中國南方地區碳酸鹽巖儲層高電阻率水層地質成因——以川西地區下二疊統棲霞組為例

黃東 汪華 陳利敏 袁小玲 石學文

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 2.中國石油東方地球物理公司信息技術中心

中國南方地區碳酸鹽巖儲層高電阻率水層地質成因
——以川西地區下二疊統棲霞組為例

黃東1汪華1陳利敏2袁小玲1石學文1

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 2.中國石油東方地球物理公司信息技術中心

隨著油氣勘探工作的不斷深入，一些有別于常規測井的地質現象也不斷被發現，其中報道得最多的是碎屑巖中發現的低電阻率油氣層，而對碳酸鹽巖中的高電阻率水層卻鮮有報道。為此，以四川盆地下二疊統棲霞組儲層為例，分別從儲層特征、儲層充填物特征以及地層水性質出發，研究分析了造成碳酸鹽巖儲層中水層電阻率高的地質原因。結果表明，除了工程原因外，高電阻率水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲層致密導致儲層電子導電能力降低，從而形成高電阻率；②碳酸鹽巖儲層內瀝青的廣泛分布導致儲層電子導電能力降低，也可形成高電阻率；③儲層中的流體為淡水時，將導致離子數量減少，降低導電能力，測井解釋時其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。該研究成果有助于提高致密碳酸鹽巖地區測井解釋的符合率。

中國南方 碳酸鹽巖 高電阻率水層 成因 儲集層特征 充填物 地層水 四川盆地 早二疊世

中國南方沉積了8 000～10 000 m厚的震旦系—中三疊統海相碳酸鹽巖地層，面積約100×104km2，這些地層主要分布在川、滇、黔、桂等省區及中下揚子地區。四川盆地是中國大型富含天然氣資源的沉積盆地之一，同時也是一個典型的多期次構造作用疊合的復雜盆地。經過50多年的勘探，基本明確了震旦系、石炭系、二疊系、三疊系等主要含氣層位，建成了新中國第一個產能超過100×108m3的天然氣生產基地。近年來，隨著四川盆地勘探程度的不斷提高，科研人員發現了一些有別于常規的地質現象——碳酸鹽巖儲層中的高電阻率（以下簡稱高阻）水層。此前對于碎屑巖中的低電阻率油氣層已有大量的報道（大慶油田、長慶油田、吉林油田、吐哈油田等）［1－3］，對其成因也有了較深入的認識；而對高阻水層卻鮮有報道［4－6］，但這類非常規高阻水層又是油氣勘探，特別是測井解釋中一個較難解決的問題。

1 高阻水層的定義

國內外常規油氣勘探中，在評價儲層的含流體情況時，特別是在評價巖性復雜、油氣水關系復雜的儲層時，只根據儲層的電阻率或油氣飽和度往往不能準確判別流體性質。實際勘探中，儲層中的流體情況，不僅與其含氣飽和度有關，而且還與儲層巖性、物性、流體性質以及儲層充填物等多種地質因素有關，而這些因素之間的關系卻又是十分復雜的。眾所周知，在常規石油與天然氣在勘探過程中，水層具有電阻率低的電性特征，氣層和油層具有電阻率高的電性特征。高阻水層是相對于常規勘探中具有低電阻率的水層電性特征而言的，高阻水層的電阻率比一般水層的電阻率要高，其電阻率值可與油層或氣層的電阻率相當，因而在測井解釋中往往將其誤判識為油層或氣層，而試油結論卻證實儲層內的流體實際上為水。

2 地質背景

四川盆地二疊紀前的云南運動形成了由不同地層組成的準平原化基底。二疊紀開始時，地殼全面下沉，除北側巴武古陸、西側康滇古陸、摩天嶺古陸和東側江南古陸呈島鏈露出水面以外，上揚子古陸全被淹沒，廣泛的海侵使下二疊統地層覆蓋在石炭系或志留系之上［7－10］。下二疊統棲霞組地層一般劃分為兩段，從下至上依次為：棲一段和棲二段，其中棲一段又細分為A、B兩個亞段：棲一段B亞段主要為深水低能沉積的中—薄層狀黑灰、深灰色似“眼球”狀細粉晶藻屑、含生屑泥晶灰巖夾泥質泥晶灰巖和薄層黑色頁巖；棲一段A亞段主要由淺水—半深水沉積的中厚層塊狀灰、淺灰色泥晶生屑灰巖、亮晶生屑灰巖、灰白色的云質“豹斑”灰巖、中—粗晶白云巖和顆粒白云巖等構成；棲二段主要為臺地邊緣灘沉積的中—薄層狀深灰色灰巖局部夾薄層灰色白云巖。

川西地區位于四川盆地西部、龍門山前緣，大地構造位置處在四川克拉通盆地西緣的川西坳陷，該區大地構造位置特殊，沉積構造演化過程十分復雜。經過多年的勘探，先后在川西南部和川西北部地區鉆井過程中鉆遇了棲霞組優質白云巖儲層。測井資料表明，該區儲層電性特征均為高電阻率特征，但試油結果卻顯示出該區儲層含流體情況較為復雜，既有高產氣井（L17），也有淡水井（K2），還有高礦化度地層水井（HS1）。

