操應長，王鑄坤，王艷忠，李宇志，趙 博

(1.中國石油大學(華東)，地球科學與技術學院，山東 青島 266580；2.勝利油田分公司，東辛采油廠，山東 東營 257094)

東營凹陷永北地區(qū)古近系頂部不整合結構及其物性響應

操應長1，王鑄坤1，王艷忠1，李宇志2，趙 博2

(1.中國石油大學(華東)，地球科學與技術學院，山東 青島 266580；2.勝利油田分公司，東辛采油廠，山東 東營 257094)

綜合三維地震、鉆井巖心、測錄井、物性分析、薄片鑒定資料，通過宏觀描述與微觀鏡下分析相結合的方法，系統(tǒng)分析了東營凹陷永北地區(qū)古近系頂部不整合結構體巖石學特征、測井曲線特征、物性響應特征及其與圈閉的關系。研究表明，不整合可劃分為3層結構：水進砂層、風化粘土層和半風化淋濾層。每個結構層具有不同的巖石學和測井響應特征。水進砂層孔隙度高；風化粘土層風化作用最強，泥質(zhì)含量高，孔隙度低；半風化淋濾層溶蝕作用強，次生溶孔發(fā)育，孔隙度較高；未風化層未受風化作用改造，孔隙發(fā)育差。永北地區(qū)沙三上段發(fā)育斷塊掀斜型和盆緣型兩種地層不整合圈閉模式：斷塊掀斜型模式受到不整合與二級或二級以下序級斷層的共同控制，圈團發(fā)育規(guī)模較??；盆緣模式多出現(xiàn)在抬升強烈的湖盆邊緣，主要受控盆斷層的控制，圈閉發(fā)育規(guī)模較大。

風化作用；物性響應；不整合；地層不整合圈閉；沙三段；永北地區(qū)

引言

東營凹陷是我國東部典型的斷陷湖盆，是一個自古新世發(fā)育的、具有“北斷南超”特征的半地塹張扭型裂谷盆地[1]。漸新世末東營期至中新世館陶早期(24.0～13.8Ma)，古近系的右旋張扭轉(zhuǎn)化為新近系的右旋壓扭。由于構造應力性質(zhì)的改變而變化，盆地由裂陷變?yōu)檗窒?，在裂陷后的隆升階段遭受強烈風化剝蝕[2-6]，形成了東營凹陷古近系頂部區(qū)域分布的不整合。不整合是一個特殊的地質(zhì)體而非簡單的面[7]，在油氣成藏過程中起到重要的作用，既可作為油氣運移通道，又可改善儲集性能[8-10]。目前，不整合結構特征研究已較為深入，根據(jù)風化剝蝕程度的不均一性，將典型不整合縱向劃分為三層結構，從上到下依次為不整合面之上的巖石、風化粘土層、半風化淋濾帶。當風化粘土層不發(fā)育時，不整合面之上的巖石和半風化淋濾帶直接接觸[11-17]。

永北地區(qū)位于東營凹陷北部陡坡帶東段，北臨陳家莊凸起，南鄰民豐洼陷，東為青坨子凸起，西接鹽家地區(qū)(圖1)。在東營運動時期，此區(qū)遭受強烈剝蝕，新近系館陶組直接覆蓋于古近系沙三上亞段之上，形成不整合。沙三上亞段時期，沉積基底坡度緩、氣候較濕潤、湖盆水體淺、沉積過補償，沿陳家莊凸起發(fā)育了向湖盆進積的扇三角洲砂礫巖體[18]。目前，對于永北地區(qū)不整合結構層的識別及其對儲層的影響方面尚無針對性研究[19-22]。本文旨在充分利用三維地震、測錄井、鉆井巖心、薄片分析測試等資料對永北地區(qū)古近系頂部區(qū)域不整合結構層進行研究，尋找有利圈閉，為下一步碎屑巖地層油氣藏的勘探提供理論依據(jù)。

