冀中坳陷杨税务奥陶系深潜山储层特征及主控因素

黄 芸，杨德相，李玉帮，胡明毅，季汉成，樊 杰，张晓芳，王元杰

（1.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062552；2.长江大学地球科学学院，武汉 430100；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

0 引言

碳酸盐岩潜山是华北油田重要的油气勘探领域，并在该领域取得了巨大勘探成果。1975 年至今已经发现了任丘、南孟、龙虎庄、留北、苏桥等一批寒武系、奥陶系油气田［1］。在相当长的时间内，冀中坳陷的潜山油气勘探，与塔里木盆地奥陶系油田［2-4］、鄂尔多斯盆地奥陶系［5-7］油气藏勘探工作，主要聚焦潜山顶部的表生淋滤作用形成的岩溶孔洞型储层，对潜山内幕储层则缺少足够的研究。随着勘探程度的不断提高，埋藏浅、构造容易落实、储集性能较好的岩溶孔洞型潜山已经勘探殆尽，隐蔽性深潜山（埋深＞4 500 m）及其内幕是否具备内幕油气藏形成的条件，其储层特征、影响控制因素如何，成为亟待解决的问题。

近年对冀中奥陶系岩性分布、沉积规律及锶同位素的分析表明，奥陶系内部发育了3 套云岩-灰岩组合；除峰峰组顶部受到加里东运动、亮甲山组受到怀远运动的影响，其内部还发育有3 期较为短暂的沉积间断，受到表生淋滤作用的影响；3 套高位域云岩发育段由于受到白云化作用及表生淋滤作用的影响，具备形成白云岩晶间孔及晶间溶孔的有利条件。在此认识指导下，2016 年在廊固凹陷河西务地区杨税务深潜山钻探了安探1X 风险井，在5 023.4～5 203.0 m 上马家沟组获日产气40.89 万m3、日产油71.16 t 的高产油气流，打开了冀中坳陷奥陶系深潜山勘探的新局面。随后钻探的安探3 井于5 298.6～5 458.4 m 亮甲山组获得日产油35.04 t，日产气50.26 万m3的高产油气流，为冀中坳陷新添一个潜山内幕勘探层系。

钻井揭示：奥陶系顶部风化壳型储层充填严重，皆未见到大型岩溶孔洞存在的证据，而通过铸体薄片观察，在多个层段发现了大量微裂缝、晶间孔隙，表明深潜山内幕储层类型为微裂缝、基质孔隙型，这与风化壳潜山的储集空间类型有明显不同。同时，奥陶系内幕储层在纵向及横向上都具有较强的非均质性。加强深潜山内幕储集层分布特征、成因类型、影响控制因素的研究，对下一步的勘探工作具有重要的意义。依托已有钻井、岩心、测井、分析化验资料，对潜山内幕储层发育特征及影响因素进行分析，以期为下一步深潜山及内幕的油气勘探提供依据。

1 地质背景

冀中坳陷中北部杨税务、永清以及苏桥等潜山构成了潜山群［图1（a）］，具有相似的沉积环境，其岩性、岩相具有较好的可比性［8-9］，但后期构造演化、断裂发育程度以及表生岩溶时间的长短不同，造成了潜山带储层储集空间类型的差别。永清受到较长时间的风化淋滤，苏桥潜山断裂系统发育［10］，二者皆发育优质的岩溶孔洞型储层，钻井过程中常见泥浆漏失现象。杨税务深潜山岩溶储层发育程度弱，储集空间类型也表现出明显不同的特征。

苏丽萍等［11］认为，受到古地貌、成岩、表生溶蚀、构造应力、上覆盖层等多种因素的影响，奥陶系储集空间类型具有多样性，包括晶间孔、溶蚀孔洞及裂缝等［12-14］。以上这些成果的研究对象主要是奥陶系顶部的岩溶风化壳型储层，而对潜山内幕储层的分布规律，影响因素研究缺乏具体的指引性观点。因而潜山内幕储层发育规律认识不清，一直制约着奥陶系深潜山的勘探。本次研究通过60 余口钻井的380 件薄片、191 块岩心物性、3 036 个测井物性等资料，系统分析风化壳型储层与内幕基质孔隙型储层特征的区别，对内幕储层主控因素进行分析，以明确储层纵横向分布特征及其主控因素。不仅在现阶段指导了杨税务地区的勘探生产工作，也对整个冀中坳陷的奥陶系勘探有着重要的意义。

