神狐隆起珠江组一段下钙质层分布特点及主控因素

李 才,尤 丽,朱继田,杨金海,李 辉,郑榕芬

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东 湛江 524057)

神狐隆起珠江组一段下钙质层分布特点及主控因素

李 才,尤 丽,朱继田,杨金海,李 辉,郑榕芬

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东 湛江 524057)

为明确神狐隆起新近系珠江组一段下储集层钙质干层分布规律及控制因素,结合沉积矿物学、岩石学、测井学等,从沉积相带、古环境、钙质层与泥岩成岩演化及油气充注的关系分析钙质层成因及分布控制因素.结果表明:钙质干层具有低伽马、高电阻、高密度、低声波时差特点,不同沉积相带钙质干层厚度、层数、频率不同,三角洲前缘、三角洲前缘与浅海过渡区、浅海相钙质层依次呈现减薄、层数及频率变低;古地貌构造位置越高,地层含砂率越高,形成钙质层厚度越厚;碳、氧同位素w(δ13C)为-3.32‰、w(δ18O)为-4.69‰,形成的古地温约为40℃,为早中成岩阶段的成岩碳酸盐胶结,钙质干层在砂岩中部相对砂泥岩界面受到泥岩成岩演化排出的流体溶蚀较小,含量较高;原油充注只有使储层含油饱和度增加到一定值(40%)以后,才对地层水流动抑制明显,控制晚期碳酸盐矿物的沉淀;本区含油饱和度在0～40%为弱的正相关性,铁白云石与总的碳酸盐胶结物含量随含油饱和度增加略有升高,含油饱和度在40%～80%为负相关性,碳酸盐胶结物含量随含油饱和度增加而降低.

神狐隆起;珠江组一段下;钙质层分布;主控因素

0 引言

目前,中国海上油气勘探已发现的大、中型油气田储集层主要以常规陆源碎屑岩储层为主,而物性条件对控制油气储集空间及采收率具有重要作用.钙质层为钙质胶结致密的砂岩,其存在直接增加储层的非均质性,降低储层有效孔隙及渗透能力.针对钙质层分布及成因机理有很多研究,O'Brien G W等[1]认为钙质层成因与烃类相关的成岩作用带(HRDZs)有关,袁东山等[2]分析油气充注与晚期碳酸盐矿物胶结的关系,陈金定等[3]在分析琼海凸起珠江组钙质层成岩时认为不同沉积体系形成的钙质层发育程度不同,Marco A等[4]、Ezat H等[5]、钟大康等[6]对砂泥岩界面附近及砂岩内部之间引起物性差异的原因进行分析,郑浚茂等[7]在对黄骅拗陷砂岩成岩作用研究过程中也提及砂岩顶底与泥岩接触的界面上存在钙质胶结现象,林煜等[8]也对丰谷构造钙质砂岩进行分析.

针对目前南海西部近海盆地,特别是珠江口盆地西部神狐隆起新近系滨浅海环境下碎屑岩储集层钙质层分布规律及控制因素研究尚少.笔者结合沉积矿物学、岩石学,通过已钻井储层物性分析,根据岩性、测井及地化等资料,综合识别出神狐隆起珠江组一段下钙质层分布特点,并运用碳氧同位素等分析手段,从沉积相带、古环境、钙质层与泥岩成岩演化及油气充注的关系分析钙质层成因及分布主控因素,不仅对本区油气勘探提供理论依据,优选重点勘探区带,同时为后续油气田开发布井及产能认识提供支持.

