济阳坳陷埕岛-桩海地区中生界潜山储层岩性与储层质量

孙 超

(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，东营 257015)

随着盆地油气勘探的不断深入，勘探目标从传统的碎屑岩层系向深层复杂岩性风化壳储层进发。风化壳储层在全球范围内广泛分布，在中外多个盆地已获得工业产量突破，是油气勘探领域的一个热点和难点[1]。然而前人对于风化壳储层的研究往往聚焦于裂缝评价，对于二次埋藏深度交代的古风化壳型储层的特点仍不明确，包括溶蚀作用在内的埋藏期成岩作用对储层的影响研究有待深入[2-3]。近二十年来，在中国东部渤海湾盆地的渤中、济阳等坳陷中，都有风化壳储层被钻遇，获得了可观的经济效益。在济阳坳陷沾化凹陷的埕岛-桩海地区，胜利油田获得了一定的油气产能[4-6]。但是，由于对储层成储机理的研究尚不透彻，进一步的勘探受到制约。为此，以该地区为例，结合薄片观察和测、录井与物性资料，识别储层岩性，研究储层成岩作用和物性的关系，讨论储层质量控制因素，以期达到指导二次深埋型复杂岩性风化壳储层油气勘探、提高甜点预测准确性的目的。

1 地质背景

渤海湾盆地济阳坳陷是在华北古生代地台基础上发育而成的一个中、新生代叠合盆地，中生代盆地已经被完全肢解，现今仅有残留地层保留[7]。埕岛-桩海地区位于现今渤海湾南部的极浅海-浅海海域，构造上处于济阳坳陷沾化凹陷的东北部，是埕岛、桩西及长堤三个潜山构造带的结合部位[8](图1)。

图1 研究区位置及井位分布图Fig.1 Location and well location distribution map of the study area

研究区的前期钻探对中生界各组地层都有揭示，中生界缺失三叠纪地层，自下而上发育侏罗系坊子组、三台组和白垩系蒙阴组、西洼组，组间发育不整合[9]。不同期次的构造活动在平面上形成了相互切割的“网格化”的特征，通过测录井资料对中生界顶面岩相进行绘制[图2(a)]；在剖面上断层间相互切割，相同组段现今埋深差异大[10-12][图2(b)、图2(c)]。

研究表明，盆地演化过程中发生了构造反转[12]，不同构造部位的埋藏史存在差异，地层抬升剥蚀导致多期风化壳大面积发育，储层受到大气淡水、有机酸等多种成岩流体影响。

2 储层岩石学特征

埕岛-桩海地区的岩心和薄片观察结果表明，中生界储层既有火山岩和火山碎屑岩，也有陆源碎屑岩。统计埕岛-桩海地区岩屑录井数据42口(共计11 838.2 m)，岩心观察10口井(共计119 m)，根据不同岩性厚度占比绘制录井、岩心占比饼状图。研究区中生界岩性以碎屑岩为主，碎屑岩以砂岩和泥岩为主(图3)。

蓝色虚线为剖面位置；黄色区域为有利储层发育位置图2 埕岛-桩海地区中生界顶部岩相图及东西向地层剖面图Fig.2 Lithofacies of the top of Mesozoic and two east-west stratigraphic profiles of Chengdao-Zhuanghai area

图3 埕岛-桩海地区中生界录井和岩心岩性统计饼状图Fig.3 Pie chart of Mesozoic logging and core lithology statistics in Chengdao-Zhuanghai area

埕岛地区录井结果表明，泥岩占比最高(46.9%)、砂岩次之(41.4%)；埕岛地区火成岩以凝灰岩为主，安山岩仅占2%；坊子组有煤层发育[图3(a)]。桩海地区砂岩占比最高(53.8%)，泥岩次之(29.3%)；火山熔岩占比达到10.29%，区内发育多个由火山岩、次火山岩和火山碎屑岩组成的火山机构[图3(b)]。

基于取心井的岩性统计饼状图反映了与岩屑录井统计相似的特征，由于取心段往往是含油气性较好或岩性特殊的重点段，因此岩心观察所得到的岩性统计结果较录井的粒度更粗，火成岩和泥岩的相对占比更低。埕岛地区的岩心以砂岩为主(84.8%)，可见少量凝灰岩(2.3%)[图3(c)]。桩海地区岩系中以砂岩为主(65.2%)，火山熔岩和火山碎屑岩占比和录井类似，岩心中未见次火山岩[图3(d)]。

