孫 超

(中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，東營(yíng) 257015)

隨著盆地油氣勘探的不斷深入，勘探目標(biāo)從傳統(tǒng)的碎屑巖層系向深層復(fù)雜巖性風(fēng)化殼儲(chǔ)層進(jìn)發(fā)。風(fēng)化殼儲(chǔ)層在全球范圍內(nèi)廣泛分布，在中外多個(gè)盆地已獲得工業(yè)產(chǎn)量突破，是油氣勘探領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。然而前人對(duì)于風(fēng)化殼儲(chǔ)層的研究往往聚焦于裂縫評(píng)價(jià)，對(duì)于二次埋藏深度交代的古風(fēng)化殼型儲(chǔ)層的特點(diǎn)仍不明確，包括溶蝕作用在內(nèi)的埋藏期成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響研究有待深入[2-3]。近二十年來(lái)，在中國(guó)東部渤海灣盆地的渤中、濟(jì)陽(yáng)等坳陷中，都有風(fēng)化殼儲(chǔ)層被鉆遇，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷的埕島-樁海地區(qū)，勝利油田獲得了一定的油氣產(chǎn)能[4-6]。但是，由于對(duì)儲(chǔ)層成儲(chǔ)機(jī)理的研究尚不透徹，進(jìn)一步的勘探受到制約。為此，以該地區(qū)為例，結(jié)合薄片觀察和測(cè)、錄井與物性資料，識(shí)別儲(chǔ)層巖性，研究?jī)?chǔ)層成巖作用和物性的關(guān)系，討論儲(chǔ)層質(zhì)量控制因素，以期達(dá)到指導(dǎo)二次深埋型復(fù)雜巖性風(fēng)化殼儲(chǔ)層油氣勘探、提高甜點(diǎn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的目的。

1 地質(zhì)背景

渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷是在華北古生代地臺(tái)基礎(chǔ)上發(fā)育而成的一個(gè)中、新生代疊合盆地，中生代盆地已經(jīng)被完全肢解，現(xiàn)今僅有殘留地層保留[7]。埕島-樁海地區(qū)位于現(xiàn)今渤海灣南部的極淺海-淺海海域，構(gòu)造上處于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷的東北部，是埕島、樁西及長(zhǎng)堤三個(gè)潛山構(gòu)造帶的結(jié)合部位[8](圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及井位分布圖Fig.1 Location and well location distribution map of the study area

研究區(qū)的前期鉆探對(duì)中生界各組地層都有揭示，中生界缺失三疊紀(jì)地層，自下而上發(fā)育侏羅系坊子組、三臺(tái)組和白堊系蒙陰組、西洼組，組間發(fā)育不整合[9]。不同期次的構(gòu)造活動(dòng)在平面上形成了相互切割的“網(wǎng)格化”的特征，通過(guò)測(cè)錄井資料對(duì)中生界頂面巖相進(jìn)行繪制[圖2(a)]；在剖面上斷層間相互切割，相同組段現(xiàn)今埋深差異大[10-12][圖2(b)、圖2(c)]。

研究表明，盆地演化過(guò)程中發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)[12]，不同構(gòu)造部位的埋藏史存在差異，地層抬升剝蝕導(dǎo)致多期風(fēng)化殼大面積發(fā)育，儲(chǔ)層受到大氣淡水、有機(jī)酸等多種成巖流體影響。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

埕島-樁海地區(qū)的巖心和薄片觀察結(jié)果表明，中生界儲(chǔ)層既有火山巖和火山碎屑巖，也有陸源碎屑巖。統(tǒng)計(jì)埕島-樁海地區(qū)巖屑錄井?dāng)?shù)據(jù)42口(共計(jì)11 838.2 m)，巖心觀察10口井(共計(jì)119 m)，根據(jù)不同巖性厚度占比繪制錄井、巖心占比餅狀圖。研究區(qū)中生界巖性以碎屑巖為主，碎屑巖以砂巖和泥巖為主(圖3)。

藍(lán)色虛線為剖面位置；黃色區(qū)域?yàn)橛欣麅?chǔ)層發(fā)育位置圖2 埕島-樁海地區(qū)中生界頂部巖相圖及東西向地層剖面圖Fig.2 Lithofacies of the top of Mesozoic and two east-west stratigraphic profiles of Chengdao-Zhuanghai area

圖3 埕島-樁海地區(qū)中生界錄井和巖心巖性統(tǒng)計(jì)餅狀圖Fig.3 Pie chart of Mesozoic logging and core lithology statistics in Chengdao-Zhuanghai area

