朱筱敏+趙東娜+姜淑賢+葛家旺+張守鵬+韓雪芳+劉新

基金項目：國家科技重大專項項目(2011ZX0500100203，2011ZX0502500502)

摘要：根據(jù)大量巖芯、薄片、掃描電子顯微鏡(SEM)和鏡質(zhì)體反射率等儲層資料，探討了渤海灣盆地車鎮(zhèn)凹陷陡坡帶沙河街組近岸水下扇砂體巖石學(xué)特征、儲層物性特征、成巖作用類型及其特征、成巖階段與成巖序列、儲層孔隙類型與次生孔隙發(fā)育特征，分析了低孔低滲儲層中次生孔隙（“甜點”）的形成條件及控制因素。結(jié)果表明：車鎮(zhèn)凹陷陡坡帶沙河街組近岸水下扇砂體由巖屑質(zhì)長石砂巖構(gòu)成，在埋藏過程中，儲層經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶解和交代等成巖作用，現(xiàn)今儲層埋深2 000~3 800 m，儲層處于中成巖階段，總體上形成了低孔低滲儲層；溶蝕作用對于改善儲層質(zhì)量起到了重要作用；主要在2 300~3 100 m深度段的有機酸對長石顆粒的溶蝕以及形成的粒間和粒內(nèi)孔隙不僅增加了儲層孔隙度，而且提高了儲層滲透率，改善了儲層質(zhì)量，孔隙度可達25%，滲透率達到50×10-3 μm2，為油氣富集高產(chǎn)提供了儲集空間?？傊?，溶蝕作用及其形成的次生孔隙發(fā)育帶對于預(yù)測有利儲層是非常重要的。

關(guān)鍵詞：成巖作用；成巖序列；沙河街組；陡坡帶；低滲儲層；孔隙類型；車鎮(zhèn)凹陷；渤海灣盆地

中圖分類號：P618.130.2；TE122.2文獻標志碼：A

Diagenetic Sequence of Low Porosity and Permeability Reservoirs from

Nearshore Subaqeous Fan of Shahejie Formation in the Steep Slope

Zone of Chezhen Depression, Bohai Bay Basin

ZHU Xiaomin1, ZHAO Dongna1, JIANG Shuxian1, GE Jiawang1, ZHANG Shoupeng2,

HAN Xuefang3, LIU Xin4

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Geological Scientific Research

Institute of SINOPEC Shengli Oilfield, Dongying257015, Shandong, China; 3. Research Institute

of Exploration and Development of CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300452, China;

4. CNPC Bohai Drillng Engineering Company Limited, Renqiu 062552, Hebei, China)

Abstract: Based on the core, thin section, SEM and vitrinite reflectance data, the characteristics of lithology, physical properties, diagenesis, diagenetic stage and sequence, pore type, secondary pore for sand bodies of nearshore subaqueous fan of Shahejie Formation in the steep slope zone of Chezhen depression were discussed; formation condition and controlling factor of secondary pores (“sweet spot”) in reservoir with low porosity and permeability were analyzed. The results show that the sand bodies of nearshore subaqueous fan of Shahejie Formation in the steep slope zone of Chezhen depression are consisted of feldspathic sandstone, mainly experiencing compaction, cementation, dissolution and metasomatism in the burial diagenetic evolution, and the reservoir is in the middle diagenetic stage now with the burial depth of 2 0003 800 m, and the reservoir has the characteristics of low porosity and permeability; the dissolution plays a significant role in improving reservoir quality during the burial diagenetic evolution in the mainly depth; the feldspar dissolution by organic acid in the depth of 2 3003 100 m and the intergranular and intragranular pores increase the porosity and permeability of reservoir and improve the reservoir quality, and the porosity is up to 25% and the permeability is up to 50×10-3 μm2, so that the reservoir spaces contribute to petroleum accumulation and high yield. In general, dissolutions and secondary pore development zone are very important for predicting favorable reservoir.

