桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層特征及控制因素分析

王劍

(中國(guó)石油新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆克拉瑪依 834000)

摘要：桂中坳陷泥盆系具獨(dú)特的“臺(tái)—盆—丘—槽”沉積體系，沉積儲(chǔ)層復(fù)雜，目前泥盆系儲(chǔ)層研究相對(duì)較少。針對(duì)此問題，以露頭剖面觀測(cè)資料、室內(nèi)巖礦鑒定、掃描電鏡等分析資料為基礎(chǔ)，研究了桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層發(fā)育特征及其控制因素。研究表明桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層巖石類型主要有石英砂巖、礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r和白云巖。主要的儲(chǔ)集空間類型為原生剩余粒間孔、生物格架孔，以及次生溶孔和白云石晶間孔。研究區(qū)下泥盆統(tǒng)石英砂巖的物性相對(duì)較好，為裂縫—孔隙型儲(chǔ)層；中、上泥盆統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性總體較差，為低孔低滲型儲(chǔ)層，受白云化作用影響可形成物性較好儲(chǔ)層。影響儲(chǔ)層發(fā)育的主要因素為沉積相帶及后期的成巖作用，包括白云化作用和溶蝕作用。桂中坳陷北部及東北部的斜坡帶為有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

關(guān)鍵詞：桂中坳陷；泥盆系；孔隙類型；儲(chǔ)層物性；控制因素

中圖分類號(hào)：TE122

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油化工股份有限公司項(xiàng)目(N0801058)資助。

作者簡(jiǎn)介：第一王劍(1984年生)，男，碩士，工程師，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)，現(xiàn)從事沉積方面科研工作。郵箱：wangjian_2605@126.com。

Reservoir Characteristics and Controlling Factors of Devonian in Guizhong Depression

Wang Jian

(ExperimentalTestingInstituteofPetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Karamay,Xinjiang834000,China)

Abstract:Devonian of Guizhong Depression has the unique “platform-basin-hill-slot” sedimentary system and the reservoir is complex which was less studied so far. To solve this problem, the characteristics of Devonian reservoirs in the region were studied on the basis of outcrop observations, rock and mineral identification, scanning electron microscopy and other data. Results showed that Devonian reservoir in Guizhong Depression mainly contained quartz sandstone, reef limestone, bioclastic limestone and dolomite. The reservoir space mainly contained the remaining pores between grains, biological pores within the framework, dissolution pores and pores between dolomite crystals. The quartz sandstone of lower Devonian had good physical property, which could be called crack-porosity reservoir. Carbonate reservoir in mid-upper Devonian had poor physical property and was low-porosity and low-permeability one, which could be improved by dolomitization. Major factors affecting reservoir development were sedimentary facies and diagenesis at late stage, including dolomitization and dissolution. The slope belt in northern and northeastern Guizhong Depression was favorable for reservoir.

Key words: Guizhong Depression; Devonian; pore type; reservoir property; controlling factor

桂中坳陷歷經(jīng)50多年的油氣勘探，勘探程度逐漸增高，目前雖尚未發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣藏，但油氣顯示豐富，普查及鉆井發(fā)現(xiàn)油氣顯示達(dá)46處之多。同時(shí)在坳陷周邊發(fā)現(xiàn)早—中泥盆世的南丹大廠龍頭山生物礁和上林六卡等多處古油藏。這些都表明桂中坳陷泥盆系具有較大的油氣勘探前景。前人對(duì)該區(qū)泥盆系的研究主要集中在層序、構(gòu)造及沉積體系上，對(duì)儲(chǔ)層方面的研究相對(duì)較少[1-3]。泥盆系厚度達(dá)數(shù)千米，發(fā)育3套大的生儲(chǔ)蓋組合。本文通過野外宏觀特征研究，結(jié)合室內(nèi)樣品分析，綜合研究了桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間類型、物性特征、宏觀分布特征及儲(chǔ)層發(fā)育的影響因素，為進(jìn)一步勘探提供有力依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

桂中坳陷是晚古生代形成的海相盆地。北鄰雪峰基地拆離隆起和黔南坳陷，西南側(cè)以南丹—都安斷裂帶為界與南盤江坳陷相接，東側(cè)向大瑤山隆起過渡，總面積為4.6×104km2。根據(jù)地表構(gòu)造特征、沉積巖相、地層出露情況及各區(qū)構(gòu)造形態(tài)特征，桂中坳陷由北向南劃分為環(huán)江—羅城—屯秋斜坡、南丹—宜山—鹿寨凹陷、馬山—忻城凸起、上林—來賓凹陷4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

