以Ⅲ氣組為例,儲(chǔ)層碎屑顆粒礦物類型主要為石英,占陸源碎屑顆??偭康?9.0%,其次為長(zhǎng)石,占5.8%,含量最少的是巖屑,為5.2%,巖石類型為石英砂巖。一般來(lái)說(shuō)石英組分占陸源碎屑顆粒組分在75%以上(成分成熟度指數(shù)Q/(F+R)≥3)即為成熟砂巖[2],而本氣田儲(chǔ)層砂巖的Q/(F+R)值在8以上,表明碎屑顆粒成分成熟度已經(jīng)很高,反映母巖經(jīng)過(guò)了充分風(fēng)化,碎屑經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)距離搬運(yùn),具有典型的海相碎屑巖組分特征。
沉積物結(jié)構(gòu)特征主要包括沉積物顆粒的粒度、磨圓度、分選性、支撐結(jié)構(gòu)、膠結(jié)類型等,它們是沉積物顆粒搬運(yùn)方式、搬運(yùn)距離和沉積水動(dòng)力條件等的綜合反映[2]。對(duì)全氣田的5口探井、8口開(kāi)發(fā)井共373個(gè)砂巖樣品巖石結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(表1),總體上,LD15-1氣田各氣組儲(chǔ)層碎屑顆粒的分選和磨圓都較好,具有中—高的結(jié)構(gòu)成熟度,反映了海相濱淺海砂巖經(jīng)長(zhǎng)期淘洗而較純凈的特征。
表1 鶯歌海盆地LD15-1氣田各氣組砂巖結(jié)構(gòu)特征
粒度是鑒別沉積相的重要標(biāo)志之一。由于不同的沉積環(huán)境有著不同的水動(dòng)力條件和不同的顆粒搬運(yùn)方式,所以與此相應(yīng)的粒度分布特征也不同。
LD15-1氣田Ⅱ下氣組和Ⅲ氣組儲(chǔ)層段典型粒度分析數(shù)據(jù)表明,其概率累積曲線主要為兩段式,以跳躍及懸浮總體為主;而部分樣本的概率累積曲線出現(xiàn)較為典型的雙跳躍現(xiàn)象,即兩條概率累積曲線的斜率稍有差別但均較陡,反映了由于受沖流及回流兩種波浪作用的影響,跳躍總體呈現(xiàn)間歇性沉積的特點(diǎn)。
LD15-1-4井Ⅱ下氣組某樣品的粒度組分直方圖為單峰(圖3),峰值約為43.5%,顯示分選較好,單峰粒度Φ范圍在4~5(Φ=-log2D,D為顆粒的直徑,mm)之間,屬細(xì)—粉砂級(jí),表明主要的碎屑組分為粉砂;粒度累積曲線呈“S”形,形態(tài)較陡,也顯示了海相砂巖受波浪淘洗、分選較好的特征。粒度概率累積曲線上,主要為兩段式,由跳躍組分和懸浮組分兩個(gè)次總體組成,滾動(dòng)搬運(yùn)組分不發(fā)育;出現(xiàn)雙跳躍現(xiàn)象,跳躍總體含量為60%~70%,粒級(jí)Φ在2~5之間,較為符合臨濱環(huán)境中等—較弱的水動(dòng)力條件下砂體受沖流及回流兩種波浪作用影響的沉積特征。
圖3 LD15-1氣田L(fēng)D15-1-4井Ⅱ下氣組典型粒度分布曲線
LD15-1-2井、LD15-1-5井的鈣質(zhì)超微化石分析表明,儲(chǔ)層段含有較多近岸淺水古生物,沉積環(huán)境屬濱?!獌?nèi)陸架。底棲有孔蟲(chóng)占60%~95%以上,且以近岸淺水組合為主,屬內(nèi)陸架沉積。LD15-1-4井820~1270m井段的介形蟲(chóng)主要是生活在水深小于50m的屬種。
