惠民凹陷大蘆家地區沙一中亞段沉積特征及儲層評價

關鍵詞 沉積演化；儲層評價；臨邑斷層；滾動背斜；沙一中亞段；大蘆家地區

0 引言

惠民凹陷目前已發現幔源非烴氣、石炭系煤型氣兩種天然氣和8個油氣田，其中勘探程度最高、潛力最大的是以沙三段為主力烴源巖的臨南洼陷[1]。臨南洼陷及周緣發現了臨盤油田、商河油田、臨南油田、江家店油田、玉皇廟油田、曲堤油田等油氣田，但是在勘探和認識程度上存在明顯不均衡性，主要表現為：1）臨盤油田、商河油田勘探程度較高，其他油田較低；2）沙三段勘探程度較高[2]，其他層位相對低；3）火成巖、碎屑巖為主力儲層，沙一段普遍發育湖相碳酸鹽巖[3?5]，僅商河油田碳酸鹽巖儲層研究程度較高[4，6?7]。大蘆家地區沉積方面研究十分薄弱，前人認為該區碳酸鹽巖以白云巖為主，沉積相類型為生物灘和泥晶灘，并建立了相應的沉積模式[3]，但是大蘆家地區沙一中亞段除了發育湖相碳酸鹽巖灘壩外，還發育規模性三角洲沉積。此外，研究區緊鄰生油洼陷，油源充足，但沉積和儲層研究程度的薄弱，導致儲量發現低，制約了該區的油氣勘探開發。本研究以沙一中亞段沉積相類型及沉積體系演化研究為基礎，對儲層質量進行評價，以期為沙一中亞段增儲上產提供理論指導。

1 地質概況

惠民凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷的西部，是發育在華北地臺上的中、新生代雙斷式斷陷盆地，也是濟陽坳陷勘探面積最大的一個次級凹陷[1]（圖1a），南以齊河—廣饒斷裂為界與魯西隆起接壤，北以陵縣—基山斷裂、鄭店—桑家莊斷裂與埕寧隆起相接，東西分別與東營凹陷、臨清坳陷的莘縣凹陷相通，整體呈北北東向延伸，東西長約130 km，南北寬約35～70 km，面積約6 500 km2，可進一步分為中央隆起帶、南斜坡和陽信、里則鎮、臨南、滋鎮、肖莊等次一級洼陷共7個次級構造單元[3，8?9]（圖1b）。

大蘆家地區位于惠民坳陷中央隆起帶西側，臨邑斷層下降盤，屬于典型的與斷層伴生的逆牽引背斜構造，是一個被斷層復雜化的背斜。該背斜被臨邑斷層、臨2斷層和臨14斷層切割成了三個呈臺階狀降低的斷塊[10?12]（圖1b），是臨盤油田的主力含油斷塊。沙三段烴源巖厚度達900 m，沙一段烴源巖厚度最大為200 m，兩套烴源巖均具有良好的生油指標，其中沙三段是臨南洼陷的主力烴源巖[1，11]。研究區沙一中亞段為一個完整三級層序的湖侵體系域[13]，由兩個退積式準層序組構成，下部為準層序組一，上部為準層序組二。

2 沉積特征

2.1 三角洲相

三角洲沉積是研究區最重要的碎屑巖沉積相，主要發育三角洲前緣水下分流河道和河口壩微相。

2.1.1 水下分流河道

三角洲在向前推進的過程中，由于湖水較淺，頂托能力較弱，水下河道可向湖盆中心長距離延伸，形成很有特色的水下分流河道沉積，呈條帶狀順流向交織展布，改道分叉頻繁。垂向上相序不完整，可直接位于席狀砂和淺湖泥之上。

巖心手標本的顏色、沉積構造及巖相組合特征分析表明：與碎屑巖互層的泥巖、碎屑巖的雜基以灰色、灰白色、灰綠色為主，反映淺水弱氧化、弱還原環境；水下分流河道沉積物粒度較粗，主要由粗砂巖、中細砂巖組成，單砂體厚1～3 m，底部常常發育沖刷面，沖刷面之上發育定向排列的灰綠色泥礫，可見槽狀交錯層理、楔狀交錯層理、平行層理、砂紋交錯層理等層理構造；巖相組合表現為典型的正粒序，多為含礫砂巖—粗砂巖—細砂巖—泥巖或砂巖—泥巖的組合方式（圖2）。

