恩平凹陷珠江组盖层的沉积学评价思路与方法

王 维，杨香华，叶加仁，舒 誉，吴 静

(1.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074； 2.中国地质大学 资源学院，武汉 430074； 3.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广州 510240)

恩平凹陷珠江组盖层的沉积学评价思路与方法

王 维1,2，杨香华1,2，叶加仁1,2，舒 誉3，吴 静3

(1.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074； 2.中国地质大学 资源学院，武汉 430074； 3.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广州 510240)

恩平凹陷主要目的层段珠江组含砂率较高，泥质盖层封堵能力差异较大，盖层成为油气成藏的关键制约因素。由于珠江组泥岩松散，泥岩岩心无法满足传统盖层测试分析的样品要求。为此借鉴页岩气储层评价思路，对泥岩盖层的微观孔隙、微裂缝发育程度进行评价，然后通过分析脆性矿物含量、黏土矿物类型等与沉积微相的成因关系，对盖层封堵性进行分析与预测。伴随海侵范围扩大，珠江组上段主体位于三角洲前缘亚相，其中分支流河道间湾微相泥岩中发育片状伊利石与草莓状黄铁矿，水下分支流河道侧翼微相泥岩中高岭石含量较高，且含有石英颗粒。泥岩微相类型与油气分布对应关系表明分支流河道间湾微相泥岩盖层封堵性能好，而水下分支流河道侧翼微相泥岩盖层封堵性能较差。含石英等陆源脆性矿物较高泥岩的测井密度值相对较低，密度曲线波动较大。通过对泥岩盖层进行泥岩含量反演与井震联合分析，预测了优质盖层发育的微相类型与有利部位。

盖层评价；微观孔隙裂缝；沉积微相；珠江组；恩平凹陷；珠江口盆地

1 研究概况

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一凹陷西端，东西分别与西江凹陷和阳江凹陷以转换断层或隐伏断层相接触，北侧以断层与北部隆起带的海南隆起相邻，南侧与番禺低隆起相接触，面积约5 000 km2。2010年2月，EP24-2构造发现5×107t的控制储量，标志着恩平凹陷勘探实践取得商业性突破[1]，显示恩平凹陷具备较大的勘探前景。

恩平凹陷以始新世早期沉积的文昌组中深湖相泥岩为主要烃源岩，晚渐新世以后沉积的三角洲滨浅海相砂泥岩为主要储盖组合。迄今为止已钻探了19口探井，自EP-3井发现工业油流以来就再没有获得商业性突破，商业成功率仅为5.26%，这表明恩平凹陷油气富集程度差异较大，油气勘探风险高。近年来油气勘探成果表明恩平凹陷主要目的层段为珠江组储层，但与邻近的惠州凹陷对比显示，恩平凹陷珠江组含砂率偏高，盖层平面分布及封盖能力差异明显，表明盖层封堵性能是珠江组油气差异富集的主要控制因素。因此，盖层封盖性能评价对恩平凹陷下步油气勘探部署至关重要。

恩平凹陷珠江组泥岩盖层成岩强度低，较为分散，粉砂相对含量较高，这为传统毛细管压力测试分析带来了不便。结合近年来国内外页岩气微孔隙—裂隙研究技术思路，试图从泥岩微孔隙与脆性矿物、黏土矿物类型等关系分析入手，评价恩平凹陷珠江组盖层封堵性能，在此基础上建立泥岩中黏土矿物类型及石英等碎屑颗粒含量与沉积微相的成因关系，对盖层的封闭性能进行评价与预测，试图探讨恩平凹陷珠江组盖层封堵性能评价的新技术与新方法。