1 地质背景

珠江口盆地西部整体可划分为海南隆起、珠三拗陷和神狐隆起3部分(见图1).珠三拗陷文昌凹陷为一个良好的富生烃凹陷,在其周缘神狐隆起做为有利的油气运聚方向,发现多个油气田及含油气构造,如文2、文3、文4含油气构造等,油气层主要在珠江组一段下集中分布.古近系以前神狐隆起为古凸起剥蚀区,一直为珠三拗陷提供充足的碎屑物源,直到新近系中新统早期珠江组二段才开始没入水下接受沉积,并且发育珠江组一段下滨浅海沉积地层,为本区一套重要的油气储集层.滨海相北部物源三角洲前缘砂岩、浅海相风暴砂发育(见图2).其中,三角洲前缘亚相砂岩整体表现为下粗上细正韵律特点,以细砂岩为主,个别井发育砂砾岩,物性最好,测井孔隙度大于15%,地面渗透率以大于500×10-3μm2为主,个别的大于1μm2,为特高—高渗特征;三角洲前缘与浅海过渡区砂岩以细砂岩和粉砂岩为主,岩性相对较细,物性略有变差,以高孔、高渗为主,发育中孔、中渗储层;浅海相砂岩储集砂体发育少,仅局部可见风暴砂沉积,岩性最细,以粉砂岩、泥质粉砂岩为主,储层物性偏差,为低—中孔、低—中渗.整体砂岩粒度与储层物性呈负相关性特征,砂岩粒度越细、物性越差.胶结作用局部影响储层物性变化,珠江组一段下储层分布有一定非均质性,存在多个薄夹层.测井解释已钻井除有效储层外砂岩段局部发育较厚干层.本区干层主要发育钙质干层和高泥质杂基干层.后者主要由于岩性偏细,泥质含量增加后,高泥质杂基充填孔隙,造成渗透率降低.这种干层规律清楚,分布受亚相或微相控制,而本区钙质干层的分布特点及主控因素尚未认识清楚.

图1 珠江口盆地西部区域位置Fig.1 The regional locations in the western part of the Pearl River Mouth basin

图2 珠江组一段下沉积相Fig.2 The sedimentary faces of the lower section of the first member of Zhujiang formation

2 钙质层分布特点

2.1 钙质层识别

钙质干层为钙质胶结形成的较致密砂岩[9],本区主要以细砂岩、粉砂岩为主;孔隙除了少部分泥质杂基充填外,主要为碳酸盐矿物胶结;其矿物以铁方解石为主,部分为泥、粉晶白云石,个别为含钙较高的生物碎屑.实验室内结合岩屑滴酸快速反应,可形成很多气泡.

测井响应井眼较好无扩径的层段,钙质夹层与其他砂、泥岩段有明显的区别.自然伽马值比较低;深、中、浅电阻率基本重合且为高异常;声波时差显示高速异常特征明显,与相邻段砂岩比较值较低,基本为80～90μs/ft,而有效储层砂岩声波时差均大于95μs/ft;密度测井表现为高密特征(见图3);成像测井呈亮黄色带状分布.

图3 W2-1井钙质层典型测井特征Fig.3 The logging character of calcareous layer in W2-1 well

2.2 钙质层岩石学特征

综合录井岩性、常规测井、特殊测井资料、地化及各类岩矿等资料识别,神狐隆起已钻井珠江组一段下钙质层纵向分布位置不同,并且不同沉积相带形成钙质层碳酸盐胶结物类型与钙质层厚度也存在差异.本区主要存在2种类型的钙质干层,分别为钙质胶结性干层、生物碎屑性干层.前者主要是碳酸盐胶结物为含铁方解石和白云石,结晶形态呈连晶式胶结陆源碎屑颗粒;后者为生物碎屑发育.横向W4-2井和W2-1井三角洲前缘相钙质干层厚度大于10 m,以连晶的铁方解石(见图4(a、b))胶结为主,部分为泥、粉晶白云石(见图4(c));其次为三角洲前缘与浅海过渡带W5-1井,钙质干层厚度为9.8 m;浅海相的W1-1井钙质干层最薄,表现为生物碎屑特征(见图4(d)),为棘皮,有孔虫,腕足,苔藓虫等.纵向钙质层分布位置显示,主力油组Ⅳ受钙质隔层影响明显,文3、文4井钙质干层厚度大于5 m,主要集中在砂岩中部发育,由W3-1井往文4东北方向厚度略有变薄趋势;文2物性较好的文3、文1井钙质干层不发育,仅在文2井发育泥晶菱铁矿,它是同生阶段还原环境产物,受沉积环境影响明显,反映该井附近水体相对封闭,水体相对较深.