埕島地區(qū)錄井結(jié)果表明，泥巖占比最高(46.9%)、砂巖次之(41.4%)；埕島地區(qū)火成巖以凝灰?guī)r為主，安山巖僅占2%；坊子組有煤層發(fā)育[圖3(a)]。樁海地區(qū)砂巖占比最高(53.8%)，泥巖次之(29.3%)；火山熔巖占比達(dá)到10.29%，區(qū)內(nèi)發(fā)育多個(gè)由火山巖、次火山巖和火山碎屑巖組成的火山機(jī)構(gòu)[圖3(b)]。

基于取心井的巖性統(tǒng)計(jì)餅狀圖反映了與巖屑錄井統(tǒng)計(jì)相似的特征，由于取心段往往是含油氣性較好或巖性特殊的重點(diǎn)段，因此巖心觀察所得到的巖性統(tǒng)計(jì)結(jié)果較錄井的粒度更粗，火成巖和泥巖的相對(duì)占比更低。埕島地區(qū)的巖心以砂巖為主(84.8%)，可見(jiàn)少量凝灰?guī)r(2.3%)[圖3(c)]。樁海地區(qū)巖系中以砂巖為主(65.2%)，火山熔巖和火山碎屑巖占比和錄井類(lèi)似，巖心中未見(jiàn)次火山巖[圖3(d)]。

研究區(qū)碎屑巖的巖心中可見(jiàn)明顯的楔狀和波狀交錯(cuò)層理，反映了沉積過(guò)程中較強(qiáng)的水動(dòng)力特征[圖4(a)、圖4(b)]，發(fā)育于辮狀河三角洲前緣和平原亞相。碎屑巖分選較好，以細(xì)砂巖和粉砂巖為主。鏡下照片顯示，碎屑巖壓實(shí)作用較強(qiáng)，石英顆粒發(fā)生破裂，部分顆粒間呈線接觸-凹凸接觸[圖4(c)]。膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層原始孔隙空間產(chǎn)生了較大破壞，殘余粒間孔、顆粒碎裂縫和溶蝕孔中都可以看到自生方解石充填，這表明至少存在兩期膠結(jié)物，分別形成于早成巖和中成巖階段。在茜素紅染色的條件下，方解石顏色為紫紅色，表明方解石中含有少量的鐵元素[圖4(c)、圖4(d)]。在埕島地區(qū)，方解石在埋藏過(guò)程中發(fā)生白云石化，白云石自形程度高[圖4(d)]；白云石化的物質(zhì)來(lái)源與長(zhǎng)石、火山物質(zhì)蝕變以及黏土礦物轉(zhuǎn)化有關(guān)[13]。由此可見(jiàn)，壓實(shí)和膠結(jié)作用(碳酸鹽膠結(jié))是研究區(qū)主要減孔成巖作用，溶蝕作用是研究區(qū)主要增孔成巖作用，交代作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度無(wú)明顯的直接影響。

(-)表示單偏光下圖4 埕島-樁海地區(qū)中生界不同巖性?xún)?chǔ)層典型照片F(xiàn)ig.4 Typical photos of reservoir in Chengdao-Zhuanghai area with different lithology

研究區(qū)的鄰近地區(qū)同組段火成巖的研究表明，火成巖儲(chǔ)層的成巖和孔隙演化受到中新生代疊合盆地構(gòu)造演化的控制[14]。研究區(qū)火成巖主要發(fā)育于老30井附近地區(qū)，包括火山碎屑巖和安山巖，中生界頂部西洼組是主要發(fā)育層段。巖心中的火山碎屑巖以火山角礫巖為主，構(gòu)造裂縫和溶蝕縫發(fā)育；由于鄰近不整合面，火山碎屑中的暗色礦物發(fā)生風(fēng)化，鐵質(zhì)物質(zhì)析出，巖心顏色較深且薄片中顆粒整體顯示褐色[圖4(e)、圖4(f)]。安山巖中常見(jiàn)氣孔杏仁構(gòu)造，氣孔直徑由靠近不整合面的熔巖頂部向下變小，氣孔幾乎完全被杏仁體充填[圖4(g)]。杏仁體成分為方沸石、方解石等，方沸石是火山巖早成巖期常見(jiàn)自生礦物，正交偏光下全消光，火山物質(zhì)的蝕變?yōu)槠涮峁┪镔|(zhì)基礎(chǔ)[15-16]。研究區(qū)氣孔中發(fā)育兩期方沸石，從氣孔邊緣向內(nèi)生長(zhǎng)，兩期膠結(jié)物間存在晶間縫；后期方沸石自形程度更高，礦物晶體呈三八面體狀(紅色箭頭所指位置)[圖4(h)]。埋深較大的致密安山巖中可見(jiàn)玻晶交織結(jié)構(gòu)，裂縫發(fā)育但是被后期方解石充填[圖4(i)]。膠結(jié)作用對(duì)火成巖儲(chǔ)層薄片的面孔率也產(chǎn)生了較大的破壞。