巖心觀察顯示(圖4):(1)儲(chǔ)層發(fā)育中等強(qiáng)度水動(dòng)力條件的沉積構(gòu)造,如波狀交錯(cuò)層理、小型槽狀交錯(cuò)層理、平行層理等(圖 4a,4b);(2)儲(chǔ)層段巖心具有反映淺水沉積環(huán)境的強(qiáng)生物擾動(dòng)構(gòu)造,包括斜蟲(chóng)孔、垂直蟲(chóng)孔等(圖4c);(3)具有反映淺水沉積特征的沉積物,如炭化植物碎片、炭屑、雙殼類生物碎片(圖4b,4d)等。這些巖心沉積微相標(biāo)志均反映了研究區(qū)水體較淺、水動(dòng)力條件中等—較弱、以及距離海岸線較近的臨濱與濱外沉積環(huán)境。
通過(guò)對(duì)LD15-1-1、LD15-1-2、LD15-1-3、LD15-1-4這四口井Ⅱ上、Ⅱ下和Ⅲ三個(gè)氣組共154.2m巖心的詳細(xì)觀察與描述,結(jié)合測(cè)井曲線、粒度分析、微體古生物化石分析等資料,共識(shí)別出一種沉積相(無(wú)障壁濱岸相)、兩種亞相(臨濱亞相、濱外亞相)和三種微相(臨濱壩、濱外灘、濱外泥)。以LD15-1-2井為例,每種沉積微相在巖性及測(cè)井曲線上都具有明顯不同的特征(圖2)。
沉積環(huán)境位于平均低潮線至波基面之間的潮下帶,沉積物主要受波浪和潮汐作用影響,水動(dòng)力條件為中等—較弱;巖性為灰色、綠灰色的粉砂巖、極細(xì)砂質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)極細(xì)砂巖。
砂巖中普遍含菱鐵礦,微含海綠石及黃鐵礦;膠結(jié)程度較差,巖心松散;單砂體厚度較薄,一般為0.5~1 m;縱向上單砂體呈反旋回疊置;發(fā)育反映中等水動(dòng)力條件的波狀交錯(cuò)層理(圖4a,4b)、平行層理等沉積構(gòu)造。
粒度概率曲線呈兩段式,以跳躍組分為主,發(fā)育兩個(gè)跳躍次總體;物性好,孔隙度最高可達(dá)35.6%,滲透率最高為 354×10-3μm2, 測(cè)井解釋一般為純氣層或純水層。
自然伽馬曲線形態(tài)一般為中—高幅齒化漏斗形或齒化箱形,接觸關(guān)系為底漸變、頂突變,或頂、底突變;自然伽馬值在67.8~98.5API之間,平均為82.4API(圖2)。
沉積環(huán)境位于正常天氣波基面附近,水動(dòng)力較弱,巖性多為灰色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,常含粉砂質(zhì)夾層,膠結(jié)程度中等。
圖4 LD15-1氣田鶯歌海組—樂(lè)東組儲(chǔ)層巖心沉積微相標(biāo)志
常見(jiàn)炭屑、植物碎片及介殼類生物碎片(圖4d),可見(jiàn)中等強(qiáng)度生物擾動(dòng)(圖4c);發(fā)育波狀層理、水平層理、透鏡狀層理等沉積構(gòu)造;粒度概率曲線兩段式,以懸浮組分為主,一般占70%以上,發(fā)育兩個(gè)跳躍次總體;物性較差,孔隙度一般小于20%,滲透率較低,含氣性較差,測(cè)井解釋一般為差氣層或干層。
自然伽馬曲線形態(tài)一般為低—中幅齒形或齒化線形,接觸關(guān)系為頂、底漸變,或底漸變、頂突變;自然伽馬值在75.3~108.2API之間,平均為92.6API(圖2)。
沉積環(huán)境位于正常天氣波基面以下,為陸架淺海環(huán)境,水動(dòng)力條件較弱,沉積巖性多為深灰色的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,常含粉砂質(zhì)夾層,普遍含鈣質(zhì),膠結(jié)程度中等—好;常見(jiàn)炭屑、植物碎片及白色介殼類生物碎片,含大量有孔蟲(chóng)化石,弱—中等強(qiáng)度生物擾動(dòng),見(jiàn)斜蟲(chóng)孔及水平蟲(chóng)孔;發(fā)育水平層理、透鏡狀層理等沉積構(gòu)造。
