東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲層成因

操應長，楊 田，王 健，遠光輝，葸克來，李曉艷

(1.中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島266580)

東營凹陷已累積探明灘壩砂巖石油地質儲量 0.16×108t，南部緩坡帶作為灘壩砂巖的主要發育區，待發現資源量達5.44×108t，對其開展系統、精細研究具有十分重要的意義［1］。但是，受陸相斷陷盆地地質特征的復雜性以及灘壩砂巖自身成因的特殊性控制，灘壩砂巖單層厚度小、橫向變化快、砂體展布連續性差、分布規律復雜，研究難度大［2-7］。總結現階段針對東營凹陷南部緩坡帶沙四上亞段灘壩砂巖的相關研究發現，沉積特征研究相對成熟，并逐漸取得了統一認識［2-3］;儲層特征研究相對不足，針對儲集空間類型及成因、成巖作用特征、有效儲層成因及分布等問題仍然存在爭議［4-7］，這也嚴重制約著灘壩砂巖儲層的有效勘探和開發。因此，筆者在總結前人研究基礎之上，綜合利用巖心觀察、薄片鑒定、物性測試等分析測試方法對東營凹陷南部緩坡帶沙四上亞段灘壩砂巖儲層相關特征及有效儲層成因進行研究。

1 研究區概況

東營凹陷為一典型“北斷南超、北陡南緩”的陸相斷陷盆地，南斜坡西起利津洼陷西坡(濱東)、東至羊角溝油田，勘探面積約2500 km2。沙四段上亞段沉積早期，東營凹陷處于斷陷初期，氣候由干旱向潮濕轉變，由于南斜坡古地勢相對平緩，在廣闊的濱淺湖區發育了大量灘壩沉積［3］(圖1);沉積末期，湖盆水體進一步加深，廣大地區進入半深湖——深湖環境，發育少量濱淺湖灘壩沉積。整體上南斜坡沙四上亞段沉積時期，多種沉積體并存，以灘壩沉積為主，灘壩砂巖與湖相泥巖互層頻繁，形成良好的油氣生儲地質條件。

圖1 東營凹陷南坡構造位置及沙四上亞段灘壩砂體沉積分布Fig.1 Tectonic setting of the south slope and distribution of beach-bar sands of the upper submember of the fourth member of Shahejie formation in Dongying sag

2 東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲層特征

2.1 灘壩砂巖儲層巖石學及物性特征

東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲層巖石類型主要為巖屑質長石砂巖。石英含量相對較低，一般小于50%;長石含量較高，一般為34% ～40%，最大為45%，鉀長石含量稍高于斜長石含量;巖屑含量一般大于25%，不同地區變化較大。總體上，研究區灘壩砂巖巖石礦物成分成熟度中等，物質組分粒度中值一般為3～5Φ，多為細砂—粉砂;沉積物分選好，分選系數一般小于2。

通過實測物性資料分析，東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲層孔隙度主要集中在5%～25%，占統計數據的91.47%;以低中孔儲層為主體，低孔儲層占30.46%，中孔儲層占44.21%。儲層滲透率主要集中在(0.01～100)×10－3μm2，占統計數據的95.18%;以低滲、特低滲儲層為主體，低滲儲層占21.10%，特低滲儲層占74.08%(圖2)。

2.2 灘壩砂巖儲層成巖作用特征

研究區儲層成巖作用事件類型主要有壓實作用、膠結作用、交代作用和溶解作用(圖3)。壓實作用主要表現為顆粒之間的點接觸和線接觸，云母等塑性顆粒的壓實變形及長石等脆性顆粒的壓實破裂等。膠結物類型多樣，常見硅質膠結、硫酸鹽膠結、黏土礦物膠結和碳酸鹽膠結等，以方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦等碳酸鹽礦物的膠結作用為主，膠結類型以孔隙式膠結為主，基底式膠結次之。交代作用普遍發育，主要為碳酸鹽膠結物之間的交代和碳酸鹽膠結物對碎屑顆粒的交代，其中膠結物之間的交代常見鐵方解石交代方解石、鐵白云石交代方解石以及鐵白云石交代鐵方解石等。溶解作用主要表現為長石、巖屑顆粒及少量碳酸鹽膠結物的溶解，多形成粒內溶孔及溶擴孔。

