朱筱敏 張守鵬 韓雪芳 陶文芳

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 北京 102249;2.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營(yíng) 257015;3.中國(guó)海洋石油(中國(guó))有限公司天津分公司勘探開發(fā)研究院 天津 300452)

0 引言

碎屑巖儲(chǔ)層的原始孔隙結(jié)構(gòu)和分布規(guī)律受沉積因素控制，但在埋藏成巖過程中，儲(chǔ)集空間又受到成巖作用的改造。成巖作用是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的主要研究?jī)?nèi)容，這是因?yàn)槁癫睾蟮乃樾紟r儲(chǔ)層必然經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的成巖演化過程，而演化過程決定了儲(chǔ)層質(zhì)量。20世紀(jì)70 ～90年代，Schmidt和 McDonald［1］提出了砂巖次生孔隙的基本成因類型、結(jié)構(gòu)系列、識(shí)別標(biāo)志和成巖模式;Surdam等學(xué)者［2］研究?jī)?chǔ)層流—巖作用，強(qiáng)調(diào)有機(jī)地化過程(如有機(jī)質(zhì)成熟史)與無機(jī)地化過程(如礦物的溶解、沉淀、蝕變過程)之間的成因聯(lián)系和統(tǒng)一性。近期，人們?cè)诔练e儲(chǔ)層研究中，注重干酪根與有機(jī)—無機(jī)作用之間關(guān)系、儲(chǔ)層地球化學(xué)、砂泥巖互層狀態(tài)與溶蝕孔隙形成機(jī)理、超壓與溶蝕作用和孔隙保存、構(gòu)造擠壓作用、膏鹽厚度對(duì)形成有利儲(chǔ)層的影響、定量成巖相、不同沉積盆地和沉積序列的成巖層序地層學(xué)、不同地質(zhì)背景和油氣成藏條件的有效儲(chǔ)層下限值、儲(chǔ)層參數(shù)定量化表征和多史耦合預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層的綜合研究并取得了顯著進(jìn)展［3～9］。

陸相斷陷湖盆地質(zhì)條件和砂體分布規(guī)律復(fù)雜，碎屑巖儲(chǔ)層的研究難度較大。上世紀(jì)80年代以前，中國(guó)石化勝利油田在儲(chǔ)層研究方面以尋找有利儲(chǔ)、蓋組合和有利儲(chǔ)層發(fā)育部位為主要目的。90年代前后，開始加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)層成巖作用的研究，以求更深層次地探究?jī)?chǔ)層的成因和分布規(guī)律［10～12］。近年來，在濟(jì)陽(yáng)坳陷巖性地層圈閉的勘探已成為主要工作過程中［13］，儲(chǔ)層成巖作用對(duì)巖性地層圈閉的形成產(chǎn)生重要影響［14，15］，并發(fā)現(xiàn)濟(jì)陽(yáng)坳陷不同凹陷成巖作用和孔隙演化存在差異性，但這些儲(chǔ)層成巖作用和儲(chǔ)層質(zhì)量差異性是受什么因素影響的?在不同地質(zhì)條件下或不同區(qū)帶，成巖作用差異性對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量有什么重要影響?不同地質(zhì)事件(如沉積過程、有機(jī)質(zhì)演化、烴類活動(dòng)、流巖反應(yīng)、構(gòu)造活動(dòng)等)的成巖作用機(jī)制，及其在儲(chǔ)集巖孔隙保存和改造中的重要作用等問題不僅影響油氣勘探實(shí)踐，而且明確這些問題對(duì)于研究斷陷湖盆碎屑巖儲(chǔ)層形成機(jī)理具有重要意義。

