樁海地區(qū)下古生界碳酸鹽巖潛山儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差異性分析

◇中國(guó)石化勝利油田分公司 趙約翰

本文通過(guò)構(gòu)造演化、儲(chǔ)集空間類型認(rèn)識(shí)縱向上各層系產(chǎn)能差異主要是構(gòu)造演化造成的。通過(guò)取心井洞或縫中的方解石充填物元素分析與大氣淡水成巖作用有關(guān)，認(rèn)為加里東時(shí)期發(fā)生的巖溶和大氣淡水林慮成巖作用在潛山頂面風(fēng)化作用是同步進(jìn)行的，但加里東時(shí)期形成的裂縫被充填。最后利用下古生界碳酸鹽巖流體包裹體均一溫度以及流體包裹體有機(jī)碳δ13C化驗(yàn)分析，認(rèn)為造成東部樁斜169井區(qū)和中部樁古斜47井區(qū)以及西部老30井區(qū)產(chǎn)能差異的原因是喜山期樁東凹陷第三系沉積物的壓釋水進(jìn)行差異性溶蝕以及火成巖形成的熱液溶蝕造成的，進(jìn)而造成平面上產(chǎn)能存在較大差異，對(duì)本區(qū)下步勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

1 前言

樁海地區(qū)區(qū)域構(gòu)造上位于樁西潛山、長(zhǎng)堤潛山和埕島三大潛山結(jié)合部。自20世紀(jì)80年代開發(fā)樁西潛山油藏的同時(shí)，在本區(qū)部署的樁古46井至今，已發(fā)現(xiàn)下古生界奧陶系八陡組、馬家溝組、冶里-亮甲山組、寒武系張夏組、太古界等5套含油層系。2016年在潛山東南部完鉆的樁斜169井在下古生界潛山油氣藏勘探中取得了突破性的進(jìn)展，在潛山風(fēng)化殼及內(nèi)幕均獲得高產(chǎn)。但是從目前試油試采數(shù)據(jù)分析，縱向上八陡組產(chǎn)量最高，冶里-亮甲山組次之，在下馬家溝組和寒武系張夏組只在個(gè)別井試油中獲低產(chǎn)。平面上，西部的老30井區(qū)和東部的樁海10-樁斜169井區(qū)產(chǎn)量高且穩(wěn)產(chǎn)，但在中部的樁古斜47井區(qū)產(chǎn)能較兩翼低。因此，樁海地區(qū)下古生界縱向及平面上產(chǎn)能差異的控制因素是下步勘探開發(fā)必須要面對(duì)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)目前試油試采分析，樁海潛山滿山含油，因此，構(gòu)造高低不是造成產(chǎn)能差異的主要原因，而儲(chǔ)層就變成引起產(chǎn)能差異的首要因素。加強(qiáng)潛山油藏儲(chǔ)集體儲(chǔ)集性能差異研究，對(duì)油氣進(jìn)一步勘探具有十分重要的意義。

2 地層展布特征

樁海地區(qū)下古生界是在樁海太古界花崗片麻巖為基底發(fā)育的一套穩(wěn)定的地臺(tái)型海相沉積體系，以碳酸鹽巖沉積為主。縱向從下向上地層層序?yàn)椋?/p>

下寒武統(tǒng)饅頭組巖性為紫紅色砂質(zhì)頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r、白云巖，受晉寧運(yùn)動(dòng)的影響，與下伏泰山群之間為角度不整合接觸。

毛莊組的巖性為灰紫色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖和灰?guī)r沉積互層，厚度20-55米。

徐莊組巖性為灰綠色、紫灰色砂質(zhì)頁(yè)巖和灰?guī)r互層，含海綠石砂巖。

中寒武統(tǒng)張夏組巖性為灰色厚層塊狀鮞狀灰?guī)r夾隱晶灰?guī)r，厚度75-160米，構(gòu)成張夏組的標(biāo)志性巖石類型，屬中寒武世晚期。

上寒武統(tǒng)崮山組巖性為灰綠色頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r石，厚度10-40米。

