神狐隆起珠江組一段下鈣質層分布特點及主控因素

李 才,尤 麗,朱繼田,楊金海,李 輝,鄭榕芬

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

神狐隆起珠江組一段下鈣質層分布特點及主控因素

李 才,尤 麗,朱繼田,楊金海,李 輝,鄭榕芬

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

為明確神狐隆起新近系珠江組一段下儲集層鈣質干層分布規律及控制因素,結合沉積礦物學、巖石學、測井學等,從沉積相帶、古環境、鈣質層與泥巖成巖演化及油氣充注的關系分析鈣質層成因及分布控制因素.結果表明:鈣質干層具有低伽馬、高電阻、高密度、低聲波時差特點,不同沉積相帶鈣質干層厚度、層數、頻率不同,三角洲前緣、三角洲前緣與淺海過渡區、淺海相鈣質層依次呈現減薄、層數及頻率變低;古地貌構造位置越高,地層含砂率越高,形成鈣質層厚度越厚;碳、氧同位素w(δ13C)為-3.32‰、w(δ18O)為-4.69‰,形成的古地溫約為40℃,為早中成巖階段的成巖碳酸鹽膠結,鈣質干層在砂巖中部相對砂泥巖界面受到泥巖成巖演化排出的流體溶蝕較小,含量較高;原油充注只有使儲層含油飽和度增加到一定值(40%)以后,才對地層水流動抑制明顯,控制晚期碳酸鹽礦物的沉淀;本區含油飽和度在0～40%為弱的正相關性,鐵白云石與總的碳酸鹽膠結物含量隨含油飽和度增加略有升高,含油飽和度在40%～80%為負相關性,碳酸鹽膠結物含量隨含油飽和度增加而降低.

神狐隆起;珠江組一段下;鈣質層分布;主控因素

0 引言

目前,中國海上油氣勘探已發現的大、中型油氣田儲集層主要以常規陸源碎屑巖儲層為主,而物性條件對控制油氣儲集空間及采收率具有重要作用.鈣質層為鈣質膠結致密的砂巖,其存在直接增加儲層的非均質性,降低儲層有效孔隙及滲透能力.針對鈣質層分布及成因機理有很多研究,O'Brien G W等[1]認為鈣質層成因與烴類相關的成巖作用帶(HRDZs)有關,袁東山等[2]分析油氣充注與晚期碳酸鹽礦物膠結的關系,陳金定等[3]在分析瓊海凸起珠江組鈣質層成巖時認為不同沉積體系形成的鈣質層發育程度不同,Marco A等[4]、Ezat H等[5]、鐘大康等[6]對砂泥巖界面附近及砂巖內部之間引起物性差異的原因進行分析,鄭浚茂等[7]在對黃驊拗陷砂巖成巖作用研究過程中也提及砂巖頂底與泥巖接觸的界面上存在鈣質膠結現象,林煜等[8]也對豐谷構造鈣質砂巖進行分析.

針對目前南海西部近海盆地,特別是珠江口盆地西部神狐隆起新近系濱淺海環境下碎屑巖儲集層鈣質層分布規律及控制因素研究尚少.筆者結合沉積礦物學、巖石學,通過已鉆井儲層物性分析,根據巖性、測井及地化等資料,綜合識別出神狐隆起珠江組一段下鈣質層分布特點,并運用碳氧同位素等分析手段,從沉積相帶、古環境、鈣質層與泥巖成巖演化及油氣充注的關系分析鈣質層成因及分布主控因素,不僅對本區油氣勘探提供理論依據,優選重點勘探區帶,同時為后續油氣田開發布井及產能認識提供支持.

