印尼馬都拉海峽上新統抱球蟲灰巖儲層特征及控制因素*

何 娟 倪軍娥 郭麗娜 蔣百召

(1. 中國海洋石油國際有限公司 北京 100028; 2. 中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

印度尼西亞是世界重要的油氣資源國家之一，占據著東南亞60%的沉積盆地，已發現油氣田中的油氣幾乎全部儲存于第三系地層中，其中爪哇盆地是印度尼西亞第三大油氣區[1-2]。多年的勘探和開發實踐證明，上新統Mundu組是東爪哇盆地馬都拉海峽地區的一套高產儲層，其中抱球蟲灰巖為其主要的儲集體，由浮游有孔蟲目的抱球蟲超科生物組成[3]，儲層巖石類型主要為抱球蟲顆?；規r、泥質抱球蟲顆?；規r及抱球蟲顆粒質泥灰巖[4-5]。Mundu組通常以粒內孔隙為主，其中最好的儲層段含有少量的灰泥和黏土。該套儲集體孔隙度以大于30%為主，最高可達52%[5]。從20世紀80年代至今，對東爪哇盆地的研究一直是諸多學者關注的重點，尤其是對于盆地構造演化模式的探究，而對該地區沉積演化及儲層成因方面的研究相對較少[6-7]。近年來，隨著資料豐富程度的加大，對該區沉積環境的研究也在不斷加深，如Triyana在前人研究成果的基礎上，認為該套抱球蟲灰巖形成環境可界定在水深50～200 m范圍的中-外陸架區[3]；倪軍娥 等[8]針對印尼馬都拉海峽A氣田抱球蟲灰巖儲層，認為受海洋底流作用的影響，其屬于深水沉積；劉嘉程 等[9]提出反轉斷裂帶活動是控制馬都拉海峽盆地上新統芒杜組生物礁生長的重要因素；郭沫貞 等[10]針對東爪哇盆地抱球蟲灰巖提出其形成與上升流有關。以上認識盡管存在差異，但為儲層的進一步研究奠定了基礎。

目前，針對馬都拉海峽上新統抱球蟲灰巖儲層成因的研究相對薄弱，少數學者認為該套儲層高孔高滲是由于其埋藏深度淺成巖壓實作用弱，以及沉積后暴露地表或區域抬升，發生溶蝕作用等原因形成的[11]。

本文在前人研究的基礎上，以馬都拉海峽M氣田取心井巖心、薄片及實測物性等資料為基礎，通過對儲層巖性、儲集空間類型、儲層物性及孔隙結構特征等的研究，明確了儲層特征，并進一步對儲層控制因素進行了系統分析。該成果對于深化抱球蟲灰巖儲層的成因機理研究具有重要理論意義，同時對于馬都拉海峽相似儲層油(氣)田開發以及中國南海深水油氣勘探具有一定的借鑒作用。

1 地質概況

M氣田位于印度尼西亞東爪哇省馬都拉海峽，西北距馬都拉(島)海岸線約80 km，西南距爪哇海岸線約50 km(圖1a)。區域構造上，M氣田所在的印尼東爪哇盆地位于巽他克拉通的東南緣，是沿著巽他大陸架邊緣分布的第三紀弧后盆地的一部分。東爪哇盆地主要包括3個大型二級構造單元，分別為東南部馬都拉海峽盆地區、東北部北馬都拉臺地區和西北部東爪哇淺海陸架地塹、地壘區[12-13]。東爪哇盆地新生代的構造演化受印度-澳大利亞板塊和歐亞板塊相對運動的影響，開始于弧后裂谷，終止于擠壓的褶皺沖斷變形，大致分為始新世裂谷、漸新世裂谷、中新世擠壓和上-更新世擠壓4個階段[12-17]。M氣田構造形態為近東西向的長軸背斜，新近系下上新統Mundu組抱球蟲灰巖儲層是M氣田的主力含氣層，現今埋深為900～1 080 m，地層厚度64～92 m(圖1b)。