林玉祥等［15］认为，研究区奥陶纪为陆表海型台地，中奥陶统三分性明显，马一段、马三段、马五段发育云坪沉积，马二段、马四段、马六段发育开阔台地沉积，海侵海退相间，构成3 个旋回［16］。其沉积环境稳定，与邻近的黄骅坳陷具有较好的可对比性［17］。亮甲山组上部—马一段沉积时期、马三段及马五段沉积时期为高位体系域，沉积环境以潮坪相为主，岩性主要为泥—粉晶云岩。冶里组—亮甲山组下部、马二段、马四段及马六段沉积时期为海侵体系域，以开阔（局限）台地沉积为主，岩性主要为泥晶灰岩［图1（b）］。马六段沉积末期，本区乃至华北地台抬升为陆，开始了长达120 Ma 年的暴露期，形成奥陶系与上覆石炭系—二叠系之间的区域不整合面。

2 储层发育特征

2.1 岩石学特征

图2 冀中坳陷中北部杨税务深潜山奥陶系岩性及储集空间特征（a）泥晶云岩，短柱状膏盐假晶，马五段，永11 井，2 089.40 m，普通薄片，单偏光；（b）泥晶灰岩，方解石、白云石及有机质充填构造缝，马六段，安探1X 井，4 876.00 m，普通薄片，单偏光；（c）粉晶含灰云岩，晶间孔、晶间溶孔，马四段，安探501X 井，5 006.00 m，铸体薄片，单偏光；（d）白云石晶间（溶）孔，马五段，务古2 井，5 478.35 m，SEM；（e）泥粉晶云岩，晶间孔，马五段，安探4X 井，4 845.68 m，铸体薄片，单偏光；（f）粗粉晶—细晶云岩，晶粒间微孔隙多＜1 μm，少量1～6 μm，亮甲山组，安探3 井，5 452.29 m，铸体薄片，单偏光；（g）泥晶云岩，3 期构造缝，前两期见溶蚀现象，第3 期未充填，马五段，安探4X 井，4 845.40 m，铸体薄片，单偏光；（h）泥晶云岩，溶蚀缝，马五段，安探4X 井，4 845.68 m，铸体薄片，单偏光；（i）有效溶蚀孔，京24 井，马五段，4 583.50～4 583.70 m；（j）3 期构造缝，构造缝全充填，马五段，安探4X 井，4 845.06～4 845.17 m；（k）2 组高角度构造缝，菱形相交，马五段，安探4X 井，4 844.88 m～4 845.06 m；（l）高角度构造缝，亮甲山组，安探3 井，5 451.00～5 451.25 mFig.2 Lithology and reservoir space characteristics of Ordovician Yangshuiwu deep-buried hill in the north-central Jizhong Depression

根据岩石薄片鉴定资料，杨税务奥陶系碳酸盐岩的岩石类型多样（图2）。马家沟组一段、三段、五段主要发育泥、粉晶（含膏、含灰）白云岩［图2（a），（e）］及少量碳酸盐岩角砾岩；马家沟组二段、四段、六段中上部依次发育泥粉晶云岩、泥粉晶灰质白云岩、泥粉晶云质灰岩等［图2（d）］，中下部多发育厚层块状的泥晶灰岩［图2（b）］，局部发育少量生屑灰岩、砂屑灰岩。亮甲山组中上部主要发育细粉晶—粗粉晶白云岩，晶粒结晶程度明显较马家沟组一段、三段、五段的白云石粗大［图2（f）］。

2.2 储集空间

根据岩心及显微镜下观察，杨税务奥陶系潜山主要发育裂缝、孔隙两大类储集空间，孔隙包括晶间孔等微细孔隙及溶孔（洞）等2 类大孔。在峰峰组岩心观察到溶孔［图2（i）］；务古2 井及务古4 井在钻遇峰峰组及上马家沟组、下马家沟组漏失泥浆10.70～256.35 m3；成像测井资料（图3）显示亮甲山组有顺层岩溶现象，说明本区发育了溶孔、溶洞等储集空间，但是相对于其他风化壳型储层潜山的漏失量，杨税务地区的漏失量很小，也小于永清及苏桥潜山的泥浆漏失量，说明大型溶孔、溶洞发育程度欠佳。镜下观察晶间孔隙主要为白云石晶间孔、晶间溶孔，且分布在晶粒白云岩中［图2（c）—（f）］。