3 高阻水層地質成因

按導電機理的不同，巖石可分成兩大類，離子導電的巖石和電子導電的巖石，前者主要靠連通孔隙中所含的溶液的正負離子導電；后者靠組成巖石顆粒本身的自由電子導電。高阻水層的形成主要受宏觀地質背景、微觀孔隙結構、孔隙充填物以及流體性質等因素的影響。從電性特征看，川西南部的漢深1井與川西北部的礦2井電阻率都較高，根據該區圖版解釋儲層流體具有典型的氣層特征，但測試結果卻與測井解釋存在著較大差異，兩口井均產水。從其水化學分析結果看，兩者水的性質也存在較大差異，從K2井水分析資料來看：Cl－含量僅164 mg／L，反映地層水為低礦化度的Na HCO3型淡水，而HS1井則為高礦化度的CaCl2型地層水（表1）。雖然兩者都產水，但是由于其水的性質不同，因而兩者代表著不同的成藏過程和地質意義。下面分別分析高阻水層的成因。

表1 川西地區棲霞組地層水分析數據表

3.1 儲層致密導致電阻率高

測井電性特征是巖石本身以及巖石內部流體等綜合反映的結果，這也是進行測井解釋儲層及其含流體情況的基礎。儲層的儲集性能主要受沉積環境、成巖作用的影響。依據前人的研究成果，結合野外地質觀察發現，川西地區棲霞組儲層主要為生物灘，古生物化石從破碎到完整均有，不具抗浪格架，平面上由于位置不同，沉積環境的不同，其結構組分和后期成巖作用也有著明顯的差異。根據川西地區棲霞組巖心觀察和野外露頭結果認為，川西南部地區棲霞組巖性主要為水體能量較低的泥晶灰巖夾細—中晶白云巖化灰巖。從巖心觀察看，HS1井棲霞組取心段巖性主要為深灰—灰黑色白云巖，局部發育中晶白云巖（圖1）。根據65個棲霞組巖心樣品物性分析表明，HS1井孔隙度分布范圍較大，介于0.16%～10.39%，主要孔隙度集中在0～2%之間，平均孔隙度僅為1.64%，明顯低于川西北部地區K2井棲霞組巖心的平均孔隙度（3.03%），滲透率極低，一般均小于0.005 mD（圖2）。儲層物性特征表明，川西南部地區棲霞組儲層具有低孔隙度、低滲透率致密碳酸鹽巖儲層的特征，雖然儲層中局部存在高孔隙度、高滲透率段，但總體看來儲層儲集性能差，根據四川盆地碳酸鹽巖儲層劃分標準來看應屬于差儲層—非儲層。

在地質歷史時期，同一地區的不同構造應具有相同或者相似的成藏條件。同樣位于川西南部地區的周公山構造的ZG1井棲霞組儲層電性特征為低伽馬值、低電阻率、高聲波時差特征，特別是8號儲層，具有典型的水層特征，測試結果也證實流體性質為地層水。為什么同為棲霞組儲層，在不同構造上卻顯示出不同測井響應特征，一個儲層為高電阻率特征，另一個儲層為低電阻率特征。根據HS1井與ZG1井對比分析表明，HS1井巖心物性較ZG1井物性差，該井棲霞組巖石滲透性差，巖性致密，從鏡下薄片看，HS1井棲霞組孔隙不發育且為一些孤立的孔隙，從而導致該層段電性特征表現為低伽馬值、高電阻率、相對較高的聲波時差氣層特征（圖3）。也就是說HS1井的高電阻率特征并不反映儲層內流體的情況，而是對該層段巖石致密性的一個高電阻率特征反映。

3.2 儲層瀝青含量豐富導致電阻率高

國內外的油氣勘探實踐表明，當儲層中有瀝青時，含瀝青的儲層喉道大小明顯比不含瀝青的儲層小。雖然儲層瀝青未使孔隙體積明顯減小，但會堵塞喉道而使滲透率大大降低，同時使儲層的非均質性增強。

儲層瀝青的存在不僅改變了儲層孔隙結構，導致儲層巖電參數變化，而且還會導致物性、含油性和電性的變化。當有瀝青充填到儲層的孔隙中時，由于瀝青的導電性差或不導電性將導致儲層電阻率較未含瀝青層段電阻率高，從而在測井曲線上表現出高電阻率的電性特征。HS1井和K2井在鏡下薄片中均可以見到瀝青不同程度的充填，其主要充填于儲集層的孔隙或裂縫中，從瀝青的產狀看，瀝青主要充填于晶間和晶間溶蝕溶孔的內壁（圖4）。從測井曲線看，當瀝青出現在有瀝青充填的儲層井段時，該段電阻率值明顯較同一巖性井段的要高。

