东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩有效储层成因

操应长，杨 田，王 健，远光辉，葸克来，李晓艳

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580)

东营凹陷已累积探明滩坝砂岩石油地质储量 0.16×108t，南部缓坡带作为滩坝砂岩的主要发育区，待发现资源量达5.44×108t，对其开展系统、精细研究具有十分重要的意义［1］。但是，受陆相断陷盆地地质特征的复杂性以及滩坝砂岩自身成因的特殊性控制，滩坝砂岩单层厚度小、横向变化快、砂体展布连续性差、分布规律复杂，研究难度大［2-7］。总结现阶段针对东营凹陷南部缓坡带沙四上亚段滩坝砂岩的相关研究发现，沉积特征研究相对成熟，并逐渐取得了统一认识［2-3］;储层特征研究相对不足，针对储集空间类型及成因、成岩作用特征、有效储层成因及分布等问题仍然存在争议［4-7］，这也严重制约着滩坝砂岩储层的有效勘探和开发。因此，笔者在总结前人研究基础之上，综合利用岩心观察、薄片鉴定、物性测试等分析测试方法对东营凹陷南部缓坡带沙四上亚段滩坝砂岩储层相关特征及有效储层成因进行研究。

1 研究区概况

东营凹陷为一典型“北断南超、北陡南缓”的陆相断陷盆地，南斜坡西起利津洼陷西坡(滨东)、东至羊角沟油田，勘探面积约2500 km2。沙四段上亚段沉积早期，东营凹陷处于断陷初期，气候由干旱向潮湿转变，由于南斜坡古地势相对平缓，在广阔的滨浅湖区发育了大量滩坝沉积［3］(图1);沉积末期，湖盆水体进一步加深，广大地区进入半深湖——深湖环境，发育少量滨浅湖滩坝沉积。整体上南斜坡沙四上亚段沉积时期，多种沉积体并存，以滩坝沉积为主，滩坝砂岩与湖相泥岩互层频繁，形成良好的油气生储地质条件。

图1 东营凹陷南坡构造位置及沙四上亚段滩坝砂体沉积分布Fig.1 Tectonic setting of the south slope and distribution of beach-bar sands of the upper submember of the fourth member of Shahejie formation in Dongying sag

2 东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩储层特征

2.1 滩坝砂岩储层岩石学及物性特征

东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩储层岩石类型主要为岩屑质长石砂岩。石英含量相对较低，一般小于50%;长石含量较高，一般为34% ～40%，最大为45%，钾长石含量稍高于斜长石含量;岩屑含量一般大于25%，不同地区变化较大。总体上，研究区滩坝砂岩岩石矿物成分成熟度中等，物质组分粒度中值一般为3～5Φ，多为细砂—粉砂;沉积物分选好，分选系数一般小于2。

通过实测物性资料分析，东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩储层孔隙度主要集中在5%～25%，占统计数据的91.47%;以低中孔储层为主体，低孔储层占30.46%，中孔储层占44.21%。储层渗透率主要集中在(0.01～100)×10－3μm2，占统计数据的95.18%;以低渗、特低渗储层为主体，低渗储层占21.10%，特低渗储层占74.08%(图2)。

2.2 滩坝砂岩储层成岩作用特征

研究区储层成岩作用事件类型主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用(图3)。压实作用主要表现为颗粒之间的点接触和线接触，云母等塑性颗粒的压实变形及长石等脆性颗粒的压实破裂等。胶结物类型多样，常见硅质胶结、硫酸盐胶结、黏土矿物胶结和碳酸盐胶结等，以方解石、白云石、铁方解石、铁白云石及菱铁矿等碳酸盐矿物的胶结作用为主，胶结类型以孔隙式胶结为主，基底式胶结次之。交代作用普遍发育，主要为碳酸盐胶结物之间的交代和碳酸盐胶结物对碎屑颗粒的交代，其中胶结物之间的交代常见铁方解石交代方解石、铁白云石交代方解石以及铁白云石交代铁方解石等。溶解作用主要表现为长石、岩屑颗粒及少量碳酸盐胶结物的溶解，多形成粒内溶孔及溶扩孔。