圖1 M氣田構造位置及地層柱狀圖Fig .1 Tectonic setting and stratigraphic column of M gas field

區域沉積表明，東爪哇盆地自始新世以來處于拉張和擠壓的構造環境中，發育陸相、海相及海陸過渡相沉積環境下的各種沉積[18]。早上新世以來，構造活動以淺部地層擠壓褶皺作用和泥巖底辟作用為主[19]，斷裂活動不發育。由于反轉構造控制作用和特定的沉積環境[10]，在馬都拉盆地東南部發育了一套抱球蟲灰巖沉積，形成了研究區淺部構造帶主要的抱球蟲灰巖儲集體發育段(Mundu組)。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

根據研究區3口取心井鑄體薄片和掃描電鏡分析，參考鄧哈姆[20]按照沉積結構對碳酸鹽巖分類標準，Mundu組灰巖儲層主要為結構和成分成熟度中等的顆粒巖、泥粒巖和粒泥巖(圖2)，其中顆粒主要為浮游有孔蟲(抱球蟲)，殼體形態相對完整，顆粒大小10～880 μm，分選中等。另有少量的小型底棲有孔蟲、棘皮動物、軟體動物、海綿骨針、紅藻等生物碎屑和石英、長石、海綠石等非生物碎屑，雜基主要為灰泥和陸源泥，膠結物以方解石為主，白云石次之，見少量黃鐵礦。

(a)M-1井，3 044.2 ft，顆粒巖，以抱球蟲為主，顆粒分選中等，雜基含量少，發育粒間溶孔和體腔孔，見石英充填物，部分體腔孔及孔壁被方解石膠結物充填；(b)M-3井，3 389.2 ft，泥粒巖，顆粒含量中等，以抱球蟲為主，發育粒間溶孔和體腔孔，泥質含量中等，見石英充填物和方解石膠結物；(c)M-3井，3 453.2 ft，粒泥巖，顆粒含量低，雜基含量高，發育體腔孔和基質微孔，體腔孔多被方解石充填；(d)M-4井，3 307.0～3 307.6 ft，顆?；規r，發育溶蝕孔導致局部巖心破碎；(e)M-4井，3 281.4～3 282.0 ft，顆?；規r，發育溶蝕孔，見低角度斜層理；(f)M-4井，3 230.0～3 231.0 ft，巖石類型由虛線左側泥粒巖向右側粒泥巖過渡，底部發育裂縫。圖2 M氣田上新統Mundu組巖石類型Fig .2 Rock types of Pliocene Mundu Formation in M gas field

顆粒巖、泥粒巖和粒泥巖在顆粒、雜基、填隙物及面孔率等方面均存在著明顯的差異(表1)，顆粒巖的顆粒含量最高，平均含量58.9%，其次為泥粒巖，粒泥巖顆粒含量最低，平均含量25.2%；顆粒巖雜基含量最低，平均為9.0%，粒泥巖雜基含量最高，平均為34.9%；填隙物含量從顆粒巖到粒泥巖含量逐漸增加，顆粒巖填隙物平均含量為21.2%，粒泥巖平均含量為35.5%。鏡下觀察發現，部分顆粒巖對應的面孔率明顯偏高(30.0%～36.0%)，這和溶蝕作用密切相關。

表1 M氣田上新統Mundu組不同巖石類型鑄體薄片鑒定結果Table 1 Casting thin section result of different rock types in Pliocene Mundu Formation of gas field M

2.2 儲集空間類型

鏡下觀察發現，Mundu組抱球蟲灰巖儲層孔隙非常發育，孔隙類型多樣，組合形式復雜；其中原生孔隙包括抱球蟲體腔孔、粒間孔，次生孔隙主要包括粒間溶孔、粒內溶孔、鑄?？准熬чg微孔、基質微孔和裂縫等(圖2、3)，鏡下面孔率最高可達37%。

(a)3 417.1 ft，M-3井，泥?；規r，發育體腔孔和鑄?？祝姾＞G石；(b)M-3井，3 465.1 ft，泥粒灰巖，左側被方解石完全膠結，右側體腔孔和鑄?？妆蝗芪g形成溶蝕孔洞；(c)M-3井，3 368.3 ft，泥?；規r，發育體腔孔、粒內溶孔及微裂縫，原生粒間孔被雜基充填；(d)3 052 ft，M-1井，顆?；規r，發育體腔孔，粒間孔及基質微孔；(e)3 069 ft，M-1井，泥?；規r，發育白云石晶間微孔；(f)3 377 ft，M-3井，泥粒灰巖，發育粒內溶孔及晶間微孔，粒內溶孔被膠結物部分充填。圖3 M氣田上新統Mundu組抱球蟲灰巖儲層孔隙類型Fig .3 Pore types of GL reservoir in Pliocene Mundu Formation of M gas field

