德惠斷陷下白堊統碎屑巖儲層特征及控制因素分析

單 祥，季漢成，賈海波，孟培偉，康 樂

（1.中國石油杭州地質研究院，浙江 杭州 310023； 2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

德惠斷陷下白堊統碎屑巖儲層特征及控制因素分析

單 祥1，2，季漢成2，賈海波2，孟培偉2，康 樂2

（1.中國石油杭州地質研究院，浙江 杭州 310023； 2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

德惠斷陷下白堊統登婁庫組、營城組、沙河子組儲層物性差，勘探風險大.利用巖心觀察、鑄體薄片鑒定、掃描電鏡分析、黏土X線衍射分析等方法，分析儲層基本特征、儲層成巖作用和控制因素.結果表明：德惠斷陷下白堊統碎屑巖儲層成分成熟度和結構成熟度較低，儲層孔隙類型主要有殘余原生孔、次生孔和混合孔，儲層物性和孔隙結構較差；壓實作用是導致儲層物性變差的主要原因，溶蝕作用改善儲層物性；縱向上發育2個次生孔隙帶，主要形成于中成巖期，次生孔隙帶的形成與有機質生烴排酸和斷裂有關.研究結果為德惠斷陷下白堊統進一步油田勘探提供地質依據，對其他地區類似儲層研究有一定借鑒意義.

松遼盆地；德惠斷陷；儲層特征；成巖作用；控制因素

0 引言

松遼盆地南部德惠斷陷已有40多年的勘探歷史，近年來成為吉林油田油氣勘探的重要接替領域.德惠斷陷深層下白堊統儲層包括沙河子組、營城組、登婁庫組，以粗碎屑的致密砂巖和砂礫巖儲層為主，局部地區營城組、沙河子組還發育火山巖儲層.大多數的油氣發現集中在碎屑巖儲層中，少數井在營城組火山巖中發現工業油氣[1]，因此碎屑巖儲層相當一段時間內是德惠斷陷油氣勘探的重要目標.趙志魁等[2]、李會光等[3]研究結果表明德惠斷陷資源量豐富，烴源巖最大厚度為800～1 500 m，盆地模擬石油資源量達2×108t，天然氣資源量達1 700×10 m3，該區作為松遼盆地南部資源最豐富的斷陷，油氣資源潛力越來越引起人們的重視[4-7].楊銘輝等[8]研究松遼盆地南部東南隆起區儲層特征，提出德惠斷陷儲層成巖作用劃分的最大埋深，即中成巖B期為720 m，晚成巖A期為2 420 m，晚成巖B期為3 560 m，晚成巖C期大于3 560 m，德惠斷陷營城組2 800 m左右存在次生孔隙發育帶.王海林[9]將松遼盆地梨樹—德惠凹陷的砂巖劃分為9種孔隙類型組合和6種孔喉分布模式，但是未分地區、分層系進行研究.王孝轅[10]對德惠斷陷營城組火山巖儲層孔隙特征進行研究，提出構造運動、風化淋濾作用及流體活動是影響儲集空間發育的主要控制因素.

人們對德惠斷陷儲層方面的研究只在松遼盆地東南隆起區儲層研究中有所提及，并未突出德惠斷陷的儲層特征及主控因素，針對德惠斷陷僅見營城組火山巖儲層方面的報道，對德惠斷陷深層下白堊統低孔低滲儲層重視不夠.隨著德惠斷陷勘探挖潛不斷深入，中深層出現儲層埋藏深、物性差、地溫較高、成巖演化快等情況，導致勘探難度加大.根據巖心觀察、鑄體薄片鑒定和物性分析等資料，研究下白堊統碎屑巖儲層特征及主控因素，以揭示儲層變化規律，分析次生孔隙成因，為下一步油氣勘探提供地質借鑒.