圖1 東營凹陷永北地區(qū)構造位置圖

Fig.1 Tectonic setting of the Yongbei region in the Dongying depression

1 不整合結構體特征

不整合面下伏地層代表了后期地質(zhì)作用對前期沉積巖(物)不同程度的改造[12-14]，上覆地層則代表較新沉積環(huán)境的產(chǎn)物。由于巖性、組分、形成環(huán)境的差異，導致不整合面上、下地層測井響應特征不同。因此，根據(jù)測井響應特征可以精細描述不整合的結構[14]。永北地區(qū)古近系頂部不整合可劃分為水進砂層、風化粘土層、半風化淋濾層典型3層結構，結構層基本特征在永北鼻狀構造西斜坡帶的永85井(圖1)剖面表現(xiàn)明顯(圖2)。

1.1 水進砂層

為館陶組河流相砂體，巖性為厚層含礫砂巖，為湖平面上升初期的辮狀河道沉積。電阻率曲線(R25)顯示低值，最低至1.8Ω·m；聲波時差(AC)為中-低值，最高不超過95μs/ft；密度值(DEN)相對較高，一般在2.1g/cm3，反映巖性較為致密，巖石粒度粗；井徑測井(CAL)低值且變化不大，范圍在24～29cm之間；水進砂層的深側(cè)向(LLD)、淺側(cè)向(LLS)電阻率在不整合結構體中為最低值，曲線出現(xiàn)小幅度分離。

1.2 風化粘土層

風化粘土層又稱為古土壤，緊鄰水進砂層之下發(fā)育，是在物理化學風化的基礎上，生物化學風化作用改造下形成的細粒殘積物，深度為1251～1256m，厚度為5m。巖性為含礫泥質(zhì)砂巖，礫石多為抗風化能力強的石英、火成巖巖屑。結構層在測井曲線上有明顯的響應，有“三高兩低”的特征：聲波時差為異常高值，曲線呈齒化的“漏斗形”，且由上往下數(shù)值增大，最高可達到172μs/ft；密度測井曲線為異常低值，最低可達1.2 g/cm3；井徑曲線異常高值，反映了明顯的擴徑現(xiàn)象，曲線變化范圍在42～51cm；電阻率測井數(shù)值介于水進砂層和半風化淋濾層之間，顯示為中-低值；深側(cè)向(LLD)、淺側(cè)向(LLS)電阻率曲線呈近微齒化的“箱狀”，兩曲線出現(xiàn)微小的幅度差。

圖2 永北地區(qū)永85井不整合結構分層

Fig.2 Architectures of the unconformity through the Yong-85 well in the Yongbei region

1.3 半風化淋濾層

在不整合結構體中，風化粘土層和半風化淋濾層形成于對原始沉積地層的成巖改造。風化作用隨深度增加呈漸變過渡的特點，并且在不同古氣候環(huán)境、構造環(huán)境、沉積環(huán)境、成巖環(huán)境中形成的不整合體具有不同的巖性配置、結構層規(guī)模、測井曲線組合和成巖作用特征。因此，在實際工作中很難確定不整合結構體的深度下限。通過對比永北地區(qū)永85井半風化淋濾層和未風化層測井曲線特征的差異性，將不整合結構體深度下限界定為1330m。

半風化淋濾層深度范圍1256～1330m，厚度為74m，巖性以礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖為主，夾礫巖和含礫砂巖的互層。測井曲線表現(xiàn)為“三增大兩減小”的趨勢：電阻率、密度、井徑逐漸增大；聲波時差、雙側(cè)向測井曲線幅度差逐漸減小。由于巖性的非均質(zhì)特點，測井曲線在整體增大或減小的背景上存在突變現(xiàn)象。未風化層的測井值變化不大，其中電阻率為高值，聲波時差、密度、井徑測井為低值，深側(cè)向(LLD)、淺側(cè)向(LLS)電阻率無幅度差。