研究区碎屑岩的岩心中可见明显的楔状和波状交错层理，反映了沉积过程中较强的水动力特征[图4(a)、图4(b)]，发育于辫状河三角洲前缘和平原亚相。碎屑岩分选较好，以细砂岩和粉砂岩为主。镜下照片显示，碎屑岩压实作用较强，石英颗粒发生破裂，部分颗粒间呈线接触-凹凸接触[图4(c)]。胶结作用对储层原始孔隙空间产生了较大破坏，残余粒间孔、颗粒碎裂缝和溶蚀孔中都可以看到自生方解石充填，这表明至少存在两期胶结物，分别形成于早成岩和中成岩阶段。在茜素红染色的条件下，方解石颜色为紫红色，表明方解石中含有少量的铁元素[图4(c)、图4(d)]。在埕岛地区，方解石在埋藏过程中发生白云石化，白云石自形程度高[图4(d)]；白云石化的物质来源与长石、火山物质蚀变以及黏土矿物转化有关[13]。由此可见，压实和胶结作用(碳酸盐胶结)是研究区主要减孔成岩作用，溶蚀作用是研究区主要增孔成岩作用，交代作用对储层孔隙度无明显的直接影响。

(-)表示单偏光下图4 埕岛-桩海地区中生界不同岩性储层典型照片Fig.4 Typical photos of reservoir in Chengdao-Zhuanghai area with different lithology

研究区的邻近地区同组段火成岩的研究表明，火成岩储层的成岩和孔隙演化受到中新生代叠合盆地构造演化的控制[14]。研究区火成岩主要发育于老30井附近地区，包括火山碎屑岩和安山岩，中生界顶部西洼组是主要发育层段。岩心中的火山碎屑岩以火山角砾岩为主，构造裂缝和溶蚀缝发育；由于邻近不整合面，火山碎屑中的暗色矿物发生风化，铁质物质析出，岩心颜色较深且薄片中颗粒整体显示褐色[图4(e)、图4(f)]。安山岩中常见气孔杏仁构造，气孔直径由靠近不整合面的熔岩顶部向下变小，气孔几乎完全被杏仁体充填[图4(g)]。杏仁体成分为方沸石、方解石等，方沸石是火山岩早成岩期常见自生矿物，正交偏光下全消光，火山物质的蚀变为其提供物质基础[15-16]。研究区气孔中发育两期方沸石，从气孔边缘向内生长，两期胶结物间存在晶间缝；后期方沸石自形程度更高，矿物晶体呈三八面体状(红色箭头所指位置)[图4(h)]。埋深较大的致密安山岩中可见玻晶交织结构，裂缝发育但是被后期方解石充填[图4(i)]。胶结作用对火成岩储层薄片的面孔率也产生了较大的破坏。

3 储集空间类型

通过研究区12口井的48个铸体薄片观察鉴定，将孔隙类型分为7类，分别为：原生孔(碎屑岩中以残余粒间孔为主，火成岩以残余气孔为主)，斑晶/粒内溶孔，基质/粒间溶孔，风化缝，溶蚀缝，构造缝和其他裂缝。整体而言，埕岛-桩海地区以碎屑岩为有利储层，以次生溶蚀孔-缝为主要储集空间，次生溶蚀孔在储层中分布广泛。

火山岩中的原生孔隙为残余气孔，发育于溢流相上部亚相的安山岩中[图4(h)]，分布受到岩相控制，在老河口地区的西洼组安山岩中较为常见。在碎屑岩风化壳的溶蚀淋滤带，由于受到大气淡水的改造较强，次生孔隙大量发育[17]。研究区碎屑岩埋深较大，压实作用较强，储层中原生孔隙仅表现为压实、胶结残余粒间孔[图5(a)]，并且对现今面孔率的贡献较小。但是次生溶孔大量发育，是碎屑岩储层最主要的储集空间类型，在镜下表现为粒内和粒间溶孔[图5(a)～图5(d)]。粒间溶孔发育于颗粒边缘，对残余原生孔隙有扩大作用，改善了储层物性[图5(a)]。粒内溶孔沿长石解理缝发育[图5(b)]，在酸性流体较为充足的开放性成岩环境，粒内溶孔逐步溶蚀扩大为铸模孔[图5(c)、图5(d)]。在不同岩性储层中均有裂缝发育[图4(i)、图5(e)、图5(f)]，部分构造缝被方解石充填[图4(i)]，溶蚀缝对面孔率有一定的扩大作用[图5(e)、图5(f)]。

