營爾凹陷長沙嶺構造帶白堊系深部儲層主控因素

雷福平，周在華，陳建軍，趙樂義，韋德強，趙 偉，謝菁鈺，陳 瀅，李 婧

(1.中國石油玉門油田公司 勘探開發研究院，甘肅 酒泉 735019;2.中國石油玉門油田公司 工程技術研究院，甘肅 酒泉 735019)

0 引 言

根據中國東西部地溫場與油氣成藏特點，將埋深3 500～4 500 m和4 500～6 000 m 的地層分別定義為東部和西部地區的深層領域，將埋深大于等于4 500 m 和大于等于6 000 m 的地層分別定義為東部和西部地區的超深層領域[1]。隨著埋藏深度的不斷增加，儲集層物性有逐漸變差的趨勢，但儲集層物性的好壞還與巖石類型、成巖壓實作用、次生改造等因素有關[1-2]，導致儲集層物性并未隨深度增加而明顯降低，原始孔隙空間的保存及次生孔隙增加使得深部有條件發育優質的儲集層。

營爾凹陷位于酒泉盆地酒東坳陷的中南部，勘探目的層為中生代下白堊統。凹陷早期油氣勘探集中在長沙嶺構造帶白堊系淺層，發現并開發了長沙嶺K1g3油田。吳青鵬等對營爾凹陷下溝組的沉積特征和沉積相類型進行了研究，并沒有對儲集層特征進行評價[3]；呂成福等認為營爾凹陷下白堊統砂巖中的碳酸鹽膠結物主要為鐵方解石、白云石和鐵白云石，次生孔隙可改善儲集層物性[4]；任利劍認為壓實作用和膠結作用導致儲集層物性變差，溶蝕作用可改善儲集性能[5]；唐海忠等對營爾凹陷深層下溝組砂巖方解石膠結物特征進行了深入研究，分析了形成機理[6]。前人研究僅對營爾凹陷下白堊統下溝組的沉積儲層特征進行了研究，認識到4 000 m以下儲集層也發育有較高的孔隙度和滲透率，但缺乏對深部優質儲集層形成控制因素的系統研究。近年來，筆者通過對長沙嶺構造帶9口井巖心的沉積構造進行觀察描述，結合30口鉆井曲線資料進行沉積微相劃分，利用210塊巖心薄片、掃描電鏡和262塊巖心物性資料進行儲層微觀評價，利用5口井實測地層壓力以及泥巖聲波時差資料，采用等效深度法進行地層壓力估算。綜合以上研究成果對長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層特征及物性主控因素進行了系統研究，確定了影響深部儲集層物性的主要因素，評價出下步有利目標，對指導研究區深部油氣勘探具有重要意義。

1 區域地質特征

營爾凹陷位于酒泉盆地酒東坳陷，西與嘉峪關隆起以上壩-馬家梁斷裂為界，東為北東向展布的下河清斷裂，南至祁連山脈，北以雙二井斷裂為界，與天泉寺凸起相鄰。營爾凹陷先后經歷了早白堊世早、中期拉張斷陷期，南、北次凹和中部長沙嶺低隆起開始形成；早白堊世晚期坳陷期，除邊界斷層繼續活動外，大部分斷層均停止活動，北部次凹深陷、南部次凹相對抬升，長沙嶺鼻狀構造定型；新生代擠壓坳陷期，凹陷南部山前擠壓強烈，形成了金佛寺逆沖推覆構造，將南部基底推覆在白堊系地層之上，使凹陷形成南坳北隆的構造格局[7-9]。早白堊世拉張活動期發育一東斷西超箕狀斷陷，軸向呈北北東展布。凹陷內具東西分帶、南北凹凸相間的沉積格局，在黑梁斷層以西為西部斜坡帶，以東可分為南部次凹、長沙嶺構造帶、北部次凹和營北構造帶。長沙嶺構造帶為一軸向呈北西～南東向大型鼻狀隆起。下白堊統總體呈東斷西超的構造格局，受黑梁斷層、長1和長2斷層控制由西向東劃分為長1、長2和長3這3個區塊(圖1)。

圖1 營爾凹陷區域地質特征Fig.1 Regional geological characteristics of Ying’er Sag

營爾凹陷下白堊統下溝組(K1g)既是營爾凹陷的主要烴源巖層，也是主要的儲集層，自下而上又可劃分為下溝組一段(K1g1)、二段(K1g2)及三段(K1g3)，縱向上發育多套砂巖與泥巖互層的含油氣儲蓋組合(圖2)。