2 不整合結構體的物性響應特征

2.1 儲集空間特征

風化粘土層是地表巖石遭受風化作用形成的細粒沉積物，后期遭受埋藏和壓實。由于永北地區(qū)風化粘土層風化不徹底，風化穩(wěn)定性強的石英、變質(zhì)巖巖屑含量較高，抑制了后期的壓實作用，加之不整合體埋藏淺(<1300m)，整體壓實作用弱。因此，永85井風化粘土層沒有獲得巖心，圖2中井徑測井為異常高值提供了直接的證據(jù)。在氧、水和溶于水中的各種酸的作用下，母巖遭受氧化、水解和溶濾等化學作用，母巖分解而產(chǎn)生新礦物[23]。在大氣淡水淋濾的風化環(huán)境中，巖石顆粒普遍發(fā)生溶蝕作用，但風化淋濾層不同深度發(fā)育次生孔隙的規(guī)模不同：頂部1263.86m緊鄰風化粘土層，鏡下觀察到顆粒懸浮于雜基中，孔隙發(fā)育很少，粒間殘留少量瀝青(圖3a)；上部1276.85m發(fā)育較少的次生孔隙，原生孔隙不發(fā)育，大量粘土雜基充填于顆粒之間(圖3b)；中上部1285.9m，長石顆粒內(nèi)部溶蝕較強，形成次生溶孔。顆粒壓實作用產(chǎn)生的壓裂縫既是儲集空間，又可以作為大氣淡水滲流的通道，可以促進溶蝕產(chǎn)物的帶出(圖3c)；中下部1303.48m發(fā)育大量次生溶孔，且被瀝青充填(圖3d)；底部1311.59m只發(fā)育少量的次生溶蝕孔隙，雜基含量很高(圖3e)；未風化層1329.73m雜基含量高，顆粒點接觸或線接觸，孔隙發(fā)育少(圖3f)。

圖3 永北地區(qū)永85井不整合結構儲集空間特征

a.雜基充填，孔隙不發(fā)育，1263.86m，×200(-)；b.少量溶蝕孔隙，1276.85m，×200(-)；c.長石粒內(nèi)溶孔及壓裂縫，1285.9m，×200(-)；d.大量長石、巖屑溶孔，瀝青充填，1303.48m，×200(-);e.少量長石溶孔，1311.59m，×200(+);f.雜基含量高，孔隙發(fā)育很少，1334.6m，×200(-)

Fig.3 Characteristics of the reservoir spaces in the unconformity through the Yong-85 well in the Yongbei region

2.2 物性響應特征與控制因素分析

基于永85井物性分析結果，發(fā)現(xiàn)不整合面上、下地層儲集特征具有明顯規(guī)律：水進砂層孔隙度好，尤其以緊靠不整合面位置最高，可達40%；風化粘土層的孔隙度急劇降低，范圍約15%～18%；半風化淋濾層孔隙度普遍較高，最高可達到33%；風化淋濾層可分為兩個亞段，A段孔隙度逐漸增大，B段孔隙度逐漸減??；未風化層的孔隙度低，范圍約15%～24%(圖4a)。

圖4 永北地區(qū)永85井不整合結構體孔隙度-粘土含量垂向分帶

A.不整合結構體孔隙度垂向變化；B.不整合結構體粘土含量垂向變化

Fig.4 Vertical zonation of porosity and clay contents in the unconformity through the Yong-85 well in the Yongbei region

由圖3、圖4b可以看出，不整合結構層的孔隙度受孔隙發(fā)育情況、粘土物質(zhì)含量的雙重控制。分析表明，風化粘土層以泥質(zhì)為主，孔隙被填充，導致孔隙度最差；半風化淋濾帶的大氣淡水溶蝕作用隨深度減弱，次生孔隙含量減少，粘土物質(zhì)隨著大氣淡水向下遷移含量逐漸降低。對于A段，次生孔隙發(fā)育的增孔效應強于粘土物質(zhì)充填孔隙的減孔效應，孔隙度逐漸增大，在1305m附近粘土含量達到最低，孔隙度最高；對于B段，粘土含量變化不大，而大氣淡水的溶蝕作用強度降低，次生孔隙含量降低，導致孔隙度逐漸減小；未風化層次生孔隙發(fā)育較少，孔隙度則較低。

3 不整合空間結構與圈閉

永北地區(qū)沙三上亞段發(fā)育扇三角洲砂礫巖儲層，緊鄰北部陳家莊凸起，具有近物源、巖性粗、分選磨圓差、結構成熟度和成分成熟度低的特點[18]，儲集性能相對較差。不整合的存在滿足了地層不整合圈閉的發(fā)育條件，不整合下伏地層多為單斜形態(tài)。風化粘土層粒度細，孔隙相對不發(fā)育，物性差，可以作為良好的蓋層；半風化淋濾層的存在改善了砂體的儲集性能，形成了永北地區(qū)不整合面之下的優(yōu)質(zhì)儲層。扇三角洲不同期次砂體之間的泥巖層可以起到側(cè)向遮擋的作用。在永85井剖面，不整合結構體中風化淋濾層含油性較好，含油高度達到55m，形成了有效的圈閉(圖2)。

