韓志艷，周卓明，楊 昊，宋振響

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

東南斜坡帶位于松遼盆地梨樹斷陷東南部，是一個(gè)在基底古斜坡背景上的單斜構(gòu)造，斷陷層逐層超覆尖滅[1-3]。根據(jù)構(gòu)造、油氣藏分布特征及勘探程度的差異，東南斜坡帶分為南部金山、小城子地區(qū)和北部秦家屯、七棵樹地區(qū)，均為梨樹斷陷重要的勘探領(lǐng)域(圖1)。通過多年的勘探，該區(qū)發(fā)現(xiàn)了秦家屯油氣田、七棵樹油田、金山氣田和小城子含氣構(gòu)造，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量2 326.73×104t，天然氣24.63×108m3，展示了良好的油氣勘探前景[4-5]。

圖1 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic setting of southeast ramp region in Lishu Fault Depression, Songliao Basin

梨樹斷陷下白堊統(tǒng)營城—沙河子組砂巖儲(chǔ)層具有特低孔、特低滲的特征[6-8]，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆探成功率較低。對(duì)東南斜坡帶該儲(chǔ)層的研究較少[9-12]。本文基于巖心描述、鑄體薄片、孔滲分析、壓汞測試等，重點(diǎn)分析梨樹斷陷東南斜坡帶典型井營城—沙河子組儲(chǔ)層特征，研究了沉積作用、成巖和構(gòu)造裂隙對(duì)儲(chǔ)層特征的控制，明確了儲(chǔ)層的主控因素，以期為該區(qū)油氣勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

作為在古生界淺變質(zhì)巖基底上發(fā)育而成、并受桑樹臺(tái)邊界斷裂控制的斷、拗疊合盆地，梨樹斷陷總體呈“西斷東超”的箕狀結(jié)構(gòu)，在NNE向斷裂控制下，總體上呈NNE向構(gòu)造格局，由北部斜坡帶、中央構(gòu)造帶、桑樹臺(tái)深洼帶和東南斜坡帶4個(gè)構(gòu)造單元構(gòu)成[13-15](圖1)。東南斜坡帶位于小寬斷裂帶東南，該區(qū)斷層呈北東走向，秦家屯斷裂走向延伸較長，水平斷距不大，發(fā)育構(gòu)造、巖性、地層等多種類型圈閉。這些圈閉與該區(qū)廣泛發(fā)育的近源扇三角洲、湖底扇砂體相互匹配，構(gòu)成了油氣運(yùn)聚的儲(chǔ)集場所。

研究區(qū)斷陷層層位齊全，自下而上依次發(fā)育下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組和登婁庫組，其中沙河子組自下而上又可劃分為沙一段和沙二段，營城組自下而上可劃分為營一段、營二段、營三段、營四段，主要為深湖—半深湖及濱淺湖相沉積，巖性上表現(xiàn)為泥砂不等厚互層；拗陷構(gòu)造層較薄，一般在2 000 m左右，發(fā)育泉頭組，青山口組等，缺失上白堊統(tǒng)、古近系和新近系(表1)。本文研究的目的層為營城組和沙河子組。

表1 松遼盆地梨樹斷陷地層簡表Table 1 Stratigraphic profile of Lishu Fault Depression, Songliao Basin

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

據(jù)巖心觀察、薄片鑒定及定量統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)營城—沙河子組儲(chǔ)層巖性以中—細(xì)砂巖、含礫砂巖、砂礫巖等陸源碎屑巖為主；巖屑含量較高，風(fēng)化程度淺—中，砂巖碎屑成分為巖屑、石英、長石；粒度主要為細(xì)粒、中粒，次為粗粒；分選中—差，次棱角狀，顆粒排列雜亂。巖屑主要為糜棱化石英巖、石英巖、中酸性噴出巖、花崗巖、泥礫等。長石、石英次生普遍加大。火成巖巖屑主要為中、酸性噴出巖巖屑，可見方解石溶蝕交代碎屑現(xiàn)象，偶見黑云母和榍石，顆粒支撐，以點(diǎn)、線接觸為主，孔隙式膠結(jié)，較致密，填隙物主要是泥質(zhì)和方解石，儲(chǔ)層中常見油跡、油斑(圖2)?？傮w具有分選、磨圓差，大小混雜，砂泥間互、粗細(xì)漸變較快等特征，結(jié)構(gòu)成熟度表現(xiàn)較差。

