何 娟，倪軍娥，伊 碩，王 龍，郭麗娜

（1.中國海洋石油國際有限公司，北京 100028；2.中海油研究總院，北京 100028）

國內(nèi)外學(xué)者針對混積巖的研究有近30 年歷史。目前，存在狹義混合沉積和廣義混合沉積兩種不同概念：狹義混合沉積定義，郭福生等（2003）[1]將同一巖層內(nèi)陸源碎屑與碳酸鹽兩種組分相互混雜，即成分和結(jié)構(gòu)上的混合，形成“混積巖”是混合沉積的典型產(chǎn)物；而廣義混合沉積定義，張錦泉等（1989）認(rèn)為，混合沉積可以是由碳酸鹽巖與陸源碎屑結(jié)構(gòu)混合組成的混積物和“純”碳酸鹽與碎屑沉積物的互層、夾層及橫向相變[2，3]。既包括狹義上同一巖層內(nèi)成分和結(jié)構(gòu)上的混合，又包括陸源碎屑巖與碳酸鹽巖沉積層頻繁交替形成的地層剖面上的互層和夾層現(xiàn)象，即混積層系。對混合沉積，伏美燕等（2012）分別以混積主要成分、主成分占比、混合程度和混合成因等不同角度對混積巖開展了深入研究[4，5]。

本文從分析化驗結(jié)果出發(fā)，利用巖心薄片、粒度分析數(shù)據(jù)、掃描電鏡照片、毛管壓力測試數(shù)據(jù)等確定儲層微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過測試數(shù)據(jù)與沉積特征的緊密結(jié)合，對伊拉克M 油田Asmari 組儲層特征進行解剖，為后續(xù)尋找優(yōu)勢儲層提供理論指導(dǎo)。

1 石油地質(zhì)背景

M 油田位于伊拉克的東南部，與伊朗接壤。由于非洲-阿拉伯大陸與歐亞大陸的碰撞形成了托羅斯-扎格羅斯沖斷帶、山前褶皺帶和未褶皺區(qū)的前陸盆地環(huán)境[6，7]，研究區(qū)位于未褶皺區(qū)內(nèi)的美索不達米亞帶盆地南部，為一個NW-SE 向的長軸背斜。古近系-新近系的Asmari 組及白堊系的Mishrif 組為該油田的主力產(chǎn)層。Asmari 組巖性為陸源碎屑巖與碳酸鹽巖混合沉積，包括白云巖、灰?guī)r、砂巖、泥巖等多種巖性，沉積類型復(fù)雜多樣，且局部發(fā)育微裂縫，儲層非均質(zhì)性較強。Mishrif組為巖性相對單一的厚層灰?guī)r。

M 油田Asmari 組A 段以白云巖為主，局部發(fā)育混積巖；B 段巖性多樣，包括白云巖、混積巖、砂巖及少量灰?guī)r，這里的混積巖主要指狹義混積巖，即組分混合沉積作用形成的巖石-過渡環(huán)境的產(chǎn)物，分布廣泛，與其他巖性呈互層疊置狀。此外，研究區(qū)還鉆遇不穩(wěn)定分布的硬石膏層和硬石膏結(jié)核團塊。

（1）砂巖：砂巖為油田最重要的巖石類型，主要發(fā)育在B 段，可細分為鈣質(zhì)、膏質(zhì)或云質(zhì)粗-中粒石英砂巖、長石石英砂巖，顆粒以石英為主，石英含量86%～63%，長石和鈣質(zhì)巖屑次之。成分成熟度高，但分選相對差，次棱到次圓，偶見有孔蟲，顆粒破碎明顯。在測井曲線上，砂巖表現(xiàn)出低伽馬、低密度、高聲波時差特點（見圖1a、圖1b、圖1c）。