1 地質背景

珠江口盆地西部整體可劃分為海南隆起、珠三拗陷和神狐隆起3部分(見圖1).珠三拗陷文昌凹陷為一個良好的富生烴凹陷,在其周緣神狐隆起做為有利的油氣運聚方向,發現多個油氣田及含油氣構造,如文2、文3、文4含油氣構造等,油氣層主要在珠江組一段下集中分布.古近系以前神狐隆起為古凸起剝蝕區,一直為珠三拗陷提供充足的碎屑物源,直到新近系中新統早期珠江組二段才開始沒入水下接受沉積,并且發育珠江組一段下濱淺海沉積地層,為本區一套重要的油氣儲集層.濱海相北部物源三角洲前緣砂巖、淺海相風暴砂發育(見圖2).其中,三角洲前緣亞相砂巖整體表現為下粗上細正韻律特點,以細砂巖為主,個別井發育砂礫巖,物性最好,測井孔隙度大于15%,地面滲透率以大于500×10-3μm2為主,個別的大于1μm2,為特高—高滲特征;三角洲前緣與淺海過渡區砂巖以細砂巖和粉砂巖為主,巖性相對較細,物性略有變差,以高孔、高滲為主,發育中孔、中滲儲層;淺海相砂巖儲集砂體發育少,僅局部可見風暴砂沉積,巖性最細,以粉砂巖、泥質粉砂巖為主,儲層物性偏差,為低—中孔、低—中滲.整體砂巖粒度與儲層物性呈負相關性特征,砂巖粒度越細、物性越差.膠結作用局部影響儲層物性變化,珠江組一段下儲層分布有一定非均質性,存在多個薄夾層.測井解釋已鉆井除有效儲層外砂巖段局部發育較厚干層.本區干層主要發育鈣質干層和高泥質雜基干層.后者主要由于巖性偏細,泥質含量增加后,高泥質雜基充填孔隙,造成滲透率降低.這種干層規律清楚,分布受亞相或微相控制,而本區鈣質干層的分布特點及主控因素尚未認識清楚.

圖1 珠江口盆地西部區域位置Fig.1 The regional locations in the western part of the Pearl River Mouth basin

圖2 珠江組一段下沉積相Fig.2 The sedimentary faces of the lower section of the first member of Zhujiang formation

2 鈣質層分布特點

2.1 鈣質層識別

鈣質干層為鈣質膠結形成的較致密砂巖[9],本區主要以細砂巖、粉砂巖為主;孔隙除了少部分泥質雜基充填外,主要為碳酸鹽礦物膠結;其礦物以鐵方解石為主,部分為泥、粉晶白云石,個別為含鈣較高的生物碎屑.實驗室內結合巖屑滴酸快速反應,可形成很多氣泡.

測井響應井眼較好無擴徑的層段,鈣質夾層與其他砂、泥巖段有明顯的區別.自然伽馬值比較低;深、中、淺電阻率基本重合且為高異常;聲波時差顯示高速異常特征明顯,與相鄰段砂巖比較值較低,基本為80～90μs/ft,而有效儲層砂巖聲波時差均大于95μs/ft;密度測井表現為高密特征(見圖3);成像測井呈亮黃色帶狀分布.

圖3 W2-1井鈣質層典型測井特征Fig.3 The logging character of calcareous layer in W2-1 well

2.2 鈣質層巖石學特征

綜合錄井巖性、常規測井、特殊測井資料、地化及各類巖礦等資料識別,神狐隆起已鉆井珠江組一段下鈣質層縱向分布位置不同,并且不同沉積相帶形成鈣質層碳酸鹽膠結物類型與鈣質層厚度也存在差異.本區主要存在2種類型的鈣質干層,分別為鈣質膠結性干層、生物碎屑性干層.前者主要是碳酸鹽膠結物為含鐵方解石和白云石,結晶形態呈連晶式膠結陸源碎屑顆粒;后者為生物碎屑發育.橫向W4-2井和W2-1井三角洲前緣相鈣質干層厚度大于10 m,以連晶的鐵方解石(見圖4(a、b))膠結為主,部分為泥、粉晶白云石(見圖4(c));其次為三角洲前緣與淺海過渡帶W5-1井,鈣質干層厚度為9.8 m;淺海相的W1-1井鈣質干層最薄,表現為生物碎屑特征(見圖4(d)),為棘皮,有孔蟲,腕足,苔蘚蟲等.縱向鈣質層分布位置顯示,主力油組Ⅳ受鈣質隔層影響明顯,文3、文4井鈣質干層厚度大于5 m,主要集中在砂巖中部發育,由W3-1井往文4東北方向厚度略有變薄趨勢;文2物性較好的文3、文1井鈣質干層不發育,僅在文2井發育泥晶菱鐵礦,它是同生階段還原環境產物,受沉積環境影響明顯,反映該井附近水體相對封閉,水體相對較深.

