胡洪瑾， 蔣有錄， 姜文利， 趙 凱

( 1. 自然資源部 油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100860； 2. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 3. 中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028 )

0 引言

隨著常規(guī)儲(chǔ)層油氣勘探難度不斷加大，油氣勘探逐步轉(zhuǎn)向非常規(guī)資源領(lǐng)域。致密砂巖油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)成本和技術(shù)要求相對(duì)較低，資源潛力大，是非常規(guī)油氣地質(zhì)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[1-2]。致密砂巖儲(chǔ)層是指孔隙度<10%、覆壓基質(zhì)滲透率≤0.1×10-3μm2(空氣滲透率<1.0×10-3μm2)的砂巖儲(chǔ)層[3-4]，其勘探和開(kāi)發(fā)與儲(chǔ)層物性特征緊密相關(guān)，而儲(chǔ)層物性大多與成巖作用有關(guān)。砂巖儲(chǔ)層致密化與油氣成藏的關(guān)系密切，目前，關(guān)于致密砂巖油氣在孔隙特征、成巖作用、裂縫特征及成藏機(jī)制等方面的研究取得較多成果[5-10]，而在儲(chǔ)層致密化過(guò)程與油氣充注關(guān)系方面的研究相對(duì)較少。

渤海灣盆地霸縣凹陷古近系沙三—沙四段發(fā)育半深湖—深湖相碎屑巖沉積，其中泥巖為成熟—高成熟烴源巖，具有優(yōu)質(zhì)的生烴性能[11-12]。層系內(nèi)半深湖—深湖相細(xì)粒砂體與泥巖層呈穩(wěn)定互層狀展布，構(gòu)成大范圍分布的儲(chǔ)層與烴源巖共生層系，易自生自儲(chǔ)、近源聚集，具備形成致密砂巖油氣藏的生儲(chǔ)蓋組合條件[11]。文安1、文安10、新家4、興隆1、牛東1、牛東2等井在沙三—沙四段致密砂巖中見(jiàn)到良好油氣顯示，展現(xiàn)較好的資源潛力，可作為后續(xù)增儲(chǔ)上產(chǎn)的勘探區(qū)域[13]。目前對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層致密化過(guò)程及其與油氣成藏的時(shí)序關(guān)系，以及致密油氣成藏機(jī)理和富集分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)不明確，制約致密油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

以渤海灣盆地霸縣凹陷沙三—沙四段砂巖儲(chǔ)層為例，以成巖作用特征分析為基礎(chǔ)，結(jié)合相對(duì)時(shí)間序列(成巖演化)和絕對(duì)時(shí)間序列(埋藏史、油氣充注史)標(biāo)定，從儲(chǔ)層孔隙演化角度探討成巖作用控制下的儲(chǔ)層致密化過(guò)程，厘定儲(chǔ)層致密化與油氣充注—成藏的時(shí)序耦合關(guān)系，為研究區(qū)致密油氣成藏機(jī)理及富集分布規(guī)律研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

霸縣凹陷位于渤海灣盆地冀中坳陷中北部，是坳陷內(nèi)的主要富油凹陷之一，西鄰牛駝鎮(zhèn)凸起，東接大城凸起，北靠廊固、武清凹陷，南接饒陽(yáng)凹陷，勘探總面積達(dá)2.4×103km2[14-15](見(jiàn)圖1)。霸縣凹陷呈北東走向，為西斷東超的箕狀斷陷，以牛東邊界大斷層為界，自西向東依次劃分為陡坡帶、洼槽區(qū)、斜坡帶等；將凹陷陡坡帶一側(cè)岔河集—高家堡、二臺(tái)階、淀北、鄚州等構(gòu)造帶合稱為岔—高—鄚構(gòu)造帶，將緩坡帶一側(cè)蘇橋、文安等構(gòu)造帶合稱為蘇橋—文安斜坡帶[14](見(jiàn)圖1(a))。

圖1 霸縣凹陷構(gòu)造位置及發(fā)育特征(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)Fig.1 The tectonic location and development characteristics in Baxian Depression(modified by reference [14])