2 盖层沉积学评价的技术思路

2.1 传统盖层评价技术的局限性

常用的盖层评价测试技术包括压汞—吸附法、驱替法、扩散系数测定和常规物性分析等。压汞—吸附法、驱替法主要测定泥页岩的毛管压力曲线，从该曲线的特征点判读盖层的突破压力，评价盖层的封盖能力[2]。目前实验测试对样品的要求较高，如果样品达不到实验要求，测量结果误差较大。恩平凹陷珠江组泥岩较为松散，取心过程中容易破碎，一般泥岩岩心样品难以满足。扩散系数也是盖层评价的一个重要参数，但因其分析周期较长，生产成本高，多数实验室无该测试项目。针对恩平凹陷特殊的地质背景，借鉴泥质储层评价的技术方法，试图从沉积学的角度对富砂背景下成岩强度较低泥质盖层的封堵性能进行评价与预测，为类似油气田的盖层评价提供新的思路。

2.2 泥页岩微孔隙、微裂缝发育的影响因素

近年来，页岩气(油)勘探开发成果表明，泥质储层的微孔隙、微裂缝主要与其脆性矿物(石英与长石)、碳酸盐岩、有机质的含量以及黏土矿物类型密切相关[3-10]。

脆性矿物、有机质以及碳酸盐岩含量对泥岩微孔隙、微裂缝的发育有较大影响，富含脆性矿物、有机质以及碳酸盐岩的泥岩，微孔隙、微裂缝相对较为发育[7-8]。

此外，黏土矿物的类型也在一定程度上影响了泥页岩孔隙、裂缝的发育。高岭石与酸性介质相关，易溶蚀产生次生溶蚀孔隙，且其书页状，蠕虫状的形态本身存在着许多晶间孔隙，因此，一般情况下，高岭石含量与岩层孔渗性呈正相关[11-12]，而伊利石、蒙脱石以及伊蒙混层能够填充孔隙，降低岩层孔渗性。受此启发，同样可以通过分析脆性矿物(石英与长石)、碳酸盐岩、有机质的含量以及黏土矿物类型，预测泥岩微孔隙裂缝发育，用来评价预测盖层的封盖性能。

2.3 泥岩盖层评价的沉积学思路

脆性矿物等特殊组分与物源供给、水介质条件密切相关，为盖层的沉积环境分析提供了可能。针对恩平凹陷珠江组以三角洲前缘亚相为主的沉积环境分析，靠近水下分支流河道，泥岩中脆性矿物含量较高，包含植物碎片等陆源有机质，随着河流影响减弱，脆性矿物含量逐渐降低，盖层封堵性能加强。

而黏土矿物中，高岭石一般在酸性介质条件下形成，碱性介质和还原环境则不利于高岭石的形成和保存，而伊利石、蒙脱石则适合在碱性环境中形成，因此，受河流影响较大的偏酸性介质条件下，高岭石相对较为富集，随着河流影响减弱，酸性水介质随之减弱，伊利石等含量增加，盖层封盖性逐渐加强，这就将盖层微观结构与矿物组成与宏观沉积环境联系起来，就可以实现以沉积学方法进行盖层评价。改善了传统排替压力评价方式难以获得具有明确地质含义的参数，不利于从宏观上进行盖层预测评价的不足。

而SEM-EDS、ESEM等微观分析技术的快速发展与进步也为泥页岩微观孔隙结构分析及微裂缝、脆性矿物、黏土矿物类型的识别提供了技术支撑。扫描电镜与传统化学分析方法相比，不仅分析准确，样品用量少，损伤小还具有景深大、立体感强、分辨率高的特点。扫描电镜与能谱分析技术的结合，不仅使人们能够对样品的形态分布进行微观分析，同时又能对样品中不同组成成分进行定性及半定量分析，深入研究黏土矿物及其集合体的微观性状特征、矿物相互间的关系及转化，已经在致密储集岩研究中得到广泛应用[13-15]。因此，通过脆性矿物等特殊组分微观分析，结合其与沉积微相的关系，预测有效泥岩盖层发育区域具有可行性。

3 泥岩盖层封盖性的沉积学预测与评价

3.1 泥岩微观孔隙结构与矿物成分分析

使用带能谱仪的扫描电镜对EP-1井等井珠江组泥岩的矿物组成以及孔隙发育进行了镜下微观观察，结合能谱分析，对泥岩碎屑颗粒与黏土矿物的微观形态以及类型进行了观察分析。测试分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。测试结果分析表明，主要发育2种类型的泥岩盖层，其封闭性能差异较大。

