南华北盆地亳州凸起寒武系划分及储层物性分析

姬玉平， 魏思宇， 韩龙恺， 齐治虎

(1.河南豫中地质勘查工程有限公司，郑州 450016；2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083；3.河南省能源钻井工程技术研究中心，郑州 450016；4.河南省自然资源科技创新中心(非常规天然气开发研究)，郑州 450016)

1 地质概况

自20世纪50年代以来，先后就有多家单位在南华北地区开展了勘探工作，陆续发现一些油气苗，但至今尚未获得较大工业突破[1-5]。周口坳陷是在华北地块和华北地块南缘构造带两个构造单元基础上发育的大型中、新生代断拗型坳陷。周口坳陷南为秦岭一大别造山带，北为太康隆起，东为淮北隆起和蚌埠隆起，西为豫西隆起，呈南深北浅的箕状形态，面积约3.2×104km2[6-13]。周口坳陷内部发育北西西向和北东至北东东向两组规模较大的断裂，划分为16个凹陷(一般以断裂为边界)和2个凸起，平面上构成“三凹二凸”共5个向南呈弧形凸出的构造单元[14]。

图1 井区构造位置Figure 1 Well area structural position

皖亳地1井是中国地质调查局在安徽省亳州市谯城区打的油气地质调查井。位于南华北地区周口坳陷次级构造单元-亳州凸起之上，凸起东侧颜集断裂为一长期活动的生长断层，主要发育有区域南部东西走向的宿北断裂和区域东侧北北东走向的阜阳深断裂(图1)。

钻探目的：获取钻井地质资料，查明安徽亳州地区地层层序，为该地区地震地质层位标定提供依据；获取寒武系储层物性及含油性等评价参数，摸清亳州地区地层发育特征，为评价皖北地区古潜山内幕油气资源潜力提供资料支撑。

2 实钻地层

依据《江苏省及上海市区域地质志》，并参考测录井资料，该井自上而下钻遇的地层为第四系平原组，新近系明化镇组，上寒武统凤山组、长山组及崮山组；中寒武统张夏组、徐庄组、毛庄组、馒头组及猴家山组，燕山期花岗岩(未揭穿)(表1)。

表1 皖亳地1井实钻地层分层简述

3 地层岩性、电性特征

3.1 第四系

井段：0～212.84m，厚212.84m。

岩性：岩性主要以黏土、亚黏土、粉细砂及粉砂质黏土为主，底部为浅黄色砾石，弱固结，可见小孔洞。

3.2 新近系明化镇组

井段：212.84～678.94m，厚466.10m。

岩性特征：岩性主要以棕灰色-灰绿色黏土、亚黏土与浅黄色细砂、粉砂岩互层为主，岩性较松散、弱固结，底部为砾石。

3.3 寒武系凤山组

井段：678.94～947.87m，厚268.93m。

岩性特征：上部主要以灰黄色-灰质泥岩、白云质灰岩及泥岩为主，性脆，局部较破碎；中部发育灰-灰黄色粉砂岩、细砂岩，可见方解石条带；下部发育灰色白云岩及白云质灰岩，底部为灰色鲕粒灰岩，可见泥质条带和方解石条带，具水平和垂直裂隙，充填方解石脉(图2)。

图2 皖亳地1井寒武系凤山组灰黄色泥岩Figure 2 Cambrian Fengshan Formation greyish yellowmudstone from well WBD No.1

电性特征：该组岩性变化较大，在上部以泥岩为主的地层中自然伽马数值较高，在150API左右，深浅侧向电阻率几乎重合，数值较低；中部砂岩段自然伽马数值相对较低，大致在30API左右，密度数值多在2.4～2.55g/cm3，声波时差值多在60μs/ft左右，中子值8%左右，深侧向电阻率比浅侧向电阻率较大；下部灰岩层段自然伽马数值大多小于30API，声波时差值多在30～60μs/ft，深浅侧向电阻率差值较大(图3)。