從碎屑巖儲(chǔ)層巖石類型三角圖(圖3)可以看出，本區(qū)儲(chǔ)層主要巖石類型為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，并有少量長石砂巖；石英占整體成分比例較低，可溶性組分長石和巖屑含量較高，有利于次生孔隙的形成。

圖2 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶L6井營城—沙河子組儲(chǔ)層中油跡、油斑照片F(xiàn)ig.2 Oil shows in Yingcheng-Shahezi reservoirs in well L6,southeast ramp area, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

圖3 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組砂巖巖石類型三角圖Fig.3 Triangular diagram for sandstone reservoirs of Yingcheng-Shahezi formations in southeast ramp region,Lishu Fault Depression, Songliao Basin

2.2 物性特征

根據(jù)營城—沙河子組儲(chǔ)層樣品物性分析結(jié)果，東南斜坡帶不同地區(qū)、不同層位該儲(chǔ)層孔、滲值變化較大(表2，圖4)，說明儲(chǔ)層整體物性較差，且非均質(zhì)性強(qiáng)。按碎屑巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)[16]，營城—沙河子組整體上應(yīng)屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層。

儲(chǔ)集層是否具有產(chǎn)油氣能力，主要受儲(chǔ)油氣能力和流動(dòng)能力2個(gè)因素控制，只有當(dāng)油氣層有效孔隙度、滲透率達(dá)到一定界限時(shí)，儲(chǔ)層才具有開采價(jià)值，此界限即為物性下限[17]。根據(jù)研究區(qū)壓汞資料，將含氣井滲透率下限定為0.1×10-3μm2，含油井滲透率下限定為0.5×10-3μm2。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)不同的含油氣級(jí)別與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率交會(huì)圖，結(jié)合其他壓汞參數(shù)及壓裂試油(氣)井資料，確定研究區(qū)含氣井孔隙度下限為4%，含油井孔隙度下限定為7%。從巖性來看，巖屑長石細(xì)—砂礫巖(部分含中砂巖及粗砂巖)儲(chǔ)集性能較好，含泥質(zhì)粉砂巖儲(chǔ)集性相對(duì)較差。

表2 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of porosity and permeability for Yingcheng-Shahezi formations in southeast ramp region, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

注：表中數(shù)值意義為“最小值～最大值/平均值(樣品數(shù))”。

圖4 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組儲(chǔ)層孔隙度與深度關(guān)系Fig.4 Relationship between porosity and depth of Yingcheng-Shahezi reservoirs in southeast ramp region,Lishu Fault Depression, Songliao Basin

孔隙度與深度的關(guān)系(圖4)表明，儲(chǔ)層孔隙度總體上隨著深度的增加而降低，但在2 000 m左右孔隙度明顯增高，此高孔帶與有機(jī)酸高值帶及地層水礦化度具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其形成與有機(jī)酸溶蝕、碳酸鹽膠結(jié)物溶解導(dǎo)致次生孔隙發(fā)育有關(guān)。

2.3 孔隙特征

東南斜坡帶主要目的層段砂巖儲(chǔ)層孔隙類型有原生粒間孔、次生溶蝕孔、裂隙等，以原生孔為主，個(gè)別地區(qū)(J3井)以裂隙為主(表3)。

2.3.1 原生粒間孔隙

由于成巖作用自生礦物(膠結(jié)物)的生成，原生粒間孔隙不同程度的遭到破壞，在巖石薄片顯微照片中，表現(xiàn)為膠結(jié)物未充滿，呈現(xiàn)原生孔隙形態(tài)特征。此類孔隙主要集中在L602井的沙一段，平均孔隙度為5%～6%，巖性為含礫中—粗砂巖(圖5a,b)。

