珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖層序地層及儲層分布①

黃海平 傅 恒 周小康 朱 煥

(1.成都理工大學能源學院 成都 610059;2.成都理工大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室 成都 610059; 3.中國海洋石油總公司深圳分公司 廣州 510240)

珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖層序地層及儲層分布①

黃海平1,2傅 恒1,2周小康3朱 煥3

(1.成都理工大學能源學院 成都 610059;2.成都理工大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室 成都 610059; 3.中國海洋石油總公司深圳分公司 廣州 510240)

以層序地層學理論為指導,運用巖芯觀察及薄片鑒定、測井、錄井、地震及其古生物等資料對珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖進行層序地層研究,共識別出5個三級層序界面和4個三級層序,各三級層序界面均是Vail的Ⅱ類層序界面的具體表現,建立了珠江組碳酸鹽巖的層序地層格架。在層序地層研究的基礎上,對碳酸鹽巖儲層的時空分布進行了系統研究,儲層主要發育在三級層序高位體系域。結果表明:有利儲集相帶分布于流花地區SQ3-HST臺地邊緣礁及生屑灘,較有利儲集相帶分布于惠州地區SQ1-HST、SQ2-HST臺地邊緣礁、生屑灘或臺內點礁、生屑灘,以及陸豐地區SQ1-HST臺內點礁、生屑灘。

珠江口盆地 珠江組 碳酸鹽巖 層序地層 儲層

珠江口盆地(東部)早在上世紀80年代就發現迄今為止海上最大的生物礁油田,石油地質儲量達2 X108t,并相繼發現多個生物礁油藏[1～2],生物礁是南海東北部含油氣盆地中油氣成藏規模僅次于砂巖的儲層類型。根據鉆井資料及地震資料分析,早中新世珠江組發育了五期碳酸鹽巖[3,4],多期發育的特點使碳酸鹽巖儲層非均質性很強,儲層物性橫向變化非常大。目前對碳酸鹽巖的成因及分布規律、類型、成藏控制因素等缺乏較詳細的認識,極大的限制了碳酸鹽巖油藏的勘探。

珠江口盆地(東部)層序地層學研究始于20世紀80年代末期,經過20余年的勘探與開發實踐,層序地層學已經取得了廣泛的應用及發展,不同學者對珠江口盆地(東部)珠江組三級層序劃分不盡一致。秦國權[5～6]、徐國強等[7]將珠江口盆地(東部)21.0 ～16.0 Ma地層(大致相當于珠江組)劃分為2.5個三級層序;王春修[8]、黃慮生[9]、謝利華等[10]將珠江口盆地(東部)珠江組地層劃分為3.5個三級層序;施和生等(2001)[11]將珠江口盆地(東部)21.0～16.5 Ma地層(大致相當于珠江組)劃分為2個三級層序、5個體系域和16個準層序組;黃誠等[12]將珠江口盆地(東部)珠江組地層劃分為4個三級層序,5個三級層序界面。

在前人研究的基礎上,本文運用巖芯觀察及薄片鑒定、測井/錄井、2D/3D地震及其古生物等資料,對珠江口盆地(東部)碳酸鹽巖進行層序地層研究,詳細分析各層序界面特征;建立珠江組碳酸鹽巖的層序地層格架及其與儲層的關系,搞清楚儲層縱橫向展布規律,對珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖儲層平面分布進行預測,為下一步油氣勘探提供新的科學依據。

1 區域地質背景

研究區所在的東沙隆起位于南海北部大陸架南緣。構造位置為中央隆起帶東段,呈北東向展布。西接番禺低隆起,北鄰珠一坳陷,東南鄰南部隆起帶-潮汕坳陷,西南與珠二坳陷白云凹陷相連,是一個被南北坳陷夾持,由北東向南西傾沒的大型鼻狀隆起(圖1)。

珠江口盆地具有獨特的盆地結構和構造格局,其形成和演化主要受印度板塊與歐亞板塊的碰撞和太平洋板塊對歐亞板塊NWW向俯沖的共同影響[13]。經歷了晚白堊世-早漸新世斷(裂)陷階段、晚漸新世-中中新世坳陷階段和晚中新世至今塊斷升降階段等演化過程,具有“下斷上坳”的雙層結構[14],為生物礁的形成和大規模發育創造了良好的地貌和海平面升降條件。