研究區(qū)以中元古界霧迷山組為基底，盆內(nèi)主要沉積古近系，僅在東部蘇橋—文安斜坡帶發(fā)育古生界和中生界(見(jiàn)圖1(b))。沙四段—孔店組沉積時(shí)期，主要以多個(gè)分割的小型沉降中心為特征，陸源物質(zhì)供應(yīng)充足，斜坡帶以發(fā)育扇三角洲、河流—沖積平原為主，洼槽帶發(fā)育半深湖和湖底扇沉積；沙三段沉積時(shí)期，裂谷活動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，湖水深度增加，湖盆面積進(jìn)一步擴(kuò)大，以半深湖—深湖細(xì)粒沉積為主，并形成巨厚的暗色泥巖和油頁(yè)巖。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)巖心觀察和薄片鑒定結(jié)果，研究區(qū)沙三—沙四段儲(chǔ)層在巖石組分上具有相似性，成分成熟度較低，以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖。不同構(gòu)造帶的儲(chǔ)層巖石學(xué)特征具有一定的差異性，岔—高—鄚構(gòu)造帶以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖體積分?jǐn)?shù)較低，石英、長(zhǎng)石、巖屑的體積分?jǐn)?shù)分別為1.50%～94.00%、1.00%～68.00%、0～59.00%，平均占比分別為42.97%、39.03%、18.00%(見(jiàn)圖2(a))；蘇橋—文安斜坡帶以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，與岔—高—鄚構(gòu)造帶相比較，長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖體積分?jǐn)?shù)較高，石英、長(zhǎng)石、巖屑的體積分?jǐn)?shù)分別為6.00%～83.00%、3.50%～63.00%、0～95.00%，平均占比分別為40.51%、39.62%、19.87%(見(jiàn)圖2(b))。巖性以粉砂—細(xì)中砂為主，分選中等—好，磨圓以次棱角—次圓狀為主，結(jié)構(gòu)成熟度中等。

圖2 霸縣凹陷古近系沙三—沙四段儲(chǔ)層巖石組分三角圖(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.2 Triangular chart for rock composition of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression(modified by reference [16])

2.2 物性特征

霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層孔隙度為0.9%～30.0%，滲透率為(0.09～2 000.00)×10-3μm2，孔隙度、滲透率隨深度增加呈減小的趨勢(shì)，存在明顯的分帶現(xiàn)象，出現(xiàn)多個(gè)異常高孔滲帶“鼓包”，對(duì)應(yīng)深度范圍分別為<2.25、2.25～2.70、2.70～3.50、3.50～4.00、>4.00 km等，各深度帶峰值隨深度增加呈減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖3(a-b))。這一分帶現(xiàn)象主要受沉積微相、分選因數(shù)、膠結(jié)物含量等因素控制，受巖性、地層壓力因素影響較小[14-17]。

沙三段與沙四段儲(chǔ)層物性特征大致相似，孔隙度主要分布在5.0%～20.0%之間，滲透率主要分布在(0.01～10.00)×10-3μm2之間(見(jiàn)圖3(c-d))。不同構(gòu)造帶儲(chǔ)層物性存在一定的差異，岔—高—鄚構(gòu)造帶孔隙度主要分布在5.0%～20.0%之間，大部分屬于低孔、特低孔儲(chǔ)層，少量為中孔儲(chǔ)層；滲透率主要分布在(0.01～10.00)×10-3μm2之間，屬于特低滲、超低滲儲(chǔ)層(見(jiàn)圖3(e-f))。蘇橋—文安斜坡帶孔隙度分布范圍較大，為0～35.0%，主要分布在5.0%～25.0%之間，屬于中孔、低孔、特低孔范疇，中孔儲(chǔ)層占比較岔—高—鄚構(gòu)造帶的高；滲透率主要分布在(0.01～1.00)×10-3μm2之間，大部分屬于超低滲儲(chǔ)層，少量為特低滲儲(chǔ)層(見(jiàn)圖3(e-f))。

圖3 霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層物性特征Fig.3 Physical characteristics of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