图4 珠江组一段下特征显微照片Fig.4 Microgram on the lower section of the first member of Zhujiang formation

3 主控因素

3.1 钙质层成因

对于碳酸盐矿物胶结形成的钙质层的成岩期不同其成因也不同[10-13].在成岩作用及相应条件下,孔隙水中阳离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+)、阴离子(CO2-3、HCO-3)及SiO2是碳酸盐胶结形成钙质夹层的前提.由于长石、岩屑等不稳定微颗粒发生溶解和交代作用,形成高岭石和蒙脱石等自生黏土矿物,同时释放Ca2+、Mg2+、HCO-3等碳酸盐胶结物而形成所需的离子,并且可能存在一些含Fe2+矿物参与,在复杂的环境下形成胶结物充填孔隙.在不同的成岩期控制钙质层的胶结物有所差别.成岩早期或沉积时期,蒸发作用是无铁钙质层形成的关键因素,在水体能量弱环境下蒸发作用使富含钙的水体在浅层或地表沉淀形成早期的碳酸盐胶结物,呈零星分布,可产生白云石、菱铁矿等矿物;成岩中期铁方解石、铁白云石比较发育,随着成岩过程中酸碱度改变及温度热对流过程沉淀形成钙质层胶结物.

3.2 钙质层分布

3.2.1 沉积相带及古环境

图5 珠江组一段下钙质层分布Fig.5 The calcareous layer distribution of the lower section of the first member of Zhujiang formation

本区主要目的层珠江组一段下钙质层厚度明显受控于沉积相带与古沉积环境[14].根据钙质层出现的厚度、层数及频率,三角洲前缘相钙质层明显偏厚,其中文2、文3珠江组一段下钙质干层厚度均大于10 m,最厚的W3-1井为15.35 m,并且层数及出现的频率都较大;其次为三角洲前缘与浅海接触位置,W5-1井钙质干层厚度为9.76 m;浅海相钙质层厚度明显最薄,W1-1井为8.19 m(见图5),受浅海相沉积环境影响生物碎屑特征,钙质层出现的层数与频率也较低.因此,本区三角洲前缘、三角洲前缘与浅海过渡区、浅海相钙质层依次呈现减薄、层数及频率变低的特点,沉积相控制钙质层分布明显.另外,古地貌对钙质层的分布呈现一定的相关性,珠江组一段下神狐隆起为相对稳定的沉积环境,本区珠江组一段古地貌图显示(见图6),W3-1、W2-1井地层厚度明显偏薄,反应古环境处于构造高部位,钙质干层厚度最厚;W2-3井地层厚度略厚,构造相对较高部位,钙质干层厚度其次;W5-1与W1-1井地层厚度明显变厚,古环境构造位置最低,钙质干层厚度明显偏薄.在珠江组一段下钙质层厚度与本段地层厚度呈明显负相关性,与地层含砂率呈明显正相关性(见图7).因此,古地貌构造位置越高,地层含砂率越高,形成钙质层厚度越厚.这主要是因为孔隙流体在储层物性较好、泥质杂基含量较低的储层中比较活跃,也利于孔隙水渗流,当碳酸钙质量分数达到饱和时,在适当条件下,形成碳酸盐矿物沉淀,进而形成钙质胶结的较致密砂岩夹层.

图6 神狐隆起珠江组一段厚度Fig.6 The thickness of the first member of Zhujiang formation in Shenhu uplift

3.2.2 泥岩成岩演化

分析W4-2井珠江组一段下钙质夹层中碳酸盐胶结物铁方解石的碳、氧同位素(测定采用PDB标准),w(δ13C)为-3.32‰,w(δ18O)为-4.69‰,均介于-5‰～0之间,形成的古地温约为40℃(见表1),说明它是早中成岩阶段的成岩碳酸盐胶结物(见图8).结合地层构造发育史及埋藏史,本区珠江组二段以来均处于持续的稳定热沉降期,碳酸盐胶结物排除构造的影响与泥岩成岩演化排出的成岩流体有关.不同埋深条件下同套不同部位砂岩物性条件差异大,关键是受到碳酸盐胶结物影响明显.浅埋藏条件下(深度小于2 500 m),除巨厚的泥岩夹极薄层砂岩组合外,其他砂泥岩组合类型基本上是砂泥岩界面附近的物性要好于砂层中部的.镜下观察结果表明,从界面附近向砂岩内部,孔隙度逐渐降低,与之相对应的碳酸盐胶结物含量在砂岩中部较高,而砂泥岩界面附近碳酸盐都是成岩早期形成的方解石胶结物,孔隙基本上为溶蚀孔隙.这一现象说明在埋藏较浅的地质条件下,砂泥岩界面附近的溶蚀作用强于砂岩中部的.由于本区珠江组一段上为浅海厚层泥岩发育段,在埋藏成岩作用下,上覆泥岩中含有的同生水,尤其酸性水[15-17]在向珠江组一段下砂岩储层排出的过程中,成岩早期形成的碳酸盐胶结物砂泥岩界面附近受到溶蚀,物性较好,而砂岩中部钙质层较发育.这也是文2、文3、文4主力油组珠江组一段下钙质层多发育在砂岩中部的重要原因,其中W2-1井珠江组一段下中下部比较明显.本区应在同等砂岩厚度情况下寻找珠江组一段上泥岩厚度厚的地方,钙质层含量低,物性条件好,为有利储层发育区.