图3 滩坝砂岩储层成岩作用特征Fig.3 Diagenesis characteristics of beach-bar sands reservoir

由于滩坝砂体发育在砂泥互层的沉积组构中，不同沉积微相其成岩作用特征存在明显差异。坝主体、滩脊由于单砂层厚度大，在距离砂泥界面较近处储层以较强碳酸盐胶结作用为主;距砂泥界面距离增大，胶结作用减弱，溶蚀作用增强。坝侧缘、滩席由于单砂层厚度薄，储层成岩作用受泥岩影响明显，杂基含量高的单砂体以强压实作用为主;杂基含量低的单砂体碳酸盐胶结作用强烈。

2.3 滩坝砂岩储层储集空间特征

通过岩石铸体薄片分析，东营凹陷沙四上亚段滩坝砂岩储层主要有原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙等几种储集空间类型，以原生孔隙为主。原生孔隙包括压实残余原生粒间孔隙(图4(a))和胶结残余原生粒间孔隙(图4(b))。混合孔隙根据孔隙形态分为溶扩孔隙和长条状溶蚀孔隙，前者指原有单个孔隙由于其周围碎屑颗粒部分溶蚀而扩大，颗粒边缘往往形成港湾状、蚕食边状溶蚀边缘，包括粒间溶扩孔隙、超大孔隙等(图4(c));后者是指相邻两个或两个以上的孔隙之间喉道同时受到溶蚀，使两个甚至多个粒间孔隙连成长条状孔隙(图4(d))。次生孔隙包括次生组分内溶孔和其他次生成因孔缝，前者指明显发生在颗粒或者胶结物组分内部的溶蚀孔隙，包括石英、长石、岩屑颗粒内溶孔和碳酸盐胶结物内部溶孔(图4(f))，以长石粒内溶孔(图4(e))为主;后者包括构造微裂缝(图4(g))、成岩收缩缝、矿物解理缝(图4(i))以及高岭石晶间孔(图4(h))等，以构造微裂缝常见。

2.4 滩坝砂岩有效储层储集空间分布组合规律

在总结滩坝砂岩储层储集空间特征的基础上，收集并统计滩坝砂岩储层实测孔隙度－深度数据，结合东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩储层孔隙度下限(φ下限= －10.837lnH+95.553，R2=0.95115。式中，φ下限为孔隙度下限;H 为深度，km)研究［7］，绘制对应的深度－孔隙度物性剖面(图5)。结合镜下铸体薄片储集空间微观分析，对有效储层储集空间特征进行总结。研究表明有效储层储集空间分布组合在纵向上具有分段性:在1.0～2.0 km深度内，有效储层以原生孔隙为主，次生孔隙和混合孔隙少见。在2.0～3.1 km深度内，有效储层以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙的组合为典型特征，原生孔隙中胶结残余原生粒间孔隙的比例增大，混合孔隙中长条状溶蚀孔隙和溶扩孔隙均较常见，次生孔隙含量增加。在3.1～3.6 km深度内，有效储层以原生孔隙、次生孔隙的组合为典型特征，原生孔隙多为压实残余原生粒间孔，次生孔隙多为长石粒内溶孔、裂缝等。

图4 滩坝砂岩储层储集空间特征Fig.4 Reservoir space characteristics of beach-bar sands reservoir

3 东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩有效储层成因

3.1 滩坝砂岩储层物性控制因素

滩坝砂岩储层储集物性是原始沉积作用、后期成岩作用和保存条件综合作用的结果。研究表明，有利的沉积条件是储层良好物性发育的基础;不同成岩作用类型及强度促使储层储集性能发生变化;油气充注、地层超压利于储层物性保存。

3.1.1 沉积作用

沉积作用是决定储层物性的最基本因素。不同沉积相带、沉积物岩性、沉积物分选的储层其物性存在一定的差异，并且储层的物性和不同的沉积条件之间具有一定的内在联系［8］。统计不同沉积条件下岩心实测储层物性数据(表1)，总结不同沉积条件对储层物性控制的特征。