2.3 儲(chǔ)集空間特征

研究區(qū)35張巖石鑄體薄片觀察結(jié)果表明，沙三—沙四段儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型大致相似，主要為原生孔隙、次生孔隙、混合孔隙及少量微裂縫。其中，原生孔隙通常具有形狀規(guī)則、邊緣平直的特征，無(wú)明顯的溶蝕痕跡；次生孔隙主要為長(zhǎng)石與巖屑的粒內(nèi)溶孔、粒間溶擴(kuò)孔、鑄?？椎?，還可見(jiàn)少量的填隙物溶蝕孔隙，孔隙形狀不規(guī)則，常呈鋸齒狀或港灣狀溶蝕邊緣；裂縫主要為長(zhǎng)石與石英的壓實(shí)碎裂縫、超壓裂縫、成巖收縮縫及構(gòu)造裂縫等(見(jiàn)圖4)(1)操應(yīng)長(zhǎng)，張世奇，周磊，等．冀中富油凹陷中深層沉積儲(chǔ)層特征研究[R].青島:中國(guó)石油大學(xué)(華東)，2012：56-73．。

圖4 霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征Fig.4 Reservoir pore type characteristics of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

沙三段和沙四段儲(chǔ)層在巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集物性特征和儲(chǔ)集空間類型方面具有相似性，因此，將沙三段和沙四段看作統(tǒng)一整體進(jìn)行分析。

3 儲(chǔ)層成巖及物性演化特征

3.1 成巖作用

研究區(qū)沙三—沙四段儲(chǔ)層經(jīng)歷復(fù)雜的成巖作用改造，主要成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用等(見(jiàn)圖5)①。壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為顆粒之間以線—凹凸接觸為主(見(jiàn)圖5(a))，云母等塑性顆粒發(fā)生撓曲變形(見(jiàn)圖5(b))。膠結(jié)作用較普遍，膠結(jié)物類型多樣，以碳酸鹽膠結(jié)為主，包括方解石、白云石、鐵方解石和鐵白云石等鈣質(zhì)膠結(jié)物(見(jiàn)圖5(c-f))，局部發(fā)育較強(qiáng)的硬石膏膠結(jié)(見(jiàn)圖5(g))，并可見(jiàn)兩期石英次生加大邊(見(jiàn)圖5(h))，還可見(jiàn)少量黃鐵礦(見(jiàn)圖5(i))及高嶺石(見(jiàn)圖5(j))等膠結(jié)物。交代作用主要為碳酸鹽礦物對(duì)長(zhǎng)石顆粒(見(jiàn)圖5(k))、石英顆粒及次生加大邊(見(jiàn)圖5(l))、早期碳酸鹽膠結(jié)物(見(jiàn)圖5(e))等的交代。溶蝕作用以長(zhǎng)石(見(jiàn)圖5(j))、巖屑(見(jiàn)圖5(m))溶蝕最為常見(jiàn)，形成大量的粒內(nèi)溶孔及粒間溶擴(kuò)孔，石英(見(jiàn)圖5(n))及碳酸鹽膠結(jié)物(見(jiàn)圖5(o))溶蝕作用相對(duì)較弱，石英溶蝕主要發(fā)生于顆粒邊緣。霸縣凹陷岔—高—鄚構(gòu)造帶與蘇橋—文安斜坡帶成巖作用類型及相對(duì)時(shí)序關(guān)系相似，未發(fā)現(xiàn)明顯差異，將兩個(gè)構(gòu)造帶的成巖演化序列特征進(jìn)行統(tǒng)一論述。

圖5 霸縣凹陷沙三—沙四段致密砂巖儲(chǔ)層成巖作用照片F(xiàn)ig.5 Photographs showing the diagenesis of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

3.2 成巖演化序列

利用鑄體薄片及掃描電鏡觀察，分析自生礦物之間的發(fā)育狀態(tài)、交切關(guān)系、共生組合特征；根據(jù)《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》[18]，結(jié)合儲(chǔ)層埋藏演化史、烴源巖熱演化史、流體包裹體顯微測(cè)溫技術(shù)等，分析成巖作用發(fā)生順序，劃分目的層成巖作用階段并確定成巖流體演化序列。霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層為早成巖B期至中成巖B期，以中成巖期為主，根據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)將中成巖A期劃分為A1與A2兩個(gè)亞期。早成巖B期，主要為壓實(shí)作用及少量早期黃鐵礦膠結(jié)；中成巖A1亞期主要為壓實(shí)作用、長(zhǎng)石及巖屑等顆粒的溶蝕、石英次生加大，中成巖A2亞期主要為方解石、白云石、鐵方解石及硬石膏等的膠結(jié)作用；中成巖期B期，發(fā)生部分先前膠結(jié)物的溶蝕，并出現(xiàn)后期黃鐵礦膠結(jié)。