圖1 研究區構造位置圖Fig.1 Structure location of the study area

2 層序界面識別及特征

層序界面反映海平面升降速率與構造沉降的耦合關系,還反映這種關系形成的物質響應及兩者的差別,以及形成這種差別的盆地性質及動力學機制。本文在前人研究成果的基礎之上,根據巖芯觀察及薄片鑒定、測井/錄井、2D/3D地震及其古生物等資料,在珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽臺地識別出5個三級層序界面,均屬于Vail的Ⅱ類層序界面(圖2、圖3)。

SB1為浮游有孔蟲 P22N4和鈣質超微化石NP25NN1界面,漸新統珠海組中新統珠江組分界面,白云運動構造不整合面,界面附近存在1.5 Ma沉積間斷[15]。流花、惠州及陸豐地區均為砂巖、泥巖下粗上細的巖性突變面,界面下部以砂巖為主,界面上部則以泥巖、砂泥互層為主,界面上下的沉積序列變化反映了海侵特征。在全區,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變。在大部分地區,地震相主要表現為中-強振幅,中-高連續,流花地區由于上覆厚層灰巖對能量的強屏蔽作用表現為低連續、低振幅,以界面之上的上超和下超(圖4),界面之下的削截和頂超為主要特征。

SB2為鈣質超微化石N4N5界面。流花地區該界面位于灰巖內部,生物組合見淺水底棲大有孔蟲與深水浮游有孔蟲突變,界面附近存在硬石膏化和白云石化,界面之上GR曲線值較高,電阻率曲線為微齒狀,界面之下GR曲線值較低,電阻率曲線為巨齒狀,地震相表現為中連續、中-低振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。惠州地區多為灰巖頂面,上覆砂泥巖,為明顯的巖性巖相突變面,見示底構造、淡水中晶方解石充填裂縫和溶縫等暴露標志(圖5),界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相表現為高連續,強振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。陸豐地區多為灰巖頂面,上覆砂泥巖,存在明顯的巖性巖相突變,見大量滲流粘土、褐鐵礦化等暴露標志(圖5),界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相表現為雙相位強振幅、高連續,向南逐漸變為單相位、高連續,中-強振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。

SB3為浮游有孔蟲N5N6和鈣質超微化石NN2 NN3界面。流花地區該界面位于灰巖內部,但巖性組合有較大變化,界面下部主要為生屑灰巖和礁灰巖,界面上部則以泥微晶灰巖為主,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相表現為中-低連續、中-弱振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。惠州地區多為砂巖、泥巖巖性突變面,界面下部以砂巖、砂泥巖互層為主,界面上部則以泥巖為主,在HZ28和HZ34為灰巖與砂泥巖的巖性巖相突變面,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相表現為高連續、中-強振幅,以界面之上的上超和下超(圖4),界面之下的削截和頂超為主要特征。陸豐地區多為砂巖、泥巖巖性突變面,界面下以細砂巖、粉砂巖和泥巖互層為主,界面上以泥巖為主,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相表現為中-高連續、中-低振幅但以低振幅為主,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。

圖2 珠江口盆地(東部)珠江組三級層序劃分Fig.2 Sequences of Zhujiang Formation in the eastern Pearl River Mouth Basin

圖3 珠江口盆地(東部)LH11A井珠江組層序地層綜合柱狀圖Fig.3 Column of sequence stratigraphy of Zhujiang Formation from Well LH11A in the eastern Pearl River Mouth Basin

圖4 珠江口盆地(東部)珠江組層序界面地震相特征Fig.4 The characteristic of seismic facies of sequence boundary of Zhujiang Formation in the eastern Pearl River Mouth Basin

SB4為浮游有孔蟲N6N7界面。其暴露層序不整合面在流花地區表現最充分,多為灰巖的頂面,上覆陸棚泥巖,為巖性巖相突變面,界面下部灰巖見大量滲流粘土(粉砂)、強褐鐵礦染、示底構造、溶蝕孔縫發育等暴露標志(圖4)。惠州地區多為砂巖、泥巖巖性巖相突變面,界面下部以三角洲砂巖、砂泥互層為主,界面上部則以陸棚泥巖為主。陸豐地區也為砂巖、泥巖巖性巖相突變面,界面下則以三角洲砂巖和泥巖互層為主,界面上部以陸棚泥巖為主。在全區,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相主要以中-高連續、中-弱振幅為主,僅在流花及陸豐高部位表現為中-高連續、中-強振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。

圖5 珠江口盆地(東部)珠江組層序界面巖石學特征A.H2(SB2)2085.93 m,弱云化微晶有孔蟲珊瑚藻灰巖對角線:4mm(-);B.F15(SB2)1833.32 m,微晶珊瑚藻屑有孔蟲灰巖對角線:1.6mm(反光);C.L2(SB4)1268.73 m,微晶骨屑灰巖對角線:4mm(-);D.L4(SB5)1247.47 m,珊瑚藻灰巖對角線:4mm(-)Fig.5 The characteristic of petrography of sequence boundary of Zhujiang Formation in the eastern Pearl River Mouth Basin