抱球蟲體腔孔是抱球蟲沉積之后體腔中軟體部分腐爛而形成的孔隙，該類孔隙在Mundu組儲層中尤為發育，是研究區最主要的儲集空間，該類孔隙鏡下面孔率可達32%，泥粒巖和粒泥巖中很多體腔孔被后期方解石或灰泥充填，部分顆粒巖中也存在類似情況；粒間(溶)孔主要存在于顆粒之間，表現為膠結物充填后的殘余原生孔隙或少量灰泥溶蝕形成的次生孔隙，該類孔隙連通性好，對儲層滲透性起到了很好的改善作用，鏡下面孔率可達17%；研究區泥?；規r和粒泥灰巖中廣泛發育灰泥，這些灰泥在新生變形作用下形成微亮晶方解石或白云石，使泥晶基質中具有大量晶間微孔，鏡下面孔率多小于7%；此外，鏡下見局部發育孔洞，平均面孔率為2.3%，最大可達9.2%，該類溶蝕孔洞與鑄?？谆蛄瓤资軓娙芪g作用影響有關，局部強溶蝕導致殼壁或者鑄模孔壁被溶蝕，多個粒內孔或鑄?？紫噙B(圖3b)。對于其他類型的孔隙總體占比較小，總面孔率不足5%。

2.3 儲層物性特征

由研究區4口取心井184個樣品常規物性分析結果可以看出(圖4a)，上新統Mundu組抱球蟲灰巖滲透率整體上隨著孔隙度的增大而增大;其中儲層孔隙度16%～54%，97%樣品孔隙度大于30%；滲透率0.15～1 787.00 mD，90%樣品滲透率大于10 mD，50%樣品滲透率大于100 mD，總體表現為高孔-中高滲孔隙型儲層特征。4口取心井101塊鑄體薄片分析結果表明(表1、圖4b)，Mundu組抱球蟲灰巖巖石類型和物性之間有很好的相關性，顆粒巖儲層物性明顯優于泥粒巖和粒泥巖，部分泥粒巖儲層物性與粒泥巖相當，這與后期的成巖作用密切相關。

圖4 M氣田上新統Mundu組抱球蟲灰巖孔隙度與滲透率關系圖(a)及巖石類型和物性關系圖(b)Fig .4 Relation between porosity and permeability (a); rock types and physical properties (b)of GL reservoir in Pliocene Mundu Formation of M gas field

2.4 孔隙結構特征

儲層孔隙結構是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關系[21]。儲層孔隙結構對儲層流體的分布及滲流具有控制和影響作用，反映儲層孔隙結構的參數主要有排驅壓力、中值壓力、最大孔喉半徑、中值喉道半徑、歪度和最大進汞飽和度等[22]。通過對研究區2口取心井12塊樣品的壓汞曲線特征分析，將儲層孔隙結構劃分為3種類型，其中I類又可細分為Ia和Ib兩類(圖5)。

圖5 M氣田上新統Mundu組抱球蟲灰巖儲層典型毛管壓力曲線(a)及喉道半徑分布圖(b)Fig .5 Typical capillary curves (a)and pore throat distribution (b)of GL reservoir in Pliocene Mundu Formation of M gas field

Ia類孔隙結構毛細管壓力曲線呈臺階狀，沒有明顯的平坦段，表明孔喉的均質性和分選性相對較差，對應偏粗雙峰型儲層喉道分布曲線，喉道前峰值分布于0.15～0.70 μm，后峰值分布于15～150 μm，中值喉道半徑大于3.0 μm，中值壓力小于0.25 MPa，樣品孔隙度大于36.2%，滲透率大于1 077 mD；該類孔隙結構主要發育于顆粒巖儲層中。

Ib類孔隙結構相對Ia類具有明顯的平坦段，孔喉分選中等，對應偏粗單峰型儲層喉道分布曲線，喉道峰值分布于1～7 μm，中值喉道半徑大于2.5 μm，中值壓力小于0.30 MPa，該類型樣品對應的孔隙度平均值為44.7%，平均滲透率為269 mD；該類孔隙結構主要發育于顆粒巖儲層中。