通過對永北地區(qū)沙三段層序地層的研究，總結出兩種地層不整合圈閉類型：(1)斷塊掀斜型，斷層的活動導致下降盤地層發(fā)生掀斜運動，斷塊整體抬升發(fā)生風化剝蝕。此類圈閉受到不整合與二級或二級以下序級斷層的共同控制，一般規(guī)模較小(圖5a、c)；(2)盆緣型，湖盆邊緣抬升量最大，地層剝蝕程度最大，向湖盆方向地層剝蝕量隨著抬升量的減小而減少。此類圈閉一般發(fā)育在湖盆邊緣，規(guī)模較大，如果地層被低序級斷層切割，斷塊不發(fā)生掀斜運動(圖5b、d)。

4 結論與認識

(1)風化剝蝕程度的不均一性使東營凹陷永北地區(qū)不整合具有典型的三層結構：水進砂層、風化粘土層、半風化淋濾層，每層結構在巖石學和測井響應特征上具有顯著差異。

(2)不整合不同結構層的物性特征不同：水進砂層物性最好；風化粘土層以粘土物質(zhì)為主，孔隙不發(fā)育，物性差；半風化淋濾層次生溶孔發(fā)育，可分為A、B段：A段隨埋深次生孔隙發(fā)育的增孔效應強于粘土物質(zhì)充填孔隙的減孔效應，孔隙度逐漸增大；B段溶蝕作用減弱，孔隙度減小。

(3)永北地區(qū)沙三段發(fā)育兩種地層不整合圈閉模式：斷塊掀斜型模式受不整合與二級及低級序斷層共同控制，發(fā)育規(guī)模較?。慌杈壭湍Ｊ揭话惆l(fā)育在湖盆邊緣，地層剝蝕和不整合發(fā)育范圍廣。

(4)永北地區(qū)沙三段扇三角洲砂礫巖巖性粗，泥質(zhì)含量高，儲集性能較差。地層不整合圈閉中的風化淋濾層是優(yōu)質(zhì)儲層的有利位置，為永北地區(qū)沙三段下一步油氣藏勘探指明了方向。

圖5 永北地區(qū)地層不整合圈閉發(fā)育模式

Fig.5 Model for the stratigraphic traps in the unconformity in the Yongbei region

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Architectures and responses of physical properties of the unconformity in the uppermost part of the Palaeogene strata in the Yongbei region, Dongying depression

CAO Ying-chang1, WANG Zhu-kun1, WANG Yan-zhong1, LI Yu-zhi2, ZHAO Bo2

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,Shandong,China; 2.DongxinOilPlant,ShengliOilFieldCompany,CNPC,Dongying257094,Shandong,China)

The architectures and responses of physical properties of the unconformity are discussed according to the 3-D seismic data, thin section examination, well logs and physical properties of the unconformity at the uppermost part of the Palaeogene strata in the Yongbei region, Dongying depression. The three-layer architectures are discriminated for the unconformity, including the transgressive sand layer with high porosity, weathered clay layer with higher mud contents and lower porosity, and semi-weathered leached layer with developed secondary opening solutions and higher porosity. There occur two types of stratigraphic traps such as the block-tilting and basin-margin types developed in the upper part of the third member of the Shahejie Formation in the Yongbei region. The block-tilting model is controlled by the unconformity and second-order or lower-order faults, and thus displays relatively small scales of traps. The basin-margin model often appears on the highly-uplifted basin margins constrained by the faults, and thus display relatively larger scales of traps.

weathering; physical response; unconformity; stratigraphic trap; third member of the Shahejie Formation; Yongbei region

1009-3850(2016)03-0098-06

2014-11-20； 改回日期： 2015-01-04

操應長(1969-)，男，教授，博士生導師，從事沉積學、層序地層學及油氣儲層地質(zhì)學教育學與研究。 E-mail：cyc8391680@163.com

王鑄坤(1990-)，男，碩士研究生，專業(yè)：沉積儲層地質(zhì)。E-mail：wangzhukun1126@163.com

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(15CX08001A)；國家自然科學基金石油化工聯(lián)合基金重點項目(U1262203)

P534.6

A