图7 珠江组一段下钙质层分析Fig.7 The calcareous layer analysis of the lower section of the first member of Zhujiang formation

表1 W4—2井珠江组一段下碳酸盐胶结物碳氧同位素Table 1 The oxygen and carbon stable isotopes for the lower section of the first member of Zhujiang formation carbonate cements in W4—2 well

3.2.3 油气充注

在一定的埋深情况下,含油级别较低的储层相对高富含油储层中碳酸盐胶结物含量要高[18].原油充注导致晚期碳酸盐矿物的沉淀作用受到抑制,一方面石油的充注限制地层水流动;另一方面造成地层水p H值降低,不利于碳酸盐胶结物沉淀,但也不是单纯的线性关系.根据 W4-3、W2-1、W2-3井油层含油饱和度与碳酸盐胶结物含量的关系(见图9(a)),无论是铁白云石胶结物还是总的碳酸盐胶结物,其含量与含油饱和度有一定的相关性.图9拟合曲线显示,本区含油饱和度变化与铁白云石胶结物关系明显,表现为含油饱和度在0～40%为正相关,铁白云石与总的碳酸盐胶结物随含油饱和度增加略有升高;含油饱和度在40%～80%为负相关性,碳酸盐胶结物随含油饱和度增加而降低(见图9(b)).因此,原油充注不是简单地抑制晚期碳酸盐矿物的沉淀,而是含油饱和度增加到40%后,地层水流动受到明显抑制,充注的原油才对晚期碳酸盐胶结产生影响.

图8 碳酸盐胶结物成因分析Fig.8 The cause analysis of carbonate cements

图9 含油饱和度与碳酸盐胶结物的关系Fig.9 The relation of oil saturation and carbonate cements

4 结论

(1)钙质干层具有低伽马、高电阻、高密度、低声波时差特点,成像测井呈亮黄色带状分布.胶结物以铁方解石、白云石为主,局部为生物碎屑.

(2)钙质干层厚度受控于沉积相带和古构造位置,三角洲前缘、三角洲前缘与浅海过渡区、浅海相钙质干层依次减薄、层数及频率变低,古环境构造部位越高,钙质干层厚度越厚.

(3)在浅埋藏条件下,受泥岩成岩演化形成的酸性水对早期钙质胶结物有一定溶蚀.碳、氧同位素w(δ13C)为-3.32‰,w(δ18O)为-4.69‰,形成的古地温约为40℃,为早中成岩阶段的成岩碳酸盐胶结,表现为在砂泥岩界面附近碳酸盐胶结物首先受到上覆泥岩形成的同生水溶蚀,次生孔隙发育,而砂岩中部受溶蚀的概率小,为钙质干层集中分布段.

(4)晚期碳酸盐胶结与原油充注有一定关系,原油充注只有使储层含油饱和度增加到40%后,地层水流动受到明显抑制,控制晚期碳酸盐矿物的沉淀.当含油饱和度在0～40%为弱的正相关性,铁白云石与总的碳酸盐胶结物含量随含油饱和度增加略有升高;当含油饱和度在40%～80%为负相关性,碳酸盐胶结物含量随含油饱和度增加而降低.

[1] O'Brien G W,Lisk M,Duddy I,et al.Plate convergence,foreland development and fault reactivation:Primary controls on brine migration,thermal histories and trap breach in the Timor sea,Australia[J].Marine and Petroleum Geology,1999,16(6):533-560.