圖2 營爾凹陷地層發育特征Fig.2 Strata development characteristics of Ying’er Sag

2 深部儲集層特征

2.1 巖石學特征

長沙嶺構造帶下溝組一段為辮狀河三角洲及湖底扇沉積，以含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖及粉砂巖為主。在對長沙嶺構造帶9口井210塊樣品分析化驗數據統計分析基礎上，對下溝組一段儲集層的巖石學特征進行了研究[10-11]。

長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層巖石類型以長石巖屑砂巖及巖屑砂巖為主，其次是巖屑長石砂巖(圖3)。石英與巖屑含量相對較高，長石次之，石英含量為25.0%～66.0%，平均44.8%，長石含量為4.0%～31.0%，平均11.8%，巖屑含量為1.0%～47.0%，平均28.9%。巖屑成分主要為千枚巖、板巖等淺變質巖巖屑，平均含量為24.3%，其次是火成巖巖屑，平均含量為4.6%，無沉積巖巖屑(表1)。

圖3 長沙嶺構造帶下溝組一段砂巖類型Fig.3 Sandstone types of the first member of Xiagou Formation in Changshaling tectonic belt

表1 長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層碎屑組分統計

長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層填隙物中雜基含量低，約5.2%，主要是粘土，膠結物主要為方解石，少量鐵白云石與石英次生加大，占比9.3%。膠結類型以孔隙型、孔隙-連晶型為主，接觸類型以點-線接觸為主，顆粒支撐，分選差-中等，磨圓度呈次棱-次圓狀，結構成熟度較低-中等，成分成熟度由西向東逐漸增加。

2.2 儲集空間特征

對于埋深大于4 000 m的砂巖儲集層，由于成分成熟度低，塑性巖屑含量高，因此碎屑顆粒易被壓實，且隨深度增加原生孔隙大量減少，主要發育次生孔隙[12-14]。通過對長沙嶺構造帶9口井210塊樣品鏡下薄片觀察表明，長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層碎屑顆粒壓實并不強，儲集層孔隙類型以原生孔為主，次生孔隙對改善儲集層儲集性能和滲流能力起重要作用。孔隙類型主要為原生粒間孔、晶間孔、粒緣溶孔、粒內溶孔和微裂縫等(表2)。

表2 長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層孔隙類型統計

原生粒間孔比較均勻的分布于顆粒之間，由于顆粒間點-線接觸而呈現三角形或四邊形，孔隙邊緣基本就是顆粒或膠結物邊緣(圖4(a)、(b))。晶間孔主要為顆粒間孔隙中充填的碳酸鹽膠結物和粘土礦物形成的微孔(圖4(d)、圖5(d))。粒緣溶孔主要為長石顆粒邊緣被溶蝕而成，孔隙形態極不規則，常見片狀或港灣狀(圖4(c)、圖5(c))。粒內溶孔主要為長石、巖屑顆粒內部溶蝕產生的孔隙，常見長石顆粒沿解理被溶蝕而形成粒內溶孔，巖屑顆粒被溶蝕成蜂巢狀溶孔(圖4(c)、圖5(e))。微裂縫主要為層間縫和局部構造運動形成的構造縫、顆粒裂隙，對儲集空間有改善作用(圖4(f))。

長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層的儲集空間特征在分布區域上有明顯差異，長2區塊砂巖儲集空間主要為原生粒間孔，其次是溶蝕孔，孔隙內部干凈，充填少量粘土礦物，孔隙之間的喉道呈片狀或彎片狀(圖4)。長3區塊砂巖儲集空間主要為溶蝕孔、晶間孔，其次是原生粒間孔，粒間孔隙大部分被粘土礦物充填，顆粒表面附著大量蒙脫石，孔隙中可以見到蒙脫石充填形成的晶間孔，連通性差；碳酸鹽膠結物浸染狀膠結碎屑顆粒，碎屑顆粒之間線狀、點狀接觸，以點狀接觸為主，常見碎屑顆粒“漂浮”在碳酸鹽膠結物之中，碳酸鹽膠結物溶蝕程度差(圖5)。

圖4 長沙嶺構造帶長2區塊下溝組一段儲集層儲集空間特征Fig.4 Reservoir space characteristics of the first member of Xiagou Formation in Chang 2 block of Changshaling tectonic belt