2.3.2 次生孔隙

次生孔隙根據(jù)溶蝕特征可細(xì)分為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及膠結(jié)物溶孔等。粒間溶孔主要為原生孔溶蝕擴(kuò)大而成，溶蝕多發(fā)生在顆粒間，沿碎屑邊緣進(jìn)行，溶孔大小不一且分布不規(guī)則。粒內(nèi)溶孔主要是由于碎屑顆粒內(nèi)部沿解理面、微裂隙發(fā)生溶蝕而形成，其形狀不規(guī)則且多與粒間孔連通，研究區(qū)內(nèi)此類孔隙也較常見(圖5c,d)。

膠結(jié)物溶孔主要表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)物的溶解，在早期碳酸鹽膠結(jié)后、初次生油階段，酸性流體(包括含油氣的有機(jī)酸)的進(jìn)入，使巖屑和填隙物中的碳酸鹽等產(chǎn)生較強(qiáng)烈溶蝕[18-21]。圖5e薄片中見兩部分：一是孔隙發(fā)育，方解石溶蝕，面孔率20%～25%，瀝青、油跡可見；二是方解石膠結(jié)明顯，孔隙很少。

表3 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶典型鉆井營城—沙河子組儲(chǔ)層孔隙特征統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of pore characteristics of Yingcheng-Shahezi reservoirs in typical wells in southeast ramp region, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

圖5 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城-沙河子組巖心薄片顯微鏡照片

a.L602井，2 842.7 m，×4，粒(礫)間孔隙發(fā)育，部分見溶蝕擴(kuò)大，面孔率10%～12%；b.L602井，2 845.68 m，×4，粒間孔隙帶與泥質(zhì)膠結(jié)部分呈條帶狀分布，孔隙帶面孔率8%～10%；c.SW8井,1 931.8 m,×4，長石溶蝕；d.SW10井，1 879 m，×4，晚期方解石溶蝕；e.J2井，2 870.25 m，×4，灰色砂礫巖，膠結(jié)物溶蝕孔，面孔率20%～25%；f.J3井，3 614.4 m，×4，灰色砂礫巖，裂隙發(fā)育，似包絡(luò)顆粒。

Fig.5 Core slice microscope photos of Yingcheng-Shahezi formations in southeast ramp region, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

2.3.3 裂隙

裂隙是改善儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件的重要因素，對(duì)儲(chǔ)層有利的為張性裂隙。據(jù)薄片觀察，本區(qū)裂隙局部發(fā)育，在秦家屯和金山地區(qū)可見，主要以微裂縫和網(wǎng)狀縫為主，可見似包絡(luò)顆粒(圖5f)。

由壓汞數(shù)據(jù)分析可知，本區(qū)營城—沙河子組碎屑巖儲(chǔ)層巖石平均喉道半徑主要為微細(xì)喉，占總樣品的90%以上，表明研究區(qū)整體喉道不發(fā)育，連通性較差(圖6)。

3 儲(chǔ)層控制因素分析

儲(chǔ)層物性的變化受控于其原始沉積條件和沉積后所受到的成巖變化過程，二者的控制強(qiáng)度有所差異。此外，沉積作用對(duì)儲(chǔ)層物性的控制形式、成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響程度，在不同類型儲(chǔ)層中存在顯著差異[22-28]。

研究區(qū)營城—沙河子組儲(chǔ)層的孔隙發(fā)育同樣受沉積和成巖2種作用的影響，不同的沉積環(huán)境形成了不同的巖石組構(gòu)和原生孔隙，成巖作用則使原生孔隙減少并可產(chǎn)生新的孔隙。

3.1 沉積作用

沉積環(huán)境決定了砂巖儲(chǔ)層的優(yōu)劣，不同沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件不同，導(dǎo)致沉積碎屑物的成分、粒度、分選程度、膠結(jié)類型、孔隙特征等都不相同，形成的儲(chǔ)集砂體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層理構(gòu)造、厚度、形態(tài)、側(cè)向連續(xù)性和縱向連續(xù)性等方面都有不同程度的差異，進(jìn)而決定砂巖原生孔隙發(fā)育及成巖期后孔隙演化。因此，沉積環(huán)境控制了儲(chǔ)層砂巖的組成和結(jié)構(gòu)，是決定儲(chǔ)層孔滲特征的重要因素[29-30]。