Key words: diagenesis; diagenetic sequence; Shahejie Formation; steep slope zone; low permeability reservoir; pore type; Chezhen depression; Bohai Bay Basin

0引言

中國低孔低滲油氣資源分布廣、儲量大，在油氣勘探和開發(fā)中占據(jù)十分重要的地位［1］。目前，對低孔低滲和致密儲層等非常規(guī)油藏的勘探與開發(fā)引起了眾多學(xué)者的密切關(guān)注［212］，前人建立了低孔低滲儲層孔隙度定量演化模型［13］，指出儲層低滲特征具有沉積作用主控、壓實作用主導(dǎo)、溶蝕作用改善、膠結(jié)作用強化的特征［14］。

低滲儲層概念最早出現(xiàn)于20世紀三四十年代的科技文獻中，至今尚無統(tǒng)一定義。大多數(shù)研究者依據(jù)實際的地質(zhì)情況及技術(shù)水平，將低滲儲層的物性下限定為1×10-3 μm2［15］，認為沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用是低滲儲層形成的主控因素，比如早期快速的壓實作用、中期石英次生加大和碳酸鹽膠結(jié)作用以及后期微弱的溶蝕作用形成了低孔低滲儲層［2，1519］。

中國東部中—新生代發(fā)育陸相斷陷湖盆，這類湖盆的陡坡帶因具有坡度陡、物源近、古地形起伏大和構(gòu)造活動強烈的特點而發(fā)育多種成因的砂礫巖扇體［2022］，這些扇體臨近烴源巖區(qū)并與其呈指狀接觸，可形成多種類型的油氣藏［23］。近年來,在中國東部斷陷盆地中,近岸水下扇砂礫巖油氣藏勘探取得了重大突破，渤海灣盆地車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶近岸水下扇砂礫巖油氣藏成功勘探便是典型實例。車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶位于埕南斷層的下降盤，從東營組至沙河街組發(fā)育了大量的近岸水下扇扇體，這些扇體規(guī)模大，沉積物粒度較粗，油源條件好，勘探潛力大［24］。據(jù)第3次石油資源評價，車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶砂礫巖體油藏擁有剩余資源量約2×108 t，是勝利油區(qū)勘探的重要領(lǐng)域之一［25］。近年來，完鉆的車66、車660井在車鎮(zhèn)凹陷陡坡帶近岸水下扇扇體中(對應(yīng)次生孔隙發(fā)育帶或“儲層甜點”)獲得日產(chǎn)百噸以上的高產(chǎn)油氣流，標志著近岸水下扇砂礫巖儲層的巨大勘探潛力。但由于陡坡帶近岸水下扇構(gòu)造背景特殊，近物源，沉積速率快，沉積分異差，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及沉積規(guī)律復(fù)雜，加之對低孔低滲儲層成巖序列和儲層質(zhì)量認識程度較低，制約了油氣勘探開發(fā)工作。

前人從不同角度對車鎮(zhèn)凹陷陡坡帶沙河街組近岸水下扇砂礫巖儲層的成巖作用開展了研究。綜合研究認為，研究區(qū)成巖作用類型多樣，常見壓實、溶解、膠結(jié)、交代作用，孔喉結(jié)構(gòu)總體較差，儲層物性隨著埋深的增加而變差，但酸性水對長石顆粒及碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕改善了儲層質(zhì)量［2631］。

車鎮(zhèn)凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷的一個北斷南超的次級凹陷，面積2 390 km2。其自南向北又可分為南部緩斜坡帶、斷階帶、中央洼陷帶和北部陡坡帶等4個次級構(gòu)造單元。車鎮(zhèn)凹陷充填沉積了新生界，其中古近系沙河街組自下而上劃分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段。沙四段主要沉積紅色泥質(zhì)巖、藍灰色泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖、油頁巖。沙三段至沙二段是湖盆從最大沉陷逐漸回返上升、直至河流與濱淺湖廣布的沉積時期。沙三段主要沉積深湖油頁巖和泥巖夾重力流以及三角洲砂巖。沙二段主要沉積三角洲砂巖、濱淺湖云質(zhì)巖。沙一段發(fā)育較深湖的油頁巖和泥云巖以及濱淺湖灘壩、生物灘成因的鈣質(zhì)砂巖和生物碎屑碳酸鹽巖。

車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶沙河街組發(fā)育一系列近岸水下扇成因的低孔低滲砂礫巖儲層， 目的層埋深為2 000~3 800 m，沙河街組內(nèi)部具有豐富的油氣或見有不同級別的含油顯示。由于巖性變化大、成分和結(jié)構(gòu)成熟度較低，儲層成巖作用(流巖作用)和油水關(guān)系復(fù)雜，雖經(jīng)多年研究，但成巖作用及其序列對儲層質(zhì)量影響機理及預(yù)測等關(guān)鍵問題還需探討。因此，筆者以渤海灣盆地車鎮(zhèn)凹陷沙河街組近岸水下扇低孔低滲儲層為研究對象，通過系列巖芯和儲層分析化驗資料綜合研究，分析低孔低滲儲層中次生孔隙(“甜點”)的形成條件及控制因素，為低孔低滲油氣藏勘探提供儲層地質(zhì)學(xué)依據(jù)。