2.1.2 河口壩

河口壩是由河流帶來的砂泥物質在河口處因流速降低堆積而成[14]，位于水下分流河道的前端，受控于河流和湖浪的雙重作用，一般表現為反粒序特征，多期河口壩可垂向疊置。研究區河口壩規模較小，單層厚度薄，巖心手標本及巖相組合特征可表現為：與碎屑巖互層的泥巖、碎屑巖的雜基為灰色、灰綠色，反映淺水環境；巖性較細，以細砂巖、粉砂巖為主，分選磨圓較好，發育砂紋層理、波狀層理、平行層理等多種類型，層面上常見波痕構造；巖相組合為泥巖—粉砂質泥巖—粉砂巖/砂巖，反映了水體變淺水動力增強的特點（圖3）。

2.2 碳酸鹽巖顆粒灘

大蘆家地區在沙一中亞段沉積時期，碳酸鹽巖顆粒灘較為發育。碳酸鹽巖顆粒灘以發育含顆?；規r、顆粒質灰巖為主。碳酸鹽巖顆粒中螺化石在肉眼下易于辨認，因此該類巖石在油區又被稱為“螺灰巖”[6]。由于易受古氣候、古水深及古構造等條件的影響，碳酸鹽巖顆粒灘在垂向上單層沉積厚度薄且混合沉積現象明顯。研究區碳酸鹽巖顆粒灘沉積構造多為塊狀層理，顏色表現為灰白色、淺灰色，具有良好的含油性，為油浸到飽含油級別；顆粒灘多與灰綠色泥巖互層，反映沉積時為淺水、弱還原的條件（圖4）。碳酸鹽巖顆粒灘沉積含碳酸鹽巖顆粒云（灰）巖、碳酸鹽巖顆粒質灰（云）巖，形成時水動力較強，泥質含量較低，并且生物死亡遺留下的空腔往往具有一定的孔滲性。

2.3 碳酸鹽巖灰泥灘

碳酸鹽巖灰泥灘微相多分布于湖灣或向湖方向的較深水處，陸源物質供應不足，以化學沉積作用為主。巖性以厚層泥質灰（云）巖、云泥白云巖、灰泥石灰巖為主，中間有時夾有薄層泥巖或灰質泥巖等，巖相組合類型多樣。碳酸鹽巖中多發育塊狀層理、波狀層理等反應較弱水動力條件的沉積構造，顏色以灰色為主（圖5）。與顆粒灘相比，與灰泥灘共生的灰色、深灰色泥巖更加頻繁出現，反映整體上為深水、還原的環境，但水深要大于前者，水動力相對弱。

2.4 沉積相平面展布及演化

2.4.1 沉積相平面展布

在三角洲和碳酸鹽巖灘壩的沉積中心，混積程度較低，在相帶的過渡位置混積現象較明顯，三角洲薄砂層與碳酸鹽巖層穿插發育。以砂巖厚度、砂巖百分含量、碳酸鹽巖厚度、碳酸鹽巖百分含量平面分布為基礎，以單井沉積學分析為約束，厘定三角洲和碳酸鹽巖灘壩的平面分布；再通過疊加碳酸鹽巖百分含量與顆?；規r百分含量平面分布圖，進一步明確碳酸鹽巖顆粒灘與灰泥灘的分布。

以準層序組一為例，砂巖百分含量高值區位于研究區北部和南部，南部高值區的范圍明顯大于北部。兩個高值區之間為砂巖低值區，百分含量一般低于10%。碳酸鹽巖百分含量等值線圖可見兩個碳酸鹽巖含量高值區，較大者位于研究區中部，百分含量可超過40%。此外，北區發育一個極小的碳酸鹽巖高值區。顆?；規r百分含量沿東南方向存在兩個高值區，且靠近臨邑斷裂的高值區范圍較大。同時，研究區北部也發育一個小的高值區。

以砂巖百分含量10%為界限，將低于該值的區域劃分為半深湖相，半深湖以沉積泥質巖、油頁巖為主，不發育碎屑巖和碳酸鹽巖儲層。以砂巖百分含量20%為界限，將碎屑巖沉積區劃分為三角洲和淺湖相。同時，該數值也是碳酸鹽巖灘壩和三角洲沉積的相帶界限。以15%作為顆粒灘與灰泥灘的相帶界限，即顆?；規r百分含量高于該值的碳酸鹽巖沉積區為顆粒灘，低于該數值的區域為灰泥灘。最終，明確了研究區沉積相的發育范圍。以準層序組一為例，該準層序組沉積時期，垂直臨邑斷層方向發育兩個三角洲沉積體，中間區域缺乏陸源碎屑的注入，發育大規模碳酸鹽巖灘壩，研究區東北部發育一個小型的碳酸鹽巖灘壩。灘壩沉積體的外圍發育灰泥灘，核心部分發育顆粒灘（圖6）。