方解石(見(jiàn)圖5(c))及少量白云石(見(jiàn)圖5(d))主要充填于礦物顆粒邊緣孔隙，形狀規(guī)則，部分呈基底式膠結(jié)，推斷屬于成巖早期產(chǎn)物；鐵白云石、鐵方解石多共生于部分粒間孔及粒內(nèi)溶孔(見(jiàn)圖5(e-f))，部分鐵白云石交代早期方解石(見(jiàn)圖5(e))，表明存在兩期碳酸鹽膠結(jié)，含鐵碳酸鹽膠結(jié)物產(chǎn)生于方解石膠結(jié)之后，且形成時(shí)間晚于長(zhǎng)石溶蝕。硅質(zhì)膠結(jié)物以石英次生加大邊及溶蝕孔隙中的自生石英為主，其中部分石英次生加大邊存在于顆粒間接觸處，并與鄰近顆粒呈線—凹凸接觸(見(jiàn)圖5(h))，表明形成于壓實(shí)作用較弱的成巖早期；部分石英次生加大邊向溶蝕孔隙方向生長(zhǎng)，或見(jiàn)自生石英顆粒存在于溶蝕孔隙(見(jiàn)圖5(j))，顯示形成于溶蝕作用過(guò)程中或之后?？梢?jiàn)由長(zhǎng)石、巖屑溶蝕形成自生高嶺石、自生石英沉淀的反應(yīng)[19-22]，推斷長(zhǎng)石溶蝕與自生高嶺石同期形成。含鐵碳酸鹽膠結(jié)物(見(jiàn)圖5(l))及硬石膏(見(jiàn)圖5(g))交代石英次生加大邊，晚期碳酸鹽膠結(jié)物及硬石膏的形成晚于石英次生加大邊。碳酸鹽膠結(jié)物、硬石膏形成及石英溶蝕需要堿性環(huán)境[23-25]，推斷三者為同期形成。部分呈團(tuán)塊狀及立方體形狀存在的黃鐵礦對(duì)含鐵碳酸鹽膠結(jié)物形成交代現(xiàn)象(見(jiàn)圖5(i))，推斷部分黃鐵礦膠結(jié)物形成較晚。原油充填部分巖屑等顆粒溶蝕孔隙，推斷油氣充注同時(shí)或晚于巖屑等礦物顆粒溶蝕作用(見(jiàn)圖5(p))。

興隆1井沙四段樣品的均一溫度測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，碳酸鹽膠結(jié)物和石英膠結(jié)物鹽水包裹體均一溫度呈雙峰分布特征，表明存在兩期碳酸鹽膠結(jié)和兩期石英膠結(jié)。其中，碳酸鹽膠結(jié)物流體包裹體均一溫度峰值范圍分別為30～40、120～130 ℃，結(jié)合埋藏史確定其形成時(shí)間分別為38.5～37.5、18.0～6.5 Ma；石英膠結(jié)物流體包裹體均一溫度峰值范圍分別為80～110、130～140 ℃，對(duì)應(yīng)形成時(shí)間分別為35.0～27.0、6.5～2.0 Ma(見(jiàn)圖6)。根據(jù)形成時(shí)間，推斷成巖產(chǎn)物形成序列為早期碳酸鹽膠結(jié)→石英膠結(jié)→晚期碳酸鹽膠結(jié)→石英膠結(jié)。

圖6 霸縣凹陷沙三—沙四段流體包裹體均一溫度及成巖產(chǎn)物形成時(shí)間Fig.6 Homogenization temperature of fluid inclusions and formation time of different diagenetic products in the 3rd to 4th member of Shahejie Formation of Baxian Depression

霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層主要成巖作用序列為：壓實(shí)作用/早期方解石膠結(jié)(50.4～37.0 Ma)→長(zhǎng)石及巖屑溶蝕/石英次生加大/自生高嶺石(37.0～22.0 Ma)→碳酸鹽膠結(jié)/硬石膏膠結(jié)/石英溶蝕(22.0～6.5 Ma)→黃鐵礦膠結(jié)/長(zhǎng)石及巖屑溶蝕/少量碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕(6.5 Ma至今)，壓實(shí)作用貫穿于成巖作用過(guò)程的始終(見(jiàn)圖7)。