近期，濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組已成為主要的油氣勘探開發(fā)對(duì)象，儲(chǔ)層質(zhì)量的非均質(zhì)性影響了油氣精細(xì)勘探開發(fā)。故本文通過分析97口取心井、1 100余塊薄片、8 600余塊儲(chǔ)層樣品分析資料，研究了濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶重點(diǎn)地區(qū)沙河街組儲(chǔ)層的差異性(參見圖2)，即東營(yíng)凹陷北部陡坡帶利88井區(qū)近岸水下扇砂礫巖體、沾化凹陷北部陡坡帶義170井區(qū)扇三角洲砂巖體、車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶車66井區(qū)近岸水下扇砂礫巖體、惠民凹陷北部陡坡帶基山三角洲砂巖體的巖石類型、儲(chǔ)層成巖作用、儲(chǔ)層成巖演化、儲(chǔ)層孔隙類型、儲(chǔ)層質(zhì)量的差異性，分析了四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組有利儲(chǔ)層形成機(jī)理和分布規(guī)律，為進(jìn)一步在陡坡帶進(jìn)行油氣精細(xì)勘探和開發(fā)提供了儲(chǔ)層地質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Tectonic unit division of Jiyang sag

1 地質(zhì)背景

濟(jì)陽(yáng)坳陷是我國(guó)東部裂谷盆地勘探程度較高的中、新生代典型斷陷盆地，面積29 000 km2。濟(jì)陽(yáng)坳陷具有隆—凹相間的構(gòu)造格局，主要沉積凹陷包括東營(yíng)、沾化、惠民、車鎮(zhèn)凹陷等四個(gè)分割性較強(qiáng)的沉積凹陷(圖1)。濟(jì)陽(yáng)坳陷經(jīng)歷了三個(gè)構(gòu)造發(fā)展階段:中生代“斷陷”發(fā)展階段、古近紀(jì)“斷坳”發(fā)展階段、新近紀(jì)至第四紀(jì)“坳陷”發(fā)展階段。本文研究地層為古近系沙河街組，處于盆地“斷坳”演化階段，盆地具有明顯的不對(duì)稱“箕狀”特征。

濟(jì)陽(yáng)坳陷充填地層巨厚，包括寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及其第四系。其中古近系十分發(fā)育，沉積厚度超過7 000 m。沙河街組下部地層沙四段整合或假整合于孔店組之上，主要巖性為棕紅色泥巖、白云質(zhì)砂巖和硬石膏質(zhì)泥巖。沙三段與其下伏沙四段和上覆沙二段為整合或假整合接觸。沙三段及沙二段為(扇)三角洲、近岸水下扇、湖泊沉積廣泛發(fā)育時(shí)期，主要巖性為深湖油頁(yè)巖、近岸水下扇和扇三角洲等多種成因的砂礫巖。上部沙一段主要巖性為油頁(yè)巖和泥云巖、灘壩砂巖以及生物碎屑碳酸鹽巖。

濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組沉積時(shí)期多凹共生、凹凸相間的構(gòu)造格局決定了盆地具有物源方向多、沉積類型多、沉積面貌復(fù)雜的特點(diǎn)。牽引流和重力流等多種類型的沉積作用形成了多種類型的儲(chǔ)集砂體。濟(jì)陽(yáng)坳陷不同凹陷北部陡坡帶沙河街組主要發(fā)育了三角洲、扇三角洲、近岸水下扇等沉積成因的儲(chǔ)集體(圖2)，主要巖石類型包括礫巖、含礫砂巖、中粗砂巖、細(xì)砂巖及粉砂巖等，經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖變化，造成儲(chǔ)層質(zhì)量存在明顯差異。

2 儲(chǔ)層物性及質(zhì)量差異性分析

2.1 儲(chǔ)層孔隙度差異性分析

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組沉積時(shí)期，四個(gè)主要凹陷發(fā)育了不同沉積成因類型的砂礫巖體(圖2)。由于原始沉積水動(dòng)力和儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用不同，形成了具有不同儲(chǔ)層物性的儲(chǔ)層?？偟膩碚f，從惠民凹陷北部三角洲粉細(xì)砂巖體→車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂巖體→東營(yíng)凹陷北部近岸水下扇砂礫巖體→沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體，孔隙度越來越低(表1)。