準層序組二沉積時期，沉積體系展布具有繼承性，同樣是發育兩個三角洲和兩個碳酸鹽巖灘壩，但是三角洲沉積范圍縮小，碳酸鹽巖灘壩、深湖—半深湖的范圍增加（圖7）。

2.4.2 沉積演化過程

臨邑斷裂帶由臨邑斷層、臨2斷層、臨14斷層組成，自沙三段沉積時期控制了臨南洼陷的沉積演化，其中臨邑斷層是控制洼陷發育的同沉積斷層[11]。在同沉積斷層作用下，斷層下降盤形成了逆牽引背斜構造[1，9，11]。沙一段沉積時期，在斷裂與前期發育的逆牽引構造的雙重作用下，沙一中亞段形成了三角洲和碳酸鹽巖灘壩混合沉積的面貌。

（1） 準層序組一沉積時期

準層序組一沉積時期，水體相對較淺，西北側物源相對充足，形成了以三角洲沉積為主的展布特征（圖6），南部三角洲呈近東西向延伸，北部三角洲整體呈北西—南東向發育?；⌒螖鄬拥纳媳P在下降過程中受到近南北向的拉伸和地層本身重力作用的雙重控制向下彎曲，填充了由拉張作用引起的潛在空間[1]。臨邑斷層在沙一段時期強烈活動，斷層中部活動性強于南部和北部[9]，因此，臨邑斷層下降盤形成了滾動背斜，中部背斜幅度最大，向兩側逐漸變緩（圖8）。臨邑斷層在東營組沉積時期仍有活動，但是對沉積無明顯的控制作用[9]。因此，利用Petrel軟件恢復的現今地形圖可以近似代表沙一段沉積時期的特征。

由切穿南部三角洲的南北向地震剖面看出（圖9），在研究區南部發育了斷距較大的F1斷層。該斷層在持續活動到沙三中亞段時期，控制了南部三角洲的南部邊界，而滾動背斜構造控制了南部三角洲的北部邊界。北部三角洲在向湖盆中心延伸的過程中受到滾動背斜的阻擋，此外，臨邑斷裂帶內的次級斷層臨2和臨14為伴隨臨邑斷層發育的南傾調節斷層（圖10），形成的斷溝引導了北部三角洲向南東方向延伸。因此，北部三角洲南部邊界受滾動背斜控制，而次級斷層控制了三角洲的走向。

研究區中部發育的滾動背斜為水下正向古地貌，且由于斷層活動性較強，水體較淺，碳酸鹽巖灘壩非常發育。在背斜的頂部，水動力作用強，形成生物顆粒灘，在古隆起兩側的低部位水體較深，水動力作用相對弱，主要發育灰泥灘。

（2） 準層序組二沉積時期

該時期湖侵繼續發育，水體加深，南部三角洲、北部三角洲及中部的碳酸鹽巖灘壩繼承性發育，但顯示出與準層序組一沉積時期的差異性：三角洲溯源后退，遠離沉降中心的三角洲前緣被深湖—半深湖相代替；碳酸鹽巖灘壩的沉積范圍擴大（圖7）。綜合分析認為，該時期湖平面繼續上升，碎屑供應減弱導致三角洲延伸變短；砂質來源減少，混積程度減弱，滾動背斜發育區的沉積水體則更加清澈，碳酸鹽巖更為發育。

3 儲層評價

3.1 儲層特征

3.1.1 儲集物性特征

研究區沙一中亞段儲層整體物性很好，平均孔隙度為22.3%，平均滲透率達331.2×10-3 μm2。碎屑巖儲層平均孔隙度為19.3％，平均滲透率為196.8×10-3 μm2，碳酸鹽巖儲層平均孔隙度為21.3％，平均滲透率為480.1×10-3 μm2（圖11a，b）。碎屑巖儲層以中高孔為主，所占比例為68.7％，滲透率以中高滲為主；碳酸鹽巖灘壩中高孔儲層含量可達90％，滲透率以高滲儲層占絕對優勢，說明碳酸鹽巖儲層物性明顯好于碎屑巖。從孔滲相關關系圖來看，碳酸鹽巖儲層孔滲關系的斜率大于碎屑巖儲層，表明前者孔隙結構優于后者（圖11c）。