前人研究表明，梨樹斷陷營城—沙河子組沉積期主要為小—中型箕狀斷陷發(fā)育時(shí)期，東南斜坡主要發(fā)育扇三角洲—湖泊沉積體系，為多套扇體裙帶式疊置，其發(fā)育與展布有明顯的繼承性，雖在不同時(shí)期沉積規(guī)模存在差異，但物源供給方向及主要物源供給位置并無明顯變化[31]。該區(qū)主要儲(chǔ)層段是在淺湖—半深湖、扇三角洲和辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境下形成的，總體而言巖石成分成熟度低，因此其原始物性和孔隙結(jié)構(gòu)條件差。辮狀河三角洲前緣環(huán)境沉積的儲(chǔ)層巖石粒度相對(duì)大，以含礫細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)含量相對(duì)少，儲(chǔ)層物性也相對(duì)好；深湖—半深湖環(huán)境沉積的濁積砂體泥質(zhì)含量高，儲(chǔ)層物性差。儲(chǔ)層物性隨著粒徑由粗變細(xì)，基本呈現(xiàn)由好變差的特征。對(duì)同類型砂巖而言，泥質(zhì)填隙物多，則孔隙度差，當(dāng)泥質(zhì)填隙物大于10%時(shí)，孔隙度隨泥質(zhì)含量的增加明顯降低(圖7)。

圖6 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶典型井營城—沙河子組儲(chǔ)層樣品毛管壓力曲線Fig.6 Capillary pressure curves of Yingcheng-Shahezi reservoirs in typical wells in southeast ramp region, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

圖7 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組儲(chǔ)層泥質(zhì)雜基含量與孔隙度關(guān)系Fig.7 Relationship between mud content and porosity of Yingcheng-Shahezi reservoirs in southeast ramp region,Lishu Fault Depression, Songliao Basin

梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組砂巖的巖石結(jié)構(gòu)以巖屑長石砂巖(31.82%)、長石巖屑砂巖(30.84%)、巖屑砂巖(28.90%)和長石砂巖(8.44%)為主；而有效儲(chǔ)層的砂巖巖石結(jié)構(gòu)以長石巖屑砂巖(40.91%)、巖屑長石砂巖(40.91%)和長石砂巖(12.5%)為主，以及極少量的巖屑砂巖(5.68%)，這表明巖屑含量的多少?zèng)Q定了本區(qū)斷陷層儲(chǔ)層的優(yōu)劣。

3.2 成巖作用

壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的形成演化具有重要的影響。

壓實(shí)作用使原生孔隙大量減少，特別是成巖早期。通常情況下，孔隙度隨埋深呈線性減少，在3 200 m以下，孔隙度一般不大于4%，如果沒有發(fā)生異常溶蝕作用或構(gòu)造裂隙作用，則難以形成有利的高孔滲儲(chǔ)層。研究區(qū)營城—沙河子組部分儲(chǔ)層段壓實(shí)作用比較強(qiáng)烈，巖石相對(duì)致密，顆粒多呈線狀接觸(圖8a)。

膠結(jié)充填作用是研究區(qū)最主要的成巖作用之一，其中碳酸鹽膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)充填作用強(qiáng)、對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響大。以晚期碳酸鹽膠結(jié)為主，分布在1 400～3 000 m的范圍內(nèi)，常以亮晶和連晶方解石的方式產(chǎn)出(圖8b)，含量一般在0.5%～35%之間，平均7.3%。方解石膠結(jié)常使儲(chǔ)層孔隙大量減少。碳酸鹽膠結(jié)物含量高時(shí)，孔隙度具有降低的趨勢，含量越高，孔隙度越低，對(duì)儲(chǔ)層物性影響明顯。綠泥石等黏土礦物膠結(jié)充填，一般中—較弱，主要與砂巖中泥質(zhì)含量有關(guān)，在東南斜坡帶等盆地周緣地區(qū)部分層段相對(duì)較強(qiáng)。膠結(jié)作用多形成于成巖階段早期和中—中晚期，成巖早期以泥質(zhì)薄膜狀膠結(jié)為主，中—中晚期多以綠泥石膠結(jié)為主(圖8c)。