圖7 霸縣凹陷沙三—沙四段致密砂巖儲(chǔ)層埋藏史及成巖作用演化Fig.7 Diagram showing the burial and diagenetic history of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

3.3 物性演化特征

以鑄體薄片為基礎(chǔ)，利用Axio Vision Software Rel圖像分析軟件，采取人工圈繪與計(jì)算機(jī)圖像分析相結(jié)合的方法，統(tǒng)計(jì)各期膠結(jié)物及溶蝕孔隙的面孔率。在成巖作用及其演化特征分析的基礎(chǔ)上，基于“反演回剝”原理，對(duì)不同構(gòu)造帶沙三—沙四段儲(chǔ)層進(jìn)行成巖序列約束下的孔隙度演化過(guò)程分析[26]。同一構(gòu)造帶不同位置儲(chǔ)層物性及其演化特征不同，隨與洼陷帶的距離減小，儲(chǔ)層埋深增加，物性變差，靠近洼陷帶位置儲(chǔ)層的物性演化特征是影響油氣充注的關(guān)鍵。因此，選取鄰近洼陷帶位置的井，表征對(duì)應(yīng)構(gòu)造帶儲(chǔ)層孔隙度最低值，進(jìn)行物性演化史恢復(fù)研究。

研究區(qū)岔—高—鄚構(gòu)造帶與蘇橋—文安斜坡帶沙三—沙四段儲(chǔ)層孔隙度演化過(guò)程相似，整體呈原生孔隙減少→次生孔隙增加→次生孔隙減少→次生孔隙弱增加的趨勢(shì)，蘇橋—文安斜坡帶孔隙度整體略小于岔—高—鄚構(gòu)造帶的。50.4～38.1 Ma，受壓實(shí)作用和早期方解石膠結(jié)作用影響，原生孔隙大量減少，岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶面孔率分別減少20.41%和19.77%，孔隙度降低至15.0%左右；38.1～22.3Ma，發(fā)生石英次生加大和大量長(zhǎng)石、巖屑溶蝕，次生孔隙大量增加，岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶面孔率分別增加6.15%和3.86%，孔隙度增加至20.0%左右；22.3～6.5 Ma，發(fā)生石英溶蝕和第二期碳酸鹽膠結(jié)，鈣質(zhì)膠結(jié)物沉淀，孔隙度明顯降低，兩個(gè)構(gòu)造帶面孔率分別減少16.48%和16.65%，減少至10.00%以下，岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶儲(chǔ)層于館陶組沉積后期(10.7和12.2 Ma)達(dá)到致密化[26]；6.5 Ma至今，黃鐵礦膠結(jié)和少量碳酸鹽溶蝕作用使岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶儲(chǔ)層面孔率分別增加4.05%和1.63%(見(jiàn)圖8)。研究區(qū)沙三—沙四段儲(chǔ)層致密化是由壓實(shí)和膠結(jié)作用共同形成的，晚期碳酸鹽膠結(jié)作用是儲(chǔ)層致密化的最直接因素。

圖8 霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層孔隙度演化史Fig.8 The porosity evolution history of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

4 儲(chǔ)層成巖與成藏耦合關(guān)系

4.1 油氣充注時(shí)間與期次

對(duì)霸縣凹陷沙三—沙四段4口單井7塊砂巖樣品進(jìn)行流體包裹體分析，確定油氣充注史。根據(jù)流體包裹體巖相學(xué)特征，沙三—沙四段儲(chǔ)層發(fā)育大量鹽水包裹體和烴類包裹體。室溫下，烴類包裹體主要為單一液相的油包裹體及油氣混相氣液包裹體，單一氣相包裹體發(fā)育較少；烴類包裹體直徑介于5～10 μm，主要發(fā)育于石英顆粒裂紋，碳酸鹽巖膠結(jié)物和石英次生加大邊中未觀測(cè)到烴類包裹體(見(jiàn)圖9)。在紫外光照射下，油包裹體表現(xiàn)出的熒光顏色是反映烴類組分及熱演化程度特征的重要依據(jù)[27]。研究區(qū)沙三—沙四段儲(chǔ)層烴類包裹體熒光顏色主要分為黃綠色和藍(lán)綠色，其中藍(lán)綠色熒光包裹體占多數(shù)，反映儲(chǔ)層存在兩期烴類充注過(guò)程、以晚期高成熟油氣充注為主的特征。