自然伽馬曲線形態(tài)一般為低幅齒化線形,接觸關(guān)系為頂、底漸變;自然伽馬值在87.2~121.0API之間,平均為 104.15API(圖 2)。
在單井沉積微相劃分基礎(chǔ)上,本文依據(jù)點(diǎn)—線—面的沉積微相研究思路,進(jìn)行連井沉積微相對(duì)比研究,以分析各沉積微相在縱向上及平面上的展布特征。
Ⅲ氣組頂面是LD15-1氣田范圍內(nèi)一個(gè)較明顯的海泛面,以該界面作為沉積基準(zhǔn)面對(duì)氣田范圍內(nèi)近平行物源方向及沿砂體走向的井點(diǎn)進(jìn)行層拉平沉積微相連井對(duì)比(圖5),顯示出了以下沉積特征。
從連井沉積微相對(duì)比剖面可見(jiàn),主力氣組Ⅱ氣組、Ⅲ氣組地層形成階段,經(jīng)歷了兩次完整的海退—海侵旋回。每個(gè)旋回,隨著海平面的變化,沉積環(huán)境經(jīng)歷了濱外—臨濱—濱外的演變。在海退階段,沉積亞相由濱外演變?yōu)榕R濱,微相由濱外泥、濱外灘逐漸過(guò)渡為臨濱壩;而在海侵階段,沉積環(huán)境又經(jīng)歷了相反的演化過(guò)程[3]。其中形成于海平面最低位置附近的海退末期及海侵初期的濱外灘、臨濱壩砂體為氣田的有效儲(chǔ)層,如Ⅲ氣組儲(chǔ)層形成于第一次海退末期,Ⅱ下氣組儲(chǔ)層形成于第二次海退末期,Ⅱ上氣組儲(chǔ)層形成于第二次海侵初期。
沿砂體走向的連井相剖面(圖5a)顯示,由LD15-1-4井至LD15-1-A3井,該方向Ⅱ氣組、Ⅲ氣組的臨濱壩或?yàn)I外灘砂體厚度分布均比較穩(wěn)定,臨濱壩砂體厚度約為10~15m,濱外灘砂體厚度約為10~25m;較為符合濱岸灘壩砂體的平面展布規(guī)律[4]。
近平行物源方向的連井相剖面(圖5b)顯示,由LD15-1-5井至LD15-1-A5井,由于距離海南隆起區(qū)物源由近到遠(yuǎn),海退階段形成的臨濱壩砂體儲(chǔ)層逐漸增厚,砂壩沉積向盆地中心方向遷移;而濱外灘沉積在海侵階段形成,該時(shí)期濱外灘沉積隨岸線向陸地方向遷移,砂體厚度向岸線方向增厚,這與臨濱壩厚度分布規(guī)律截然相反。
圖5 LD15-1氣田連井沉積微相對(duì)比剖面
在上述沉積微相連井對(duì)比分析基礎(chǔ)上,本文結(jié)合了三維地震最小振幅切片⑤孫月成.LD15-1氣田地球物理研究[R].中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,2010.,并參考前人關(guān)于濱線砂體平面分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)[5],對(duì)LD15-1氣田Ⅲ氣組和Ⅱ上氣組的沉積微相平面分布特征進(jìn)行了研究。
總體上各氣組灘壩砂體的展布方向?yàn)镹W—SE向,與海南隆起區(qū)古岸線方向平行,Ⅱ下氣組、Ⅲ氣組為臨濱壩沉積,砂壩厚度向盆地方向增厚,Ⅱ上氣組為濱外灘沉積,儲(chǔ)層厚度向海南隆起區(qū)岸線方向增厚,向盆地方向減薄。
Ⅲ氣組 為臨濱壩沉積(圖6a),砂體展布方向平行于物源區(qū)岸線走向(NW向),呈席狀展布,砂體走向?yàn)楸逼?2°⑤??v向上多期砂體疊置,單期砂體厚度約為0.5~2m之間(圖5a)。從物源向盆地方向,臨濱砂壩厚度逐漸增大(圖5b),氣田含氣范圍位于砂壩主體部位。