圖1　桂中坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐质疽鈭D Fig. 1　Sketch map showing tectonic unit division in Guizhong Depression

桂中坳陷泥盆系下部與寒武系邊溪組(∈b)呈區(qū)域不整合接觸，上部與石炭系巖關(guān)階組(C1y)整合接觸，為碳酸鹽巖孤立臺(tái)地與臺(tái)盆相間的古地理格局[4]。下泥盆統(tǒng)(D1)以潮坪—濱岸相碎屑沉積為主；中—上泥盆統(tǒng)(D2-3)主要為臺(tái)地、臺(tái)棚相的碳酸鹽巖沉積。巖性主要為粗至細(xì)粒碎屑巖與石灰?guī)r相間的沉積組合(圖2)。本文對(duì)廣西上林、南丹、羅城及陽朔等地約40處野外觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并選取多塊樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以期理清該區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育特征。

圖2　桂中坳陷泥盆系地層柱狀圖 Fig.2　Formation histogram of Devonian in Guizhong Depression

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層巖石類型主要分兩大類：砂巖類儲(chǔ)層和碳酸鹽巖類儲(chǔ)層。砂巖類儲(chǔ)層主要是中—細(xì)粒的石英砂巖；碳酸鹽巖類儲(chǔ)層主要有(含)生屑灰?guī)r、礁(丘)灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r(白云巖)。

2.1.1 陸源碎屑巖

主要形成于下泥盆統(tǒng)(D1)蓮花山組(D1l)、那高嶺組(D1n)、郁江組(D1y)的潮坪—濱岸環(huán)境。巖性主要為中—細(xì)粒石英砂巖(圖3a)。碎屑成分主要為石英、巖屑、長(zhǎng)石及少量的云母。其中石英含量較高，達(dá)75%～95%，巖屑含量為5%～20%，長(zhǎng)石含量為2%～5%。成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度均較高，反映了潮坪—濱岸相石英砂巖受水流反復(fù)淘洗的特點(diǎn)。

2.1.2 云質(zhì)灰?guī)r及白云巖

主要分布于中—上泥盆統(tǒng)(D2-3)，發(fā)育于局限臺(tái)地淺海相區(qū)[5]。多為粉—細(xì)晶灰質(zhì)白云巖(圖3b)，屬準(zhǔn)同生或成巖早期白云化的產(chǎn)物。白云化作用之后，因不同程度的重結(jié)晶作用而使晶粒加大。

圖3　研究區(qū)野外巖石照片 Fig.3　Field rock of the study area a—灰白色石英砂巖(D 1，廣西上林)；b—灰色灰質(zhì)白云巖 (D 3，湖南邵陽)；c—灰色生屑灰?guī)r(D 2，廣西南丹)； d—灰色礁灰?guī)r(D 3，廣西南丹)

2.1.3 生屑灰?guī)r

多為由原地和短距離搬運(yùn)混雜堆積而成(圖3c)。礦物成分主要為方解石。顆粒主要為生屑，含少量球粒。生屑主要為介形蟲、藻團(tuán)塊、海綿及少量瓣腮類。生物殼體常被亮晶方解石交代，顆粒之間主要為泥晶充填，其主要形成于臺(tái)地邊緣生屑灘。

2.1.4 礁(丘)灰?guī)r

礦物成分主要為方解石，部分發(fā)生白云化。結(jié)構(gòu)組分主要由珊瑚、層孔蟲和內(nèi)碎屑組成(圖3d)。內(nèi)碎屑為泥晶質(zhì)，粒徑為2～3mm。顆粒之間充填亮晶方解石。主要在臺(tái)地邊緣及孤立臺(tái)地(丘臺(tái))相分布[5、6]。

2.2 儲(chǔ)集空間類型

樣品巖石薄片、鑄體薄片及掃描電鏡觀察分析發(fā)現(xiàn)，桂中坳陷泥盆系儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型主要分為原生孔隙和次生孔隙兩大類。

(1)原生孔隙包括剩余粒間孔、生物格架孔(體腔孔)。

圖4　儲(chǔ)層孔隙微觀照片 Fig.4　Micro-pore reservoir types a—剩余粒間孔(SEM，中粒石英砂巖，廣西上林)；b—石英次生 加大(正交光×10，細(xì)粒石英砂巖，湖南邵陽)；c—生屑顆粒間 充填亮晶方解石(單偏光×5，生屑灰?guī)r，紫云縣)；d—長(zhǎng)石 粒內(nèi)溶孔(單偏光×5，砂巖，廣西上林)；e—長(zhǎng)石溶蝕殘余 格架(SEM，中粒石英砂巖，廣西上林)；f—白云石晶間孔 (單偏光×5，灰質(zhì)白云巖，廣西上林)；g—壓溶縫，瀝青 充填(單偏光×5，珊瑚礁灰?guī)r，廣西隆林)；h—裂縫， 瀝青充填(單偏光×5，石英粉砂巖，廣西羅富)