裂缝类储集空间主要有构造缝、微裂缝、溶蚀缝3 类。①构造缝是本区的一种主要裂缝类型，可以在岩心及成像测井资料上观察到大开度（mm级）裂缝，有充填型［图2（j），3（a）］和开启型［图3（b）］等2 类，主要为高角度缝［图2（j）—（l），3（a）—（c）］，倾角大于70° 的裂缝可达60.5%。镜下可识别3 期构造缝，前2 期发生了部分溶蚀［图2（b），（g）］，第3 期微裂缝基本未被充填，为有效构造缝。②微裂缝主要为在地应力或压实作用下形成的，延伸距离较近，宽度较窄，显微观察到构造微裂缝的开度为几微米—毫米级不等，多被方解石充填，部分微裂缝后期被地下水、有机酸溶蚀，形成了良好的油气运移通道和储集空间［图2（b），（g）—（h）］；③溶蚀缝常见，缝面不平整，宽窄不一，常伴随微裂缝发育［图2（h）］。

图3 冀中坳陷杨税务深潜山奥陶系成像测井裂缝、孔隙、顺层岩溶特征（a）构造缝被方解石充填，马四段，务古2 井，5 501.5～5 503.6 m；（b）有效高角度构造缝未充填，马四段，务古4 井，5 622.6～5 623.6 m；（c）高角度构造微裂缝，马五段，安探4X 井，4 858.0～4 860.0 m；（d）顺层岩溶，亮甲山组，安探3 井，5 385.5～5 387.0 mFig.3 Characteristics of fractures，pores and bedding karst in imaging logging in Ordovician Yangshuiwu deep-buried hill in Jizhong Depression

2.3 储层物性

2.3.1 岩心物性分析

永清、苏桥及杨税务深潜山的岩石薄片及物性资料表明，泥—粉晶白云岩的平均孔隙度为2.67%，泥晶灰岩的平均孔隙度为0.79%。泥—粉晶白云岩发育厚度大，物性好，为本区的优势储集岩。

相对于永清及苏桥地区，杨税务深潜山泥粉晶白云岩储层孔隙度更高。岩心测试孔隙度为0.7%～7.2%，平均为3.26%，渗透率为0.08～13.20 mD，平均为1.49 mD。在没有裂缝存在的情况下，渗透率一般小于0.1 mD，有微裂缝、溶蚀缝的存在则渗透率可达13.2 mD。溶蚀缝及构造缝改善了储层的渗流能力。因此，杨税务奥陶系储层为特低孔特低渗裂缝-孔隙型储层。

2.3.2 测井物性分析

根据河西务、永清、苏桥地区35 口井3 036 个测井解释数据统计，纵向上储层发育规律一致，共计发育3 套似层状储层及1 套局部储层（图2，4）。3 套区域分布的似层状储层在各区发育稳定，主要分布在亮甲山组—马一段（Ⅰ号储层）、马二上段—马三段（Ⅱ号储层）、马四上段—马五段（Ⅲ号储层）；局部分布的储层（Ⅳ号储层），分布不稳定，目前主要见于马四段。

3 储层发育主控因素

高长海等［18］认为，冀中坳陷潜山油气藏主要形成于潜山顶，潜山内幕由于埋藏较深，白云化作用、岩溶作用弱，难以形成优质储层。杨税务深潜山的峰峰组—亮甲山组的埋深为4 800～5 800 m，发育了3 套内幕似层状储层，说明埋深并不是影响储层的决定性因素。综合岩石学、沉积相、测井资料，认为白云化作用、岩溶作用、构造作用是控制碳酸盐岩储层发育的三大因素，白云化作用是形成似层状内幕储层的基础，表生岩溶作用是对储层起到改善作用的重要条件，构造作用是形成含油气储层的关键因素。

研究区白云化作用、岩溶作用及构造作用贯穿于碳酸盐岩沉积、成岩过程中，具有多期、多类型的特点，根据成因类型及前人分类方案，可把白云化作用细分为准同生期白云化、回流渗透白云化、埋藏白云化及热液白云化作用［19-21］，岩溶作用细分为风化壳型岩溶、层间岩溶、准同生岩溶及埋藏岩溶［22-24］。构造作用细分为断层、裂缝的影响作用（表1）。不同时期，具体储层段的主控因素有区别。

表1 冀中坳陷中北部地奥陶系储层影响因素类型Table 1 Types of influencing factors of Ordovician reservoir in the north-central Jizhong Depression