圖3 灘壩砂巖儲層成巖作用特征Fig.3 Diagenesis characteristics of beach-bar sands reservoir

由于灘壩砂體發育在砂泥互層的沉積組構中，不同沉積微相其成巖作用特征存在明顯差異。壩主體、灘脊由于單砂層厚度大，在距離砂泥界面較近處儲層以較強碳酸鹽膠結作用為主;距砂泥界面距離增大，膠結作用減弱，溶蝕作用增強。壩側緣、灘席由于單砂層厚度薄，儲層成巖作用受泥巖影響明顯，雜基含量高的單砂體以強壓實作用為主;雜基含量低的單砂體碳酸鹽膠結作用強烈。

2.3 灘壩砂巖儲層儲集空間特征

通過巖石鑄體薄片分析，東營凹陷沙四上亞段灘壩砂巖儲層主要有原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙等幾種儲集空間類型，以原生孔隙為主。原生孔隙包括壓實殘余原生粒間孔隙(圖4(a))和膠結殘余原生粒間孔隙(圖4(b))。混合孔隙根據孔隙形態分為溶擴孔隙和長條狀溶蝕孔隙，前者指原有單個孔隙由于其周圍碎屑顆粒部分溶蝕而擴大，顆粒邊緣往往形成港灣狀、蠶食邊狀溶蝕邊緣，包括粒間溶擴孔隙、超大孔隙等(圖4(c));后者是指相鄰兩個或兩個以上的孔隙之間喉道同時受到溶蝕，使兩個甚至多個粒間孔隙連成長條狀孔隙(圖4(d))。次生孔隙包括次生組分內溶孔和其他次生成因孔縫，前者指明顯發生在顆粒或者膠結物組分內部的溶蝕孔隙，包括石英、長石、巖屑顆粒內溶孔和碳酸鹽膠結物內部溶孔(圖4(f))，以長石粒內溶孔(圖4(e))為主;后者包括構造微裂縫(圖4(g))、成巖收縮縫、礦物解理縫(圖4(i))以及高嶺石晶間孔(圖4(h))等，以構造微裂縫常見。

2.4 灘壩砂巖有效儲層儲集空間分布組合規律

在總結灘壩砂巖儲層儲集空間特征的基礎上，收集并統計灘壩砂巖儲層實測孔隙度－深度數據，結合東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲層孔隙度下限(φ下限= －10.837lnH+95.553，R2=0.95115。式中，φ下限為孔隙度下限;H 為深度，km)研究［7］，繪制對應的深度－孔隙度物性剖面(圖5)。結合鏡下鑄體薄片儲集空間微觀分析，對有效儲層儲集空間特征進行總結。研究表明有效儲層儲集空間分布組合在縱向上具有分段性:在1.0～2.0 km深度內，有效儲層以原生孔隙為主，次生孔隙和混合孔隙少見。在2.0～3.1 km深度內，有效儲層以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙的組合為典型特征，原生孔隙中膠結殘余原生粒間孔隙的比例增大，混合孔隙中長條狀溶蝕孔隙和溶擴孔隙均較常見，次生孔隙含量增加。在3.1～3.6 km深度內，有效儲層以原生孔隙、次生孔隙的組合為典型特征，原生孔隙多為壓實殘余原生粒間孔，次生孔隙多為長石粒內溶孔、裂縫等。

圖4 灘壩砂巖儲層儲集空間特征Fig.4 Reservoir space characteristics of beach-bar sands reservoir

3 東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲層成因

3.1 灘壩砂巖儲層物性控制因素

灘壩砂巖儲層儲集物性是原始沉積作用、后期成巖作用和保存條件綜合作用的結果。研究表明，有利的沉積條件是儲層良好物性發育的基礎;不同成巖作用類型及強度促使儲層儲集性能發生變化;油氣充注、地層超壓利于儲層物性保存。

3.1.1 沉積作用

沉積作用是決定儲層物性的最基本因素。不同沉積相帶、沉積物巖性、沉積物分選的儲層其物性存在一定的差異，并且儲層的物性和不同的沉積條件之間具有一定的內在聯系［8］。統計不同沉積條件下巖心實測儲層物性數據(表1)，總結不同沉積條件對儲層物性控制的特征。

不同沉積微相由于水動力條件的差別，其儲層物性之間有一定的差異。壩主體儲層由于水動力作用最強，沉積物粒度較粗、分選好，雜基含量低，其物性最好;灘脊、灘席的儲層物性次之;壩側緣儲層物性最差。細砂巖和粉砂巖儲層物性較好，平均孔隙度相差不大，其中細砂巖由于雜基含量低、分選好，其滲透率明顯高于粉砂巖;泥質粉砂巖儲層由于雜基含量高，堵塞孔隙喉道，儲層物性較差。沉積物分選為1～1.5的儲層物性最好，分選為1.2～2和2～2.5的儲層物性次之，分選大于2.5儲層物性明顯變差。沉積物分選越好，儲層的物性越好，兩者存在明顯的正相關性。