3.1.2 儲集空間特征

大蘆家地區沙一中亞段碎屑巖儲層儲集空間以原生孔隙為主（圖12a），次生孔隙含量較少。次生孔隙以長石溶孔為主（圖12b），孔隙形狀不規則，長石普遍被溶蝕成鑄?？祝▓D12c），僅殘留顆粒表面的黏土膜。碳酸鹽巖儲層儲集空間復雜多樣，原生孔隙、次生孔隙均很發育，局部地區發育較多裂縫。顆?；規r儲層中儲集空間很發育，可見顆粒間原生粒間孔，孔隙內充填物較少（圖12d），生物的體腔孔（圖12e）、殼壁溶孔（圖12f）和粒間溶孔（圖12g）也很發育?；夷嗍規r儲層以粒間溶孔和成巖縫（圖12h）為主，以粒間溶孔為主要儲集空間。碳酸鹽巖性脆，容易破裂，有利于構造裂縫的發育，碳酸鹽巖儲層中的裂縫既是儲集空間，又是重要的滲濾通道，在大蘆家地區的碳酸鹽巖灘壩可發育局部富集的構造裂縫（圖12k）。

3.2 不同沉積微相儲層評價

通過對比水下分流河道、河口壩、顆粒灘和灰泥灘微相的物性特征、成巖相特征、孔隙發育特征，對研究區沙一中亞段碎屑巖儲層和碳酸鹽巖儲層進行評價。從不同微相物性統計數據來看，水下分流河道和碳酸鹽巖顆粒灘最優，兩者孔隙度都以中高孔為主，但顆粒灘儲層滲透率要好于水下分流河道；灰泥灘儲層物性次之，尤其是孔隙度與水下分流河道和顆粒灘相近；河口壩儲層物性最差，孔隙度以低孔、特低孔為主，滲透率為超低滲（圖13）。

成巖相是指成巖環境和在該成巖環境中形成的成巖產物的綜合，多以孔隙度的絕對減少/增加量來劃分成巖作用強度，并結合成巖作用類型來劃分并命名成巖相[15]。通過對不同微相的成巖相厘定，發現水下分流河道、顆粒灘微相以中弱壓實、中弱溶解為主，同時膠結作用較弱，因此儲集空間以原生孔為主，次生孔也大量發育；灰泥灘、河口壩儲層壓實作用普遍強，儲集空間發育較差。值得注意的是，河口壩微相發育于三角洲水下分流河道的末端，此時河流的慣性降低，能力衰減，波浪對沉積砂體的作用增強，導致向上粒度變粗，分選變好，孔隙發育；而研究區河口壩儲層物性差，主要因為研究區的巖心收獲率很低，導致未取到足夠數量的、粒度較粗的樣品；灰泥灘儲層孔隙度以中高孔為主，但是鑄體薄片中儲集空間以微孔隙為主，微孔隙對儲層的儲集空間貢獻最大（圖13）。

4 結論

（1） 沙一中亞段儲層主要發育在三角洲以及碳酸鹽巖灘壩沉積相中，三角洲主要發育水下分流河道和河口壩，碳酸鹽巖灘壩又劃分為顆粒灘和灰泥灘。三角洲發育在研究區南部和北部，其中南部三角洲規模大，碳酸鹽巖灘壩發育在中部，夾在兩個三角洲之間。碳酸鹽巖灘壩中部發育顆粒灘，外圍發育灰泥灘。

（2） 準層序組一時期，水體相對淺，碎屑供應充足，三角洲規模發育較大，碳酸鹽巖灘壩規模較小。研究區南部的F1斷層和中部的滾動背斜構造控制了南部三角洲的發育，臨邑斷層的伴生斷層活動形成的斷溝引導了北部三角洲向南東方向的延伸。滾動背斜構造的頂部水動力作用強，發育顆粒灘，兩側水動力作用減弱，發育灰泥灘。準層序組二時期，三角洲和碳酸鹽巖灘壩繼承發育，但是由于湖平面相對變深，物源碎屑供應減少，三角洲沉積體規模減小，碳酸鹽巖灘壩沉積體規模增大。

（3） 沙一中亞段整體為中高孔、中高滲儲層，三角洲儲層孔隙度高于碳酸鹽巖灘壩，但滲透率明顯較低。三角洲水下分流河道和碳酸鹽巖顆粒灘微相物性最好，成巖相主要為中—弱壓實、中—弱溶解及弱膠結作用組合，儲集空間以原生孔為主，為最有利的儲層；灰泥灘微相物性次之，成巖相以強壓實相為主，微孔隙貢獻了儲層主要儲集空間，為中等有利的儲層；河口壩微相物性最差，成巖相主要為強壓實、弱膠結、弱溶解組合，儲集空間只有少量顆粒溶孔，為較差儲層，但這一分析結果可能受取樣數量的限制，研究區內仍然可以發育優質的河口壩儲層。