陳彥梅，楊德相，李熹微，陳智遠(yuǎn)，黎凌川

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552)

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廊固凹陷沙河街組異常高孔帶分布特征及成因

陳彥梅1，楊德相2，李熹微2，陳智遠(yuǎn)1，黎凌川1

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552)

為加深對廊固凹陷中深層沙河街組優(yōu)質(zhì)儲層分布情況的了解，依據(jù)大量物性資料、鑄體薄片、陰極發(fā)光薄片、掃描電鏡、流體包裹體溫度測試、黏土礦物X衍射以及其他相關(guān)的分析化驗數(shù)據(jù)，分析了廊固凹陷沙河街組砂巖儲層異?？紫稁Х植己统梢?。結(jié)果表明：研究區(qū)儲層縱向上發(fā)育3個異?？紫稁В蓽\至深依次為2 400～2 600、2 750～3 250、3 800～4 500 m。第Ⅰ、Ⅱ異常高孔帶，凹陷內(nèi)3個主要構(gòu)造單元均有發(fā)育；第Ⅲ異常高孔帶只在舊州—固安陡坡帶和柳泉—曹家務(wù)洼槽帶發(fā)育。研究認(rèn)為，異?？紫稁У某梢蛑饕菬N類充注、大氣淡水淋濾、有機酸溶蝕及超壓對儲層孔隙的保護(hù)作用。研究成果指出了廊固凹陷異常孔隙帶分布情況及成因，對廊固凹陷中深層油氣開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

異常高孔帶；沉積相；烴類充注；大氣淡水；有機酸超壓；廊固凹陷

0 引 言

廊固凹陷中深層多為低孔、低滲儲層，經(jīng)過漫長的地質(zhì)、構(gòu)造演化，可能會出現(xiàn)部分儲層中的孔隙度高于正常壓實情況的孔隙度，異?？紫抖认鄬邪l(fā)育的儲層也將是中深層勘探的重點區(qū)域。通過廊固地區(qū)分析、測試資料，結(jié)合該區(qū)的構(gòu)造特征和沉積相體系發(fā)育背景，對凹陷內(nèi)中深層(2 000～4 600 m)沙河街組儲層異常高孔帶發(fā)育情況以及成因機制進(jìn)行研究，從而為廊固凹陷乃至整個冀中凹陷的中深層油氣勘探及今后的開發(fā)工作提供科學(xué)的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廊固凹陷是渤海灣盆地冀中凹陷的重要含油氣盆地之一，地理上位于霸縣凹陷的西北部。整個勘探面積約為2 600 km2，東西最寬可達(dá)40 km，南北長約90 km[1-2]。從盆地類型看，該凹陷屬于一個北東走向的箕狀斷陷。整個凹陷由西向東主要劃分為舊州—固安構(gòu)造帶、柳泉—曹家務(wù)構(gòu)造帶和河西務(wù)構(gòu)造帶。

廊固凹陷古近系沙河街組地層在區(qū)域內(nèi)由老到新可分為沙四段、沙三段、沙二段以及沙一段，研究目的層為沙河街組三段和沙河街組四上亞段。廊固凹陷古近紀(jì)時期受到以斷裂為主的構(gòu)造活動的影響，使得古近系地層在不同期間內(nèi)，沉積物的厚度具有較大差異。多年勘探實踐表明，廊固凹陷沙四段、沙三段沉積厚度較大，同時也是烴源巖最主要的發(fā)育層位[3]。

2 儲層巖石學(xué)特征和成巖階段劃分

2.1 巖石學(xué)特征

廊固凹陷中深層儲層共649塊巖石薄片鑒定表明，目的層位碎屑巖儲層以長石砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖為主，其中，長石含量為9.0%～43.8%，巖屑含量為7.0%～65.0%。儲層中填隙物總量平均值約為17.3%，除泥質(zhì)雜基外，還有常見的自生礦物，如碳酸鹽膠結(jié)物、黏土礦物和硅質(zhì)等，自生黏土礦物類型大部分為高嶺土和伊利石，高嶺土含量最高不超過0.7%，砂巖顆粒分選性以好和中為主。

2.2 成巖階段劃分

根據(jù)已收集到的普通巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、黏土礦物相對含量、鏡質(zhì)體反射率、流體包裹體均一溫度、熱解分析最大溫度(Tmax)等分析測試資料，通過對河西務(wù)緩坡帶碎屑巖薄片的統(tǒng)計，參照中國石油行業(yè)內(nèi)最新的成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[4]，認(rèn)為廊固地區(qū)沙河街組三段和沙四上亞段碎屑巖的成巖階段已基本達(dá)到中成巖B期(圖1)，不同成巖階段儲層經(jīng)歷的地質(zhì)作用對儲層孔隙的發(fā)育產(chǎn)生了不同影響。