1巖石學(xué)特征

渤海灣盆地車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶車西地區(qū)車66井區(qū)沙三段主要發(fā)育成分和結(jié)構(gòu)的成熟度均較低近岸水下扇(圖1)。儲層巖性主要為巖屑質(zhì)長石砂巖，少量巖屑砂巖(圖2)，砂巖粒度變化較大，有粗粉砂巖、細砂巖、中砂巖、含礫不等粒砂巖等。在砂巖顆粒中，石英平均體積分數(shù)為44%，長石平均為32%，巖屑平均為24%，分選中等偏好，磨圓次棱角狀，顆粒支撐。

2儲層物性特征

車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶車66井區(qū)沙三段65個樣品點的物性數(shù)據(jù)表明(圖3)，近岸水下扇砂體為典型的低孔特低滲儲層。儲層孔隙度最大為275%，最小為49%，平均為139%，其中孔隙度為10%~15%的樣品占4688%，孔隙度為5%~10%的占2031%，孔隙度為15%~20%的占1719%，孔隙度小于5%的占1.56%；滲透率最大為511218×10-3μm2，最小為0251×10-3μm2，平均為5765×10-3 μm2，主要集中在(1~10)×10-3 μm2和(10~100)×10-3 μm2，分別占全部樣品的42%和30%。

圖件源自中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院2006年的內(nèi)部資料

圖1車鎮(zhèn)凹陷車西地區(qū)車66井區(qū)沙三段沉積相

Fig.1Sedimentary Facies of the Third Member of Shahejie Formation in Well Che66 Area of

Chexi Area, Chezhen Depression

3成巖作用類型及其特征

3.1壓實作用較強

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶近岸水下扇沙三段儲層巖石顆粒之間的接觸關(guān)系主要為點、線點、點線接觸，偶見云母變形。當埋深淺于2 500 m時，以點、線點接觸為主；當埋深大于2 500 m時，主要表現(xiàn)為點線接觸，說明壓實作用較強。隨著埋藏深度的增加，可出現(xiàn)線、線凹凸接觸，如大675井、大677井2 800~3 000 m井段。

3.2膠結(jié)物類型多

車鎮(zhèn)凹陷車西地區(qū)車66井區(qū)近岸水下扇沙三段存在4種膠結(jié)作用，包括石英次生加大膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)以及重晶石膠結(jié)作用，其中以碳酸鹽膠結(jié)為主。

3.2.1石英次生加大膠結(jié)

石英次生加大膠結(jié)在淺層發(fā)育較少，深層出現(xiàn)較多，如在大51井3 800 m左右，加大邊明顯，寬度為0.1~0.2 mm。

3.2.2碳酸鹽膠結(jié)

圖中數(shù)值為體積分數(shù)

圖2車66井區(qū)沙三段巖石學(xué)特征

Fig.2Lithology of the Third Member of

Shahejie Formation in Well Che66 Area

沙三段膠結(jié)物成分主要有方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦等。方解石晶形較好，充填于顆粒之間，或充填在裂縫中；白云石晶體較方解石小得多，分布于顆粒之間；鐵方解石以方解石的加大邊形式存在，或充填在顆粒之間；鐵白云石自形程度較差，晶體較細，充填孔隙(圖4)。隨著埋深增加，方解石膠結(jié)物含量有減小趨勢。埋深處于2 100~2 800 m時，白云石膠結(jié)物平均含量（質(zhì)量分數(shù)，下同）為6.8%；埋深小于2 500 m時，其含量小于5%；埋深處于2 500~3 200 m時，白云石的膠結(jié)作

圖3車66井區(qū)沙三段儲層物性分布直方圖

Fig.3Histogram of Physical Properties of the Third

Member of Shahejie Formation in Well Che66 Area

用較強，其最大含量可達28%，說明深層主要為白云石膠結(jié)。

圖4車66井區(qū)近岸水下扇砂巖碳酸鹽膠結(jié)物顯微照片

Fig.4Photomicrographs of Carbonate Cements of the Third Member of Shahejie Formation in Well Che66 Area

3.2.3黏土礦物膠結(jié)