Ⅱ上氣組 為濱外灘沉積(圖6b),平面上砂體展布方向近平行于物源區(qū)岸線走向,為北偏西45°⑤??v向上多期灘砂疊置,單期砂體厚度約為0.5~1m之間(圖5a)。沿走向砂體長(zhǎng)度超過(guò)18km,延伸出工區(qū)范圍之外。向海南隆起區(qū)岸線方向砂體厚度逐漸增大,向盆地方向減薄,砂體沿NW走向的連續(xù)性明顯好于沿NE方向。
圖6 LD15-1氣田Ⅲ、Ⅱ上氣組沉積微相平面分布圖
Ⅲ氣組 沉積初期,水體較深,沉積環(huán)境為濱外亞相,主要為濱外泥微相,沉積物基本以泥巖為主(圖2)。隨著海平面的逐漸下降,沉積環(huán)境由濱外亞相演變?yōu)榕R濱亞相臨濱壩微相,沉積物向上變粗,海退末期沉積了以粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖為主的儲(chǔ)層;海退結(jié)束之后,發(fā)生大規(guī)模海侵,隨著水體深度加大,沉積環(huán)境由臨濱亞相演變?yōu)闉I外亞相的內(nèi)淺海直至外淺海,沉積了數(shù)十米的穩(wěn)定泥巖隔層(圖2),至此,本次海退—海侵旋回結(jié)束。
Ⅱ下氣組 形成于Ⅲ氣組沉積之后的又一次海退—海侵旋回,與Ⅲ氣組沉積特征不同之處在于,本次海侵速度比較緩慢,海平面長(zhǎng)時(shí)期處于較低位置,物源供給比Ⅲ氣組沉積末期要充分,在這些因素的綜合作用下,在Ⅱ下氣組頂部沉積了一套以泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂巖為主的低阻儲(chǔ)層,即Ⅱ上氣組(圖2)。
綜上所述,LD15-1氣田共有三個(gè)主力產(chǎn)層,其中,Ⅱ上氣組儲(chǔ)層沉積微相為濱外灘,Ⅱ下氣組、Ⅲ氣組儲(chǔ)層沉積微相為臨濱壩。根據(jù)LD15-1氣田不同井的單層測(cè)試資料,不同沉積微相具有不同的的產(chǎn)能特征,臨濱壩儲(chǔ)層的產(chǎn)能遠(yuǎn)高于濱外灘 (表2)。以LD15-1-3井為例,Ⅲ氣組臨濱壩錄井顯示巖性為粉砂巖,測(cè)井解釋氣層厚度為10.2m,孔隙度為23.2%,滲透率為39.9×10-3μm2,DST測(cè)試無(wú)阻流量為240×104m3/d;Ⅱ上氣組濱外灘錄井顯示巖性為泥質(zhì)粉砂巖,測(cè)井解釋氣層厚度為4.8m,孔隙度為22.5%,滲透率為12.1×10-3μm2,無(wú)阻流量?jī)H為25×104m3/d。
平面上處于同一沉積微相但不同部位的井,其產(chǎn)能也不相同(表2),這與沉積過(guò)程中的分異作用(儲(chǔ)層厚薄、孔滲性能差異)有關(guān)。
表2 LD15-1氣田不同微相的儲(chǔ)層測(cè)井解釋參數(shù)與產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)
(1)鶯歌海盆地LD15-1氣田主力產(chǎn)層的沉積微相類型為臨濱壩與濱外灘,其中,Ⅱ上氣組為濱外灘,Ⅱ下氣組和Ⅲ氣組為臨濱壩;平面上產(chǎn)層沿NW向呈席狀展布,縱向上為多期砂體疊置;濱外灘沉積向NE方向(靠近物源——海南隆起區(qū))砂巖厚度增大,臨濱壩沉積向SW方向(靠近盆地)砂巖厚度增加。
(2)各氣組儲(chǔ)層物性及產(chǎn)能主要受沉積微相控制,臨濱壩儲(chǔ)層物性較好,產(chǎn)能較高,優(yōu)于濱外灘微相。
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