3.1.1 富含高岭石与脆性石英颗粒泥岩

取自EP-1井2 420 m珠江组泥岩样品，在扫描电镜下依次放大500倍、2 000倍、8 000倍观察其微观形态以及矿物组合特征。镜下观测泥岩样品含较多碎屑颗粒，能谱显示主要含Si、O元素(图1)，发育脆性裂缝，证实为石英颗粒。黏土矿物以书页状、片状自生高岭石为主，高岭石结晶程度不同，晶间孔较为发育。

这类泥岩以发育高岭石黏土与含石英颗粒为特色。脆性矿物石英含量较高易发生碎裂，形成微裂缝；高岭石易发生溶蚀，镜下可观察大量晶间孔隙，反映泥岩的微孔隙、微裂缝较发育，盖层封盖性较差。而高的粉砂含量与高岭石黏土与河流影响下的弱酸性水介质沉积环境密切相关，体现了分支流河道侧翼的水动力环境特点。

3.1.2 弯曲片状伊利石为主的泥岩

取自EP-3井1 616 m珠江组泥岩样品，在扫描电镜下依次放大500倍、2 000倍、8 000倍观察其微观形态以及矿物组合特征，镜下显示石英等脆性矿物含量很低，黏土矿物呈弯曲片状，局部呈丝状，结晶程度较低，能谱显示高含K元素(图2)，证明黏土矿物类型以伊利石为主。局部含少量的草莓状黄铁矿，泥岩样品的微孔隙不发育，岩性致密，显示其封闭性能较好。

结合恩平凹陷珠江组沉积环境以及黄铁矿等矿物特征分析，上述泥岩为分支流河道间湾沉积，其弱碱性水介质条件有利于弯曲片状伊利石富集。

3.2 泥岩样品矿物成分定量分析

X衍射分析技术的发展使定量分析泥页岩矿物含量成为可能，近年来，在页岩气勘探开发样品分析过程中得到广泛应用[16-18]。据SY/T 5163-2010标准，采用D/max2500pc型X射线衍射仪，对EP-1等井泥岩段样品进行X衍射全岩分析，结果显示，石英、长石等脆性矿物含量较高，这可能是泥岩段岩屑样品受其他层段碎屑物影响所致，也在一定程度上反映出恩平凹陷珠江组富砂的沉积背景。需要说明的是，由于岩心样品缺乏，分析结果均来自岩屑样品，仅具有参考价值，由于珠江组泥岩松散易碎，容易与粉砂质混为一体，也给样品挑选带来困难。

图1 恩平凹陷EP-1井珠江组泥岩中发育的石英颗粒、高岭石SEM图片及石英颗粒能谱Q.脆性石英颗粒；K.书页状高岭石集合体

图2 恩平凹陷EP-3井珠江组泥岩中发育的片状伊利石SEM图片及其对应能谱

图3 恩平凹陷EP-1井珠江组不同泥岩段X衍射矿物相对含量与密度曲线

图3为EP-1井不同深度的6段泥岩，分析测试结果表明扫描电镜微观定性分析与全岩X衍射结果较为吻合。对比分析显示受河流作用影响较大的水道侧翼泥岩，频繁与砂岩互层(图3中第①，②，④，⑥段泥岩)，石英等陆源脆性矿物含量较高。测井显示其密度值相对较低，密度曲线波动较大，这一定程度反映出其孔隙度相对较高，封盖能力相对较差。与之相反，受河流作用影响小的分支流间湾泥岩，具有一定厚度的泥岩层(第③，⑤段泥岩)，黏土矿物含量相对高，石英含量相对较低，密度曲线反映其孔隙度较低，推断其岩性较为致密，封盖能力相对较强。