3.4 寒武系长山组

井段：947.87～1 011.87m，厚64.00m。

岩性特征：以浅灰、灰色白云质灰岩为主，粉晶质结构，成分以方解石为主，白云石次之，局部含少量黄铁矿散晶，裂隙充填白色方解石脉及可见黄铁矿脉，裂隙宽1～9mm不等，含大量白云母碎片。

电性特征：碳酸盐岩地层，自然伽马数值较小，大多在30API以下，声波时差大多在30～80 μs/ft，中子数值在3%左右，密度测井值在2.4～2.55g/cm3，电阻率较高，且深浅侧向电阻率差值明显。

图3 皖亳地1井凤山组砂岩段测井解释成果(813～870m)Figure 3 Well WBD No.1 Fengshan Formation sandstone segment well logging interpreted results (depth 813～870m)

3.5 寒武系崮山组

井段：1 011.87～1 054.66m，厚42.79m。

岩性特征：上部发育近30m厚的灰色白云质鲕粒灰岩，粉晶状结构，成分以方解石为主，白云石次之，含大量鲕粒，鲕径0.3～0.8mm，裂隙充填白色方解石脉，裂隙面发黄，宽2～70mm，孔洞径2mm×2mm～2mm×10mm大小不等，粉末遇5%HCl溶液起泡反应；下部发育灰黄色角砾状灰岩夹薄层棕色黏土，砾径2×2mm～10×35mm大小不等，裂隙填充方解石脉，遇5%HCl溶液起泡反应。

电性特征：碳酸盐岩地层，自然伽马数值在上部大多小于30API，在下部随着泥质含量增加出现大于30API得情况，声波时差大多为40～67 μs/ft，上部鲕粒灰岩中子值一般为3%～9%，下部角砾灰岩中子数值为3%～21%、密度测井值在2.25～2.55g/cm3。

3.6 寒武系张夏组

井段：1 054.66m～1 269.76m，厚215.10m。

岩性特征：顶底部均发育有灰色鲕粒状灰岩，鲕粒自上而下有增大趋势，发育有不规则或垂直裂缝，充填方解石条带，中间发育深灰-灰黑色泥质条带，稍污手，断面偶见沥青光泽，滴5%HCl溶液起泡反应。中部发育灰色石灰岩，粉晶结构，成分以方解石为主，局部见大量鲕粒，具不规则及垂直裂隙，充填方解石脉，裂隙宽1～27mm，孔洞径2mm×2mm～10mm×30mm不等，夹泥质条带，断面可见沥青光泽，较污手，遇5%HCl溶液起泡反应(图4)。

电性特征：碳酸盐岩地层，自然伽马数值较低，大多小于30API，声波时差数值大多为25～70 μs/ft，密度测井值总体为2.45～2.58g/cm3，但顶底两段数值略高，中子测井值多为-2%～3%，上段数值高于下段，该组电阻率较高，并且变化幅度较大，呈锯齿状，深浅侧向差值明显。

图4 皖亳地1井寒武系张夏组鲕粒灰岩Figure 4 Cambrian Zhangxia Formation oolitic limestonefrom well WBD No.1

3.7 寒武系徐庄组

井段：1 269.76～1 330.06m，厚60.30m。

岩性特征：顶部发育灰色-深灰色泥质灰岩、石灰岩，泥晶结构，垂直裂隙充填白色方解石脉，夹深灰色泥质条带，遇5%HCl溶液剧烈气泡；中部发育砂质泥岩，其上部未灰色、中部为灰紫色、下部深灰色，泥质结构，垂直裂隙面附白色方解石膜，局部夹较多泥质条带；下部发育有深紫色泥岩，微层状，泥质结构，局部含大量星点状白云母碎片，具不规则及垂直裂隙，夹薄层石灰岩，性脆，易呈薄片状。

电性特征：以泥质灰岩和泥岩层段为主，自然伽马数值较大，主要为150～270API，声波时差在60～80μs/ft，中子在1.5%～9.1%；密度测井值为2.4g/cm3左右，电阻率整体较低，上部泥质灰岩地层深浅侧向存在较小差值，下部泥岩段深浅侧向测井曲线基本重合。