圖4 珠江組一段下特征顯微照片Fig.4 Microgram on the lower section of the first member of Zhujiang formation

3 主控因素

3.1 鈣質層成因

對于碳酸鹽礦物膠結形成的鈣質層的成巖期不同其成因也不同[10-13].在成巖作用及相應條件下,孔隙水中陽離子(Ca2+、Mg2+、Fe2+)、陰離子(CO2-3、HCO-3)及SiO2是碳酸鹽膠結形成鈣質夾層的前提.由于長石、巖屑等不穩定微顆粒發生溶解和交代作用,形成高嶺石和蒙脫石等自生黏土礦物,同時釋放Ca2+、Mg2+、HCO-3等碳酸鹽膠結物而形成所需的離子,并且可能存在一些含Fe2+礦物參與,在復雜的環境下形成膠結物充填孔隙.在不同的成巖期控制鈣質層的膠結物有所差別.成巖早期或沉積時期,蒸發作用是無鐵鈣質層形成的關鍵因素,在水體能量弱環境下蒸發作用使富含鈣的水體在淺層或地表沉淀形成早期的碳酸鹽膠結物,呈零星分布,可產生白云石、菱鐵礦等礦物;成巖中期鐵方解石、鐵白云石比較發育,隨著成巖過程中酸堿度改變及溫度熱對流過程沉淀形成鈣質層膠結物.

3.2 鈣質層分布

3.2.1 沉積相帶及古環境

圖5 珠江組一段下鈣質層分布Fig.5 The calcareous layer distribution of the lower section of the first member of Zhujiang formation

本區主要目的層珠江組一段下鈣質層厚度明顯受控于沉積相帶與古沉積環境[14].根據鈣質層出現的厚度、層數及頻率,三角洲前緣相鈣質層明顯偏厚,其中文2、文3珠江組一段下鈣質干層厚度均大于10 m,最厚的W3-1井為15.35 m,并且層數及出現的頻率都較大;其次為三角洲前緣與淺海接觸位置,W5-1井鈣質干層厚度為9.76 m;淺海相鈣質層厚度明顯最薄,W1-1井為8.19 m(見圖5),受淺海相沉積環境影響生物碎屑特征,鈣質層出現的層數與頻率也較低.因此,本區三角洲前緣、三角洲前緣與淺海過渡區、淺海相鈣質層依次呈現減薄、層數及頻率變低的特點,沉積相控制鈣質層分布明顯.另外,古地貌對鈣質層的分布呈現一定的相關性,珠江組一段下神狐隆起為相對穩定的沉積環境,本區珠江組一段古地貌圖顯示(見圖6),W3-1、W2-1井地層厚度明顯偏薄,反應古環境處于構造高部位,鈣質干層厚度最厚;W2-3井地層厚度略厚,構造相對較高部位,鈣質干層厚度其次;W5-1與W1-1井地層厚度明顯變厚,古環境構造位置最低,鈣質干層厚度明顯偏薄.在珠江組一段下鈣質層厚度與本段地層厚度呈明顯負相關性,與地層含砂率呈明顯正相關性(見圖7).因此,古地貌構造位置越高,地層含砂率越高,形成鈣質層厚度越厚.這主要是因為孔隙流體在儲層物性較好、泥質雜基含量較低的儲層中比較活躍,也利于孔隙水滲流,當碳酸鈣質量分數達到飽和時,在適當條件下,形成碳酸鹽礦物沉淀,進而形成鈣質膠結的較致密砂巖夾層.

圖6 神狐隆起珠江組一段厚度Fig.6 The thickness of the first member of Zhujiang formation in Shenhu uplift

3.2.2 泥巖成巖演化

分析W4-2井珠江組一段下鈣質夾層中碳酸鹽膠結物鐵方解石的碳、氧同位素(測定采用PDB標準),w(δ13C)為-3.32‰,w(δ18O)為-4.69‰,均介于-5‰～0之間,形成的古地溫約為40℃(見表1),說明它是早中成巖階段的成巖碳酸鹽膠結物(見圖8).結合地層構造發育史及埋藏史,本區珠江組二段以來均處于持續的穩定熱沉降期,碳酸鹽膠結物排除構造的影響與泥巖成巖演化排出的成巖流體有關.不同埋深條件下同套不同部位砂巖物性條件差異大,關鍵是受到碳酸鹽膠結物影響明顯.淺埋藏條件下(深度小于2 500 m),除巨厚的泥巖夾極薄層砂巖組合外,其他砂泥巖組合類型基本上是砂泥巖界面附近的物性要好于砂層中部的.鏡下觀察結果表明,從界面附近向砂巖內部,孔隙度逐漸降低,與之相對應的碳酸鹽膠結物含量在砂巖中部較高,而砂泥巖界面附近碳酸鹽都是成巖早期形成的方解石膠結物,孔隙基本上為溶蝕孔隙.這一現象說明在埋藏較淺的地質條件下,砂泥巖界面附近的溶蝕作用強于砂巖中部的.由于本區珠江組一段上為淺海厚層泥巖發育段,在埋藏成巖作用下,上覆泥巖中含有的同生水,尤其酸性水[15-17]在向珠江組一段下砂巖儲層排出的過程中,成巖早期形成的碳酸鹽膠結物砂泥巖界面附近受到溶蝕,物性較好,而砂巖中部鈣質層較發育.這也是文2、文3、文4主力油組珠江組一段下鈣質層多發育在砂巖中部的重要原因,其中W2-1井珠江組一段下中下部比較明顯.本區應在同等砂巖厚度情況下尋找珠江組一段上泥巖厚度厚的地方,鈣質層含量低,物性條件好,為有利儲層發育區.