3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)研究區(qū)12口井的48個(gè)鑄體薄片觀察鑒定，將孔隙類(lèi)型分為7類(lèi)，分別為：原生孔(碎屑巖中以殘余粒間孔為主，火成巖以殘余氣孔為主)，斑晶/粒內(nèi)溶孔，基質(zhì)/粒間溶孔，風(fēng)化縫，溶蝕縫，構(gòu)造縫和其他裂縫。整體而言，埕島-樁海地區(qū)以碎屑巖為有利儲(chǔ)層，以次生溶蝕孔-縫為主要儲(chǔ)集空間，次生溶蝕孔在儲(chǔ)層中分布廣泛。

火山巖中的原生孔隙為殘余氣孔，發(fā)育于溢流相上部亞相的安山巖中[圖4(h)]，分布受到巖相控制，在老河口地區(qū)的西洼組安山巖中較為常見(jiàn)。在碎屑巖風(fēng)化殼的溶蝕淋濾帶，由于受到大氣淡水的改造較強(qiáng)，次生孔隙大量發(fā)育[17]。研究區(qū)碎屑巖埋深較大，壓實(shí)作用較強(qiáng)，儲(chǔ)層中原生孔隙僅表現(xiàn)為壓實(shí)、膠結(jié)殘余粒間孔[圖5(a)]，并且對(duì)現(xiàn)今面孔率的貢獻(xiàn)較小。但是次生溶孔大量發(fā)育，是碎屑巖儲(chǔ)層最主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，在鏡下表現(xiàn)為粒內(nèi)和粒間溶孔[圖5(a)～圖5(d)]。粒間溶孔發(fā)育于顆粒邊緣，對(duì)殘余原生孔隙有擴(kuò)大作用，改善了儲(chǔ)層物性[圖5(a)]。粒內(nèi)溶孔沿長(zhǎng)石解理縫發(fā)育[圖5(b)]，在酸性流體較為充足的開(kāi)放性成巖環(huán)境，粒內(nèi)溶孔逐步溶蝕擴(kuò)大為鑄?？譡圖5(c)、圖5(d)]。在不同巖性?xún)?chǔ)層中均有裂縫發(fā)育[圖4(i)、圖5(e)、圖5(f)]，部分構(gòu)造縫被方解石充填[圖4(i)]，溶蝕縫對(duì)面孔率有一定的擴(kuò)大作用[圖5(e)、圖5(f)]。

圖5 埕島-樁海地區(qū)中生界主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型典型照片F(xiàn)ig.5 Typical photos of main reservoir space types of Mesozoic in Chengdao-Zhuanghai area

埕島地區(qū)中生界以碎屑巖儲(chǔ)層為主，火山碎屑巖在錄井中的占比不足3%[圖3(a)]。辮狀河三角洲前緣砂巖儲(chǔ)層相對(duì)高孔、高滲，可作為有利儲(chǔ)層。碎屑巖的溶蝕作用強(qiáng)烈，長(zhǎng)石和火山碎屑被大量溶蝕，儲(chǔ)集空間類(lèi)型以粒內(nèi)、粒間溶孔為主，粗砂至細(xì)砂巖中常見(jiàn)鑄?？?，孔徑一般為150～350 μm；常見(jiàn)裂縫，后期充填作用強(qiáng)烈，僅有粒緣溶蝕縫可以作為有效儲(chǔ)集空間，縫寬15～25 μm。該區(qū)砂巖和粉砂巖可以作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層出現(xiàn)，細(xì)砂巖樣品具有最大的平均面孔率，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間組合形式為：粒間溶孔+鑄模溶孔、溶蝕孔縫(圖6)。

圖6 埕島地區(qū)中生界儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.6 The types of Mesozoic reservoir space in Chengdao area