3.8 寒武系毛庄组

井段：1 330.06～1 350.76m，厚20.70m。

岩性特征：纯灰岩层段，发育灰色石灰岩，粉晶结构，主要成分为方解石，具不规则及垂直裂隙宽1～20mm，充填方解石脉，夹深紫色泥质条带及泥岩薄层，遇5%HCl剧烈起泡。

电性特征：碳酸盐岩层段，自然伽马测井曲线数值大多在30～120API，声波时差主要在50～70μs/ft。中子在3%左右，密度测井值在2.5 g/cm3左右，地层电阻率变化幅度较大，深浅电阻率测井值差值较小。

3.9 寒武系馒头组

井段：1 350.76～1 668.76m，厚318.00m。

岩性特征：该组岩性整体上表现为石灰岩与泥岩互层，石灰岩大多呈灰色-深灰色，粉晶结构，主要成分为方解石，具不规则及垂直裂隙宽1～20mm，充填方解石脉，夹深紫色泥质条带及泥岩薄层，遇5%HCl溶液起泡反应；泥岩整体表现为深紫-灰紫色，微层状，泥质结构，具垂直及不规则裂隙，局部可见大量白云母碎片，夹灰色石灰岩薄层,在1 616～1 657m层段为断裂破碎带(图5)。

图5 寒武系馒头组灰岩所夹泥质条带新鲜面及紫红色泥岩Figure 5 Cambrian Mantou Formation limestone intercalated argillaceous banding fresh surface and purple mudstone

图6 寒武系猴家山组断裂破碎带构造部分岩心Figure 6 Part of rock cores form Cambrian Houjiashan Formation faulted rupture zone

电性特征：页岩层段，自然伽马数值较高，大多在150～240API，声波时差主要在63～75μs/ft。中子为5%～9%，密度测井值在2.48 g/cm3左右，深浅侧向电阻率基本重合；灰岩层段，自然伽马数值较低，大多小于30API，声波时差主要在50μs/ft左右。中子为-1%～3%，密度测井值为2.44～2.53 g/cm3，深浅侧向电阻率变化幅度大，二者差值较大。

3.10 寒武系猴家山组

井段：1 668.76～1 712.76m，厚44.00m。

岩性特征：上部发育紫色泥岩，泥质结构，垂直裂隙充填白色方解石脉，下部夹薄层灰质泥岩。中部发育紫色灰质泥岩，泥质结构，局部裂隙发育，裂隙面附白色方解石薄膜，具滑面，性脆，大部分遇5%HCl溶液起泡反应；底部发育灰绿色细砂岩，成分以石英为主，长石次之，硅质胶结，垂直裂隙充填白色方解石脉，偶见黄铁矿散晶(图6)。

电性特征：自然伽马数值主要在60～120API，声波时差主要在60～78μs/ft，中子在3%左右，密度测井值主要在2.48 ～2.55g/cm3，深浅侧向电阻率基本重合，在灰质泥岩层段数值较高。

3.11 燕山期花岗岩

井段：1 712.76～1 800.28m，未揭穿。

岩性特征：肉红色、灰绿色中粗粒花岗岩，中粗粒结构，块状构造，主要成分为它形粒状石英、钾长石、长板条状斜长石、片状黑云母、柱状角闪石等，发育垂直裂缝(图7)。

图7 燕山期花岗岩Figure 7 Yanshanian granite

电性特征：电阻率变化范围主要在1 200～18 000Ω·m，变化范围较小；自然伽马数值在30API左右；声波时差为37.5～76.8μs/ft；中子在0～4%；密度测井值为2.4～2.7g/cm3；自然电位无异常。储层物性较差，孔隙度较低。

