南堡凹陷東營(yíng)組儲(chǔ)層特征及影響因素分析

吳琳娜，吳海濤，劉翠琴，卿 穎，唐小云

（中國(guó)石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山 063004）

南堡凹陷是位于黃驊坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，屬于走滑伸展性斷陷盆地，其構(gòu)造演化在古近系東營(yíng)期處于由斷陷向坳陷的過渡階段［1］，沉積演化特點(diǎn)與渤海灣盆地的演化規(guī)律基本一致，即東營(yíng)期構(gòu)成一個(gè)完整的沉積旋回，東營(yíng)組發(fā)育齊全，自下而上分為東三段、東二段和東一段。東營(yíng)組處于凹陷沉降的發(fā)育期，沉積厚度較大，最大厚度可達(dá)3000 m，為一套以湖相為主的扇三角洲、三角洲、水下扇的碎屑巖沉積，由泥巖、粉砂巖、砂巖和含礫砂巖不等厚互層組成［2］，儲(chǔ)層沉積類型主要為沖積扇－扇三角洲－湖相沉積體系。近年在高南、柳南、老爺廟和灘海地區(qū)的勘探中，發(fā)現(xiàn)了一批具有一定規(guī)模的東營(yíng)組油氣藏，證實(shí)了凹陷內(nèi)東營(yíng)組油氣藏具有較大的勘探潛力，因此研究?jī)?chǔ)層物性特征及影響因素具有一定意義。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

南堡凹陷東營(yíng)組為斷陷湖盆沉積，從湖盆的早期快速斷陷，到東二段時(shí)期湖盆面積達(dá)到了最大，至東一段時(shí)期湖盆逐漸萎縮消亡，東三段到東一段構(gòu)成了一個(gè)完整的沉積旋回。東營(yíng)組巖石學(xué)特征受母巖、沉積相差異、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱及成巖作用改造等多種因素影響。

1.1 成份特征

薄片鑒定資料統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)東營(yíng)組儲(chǔ)層巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，其次為巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖［3］；碎屑成份主要為石英，其次為巖屑、長(zhǎng)石；巖屑成份主要為中酸性火山巖類、碳酸鹽巖類、硅質(zhì)巖、石英巖，少量花崗巖、混合巖、千枚巖、片巖和砂巖、泥巖等（圖1）；從碎屑成份組成看，物源來源既有盆外物源，又有盆內(nèi)物源，主要為侏羅系、白堊系等地層的中酸性火山巖和沉積巖等。

圖1 南堡凹陷東營(yíng)組巖石成分分類圖

1.2 結(jié)構(gòu)特征

碎屑顆粒粒級(jí)從粉砂至礫石均有，主要為細(xì)粒、中粒，礫石、粗粒和粉粒較少；分選以中等為主，尤以細(xì)－中粒、中－細(xì)粒結(jié)構(gòu)的雙眾數(shù)組合最常見；磨圓度以次棱－次圓、次圓－次棱為主。

1.3 填隙物特征

南堡凹陷東營(yíng)組碎屑巖填隙物總體含量不高，平均值小于9%，少數(shù)樣品含量可達(dá)30%以上。東營(yíng)組填隙物主要為碳酸鹽類膠結(jié)物和泥質(zhì)雜基，成份包括方解石、含鐵方解石、白云石、含鐵白云石、鐵白云石、菱鐵礦、石英次生加大、長(zhǎng)石次生加大、黏土類礦物、黃鐵礦及沸石等，其中，黏土類礦物有高嶺石、伊利石、I／S混層、蒙脫石、綠泥石等。

綜合上述碎屑成份、結(jié)構(gòu)以及填隙物特征，由于埋藏深度較淺，南堡凹陷東營(yíng)組砂巖巖石學(xué)特征成份成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度總體以中等為主。其特征主要受沉積相和成巖作用控制，淺層受沉積相控制為主，成巖作用影響弱，深層成巖作用影響增強(qiáng)，沉積相的控制作用減弱。