（2）白云巖：A 段和B 段均發(fā)育以膏質(zhì)微晶砂屑或生屑云巖為主，顆粒以藻屑、有孔蟲或鮞粒為主，分選中等，圓狀，白云石含量40%～90%，含方解石，石英及石膏，其中A 段白云巖中石膏含量為6%～25%，B 段白云巖石膏含量較少。石膏認(rèn)為是Asmari 沉積后期鹵水滲透回流成因，因此淺層含量高，深層含量少。在測井曲線上，白云巖具有高密度、高電阻特征。

白云巖可分為砂屑-生物屑云巖、砂屑-微晶云巖、亮晶-微晶藻屑（藻黏結(jié)）云巖。其中砂屑-生物屑云巖：（見圖1d）以微晶-亮晶白云石為主，含有部分硬石膏。顆粒為約60%的有孔蟲和10%～20%砂屑，有孔蟲分選較好，偶見雙殼（瓣腮類）、棘皮、藻屑。填隙物為10%～30%的微晶白云石形成的灰泥雜基，部分重結(jié)晶成粉晶。砂屑-微晶/中晶云巖：以微晶狀白云石為主，呈殘余砂屑結(jié)構(gòu)，原巖中，灰泥25%，砂屑75%，分選中等-好，圓狀（見圖1e）。

圖1 伊拉克M 油田Asmari 組巖石類型Fig.1 Microscopic characteristics of Asmari group in M oilfield

亮晶-微晶藻屑（藻黏結(jié)）云巖：形成于藻類黏液對附近碎屑的黏結(jié)作用，以微晶狀白云石為主，顆粒主要為棘皮類藻屑，形態(tài)不規(guī)則，大小差異大，形成黏結(jié)狀，包含少量有孔蟲，填隙物為分布不均的泥晶白云石和硬石膏（見圖1f）。

（3）灰?guī)r：以內(nèi)碎屑、生物碎屑顆粒、鮞粒及球粒灰?guī)r為主。生物顆粒包括底棲有孔蟲、瓣腮類、棘皮類、紅藻屑等，礦物成分中方解石為主，含少量白云石和石膏，在測井曲線上，具有較高密度、高電阻、低時差的特點（見圖1g）。

（4）混積巖：A 段局部發(fā)育，B 段廣泛發(fā)育。當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對混合沉積的分類尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識（Mount，1985；張雄華等，2000），本文中統(tǒng)稱為混積巖，混積巖顆粒成分中同時包含有陸源碎屑顆粒和碳酸鹽巖顆粒，顆粒含量25%～50%，兩者比例變化較大，由于巖石成分復(fù)雜，測井曲線響應(yīng)特征變化也較大。從巖石組分上，可以細分為混積型碎屑巖（碳酸鹽組分10%～25%）、高度混積巖（碳酸鹽組分和陸源碎屑均>25%）、混積型碳酸鹽巖（陸源碎屑包括砂和黏土礦物10%～25%）。生物碎屑顆粒與灰?guī)r和白云巖中的一致，包括有孔蟲、雙殼（瓣腮類）、棘皮、藻屑等，碎屑鹽巖顆粒主要為石英成分的礫屑和砂屑。填隙物一般含量高，往往包括白云石或方解石微晶形成的灰泥雜基（部分有重結(jié)晶），以及少量亮晶硬石膏（見圖1h、圖1i）。

2 儲層特征

2.1 儲集空間

根據(jù)巖心鑄體薄片、掃描電鏡分析，Asmari 組孔隙類型豐富多樣，主要有原生孔隙、次生孔隙和裂縫3 種類型。以次生孔隙為主；原生孔隙較少，尤其是碳酸鹽巖中，原生孔隙在成巖作用過程中幾乎破壞殆盡。

2.1.1 原生孔隙 研究區(qū)原生孔隙類型主要有粒間孔、粒內(nèi)孔。原生孔隙大且保留完整的主要是砂巖的粒間孔，研究區(qū)砂巖石英含量高，成分成熟度高，呈點接觸關(guān)系，面孔率高16%～30%。白云巖顆粒間也有少量的殘余原生粒間孔。原生的粒內(nèi)孔主要是生屑云巖、灰?guī)r以及混積巖中少量的生物體腔孔主要見于有孔蟲、藻類未被充填的體腔內(nèi)（見圖2a）。