長(zhǎng)山組巖性為灰黃色泥灰?guī)r夾竹葉狀灰?guī)r，厚度15-45米。

鳳山組巖性為深灰色灰?guī)r、結(jié)晶白云巖，厚度30-100米。

下奧陶統(tǒng)冶里-亮甲山組，受懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的制約，冶里-亮甲山組與上覆下馬家溝組之間為平行不整合接觸。巖性為細(xì)-中晶白云巖含燧石結(jié)核，厚度50-90米。冶里-亮甲山組地層在老29-老30山頭被剝蝕。

中奧陶統(tǒng)下馬家溝組巖性為厚層塊狀豹斑灰?guī)r夾薄層微晶白云巖，底部為角礫狀泥質(zhì)白云巖，厚度為50-200米。

上馬家溝組巖性與下馬家溝組巖性相似，為厚層塊狀豹斑灰?guī)r夾薄層微晶白云巖，底部為泥質(zhì)白云巖，上馬家溝組地層除在老292高地由于被部分剝蝕變薄以外，厚度一般在20米左右，其余地區(qū)分布較穩(wěn)定，厚度為90-230米。

八陡組，由于受加里東運(yùn)動(dòng)、華力西運(yùn)動(dòng)和印支運(yùn)動(dòng)疊加影響，其上缺失中奧陶統(tǒng)大部分和上奧陶統(tǒng)-下石炭統(tǒng)地層，暴露時(shí)間超過(guò)133個(gè)百萬(wàn)年，與上覆中石炭統(tǒng)本溪組呈不整合接觸。巖性主要為中薄層灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)泥巖互層。八陡組地層在老292背斜及樁古斜47背斜南北兩端被剝蝕。其余地區(qū)分布較穩(wěn)定，厚度為30-100米。

3 構(gòu)造演化特征

對(duì)研究區(qū)潛山形成以及儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能影響較大的主要有加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)。

3.1 古生界地臺(tái)發(fā)育階段

早元古代末期的呂梁運(yùn)動(dòng)使太古代泰山群形成結(jié)晶基底后，華北地區(qū)進(jìn)入了比較穩(wěn)定地臺(tái)發(fā)育階段，這一時(shí)期沉積了大面積的寒武-奧陶系海相碳酸鹽巖。中奧陶世末期加里東運(yùn)動(dòng)中華北地區(qū)上升成陸，長(zhǎng)期遭受剝蝕，缺失了上奧陶統(tǒng)-下石炭統(tǒng)地層，暴露時(shí)間超過(guò)133個(gè)百萬(wàn)年。

3.2 印支期褶皺發(fā)育階段

進(jìn)入中生代，三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動(dòng)印支運(yùn)動(dòng)最重要的構(gòu)造效應(yīng)是造成華北板塊的整體抬升，致使?jié)?yáng)坳陷三疊紀(jì)地層被剝蝕殆盡，許多地區(qū)的剝蝕程度深及上古生界。在樁海地區(qū)由于印支運(yùn)動(dòng)的抬升剝蝕作用，缺失三疊系、上古生界二疊紀(jì)和上石炭紀(jì)地層，暴露時(shí)間超過(guò)45個(gè)百萬(wàn)年，最大剝蝕厚度達(dá)到1000米。另一方面，印支運(yùn)動(dòng)使較穩(wěn)定的華北地臺(tái)開始解體。樁海地區(qū)在印支運(yùn)動(dòng)擠壓作用應(yīng)力下，發(fā)育了北西向樁古29逆斷層，形成了樁海潛山的雛形。