图5 埕岛-桩海地区中生界主要储集空间类型典型照片Fig.5 Typical photos of main reservoir space types of Mesozoic in Chengdao-Zhuanghai area

埕岛地区中生界以碎屑岩储层为主，火山碎屑岩在录井中的占比不足3%[图3(a)]。辫状河三角洲前缘砂岩储层相对高孔、高渗，可作为有利储层。碎屑岩的溶蚀作用强烈，长石和火山碎屑被大量溶蚀，储集空间类型以粒内、粒间溶孔为主，粗砂至细砂岩中常见铸模孔，孔径一般为150～350 μm；常见裂缝，后期充填作用强烈，仅有粒缘溶蚀缝可以作为有效储集空间，缝宽15～25 μm。该区砂岩和粉砂岩可以作为优质储层出现，细砂岩样品具有最大的平均面孔率，优质储层储集空间组合形式为：粒间溶孔+铸模溶孔、溶蚀孔缝(图6)。

图6 埕岛地区中生界储层储集空间类型Fig.6 The types of Mesozoic reservoir space in Chengdao area

桩海地区中生界以碎屑岩储层为主，相对高孔、高渗。碎屑岩溶蚀作用强烈，粒内和粒间溶蚀孔对面孔率的贡献超过50%，铸模孔在粗砂至细砂岩的部分井段中大量发育，孔径可以达到150～350 μm；裂缝发育情况与埕岛地区相似，储层中常见裂缝但是后期充填作用强烈，仅有粒缘溶蚀缝可以作为有效储集空间，缝宽15～25 μm。气孔杏仁状安山岩在该区内有发育，集中在老30井附近地区，其原生孔隙占比超过60%。优质储层储集空间组合形式为：粒间溶孔+铸模溶孔、溶蚀孔缝、原生气孔+粒内溶孔(图7)。

图7 桩海地区中生界储层储集空间类型Fig.7 The types of Mesozoic reservoir space in Zhuanghai area

4 储层物性差异

n为样品数量；min为最小值；max为最大值；ave为平均值图8 埕岛地区中生界储层孔渗累计百分比柱状图Fig.8 Column chart of cumulative percentage of porosity and permeability of Mesozoic reservoir in Chengdao area

埕岛地区中生界样品孔隙度集中在4%～6%和18%～22%范围，平均孔隙度较高(14.6%)，具有双峰特征；渗透率差异大，低渗储层样品占比超过25%，渗透率大于10 mD的超过1/2，具有中孔中高渗的特点(图8)。埕岛地区三台组储层物性明显优于蒙阴组，这与该地区遭受强烈构造抬升，三台组风化壳储层经历较强的大气淡水淋滤和有机酸溶蚀改造密不可分[图9(a)、图9(b)]。埕岛地区物性测试样品岩性均为含砾砂岩，样品的平均物性较好[图9(c)、图9(d)]。埕岛地区样品含油性好，油浸样品具有高孔高渗的特征[图9(e)、图9(f)]。

n为样品数量图9 埕岛地区中生界储层孔渗箱形图Fig.9 Porosity and permeability box diagram of Mesozoic reservoir in Chengdao area

n为样品数量；min为最小值；max为最大值；ave为平均值图10 桩海地区中生界储层孔渗累计百分比柱状图Fig.10 Column chart of cumulative percentage of porosity and permeability of Mesozoic reservoir in Zhuanghai area

n为样品数量图11 桩海地区中生界孔渗箱型图Fig.11 Porosity and permeability box diagram of Mesozoic reservoir in Zhuanghai area