圖1 廊固凹陷成巖階段劃分及主要標(biāo)志

3 異常高孔帶縱向分布特征

從收集到的孔隙度資料統(tǒng)計結(jié)果來看，廊固凹陷沙河街組中深層(2 000～4 600 m)碎屑巖儲層縱向上主要發(fā)育3個異常高孔帶。第Ⅰ高孔帶深度為2 400～2 600 m，孔隙度平均值為18.7%，最大值可達(dá)31.8%；第Ⅱ高孔帶深度為2 750～3 250 m，孔隙度平均值為14.8%，最大可達(dá)29.2%；第Ⅲ高孔帶深度為3 800～4 500 m，孔隙度平均值為7.9%，最大可達(dá)20.4%。

同一凹陷內(nèi)不同地區(qū)，由于構(gòu)造、沉積相不同，使得砂體發(fā)育和孔隙度的演化均有差異，造成異?？紫稁У陌l(fā)育情況也有所差別[5-6]。舊州—固安構(gòu)造帶沙三段處于斷陷湖盆陡坡帶，地勢陡、坡度大，縱向上3個異常帶均有發(fā)育。柳泉—曹家務(wù)構(gòu)造帶為湖盆洼槽帶，泥巖厚度較大，縱向上這3個異常帶也均有發(fā)育。河西務(wù)構(gòu)造帶處于緩坡帶，砂體埋深相對較淺，縱向上主要發(fā)育第Ⅰ、Ⅱ異常高孔帶(圖2)。

4 異常高孔帶成因分析

4.1 沉積相

對廊固凹陷中深層沙河街組沉積相的研究認(rèn)為，該凹陷古近系演化總體上具有“早西晚東”的規(guī)律。沙四段沉積時期，來自于凹陷東部的物源，使得河西務(wù)構(gòu)造帶發(fā)育大范圍的辮狀河三角洲相；沙三下亞段沉積期，西部受大興斷層活動的影響，發(fā)育近岸水下扇沉積體系，洼槽帶盆地拉長，發(fā)育湖底扇相，東部為遠(yuǎn)源三角洲相[7]；到了沙三中、上沉積時期，斷層活動加劇，物源主要集中在凹陷東部，在舊州—固安構(gòu)造帶發(fā)育了近岸水下扇、扇三角洲沉積體系，洼槽帶湖底扇面積進(jìn)一步擴大[8]。

結(jié)合行業(yè)油氣儲層評價方法(SY/T 6285—2011)，對比研究區(qū)不同沉積相物性特征(圖3)。整體上，湖底扇相砂體的孔隙度和滲透率要好于其他2個沉積相，故湖底扇相更易出現(xiàn)異常高孔帶，主要由于該相砂體分選較好、泥質(zhì)含量較少，并且直接與暗色烴源巖接觸，這類烴源巖含有大量有機質(zhì)和蒙脫石，該成分在成巖演化過程中，可生成大量溶蝕性很強的酸性水溶液，溶蝕碎屑，形成次生孔隙[9]。

圖2 廊固凹陷不同構(gòu)造帶異常高孔帶分布

圖3 廊固凹陷沙三段不同沉積相孔隙類型和滲透率類型頻率分布

4.2 烴類充注

廊固凹陷中深層儲層第Ⅰ異常高孔帶發(fā)育的深度與早成巖B期深度相吻合，該階段早期烴源巖中有機質(zhì)熱演化發(fā)展到半成熟階段，烴類少量生成，逐漸充填于儲層孔隙中，對原本水、巖兩相的成巖環(huán)境系統(tǒng)造成了巨大改變，孔隙水中無機離子濃度降低，減緩了自身礦物的形成和礦物間的交代作用，從而保護(hù)了原生孔隙[10-11]。廊固凹陷古近系兩期油氣充注時間分別為距今12～34 Ma和0～12 Ma，且早期油氣充注時間先于晚期碳酸鹽膠結(jié)作用啟始時間[12]，微觀鏡下觀察到早期被石油充注的孔隙空間，后期未被鐵方解石等膠結(jié)物膠結(jié)(圖4a)，證實早期油氣充注確實阻礙了儲層空間被壓實。

圖4 廊固凹陷中深層儲層典型照片

4.3 大氣淡水淋濾

大氣淡水淋濾主要對第Ⅰ異常孔隙帶的形成起重要作用。廊固凹陷沙河街組存在大量不整合面，大氣水存在的可能性大大增加，特別是沙三中、上段時期，經(jīng)歷了強烈斷陷后，到了沙三段晚期地層回返隆升，使得沙三段上部地層長期處于剝蝕狀態(tài)，造成沙三段儲層受到了古淋濾水以及來自北部大興凸起側(cè)向水滲入的補給。尤其是柳泉—曹家務(wù)構(gòu)造帶沙三段時期經(jīng)歷了自由交替的開放型水環(huán)境，更易受古淋濾水滲入的影響[13]。對地層水礦化度測試認(rèn)為，廊固凹陷沙三段地層水的礦化度為3 g/L左右，遠(yuǎn)小于咸水湖的礦化度(35 g/L)，且在第Ⅰ異?？紫稁疃确秶鷥?nèi)，地層尚處于早成巖階段，黏土礦物還未大量轉(zhuǎn)化，因此，低礦化度水的成因與黏土礦物脫水關(guān)系不大，佐證了受大氣淡水淋濾的影響[14]。