3.3 燕山期塊斷活動(dòng)階段

燕山運(yùn)動(dòng)分3個(gè)幕次。中侏羅世末期發(fā)生的燕山運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕表現(xiàn)為印支運(yùn)動(dòng)的延續(xù)。晚侏羅世末-早白堊世發(fā)生的燕山運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，以伸展運(yùn)動(dòng)為主。樁海潛山西界斷層樁古29逆層裂在晚侏羅世未發(fā)生明顯反轉(zhuǎn)，即燕山運(yùn)動(dòng)早期停止活動(dòng)。樁海潛山北界斷層埕北古3斷層和南界斷層樁古斜471斷層的拉張運(yùn)動(dòng)劃分出了埕北潛山、樁海潛山和樁西潛山三個(gè)構(gòu)造單元。晚白堊世末發(fā)生的燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕，導(dǎo)致郯廬斷裂帶發(fā)生左旋，此時(shí)，南部的樁西潛山和樁海地區(qū)西界斷層即樁古29逆斷層此時(shí)發(fā)生大規(guī)模推覆逆掩構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，柱西潛山及樁海潛山下古生界地層以及已沉積的中生界地層由東南向西北方向推覆到埕東凸起北坡侏羅系地層之上，整個(gè)樁海地區(qū)缺失晚白堊世地層。至此，樁海潛山基本形成。

3.4 新生代第三紀(jì)斷陷、坳陷階段

進(jìn)入第三紀(jì)，渤海灣盆地強(qiáng)烈下陷，此時(shí)本區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)以垂直升降斷塊差異運(yùn)動(dòng)為特征，進(jìn)入了新生代第三紀(jì)斷陷、坳陷階段。始新世發(fā)生的喜山運(yùn)動(dòng)濟(jì)陽(yáng)幕，使得研究區(qū)部分燕山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的斷層繼承性活動(dòng)，同時(shí)，也奠定了樁海潛山目前的構(gòu)造格局。在古近系晚期和新近系，在樁海潛山周邊的埕北、孤北洼陷、黃河口坳陷沙三段烴源巖生成的烴類大規(guī)模向潛山二次運(yùn)移，是樁海潛山油氣成藏的重要時(shí)期。（圖1）

圖1 樁海地區(qū)構(gòu)造演化剖面

4 儲(chǔ)層特征

4.1 樁海潛山儲(chǔ)集空間類型

根據(jù)巖心觀察和成像測(cè)井分析，本區(qū)下古生界碳酸鹽巖主要儲(chǔ)集空間類型具有縫、孔、洞三大類，主要發(fā)育以下6種：①裂縫；②晶間溶孔；③晶間孔隙；④溶蝕洞穴；⑤晶族孔洞 ；⑥縫合線（壓溶縫）。

裂縫：按其充填和溶蝕程度又可細(xì)分為半開啟－開啟裂縫、溶蝕裂縫及全充填裂縫三種。開啟的高角度裂縫見于東部的樁海102井在八陡組4306米處，并在4307米見含油的溶蝕裂縫（圖2-a）。中部的樁古斜47井在八陡組4189.8米見被方解石充填的無(wú)效裂縫（圖2-b）。

圖2 （圖2-a 樁海102井八陡組開啟的高角度裂縫、圖2-b 樁古斜47井八陡組被方解石充填的無(wú)效裂縫、圖2-c埕北30井冶里-亮甲山組晶間孔及晶間溶孔、圖2-d樁海102井冶里-亮甲山組晶簇孔洞、圖2-e樁海102井八陡組溶洞、圖2-f老301井馬家溝組充填瀝青的縫合線）

晶間孔隙：由白云巖晶體或方解石之間的間隙組成的孔隙，是由重結(jié)晶作用、白云巖化作用等形成。主要發(fā)育于冶里-亮甲山組結(jié)晶白云巖地層中（圖2-c）。

晶間溶孔：方解石晶體、白云石晶體經(jīng)過(guò)溶蝕作用形成的晶間溶孔，一般為5～20μm（圖2-d）。

晶簇孔洞：多發(fā)育在方解石脈的中央部位，為方解石沿裂縫兩壁未充填部分。樁海102井冶里-亮甲山組4623m，發(fā)育垂直裂縫，縫寬1cm，未被方解石全部充填，發(fā)育晶簇孔，長(zhǎng)1.5cm，寬0.8cm（圖2-e）。

溶蝕洞穴：是地下水對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行溶解作用而形成的洞穴，主要證據(jù)為井噴、井徑擴(kuò)大、巖心及FMI成像測(cè)井上的孔洞確定。下古生界潛山在中生界沉積以前，下古生界地層受到長(zhǎng)期的剝蝕與淋濾，產(chǎn)生了大量的裂縫、溶孔溶洞。