2.1.2 次生孔隙 研究區(qū)巖石類型多樣，在不同巖性中，次生孔隙存在的形式是不一樣的。砂巖的次生孔隙形成主要是由于石英顆粒邊緣溶蝕、石英次生加大邊溶蝕、長石顆粒邊緣或解理縫溶蝕中，形成粒內(nèi)溶孔或粒間溶孔（見圖2b）。砂屑-微晶/粉晶云巖的次生孔隙為晶間、晶內(nèi)溶孔，其中晶間孔相對少，以晶內(nèi)溶孔為主（見圖2c、圖2d）。砂屑-生物屑云巖、亮晶-微晶藻屑（藻黏結(jié)）云巖以及生屑含云灰?guī)r的次生孔隙為選擇性溶蝕的生屑粒間孔、粒內(nèi)孔和鑄?？祝ㄒ妶D2e）。由于生物顆粒間常為白云石微晶形成的灰泥雜基或亮晶硬石膏、方解石充填，部分重結(jié)晶成微晶。因此研究區(qū)Asmari 組碳酸鹽巖面孔率較低，只殘留少量顆粒和砂屑粒間溶孔以及有孔蟲顆粒內(nèi)部少量體腔孔和粒內(nèi)溶蝕孔?；旆e巖：儲集空間既包括生物碎屑溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔或體腔孔、粉晶白云石晶間溶孔，也包括石英、長石、黏土礦物等經(jīng)過溶蝕作用形成的次生粒內(nèi)溶孔及粒間溶孔。

2.1.3 微裂縫 由于構(gòu)造運動，Asmari 組普遍存在微裂縫，在巖心上、薄片里、成像測井?dāng)?shù)據(jù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)反映了微裂縫（見圖2f）。同時生產(chǎn)過程中的產(chǎn)能及出水規(guī)律等生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)也印證了這點。微裂縫增加了儲集空間同時也可以改善碳酸鹽巖的儲層物性，增強流體的滲流能力。

圖2 伊拉克M 油田Asmari 組儲集空間Fig.2 Pore types of reservoir in Asmari group of M oilfield in Iraq

通過統(tǒng)計研究區(qū)巖心描述所得出裂縫發(fā)育線密度，其中A 段1～4.7 條/米，平均2.5 條/米，B 段0.8～3.3條/米，平均1.7 條/米。從裂縫發(fā)育段占巖心段比例統(tǒng)計上，A 段36%巖心發(fā)育裂縫，B 段13%巖心段發(fā)育裂縫。裂縫長度以1～20 cm 為主，開度平均0.005 mm，屬于微裂縫。整體微裂縫線密度并不高，且A 段密度比B段高，分析原因與巖性有關(guān)，A 段主要為白云巖，更具有脆性，顆粒細，孔隙度低，在相同應(yīng)力作用下，其裂縫更發(fā)育。其次是發(fā)育在灰?guī)r、混積巖砂巖中，泥巖段相對少。微裂縫的產(chǎn)狀多為垂直縫。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)

從薄片和毛管壓力曲線分析特征綜合分析，砂巖儲層孔喉偏粗，連通性好，初始排驅(qū)壓力0.026 MPa，孔喉半徑大。從砂巖的粒度分析結(jié)果顯示，粒度中值為0.9～2.55 mm，累積概率曲線形態(tài)以跳躍搬運為主，缺少滾動和懸浮跳躍組分，反映水動力強?；旆e巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)變化范圍較大，孔喉半徑從偏粗到偏細，初始排驅(qū)壓力跨度也較大，為0.05～0.18 MPa。其中混積性碎屑巖和高度混積巖相對較好，但連通性均比砂巖差，而白云巖儲層毛管壓力曲線可以看出，整體上孔喉結(jié)構(gòu)比砂巖和混積巖差，其毛管壓力曲線形態(tài)差異大，孔喉變化較大，大部分樣品孔喉偏小，連通性較差，初始排驅(qū)壓力跨度也較大0.01～0.45 MPa 少部分樣品較好。灰?guī)r孔喉結(jié)構(gòu)介于砂巖與白云巖之間（見圖3）。