圖6 珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖層序地層格架Fig.6 Sequence stratigraphic framework of the Zhujiang Formation in the eastern of the Pearl River Mouth Basin

SB5為浮游有孔蟲N8aN8b和鈣質超微化石NN4NN5界面,相當于珠江組頂界。在L4和LF33,該界面為灰巖頂面,上覆陸棚泥巖,為巖性巖相突變面,界面下部灰巖段見大量滲流粘土(粉砂)等暴露標志(圖5)。在全區,界面上下GR曲線高值與低值突變,電阻率曲線低值與高值突變,地震相主要表現為中-高連續、中-弱振幅,西北面受三角洲影響表現為中-高連續、中-強振幅,以界面之上的上超和下超,界面之下的削截和頂超為主要特征。

3 層序地層格架特征與儲層

在單井層序地層精細劃分的基礎上,結合研究區構造走向和物源區等因素綜合分析,選取多條連井剖面進行井震對比,分析層序在空間上的分布狀況,建立合理的層序地層格架(圖6),并分析儲層與層序的發育關系。

第1層序格架由層序1組成,海侵體系域繼承了下伏珠海組的濱岸砂質沉積,但濱岸砂質沉積的粒度明顯較珠海組細并夾更多泥質,顯示了海侵的沉積特征,向東南方向逐漸超覆于東沙隆起剝蝕區之上,物源主要來自東南部東沙隆起剝蝕區,砂巖粒度由東南向外逐漸遞減,濱岸相呈帶狀向外輻射。流花地區主要位于近-前濱相帶,巖性以中-細砂巖夾薄層泥巖為主。惠州地區主要分布在遠濱-陸棚相帶,巖性以細粉砂巖和泥巖互層為主。陸豐地區包括近-前濱和陸棚兩個相帶,隨著海侵加劇,沉積物由下向上由粗變細,分選也由差變好,泥質含量均逐漸增加。

海平面上升到最大位置后,海侵體系域濱岸砂泥質沉積開始轉變為高位體系域淺海碳酸鹽臺地沉積。流花地區位于臺地內部臺坪相帶,巖性以微晶有孔蟲灰巖為主,但局部高部位仍為粒度較粗的砂巖。惠州地區主要位于臺地邊緣及斜坡相帶,以生物礁、灘沉積為主,巖性主要為珊瑚藻粘結亮(微)晶珊瑚藻屑骨屑灰巖、亮(微)晶珊瑚藻屑骨屑灰巖、亮(微)晶有孔蟲珊瑚藻屑灰巖,分布比較廣,但厚度小,儲集性能比較好。陸豐地區主要位于臺地內部,巖性為亮晶珊瑚藻屑有孔蟲灰巖或苔蘚蟲灰巖,規模小,厚度小,但儲集性能較好,局部混積陸源碎屑。晚期海平面下降,高位體系域碳酸鹽臺地大面積暴露,進一步優化了儲層物性,流花、惠州及陸豐地區普遍見暴露標志。

第2層序格架由層序2組成,受新一輪海侵影響,海平面迅速上升,東南部東沙隆起剝蝕區向南大幅度縮小,但西部惠州地區、北部陸豐地區碳酸鹽臺地多被海侵淹沒,接受了陸棚泥質沉積。流花地區為臺坪和臺緣礁灘相,主要發育臺坪微晶珊瑚藻屑有孔蟲灰巖、骨屑微晶灰巖、微晶有孔蟲灰巖及礁灘珊瑚藻粘結灰巖、生屑灰巖等。惠州地區為淺海陸棚泥巖夾粉砂巖沉積,局部地區因古地勢較高,由SQ1-HST臺內臺坪相帶轉變為SQ2-TST臺緣礁灘相帶,發育珊瑚藻粘結灰巖、亮(微)晶珊瑚藻屑有孔蟲灰巖、亮(微)晶珊瑚藻屑骨屑灰巖。陸豐地區以陸棚泥巖和粉砂巖為主。流花地區與惠州地區局部高部位雖發育礁灘沉積,但整體處于一個水體相對較深、能量較低、生長速率較慢的沉積環境,缺乏普遍暴露接受大氣淡水改造的條件,灰巖次生溶蝕孔隙多不發育,儲集性能不佳。