發(fā)育的黏土礦物主要有高嶺石、伊利石、綠泥石和伊/蒙混層等。隨著埋藏深度的增加，黏土礦物含量隨之改變。在2 800~3 200 m井段內(nèi)，高嶺石含量較高，相對含量最高超過80%。伊利石、綠泥石、伊/蒙混層含量較低，含量在10%左右。

圖5車66井區(qū)沙三段砂巖溶蝕作用

Fig.5Sandstone Dissolution of the Third Member of Shahejie Formation in Well Che66 Area

3.3長石溶蝕作用

鑄體薄片分析表明，沙三段近岸水下扇砂體的溶蝕對象主要為長石，其次為碳酸鹽膠結(jié)物，在2 000~2 400 m和2 600~3 100 m井段內(nèi)溶蝕作用較發(fā)育。如大801井2 310~2 330 m井段，長石溶蝕現(xiàn)象明顯，局部也有少量碳酸鹽膠結(jié)物，生物碎屑被溶蝕，形成孔隙；大677井2 870~2 920 m井段也出現(xiàn)長石以及碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕的現(xiàn)象；大671井2 950~3 100 m井段，除發(fā)育長石溶蝕外，還可見巖屑被溶，形成粒內(nèi)溶孔(圖5)。

3.4交代作用

車66井區(qū)沙三段主要發(fā)育長石的高嶺土化、絹云母化和碳酸鹽的交代作用。前者普遍發(fā)育；后者主要表現(xiàn)為方解石、鐵方解石對長石、巖屑的交代作用以及白云石對方解石的交代作用。

4成巖階段與成巖序列

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)和黏土礦物混層比隨埋深的變化，車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶車66井區(qū)埋深大于1 500 m的碎屑巖儲層經(jīng)歷了早成巖B期、中成巖A期和中成巖B期等成巖階段(圖6)。

當砂巖埋深為1 500~2 400 m時，巖石進入早成巖B期，Ro值為035%~050%。該階段主要發(fā)生碳酸鹽膠結(jié)、高嶺石膠結(jié)以及碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕作用。長石顆粒以及碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕作用出現(xiàn)以原生孔隙為主的原生次生混合型孔隙。隨著長石溶蝕作用弱→強→弱的變化趨勢，高嶺石的膠結(jié)作用也呈現(xiàn)對應(yīng)變化趨勢；碳酸鹽膠結(jié)作用主要以方解石膠結(jié)作用為主，方解石膠結(jié)物含量可達到25%左右，白云石為5%左右；隨著方解石膠結(jié)作用減弱，白云石膠結(jié)作用逐漸增強；石英次生加大、伊利石膠結(jié)作用都比較弱(圖6)。

圖中寬窄的差異是指成巖作用相對強度的不同

圖6車66井區(qū)儲層成巖演化模式

Fig.6Sandstone Diagenetic Evolution of the Third Member of Shahejie Formation in Well Che66 Area

當砂巖埋深為2 400~3 100 m時，巖石處于中成巖A期。Ro值為050%~130%，黏土礦物混層比迅速降低，該階段主要發(fā)生長石溶蝕、高嶺土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)以及石英次生加大作用。碳酸鹽膠結(jié)作用以白云石、鐵白云石膠結(jié)作用為主，含量可達到15%，方解石、鐵方解石膠結(jié)作用相對弱，含量為10%左右；高嶺石膠結(jié)作用逐漸增強，黏土礦物相對含量可達到80%；伊利石的膠結(jié)作用呈現(xiàn)出先逐漸增強、后逐漸減弱的變化趨勢；石英次生加大有增強的趨勢。長石顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕較為明顯，因此形成了大量次生孔隙(圖6)。

儲層埋深大于3 100 m時，砂巖進入中成巖B期。Ro值為130%~200%，該階段主要發(fā)生黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)以及石英次生加大作用，孔隙仍以次生孔隙為主。溶蝕作用、晚期鐵方解石和鐵白云石膠結(jié)作用、高嶺石膠結(jié)作用相對減弱，含量約5%；石英次生加大、伊利石膠結(jié)作用相對增強，伊利石膠結(jié)物的相對含量可達到40%左右(圖6)。

5儲層孔隙類型與次生孔隙發(fā)育特征

5.1儲層孔隙類型

鑄體薄片分析表明，車鎮(zhèn)凹陷車西地區(qū)車66井區(qū)沙三段砂巖儲層中存在2種類型孔隙，即原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙可細分為壓實剩余的原生粒間孔隙、膠結(jié)剩余粒間孔隙和雜基中的微孔隙。次生孔隙以長石、巖屑顆粒溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔和膠結(jié)物溶蝕形成的粒間溶孔為主，鑄?？?、超大孔和構(gòu)造作用形成的裂縫較少(圖7)。