對(duì)BS3和WA1井流體包裹體樣品的烴類包裹體及其伴生的鹽水包裹體進(jìn)行顯微測(cè)溫分析，根據(jù)包裹體均一溫度，結(jié)合埋藏史，確定油氣成藏時(shí)間。WA1井沙四段(4 150.92 m)儲(chǔ)層樣品早期黃綠色熒光包裹體的伴生鹽水包裹體均一溫度分布范圍為115～125 ℃，晚期藍(lán)綠色熒光包裹體的伴生鹽水包裹體均一溫度分布范圍為130～150 ℃，確定兩期成藏時(shí)間分別為東營(yíng)組沉積末期(26.8～25.2 Ma)、館陶組沉積末期至明化鎮(zhèn)組沉積期(10.5～6.5 Ma)(見(jiàn)圖9(a))。BS3井沙四段(3 478.01 m)儲(chǔ)層樣品油氣包裹體的兩期伴生鹽水包裹體均一溫度分布范圍分別為90～95 ℃和105～125 ℃，確定兩期成藏時(shí)間分別為東營(yíng)組沉積末期(27.8～25.5 Ma)、館陶組沉積末期至明化鎮(zhèn)組沉積期(10.6～6.2 Ma)(見(jiàn)圖9(b))。

圖9 霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層油氣充注史Fig.9 Hydrocarbon filling history of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

4.2 油氣成藏物性下限

油氣成藏時(shí)，在特定地質(zhì)條件下，為克服運(yùn)移阻力而充注儲(chǔ)層的最小物性界線為成藏物性下限。采用分布函數(shù)曲線法[28]，分別擬合研究區(qū)岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶沙三—沙四段儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率下限與深度的關(guān)系公式(見(jiàn)圖10)。

根據(jù)研究區(qū)油氣充注史分析結(jié)果，結(jié)合單井埋藏史，確定樣品成藏時(shí)期埋深；將古埋深代入物性下限與深度擬合公式，可獲得成藏時(shí)期儲(chǔ)層物性下限值。岔—高—鄚構(gòu)造帶兩期成藏時(shí)的孔隙度下限分別為14.91%(早期)和6.23%(晚期)，滲透率下限分別為4.35×10-3μm2(早期)和0.22×10-3μm2(晚期)(見(jiàn)圖10(a))；蘇橋—文安斜坡帶兩期成藏時(shí)的孔隙度下限分別為15.35%(早期)和11.75%(晚期)，滲透率下限分別為2.50×10-3μm2(早期)和1.62×10-3μm2(晚期)(見(jiàn)圖10(b))。研究區(qū)有效儲(chǔ)層孔隙度和滲透率下限隨深度增大而逐漸降低。

圖10 霸縣凹陷沙三—沙四段致密砂巖儲(chǔ)層成藏物性下限分析Fig.10 The lower limit analysis of physical properties of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