圖5 長沙嶺構造帶長3區塊下溝組一段儲集層儲集空間特征Fig.5 Reservoir space characteristics of the first member of Xiagou Formation in Chang 3 block of Changshaling tectonic belt

2.3 物性特征

砂巖的孔隙度、滲透率的大小以及孔滲相互關系可以反映出儲集層的物性特征。對長沙嶺構造帶262塊樣品物性資料統計分析表明，下溝組一段儲集層孔隙度為2.2%～19.4%，平均為8.75%，滲透率為0.36～352.3×10-3μm2，平均為4.18×10-3μm2，總體以特低孔-低孔、特低滲-低滲儲集層為主(圖6(a))。

長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層的孔隙度和滲透率的相關性較好，隨著孔隙度的增大，滲透率呈指數的態勢增大。長2區塊儲集層物性相比長3區塊更好，滲透率隨著孔隙度增大，增加幅度較大，相同孔隙度的樣品滲透率相差可達3個數量級。長3區塊儲集層滲透率隨著孔隙度增大，增加幅度較小，相同孔隙度的樣品滲透率相差不大(圖6(a))。縱向上，孔隙度與滲透率隨深度的增加逐漸減小，下溝組一段在4 200～4 400 m與4 600～5 000 m出現了2個高孔隙度發育帶，孔隙度和滲透率超出了埋深更淺的下溝組二段和三段的物性(圖6(b)、(c))。

圖6 長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層孔滲特征Fig.6 Sandstone porosity and permeability of the first member of Xiagou Formation in Changshaling tectonic belt

3 深部儲集層物性主控因素

3.1 沉積相控制作用

不同類型砂巖的儲集性能差異主要受巖相控制，沉積相是控制碎屑巖系原始孔隙度的主要因素，在后期成巖過程中仍然對有效儲集層的發育起主導作用。由于水動力條件的不同，導致不同的沉積相類型，同一沉積相不同微相類型的砂體平面展布特征、砂體形態、含泥率各不相同，致使儲集層的儲集性能有明顯差異[15-17]。通過單井巖心觀察描述、錄測井和地震資料分析，長沙嶺構造帶下溝組一段受北西向物源的影響，沿北西-南東向發育辮狀河三角洲-湖底扇沉積體系，是以河流、湖泊相為主的陸源碎屑沉積，長1、長2區塊和長3區塊在沉積相帶上具有明顯差異[18-19]。長1、長2區塊砂巖中見礫石定向排列，發育水平層理、小型交錯層理和向上變細的正粒序層理，具有河道二元結構特征，為典型的牽引流沉積，主要沉積微相為辮狀河三角洲前緣水下分流河道、河道側緣、河口壩、席狀砂、河道間。長3區塊砂巖為塊狀，透鏡狀，具有滑塌擠壓變形構造，反映出重力流特征，主要沉積微相為湖底扇主水道、辮狀水道、水道側緣、水道間、遠源濁積巖(圖7)。

圖7 長沙嶺構造帶下溝組一段巖心沉積構造Fig.7 Core sedimentary structure of the first member of Xiagou Formation in Changshaling tectonic belt

結合物性特征分析表明(表3)，長2區塊辮狀河三角洲前緣水下分流河道、河口壩的儲集性能最好，由于其水動力強，沉積物在水流搬運作用下，在多級斷階形成的斷槽區沉積下來，形成分選、磨圓較好，泥質含量低的砂巖，主要為含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖和細砂巖，巖性粒度粗，單層厚度大，且長2區塊下溝組一段埋深(4 200～4 800 m)比長3區塊埋深(4 600～5 500 m)淺，原生粒間孔更發育，孔隙與顆粒間點狀或片狀喉道連通提高了儲集層滲透率(圖4(a)、(e))。

表3 長沙嶺構造帶下溝組一段沉積微相物性統計表

長3區塊湖底扇主水道、辮狀水道儲集性能次之，由于長3區塊是長2區塊辮狀河三角洲前緣的砂、泥質沉積物受長2斷層控制，在重力失穩作用下形成砂、泥混合的重力流向前搬運，在長3區塊沉積下來，形成湖底扇。湖底扇砂巖分選差、泥質含量高，粘土礦物填充了大部分粒間孔隙，發育粘土礦物晶間孔(圖5(b)、(d))，因此儲集層孔隙度較高而滲透率偏低。但其鄰近生油區，砂巖與泥巖互層，有利于有機酸注入而形成溶蝕孔隙，改善了儲集層物性[20]。