惠民凹陷北部沙河街組三角洲粉細(xì)砂巖孔隙度為2.6% ～27.3%，平均為16.45%，主要集中在15%～25%;車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂巖體孔隙度可達(dá)28.9%，平均孔隙度15.53%，與惠民凹陷北部沙河街組有類似的特征，均以中孔儲(chǔ)層為主，低孔、特低孔儲(chǔ)層次之，少量達(dá)到高孔儲(chǔ)層標(biāo)準(zhǔn)。東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂礫巖最大孔隙度為25.1%，大部分孔隙度小于10%，平均為10.53%，以特低孔儲(chǔ)層為主，低孔、中孔儲(chǔ)層次之。沾化凹陷北部沙河街組扇三角洲砂礫巖孔隙度可達(dá)23%，平均孔隙度為9.74%，大部分樣品孔隙度小于10%，以特低孔儲(chǔ)層為主，中孔儲(chǔ)層次之，部分為低孔儲(chǔ)層(表1)。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組沙三上沉積體系分布圖(方框?yàn)?個(gè)研究區(qū))Fig.2 The sedimentary facies distribution of upper Es33in Jiyang sag

2.2 儲(chǔ)層滲透率差異性分析

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)主要凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層的滲透率也存在差異性?？偟膩碚f，從沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體→車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂巖體→惠民凹陷北部基山三角洲粉細(xì)砂巖體→東營(yíng)凹陷北部近岸水下扇砂礫巖體，滲透率越來越低。這種變化規(guī)律與孔隙度的空間變化規(guī)律存在差異(表1)。

沾化凹陷北部沙河街組扇三角洲砂礫巖體滲透率最高，處于 0.129×10-3μm2到 1 853.457×10-3μm2之間，平均滲透率可達(dá) 61.34 ×10-3μm2;大部分樣品的儲(chǔ)層滲透率小于100×10-3μm2;部分儲(chǔ)層滲透率在100 ×10-3μm2到2 000 ×10-3μm2之間，達(dá)到中高滲儲(chǔ)層的標(biāo)準(zhǔn)。東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷沙河街組不同沉積砂體滲透率較為相似，多小于10×10-3μm2，儲(chǔ)層以特低滲儲(chǔ)層為主，少部分為中滲、高滲儲(chǔ)層。車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂巖體平均滲透率為48.71×10-3μm2，最小滲透率為0.012×10-3μm2，最大1 822.535 ×10-3μm2?；菝癜枷荼辈可澈咏纸M三角洲粉細(xì)砂巖體平均滲透率為26.02×10-3μm2，最大滲透率可達(dá) 1 084 × 10-3μm2;東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂礫巖體的滲透率處于0.007 ×10-3μm2到 1 864.363 ×10-3μm2之間，平均為15.5 ×10-3μm2，滲透率低(表1)。

表1 濟(jì)陽(yáng)坳鋼灰色、黑色錳礦石，主要金屬礦巖演化特征差異Table 1 Differences in petrologic characteristics and reservoir diagenetic evolution of Shahejie Fm.in different depressions of Jiyang sag

表2 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層成巖差異Table 2 Diagenetic difference of clastic reservoir in Shahejie Fm.of the four depressions in Jiyang sag

綜合考慮濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部沙河街組不同成因儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的分布情況，發(fā)現(xiàn)四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組不同沉積成因儲(chǔ)層均以特低孔、特低滲儲(chǔ)層(有時(shí)為低孔、低滲儲(chǔ)層)為主，除東營(yíng)凹陷沙河街組近岸水下扇砂礫巖體外，其他三個(gè)凹陷沙河街組還存在中高孔、中高滲儲(chǔ)層。為什么濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)不同凹陷北部陡坡帶沙河街組砂礫巖體儲(chǔ)層質(zhì)量存在明顯差異，其一方面與原始沉積水動(dòng)力強(qiáng)弱及其沉積巖性(粒度和雜基)有關(guān)，另一方面儲(chǔ)層質(zhì)量受后期成巖作用和構(gòu)造活動(dòng)等因素控制。顯然，儲(chǔ)層質(zhì)量存在明顯差異的原因主要包括沉積、成巖和構(gòu)造等三方面的因素。

3 不同成因類型儲(chǔ)層成巖演化差異性分析

濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷北部近岸水下扇(利88井區(qū))、惠民凹陷北部三角洲(基山砂體)、沾化凹陷北部扇三角洲(義170井區(qū))、車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇(車66井區(qū))沉積物類型及組成均存在差異。在埋藏成巖演化過程中，均經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶解和交代等成巖作用，在成巖強(qiáng)度隨著埋深不斷增加、孔隙度減少、Ro值增加、伊/蒙混層比呈對(duì)數(shù)下降、高嶺石含量下降、伊利石含量增加等方面表現(xiàn)出了相似性，但受沉積物類型及組成、埋藏速率、古地溫變化、斷裂作用等基本地質(zhì)因素差異的影響，不同沉積成因的碎屑巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用、成巖演化和物性發(fā)育特征具有差異性(表2)，形成了具有不同物性特征的儲(chǔ)層。