3.3 盖层封堵性能与含油气性之间的关系

结合脆性矿物、有机质、碳酸盐岩含量、黏土矿物类型与组合特征以及泥岩微孔隙发育情况，对其封盖性进行了预测，将分析结果与取心井含油气性进行对比，显示预测结果与含油气性有着较好的匹配关系：石英等脆性矿物含量较低，黏土矿物以片状伊利石为主的泥岩，微孔隙与微裂缝欠发育，封闭性能较好，这类泥岩往往封盖于油层的顶部；而脆性矿物含量高，且黏土矿物以书页状高岭石为主的泥岩，裂缝与晶间孔较为发育，则其封堵性相对较差，这类泥岩多覆盖于水层上面(图4)，这证实了泥岩微观结构、黏土矿物类型、碎屑颗粒含量分析对盖层封闭性能评价的有效性，显示了上述盖层评价方法有较大的应用前景。

3.4 珠江组测井相与微观盖层评价

层序地层对比发现，珠江口地区在30 Ma(T70)之后进入裂后稳定沉降阶段，断裂活动逐渐停止，珠一坳陷进人填平补齐阶段，以滨浅海背景的平原分流河道沉积为主，砂岩含量非常高，缺乏有效盖层，难以成藏。珠江组沉积早期主要为辫状河供源，物源充足，三角洲向海推进，发育三角洲平原亚相，到18.5 Ma(T50)时，古地形相对平缓，海侵范围增大，三角洲呈现退积样式，三角洲平原亚相逐渐过渡为三角洲前缘亚相，沉积了珠江组海进、海退相互交替的砂泥岩，泥岩含量显著增高[19-21]，是泥岩盖层发育的有利时期。

在富砂物源供给背景下，泥岩盖层的封闭能力与其微相类型密切相关。水下分流河道是陆上分流河道的水下延伸，水体流速较高，有一定的冲刷能力。纵向上呈多个正韵律的叠加或单一旋回正韵律[22-24]。图5a为EP-4井发育的多期河道微相，砂体粒度较粗，且单层厚度大。自然伽马曲线为低幅齿化钟型，钟型或箱型钟型的复合型曲线。河道侧翼发育的泥岩扫描电镜观察表明，酸性水介质条件下脆性矿物含量较高，黏土矿物以高岭石为主，晶间微孔隙较为发育，封盖性能较差。

分支流河道间湾微相主要位于分流河道之间相对凹陷的地区，与海水联通，主要为决口水道和海泛携带来的细粒悬浮物质——泥[22-24]。图5b为EP-3井发育的沉积厚度较大的分流河道间湾微相，泥质含量很高，夹少量粉砂岩和细砂岩，GR测井曲线为高幅的齿化，齿化代表了中间偶有岩性过渡。取心泥岩段样品扫描电镜发现脆性矿物含量较少，黏土矿物主要以片状伊利石为主，微孔隙不发育，岩性致密，盖层封堵性良好。同时在EP-6井深1 600 m以下，录井发现有气测异常和荧光显示；测井解释发现的2层油层主要位于珠江组上段下部，扫描电镜发现微观孔隙不发育，局部发育少量的草莓状黄铁矿，且泥岩段厚度较大，表明井位附近分支流河道间湾沉积微相也较为发育。

图4 恩平凹陷EP-4井泥岩微观分析预测与含油气性匹配关系

图5 恩平凹陷珠江组三角洲前缘沉积微相与测井相关系

河口坝位于水下分流河道的河口处，是水下分流河道砂经潮汐海浪改造后的沉积产物，河口砂坝沉积常具向上变粗层序[22-23]。图5c为EP-2井发育的一段砂岩，GR测井曲线为中到高幅漏斗型、箱型，推测为多期河口坝叠加沉积。

3.5 有效盖层区域综合预测

对研究区内的测井参数进行具体的分析发现，在主要目的层段T40、T50附近发育4层覆盖范围较广的泥岩盖层，分别对应MFS0，MFS1，MFS2，MFS3这4个海泛面，研究对比发现以EP17-3构造为代表的西侧中部盖层整体较差，4套盖层仅MFS2较为有利。