南堡凹陷在經(jīng)歷了沙河街期末的構(gòu)造抬升后，于漸新世東營(yíng)期再次斷陷沉降接受沉積。南堡凹陷東營(yíng)期沉積演化特點(diǎn)與渤海灣盆地的演化規(guī)律基本一致，即從東三段到東一段構(gòu)成了一個(gè)完整的沉積旋回。湖平面從東營(yíng)組早期的上升一直持續(xù)到東一段中期，然后退出，在這之間水體有小規(guī)模的升降和深度變化，至東二段中期，湖盆水域面積達(dá)最大，至東一段湖盆逐漸萎縮消亡。

湖盆初始裂陷期主要發(fā)育近岸水下扇體系、扇三角洲體系、滑塌濁積扇體系、湖泊體系；湖盆深陷期主要發(fā)育近岸水下扇體系、滑塌濁積扇體系、湖泊體系，僅在湖盆緩坡帶發(fā)育扇三角洲體系。這一階段的沉積體系發(fā)育的最大特點(diǎn)是沿盆緣控制沉積的主干斷裂的下降盤發(fā)育以重力流沉積為主的各種類型的扇體，尤其是洪水流成因的近岸水下扇極為發(fā)育；斷陷晚期湖盆逐漸被充填，隨著湖盆內(nèi)外古地勢(shì)高差的減小，古地貌的坡度逐漸減小，重力流沉積越來越不發(fā)育，湖盆以發(fā)育三角洲體系、濱淺湖體系、河流體系為主，最后僅能發(fā)育河流體系。

2 成巖作用和成巖演化

東營(yíng)組儲(chǔ)集巖在成巖改造過程中，主要經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)交代作用和溶解作用［4］，不同的成巖作用在不同成巖階段所表現(xiàn)的強(qiáng)弱、主次不一樣。

機(jī)械壓實(shí)作用在淺層影響不大，為弱－中等壓實(shí)，顆粒之間以點(diǎn)接觸為主；中、深層逐漸成為主要成巖改造作用，為較強(qiáng)－強(qiáng)壓實(shí)，表現(xiàn)為顆粒接觸關(guān)系由點(diǎn)接觸變?yōu)辄c(diǎn)－線接觸到線接觸為主，孔隙明顯減少，孔隙之間連通性變差，對(duì)儲(chǔ)層物性起到明顯的破壞性作用。

膠結(jié)交代作用在東營(yíng)組儲(chǔ)層普遍發(fā)育，表現(xiàn)為石英和長(zhǎng)石的次生加大現(xiàn)象、碳酸鹽膠結(jié)物的充填交代及各種自生黏土礦物的蝕變充填等，分布較少，含量一般小于10%，僅少數(shù)樣品含量較高，可達(dá)30%。

溶解作用在東營(yíng)組普遍發(fā)育，其溶蝕對(duì)象隨著深度的變化而有所不同，在淺層主要表現(xiàn)為對(duì)原生粒間孔的改造擴(kuò)大，及粒間雜基和沉積巖類巖屑顆粒的溶蝕改造為主；在中、深層主要對(duì)火山巖、硅質(zhì)巖等不穩(wěn)定巖屑和長(zhǎng)石顆粒的溶蝕改造，及對(duì)早期充填粒間的碳酸鹽等膠結(jié)物的溶解為主。溶蝕作用的存在，改善了中、深部?jī)?chǔ)層的儲(chǔ)集性能，它是主要的建設(shè)性成巖作用。

由于埋藏深度較淺，南堡凹陷東營(yíng)組儲(chǔ)集巖總體上成巖作用中等偏弱。中淺層機(jī)械壓實(shí)作用較弱，中深層機(jī)械壓實(shí)作用中等。溶蝕作用普遍發(fā)育，淺層原生孔隙發(fā)育，有利于溶蝕作用進(jìn)行，溶蝕改造孔十分發(fā)育，中深層殘余原生孔相對(duì)減少，溶蝕微孔隙十分發(fā)育。