縫合線（壓溶縫）：下古生界碳酸鹽巖中發(fā)育了大量的縫合線。有平行、垂直和斜交層面三種情況，從縫合線充填成分看，有的以黑色瀝青為主，有未充填。如潛山西部的老301井在上馬家溝組3829.14～3831.34米見充填瀝青的縫合線（圖2-f）；東部的樁海102井在奧陶系八陡組4305.79米附近發(fā)育一條45°傾角的縫合線，鋸齒明顯，形態(tài)不規(guī)則，縫合線附近還派生出眾多微細(xì)裂縫，偶見溶蝕縫。

4.2 樁海潛山儲(chǔ)集體分布特征

樁海地區(qū)下古生界碳酸鹽巖潛山儲(chǔ)層縱向上主要由潛山風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層（主要是八陡組）和潛山內(nèi)幕裂縫-孔隙型型儲(chǔ)層（冶里-亮甲山組）組成，中奧陶上、下馬家溝組儲(chǔ)層欠發(fā)育。

（1）潛山風(fēng)化殼巖溶型。根據(jù)本區(qū)巖心及成像測(cè)井綜合分析，奧陶系八陡組儲(chǔ)層巖溶作用發(fā)育，尤其是靠近古風(fēng)化殼及斷層附近，各種溶蝕孔、洞、縫發(fā)育，儲(chǔ)層類型以縫洞型為主。西部老30潛山山頭由于受印支期逆沖構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，下古生界接受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕，缺失八陡組地層，并在馬家溝組發(fā)生巖溶作用，巖心在馬家溝組見溶蝕垮塌角礫巖。東部的樁斜169及樁海102井均在風(fēng)化殼頂部見溶蝕洞（圖2-e、圖2-f）。

在企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管控，說(shuō)明企業(yè)運(yùn)行中將會(huì)建設(shè)更加合理完善的管理體系，這種管理體系將會(huì)被行業(yè)中的其余企業(yè)研究，從而帶動(dòng)行業(yè)共同發(fā)展。

（2）潛山內(nèi)幕裂縫-孔隙型。冶里-亮甲山組儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以晶間孔隙、溶蝕孔和裂縫,裂縫是主要滲流空間，屬裂縫-孔隙型儲(chǔ)層（圖2-c、圖2-d）。

5 儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差異性分析

5.1 縱向上儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差異分析

上馬家溝組及下馬家溝組儲(chǔ)層欠發(fā)育，儲(chǔ)地比分別為4%和2.8%；冶里-亮甲山組主要儲(chǔ)集空間為白云化后的晶間孔、溶蝕孔以及裂縫，儲(chǔ)地比7.5%。晚寒武世的鳳山組、長(zhǎng)山組及崮山組儲(chǔ)地比<1%；中寒武世的張夏組儲(chǔ)地比為2.3%。根據(jù)主要地球化學(xué)標(biāo)志，在所研究的鉆井中，大氣淡水作用深度主要集中在加里東不整合面之下150 米的深度范圍[2]（圖3）。

圖3 樁海潛山下古生界分層儲(chǔ)地比柱狀圖

冶里-亮甲山組巖性主要為細(xì)-中晶白云巖，儲(chǔ)集空間為晶間孔隙、晶間溶孔、晶簇孔洞及裂縫，屬裂縫-孔隙型儲(chǔ)層，巖溶及大縫不發(fā)育，造成儲(chǔ)集空間不及八陡組。對(duì)于奧陶紀(jì)初期的懷遠(yuǎn)構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)使得下奧陶統(tǒng)冶里-亮甲山組出露地表遭受剝蝕，根據(jù)樁海102井冶里-亮甲山組取心井ICP_AES元素分析，代表大氣淡水的Mn和Sr元素含量在冶里-亮甲山組頂部突變升高，表明本區(qū)在冶里-亮甲山組遭受過(guò)大氣淡水淋濾作用。但由于本次構(gòu)造抬升時(shí)間較短，不超過(guò)10個(gè)百萬(wàn)年，因此，由大氣淡水淋濾作用和滲流、潛流溶蝕作用欠發(fā)育，即使發(fā)育巖溶，也主要發(fā)生在冶里-亮甲山組，最多達(dá)到寒武系鳳山組。加之長(zhǎng)山、固山組泥巖較多，本層溶蝕現(xiàn)象不明顯，本區(qū)基本無(wú)有效儲(chǔ)層，同時(shí)懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)以垂向振蕩為主，構(gòu)造裂縫不發(fā)育，大氣淡水淋濾作用難以向下進(jìn)行。因此，張夏組的儲(chǔ)地比也很低，僅2.3%，目前只在樁古斜47井區(qū)有部分有效儲(chǔ)層，其可能與印支及燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕形成的拱張背斜引起的構(gòu)造裂縫有關(guān)，但其規(guī)模遠(yuǎn)小于風(fēng)化殼巖溶作用。