溶蝕作用主要發(fā)生在長石、石英、方解石膠結(jié)物等顆粒的邊緣，以及長石、巖屑等可溶性組分的內(nèi)部，形成粒間擴(kuò)大孔和粒內(nèi)溶孔(圖5a-e)，可有效改善儲(chǔ)層的物性，提高孔隙度。研究區(qū)營城—沙河子組砂巖溶蝕主要為早期碳酸鹽巖巖屑顆粒溶蝕及長石等鋁硅酸鹽礦物選擇性溶蝕，使孔隙度增加3%～8%左右；而泥質(zhì)含量高的、孔滲性較差的長石巖屑砂巖或巖屑砂巖，溶蝕孔隙一般在1%～5%左右。溶蝕作用可改變儲(chǔ)層的屬性，使差儲(chǔ)層(或非儲(chǔ)層)變?yōu)楹玫挠行в蜌鈨?chǔ)層。

3.3 構(gòu)造裂隙作用

東南斜坡帶的秦家屯和金山地區(qū)，構(gòu)造裂隙作用對(duì)儲(chǔ)層的改造作用不可忽視。特別是晚期構(gòu)造裂隙作用，產(chǎn)生了不同類型的裂隙，增加了孔隙空間和滲透性，使油氣得以通過砂巖間的孔隙進(jìn)行運(yùn)移聚集，這種作用對(duì)原本孔滲性較差的砂巖儲(chǔ)層更具意義。這可能是該地區(qū)形成相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要原因之一。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組儲(chǔ)層巖性以含礫細(xì)砂巖為主，其次為細(xì)砂巖、中砂巖，具有顆粒大小不一、分選性差、磨圓度中—差、次圓—次棱角狀等巖石學(xué)特征；巖石類型為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，并有少量長石砂巖；填隙物主要為方解石和泥質(zhì)，總體來說，巖石組構(gòu)較差，成分成熟度較低。

(2)營城—沙河子組儲(chǔ)層物性較差，且非均質(zhì)性強(qiáng)，整體屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層；孔隙類型有原生粒間孔、次生溶蝕孔、裂隙等，以原生孔為主，個(gè)別地區(qū)以裂隙為主。

圖8 松遼盆地梨樹斷陷東南斜坡帶營城—沙河子組主要成巖作用Fig.8 Main diagenesis of Yingcheng-Shahezi formations in southeast ramp region, Lishu Fault Depression, Songliao Basin

(3)營城—沙河子組儲(chǔ)層的孔隙發(fā)育主要受沉積和成巖2種作用的影響，不同的沉積環(huán)境形成了不同的巖石組構(gòu)和原生孔隙，進(jìn)而影響巖屑砂巖原生孔隙發(fā)育及成巖期后孔隙演化。成巖早期，壓實(shí)和膠結(jié)作用使巖石的原生孔隙大量減少，酸性流體對(duì)不穩(wěn)定性礦物進(jìn)行溶蝕，又使儲(chǔ)集空間得以擴(kuò)大。同時(shí)構(gòu)造裂隙(破裂)作用，特別是晚期構(gòu)造裂隙作用，產(chǎn)生了不同類型的裂隙，不僅增加了孔隙空間，更為重要的是增加了滲透性，這種作用對(duì)原本孔滲性較差的砂巖儲(chǔ)層更具意義。

(4)研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育受沉積展布控制影響較大，有效儲(chǔ)層位于緊鄰烴源巖發(fā)育的扇三角洲前緣中段、水下分支河道沙、河口壩、沙壩等砂體高位/構(gòu)造高部位。東南斜坡帶北部秦家屯、七棵樹地區(qū)以及南部金山地區(qū)南部為油氣有利聚集地區(qū)；東南斜坡帶金山地區(qū)中北部區(qū)域及小城子等沉積深凹區(qū)有效儲(chǔ)層有限，且儲(chǔ)層物性條件較差，不利于油氣儲(chǔ)集。

致謝：本文在完成過程中得到了中國石化無錫石油地質(zhì)研究所張欣國高級(jí)工程師和陸建林教授的指導(dǎo)，在此致以衷心的感謝！

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