4.3 儲(chǔ)層致密化與油氣成藏耦合配置關(guān)系

油氣成藏時(shí)，儲(chǔ)層物性特征與有效儲(chǔ)層物性下限關(guān)系決定油氣充注特征。儲(chǔ)層物性演化史與油氣充注史分析表明，第一期油氣大規(guī)模充注發(fā)生于東營(yíng)組沉積末期，研究區(qū)沙三—沙四段儲(chǔ)層尚未致密化，屬于“先成藏后致密型”成藏模式，砂體物性較好，岔—高—鄚構(gòu)造帶和蘇橋—文安斜坡帶臨近洼陷帶處儲(chǔ)層孔隙度(分別為22.10%和20.20%)遠(yuǎn)大于成藏孔隙度下限值(分別為14.91%和15.35%)(見(jiàn)圖11)，油氣充注阻力較小。烴源巖處于低熟—弱成熟階段，生烴強(qiáng)度較弱，生烴轉(zhuǎn)化率較低(約為33%)；同時(shí)儲(chǔ)層內(nèi)烴類包裹體豐度較低，說(shuō)明成藏規(guī)模較小。受地層埋深速率及生烴強(qiáng)度的影響，該時(shí)期發(fā)育一定程度的地層超壓，但超壓幅度較小(低于5 MPa)，油氣充注動(dòng)力較弱，推測(cè)在浮力和弱超壓共同作用、以浮力為主的驅(qū)動(dòng)力作用下，油氣克服儲(chǔ)層排驅(qū)壓力等運(yùn)移阻力，主要在鄰近源巖層的砂體中發(fā)生近距離充注。第二期油氣充注發(fā)生于館陶組沉積末期至明化鎮(zhèn)組沉積中后期，研究區(qū)烴源巖處于成熟—高成熟階段，生烴強(qiáng)度大，充注動(dòng)力較強(qiáng)。沙三—沙四段儲(chǔ)層達(dá)到致密化(見(jiàn)圖11)，屬于“先致密后成藏型”成藏模式，岔—高—鄚構(gòu)造帶鄰近洼陷帶處儲(chǔ)層孔隙度(7.10%)略高于成藏孔隙度下限值(6.23%)，在強(qiáng)充注動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下油氣發(fā)生充注，但蘇橋—文安斜坡帶鄰近洼陷帶處儲(chǔ)層孔隙度(5.00%)小于成藏孔隙度下限值(11.75%)，油氣充注較難。

圖11 霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層致密化與油氣充注關(guān)系Fig.11 Coupling relationship between reservoir tightness and hydrocarbon accumulation of the 3rd to 4th member of Shahejie Formation in Baxian Depression

霸縣凹陷不同構(gòu)造帶原油探明儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，岔—高—鄚構(gòu)造帶沙三—沙四段儲(chǔ)量約為1.5×107t，蘇橋—文安斜坡帶沙三—沙四段僅有少量?jī)?chǔ)量(見(jiàn)圖12)，表明蘇橋—文安斜坡帶沙三—沙四段受儲(chǔ)層致密化影響較大，不利于油氣充注。

圖12 霸縣凹陷不同構(gòu)造帶各層系原油探明儲(chǔ)量Fig.12 Proven reserves of crude oil in different structural zones of Baxian Depression

5 結(jié)論

(1)渤海灣盆地霸縣凹陷沙三—沙四段儲(chǔ)層在巖石學(xué)和孔滲特征上具有相似性，以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，儲(chǔ)集空間類型以殘余原生孔和次生溶蝕孔為主，屬于中、低孔—低、特低、超低滲儲(chǔ)層。

(2)研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代等成巖作用，呈現(xiàn)多期溶蝕、多期膠結(jié)的特征，目前處于早成巖B期至中成巖B期，以中成巖期為主。儲(chǔ)層孔隙度演化整體呈原生孔隙減少→次生孔隙增加→次生孔隙減少→次生孔隙弱增加的趨勢(shì)。岔—高—鄚構(gòu)造帶的孔隙度整體大于蘇橋—文安斜坡帶的，兩個(gè)構(gòu)造帶的儲(chǔ)層分別于約10.7和12.2 Ma達(dá)到致密化。儲(chǔ)層致密化受壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的共同影響，晚期碳酸鹽膠結(jié)是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化的最直接因素。

(3)研究區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷兩期油氣充注，第一期發(fā)生于東營(yíng)組沉積末期(27.8～25.2 Ma)，儲(chǔ)層成巖史與成藏史耦合關(guān)系表現(xiàn)為“先成藏后致密型”特征，各構(gòu)造帶儲(chǔ)層孔隙度高于成藏孔隙度下限；第二期發(fā)生于館陶組沉積末期至明化鎮(zhèn)組沉積期(10.6～6.2 Ma)，儲(chǔ)層成巖史與成藏史耦合關(guān)系表現(xiàn)為“先致密后成藏型”特征，其中岔—高—鄚構(gòu)造帶儲(chǔ)層孔隙度略高于成藏孔隙度下限，滿足油氣充注條件，蘇橋—文安斜坡帶儲(chǔ)層孔隙度低于成藏孔隙度下限，不利于油氣充注。