3.1 白云化作用

Xiang 等［25］认为研究区储层白云化作用包括准同生白云化、回流渗透白云化、埋藏白云化等3 种类型。闫伟等［26］认为本区发育有热液白云岩。根据薄片、阴极发光、有序度等资料，本区发育有准同生白云化、回流渗透白云化、埋藏白云化及热液白云化等4 种白云化类型。

准同生白云化主要形成泥晶白云岩，含少量泥质，有序度一般在0.5～0.6，阴极发光为暗红色［图5（a）—（b）］，分布在马一、马三、马五段。

回流渗透白云化作用一般形成细粉晶结构（0.01～0.05 mm），有序度为0.6～0.7，阴极发光略强于泥晶白云岩，但是总体发光昏暗或发暗红色光［图5（c）—（d）］，分布在马二、马四的上部。

埋藏白云化主要见于亮甲山组中上部，白云石晶粒较粗，主要为粗—粉晶结构（0.05～0.10 mm），少量细晶。有序度为0.8～1.0，镜下可见雾心亮边结构，阴极发光呈暗红色，边缘部分呈亮橘色［图5（e）—（f）］。

图5 冀中坳陷中北部奥陶系白云岩阴极发光特征（a）泥晶云岩，亮甲山组，安探401X 井，5 514.45 m，单偏光；（b）细粉晶云岩，亮甲山组，安探3 井，5 450.0 m，单偏光；（c）细晶—粗粉晶云岩，亮甲山组，安探3 井，5 460.0 m，单偏光；（d）泥晶云岩发暗红色光，亮甲山组，安探401X 井，5 514.45 m，阴极发光；（e）细粉晶云岩，主体发中等亮度红色光，晶体边缘发光明亮，亮甲山组，安探3 井，5 450.0 m，阴极发光；（f）细晶—粗粉晶云岩，主体不发光至暗红色光，单个晶体内中心到边缘亮度依次为不发光到较暗的深红色，亮甲山组，安探3 井，5 460.0 m，阴极发光Fig.5 Cathodoluminescence characteristics of Ordovician dolomites in the north-central Jizhong Depression

热液白云化作用主要发育在断裂中，可达粗晶结构，自形—半自形，和硅质热液的充填作用有关。发育位置具有不确定性，目前见于上马家沟组中部、下马家沟组上部。

在4 种白云化作用类型中，以回流渗透白云化及埋藏白云化作用发育范围广，形成的白云岩储集性能较好，为最主要的白云化类型。Ⅲ号储层及Ⅱ号储层主要受回流渗透白云化作用影响，Ⅰ号储层主要受埋藏白云化作用影响。在3 套似层状储层中，白云化作用程度与孔隙发育呈正相关。白云化作用越强、白云岩厚度越大，孔隙度就越高，越有利于储层发育。

亮甲山组白云岩厚度＞80 m的区域，同时也是孔隙度较高值分布区（＞3%）；白云岩厚度＜40 m的区域，也是孔隙度低值分布区（＜2%）［图6（a）］。上马家沟组白云岩厚度＞40 m的区域，为孔隙度高值分布区（＞3%），白云岩厚度＜20 m的区域则为孔隙度低值分布区（＜2%）［图6（b）］。

图6 冀中坳陷中北部杨税务深潜山亮甲山组（a）和上马家沟组（b）白云岩厚度分布与孔隙度关系Fig.6 Relationship between dolomite thickness and porosity of Liangjiashan Formation（a）and upper Majiagou Formation（b）in Yangshuiwu deep-buried hill in the north-central Jizhong Depression

3.2 岩溶作用

杨税务深潜山岩溶作用包括风化壳型岩溶、层间岩溶、准同生岩溶及埋藏岩溶。风化壳、层间及准同生岩溶引起87Sr/86Sr 偏移（参见图1）。表生岩溶对Ⅲ号储层影响最大，程度较深，其次为层间岩溶对Ⅰ号储层的影响。由于岩溶时间较短，Ⅱ号储层顶部的准同生岩溶对储层的影响较弱。

结合本区钻井储层发育情况（图7），Ⅲ号储层段受到较为强烈的表生岩溶作用影响，叠加准同生岩溶作用，储层厚度大，物性较好。Ⅰ号储层段受到层间岩溶作用的影响，埋藏成因白云岩发育程度高，储集物性较好。2 套储层主要受到准同生期岩溶作用影响，储层发育相对较差。