依據(jù)主要成巖階段劃分指標(biāo)［5］，包括Ro、Tmax和包裹體測(cè)溫等有機(jī)質(zhì)成熟度參數(shù)、泥巖I／S混層的演化、砂巖中不同自生礦物的分布、巖石的結(jié)構(gòu)特征和不同埋深孔隙的發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)合各種主要成巖作用的分布規(guī)律及成巖相組合特征，對(duì)東營(yíng)組儲(chǔ)集巖進(jìn)行了成巖階段的劃分。

南堡凹陷東營(yíng)組儲(chǔ)集巖成巖階段主要受埋藏深度控制，淺層?xùn)|一段和東二段以早成巖B期－中成巖A1期為主，局部達(dá)中成巖A2期，中深層?xùn)|三段以中成巖A1－中成巖A2期為主（圖2）。

圖2 南堡凹陷東營(yíng)組Ro與深度關(guān)系

根據(jù)成巖階段與伊蒙混層演化關(guān)系，從伊蒙混層比直方圖（圖3）可知，東營(yíng)組東一段到東三段所處的成巖階段從早成巖B－中成巖B均有，其中以中成巖A1為主，占35%，其次是早成巖B，占34%，局部達(dá)中成巖B期。同樣，從成巖演化特征可知，東營(yíng)組成巖階段已達(dá)中成巖A2－中成巖B期。

圖3 南堡凹陷東營(yíng)組伊蒙混層中蒙脫石含量直方圖

3 孔隙類型與物性特征

根據(jù)分析化驗(yàn)資料綜合分析得出，研究區(qū)東營(yíng)組主要孔隙類型有原生改造孔（粒間溶孔）、顆粒溶孔、鑄模孔、晶間孔和泥質(zhì)微孔等，此外，鑄體薄片下還可見微裂縫，但發(fā)育不普遍。

受成巖作用（機(jī)械壓實(shí)作用）影響，隨著儲(chǔ)層埋藏深度的增加，原生孔隙逐漸減少，儲(chǔ)層物性總體表現(xiàn)為從東一段到東三段明顯變差。東一段儲(chǔ)層物性以中－高孔、中－高滲為主，中－高孔占96.7%，中高滲含量達(dá)54.6%；東二段物性明顯比東一段差，以中孔、低－特低滲為主，中孔占63.37%，低－特低滲占85.9%；東三段物性最差，以中－低孔、特低滲為主，中－低孔占52%，特低滲占90.6%。總體來看東營(yíng)組孔隙度和滲透率呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)孔隙度為低孔時(shí)（φ＜15%）滲透率以特低滲（K＜10×10－3μm2）為主，此類儲(chǔ)層含量相對(duì)較少，儲(chǔ)層以中－低孔、低－特低滲儲(chǔ)層為主。

4 儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

4.1 沉積相對(duì)儲(chǔ)層的影響

沉積作用對(duì)儲(chǔ)層的影響十分明顯，同一物源體系內(nèi)不同砂體微相的形態(tài)與規(guī)模、礦物組分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造以及表現(xiàn)出的物理性質(zhì)都有著明顯的差異，這些差異還影響著沉積之后的成巖作用。研究區(qū)東營(yíng)組主要發(fā)育扇三角洲、三角洲沉積體系，沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性的控制作用明顯，有利微相儲(chǔ)層物性可達(dá)到特高孔－特高滲到高孔－高滲。分流河道是最有利的微相類型，其中又以水下分流河道最好，該微相特高－高孔占41.6%，滲透率特高－高滲達(dá)23.4%；水上分流河道特高－高孔占40.7%，滲透率達(dá)40.7%。其次是濁積砂體和河口壩，濁積砂體中－高孔占90.6%，無特高孔，滲透率中－高滲達(dá)49.7%，特高滲占1.3%；河口壩中－高孔占89.6%，無特高孔，滲透率中－高滲達(dá)20.5%，無特高滲。席狀砂、分流河道間等微相物性差，其中席狀砂微相中－高孔占66%，無特高孔，滲透率以特低滲為主，占94.6%（圖4）。可見沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性的影響是非常明顯的，其對(duì)儲(chǔ)層物性控制的內(nèi)在因素主要是儲(chǔ)集砂體的組構(gòu)，即成份和結(jié)構(gòu)的控制。