長2區塊辮狀河三角洲前緣席狀砂、河道側緣和長3區塊湖底扇水道側緣、遠源濁積巖儲集性能最差，巖性粒度細，主要為細、粉砂巖和泥質粉砂巖，分選、磨圓差，單層砂體較薄，碳酸鹽膠結物浸染狀膠結碎屑顆粒，孔隙不發育，物性差(圖5(f))。

3.2 異常高壓作用

前人做了大量研究工作證實存在異常高壓[21-22]，研究區多口鉆井實測地層壓力也揭示下溝組一段壓力系數普遍在1.35以上，最高可達1.90(表4)。通過長19-1井泥巖壓實趨勢線可以看出，縱向上可劃分為常壓帶、淺層超壓帶、壓力過渡帶和深層超壓帶4個比較明顯的壓力帶。淺層超壓帶主要分布在古近系底部，變化范圍較小，超壓幅度也相對較小；深層超壓帶分布在下溝組，超壓幅度大，剩余壓力普遍在20 MPa以上(圖8)。

圖8 長19-1井泥巖壓實曲線和壓力結構剖面Fig.8 Compaction curves and pressure structure profile of mudstone in well Chang 19-1

表4 長沙嶺構造帶下溝組一段鉆井實測孔隙壓力

從營爾凹陷長沙嶺構造帶的埋藏史圖(圖9(a))可以看出，自新近紀以來新近系和第四系地層的沉積速率大，快速沉積使南部次凹內孔隙流體在壓實流的驅動下，通過連通砂體或沿斷裂運移至長沙嶺隆起帶，在斷層封閉和蓋層封閉的遮擋作用下，孔隙流體無法及時排出，孔隙流體承擔了部分負荷壓力，延緩了地層原始孔隙體積的減小，并導致地層壓力逐漸升高，形成超壓，欠壓實特征明顯。異常高壓使下溝組一段和二段處于一個超壓封存箱內，其頂板為下溝組二段頂部深灰色厚層泥巖，底板為赤金堡組頂部深灰色厚層泥巖。同時新近系和第四系的快速沉積，下溝組一段埋深都在4 200 m以下，按營爾凹陷地表溫度10 ℃和地溫梯度3 ℃/100 m計算，地層溫度在130 ℃以上，有機質大量生烴，在下溝組封閉層和獨立斷塊封閉系統內，地層壓力大幅上升，形成超壓[23]。

營爾凹陷長沙嶺構造帶深層超壓對儲集層物性改善主要表現在2個方面。

1)超壓可以減緩或抑制成巖作用和膠結作用，減小地層的有效應力、減弱上覆地層對異常高壓系統的壓實作用，導致碎屑顆粒處于均勻分布的點、線接觸狀態，原生孔隙被保存下來，從而形成較高孔隙度和滲透率的儲集空間[24]。

2)營爾凹陷深層超壓帶下溝組有機質鏡質體反射率(Ro)皆高于0.5%(圖9(b))，表明有機質已成熟，可排出大量有機酸和CO2，由于異常高壓對有機質演化具有抑制作用，拓寬了生油窗，增加了有機酸溶蝕作用的時間[25]，同時異常高壓可以促使CO2在孔隙水介質中的溶解度加大，使孔隙水介質的酸性增強，進一步增強有機酸對砂巖的溶蝕作用，有利于砂巖膠結物和碎屑顆粒的溶解形成次生孔隙。

圖9 長沙嶺構造帶埋藏史圖(a)和下溝組有機質演化圖(b)Fig.9 Burial history map(a)and organic matter evolution map of the Xiagou Formation(b)of Changshaling tectonic belt

3.3 溶蝕作用

下溝組一段在埋藏過程中主要經歷了機械壓實作用、溶蝕作用、膠結作用和破裂作用等4種成巖作用類型。機械壓實作用、膠結作用致使儲集性能變差，溶蝕作用、破裂作用導致次生孔縫發育，提升儲集性能[26-27]。其中對儲集層儲集性能有改善作用的的主要是后期的溶蝕作用。

長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層的物性隨著埋藏深度的增加逐漸降低，雖然總體儲集性能偏差，但在埋藏深度大于4 000 m時，仍存在優質儲集層，縱向上在4 200～4 400，4 600～5 000 m深度段形成2個高孔隙度發育帶。結合鏡下薄片資料，認為該深度段存在溶蝕作用，主要表現為早期方解石、含鐵方解石膠結物的溶解，以及后期有機質演化和粘土礦物轉化過程中釋放出大量的有機酸和CO2形成酸性流體，促使長石、巖屑和方解石膠結物等顆粒的溶解，造成深部儲集層次生孔隙發育，改善了儲集性能，為油氣的運聚提供了有效的儲集空間[20]。