II類孔隙結構孔喉分選中等，對應中等單峰型喉道分布曲線，峰值分布于0.6～3.0 μm，中值喉道半徑0.8～2.2 μm，中值壓力0.3～0.9 MPa，該類樣品對應的孔隙度平均值為42.3%，滲透率平均值為41.5 mD；該類孔隙結構主要發育于顆粒巖和泥粒巖儲層中。

III類孔隙結初始階段進汞壓力較低，體現了大孔喉特征，后期壓汞曲線出現平坦段，代表了小孔喉的特征，且小孔分選較好，該類孔隙結構對應偏細單峰型儲層喉道分布曲線，峰值分布于0.04～0.10 μm，中值喉道半徑小于0.4 μm，中值壓力大于1.8 MPa，高于其他3類；該類樣品對應的孔隙度平均值為32.9%，滲透率平均值為3.4 mD；該類孔隙結構主要發育于泥粒巖和粒泥巖儲層中。

3 儲層發育主控因素

3.1 沉積環境對儲層發育的影響

沉積環境是形成沉積巖特征的決定因素，它不僅決定了儲層的巖性特征，同時控制了原生孔隙的發育程度[23-24]。抱球蟲灰巖存在于下上新統Mundu組地層中，Mundu組在東爪哇盆地南部、東南部地區最為發育，巖性在橫向上具有很強的連續性變化，是一套較為復雜的海相碳酸鹽巖沉積[9]。對該套儲集體的沉積環境研究一直以來存在較大爭議，但郭沫貞 等[10]基于浮游有孔蟲屬種認為東爪哇盆地抱球蟲灰巖是由海底洋流和上升流等作用將陸坡及半深海沉積的浮游有孔蟲個體攜帶至陸棚邊緣沉積，而陸棚邊緣相對陸坡和半深海地貌較高，在該區域經受波浪等水動力作用沖刷(圖2e)、淘洗(圖2a、圖3a)，進而形成了不同生態環境抱球蟲屬種組成的抱球蟲灰巖。

此外，陸棚邊緣存在次一級的微地貌差異，微地貌相對高區域沉積的抱球蟲灰巖，遭受來回的淘洗作用，具有較高的原始孔隙度，且抱球蟲顆粒含量高，雜基含量低，在初期的壓實作用下易形成格架支撐，原始孔隙度更容易保存；而微地貌相對低洼處，水體能量相對較弱，對應的抱球蟲灰巖填隙物含量高。研究區自上新世以來未發生大規模的擠壓、拉張[19]，整體上構造具有繼承性。從圖6可以看出，研究區M-3井相對于M-1井構造較深，且該井以粒泥灰巖和泥粒灰巖為主，顆粒含量相對低，儲層物性較差，處于含氣范圍之外。通過對不同巖石類型的顆粒含量與儲層物性及面孔率的統計發現(圖7)，顆粒含量與儲層物性和面孔率之間整體呈正相關，部分樣品的顆粒含量超過50%以后孔隙度和面孔率增加不大，相反降低，這與顆粒巖原生體腔孔被灰泥或膠結物充填密切相關(圖3b)。

圖6 M氣田上新統Mundu組抱球蟲灰巖儲層平均振幅屬性Fig .6 The average amplitude of GL reservoir in Pliocene Mundu Formation of M gas field

圖7 M油田上新統Mundu組不同巖石類型顆粒與儲層物性關系(a、b)及顆粒與面孔率關系(c)Fig .7 Relation between grain and physical properties (a and b)；grain and areal porosity (c)of different rock types in Pliocene Mundu Formation of M gas field

3.2 成巖作用對儲層的影響

碳酸鹽巖儲層的發育受沉積作用和成巖作用雙重控制[25]。研究區Mundu組氣藏中深地層溫度約78 ℃，處于早成巖階段。鏡下資料表明，Mundu組儲層整體上成巖作用較弱，其中對儲層發育起到重要影響的成巖作用有溶蝕作用、膠結作用和新生變形作用(圖8)，其中部分樣品見微裂縫，但相對孔隙而言其對儲層發育起到的作用有限。