圖4 南堡凹陷東營(yíng)組不同微相孔隙度、滲透率直方圖

4.2 巖石組份對(duì)儲(chǔ)層的影響（碎屑成份、填隙物）

碎屑巖的成份主要受沉積物源的控制，其次是沉積搬運(yùn)過程中重力的分異作用，也是沉積相差異的內(nèi)在表現(xiàn)之一。研究區(qū)碎屑成份對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要是巖屑、長(zhǎng)石和膠結(jié)物的含量。東營(yíng)組巖屑對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要是巖屑的總量和長(zhǎng)石的含量。由于研究區(qū)溶蝕孔隙十分發(fā)育，溶蝕的主要對(duì)象是長(zhǎng)石和巖屑，因此巖屑的含量越高，其溶蝕孔隙更加發(fā)育，其物性也更好。長(zhǎng)石為研究區(qū)儲(chǔ)層主要的溶蝕對(duì)象之一，但是長(zhǎng)石含量并不與儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)關(guān)系，這主要是由于長(zhǎng)石溶蝕強(qiáng)烈造成的。

研究區(qū)東營(yíng)組填隙物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要是填隙物總量和自生黏土礦物高嶺石。填隙物包括雜基和膠結(jié)物，膠結(jié)物包括各類自生礦物，如自生石英、長(zhǎng)石及自生黏土礦物等。填隙物含量對(duì)儲(chǔ)層影響不大，當(dāng)填隙物含量小于8%時(shí)，儲(chǔ)層物性與填隙物含量沒有明顯相關(guān)性；當(dāng)填隙物含量大于8%時(shí)，儲(chǔ)層物性與填隙物含量呈反相關(guān)關(guān)系，隨著填隙物含量增加，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率快速降低。研究區(qū)東營(yíng)組儲(chǔ)層填隙物含量一般小于8%，它是影響東營(yíng)組儲(chǔ)層的次要因素。

高嶺石是東營(yíng)組儲(chǔ)層主要的自生黏土礦物類型，其含量超過4%的樣品多于90%，其成因主要是長(zhǎng)石受溶蝕蝕變而成的。高嶺石的相對(duì)含量與儲(chǔ)層孔滲有著很好的正相關(guān)關(guān)系，即儲(chǔ)層物性越好，其自生黏土礦物中高嶺石相對(duì)含量越高，這主要是因?yàn)椋邘X石為長(zhǎng)石受溶蝕蝕變的產(chǎn)物，高嶺石含量越高說明溶蝕作用越強(qiáng)，當(dāng)然儲(chǔ)層的孔滲也就越高。當(dāng)高嶺石向伊利石和綠泥石轉(zhuǎn)變時(shí)，亦即黏土礦物中高嶺石相對(duì)含量降低時(shí)儲(chǔ)層物性會(huì)逐漸變差，這主要是因?yàn)楦邘X石轉(zhuǎn)變成伊利石和綠泥石時(shí)，晶間孔消失，孔隙下降，同時(shí)薄膜狀綠泥石和絲狀伊利石會(huì)堵塞喉道，使?jié)B透率快速下降。