儲層孔隙經(jīng)歷了由原生到次生的演化過程。當沙三段砂巖埋深淺于2 400 m時，儲層處于早成巖B期，以原生孔隙為主，發(fā)育少量次生孔隙，屬于原生次生孔隙混合發(fā)育帶；當沙三段砂巖埋深大于2 400 m時，儲層已進入中成巖期，次生孔隙發(fā)育，保留少量殘余的原生孔隙(圖6、7)。

5.2次生孔隙發(fā)育深度

圖7表明車鎮(zhèn)凹陷車66井區(qū)儲層次生孔隙發(fā)育在2 300~3 100 m井段。在對應(yīng)的次生孔隙發(fā)育帶(儲層“甜點”)，車鎮(zhèn)凹陷陡坡帶車66、車660井在近岸水下扇扇體中獲得日產(chǎn)百噸以上的高產(chǎn)油氣流也證明了該觀點。在2 300 m井段次生孔隙發(fā)育帶內(nèi)，平均孔隙度約18%，最大孔隙度可達29%，平均滲透率為93×10-3 μm2，最大滲透率可達690×10-3 μm2；在3 100 m井段次生孔隙發(fā)育帶內(nèi)，平均孔隙度為15%，最大孔隙度約25%，平均滲透率為19×10-3 μm2，最大滲透率只有200×10-3 μm2左右。

圖7車66井區(qū)沙三段儲層孔隙度、碳酸鹽膠結(jié)物含量的縱向變化

Fig.7Relationships of Porosity and Carbonate Cement to Depth of the Third Member of

Shahejie Formation in Well Che66 Area

5.3次生孔隙成因

鏡下觀察表明：次生孔隙的形成以長石溶蝕為主，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕次之；隨著埋藏深度的增加，碳酸鹽膠結(jié)物(方解石)溶蝕的程度逐漸增強。依據(jù)碳酸鹽膠結(jié)物在縱向上的分布可以發(fā)現(xiàn)，當埋深大于3 100 m時，碳酸鹽膠結(jié)物含量具有較為明顯的降低趨勢，碳酸鹽膠結(jié)物含量約10%，說明在該深度存在碳酸鹽溶蝕(圖7)。高嶺石縱向分布特征也反映出其與長石溶蝕深度的關(guān)系，在2 300 m井段次生孔隙發(fā)育帶附近，高嶺石相對含量可達到50%，在3 100 m井段附近，高嶺石含量異常高，相對含量可達60%~90%，而超過3 300 m深度的井段，高嶺石含量很快下降，平均含量只有10%左右。

6結(jié)語

(1)渤海灣盆地車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶沙河街組沙三段近岸水下扇砂體儲層質(zhì)量明顯受沉積條件和成巖作用影響。近岸水下扇砂體主要由長石質(zhì)巖屑砂巖組成。在埋藏成巖演化過程中，儲層經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶解和交代等成巖過程，多種成巖作用明顯影響了儲層質(zhì)量，總體形成了低孔低滲儲層。

(2)車鎮(zhèn)凹陷北部陡坡帶沙三段近岸水下扇砂體儲層埋深2 000~3 800 m，儲層處于中成巖階段。在成巖演化過程中，溶蝕作用對于改善儲層質(zhì)量起到了重要作用，也就是說，儲層質(zhì)量的改善明顯與溶蝕作用及其形成的次生孔隙發(fā)育深度有關(guān)。車鎮(zhèn)凹陷沙河街組沙三段有利儲層主要發(fā)育在2 300~3 100 m井段，形成的粒間和粒內(nèi)孔隙不僅增加了儲層孔隙度，而且提高了儲層滲透率，改善了儲層質(zhì)量，形成了儲層“甜點”(孔隙度可達25%，滲透率達50×10-3 μm2)。顯然，近岸水下扇有利儲層主要發(fā)育在有機酸溶蝕長石形成的次生孔隙發(fā)育深度段(2 300、3 100 m井段左右)。

（3）發(fā)現(xiàn)溶蝕作用及其形成的次生孔隙發(fā)育深度帶是一項綜合研究工作，應(yīng)該在沉積砂體成因和分布規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，開展流巖相互作用和巖石物理相研究，采用定量巖石物理相研究方法，科學(xué)預(yù)測有利儲層空間分布。

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