隨著海平面下降,流花地區高位體系域主要為臺緣礁灘相,巖性以珊瑚藻粘結巖為主,儲層儲集性能比較好。珠江三角洲沉積體系逐漸推進到H28以西地區,巖性以粉砂巖為主夾少量泥巖和粉砂質泥巖.28以東地區為臺緣生物灘,巖性主要為亮(微)晶珊瑚藻屑有孔蟲灰巖、亮(微)晶珊瑚藻屑骨屑灰巖,是比較好的儲層。陸豐及其以北地區為陸棚粉砂巖、泥巖互層。

第3層序格架由層序3組成,SQ3海侵使東沙隆起剝蝕區向南縮小,臺地被淹沒后范圍向東南大面積縮小,僅流花地區和F33生物礁以南仍為碳酸鹽臺地。流花地區主要為臺坪珊瑚藻屑有孔蟲灰巖、微晶骨屑灰巖、微晶有孔蟲灰巖,因缺乏大氣淡水改造,儲集性能不佳。惠州、陸豐地區均為陸棚泥巖夾粉砂巖沉積。

隨著海平面下降,流花地區高位體系域發育臺緣礁灘沉積,巖性主要為珊瑚灰巖、珊瑚藻粘結有孔蟲珊瑚藻屑灰巖、珊瑚藻粘結骨屑珊瑚藻屑灰巖、亮(微)晶有孔蟲珊瑚藻屑灰巖。在經歷了高位后期多次周期性同生暴露及后來的低位表生暴露之后,碳酸鹽臺地普遍發育各種溶蝕等暴露標志,是灰巖儲層最有利發育層段。惠州、陸豐主要為陸棚細-粉砂巖與泥巖互層沉積。但西北部受古珠江三角洲影響,局部發育三角洲前緣砂泥質沉積。

第4層序格架由層序4組成,隨著海平面快速上升,珠江口盆地(東部)碳酸鹽臺地幾乎完全被淹沒,僅在局部高部位發育孤立的生物礁,流花、惠州及陸豐地區為陸棚泥巖或泥巖夾細-粉砂巖沉積。位于隆起高部位的F33生物礁,受海平面上升影響,生物礁在火山巖基底之上快速生長,巖性以珊瑚藻粘結珊瑚藻屑有孔蟲灰巖、珊瑚藻粘結骨屑珊瑚藻屑灰巖、微晶有孔蟲珊瑚藻屑灰巖和砂質砂礫屑灰巖為主,見大量玄武巖屑和火山角礫巖屑。

高位體系域發育期,僅L4、F33等局部發育的生物礁繼續生長,巖性以珊瑚藻灰巖和微晶有孔蟲珊瑚藻屑灰巖為主,規模比較小,但儲集性能較好,后期海平面下降生物礁發育大量暴露標志。流花、惠州及陸豐地區為陸棚泥巖夾細-粉砂巖沉積。但惠州H27以西地區受古珠江三角洲推進影響,發育三角洲前緣細砂巖與粉砂質泥巖互層沉積。

4 有利儲層平面分布

三級層序海平面升降是影響珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖發育的主控因素之一,其灰巖儲層發育段亦與高位體系域緊密相關,高位體系域海平面處于停滯-下降狀態時,碳酸鹽臺地整體處于水體相對較淺、能量較高、生長速率較快的沉積環境,礁灘灰巖發育且規模明顯增大,且每次海平面波動,暴露于地表的生物礁灘經受大氣淡水的淋濾和溶蝕,暴露面以下的滲流帶環境由于淡水溶蝕作用形成高孔滲層,大大改善了儲層物性,古潛水面以下的潛流環境發生以膠結作用為主的成巖作用,破壞了儲層物性,但經過后期深埋溶蝕作用的改造,進一步優化了儲層物性條件[16～18],碳酸鹽巖儲層平面分布具有明顯的區域性(圖7)。

流花地區珠江組灰巖儲層主要分布在SQ3-HST臺地邊緣堡礁及臺地邊緣生屑灘,儲層橫向分布廣,厚度大,儲集性能最好,據該區巖芯分析統計,孔隙度為5.0%～38.8%,平均值達19.7%,滲透率為(0.01 X10-3～6 270.00 X 10-3μm2,平均值達324.27 X 10-3μm2。雖然流花地區SQ2-HST及部分海侵體系域也有礁灘相灰巖發育,但SQ3-HST以下的灰巖儲層基本全為水層.4生物礁由于地勢高,在SQ4-HST仍有礁灘相灰巖儲層發育,其頂部55.0m±為油層,據該井巖芯分析統計,孔隙度為7.7%～27.1%,平均值達14.30%,滲透率為(0.02～3 710.00)X 10-3μm2,平均值達319.00 X 10-3μm2,但流花地區SQ4-HST分布僅局限在L4井區小范圍內,其它灰巖儲層儲集性能不佳。流花地區儲層雖以高滲透為主,但非均質性普遍存在,滲透率在縱向上變化范圍很大,可相差幾萬倍,但是從總體上看,滲透率具有隨孔隙度增加而升高的趨勢。