圖5 灘壩砂巖有效儲層儲集空間分布組合特征Fig.5 Distribution and combination of reservoir space characteristics of beach-bar sands effective reservoir

表1 灘壩砂巖儲層沉積作用對儲層物性控制分析數據Table 1 Analysis data about sedimentation control over reservoir physical property of beach-bar sands reservoir

3.1.2 成巖作用

成巖作用是在沉積作用的基礎上對儲層的物性進行改造。影響儲層物性的成巖作用包括建設性成巖作用(主要是溶蝕作用)和破壞性成巖作用(主要是壓實作用和膠結作用)。建設性成巖作用和破壞性成巖作用的不同影響促使不同儲層的儲集物性差異明顯，相同儲層的儲集物性發生分異。

壓實作用伴隨于沉積成巖作用整個過程中，對儲層物性具有十分重要影響;膠結作用以碳酸鹽膠結作用為主，它使儲層的孔隙度和滲透率大大降低。根據 D.C.Beard 和 P.K.Weyl［9］(1973)恢復原始孔隙度的實驗，估算儲層原始孔隙度一般為37% ～40%。通過鏡下薄片統計壓實作用和膠結作用減少的孔隙度數據(圖6)，其中壓實作用損失的孔隙度占總孔隙度的10%～50%;膠結作用損失的孔隙度占總孔隙度的15% ～60%，局部可達70%。表明壓實作用和膠結作用均較大程度上降低了儲層的儲集物性，不利于有效儲層的發育，并且膠結作用的影響要強于壓實作用。

圖6 灘壩砂巖儲層壓實作用和膠結作用在孔隙度損失中的關系Fig.6 Relationship between compaction and cementation as factors controlling porosity evolution of beach-bar sands reservoir

溶蝕作用產生的次生孔隙能夠增加儲集空間，改善儲層物性。通過鑄體薄片分析，統計溶蝕次生孔隙相對含量(圖5)，在1.0～2.0 km內溶蝕次生孔隙相對含量基本小于10%;2.0～3.1 km內溶蝕次生孔隙相對含量為5% ～50%，部分大于50%;3.1～3.6 km內溶蝕次生孔隙相對含量為5% ～40%。溶蝕作用對2.0～3.0 km內儲層的影響最顯著，使該段儲層物性明顯變好。

3.1.3 油氣充注與地層超壓

油氣充注和地層超壓是儲層物性良好保存的有利條件。油氣充注一方面可以改變孔隙流體性質，增強與儲層礦物反應，促進儲層儲集空間增加［10］;另一方面可以對已形成的儲集空間形成良好保存［11］。地層超壓使得孔隙流體承載一部分的負載壓力，有效地抑制壓實作用降低儲層物性的影響。

通過分析灘壩砂巖儲層不同含油級別儲層孔隙度滲透率交會圖(圖7)，可知油浸儲層的物性最好，油斑和油跡儲層物性次之，熒光及以下含油級別儲層的物性最差。在此基礎上，統計不同含油級別儲層中有效儲層所占比例，油浸儲層有效儲層占96.34%，油斑和油跡儲層有效儲層相差不大，分別為77.2%和76.1%，熒光及以下含油級別的儲層有效儲層的比例為48.3%，可見油氣充注利于儲層物性的有效保存。

地層超壓隨著儲層埋深的增加而逐漸加強，深度大于2.2 km的儲層基本為常壓儲層;2.0～3.1 km常壓儲層、弱超壓儲層、中超壓儲層疊置發育;埋深大于3.1 km，常壓、弱超壓儲層基本不發育，中超壓、強超壓儲層疊置發育。同一深度區間，不同地層壓力控制的儲層，強超壓儲層的孔隙度最高，中超壓儲層的孔隙度次之，弱超壓儲層的孔隙度再次之，常壓儲層的孔隙度最低，其控制的儲層有效儲層的比例亦依次遞減。隨著儲層埋深的增加，地層超壓越明顯越有利于儲層孔隙度的保存。

3.2 灘壩砂巖有效儲層成因

在討論灘壩砂巖儲層物性控制因素以及有效儲層儲集空間分布組合規律的基礎上，探討有效儲層在不同的深度區間儲集空間分布組合規律的內在緣由，以明確有效儲層的成因機制(圖9)。

深度在1.0～2.0 km，儲層由于埋深較淺，受成巖作用的影響較小，壓實和膠結作用相對較弱，溶蝕作用不發育，大氣水淋濾形成的次生孔隙和混合孔隙少見;良好原始沉積條件以及油氣充注條件控制的儲層物性較好，形成以原生孔隙為主的有效儲層。