1 地質背景

德惠斷陷位于松遼盆地東南隆起區，面積約為4 053 km2，是在晚古生帶淺變質基底上發展起來的中生代沉積盆地，根據構造特征可劃分為德惠地塹、農安地塹、鮑家箕狀洼陷、華家斜坡帶、龍王箕狀洼陷、開安—合隆鼻狀構造帶、蘭家箕狀洼陷7個次級構造單元（見圖1）.德惠斷陷深層下白堊統沙河子組、營城組、登婁庫組，是早白堊世形成的一系列盆地斷陷—拗陷期地層.其中沙河子組處于強烈斷陷快速沉降期，自下而上為一個“粗—細—粗”完整沉積旋回，上部以深灰、灰黑色泥巖及砂礫巖為主，中部為灰色泥巖、粉砂巖及砂礫巖，下部為灰、褐灰色砂巖及砂礫巖；垂向上底部主要發育近岸扇、扇三角洲沉積，中上部以濱淺湖至深湖沉積相為主；平面上盆地周緣發育扇三角洲、近岸扇及湖沼相沉積，為本區主要烴源巖發育層系.營城組在德惠斷陷西部和西北部沉積厚度大、地層保存全，其沉積特征對沙河子組有較強的繼承性，水體范圍進一步擴大，但深度變淺，是一個砂巖發育段；巖性組合為深灰、灰黑色泥巖與淺灰、灰綠色粉—細砂巖互層，夾玄武巖、凝灰巖及煤；主要發育濱淺湖沉積，盆地周緣分布有湖沼、扇三角洲、近岸扇沉積.登婁庫組處于斷拗過渡沉積時期，具拗陷地層特征；巖性組合為灰褐色及灰色泥巖、粉砂質泥巖與灰白色厚層狀砂巖互層，底部是雜色砂礫巖；為辮狀河三角洲—濱淺湖沉積.

圖1 松遼盆地德惠斷陷構造分區Fig.1 Sketch map of the tetonic division of Dehui fault depression of Songliao basin

2 巖石學特征

德惠斷陷下白堊統碎屑巖儲層整體為“兩低一高”的巖石學特征，即低成分成熟度、低結構成熟度、高填隙物體積分數.巖石類型以長石砂巖、巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主（見圖2）；結構上以中粗砂巖為主，部分為含礫砂巖和細砂巖；巖屑類型以中酸性火山巖和淺變質巖為主.

圖2 德惠斷陷下白堊統各儲層巖石三角圖Fig.2 Triangular diagram for the sandstones of lower cretaceous in Dehui fault depression

2.1 登婁庫組

薄片鑒定該組石英平均體積分數為32.33%，長石平均體積分數為41.72%，巖屑平均體積分數為25.95%，巖石類型主要以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數分析表明，石英為22.54%，鉀長石為34.93%，斜長石為27.31%，方解石為5.67%，黏土礦物為9.50%；黏土礦物X線衍射相對體積分數分析表明，伊利石為42.74%，伊/蒙混層為43.47%，高嶺石為7.38%，綠泥石為9.49%.

2.2 營城組

薄片鑒定該組石英平均體積分數為28.23%，長石平均體積分數為36.34%，巖屑平均體積分數為35.43%，巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數分析表明，石英為30.98%，鉀長石為23.02%，斜長石為27.46%，方解石為5.10%，黏土礦物為13.43%；黏土礦物X線衍射相對體積分數分析表明，伊利石為43.22%，伊/蒙混層為42.22%，高嶺石為6.22%，綠泥石為10.52%.

2.3 沙河子組

薄片鑒定該組石英平均體積分數為20.79%，長石平均體積分數為26.11%，巖屑平均體積分數為43.78%.巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主.全巖組分X線衍射相對體積分數分析表明，石英為30.03%，鉀長石為20.07%，斜長石為24.73%，方解石為4.66%，黏土礦物為20.51%；黏土礦物X線衍射相對體積分數分析表明，伊利石為54.43%，伊/蒙混層為37.04%，高嶺石為4.66%，綠泥石為7.87%.