樁海地區(qū)中生界以碎屑巖儲(chǔ)層為主，相對(duì)高孔、高滲。碎屑巖溶蝕作用強(qiáng)烈，粒內(nèi)和粒間溶蝕孔對(duì)面孔率的貢獻(xiàn)超過(guò)50%，鑄?？自诖稚爸良?xì)砂巖的部分井段中大量發(fā)育，孔徑可以達(dá)到150～350 μm；裂縫發(fā)育情況與埕島地區(qū)相似，儲(chǔ)層中常見(jiàn)裂縫但是后期充填作用強(qiáng)烈，僅有粒緣溶蝕縫可以作為有效儲(chǔ)集空間，縫寬15～25 μm。氣孔杏仁狀安山巖在該區(qū)內(nèi)有發(fā)育，集中在老30井附近地區(qū)，其原生孔隙占比超過(guò)60%。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間組合形式為：粒間溶孔+鑄模溶孔、溶蝕孔縫、原生氣孔+粒內(nèi)溶孔(圖7)。

圖7 樁海地區(qū)中生界儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.7 The types of Mesozoic reservoir space in Zhuanghai area

4 儲(chǔ)層物性差異

n為樣品數(shù)量；min為最小值；max為最大值；ave為平均值圖8 埕島地區(qū)中生界儲(chǔ)層孔滲累計(jì)百分比柱狀圖Fig.8 Column chart of cumulative percentage of porosity and permeability of Mesozoic reservoir in Chengdao area

埕島地區(qū)中生界樣品孔隙度集中在4%～6%和18%～22%范圍，平均孔隙度較高(14.6%)，具有雙峰特征；滲透率差異大，低滲儲(chǔ)層樣品占比超過(guò)25%，滲透率大于10 mD的超過(guò)1/2，具有中孔中高滲的特點(diǎn)(圖8)。埕島地區(qū)三臺(tái)組儲(chǔ)層物性明顯優(yōu)于蒙陰組，這與該地區(qū)遭受強(qiáng)烈構(gòu)造抬升，三臺(tái)組風(fēng)化殼儲(chǔ)層經(jīng)歷較強(qiáng)的大氣淡水淋濾和有機(jī)酸溶蝕改造密不可分[圖9(a)、圖9(b)]。埕島地區(qū)物性測(cè)試樣品巖性均為含礫砂巖，樣品的平均物性較好[圖9(c)、圖9(d)]。埕島地區(qū)樣品含油性好，油浸樣品具有高孔高滲的特征[圖9(e)、圖9(f)]。

n為樣品數(shù)量圖9 埕島地區(qū)中生界儲(chǔ)層孔滲箱形圖Fig.9 Porosity and permeability box diagram of Mesozoic reservoir in Chengdao area

n為樣品數(shù)量；min為最小值；max為最大值；ave為平均值圖10 樁海地區(qū)中生界儲(chǔ)層孔滲累計(jì)百分比柱狀圖Fig.10 Column chart of cumulative percentage of porosity and permeability of Mesozoic reservoir in Zhuanghai area

n為樣品數(shù)量圖11 樁海地區(qū)中生界孔滲箱型圖Fig.11 Porosity and permeability box diagram of Mesozoic reservoir in Zhuanghai area

樁海地區(qū)樣品孔隙度主要集中在10%～18%，平均孔隙度中等(11.8%)；滲透率具有兩極分化的特點(diǎn)，滲透率小于1 mD和大于10 mD的樣品分別接近40%，以0.4～0.63和10～15.85 mD兩個(gè)范圍內(nèi)的樣品較多，滲透率中值為6.1 mD，整體具有中孔中滲的特點(diǎn)(圖10)。樁海地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，中生界埋藏深度差異大，多數(shù)井中西洼組缺失，3臺(tái)組直接與上覆新生界不整合接觸，本次研究中能確定分層的樣品來(lái)自三臺(tái)組[圖11(a)、圖11(b)]。樁海地區(qū)巖性復(fù)雜，在碎屑巖儲(chǔ)層中，以細(xì)砂巖和粗砂巖儲(chǔ)層物性較好，含礫砂巖孔隙度較低而平均滲透率高，雜砂巖儲(chǔ)層物性較差[圖11(c)、圖11(d)]。對(duì)比不同含油級(jí)別樣品的儲(chǔ)層物性特征發(fā)現(xiàn)，含油程度高低和物性好壞關(guān)系不明顯，可能受油源控制。油跡樣品的儲(chǔ)層物性最佳，油浸樣品次之[圖11(e)、圖11(f)]。