埋深在2.0～3.1 km，結合研究區埋藏史分析，此深度范圍內沙四上亞段儲層地層溫度為80～120℃［12］，正好與有機酸活性溫度區間相匹配［13］。烴源巖有機質熱演化形成的有機酸通過層間界面、微層理面及裂縫、斷層很容易進入到砂巖儲層［14］，從而為溶蝕作用提供了酸性流體環境，使得該段儲層溶蝕作用最為發育，形成較多與溶蝕作用相關的混合孔隙和次生孔隙。部分儲層由于原始沉積條件好，加之地層超壓和油氣充注的有利保存，使得儲層在膠結和壓實作用的影響下仍然保存了部分原生孔隙。形成以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙組合發育為特征的有效儲層。

當埋深為3.0～3.6 km時，儲層溫度超過120℃，有機酸脫羧，酸性減弱;同時孔店組－沙四下亞段沉積的膏巖層脫水［15］，堿性流體進入沙四上亞段灘壩砂巖儲層，地層流體轉化為堿性［16］。膠結和壓實作用進一步增強，常規儲層儲集空間進一步減小，大量消失殆盡。隨著埋深的增加，地層超壓進一步的增強，部分由于地層超壓、油氣充注等條件保存，繼承性發育的儲層受成巖作用影響較小，原有儲集空間得到良好保存，并且大部分為原生孔隙，從而形成以良好保存的原生孔隙為主、發育部分次生孔隙的有效儲層。

圖7 灘壩砂巖儲層油氣充注對儲層物性控制特征Fig.7 Controling feature of hydrocarbon charging for physical property of beach-bar sands reservoir

圖8 灘壩砂巖儲層地層超壓對儲層物性控制特征Fig.8 Controling feature of overpressure for physical property of beach-bar sands reservoir

圖9 灘壩砂巖有效儲層成因模式Fig.9 Genetic model of beach-bar sands effective reservoir

4 結論

(1)東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲層主要為中—低孔，低滲、特低滲儲層;儲層成巖作用復雜，壓實、膠結、交代、溶蝕成巖作用均常見;儲層儲集空間以原生孔隙為主，發育部分混合孔隙和次生孔隙。

(2)有利沉積條件是儲層良好物性發育的基礎;不同成巖作用類型及強度促使不同儲層的儲集物性差異明顯，相同儲層的儲集物性發生分異;油氣充注、地層超壓利于儲層物性保存，上述控制因素的耦合關系控制著有效儲層的發育及儲層儲集空間類型、分布組合、演化特征。

(3)東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲層在1.0～2.0 km受成巖作用影響小，原生孔隙的良好保存形成有效儲層;2.0～3.1 km儲層溶蝕作用增加儲集空間，地層超壓、油氣充注保存儲集空間形成有效儲層;3.1～3.6 km儲層油氣充注、地層超壓繼承性發育，保存原有儲集空間形成有效儲層。

［1］ 秦偉軍，付兆輝.東營凹陷南部緩坡帶石油資源勘探潛力［J］.當代石油石化，2010，189:5-6.

QIN Wei-jun，FU Zhao-hui.Petroleum resources exploration potential of the Dongying sag southern gentle slope zone［J］.Petroleum ＆ Petrochemical Today，2010，189:5-6.

［2］ 楊勇強，邱隆偉，姜在興，等.陸相斷陷湖盆灘壩沉積模式:以東營凹陷古近系沙四上亞段為例［J］.石油學報，2011，32(3):417-423.

YANG Yong-qiang，QIU Long-wei，JIANG Zai-xing，et al.A depositional pattern of beach bar in continental rift lake basins:a case study on the upper part of the fourth member of the Shahejie formation in the Dongying sag［J］.Acta Petrolet Sinica，2011，32(3):417-423.

［3］ 操應長，王健，劉惠民，等.東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂體的沉積特征及模式［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2009，33(6):5-10.

CAO Ying-chang，WANG Jian，LIU Hui-min，et al.Sedimentary characteristics and models of beach-bar sandbodies in the upper part of the fourth member of Paleogene in the south slope of Dongying［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2009，33(6):5-10.

［4］ 司學強，張金亮，楊子成.博興洼陷沙四上亞段灘壩砂巖成巖作用及其與儲層質量的關系［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2008，32(2):6-11.

SI Xue-qiang，ZHANG Jin-liang，YANG Zi-cheng.Relation between beach bar sandstones diagenesis and reservoir quality in the upper Es4of the Palaeogene in Boxing sag［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2008，32(2):6-11.