從沙河子組到登婁庫組穩定碎屑顆粒石英體積分數升高，不穩定顆粒火山巖屑體積分數降低，黏土礦物相對體積分數降低.砂巖成分變化與盆地構造背景有關：強烈斷陷階段，多發育近岸扇、扇三角洲沉積體系，沉積物近源快速堆積，成分成熟度和結構成熟度低，泥質含量高；穩定拗陷沉降階段，多發育辮狀河三角洲沉積體系，沉積物搬運距離較遠，成分成熟度和結構成熟度較高，泥質含量低.從登婁庫組到沙河子組伊利石相對體積分數增加，高嶺石相對體積分數減少，反映隨著埋藏深度增加高嶺石向伊利石的正常轉化過程.

3 儲集特征

3.1 儲集空間

根據研究區取心段巖石鑄體薄片鑒定結果，德惠斷陷下白堊統儲層主要發育的儲集空間類型有原生孔、次生溶孔及少量混合孔隙（見圖3）.其中登婁庫組原生孔隙所占比例較高；營城組和沙河子組以次生溶孔為主，次生溶孔主要為長石的顆粒溶孔.

3.2 物性及孔喉特征

德惠斷陷下白堊統砂巖整體表現為“低孔特低孔—特低滲”儲層特征，垂向上，從沙河子組到登婁庫組儲層物性和孔隙微觀結構變好.

圖3 德惠斷陷下白堊統各儲層儲集特征Fig.3 Reservoir characteristics of lower cretaceous in Dehui fault depression

（1）登婁庫組孔隙度分布主要在5.00%～15.00%之間，平均孔隙度為8.83%；滲透率分布區間主要在（0.01～100.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.64×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現中等排驅壓力、中等分選、中孔細吼特征.

（2）營城組孔隙度分布主要在5.00%～11.00%之間，平均孔隙度為8.31%；滲透率分布區間主要在（0.01～1.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.09×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現中高排驅壓力、差分選、細孔細吼特征.

（3）沙河子組孔隙度分布主要在2.00%～9.00%之間，平均孔隙度為5.69%；滲透率分布區間主要在（0.01～1.00）×10-3μm2之間，平均滲透率為0.06×10-3μm2；毛管壓力曲線呈現高排驅壓力、特差分選、微孔微吼特征.

從強烈斷陷期沙河子組到拗陷沉積期登婁庫組，由于沉積體系存在差異，導致儲層物性和孔隙微觀結構不同.斷陷期發育的近岸水下扇和扇三角洲沉積物近源快速堆積，分選差、淘洗弱，物性和孔隙結構差；拗陷期發育的辮狀河三角洲沉積物搬運距離相對較遠，分選稍好、淘洗較強，物性和孔隙結構較好.

4 成巖作用及控制因素

4.1 成巖作用

研究區砂巖儲層主要成巖作用類型有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代作用.壓實作用造成儲層孔滲降低、顆粒之間線接觸、千枚巖巖屑等塑性巖屑變形（見圖4（a）），以及剛性顆粒破碎及雙晶紋錯位現象（圖4（b））.膠結作用主要是碳酸鹽膠結（見圖4（c））、硅質膠結（見圖4（d））和高嶺石膠結（見圖4（e））.受有機質生烴過程中產生的有機酸作用，長石及巖屑顆粒不同程度地發生溶蝕，形成長石、巖屑的粒內溶孔、鑄模孔（見圖4（f）），掃描電鏡中長石溶蝕形成蜂窩狀溶孔（見圖4（g））.交代作用主要表現為長石及巖屑被方解石交代（見圖4（h））.

圖4 德惠斷陷下白堊統砂巖成巖作用特征Fig.4 The micrograph of diagenesis characteristics of sandstone of lower cretaceous in Dehui fault depression

根據石油天然氣行業關于酸性水介質條件下碎屑巖成巖階段劃分標準（SY/T 5477—2003），登婁庫組主要處于中成巖A期，營城組和沙河子組處于中成巖A期和中成巖B期.主要劃分依據是蒙皂石已經消失，向伊/蒙混層和伊利石轉化，伊/蒙混層比在10%～25%之間，落入中成巖A期和中成巖B期范圍；泥巖的鏡質體反射率（Ro）平均在0.59%～1.44%之間，為中成巖A期和中成巖B期特征；最大熱解峰溫Tmax平均在444.6～469.6℃之間，也屬于中成巖A期和中成巖B期范圍.石英次生加大現象普遍，加大晶面較自形，并可見（鐵）方解石膠結物.