5 儲(chǔ)層質(zhì)量控制因素討論

埕島-樁海地區(qū)中生界儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層主體埋藏深度大(2 700～3 700 m)，不同巖性?xún)?chǔ)層初始孔隙度、現(xiàn)今孔隙度存在較大差異。砂巖樣品的初始孔隙度φ可通過(guò)粒度和分選系數(shù)，應(yīng)用Sneider圖版進(jìn)行估算或通過(guò)式(1)計(jì)算[18]。

φ=20.91+22.90/So

(1)

式(1)中：φ為初始孔隙度；So為T(mén)rask分選系數(shù)，為粒度累積曲線25%和75%處的粒徑大小的比值。

研究區(qū)砂巖的初始孔隙度計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 埕島-樁海地區(qū)中生界碎屑巖分選系數(shù)和初始孔隙度計(jì)算Table 1 Calculation of separation coefficient and initial porosity of Mesozoic clastic rock in Chengdao-Zhuanghai area

辮狀河三角洲平原河道砂巖分選較好，初始孔隙度最大(35%以上)，經(jīng)歷成巖演化后現(xiàn)今孔隙度最高(17%)；辮狀河三角洲前緣河道砂巖初始孔隙度次之(33%)，現(xiàn)今平均孔隙度為15%；辮狀河三角洲前緣水道間(含席狀砂、天然堤等)水動(dòng)力弱，沉積粉砂巖和砂巖初始孔隙度在碎屑巖中較低(31%)，儲(chǔ)層成巖改造強(qiáng)烈，現(xiàn)今孔隙度為11%。安山巖原生孔隙度低(15%)，巖石冷凝固結(jié)抗壓實(shí)，現(xiàn)今孔隙度在火山巖中較高(9%)；盡管火山角礫巖(24%)和凝灰?guī)r(19%)初始孔隙度中等，但是巖石抗壓實(shí)能力差，后期成巖改造強(qiáng)烈，現(xiàn)今孔隙度均較低(火山角礫巖8%，凝灰?guī)r6%)，如圖12所示。

圖12 埕島-樁海地區(qū)中生界巖性巖相對(duì)孔隙發(fā)育的控制Fig.12 The controls of lithology on porosity in Mesozoic reservoir,Chengdao-Zhuanghai area

由此可見(jiàn)，基于巖石薄片觀察和巖心孔隙度資料，埕島-樁海地區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層普遍好于火山巖，初始孔隙度受巖性-巖相和沉積微相控制，具有較高初始孔隙度的碎屑巖其現(xiàn)今孔隙度同樣較高。由初始到現(xiàn)今孔隙度的孔隙演化受到成巖作用的控制，壓實(shí)和膠結(jié)作用強(qiáng)度差異決定了相同巖性的儲(chǔ)層質(zhì)量。大氣淡水的淋濾作用對(duì)風(fēng)化殼儲(chǔ)層質(zhì)量也有改善，在距離風(fēng)化殼100 m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層物性有較大提高[19]。

6 結(jié)論

(1)埕島-樁海地區(qū)中生界復(fù)雜巖性潛山儲(chǔ)層以碎屑巖為主，火成巖其次。

(2)碎屑巖中的砂巖是儲(chǔ)層發(fā)育有利巖性，形成于辮狀河三角洲沉積環(huán)境，初始孔隙度平均約為35%。儲(chǔ)層為次生溶蝕型，儲(chǔ)集空間類(lèi)型以溶蝕擴(kuò)大孔和粒內(nèi)溶孔為主。大氣淡水和烴源巖成熟階段的有機(jī)酸溶蝕改造作用強(qiáng)。區(qū)儲(chǔ)層物性較好。

(3)火成巖以溢流相和爆發(fā)相為主，集中發(fā)現(xiàn)于西洼組，火山角礫巖在火山碎屑巖中占比高。儲(chǔ)集空間類(lèi)型為殘余氣孔和溶蝕孔縫，在老河口地區(qū)較為常見(jiàn)。

(4)巖性巖相和沉積相決定復(fù)雜巖性的初始孔隙度，是儲(chǔ)層質(zhì)量的根本控制因素。大氣淡水淋濾和有機(jī)酸溶蝕作用積極改善儲(chǔ)層質(zhì)量；但較強(qiáng)的壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用，充填破壞了原生孔隙和次生孔縫，增強(qiáng)了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。