［5］ 司學強，張金亮.博興洼陷沙四上亞段灘壩砂巖次生孔隙形成機制［J］.地質科技情報，2008，28(1):59-63.

SI Xue-qiang，ZHANG Jin-liang.Mechanism of secondary pore of the beach bar sandstonesin the Upper Es4of the Palaeogene，Boxing sag［J］.Geological Science and Technology Information，2008，28(1):59-63.

［6］ 王艷忠，操應長，宋國奇，等.東營凹陷古近系深部碎屑巖有效儲層物性下限的確定［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2009，33(4):16-21.

WANG Yan-zhong，CAO Ying-chang，SONG Guo-qi，et al.Determination of physical property lower limit of deep clastic effective reservoirs of Paleogene in Dongying depression［J］.Journal of China University of Petroleum(E-dition of Natural Science)，2009，33(4):16-21.

［7］ 操應長，王艷忠，徐濤玉，等.東營凹陷西部沙四上亞段灘壩砂體有效儲層的物性下限及控制因素［J］.沉積學報，2009，27(2):230-237.

CAO Ying-chang，WANG Yan-zhong，XU Tao-yu，et al.The petrophysical parameter cutoff and controlling factors of the effective reservoir of beach and bar sandbodies of the upper part of the fourth member of the Shahejie formation in west part of Dongying depression［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2009，27(2):230-237.

［8］ 趙艷，吳勝和，徐樟有，等.川西新場氣田上三疊統須家河組二段致密砂巖優質儲層控制因素［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2010，34(4):1-6.

ZHAO Yan，WU Sheng-he，XU Zhang-you，et al.Control factors of compacted high-quality sandstone reservoirs of member 2 of Xujiahe formation，upper Triassic in Xinchang gas field of western Sichuan depression［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2010，34(4):1-6.

［9］ BEARD D C，WEYL P K，Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand［J］.AAPG Bulletin，1973，57:349-369.

［10］ 劉小洪，馮明友，羅靜蘭，等.鄂爾多斯盆地烏審召地區盒8、山1段儲層流體包裹體特征及其意義［J］.石油與天然氣地質，2010，31(3):360-366.

LIU Xiao-hong，FENG Ming-you，LUO Jing-lan，et al.Characteristics of fluid inclusions in reservoirs in the eighth member of the Shihezi formation and the first member of the Shanxi formation in Uxin Ju area，the Ordos Basin and their signincance［J］.Oil＆ Gas Geology，2010，31(3):360-366.

［11］ 游俊，鄭浚茂.黃驊坳陷中北區深部儲層物性影響因素分析［J］.現代地質，1999，13(3):350-354.

YOU Jun，ZHENG Jun-mao.Factors of affecting the reservoir physical properties of deep strata in the Huanghua depression［J］.Geoscience，1999，13(3):350-354.

［12］ 熊偉.東營凹陷南部斜坡帶輸導體系研究［D］.青島:中國石油大學地球資源與信息學院，2010.

XIONG Wei.Research on transportation system in southernslop of Dongying sag［D］.Qingdao:College of Georesources and information in China University of Petroleum，2009.

［13］ SURDAM R C，CROSSEY L J，HAGEN E S.Organicinorganic and sandstone diagenesis［J］.AAPG Bulletin，1989，73:1-23.

［14］ 譚麗娟，郭松.東營凹陷博興油田沙四上亞段灘壩砂巖油氣富集特征及成藏主控因素［J］.中國石油大學學報:自然科學版，2011，35(2):25-31.

TAN Li-juan，GUO Song.Hydrocarbon accumulation features and main controlling factors of beach bar sandstone in upper Es4formation in Boxing Oilfield，Dongying depression［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2011，35(2):25-31.

［15］ 王淑萍.東營凹陷民豐地區沙四下亞段膏鹽層系天然氣儲層成巖作用研究［D］.青島:中國石油大學地球資源與信息學院，2007:61-65.

WANG Shu-pin.Diagenesis Researches of natural gas reservoir with gyprock and salt bed in Minfeng area of the lower part of number 4 of Shahejie formation in Dongying depression［D］.Qingdao:College of Georesources and information in China University of Petroleum，2007:61-65.

［16］ 趙振宇，周瑤琪，馬曉鳴，等.含油氣盆地中膏鹽巖層對油氣成藏的重要影響［J］.石油與天然氣地質，2007，28(2):299-308.

ZHAO Zhen-yu，ZHOU Yao-qi，MA Xiao-ming，et al.The impact of saline deposit upon the hydrocarbon accumulation in petroliferous basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2007，28(2):299-308.