圖7 珠江組一段下鈣質層分析Fig.7 The calcareous layer analysis of the lower section of the first member of Zhujiang formation

表1 W4—2井珠江組一段下碳酸鹽膠結物碳氧同位素Table 1 The oxygen and carbon stable isotopes for the lower section of the first member of Zhujiang formation carbonate cements in W4—2 well

3.2.3 油氣充注

在一定的埋深情況下,含油級別較低的儲層相對高富含油儲層中碳酸鹽膠結物含量要高[18].原油充注導致晚期碳酸鹽礦物的沉淀作用受到抑制,一方面石油的充注限制地層水流動;另一方面造成地層水p H值降低,不利于碳酸鹽膠結物沉淀,但也不是單純的線性關系.根據 W4-3、W2-1、W2-3井油層含油飽和度與碳酸鹽膠結物含量的關系(見圖9(a)),無論是鐵白云石膠結物還是總的碳酸鹽膠結物,其含量與含油飽和度有一定的相關性.圖9擬合曲線顯示,本區含油飽和度變化與鐵白云石膠結物關系明顯,表現為含油飽和度在0～40%為正相關,鐵白云石與總的碳酸鹽膠結物隨含油飽和度增加略有升高;含油飽和度在40%～80%為負相關性,碳酸鹽膠結物隨含油飽和度增加而降低(見圖9(b)).因此,原油充注不是簡單地抑制晚期碳酸鹽礦物的沉淀,而是含油飽和度增加到40%后,地層水流動受到明顯抑制,充注的原油才對晚期碳酸鹽膠結產生影響.

圖8 碳酸鹽膠結物成因分析Fig.8 The cause analysis of carbonate cements

圖9 含油飽和度與碳酸鹽膠結物的關系Fig.9 The relation of oil saturation and carbonate cements

4 結論

(1)鈣質干層具有低伽馬、高電阻、高密度、低聲波時差特點,成像測井呈亮黃色帶狀分布.膠結物以鐵方解石、白云石為主,局部為生物碎屑.

(2)鈣質干層厚度受控于沉積相帶和古構造位置,三角洲前緣、三角洲前緣與淺海過渡區、淺海相鈣質干層依次減薄、層數及頻率變低,古環境構造部位越高,鈣質干層厚度越厚.

(3)在淺埋藏條件下,受泥巖成巖演化形成的酸性水對早期鈣質膠結物有一定溶蝕.碳、氧同位素w(δ13C)為-3.32‰,w(δ18O)為-4.69‰,形成的古地溫約為40℃,為早中成巖階段的成巖碳酸鹽膠結,表現為在砂泥巖界面附近碳酸鹽膠結物首先受到上覆泥巖形成的同生水溶蝕,次生孔隙發育,而砂巖中部受溶蝕的概率小,為鈣質干層集中分布段.

(4)晚期碳酸鹽膠結與原油充注有一定關系,原油充注只有使儲層含油飽和度增加到40%后,地層水流動受到明顯抑制,控制晚期碳酸鹽礦物的沉淀.當含油飽和度在0～40%為弱的正相關性,鐵白云石與總的碳酸鹽膠結物含量隨含油飽和度增加略有升高;當含油飽和度在40%～80%為負相關性,碳酸鹽膠結物含量隨含油飽和度增加而降低.

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TE122

A

2095- 4107(2014)01- 0037- 09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.007

2013- 12- 03;編輯:關開澄

國家科技重大專項(2011ZX05023-001-007)

李 才(1981-),男,碩士,工程師,主要從事油氣田勘探方面的研究.