通过对研究区进行多井约束泥质含量反演并结合泥岩相敏感属性合成提取，综合预测恩平凹陷MFS2(上2 ms至下12 ms间)平均泥质含量，结合单井相分析以及取心井微观扫描电镜分析，在古珠江三角洲的大背景下将MFS2海泛时期三角洲前缘亚相进行沉积微相划分，预测潜在盖层发育区域(图6)。认为主力物源主要来自西北方向，与物源供给方向相对应的水下分支流河道骨架相，呈北西—东南向展布；主要的分支流水道砂体分布在EP-5井附近及其东南部，次级砂体位于EP-1井西北部；河道侧翼发育含石英颗粒的泥岩，其中高岭石的晶间微孔隙较发育，对应盖层的封堵性能较差。在分流河道砂体之间EP-3井附近区域为分支流河道间湾泥岩分布区，其中EP-3井发育封闭性能良好的分支流河道间湾泥岩，为重大突破井。恩平凹陷东北部大片区域以发育滨浅海泥岩为主，主要分布在EP12洼一带，距离主力烃源岩区较远[25]。南部EP18-1构造发育滩坝砂体，东南部与西南部主要分流河道河口处发育河口坝、滩坝。

图6 恩平凹陷MFS2时期三角洲前缘亚相主要沉积微相

结合现有勘探成果、沉积微相、泥岩微观结构、黏土矿物类型以及碎屑石英颗粒含量分析，认为研究区西南部，分支流间湾泥岩盖层封闭性能最好，与之互层的分支流水道砂体、滩坝相砂体、河口坝砂体是今后有利勘探目标；西北部分流间湾发育区可作为潜在勘探目标。因此，从盖层封闭性能来看，恩平凹陷西南部，分流河道间湾主要发育区域为今后勘探部署的重点区域。

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(编辑 黄 娟)

Ideas and methods of sedimentologic evaluation on caprocks in Zhujiang Formation, Enping Sag

Wang Wei1,2, Yang Xianghua1,2, Ye Jiaren1,2, Shu Yu3, Wu Jing3

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China; 2.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;3.CNOOCShenzhenBranch,Guangzhou,Guangdong510240,China)

As the main exploration target in the Enping Sag, the Zhujiang Formation is rich in sandstones. The sealing capacity of muddy cap rocks varies obviously. Explorations have indicated that the cap rocks controlled hydrocarbon accumulation. As the mudstones in the Zhujiang Formation are generally loose, the mudstone cores fail to reach the standard of traditional methods of sealing quality analysis. Referring to the ideas of shale gas reservoir evaluation, the development degrees of micro pores and fractures in mudstones were evaluated. The sealing capacity of muddy cap rocks were analyzed and predicted according to the relationship between brittle mineral content, clay mineral type and sedimentary microfacies. The Zhujiang Formation mainly belongs to delta front subfacies after transgression. There are flake illite and framboidal pyrite in the mudstones of interdistributary bay microfacies and the mudstones in the overbank microfacies of submarine distributary channel are rich in kaolinite and quartz particles. The correspondence between mudstone microfacies type and hydrocarbon distribution shows that the sealing capacity of mudstone cap rocks in interdistributary bay microfacies is good, while that in the flank of submarine distributary channel is bad. The well logging density of mudstones which include terrigenous brittle minerals such as quartz is relatively lower, and their density curves fluctuate greatly. The synthetic analysis of seismic, well logging and core data forecasts a favorable sedimentary microfacies and site for good cap rocks.

cap rock evaluation; micro pores and fractures; sedimentary microfacies; Zhujiang Formation; Enping Sag; Pearl River Mouth Basin

1001-6112(2014)02-0249-08

10.11781/sysydz201402249

2013-01-03；

2014-02-11。

王维(1988—)，男，博士，从事储层地质学与层序地层学研究。E-mail: 931624975@qq.com。

杨香华(1964—)，男，教授，从事沉积学、层序地层学及储层预测方向的教学与科研工作。E-mail: xhyang111@vip.sina.com 。

国家重大油气专项课题(2011ZX05023-001-015)、国家重大油气专项课题(2011ZX05023-001-001)和国家自然科学基金项目(40702024)联合资助。

TE122.2+5

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