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層特征總體來說表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

3.1 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層孔隙度在同一成巖階段大致相近，隨深度增加而減小

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組埋藏史曲線Fig.3 Burial history curves of Shahejie Fm.of the four depressions in Jiyang sag

東營(yíng)凹陷和沾化凹陷北部陡坡帶沙河街組各成巖階段儲(chǔ)層孔隙度呈明顯階梯狀下降，孔隙度階梯下降幅度為5%，而惠民凹陷和車鎮(zhèn)凹陷則表現(xiàn)為漸變(參見圖6)，這是由于盆地沉降過程不同造成的。通過研究東營(yíng)凹陷利津洼陷、惠民凹陷基山地區(qū)、沾化凹陷渤南洼陷和車鎮(zhèn)凹陷車西地區(qū)的地層埋藏史，發(fā)現(xiàn)各凹陷地層埋藏史總體均呈三段式:始新世—漸新世處于沉降階段，然后是抬升剝蝕，中新世以來發(fā)生沉降(圖3)。但是東營(yíng)凹陷利津洼陷和沾化凹陷渤南洼陷遭受的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，沉降幅度和抬升幅度均較惠民凹陷和車鎮(zhèn)凹陷大，從而造成各凹陷孔隙度演化特征的差異。

3.2 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層均存在一個(gè)明顯的伊/蒙混層比迅速下降界面

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層的伊/蒙混層比值由20% ～70%突變?yōu)?0%。對(duì)應(yīng)的Ro值在東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷為0.4%，對(duì)應(yīng)深度主要為2 400 m;而在沾化凹陷對(duì)應(yīng)的Ro值為0.5%，對(duì)應(yīng)深度為3 100 m。這種現(xiàn)象表明，蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化在各凹陷均存在突變面，該界面之上，蒙脫石與伊利石含量均等，而在該界面之下，蒙脫石大部分(80%)轉(zhuǎn)換為伊利石。該界面在各凹陷中可作為相同成巖強(qiáng)度的標(biāo)志面，其上、下地層成巖特征具有比較明顯的差異性，參考成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定該界面為中成巖A期的頂部界面。

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部沙河街組黏土礦物中高嶺石均出現(xiàn)在Ro=0.4% ～0.5%之間，隨著埋深和Ro值增加，高嶺石含量減少，反映高嶺石的富集與有機(jī)質(zhì)的演化有密切關(guān)系，高嶺石主要出現(xiàn)在相對(duì)淺埋的成巖深度和偏酸性的成巖環(huán)境。

3.3 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層進(jìn)入中成巖階段的深度存在差異

東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組儲(chǔ)層達(dá)到相同成巖強(qiáng)度(階段)的深度相近，Ro值也相近，而沾化凹陷深度較大，Ro值相應(yīng)增加。比如中成巖階段A期頂界深度在東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷均為2 400 m左右，Ro值對(duì)應(yīng)為0.4%，而沾化凹陷中成巖階段A期頂界深度則為3 100 m，兩者相差700 m左右，Ro值為0.5%(表1)。分析其原因，可能是沾化凹陷沉降較快，導(dǎo)致在相同埋深的情況下，雖然有機(jī)質(zhì)成熟度相近(東營(yíng)、惠民、沾化和車鎮(zhèn)凹陷古地溫梯度分別為 3.47℃ /100 m、3.56℃ /100 m、3.7℃ /100 m 和3.7℃/100 m，相差不大)，但因?yàn)槠涑蓭r時(shí)間較短，導(dǎo)致成巖強(qiáng)度較弱。