4.4 有機酸溶蝕

有機酸的溶蝕作用對廊固凹陷中深層第Ⅱ、Ⅲ異常高孔帶的形成起著至關(guān)重要的作用。其中，第Ⅱ異常高孔帶發(fā)育深度大致對應(yīng)中成巖A期演化階段，烴源巖層中的有機質(zhì)鏡質(zhì)體熱演化進(jìn)入了低成熟—成熟階段，干酪根在酶的熱降解作用下大量生烴，同時向地層水中釋放大量的有機酸和CO2，形成酸性流體，電離出的H+也能夠溶蝕儲層中的不穩(wěn)定礦物，如長石、巖屑等[15-16](圖4b、c)。第Ⅲ異常高孔帶對應(yīng)于中成巖A期末期到中成巖B期，有機酸釋放量相對變低，使得深部儲層形成次生孔隙能力較弱。

4.5 超壓

根據(jù)測錄井?dāng)?shù)據(jù)，利用Drillworks地層壓力預(yù)測軟件系統(tǒng)，預(yù)測研究區(qū)沙三、沙四段地層現(xiàn)今流體壓力值，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)超壓值一般為12～18 MPa，壓力系數(shù)主要為1.0～1.7，局部地區(qū)可達(dá)1.8。研究表明，縱向上，沙河街組三、四段是廊固凹陷超壓主要發(fā)育層位，尤其以沙三中、下段超壓現(xiàn)象最為明顯。

前人研究認(rèn)為，超壓不僅可以促使烴類的運移，也可使有機質(zhì)成烴演化滯后，還能削弱正常壓實作用對孔隙度的影響，有效保護(hù)原始儲層空間，并且對于深部儲層中的次生孔隙也能起到一定的保護(hù)及改善作用[17-19]。另外，當(dāng)超壓聚集到一定程度還能使巖石產(chǎn)生微裂縫，很大程度改善了儲層的連通性，增強了滲透性[20-21]。利用聲波時差計算興10井的地層壓力，并結(jié)合孔隙度隨深度變化，顯示該井在2 400～2 500 m深度段第1次出現(xiàn)明顯超壓，孔隙度相應(yīng)出現(xiàn)異常高值；3 200～4 600 m段整體上都屬于超壓，其中有3次較明顯的泄壓過程，孔隙度受壓力影響也出現(xiàn)3次異常高孔帶。比較超壓帶的深度，要略高于異常高孔帶深度，主要是因為異常壓力保護(hù)了儲層孔隙，抑制了有機酸對易溶碎屑的溶解(圖5)。

圖5 興10井地層壓力與深度變化關(guān)系

沉積環(huán)境決定了砂體原始儲集條件，原始儲集條件愈優(yōu)越，則愈有利于形成和保存高孔隙發(fā)育帶。后期儲層成巖演化過程中地層回返隆升，造成沙三段地層長期處于開放型水環(huán)境，在大氣淡水淋濾以及早期烴類充注的共同作用下形成了第Ⅰ異?？紫稁?。隨著地層埋藏的加深，地溫梯度升高，有機質(zhì)熱演化速率加快，生成大量有機酸，溶蝕易溶碎屑組分，從而產(chǎn)生第Ⅱ異?？紫稁А６貙映瑝褐饕暙I(xiàn)于第Ⅲ異常孔隙帶的發(fā)育，對第Ⅱ異常孔隙帶的形成也起到一定的的促進(jìn)作用。

5 結(jié) 論

(1) 廊固凹陷中深層沙河街組縱向上主要發(fā)育3個異常高孔帶，深度范圍分別為2 400～2 600、2 750～3 250、3 800～4 500 m。河西務(wù)緩坡帶由于深度相對較淺，主要發(fā)育第Ⅰ、Ⅱ異常高孔帶。

(2) 有利的沉積相是異常高孔帶形成的先決條件，廊固地區(qū)湖底扇相更易產(chǎn)生異常高孔帶。

(3) 第Ⅰ異常高孔帶發(fā)育時間大致與早成巖B期相對應(yīng)，第Ⅱ異常高孔帶與中成巖A期相對應(yīng)，第Ⅲ異常高孔帶深度段則形成于中成巖A期末期到中成巖B期。

(4) 第Ⅰ異常高孔帶受大氣淡水淋濾作用和烴類早期充注的共同影響；第Ⅱ異常高孔帶主要因有機酸溶蝕長石等碎屑組分而產(chǎn)生，同時超壓保護(hù)了次生孔隙發(fā)育；第Ⅲ異常高孔帶的形成以超壓保護(hù)孔隙度為主，有機酸溶蝕為輔。

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編輯 張 雁

20160425；改回日期：20160912

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司協(xié)作項目“中深層優(yōu)質(zhì)儲層成因機制與主控因素研究”(HBYT-YJY-2015-JS)

陳彥梅(1992-)，女，2014年畢業(yè)于長江大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為成都理工大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向為油氣藏地質(zhì)學(xué)。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.010

TE122.2

A

1006-6535(2016)06-0045-05