4.2 控制因素

沉積和成巖作用是影響儲層性質的重要因素，物源類型、沉積相帶、粒度是控制儲層物性的內因，后期成巖作用中的壓實、膠結、溶蝕作用是控制物性演化的外因[11-12].

4.2.1 沉積作用對儲層的影響

沉積作用對儲層的影響主要表現為不同沉積相帶、不同粒度、不同填隙物體積分數在儲層物性上的差異.研究區扇三角洲和辮狀河三角洲前緣物性優于三角洲平原物性，其中三角洲前緣水下分流河道砂體物性最好，河道側緣和席狀砂的物性次之[13].不同巖性砂巖的粒度、泥質體積分數、塑性巖屑體積分數不同，導致沉積后物性的差異.相同沉積環境下，粒度較粗的砂巖的粒間填隙物少，塑性巖屑體積分數低，砂巖物性好[14].研究區粗砂巖儲層平均孔隙度約為9.30%，平均滲透率約為0.24×10-3μm2；中砂巖儲層平均孔隙度約為7.70%，平均滲透率約為0.22×10-3μm2；細砂巖平均孔隙度約為7.30%，平均滲透率約為0.20×10-3μm2.儲層孔隙度和填隙物體積分數呈負相關關系（見圖5），填隙物體積分數越高，儲層孔隙度越低，物性越差.

圖5 德惠斷陷下白堊統砂巖填隙物體積分數和孔隙度關系Fig.5 Diagram of the contents of interstitial material vs.porosity of lower cretaceous in Dehui fault depression

4.2.2 成巖作用對儲層的影響

（1）壓實和膠結作用降低儲層物性.研究區下白堊統儲層形成時間早、埋藏深度大，砂巖分選差，含有塑性巖屑，機械壓實作用強，對儲層物性影響較大.

在成巖演化過程中，孔隙流體中的各種自生礦物不斷析出，形成各種類型的膠結物，膠結物進一步充填孔隙，導致儲層物性下降.其中方解石膠結物最常見，它充填孔隙且未發生溶蝕，破壞儲層物性；伊利石和伊/蒙混層常呈葉片狀或黏土搭橋狀充填粒間，對儲層喉道影響大；高嶺石以書頁狀集合體的形式充填孔隙中，一般認為高嶺石由長石溶蝕形成[15]，高嶺石具有晶間孔隙，對儲層影響較小；綠泥石在研究區儲層中所占比例較小，常充填孔隙.硅質膠結出現在成巖演化的各個階段，隨著成巖演化階段加深，硅質膠結有加強趨勢，研究區硅質膠結物體積分數不高，對儲層起到微弱的破壞作用.

可以利用Lundegard P D[16]提出的砂巖壓實減孔和膠結減孔量計算公式，計算儲層的壓實和膠結減孔量，以分析壓實和膠結作用對儲層的影響.

根據Beard D C和Weyl P K建立的不同分選狀況下砂巖原始孔隙度經驗公式[17]，計算得出原始孔隙度，其中登婁庫組的平均分選因數為2.36，計算得到原始孔隙度為30.63%；營城組平均分選因數為2.80，計算得到原始孔隙度為29.08%；缺少沙河子組粒度資料，未參與計算.

登婁庫組平均壓實減孔量為19.06%，平均膠結減孔量為4.38%；營城組平均壓實減孔量為18.14%，平均膠結減孔量為6.11%，機械壓實作用導致的孔隙喪失為原始孔隙的60%以上，是儲層物性降低的主要因素.