5.2 橫向上儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差異分析

通過(guò)巖心觀察，儲(chǔ)集性能的差異是八陡組風(fēng)化殼儲(chǔ)層產(chǎn)能的首要因素。

（1）加里東期表生成巖階段大氣淡水成巖作用是樁西下古生界潛山重要巖溶階段。樁海地區(qū)下古生界八陡組風(fēng)化殼經(jīng)歷了三期溶蝕作用，即八陡組頂部的加里東期、印支-燕山期和喜山期巖溶作用。加里東期巖溶階段：

圖4 樁西、埕島地區(qū)寒武-奧陶系碳酸鹽巖中不同礦物或結(jié)構(gòu)組分的直方圖

同時(shí)也說(shuō)明加里東期發(fā)生的巖溶及大氣淡水成巖作用是同步進(jìn)行的，但最終加里東期形成的裂縫被充填，對(duì)儲(chǔ)層起到破壞作用。

圖5 樁古32井火成巖侵入對(duì)儲(chǔ)層的改造作用

此外，埕北30斷層西潛山帶火成巖較發(fā)育，儲(chǔ)層可受到熱液流體的改造。通過(guò)鄰區(qū)取心井巖心觀察可見，螢石交代產(chǎn)生的晶洞，石英脈孔洞發(fā)育，以及實(shí)例井樁古32井侵入巖附近孔滲參數(shù)的分析，均顯示出熱液流體可對(duì)下古生界儲(chǔ)層可進(jìn)行建設(shè)性改造。

（2）喜山期埋藏巖溶是樁海潛山風(fēng)化殼儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差異的首要因素。導(dǎo)致埋藏溶蝕作用形成的深部熱液主要來(lái)源是樁東凹陷第三系沉積物的壓釋水，因此樁古斜47背斜風(fēng)化殼裂縫充填的方解石末被溶蝕，儲(chǔ)集性能較東部變差。

圖6 樁古斜47、樁斜169、樁海102裂縫發(fā)育及溶蝕巖心照片

6 結(jié)論

（1）樁海潛山為多條斷裂交匯的“兩背一向”的殘丘山、斷塊山，其發(fā)育于印支期，基本形成于燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕，定形于喜山運(yùn)動(dòng)早期。

（2）樁海潛山下古生界碳酸鹽巖主要儲(chǔ)集空間類型具有縫、洞、孔三大類，縱向上主要由潛山風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層（主要是八陡組）和潛山內(nèi)幕裂縫-孔隙型型儲(chǔ)層（冶里-亮甲山組）組成，中奧陶上、下馬家溝組儲(chǔ)層欠發(fā)育。

（3）加里東期表生成巖階段大氣淡水成巖作用是樁西下古生界潛山重要巖溶階段，具有巖溶及大氣淡水林慮成巖作用同步進(jìn)行的特點(diǎn)，但最終加里東期形成的裂縫被充填。

（4）樁海地區(qū)下古生界潛山遭受了喜山期埋藏巖溶作用的改造，樁東凹陷第三系沉積物的壓釋水對(duì)東部樁海10-樁斜169井區(qū)和中部樁古斜47背斜進(jìn)行差異性溶蝕是造成樁海潛山儲(chǔ)層差異的主要原因，進(jìn)而造成平面上產(chǎn)能存在較大差異。