4.3 儲(chǔ)層砂體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層的影響

儲(chǔ)集砂體的結(jié)構(gòu)主要受沉積物搬運(yùn)距離及搬運(yùn)過程中重力的分異作用控制，它是沉積相差異的內(nèi)在表現(xiàn)之一。研究區(qū)砂體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要是分選、磨圓、粒度及其組合方式。研究區(qū)東營(yíng)組儲(chǔ)層以分選中等的儲(chǔ)集砂體為物性最好的砂體，分選中等的砂體孔隙為中－高孔的占38.7%，滲透率達(dá)中－高滲的占80.1%，而分選為好和差的砂體孔隙度為中－高孔不足20%，滲透率差異不大。

磨圓對(duì)儲(chǔ)層物性的影響與分選對(duì)儲(chǔ)層物性的影響一致，即磨圓為次圓－圓的砂體物性并不是最好，而磨圓為次圓－次棱的砂體物性最好。這種現(xiàn)象也是因?yàn)槟A為次圓－圓的砂體往往為搬運(yùn)距離比較遠(yuǎn)，相對(duì)比較細(xì)的砂體本身成分上泥質(zhì)含量較高，從而導(dǎo)致在研究區(qū)內(nèi)磨圓好的砂體物性反而最差。

4.4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響［5］

研究區(qū)成巖作用對(duì)儲(chǔ)集巖物性的影響以機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用為主。機(jī)械壓實(shí)作用和晚期膠結(jié)作用是破壞原始孔隙甚至次生孔隙，造成儲(chǔ)層物性差的主要原因，而溶解作用則有利于改善儲(chǔ)集巖的儲(chǔ)集性能。

隨著上覆地層增厚，機(jī)械壓實(shí)作用增強(qiáng)，儲(chǔ)層原生孔隙逐漸消失，物性逐漸變差；膠結(jié)作用包括各類自生黏土礦物、石英和長(zhǎng)石次生加大邊、鈉長(zhǎng)石以及碳酸鹽礦物等，其中最主要的是自生黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)物；溶蝕作用的改造，使得淺層原生孔隙較多的東一段形成大量的溶蝕改造混合孔，其孔喉間連通關(guān)系極好，而中深層由于原生孔隙很少，受溶蝕作用改造后只形成孔喉連通關(guān)系相對(duì)差的顆粒溶孔。

此外，構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層物性也有影響，因構(gòu)造生成的破裂縫對(duì)儲(chǔ)層孔隙度影響不大，但對(duì)于改善儲(chǔ)層滲透率卻作用明顯。研究區(qū)構(gòu)造破裂作用相對(duì)弱，在顯微鏡下僅偶見構(gòu)造微縫。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)東營(yíng)組儲(chǔ)層巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，其次為巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖等，總體上巖石成份成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度以中等為主；其特征主要受沉積相和成巖作用控制，淺層受沉積相控制為主，成巖作用影響弱，深層成巖作用影響增強(qiáng)，沉積相的控制作用減弱。

（2）東營(yíng)組儲(chǔ)集巖在成巖改造過程中，主要經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)交代作用和溶解作用。南堡凹陷東營(yíng)組儲(chǔ)集巖成巖階段主要受埋藏深度控制，淺層?xùn)|一段和東二段以早成巖B期－中成巖A1期為主，局部達(dá)中成巖A2期，中深層?xùn)|三段以中成巖A1－中成巖A2期為主。

（3）東營(yíng)組主要孔隙類型有原生改造孔（粒間溶孔）、顆粒溶孔、鑄模孔、晶間孔和泥質(zhì)微孔等，此外，鑄體薄片下還可見微裂縫，發(fā)育不普遍。東營(yíng)組儲(chǔ)層以中－低孔、低－特低滲儲(chǔ)層為主。

（4）儲(chǔ)層影響因素單因素分析表明，碎屑巖的碎屑和填隙物成份、沉積相和成巖作用對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能控制明顯，其中沉積是儲(chǔ)集性能的主控因素，水下分流河道、水上分流河道、濁積砂、席狀砂是有利的儲(chǔ)集砂體，壓實(shí)作用是儲(chǔ)層物性變差的主要原因，溶蝕作用是中－深層有利儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素。

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