圖3 Asmari 組毛管壓力曲線圖Fig.3 Capillary pressure curve of Asmari group

2.3 物性特征

研究區(qū)儲層物性變化范圍大，砂巖物性最好，平均孔隙度19%，滲透率算術(shù)平均710 mD，以中高孔、中高-特高滲為主，77%樣本點滲透率大于50 mD，其中55%樣本點滲透率大于500 mD。物性差的砂巖儲層主要是由于石英顆粒間孔隙被泥晶白云巖和石膏所充填；碳酸鹽巖儲層物性變化比較大，具有中低孔、低-高滲的物性特征，43%樣本點滲透率小于10 mD 的，20%樣本點大于100 mD。碳酸鹽巖儲層物性與儲層中生屑含量、石膏含量以及微裂縫發(fā)育密切相關(guān)，當(dāng)生屑含量高、石膏含量少、微裂縫發(fā)育時，儲集空間大，儲層物性好?；旆e巖介于砂巖類與碳酸鹽巖類之間。

3 儲層主控因素

3.1 構(gòu)造作用

研究區(qū)是古近系時期阿拉伯地臺與歐亞大陸發(fā)生碰撞強烈的擠壓作用在美索不達米亞地區(qū)產(chǎn)生了一系列以西北-東南走向的背斜和斷層構(gòu)造之一[8]。晚中新世時期，強烈的擠壓作用導(dǎo)致扎格羅斯背斜大范圍形成和伊拉克西北部白堊紀(jì)半地塹反轉(zhuǎn)，美索不達米亞盆地快速沉降和沉積。構(gòu)造作用形成了一系列高角度斷層和裂縫，裂縫走向與斷層展布方向基本一致，反映裂縫是由構(gòu)造作用形成，且越靠近構(gòu)造軸部，裂縫傾角越大。斷層和裂縫的發(fā)育密度與構(gòu)造作用強度具有正相關(guān)性，從平面上，研究區(qū)北部的斷層與裂縫明顯比南部更發(fā)育。對于碳酸鹽巖儲層而言，裂縫改造了孔喉結(jié)構(gòu)，增大了有效儲集空間，顯著提高了儲層滲透性。通過對生產(chǎn)井的物性和產(chǎn)能對比，裂縫發(fā)育區(qū)的生產(chǎn)井儲層物性更好，產(chǎn)能也相應(yīng)更高。

3.2 沉積作用

自第三紀(jì)開始，隨著新特提斯洋的關(guān)閉，海水自北西向南東退去，形成西淺東深沉積格局。在漸新世-早中新世，阿拉伯地臺抬升，研究區(qū)西部的古隆起遭受剝蝕，產(chǎn)生的陸源碎屑進入碳酸鹽巖臺地，物源及海平面的周期性變化間接控制了陸源碎屑和碳酸鹽組分的交替混合沉積[9，10]。Asmari 組沉積整體是從三角洲向海相（局限-半局限臺地）逐漸轉(zhuǎn)變的過程，其中下部的C 段和D 段主要發(fā)育三角洲相，B 段發(fā)育三角洲相和局限-半局限臺地相，A 段主要發(fā)育碳酸鹽巖局限臺地相。B段沉積較為復(fù)雜，包括三角洲、混合臺地和局限臺地等沉積相。其中砂巖與混積巖、白云巖、灰?guī)r不同成因的儲層縱向上交替發(fā)育，相互疊置，橫向上河道砂體側(cè)向遷移擺動，與局部發(fā)育的灰?guī)r或白云巖儲層漸變過渡，相互搭接，相互連通為一體，B 段受海平面和物源供應(yīng)強度的共同控制，當(dāng)海平面下降，三角洲物源供應(yīng)充足、強度較大時，發(fā)育三角洲前緣沉積；當(dāng)海平面上升，物源供應(yīng)減弱時，主要發(fā)育碳酸鹽巖局限臺地相，沉積以碳酸鹽巖為主；在三角洲前緣沉積微相的邊緣以及在海平面和物源供應(yīng)發(fā)生變化的過程中，則形成混積巖的沉積。