3.4 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物富集深度不同

在東營(yíng)、車鎮(zhèn)和惠民凹陷北部陡坡帶，處于中成巖階段A期的沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層碳酸鹽含量最高(埋深2 400～3 000 m左右)，方解石和白云石含量在埋深變淺、變深的儲(chǔ)層中含量均明顯變少，表明方解石和白云石膠結(jié)作用在東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷中成巖A期表現(xiàn)明顯，而在其上的早成巖B期以壓實(shí)作用為主，在其下的中成巖B期遭受了比較強(qiáng)烈的溶蝕作用(圖4、表2)。

與東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷相同，沾化凹陷白云石膠結(jié)作用表現(xiàn)出相似的特點(diǎn)，但方解石膠結(jié)作用在早成巖B期即達(dá)到最強(qiáng)(埋深2 600～2 800 m)，此后的中成巖亞期則主要以溶蝕作用為主(圖4，表2)。

3.5 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層次生孔隙成因不同

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組沙三、沙四段碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度演化Fig.4 Porosity evolution of clastic reservoir of Sha-3 and Sha-4 member of Shahejie Fm.of the four depressions in Jiyang sag

東營(yíng)凹陷北部沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層中次生孔隙的形成主要與碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕有關(guān)，而惠民、沾化和車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組儲(chǔ)層以長(zhǎng)石溶蝕為主，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕次之(表1)。濟(jì)陽(yáng)坳陷中不同凹陷陡坡帶沙河街組次生孔隙的形成主要與烴源巖成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸有關(guān)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自由能大小，有機(jī)酸優(yōu)先溶蝕的是長(zhǎng)石，其中以斜長(zhǎng)石中的鈣長(zhǎng)石最早被溶蝕，因其反應(yīng)自由能最低(△G=-154.49 kJ/mol);其次是鉀長(zhǎng)石，△G=-17.92 kJ/mol;然后是有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕(反應(yīng)自由能△G=46.89 kJ/mol)［9］。故濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組砂礫巖儲(chǔ)層中以長(zhǎng)石溶蝕為主，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕次之，僅東營(yíng)凹陷碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕較強(qiáng)。

3.6 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育深度有異

東營(yíng)、惠民和車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層次生孔隙的發(fā)育深度較淺(2 000～2 200 m左右)，而沾化凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層次生孔隙的發(fā)育深度較深(2 800 m左右)(表2)。在盆地演化過程中，濟(jì)陽(yáng)坳陷沉降中心是不斷遷移的，孔店組—沙四段沉積時(shí)期，沉降中心位于西部的惠民凹陷;到沙三—沙二段沉積時(shí)期，遷移至東營(yíng)凹陷;到沙一段—東營(yíng)組時(shí)期，遷移至沾化凹陷;館陶—明化鎮(zhèn)組時(shí)遷移到車鎮(zhèn)凹陷［9］。這一遷移過程決定了惠民凹陷的烴源巖成熟時(shí)間及酸性流體排出時(shí)間最早，沾化和車鎮(zhèn)凹陷最晚。故惠民和東營(yíng)凹陷儲(chǔ)層次生孔隙形成時(shí)間較早，深度較淺，為1 800～2 000 m左右，車鎮(zhèn)凹陷儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育深度為2 200 m左右，沾化凹陷沙河街組儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育深度大于2 800 m。

4 儲(chǔ)層質(zhì)量控制因素分析

砂巖儲(chǔ)層質(zhì)量常常受多種地質(zhì)因素控制，如沉積條件(即顆粒成分、粒度、分選、磨圓、顆粒間雜基含量、巖相類型等)、成巖條件(如壓實(shí)、膠結(jié)、溶解和交代等作用)以及構(gòu)造作用等。然而在這些沉積和成巖因素之間又存在一些相互影響，比如壓實(shí)作用的強(qiáng)弱除了受埋藏深度影響外，還與巖石顆粒的成分、粒度和膠結(jié)物類型有關(guān)。巖石含塑性顆粒(如泥巖巖屑)越多、粒度越細(xì)，壓實(shí)作用越強(qiáng)，反映巖相對(duì)成巖過程的控制。同樣，溶蝕作用除了與地下水介質(zhì)的溶蝕能力和活躍程度有關(guān)以外，還與巖石本身所含易溶組分(如碳酸鹽、硫酸鹽組分)的多少以及巖石所處的成巖演化階段、孔隙連通性、地層溫度、烴類注入狀況、盆地沉降方式、裂縫、斷層、不整合面發(fā)育狀況等有關(guān)。因此，砂巖儲(chǔ)層物性的影響因素是非常復(fù)雜的。