(a)3 413.2 ft，M-3井，泥?；規r，見兩期膠結物充填粒間溶孔和體腔孔；(b)3 397.3 ft，M-3井，粒泥灰巖，受溶蝕作用影響發育鑄模孔，孔隙內充填方解石膠結物；(c)3 054.4 ft，M-1井，顆粒巖，大部分灰泥在新生變形作用呈微晶，局部被鐵方解石和白云石取代，灰泥和部分鐵方解石被溶蝕，導致孔隙增大圖8 M氣田上新統Mundu組抱球蟲灰巖儲層典型成巖作用鏡下特征Fig .8 Typical diagenesis characteristics of GL reservoir in Pliocene Mundu Formation of M gas field

(準)同生期是次生孔隙大量形成的主要階段。鏡下觀察發現，研究區抱球蟲灰巖儲層中發育大量的溶蝕孔，其中最典型的粒內溶孔和鑄模孔是準同生期巖溶的重要識別標志[26]。準同生期巖溶發生時間很早，剛剛或還在經歷海水成巖作用的沉積物遭受溶蝕，此時沉積物內不同成分、組構穩定性存在差異，從而導致所謂選擇性溶蝕作用的發生，不穩定礦物顆粒成分往往被溶蝕形成鑄?？?、粒內溶孔以及粒間溶孔等特征。準同生期溶蝕作用一方面通過形成大量的鑄模孔或粒內溶孔提高儲層的孔隙度，另一方面可以進一步溶蝕抱球蟲殼壁或鑄?？妆?，導致之前本不連通的體腔孔和鑄?？装l生連通，提高儲層的滲流能力。此外，同生期還促進了新生變形作用的發生，使不穩定的文石和高鎂方解石轉化為低鎂方解石，低鎂方解石進一步重結晶而使晶間微孔廣泛發育(圖8c)。

鏡下觀察發現Mundu組儲層中發育兩期膠結作用，其中早期海水膠結作用發育在同生期，以在生物顆粒上發育等厚環邊狀膠結物為特征(圖8a、8c)，一般厚度小于30 μm，此類膠結物受后期大氣淡水溶蝕作用影響會被部分溶解。由于早期海水膠結作用形成的膠結物主要在顆粒表面，可有效提高巖石的抗壓能力，有利于后期孔隙的保存。第二期膠結作用表現為大氣淡水膠結，大氣淡水膠結作用是準同生期重要的破壞性成巖作用[27]，對儲層儲集性能影響大。該期膠結物一般以等粒狀、晶簇狀形態分布在粒間孔、粒內孔、或鑄?？變?圖8a、b)，填充孔隙，降低儲層的孔滲能力。

此外，研究區Mundu組平均埋深930 m，盡管目前地層處在早成巖階段，經受了上覆地層的機械壓實，但整體上儲層受上覆地層的壓實作用較弱，顆粒完整，未發生重新排列，且顆粒之間接觸方式以點接觸為主(圖2、3)，同時早期海水的膠結作用也在一定程度上增大了顆粒的抗壓實能力，這點對于孔隙的保存非常重要。

4 結論

1) Mundu組抱球蟲灰巖儲層發育顆粒巖、泥粒巖和粒泥巖3種巖石類型，儲集空間以原生體腔孔和粒間孔為主，發育粒間溶孔、粒內溶孔、鑄?？椎却紊紫叮R下面孔率最高可達36%；儲層總體上表現為高孔中高滲特征；根據毛管壓力曲線形態將孔隙結構分為偏粗雙峰型、偏粗單峰型、中等單峰型和偏細單峰型四種類型；顆粒巖以偏粗雙峰型、偏粗單峰型和中等單峰型孔隙結構為主，物性明顯好于泥粒巖和粒泥巖，泥粒巖和粒泥巖以中等單峰型和偏細單峰型孔隙結構為主，物性總體次于顆粒巖。

2) Mundu組儲層發育受沉積及成巖作用共同控制。其中，沉積期微地貌的差異控制了儲層的巖石類型，同生期、準同生期巖溶作用及早期海水膠結作用一定程度上改善了儲層物性，而大氣淡水膠結作用降低了儲層儲集性能，也是造成局部顆粒含量增大面孔率降低的主要原因。