3.3 成巖作用

研究區(qū)Asmari 組B 段砂巖儲層物性最好，且橫向展布較為穩(wěn)定，是最優(yōu)質(zhì)儲層。砂巖儲層更多受沉積作用影響，受成巖作用影響小。而Asmari 組碳酸鹽巖儲層和混積巖儲層物性稍差，與白堊系的Mishrif 組生屑灰?guī)r相比，儲集空間小，連通性差。

3.3.1 碳氧同位素 碳酸鹽巖的δ13C、δ18O 組成與沉積環(huán)境密切相關(guān)，已有資料表明：海相碳酸鹽巖δ13C 平均值為-5‰～+5‰（PDB），δ18O 平均值為-10‰～-2‰（PDB）。一般海平面升高，植被豐富、生物多樣性好會造成有機碳的埋藏量增加，而海平面下降，植被稀少古陸風(fēng)化嚴(yán)重會造成有機碳大量氧化[11-17]。Asmari 組具有δ13C 弱負(fù)-正偏（-3‰～2‰），δ18O 弱負(fù)偏（0～-2‰）的特征（見圖4a）。A 段和B 段碳氧同位素數(shù)值較為分散，說明海平面變化頻繁，沉積環(huán)境隨之變化。A 段δ13C 平均值比B 段略高，反映Asmari 組A 段沉積時期海平面比B 段升高，這與沉積相研究結(jié)論一致，在A 段沉積時期，由于海平面升高，陸相物源供給減少，從陸相沉積或過渡相沉積環(huán)境變?yōu)橄鄬我坏奶妓猁}巖沉積環(huán)境。Keith 和Weber（1964）把δ13C 和δ18O 結(jié)合起來，用以指示古鹽度及古環(huán)境。將Z>120 界定為海相石灰?guī)r，Z<120 為淡水石灰?guī)r。Z=2.048×（δ13C+50）+0.498×（δ18O+50）[18]。經(jīng)計算，A 段和B 段碳酸鹽巖樣品Z 平均值接近，均大于120。根據(jù)理論判斷，均為海相碳酸鹽巖沉積。因此，雖然與碎屑巖混積，B 段的碳酸鹽巖和混積巖仍為海相咸水沉積背景。

3.3.2 鍶同位素 海水中鍶同位素有兩個來源：（1）大陸古老的硅鋁質(zhì)巖石化學(xué)風(fēng)化所提供的相對富放射性成因的殼源鍶，具有較高的87Sr/86Sr 值，全球平均值為0.711 9；（2）洋中脊熱液系統(tǒng)所提供的相對貧放射性成因的幔源鍶，具有較低的87Sr/86Sr 值，全球平均值為0.703 5。研究區(qū)的鍶同位素為0.707～0.709 介于兩個來源平均值之間，新近系A(chǔ)smari 組與白堊系Misrif 組明顯不同（見圖4b）。從碳、氧、鍶同位素測試結(jié)果看，Asmari 組與Mishrif 組有明顯差異，Mishrif 組樣本集中，而Asmari 組樣本分散。Asmari 組的δ13C 平均值比Mishrif 組低，δ18O 值比Mishrif 組平均值高，鍶同位素比Mishrif 組平均值高。結(jié)合前人研究，研究區(qū)Mishrif組主要發(fā)育碳酸鹽巖緩坡沉積，以厚殼蛤灰?guī)r為主。開闊臺地位于局限臺地與臺地邊緣之間，海域廣闊，無障壁遮擋，生物多樣。水體循環(huán)良好，鹽度基本正常。而Asmari 組主要的碳酸鹽巖主要為局限-半局限臺地，生物分異度和數(shù)量相對較少，海平面變化頻繁，且受到一定陸相物源及三角洲淡水河流相輸入影響，沉積環(huán)境的差異造成同位素的差異。