4.1 沉積條件對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響

圖5 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷近岸水下扇與(扇)三角洲沉積Fig.5 Nearshore subaqueous fan and(fan)delta of the four depressions in Jiyang sag

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組沉積時(shí)期，東營(yíng)凹陷北部利津洼陷利88井區(qū)發(fā)育近岸水下扇砂礫巖體，惠民凹陷北部基山地區(qū)主要發(fā)育三角洲砂巖體，沾化凹陷北部渤南洼陷義170井區(qū)發(fā)育扇三角洲砂礫巖體，車鎮(zhèn)凹陷北部車西地區(qū)車66井區(qū)發(fā)育近岸水下扇砂巖體(圖2，5)。四個(gè)凹陷北部陡坡帶不同沉積體系的沉積巖石學(xué)特征和成巖作用的顯著差異，導(dǎo)致了儲(chǔ)層特征及其物性具有差異性(表1)。受沉積物源和沉積體系類型差異影響，惠民凹陷北部基山三角洲巖石組成相對(duì)單一，粒度偏細(xì)，主要為細(xì)砂巖和粉砂巖，成分成熟度較高，石英和長(zhǎng)石含量近80%，巖屑含量相對(duì)低，在20%左右。東營(yíng)凹陷北部近岸水下扇砂礫巖體的成分成熟度低，石英、長(zhǎng)石含量低(65%左右)，巖屑含量最高，可達(dá)30%以上。沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體和車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂巖體巖礦組成相似，成分成熟度中等，石英、長(zhǎng)石含量75%左右，巖屑含量在23% ～25%之間(表1)。濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)主要凹陷北部沙河街組不同沉積體系儲(chǔ)層中泥質(zhì)雜基含量與碳酸鹽膠結(jié)物的含量相差不大。東營(yíng)凹陷北部近岸水下扇砂礫巖體中泥質(zhì)雜基含量較高，可達(dá)到9%以上;沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體中泥質(zhì)雜基含量較低，只有6.5%左右;惠民凹陷北部三角洲粉細(xì)砂巖體、車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂巖體中泥質(zhì)雜基含量在7% ～8%之間(表1)。

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層質(zhì)量存在差異(表1，表2)。在埋深大致相同情況下，濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層的孔隙度隨沉積物成分和結(jié)構(gòu)成熟度增加，其孔隙度明顯好轉(zhuǎn)。在中成巖A期，成分和結(jié)構(gòu)成熟度較低的沾化凹陷扇三角洲砂礫巖體和東營(yíng)凹陷近岸水下扇砂礫巖體，孔隙度較低(＜10%);而成分和結(jié)構(gòu)成熟度較高的車鎮(zhèn)凹陷沙河街組近岸水下扇砂巖體和惠民凹陷三角洲粉細(xì)砂巖體，孔隙度較高(15% ～25%)。泥質(zhì)雜基含量對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量有控制作用。以東營(yíng)凹陷沙河街組近岸水下扇儲(chǔ)層為例，當(dāng)泥質(zhì)雜基含量大于10%時(shí)，孔隙度、滲透率明顯降低，孔隙度在15%以下，滲透率不超過10×10-3μm2。對(duì)于不同沉積體系，隨著泥質(zhì)雜基含量的升高，孔隙度也呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。從惠民凹陷→車鎮(zhèn)凹陷→東營(yíng)凹陷，隨著沙河街組儲(chǔ)層泥質(zhì)雜基含量的升高，孔隙度不斷降低(圖6)。

圖6 濟(jì)陽(yáng)坳陷不同凹陷沙河街組儲(chǔ)層泥質(zhì)雜基含量與孔隙度關(guān)系圖Fig.6 Relationship between reservoir matrix content and porosity of Shahejie Fm.of different depressions in Jiyang sag