（2）溶蝕作用形成次生孔隙發育帶.深部儲層成因機制多與次生孔隙發育帶有關，了解次生孔隙發育機理能指導下一步油氣勘探[18].由研究區下白堊統儲層次生孔隙發育分布（見圖6）可以看出，在孔隙度總體隨深度降低的背景下出現2 200～2 400 m和2 700～2 950 m兩個孔隙度異常高值帶，為次生孔隙發育帶.次生孔隙發育帶和有機質成熟度及成巖階段有一定對應關系，次生孔隙發育帶對應的有機質鏡質體反射率為1.0%～1.5%，對應有機質成熟生烴時期，有機質成熟釋放出有機酸對儲層中長石易溶組分進行溶蝕.產生次生孔隙帶的因素主要有：

①儲層巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石砂巖和長石巖屑砂巖，不穩定組分長石的體積分數較高，為26.11%～42.72%，為溶蝕作用提供充分的易溶物質，掃描鏡下觀察到溶蝕作用普遍；

②受演化成熟時期的脫羥作用，有機質釋放出有機酸和CO2，CO2溶于地層流體中形成碳酸[19]，為溶蝕作用提供酸源；

③泥巖中形成的有機酸和碳酸需要良好的通道溝通進入儲層，才能對長石組分進行溶蝕，而垂向上發育的斷裂帶提供這樣的通道.由德惠斷陷農安構造北高點農20—德深2井油藏剖面（見圖7）可以看出，農安斷層是一條油氣疏導斷層，溝通斷陷域的烴類，油氣及伴隨的有機酸向上運移至上部儲層中，使上部砂巖發生溶蝕，改善儲集性能，油氣在斷層兩側的各層系儲層中分布.

圖6 德惠斷陷下白堊統儲層次生孔隙發育帶分布及成因Fig.6 Secondary pore belt and causes of lower cretaceous in Dehui fault depression

圖7 德惠斷陷農安構造北高點農20-德深2井油藏剖面Fig.7 Well N20-well DS2 reservoir profile map from northern high of Nongan structure in Dehui fault depression

4.2.3 構造作用對儲層的影響

營城組末期，松遼盆地的構造格局發生變化，構造應力場由沙河子時期的NNW向擠壓轉為NNE向擠壓.受擠壓作用，在德惠斷陷內形成沿萬17—農101—德深2—德深1—德深4—合3一線4個雁列式擠壓背斜帶，并伴隨一系列的斷層.受營城組末期強烈的擠壓改造，營城組被剝蝕減薄，特別是在擠壓背斜的核部剝蝕嚴重，形成區域性不整合面[20].構造產生的一系列斷層一方面溝通孔隙，增加儲層滲流能力；另一方面成為流體運移的有利通道，使得斷層附近更易發生溶蝕作用，形成溶蝕孔隙發育帶.構造運動導致營城組部分抬升接受剝蝕，使部分地區壓實作用減弱，不整合面附近儲層易遭受大氣淡水淋濾而形成溶蝕孔隙.

5 結論

（1）德惠斷陷下白堊統砂巖儲層巖石類型主要為長石砂巖、長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，儲層具有低成分成熟度、低結構成熟度、高填隙物含量的“兩低一高”的特征，從沙河子組向上部登婁庫組成分成熟度逐漸升高.

（2）儲集空間有殘余原生孔、次生溶孔和少量混合孔.儲層物性總體表現為低孔、特低孔—特低滲的特征.垂向上從沙河子組到登婁庫組儲層物性和孔喉結構逐漸變好.

（3）儲層受沉積、成巖和構造作用共同控制，其中三角洲前緣水下分支河道砂體物性好，粗粒度砂巖的物性好于細粒度砂巖的；機械壓實作用是儲層物性變差的主要原因，溶蝕作用改善儲層物性.縱向上發育2個次生孔隙帶，形成于中成巖階段，溶蝕作用形成次生孔隙發育帶與有機質生烴釋放有機酸及斷裂有關.

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TE122.2

A

2095-4107（2014）04-0023-09

2014-06-19；

朱秀杰

國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目（2014CB239002）

單 祥（1988-），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事油氣儲層與沉積學研究.

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.04.004