剩余粒間孔的特點(diǎn)是外形比較規(guī)則，孔隙周圍的顆粒邊緣比較平直，沒有發(fā)生溶蝕；顯微鏡下孔隙形狀一般呈三角形，孔隙內(nèi)一般充填泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)(圖4a)，主要發(fā)育在下泥盆統(tǒng)濱海相石英砂巖中(圖4b)。生物格架孔(體腔孔)為礁灰?guī)r中原生的骨架孔、體腔孔和灘灰?guī)r的生物體腔孔[7]，其特點(diǎn)是孔隙較大，但絕大部分被泥晶和亮晶方解石充填(圖4c)。

(2)次生孔隙包括溶孔、白云石晶間孔。

溶孔可分為砂巖粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和礁灰?guī)r—灘灰?guī)r生物體腔內(nèi)的溶孔。砂巖粒間溶孔由礦物顆粒之間的鈣質(zhì)膠結(jié)物等易溶物質(zhì)被溶蝕所形成，礦物顆粒邊緣呈港灣狀，孔隙內(nèi)還常見被溶蝕的殘余物質(zhì)。粒內(nèi)溶孔主要是砂巖中長(zhǎng)石等易溶物質(zhì)被選擇性溶蝕所形成，常呈“格子”狀(圖4d、圖4e)，有時(shí)形成具有晶形的鑄模孔和超大溶孔。

白云石晶間孔是白云化作用產(chǎn)生的晶間孔隙，主要發(fā)育在中—上泥盆統(tǒng)局限臺(tái)地相重結(jié)晶的白云巖中(圖4f)。

除了以上兩大類之外，中—上泥盆統(tǒng)礁灰?guī)r中還發(fā)育壓溶縫和裂縫，但大多被方解石和瀝青充填(圖4g、圖4h)。

2.3 儲(chǔ)層物性特征及孔隙結(jié)構(gòu)

2.3.1 物性特征

在南丹大廠和羅富、上林明亮及隆林等地共選取了60多塊有代表性的樣品進(jìn)行物性分析。其中碎屑巖類儲(chǔ)層孔隙度均值達(dá)到8.12%，滲透率均值達(dá)到0.11mD，物性相對(duì)較好；碳酸鹽巖類儲(chǔ)層孔隙度均值為1.01%，滲透率均值為0.07mD，根據(jù)SY/T 5336—2006綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為其為低孔低滲型儲(chǔ)層(圖5)。

2.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

顯微鏡下研究結(jié)果表明，石英砂巖壓實(shí)作用明顯，硅質(zhì)膠結(jié)緊密，孔縫連通性差。排驅(qū)壓力平均為11.98MPa，中值壓力為37.53MPa，中值喉道半徑為0.02μm。根據(jù)SY/T 5346—2005綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，下泥盆統(tǒng)砂巖孔隙細(xì)小，連通性較差，為中等偏差的孔隙—裂縫型儲(chǔ)層。該類儲(chǔ)層如果裂縫發(fā)育，具備較好的儲(chǔ)集性能。

礁灰?guī)r和生屑灰?guī)r排驅(qū)壓力一般大于5MPa，中值喉道半徑小于0.03μm；而白云巖的孔隙結(jié)構(gòu)要好于生屑灰?guī)r，排驅(qū)壓力絕大多數(shù)小于1.28MPa，飽和度中值壓力半數(shù)小于8MPa，最大進(jìn)汞飽和度為70%～80%，顯示出相對(duì)于礁灰?guī)r和生屑灰?guī)r較好的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