4 油、气、水显示及储层四性分析

4.1 油、气、水层综述

通过录井仪对井段0～1 800.28m地层中全烃、组分进行实时连续监测，在寒武系崮山组和张夏组发现气测异常。

现场共发现气测异常20.00m/3层，具体分析如下：

(1)油气显示①

异常井段：1 033.00～1 041.00m，视厚度8.00m。

层位：寒武系崮山组。

岩性：灰色鲕状白云质灰岩。

气测显示：全烃由0.071%提高到0.216 4 %，C1：0.0671%提高到0.198 8 %。

岩心显示：岩心出筒无油气味，浸水无油花、未见气泡。岩心出筒断面干燥，无咸味，无H2S气味，荧光干照、湿照无显示。槽面显示：无。

出口钻井液性能参数：相对密度1.07g/cm3，漏斗黏度21s。

入口钻井液性能参数：相对密度1.06g/cm3，漏斗黏度21s。

气测解释：干层。

(2)油气显示②

异常井段：1 076.00～1 085.00m，视厚度9.00m。

层位：寒武系张夏组。

岩性：灰色鲕状白云质灰岩。

气测显示：全烃由0.099 4%提高到0.298 8%，C1：0.057 4%提高到0.265 4%。

岩心显示：岩心出筒无油气味，浸水无油花、未见气泡。岩心出筒断面干燥，无咸味，无H2S气味，荧光干照、湿照无显示。槽面显示：无。

出口钻井液性能参数：相对密度1.07g/cm3，漏斗黏度21s。

入口钻井液性能参数：相对密度1.06g/cm3，漏斗黏度21s。

气测解释：干层。

(3)油气显示③

异常井段：1 109.00～1 112.00m，视厚度3.00m。

层位：寒武系张夏组。

岩性：灰色鲕粒灰岩。

气测显示：全烃由0.078 2%提高到0.234 1%，C1：0.024%提高到0.210 4%。

岩心显示：岩心出筒无油气味，浸水无油花、未见气泡。岩心出筒断面干燥，无咸味，无H2S气味，荧光干照、湿照无显示。槽面显示：无。

出口钻井液性能参数：相对密度1.07g/cm3，漏斗黏度21s。

入口钻井液性能参数：相对密度1.06g/cm3，漏斗黏度21s。

气测解释：干层。

4.2 储集层物性分析

该井主要钻探主探寒武系，在崮山组和张夏组发现气测异常3层20.00m，全烃最高0.298 8%，组分出峰不全。崮山组和张夏组在沉积历史时期主要属于开阔台地相沉积，氧化还原条件变化不大，以偏氧化环境为主，不利于有机质的保存。张夏组是本井勘探的主力层系。

根据本井钻探证实，揭示的崮山组和张夏组主要发育灰色鲕粒状白云质灰岩和灰色鲕粒灰岩，局部夹薄层泥岩。根据皖亳地1井测井资料特征，结合相关的地质、录井资料，对本井主要储层四性特征分析如下：

岩性：储层主要以灰色鲕粒状白云质灰岩和灰色鲕粒灰岩为主。

物性：储层储集空间类型主要是孔隙型和裂缝型。有效储层孔隙度为3%～13%(图8)，渗透率主要集中在(0.05～1)×10-3μm2(图9)。

图8 孔隙度直方图Figure 8 Porosity histogram

图9 渗透率直方图Figure 9 Permeability histogram

电性：本井的碳酸盐岩地层的测井曲线具有显著特征，自然伽马数值较低，大多小于30API，声波时差数值大多为40～50 μs/ft，中子为2.5%～6%；密度测井值在2.5～2.6g/cm3，储层电阻率普遍较高，且数值变化幅度较大。

含气性：储层路井气测显示不活跃，总烃量较低，综合解释为干层。

5 结论

1)该井主要钻探地层为寒武系，依据测录井资料分析，将寒武系自上而下划分为凤山组、长山组、崮山组、张夏组、徐庄组、毛庄组、馒头组以及猴家山组。

2)寒武系崮山组和张夏组在沉积历史时期主要属于开阔台地沉积相，以偏氧化环境为主，不利于有机质的保存。在两组地层中发现气测异常3层共20.00m，全烃最高0.298 8%，组分出峰不全，储层气测显示不活跃，未达到含气层标准。

3)皖亳地1井储层主要发育灰色鲕粒状白云质灰岩和灰色鲕粒灰岩，储层储集空间类型主要是孔隙型和裂缝型。有效储层孔隙度为3%～13%，渗透率主要集中在(0.05～1)×10-3μm2。