統計本區塊262塊巖心樣品孔隙度和滲透率發現，孔隙度大于10%的樣品占總數的40%，對這些樣品進行顯微鏡下觀察發現，粒內及粒緣溶孔普遍發育，甚至完全由溶蝕孔構成。例如長19-1井4 298.66 m砂巖儲集層，鏡下溶蝕孔發育(圖4(c))，總面孔率10%，次生孔隙7%，孔隙度17.9%，滲透率11.8×10-3μm2，為中孔低滲儲集層；長3井4 674.93 m砂巖儲集層，總面孔率7%，次生孔隙6%，孔隙度14.57%，滲透率23.42×10-3μm2，為低孔低滲儲集層(圖5(c))。由此可見，溶蝕作用能有效改善儲集層孔隙結構，提高儲集層物性。

4 儲層評價

由于長沙嶺構造帶下溝組一段鉆井取心資料較少，且取樣深度分布不均，實驗分析的物性數據難以進行平面分布預測。通過研究，下溝組一段縱向上埋藏深度處于高孔隙度發育帶上，平面上儲集層物性受沉積相控制作用強，因此尋找有利沉積相帶的厚砂體可作為下步勘探目標區。筆者利用取心、錄測井和地震資料，通過單井巖心觀察描述和測井相預測了長沙嶺構造帶下溝組一段的沉積微相分布(圖10(a))，從圖10(a)可以看出三支河道和水道發育部位是儲集層物性最好的區帶。

通過統計30口已鉆井下溝組一段砂巖厚度，編繪了研究區砂巖厚度圖(圖10(b))。從圖10(b)可以看出，長沙嶺構造帶下溝組一段在酒參1-長2-長3-13井方向、長19-長211-長2-35井方向和長19-長308-長309井方向發育3個厚砂帶，砂巖厚度60～90 m，砂帶兩側砂巖厚度逐漸減薄。

圖10 長沙嶺構造帶下溝組一段沉積微相(a)和砂巖厚度圖(b)Fig.10 Sedimentary microfacies(a)and sandstone thickness map(b)of the first member of Xiagou Formation in Changshaling tectonic belt

綜合分析優勢沉積微相、儲集層厚度和構造因素，選取厚砂巖80 m等值線與優勢沉積微相疊合，結合斷塊構造特征，在長沙嶺構造帶下溝組一段評價出長19南斷塊和長3北斷塊2個有利目標(圖11)。長19南斷塊位于長2區塊向長3區塊的輸砂通道上，辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體發育，儲集層單層厚度0.5～8.6 m，其北部上傾方向受東西向斷層遮擋形成構造-巖性圈閉，面積1.9 km2。長3北斷塊位于長3區塊東西向分支水道砂體發育區，儲集層單層厚度0.4～5.4 m，其南部上傾方向受北東向斷層遮擋形成構造-巖性圈閉，面積0.9 km2。

圖11 長沙嶺構造帶下溝組一段綜合評價Fig.11 Comprehensive evaluation of the first member of Xiagou Formation in Changshaling tectonic belt

5 結 論

1)長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層巖石類型主要為長石巖屑砂巖及巖屑砂巖。填隙物主要方解石，其次為白云石、粘土。砂巖顆粒磨圓度呈次棱-次圓狀，分選差-中等，顆粒支撐，點-線接觸，以孔隙型、孔隙-連晶型膠結為主。

2)長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層孔隙類型以原生孔為主，次生孔隙對改善儲集層儲集性能和滲流能力起重要作用。物性方面，長2區塊儲集層物性相比長3區塊更好，特低孔-低孔、特低滲-低滲儲集層，存在部分中孔、中-低滲儲集層。

3)長沙嶺構造帶下溝組一段儲集層物性主要受沉積相帶、異常高壓和溶蝕作用控制。長石、巖屑和方解石膠結物在酸性環境下溶蝕產生次生孔隙，縱向上形成2個高孔隙度發育帶，為油氣的運聚提供了有效的儲集空間。

4)綜合分析優勢沉積微相、儲集層厚度和構造因素，在長沙嶺構造帶下溝組一段評價出長19南斷塊和長3北斷塊2個有利目標。