不同沉积微相由于水动力条件的差别，其储层物性之间有一定的差异。坝主体储层由于水动力作用最强，沉积物粒度较粗、分选好，杂基含量低，其物性最好;滩脊、滩席的储层物性次之;坝侧缘储层物性最差。细砂岩和粉砂岩储层物性较好，平均孔隙度相差不大，其中细砂岩由于杂基含量低、分选好，其渗透率明显高于粉砂岩;泥质粉砂岩储层由于杂基含量高，堵塞孔隙喉道，储层物性较差。沉积物分选为1～1.5的储层物性最好，分选为1.2～2和2～2.5的储层物性次之，分选大于2.5储层物性明显变差。沉积物分选越好，储层的物性越好，两者存在明显的正相关性。

图5 滩坝砂岩有效储层储集空间分布组合特征Fig.5 Distribution and combination of reservoir space characteristics of beach-bar sands effective reservoir

表1 滩坝砂岩储层沉积作用对储层物性控制分析数据Table 1 Analysis data about sedimentation control over reservoir physical property of beach-bar sands reservoir

3.1.2 成岩作用

成岩作用是在沉积作用的基础上对储层的物性进行改造。影响储层物性的成岩作用包括建设性成岩作用(主要是溶蚀作用)和破坏性成岩作用(主要是压实作用和胶结作用)。建设性成岩作用和破坏性成岩作用的不同影响促使不同储层的储集物性差异明显，相同储层的储集物性发生分异。

压实作用伴随于沉积成岩作用整个过程中，对储层物性具有十分重要影响;胶结作用以碳酸盐胶结作用为主，它使储层的孔隙度和渗透率大大降低。根据 D.C.Beard 和 P.K.Weyl［9］(1973)恢复原始孔隙度的实验，估算储层原始孔隙度一般为37% ～40%。通过镜下薄片统计压实作用和胶结作用减少的孔隙度数据(图6)，其中压实作用损失的孔隙度占总孔隙度的10%～50%;胶结作用损失的孔隙度占总孔隙度的15% ～60%，局部可达70%。表明压实作用和胶结作用均较大程度上降低了储层的储集物性，不利于有效储层的发育，并且胶结作用的影响要强于压实作用。

图6 滩坝砂岩储层压实作用和胶结作用在孔隙度损失中的关系Fig.6 Relationship between compaction and cementation as factors controlling porosity evolution of beach-bar sands reservoir

溶蚀作用产生的次生孔隙能够增加储集空间，改善储层物性。通过铸体薄片分析，统计溶蚀次生孔隙相对含量(图5)，在1.0～2.0 km内溶蚀次生孔隙相对含量基本小于10%;2.0～3.1 km内溶蚀次生孔隙相对含量为5% ～50%，部分大于50%;3.1～3.6 km内溶蚀次生孔隙相对含量为5% ～40%。溶蚀作用对2.0～3.0 km内储层的影响最显著，使该段储层物性明显变好。

3.1.3 油气充注与地层超压

油气充注和地层超压是储层物性良好保存的有利条件。油气充注一方面可以改变孔隙流体性质，增强与储层矿物反应，促进储层储集空间增加［10］;另一方面可以对已形成的储集空间形成良好保存［11］。地层超压使得孔隙流体承载一部分的负载压力，有效地抑制压实作用降低储层物性的影响。

通过分析滩坝砂岩储层不同含油级别储层孔隙度渗透率交会图(图7)，可知油浸储层的物性最好，油斑和油迹储层物性次之，荧光及以下含油级别储层的物性最差。在此基础上，统计不同含油级别储层中有效储层所占比例，油浸储层有效储层占96.34%，油斑和油迹储层有效储层相差不大，分别为77.2%和76.1%，荧光及以下含油级别的储层有效储层的比例为48.3%，可见油气充注利于储层物性的有效保存。