4.2 壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)主要凹陷北部沙河街組儲(chǔ)層目前處于中成巖階段，埋深主要處于2 000～3 200 m(表1)，巖石呈固結(jié)狀態(tài)，顆粒之間的接觸關(guān)系主要為點(diǎn)—線或線狀接觸，壓實(shí)程度較強(qiáng)。東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂礫巖體顆粒之間表現(xiàn)為線—點(diǎn)、點(diǎn)—線接觸，以及少量凹凸接觸;惠民凹陷北部三角洲粉細(xì)砂巖體以點(diǎn)接觸為主，壓實(shí)作用相對(duì)較弱，點(diǎn)—線、線—點(diǎn)接觸次之，隨著埋藏深度的增加，也出現(xiàn)了線接觸;沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體中大部分巖石顆粒之間為點(diǎn)—線接觸;車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂巖體以點(diǎn)—線接觸為主，線狀、線—點(diǎn)接觸次之，表現(xiàn)出較強(qiáng)的壓實(shí)作用(參見圖9)。

根據(jù)濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組儲(chǔ)層物性與埋深關(guān)系可以看出(圖4)，無論是哪個(gè)凹陷、哪種沉積體系、哪種巖石類型組合，隨著埋藏深度增加，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率都是不斷下降的。早期壓實(shí)作用影響較大(埋深小于1 600 m)，后來隨著膠結(jié)作用的增強(qiáng)，影響逐漸減小。東營(yíng)凹陷利津洼陷沙河街組儲(chǔ)層成巖定量研究表明，利津地區(qū)沙三下—沙四段儲(chǔ)層原始孔隙度為35%，壓實(shí)作用使孔隙度減少20.7%，膠結(jié)作用使孔隙度減少8.94%，后期溶蝕作用使孔隙度增加4.89%?？梢姡蓭r作用對(duì)儲(chǔ)集物性影響最大，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響是絕對(duì)的。

4.3 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組不同沉積儲(chǔ)層多為碳酸鹽膠結(jié)，其次是石英次生加大和自生黏土礦物膠結(jié)。在碳酸鹽膠結(jié)物中，白云石和鐵白云石的膠結(jié)作用要強(qiáng)于方解石和鐵方解石。隨著埋藏深度的增加，白云石和鐵白云石的膠結(jié)作用增強(qiáng)，含量為3%～6%(圖7)。石英次生加大在中成巖階段普遍發(fā)育，增生石英含量可達(dá)0.5% ～1%，隨著埋深增加，石英加大邊的寬度也由窄變寬。在黏土礦物膠結(jié)物中，東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂礫巖體和沾化凹陷北部扇三角洲砂礫巖體中伊利石和伊/蒙混層黏土礦物的膠結(jié)作用相對(duì)較強(qiáng)，高嶺石、綠泥石相對(duì)弱。惠民凹陷北部三角洲粉細(xì)砂巖體則與東營(yíng)、沾化凹陷情況相反，綠泥石和高嶺石的膠結(jié)作用強(qiáng)，伊利石和伊/蒙混層黏土礦物的膠結(jié)作用弱。車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂巖體各種黏土礦物的膠結(jié)作用相差不大，綠泥石的膠結(jié)作用略強(qiáng)一些(表1)。

膠結(jié)物充填孔隙空間使孔隙度減小，從而降低儲(chǔ)層的物性。但是，膠結(jié)作用也能在一定程度上抑制成巖早期壓實(shí)作用的發(fā)生。

從對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組儲(chǔ)層性質(zhì)的影響大小來看，碳酸鹽的膠結(jié)作用最重要，它使儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率大大降低。隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加，物性隨之降低，兩者具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8)。從車鎮(zhèn)凹陷→沾化凹陷→東營(yíng)凹陷→惠民凹陷，碳酸鹽膠結(jié)物含量逐漸增加，孔隙度也呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)(圖8)。對(duì)于同一個(gè)沉積體系，如東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇沉積體系，碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度之間也存在這樣的關(guān)系，當(dāng)碳酸鹽含量小于15%時(shí)，孔隙度可以達(dá)到20%以上;而碳酸鹽含量大于15%時(shí)，儲(chǔ)層質(zhì)量迅速變差，孔隙度大多在10%左右。碳酸鹽膠結(jié)作用越強(qiáng)，物性越差。

圖7 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物含量與深度關(guān)系Fig.7 Relationship between reservoir carbonate cement content and depth of Shahejie Fm.in northern steep slope zone of the four depressions in Jiyang sag