圖4 M 油田δ13C、δ18O 和87Sr/86Sr 同位素分布Fig.4 Plot of δ13C，δ18O and 87Sr/86Sr value of M oilfield

3.3.3 陰極發(fā)光 不同成巖階段流體所含微量元素的差異性，這些差異性將記錄在不同時期沉淀的碳酸鹽礦物中和反映在陰極發(fā)光的強度與顏色特征上。由于海水中富含Sr-Mg-Fe 而貧Mn，原始沉積的海相生物與海相碳酸鹽都因為貧Mn 而不具陰極發(fā)光性，但經(jīng)歷成巖蝕變以后Fe 含量的減少或Mn 含量增加都會增強碳酸鹽礦物的陰極發(fā)光強度[19，20]。從研究區(qū)Asmari組的陰極發(fā)光測試中看出，大部分生屑云巖中顆粒發(fā)出弱橘紅色-橙黃色，重結(jié)晶后，粉晶白云巖顏色變得更亮，發(fā)橘紅色；混積型碳酸鹽巖中白云石發(fā)橘紅色光；方解石發(fā)暗褐色光；石英發(fā)藍紫色光（見圖5）。其中混積型碳酸鹽巖與碳酸鹽巖相比發(fā)光逐漸增強與大氣淡水成巖環(huán)境有關(guān)。

圖5 Asmari 組碳酸鹽巖和混積巖陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.5 Cathodoluminescence photomicrographs of the carbonate and diamicitite rocks in Asmari group

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)Asmari 組儲層巖石類型多，主要有砂巖、白云巖、灰?guī)r和混積巖4 大類。砂巖以石英砂巖為主，石英含量高，含有長石、鈣質(zhì)、膏質(zhì)和云質(zhì)組分。白云巖以膏質(zhì)微晶砂屑或生屑云巖為主，顆粒以藻屑、有孔蟲或鮞粒為主?；?guī)r包括內(nèi)碎屑、生物碎屑顆粒、鮞粒及球?；?guī)r。混積巖中同時包含有陸源碎屑顆粒和碳酸鹽巖顆粒，兩者比例變化范圍較大。

（2）研究區(qū)儲集空間包括原生孔隙、次生孔隙和微裂縫3 類，以次生孔隙為主，包括石英顆粒粒內(nèi)溶孔或粒間溶孔；微晶云巖的晶間、晶內(nèi)溶孔，其中晶間孔相對少，以晶內(nèi)溶孔為主；生屑云巖/生屑灰?guī)r的生物碎屑粒間孔、粒內(nèi)孔和鑄?？?。混積巖儲集空間與前三者類似。微裂縫增加了儲集空間同時也改善了碳酸鹽巖的儲層物性，增強流體的滲流能力。從儲層孔隙結(jié)構(gòu)和物性分析看，研究區(qū)砂巖儲層孔隙發(fā)育，儲集空間大，孔喉半徑大，滲透能力好，為最優(yōu)質(zhì)儲層，碳酸鹽巖和混積巖儲層次之。

（3）儲層主控因素上，研究區(qū)受構(gòu)造作用、沉積作用以及成巖作用影響。構(gòu)造作用主要控制了微裂縫的發(fā)育程度和分布，沉積作用主要控制了砂巖儲層和碳酸鹽巖儲層以及混積巖的厚度及展布范圍，成巖作用對碳酸鹽巖儲層影響比較大，混積型碳酸鹽巖儲層陰極發(fā)光強，與淡水成巖環(huán)境有關(guān)。