埋藏岩溶对3 套储层皆有影响，影响程度取决于前期孔缝发育及连通的程度。中生代埋藏岩溶主要依赖中生界断裂系统（图8），上覆石炭系、二叠系的压释水沿断裂系统进入奥陶系，对地层进行溶蚀。新生代的埋藏岩溶主要依赖新生界断层系统（图8），此时期断层落差加大，来自C—P 及沙河街组富含有机酸，H2S，CO2，HCO3-的酸性地层水沿着杨税务及河西务深大断裂进入奥陶系，优先进入受风化壳岩溶、层间岩溶影响、白云岩发育的Ⅰ号及Ⅲ号储层，使二者得到更好的改造。

局部不连续的储层主要受到断层及构造作用的埋藏岩溶因素的影响。安探1X 井上马家沟组中部储层受断层影响，测井资料显示该处地层倾角发生明显改变。安探2X 井马二段储层受逆断层影响，该井马二段钻穿逆断层，马二段及其白云岩厚度增大，储层发育。

3.3 构造应力作用

图7 冀中坳陷中北部杨税务深潜山奥陶系岩溶储层发育及分布（剖面位置见图1）Fig.7 Development and distribution of karst reservoirs in Ordovician Yangshuiwu deep-buried hill in the north-central Jizhong Depression

图8 冀中坳陷中北部杨税务深潜山奥陶系储层演化及影响因素（剖面位置见图1）Fig.8 Evolution and influencing factors of Ordovician reservoirs in Yangshuiwu deep-buried hill in the north-central Jizhong Depression

构造应力对储层的影响主要体现在断层及应力裂缝2 个方面。杨税务深潜山经历多期断裂活动，奥陶系断裂系统较为发育。何登发等［27］将潜山断裂按走向分为NE 向、NW 向和近EW 向3 组（参见图1）。印支—燕山期形成的裂缝属于早期裂缝，方向以EW 向、NE 向为主，喜山期至今，主要形成NE 向、NNE 向断裂。断裂系统促进了热液白云化作用及埋藏岩溶的进行，对储层具有改造作用。

杨税务深潜山断层主要为形成于喜山期至今的杨税务及河西务大型断层。这2 套断层断距大，延伸距离远，是重要的油源断层，其沟通了断层下降盘的沙四—孔店组烃源岩，排烃期的酸性地层流体沿断层运移至奥陶系内幕储层，促进了白云化及岩溶作用的进行，对奥陶系内幕3 套似层状储层进行了建设性的改造（图8）。

印支—燕山期形成了EW 向、NE 为主的早期裂缝，在埋藏阶段充填严重，但是部分仍具有透水性。喜山期至今形成的NE 向、NNE 向断裂，由于形成时间较晚，充填作用弱，是有效的油气运输通道，加之与排烃期具有良好的匹配关系，对储层的贡献较大。从油气产量来看，在2 期断裂系统交叉或结合处断层与油气的沟通能力更强，油气产量高，如安探1X 井、安探501X 井等。

4 结论

（1）冀中坳陷中北部杨税务深潜山奥陶系储层主要发育在潮坪相泥粉晶白云岩中，储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔及构造微裂缝、扩大溶蚀缝，其中晶间孔隙为本区的基质孔，是最主要的储集空间类型，微裂缝对储层的渗透性影响较大。

（2）冀中坳陷中北部杨税务深潜山奥陶系从下至上发育3 套似层状储层及1 套局部储层。Ⅰ号储层主要分布在亮甲山组—马一段，Ⅱ号储层分布在马三段—马二上段，Ⅲ号储层分布在马五段—马四上段，Ⅳ号储层主要见于马四段。3 套似层状储层主要受到回流渗透白云化作用及埋藏白云化作用的影响，Ⅰ号及Ⅲ号储层白云化程度高，厚度大，物性好，是该区的优势储层段。

（3）冀中坳陷中北部杨税务深潜山的优势储层主要受到白云化作用、岩溶作用、构造应力作用的影响。Ⅰ号储层主要受层间岩溶、埋藏白云化作用的控制，Ⅱ号储层主要受到回流渗透白云化、埋藏白云化作用的控制，Ⅲ号储层主要受回流渗透白云化、表生岩溶、裂缝作用的控制；局部不连续型储层主要受到断层、构造缝、热液白云化作用的影响。Ⅰ号及Ⅲ号储层有利影响因素叠加，储集物性较好，为该区最有利的储集层段。