圖8 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度關(guān)系Fig.8 Relationship between reservoir carbonate cement content and porosity of Shahejie Fm.in northern steep slope zone of the four depressions in Jiyang sag

4.4 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響

1 100 余片薄片鏡下觀察表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷沙河街組不同沉積成因砂礫巖處于中成巖演化階段。由于有機(jī)質(zhì)成熟排出有機(jī)酸，溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物和長(zhǎng)石等多種顆粒，形成次生孔隙，但各凹陷不同沉積體系的溶蝕對(duì)象不同。東營(yíng)凹陷北部陡坡帶沙河街組近岸水下扇砂礫巖體在早成巖B期和中成巖A期以碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕為主，長(zhǎng)石和巖屑溶蝕次之，形成粒間孔隙，還有少量的巖屑發(fā)生溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔;中成巖B期溶蝕作用相對(duì)減弱，在長(zhǎng)石顆粒邊緣和少量碳酸鹽膠結(jié)物處發(fā)生溶蝕。惠民、沾化和車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組儲(chǔ)層均以長(zhǎng)石溶蝕為主，其中車鎮(zhèn)凹陷北部近岸水下扇砂礫巖體除長(zhǎng)石溶蝕外，還有少量的碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶蝕，形成粒間溶孔(圖9)。

碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕可以形成粒間孔隙，這種粒間孔隙不僅能增大孔隙，而且能夠使粒間孔隙連通，提高滲透率，對(duì)改善儲(chǔ)層物性起到了關(guān)鍵作用;長(zhǎng)石、巖屑的溶蝕形成粒內(nèi)孔隙，在提高孔隙度方面作用較大，而在提高滲流能力方面相對(duì)弱。如早成巖B期東營(yíng)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂礫巖體、中成巖B期沾化凹陷北部沙河街組扇三角洲砂巖體和車鎮(zhèn)凹陷北部沙河街組近岸水下扇砂巖體都是由于碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕作用，使儲(chǔ)層物性變好的。

5 結(jié)論

濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組不同沉積成因砂礫巖體在不同埋藏過程下，儲(chǔ)層質(zhì)量和儲(chǔ)層成巖序列出現(xiàn)了明顯的差異。這種儲(chǔ)層質(zhì)量差異不僅受控于原始沉積條件(沉積物成分和結(jié)構(gòu)成熟度。成分和結(jié)構(gòu)成熟度越高、基質(zhì)含量越低，儲(chǔ)層質(zhì)量越好)，而且也受控于儲(chǔ)層成巖演化。在埋深和成巖演化階段相同的情況下，溶蝕作用對(duì)于改善儲(chǔ)層質(zhì)量起到了重要作用。濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部砂礫巖體儲(chǔ)層主要經(jīng)受了有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物和長(zhǎng)石以及巖屑顆粒的溶蝕，所形成的粒間和粒內(nèi)孔隙不僅能增大孔隙度，而且能提高滲透率，可明顯改善儲(chǔ)層質(zhì)量(孔隙度可達(dá)到20%以上，滲透率達(dá)到60×10-3μm2)。顯然，發(fā)現(xiàn)溶蝕作用及其形成的次生孔隙發(fā)育深度對(duì)于預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層是非常重要的。根據(jù)濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組儲(chǔ)層主控因素及其差異性特征分析，認(rèn)為有機(jī)酸溶蝕有利于儲(chǔ)層質(zhì)量的改善，與此相關(guān)的有利儲(chǔ)層發(fā)育深度主要位于2 200 m(惠民、東營(yíng)和車鎮(zhèn)凹陷北部)和2 900 m左右(沾化凹陷北部)深度段。今后在充分考慮構(gòu)造變動(dòng)和斷層活動(dòng)等多種因素的基礎(chǔ)上，可加強(qiáng)溶蝕孔隙發(fā)育的三角洲河道砂體和近岸水下扇水道砂體的精細(xì)勘探。

圖9 濟(jì)陽(yáng)坳陷四個(gè)凹陷北部陡坡帶沙河街組不同成因儲(chǔ)層溶蝕作用Fig.9 Different reservoir dissolution of Shahejie Fm.in northern steep slope zone of the four depressions in Jiyang sag

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