3.3 流體為淡水導致電阻率高

當儲層內的流體為低礦化度的地層水或淡水時，由于水中可移動的導電離子數大量減少，從而導致電阻率值增加，在測井電阻率曲線上則表現出高電阻率特征。由于隨著勘探程度的不斷提高，勘探家們越來越認識到淡水地層的電阻率類同氣層，電阻率值較高，因而按常規解釋易出偏差，這也是HS1井棲霞組水層呈現出高電阻率特征易解釋失誤的原因。K2井棲霞組巖性主要為淺灰—灰色細—中晶白云巖，粗晶（砂糖狀）白云巖發育。巖心分析物性表明，孔隙度分布范圍介于0.42%～16.61%，孔隙度在各個區間分布較為平均，平均孔隙度為3.03%，明顯較HS1井高（圖2），儲層物性特征明顯較致密的HS1井好，屬于中等—好儲層。從K2井儲層測井解釋看，棲霞組儲層電性特征具有低伽馬值、高電阻率、相對較高的聲波時差特征，無疑具有典型的氣層特征（圖5）。但通過該井MDT取樣分析卻表明：儲層段產水。根據本井MDT水樣分析資料，其Cl－含量僅164 mg／L，礦化度低，反映儲層中的水為淡水特征。

圖4 川西地區K2井、HS1井儲層瀝青鏡下薄片圖

K2井位于川西北部的礦山梁構造，該區地處四川盆地西北部的龍門山和米倉山交匯三角地帶，該區曾經經歷了多期次的構造運動，地面斷層、油砂巖比比皆是。在地質歷史時期，由于斷層的開啟、閉合不斷對平衡了的油氣藏進行調整、改造及破壞。斷層的活動一方面提供了油氣調整的動力，另一方面也將地表的淡水帶入儲層，油氣運移出去后，水滯留在儲層內，從而導致儲層電阻率受地層水控制明顯。因此在斷層附近或者保存條件較差的地區進行儲層流體解釋時，應考慮地表水的滲入，避免因淡水滲入儲層形成高阻水層的氣層假象特征。

圖5 川西北部地區K2井棲霞組測井解釋成果圖

4 結論

1）碳酸鹽巖儲層中高阻水層的發現不僅為測井解釋提供了地質依據，而且還提高了測井解釋的符合率。

2）除了工程原因外，高阻水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲層致密導致儲層電子導電能力降低，從而形成高阻；②碳酸鹽巖儲層內瀝青的廣泛分布導致儲層電子導電能力降低，也可形成高阻；③儲層中為淡水時，將導致離子數量減少，降低導電能力，測井解釋時其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。

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Geologic origin of aquifer with high resistivity in the carbonate reservoirs in South China：A case study from the Lower Permian Qixia Formation in West Sichuan Basin

Huang Dong1，Wang Hua1，Chen Limin2，Yuan Xiaoling1，Shi Xuewen1
（1.Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Information Technology Center of Bureau Geophysical Prospecting，CNPC，Zhuozhou，Hebei 061000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 11，pp.22－26，11／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

More and more geologic phenomena distinguished from those in a normal well log analysis appear successively along with the deepening of hydrocarbon exploration.Up till now，most reports have focused on low resistivity oil／gas layers in clastic reservoirs，but very few on high resistivity aquifers in carbonate reservoirs.In view of this，in a case study from the Lower Permian Qixia Formation reservoir in the Sichuan Basin，we studied the geologic reasons of high－resistivity aquifers in the carbonate reservoirs in respect of reservoir characteristics，reservoir filling features and formation water property.In conclusion，apart from the engineering factors，the following factors are also presented herein.（1）The tightness of carbonate reservoirs lowers the conductivity of electrons in the reservoirs，which results in high resistivity.（2）The wide distribution of bitumen in the carbonate reservoirs also lowers the conductivity of electrons in the reservoirs，thus leading to high resistivity.（3）If the aquifers contain fresh water，the amount of ions will decrease，lowering conductivity；quite similar to that of hydrocarbon layers in well log interpretation，thus the resistivity of the aquifer is very high.This understanding provides good reference for logging interpretation and exploration in the areas with tight carbonate reservoirs.

China，south，carbonates，high resistivity aquifer，origin，reservoir property，filling，formation water，Sichuan Basin，Early Permian

黃東等.中國南方地區碳酸鹽巖儲層高電阻率水層地質成因——以川西地區下二疊統棲霞組為例.天然氣工業，2012，32（11）：22－26.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.11.005

黃東，1980年生，工程師，碩士；現在中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院從事致密油氣地質綜合研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新區天府大道北段12號。電話：（028）86015122。E－mail：hdong＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2012－09－14 編輯 居維清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.11.005

Huang Dong，engineer，born in 1980，is engaged in comprehensive geologic research of tight oil and gas.

Add：No.2，North Tianfu Rd.，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

E－mail：hdong＠petrochina.com.cn