地层超压随着储层埋深的增加而逐渐加强，深度大于2.2 km的储层基本为常压储层;2.0～3.1 km常压储层、弱超压储层、中超压储层叠置发育;埋深大于3.1 km，常压、弱超压储层基本不发育，中超压、强超压储层叠置发育。同一深度区间，不同地层压力控制的储层，强超压储层的孔隙度最高，中超压储层的孔隙度次之，弱超压储层的孔隙度再次之，常压储层的孔隙度最低，其控制的储层有效储层的比例亦依次递减。随着储层埋深的增加，地层超压越明显越有利于储层孔隙度的保存。

3.2 滩坝砂岩有效储层成因

在讨论滩坝砂岩储层物性控制因素以及有效储层储集空间分布组合规律的基础上，探讨有效储层在不同的深度区间储集空间分布组合规律的内在缘由，以明确有效储层的成因机制(图9)。

深度在1.0～2.0 km，储层由于埋深较浅，受成岩作用的影响较小，压实和胶结作用相对较弱，溶蚀作用不发育，大气水淋滤形成的次生孔隙和混合孔隙少见;良好原始沉积条件以及油气充注条件控制的储层物性较好，形成以原生孔隙为主的有效储层。

埋深在2.0～3.1 km，结合研究区埋藏史分析，此深度范围内沙四上亚段储层地层温度为80～120℃［12］，正好与有机酸活性温度区间相匹配［13］。烃源岩有机质热演化形成的有机酸通过层间界面、微层理面及裂缝、断层很容易进入到砂岩储层［14］，从而为溶蚀作用提供了酸性流体环境，使得该段储层溶蚀作用最为发育，形成较多与溶蚀作用相关的混合孔隙和次生孔隙。部分储层由于原始沉积条件好，加之地层超压和油气充注的有利保存，使得储层在胶结和压实作用的影响下仍然保存了部分原生孔隙。形成以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙组合发育为特征的有效储层。

当埋深为3.0～3.6 km时，储层温度超过120℃，有机酸脱羧，酸性减弱;同时孔店组－沙四下亚段沉积的膏岩层脱水［15］，碱性流体进入沙四上亚段滩坝砂岩储层，地层流体转化为碱性［16］。胶结和压实作用进一步增强，常规储层储集空间进一步减小，大量消失殆尽。随着埋深的增加，地层超压进一步的增强，部分由于地层超压、油气充注等条件保存，继承性发育的储层受成岩作用影响较小，原有储集空间得到良好保存，并且大部分为原生孔隙，从而形成以良好保存的原生孔隙为主、发育部分次生孔隙的有效储层。

图7 滩坝砂岩储层油气充注对储层物性控制特征Fig.7 Controling feature of hydrocarbon charging for physical property of beach-bar sands reservoir

图8 滩坝砂岩储层地层超压对储层物性控制特征Fig.8 Controling feature of overpressure for physical property of beach-bar sands reservoir

图9 滩坝砂岩有效储层成因模式Fig.9 Genetic model of beach-bar sands effective reservoir

4 结论

(1)东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩储层主要为中—低孔，低渗、特低渗储层;储层成岩作用复杂，压实、胶结、交代、溶蚀成岩作用均常见;储层储集空间以原生孔隙为主，发育部分混合孔隙和次生孔隙。

(2)有利沉积条件是储层良好物性发育的基础;不同成岩作用类型及强度促使不同储层的储集物性差异明显，相同储层的储集物性发生分异;油气充注、地层超压利于储层物性保存，上述控制因素的耦合关系控制着有效储层的发育及储层储集空间类型、分布组合、演化特征。

(3)东营凹陷南坡沙四上亚段滩坝砂岩有效储层在1.0～2.0 km受成岩作用影响小，原生孔隙的良好保存形成有效储层;2.0～3.1 km储层溶蚀作用增加储集空间，地层超压、油气充注保存储集空间形成有效储层;3.1～3.6 km储层油气充注、地层超压继承性发育，保存原有储集空间形成有效储层。

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