3 影響因素分析

儲(chǔ)層物性的主控因素是沉積作用和成巖后生作用。其次是構(gòu)造作用，主要體現(xiàn)在有利于裂縫的形成[8]。

3.1 沉積作用

沉積環(huán)境控制巖性，而巖性對(duì)物性影響很大。早泥盆世海侵期的濱海及淺海陸棚相砂巖等可作為有效儲(chǔ)層。

中—晚泥盆世，研究區(qū)的碳酸鹽巖沉積受控于獨(dú)特的“臺(tái)—盆—丘—槽”沉積體系，主要為淺水臺(tái)地與臺(tái)間深水盆地相間的沉積格局(圖6)，不同相帶的沉積物類型各不相同，如臺(tái)地邊緣的礁灰?guī)r、灘灰?guī)r，局限臺(tái)地潮坪環(huán)境的白云巖，不同巖性物性區(qū)別很大(圖7)。其原因主要為不同粒徑、Ca/Mg值及厚度的巖石受溶蝕改造速率不一樣[9，10]。結(jié)晶較好的微晶灰?guī)r、粗晶灰?guī)r比泥晶灰?guī)r、礁灰?guī)r及灘灰?guī)r物性更好。而結(jié)晶好的石灰?guī)r主要分布臺(tái)地內(nèi)部，礁灰?guī)r及灘灰?guī)r主要分布在臺(tái)地邊緣的高能環(huán)境帶，泥晶灰?guī)r則主要分布于臺(tái)棚及臺(tái)盆等低能環(huán)境水體區(qū)?？梢姵练e相帶是影響儲(chǔ)層的非常重要的因素。

圖6　桂中坳陷中晚泥盆世巖相古地理圖 Fig.6　Lithofacies palaeogeography of late Devonian in Guizhong Depression

3.2 成巖后生作用

成巖作用分析可知，研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)，石英普遍次生加大，而溶蝕作用、破裂作用在一定程度上改善了儲(chǔ)層的物性。

圖7　桂中坳陷碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性物性對(duì)比圖 Fig.7　Histogram of comparison between lithology and physical property of carbonate reservoir in Guizhong Depression

碳酸鹽巖儲(chǔ)層建設(shè)性的成巖作用主要是白云化作用和溶蝕作用。白云化作用可以形成白云石晶間孔，極大改善儲(chǔ)層的物性。白云化作用及溶蝕作用使桂中坳陷北部斜坡帶D2-3碳酸鹽巖儲(chǔ)層白云石晶間孔、生物體腔孔和各類次生孔隙較為發(fā)育。從圖7可以看出，白云巖物性明顯好于石灰?guī)r。面孔率為2%～3%，孔隙度多在5%左右，孔隙中多有不同程度瀝青充填，據(jù)瀝青所占面孔率估算油氣聚集期孔隙度多在5%～15%之間，局部孔隙度可大于15%，表明地質(zhì)演化史中曾有過良好油氣運(yùn)移和聚集。

4 儲(chǔ)層分布特征

野外剖面觀察實(shí)測(cè)結(jié)合樣品測(cè)試綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層主要分布在北部斜坡環(huán)江—羅城一線的臺(tái)地邊緣前濱—近濱相帶，以及象州縣附近的臺(tái)盆邊緣處，沉積厚度能達(dá)到600～1000m(圖8a)，主要見于下泥盆統(tǒng)蓮花山組(D1l)、那高嶺組(D1n)、郁江組(D1y)。碳酸鹽巖儲(chǔ)層平面上全區(qū)普遍分布，厚度一般為100～300m，局部能達(dá)到600m(圖8b)，主要見于中—上泥盆統(tǒng)的東崗嶺組(D2d)及五指山組(D3w)。桂中坳陷北部及東北部斜坡帶的D2-3碳酸鹽巖儲(chǔ)層白云化及溶蝕作用較強(qiáng)，儲(chǔ)層白云石晶間孔、生物體腔孔和各類次生孔隙較為發(fā)育，為良好儲(chǔ)層。

圖8　桂中坳陷有利儲(chǔ)層分布圖 Fig.8　Distribution of favorable reservoir in Guizhong Depression

5 結(jié)束語

(1)桂中坳陷儲(chǔ)層巖石類型主要有石英砂巖、礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r(白云巖)。

(2)儲(chǔ)層孔隙類型主要分為原生剩余粒間孔、生物格架孔(體腔孔)和次生的溶孔、白云石晶間孔。

(3)研究區(qū)下泥盆統(tǒng)砂巖物性相對(duì)較好，孔隙度均值為8.12%，滲透率均值為0.11mD，為中等—差的孔隙—裂縫型儲(chǔ)層；碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，孔隙度均值為1.01%，滲透率均值為0.07mD，為低孔低滲型儲(chǔ)層，白云化作用可形成儲(chǔ)集性能較好的儲(chǔ)層。

(4)儲(chǔ)層發(fā)育主要受沉積相帶和成巖作用控制，受白云化作用影響，桂中坳陷北部及東北部斜坡帶為有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

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