桩海地区样品孔隙度主要集中在10%～18%，平均孔隙度中等(11.8%)；渗透率具有两极分化的特点，渗透率小于1 mD和大于10 mD的样品分别接近40%，以0.4～0.63和10～15.85 mD两个范围内的样品较多，渗透率中值为6.1 mD，整体具有中孔中渗的特点(图10)。桩海地区构造活动强烈，中生界埋藏深度差异大，多数井中西洼组缺失，3台组直接与上覆新生界不整合接触，本次研究中能确定分层的样品来自三台组[图11(a)、图11(b)]。桩海地区岩性复杂，在碎屑岩储层中，以细砂岩和粗砂岩储层物性较好，含砾砂岩孔隙度较低而平均渗透率高，杂砂岩储层物性较差[图11(c)、图11(d)]。对比不同含油级别样品的储层物性特征发现，含油程度高低和物性好坏关系不明显，可能受油源控制。油迹样品的储层物性最佳，油浸样品次之[图11(e)、图11(f)]。

5 储层质量控制因素讨论

埕岛-桩海地区中生界储层岩性复杂，储层主体埋藏深度大(2 700～3 700 m)，不同岩性储层初始孔隙度、现今孔隙度存在较大差异。砂岩样品的初始孔隙度φ可通过粒度和分选系数，应用Sneider图版进行估算或通过式(1)计算[18]。

φ=20.91+22.90/So

(1)

式(1)中：φ为初始孔隙度；So为Trask分选系数，为粒度累积曲线25%和75%处的粒径大小的比值。

研究区砂岩的初始孔隙度计算结果如表1所示。

表1 埕岛-桩海地区中生界碎屑岩分选系数和初始孔隙度计算Table 1 Calculation of separation coefficient and initial porosity of Mesozoic clastic rock in Chengdao-Zhuanghai area

辫状河三角洲平原河道砂岩分选较好，初始孔隙度最大(35%以上)，经历成岩演化后现今孔隙度最高(17%)；辫状河三角洲前缘河道砂岩初始孔隙度次之(33%)，现今平均孔隙度为15%；辫状河三角洲前缘水道间(含席状砂、天然堤等)水动力弱，沉积粉砂岩和砂岩初始孔隙度在碎屑岩中较低(31%)，储层成岩改造强烈，现今孔隙度为11%。安山岩原生孔隙度低(15%)，岩石冷凝固结抗压实，现今孔隙度在火山岩中较高(9%)；尽管火山角砾岩(24%)和凝灰岩(19%)初始孔隙度中等，但是岩石抗压实能力差，后期成岩改造强烈，现今孔隙度均较低(火山角砾岩8%，凝灰岩6%)，如图12所示。

图12 埕岛-桩海地区中生界岩性岩相对孔隙发育的控制Fig.12 The controls of lithology on porosity in Mesozoic reservoir,Chengdao-Zhuanghai area

由此可见，基于岩石薄片观察和岩心孔隙度资料，埕岛-桩海地区碎屑岩储层普遍好于火山岩，初始孔隙度受岩性-岩相和沉积微相控制，具有较高初始孔隙度的碎屑岩其现今孔隙度同样较高。由初始到现今孔隙度的孔隙演化受到成岩作用的控制，压实和胶结作用强度差异决定了相同岩性的储层质量。大气淡水的淋滤作用对风化壳储层质量也有改善，在距离风化壳100 m范围内，储层物性有较大提高[19]。

6 结论

(1)埕岛-桩海地区中生界复杂岩性潜山储层以碎屑岩为主，火成岩其次。

(2)碎屑岩中的砂岩是储层发育有利岩性，形成于辫状河三角洲沉积环境，初始孔隙度平均约为35%。储层为次生溶蚀型，储集空间类型以溶蚀扩大孔和粒内溶孔为主。大气淡水和烃源岩成熟阶段的有机酸溶蚀改造作用强。区储层物性较好。

(3)火成岩以溢流相和爆发相为主，集中发现于西洼组，火山角砾岩在火山碎屑岩中占比高。储集空间类型为残余气孔和溶蚀孔缝，在老河口地区较为常见。

(4)岩性岩相和沉积相决定复杂岩性的初始孔隙度，是储层质量的根本控制因素。大气淡水淋滤和有机酸溶蚀作用积极改善储层质量；但较强的压实作用和碳酸盐胶结作用，充填破坏了原生孔隙和次生孔缝，增强了储层的非均质性。