惠州地區珠江組礁灘相灰巖儲層主要分布在SQ1-HST和SQ2-HST.SQ1-HST為臺緣堡礁及生屑灘或臺內點礁及生屑灘,橫向分布廣,厚度小,儲集性能較好,據測井解釋統計,孔隙度為5.0%～22.7%,平均值達12.8%.Q2-HST在惠州地區東南部,臺地邊緣堡礁及臺內生屑灘分布面積大,厚度較大,儲集性能較好,據測井解釋統計,孔隙度為5.6%～ 18.2%,平均值達12.5%。據孔隙度和滲透率關系分析,惠州地區孔滲相關性較差,反映滲透率受裂縫的影響較大,這與惠州地區珠江組灰巖埋深較大、壓實壓溶作用較強導致裂縫較發育有關。

陸豐地區礁灘相灰巖儲層分布在SQ1-HST.SQ1-HST主要為臺內點礁及生屑灘,規模小,厚度小,但儲集性能較好。據F15井巖芯分析統計,孔隙度為16.2%～28.5%,平均值達21.4%,滲透率為(0.70 X10-3～401.00 X10-3μm2,平均值達56.73 X10-3μm2,孔隙度與滲透率的相關性較好。

圖7 珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖有利儲層平面分布圖Fig.7 The favorable reservoir belt ichnography of carbonate of Zhujiang Formation in the eastern Pearl River Mouth Basin

綜上所述,明顯可見珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖有利儲集相帶為流花地區SQ3-HST臺地邊緣堡礁及生屑灘,較有利儲集相帶為惠州地區SQ1-HST、SQ2-HST臺地邊緣堡礁、生屑灘或臺內點礁、生屑灘,以及陸豐地區SQ1-HST臺內點礁、生屑灘。

5 結論

(1)在珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽臺地,識別出5個層序界面和4個三級層序,層序界面均為Vail的Ⅱ類層序界面。

(2)珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖發育明顯受三級層序海平面升降控制,灰巖儲層發育在高位體系域,礁灘相灰巖頻繁暴露導致強烈溶蝕改造,進一步優化了礁灘灰巖儲層物性條件。

(3)珠江口盆地(東部)珠江組碳酸鹽巖有利儲集相帶為流花地區SQ3-HST臺地邊緣堡礁及生屑灘,較有利儲集相帶為惠州地區SQ1-HST、SQ2-HST臺地邊緣堡礁、生屑灘或臺內點礁、生屑灘,以及陸豐地區SQ1-HST臺內點礁、生屑灘。

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Sequence Stratigraphy and Reservoir Distribution of Carbonate of Zhujiang Formation in the Eastern Pearl River M outh Basin

HUANG Hai-ping1,2FU Heng1,2ZHOU Xiao-kang3ZHU Huan3
(1.Energy College,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059; 2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Explotation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059; 3.Shenzhen Ltd.,CNOOC,Guangzhou 510240)

On the basis of stratigraphic theory and the analysis of core,thin section,logging,seismic and paleontological data,five sequence boundaries which are similar to type two sequence boundary of Vail sequence and four sequences can be recognized of carbonate of Zhujiang Formation in the eastern Pearl River Mouth Basin.The isochronous formation framework has been established.According to the study of sequence stratigraphy,the temporal and distribution of reservoir of the carbonate rock can be inferred.The relation between reservoir and sequence stratum is determined and the reservoirmainly occurs in the HST of the sequence framework.The results show that platform edge reef and bioclast bank of SQ3-HST in liuhua area are the favorable reservoir belt,reef and bioclast bank of platform edge or platform point reef and bioclast bank of internal platform of SQ1-HST and SQ2-HST in Huizhou area and platform point reef and bioclast bank of internal platform of SQ1-HST in lufeng area are the less favorable reservoir.

Pearl River Mouth Basin;Zhujiang Formation;carbonate rock;sequences;reservoir

黃海平 女 1983年出生 博士研究生 油氣田開發地質 E-mail:huanghaiping10@163.om

TE121.3

A

1000-0550(2012)02-0291-10

①國家科技重大專項(編號:2008ZX05025)資助。

2011-01-11;收修改稿日期:2011-07-14