[2] 袁东山,张枝焕,刘洪军.油气充注对晚期碳酸盐矿物胶结作用的影响[J].石油天然气学报,2005,27(2):298-300.

Yuan Dongshan,Zhang Zhihuan,Liu Hongjun.Effects of hydrocarbon infilling on late carbonate cements[J].Journal of Oil and Gas Technology,2005,27(2):298-300.

[3] 陈金定,周晓林,钟国楼,等.琼海凸起珠江组砂岩钙质层成岩模式探讨[J].西南石油大学学报:自然科学版,2011,33(4):27-32.

Chen Jinding,Zhou Xiaolin,Zhong Guolou,et al.The diagenetic model for sandstone calcareous layers of zhujiang formation in qionghai bulge[J].Journal of Southwest Petroleum University:Natural Science Edition,2011,33(4):27-32.

[4] Marco A,Moraes S,Surdam R C.Diagenetic heterogeneity and reservoir quality:Flucial,deltaic,and turbiditic sandstone reservoir,Potiguar and Reconcavo rift basin,Brazil[J].AAPG Bulletin,1993,77(7):1142-1158.

[5] Ezat H,William J W.Massive recrystallization of low Mg calcite at high temperatures in hydrocarbon source rocks:Implications for organic acids as factors in diagenesis[J].AAPG Bulletin,2002,86(7):1285-1303.

[6] 钟大康,朱筱敏,张琴.不同埋深条件下砂泥岩互层中砂岩储层物性变化规律[J].地质学报,2004,78(6):863-871.

Zhong Dakang,Zhu xiaomin,Zhang Qin.Variation characteristics of sandstone reservoirs when sandstone and mudstone are interbed-ded at different buried depths[J].Acta Geologica Sinica,2004,78(6):863-871.

[7] 郑浚茂,吴仁龙.黄骅坳陷砂岩储层的成岩作用与孔隙分带性[J].石油与天然气地质,1996,17(4):268-275.

Zheng Junmao,Wu Renlong.Diagenesis and pore zonation of sandstone reservoirs in Huanghua depression[J].Oil&Gas Geology,1996,17(4):268-275.

[8] 林煜,吴胜和,徐樟有,等.川西丰谷构造须家河组四段钙屑砂岩优质储层控制因素[J].天然气地球科学,2012,23(4):691-699.

Lin Yu,Wu Shenghe,Xu Zhangyou,et al.Controlling factors for T3x4calcarenaceous sandstone in Fenggu structure,western Sichuan basin[J].Natural Gas Geoscience,2012,23(4):691-699.

[9] 林承焰,侯连华,董春梅,等.辽河西部凹陷沙三段浊积岩储层中钙质夹层研究[J].沉积学报,1996,14(3):72-81.

Lin Chengyan,Hou Lianhua,Dong Chunmei,et al.Study on calcareous interbeds in turbidite reservoir of Sha 3 member of the Liaohe western depression[J].Acta Sedimentologica Sinica,1996,14(3):72-81.

[10] 田洋,卢宗盛,权英哲,等.辽河盆地大民屯凹陷沈95区块砂岩储层中钙质夹层研究[J].岩石矿物学杂志,2009,28(2):152-160.

Tian Yang,Lu Zongsheng,Quan Yingzhe,et al.Calcareous interbeds in the sandstone reservoir of Shen-95 block with in Damintun sag,Liaohe basin[J].Acta Petrologica Et Mineralogica,2009 28(2):152-160.

[11] 张琴,朱筱敏,钟大康,等.山东东营凹陷古近系碎屑岩储层特征及控制囚素[J].古地理学报,2004,6(4):493-502.

Zhang Qin,Zhu Xiaomin,Zhong Dakang,et al.Clastic reservoir properties and their controlling factors of the paleogene in Dongying sag,Shandong province[J].Journal of Palaeogeography,2004,6(4):493-502.

[12] 王招明,王清华,孙丽霞,等.东河砂岩钙结成岩作用的主要特征[J].地质科学,2004,39(4):517-522.

Wang Zhaoming,Wang Qinghua,Sun Lixia,et al.Main features of calcic-diagensis in the Donghe sandstone[J].Chinese Journal of Geology,2004,39(4):517-522.

[13] 刘娅铭,姜在兴,朱井泉,等.东河砂岩中碳酸盐胶结物特征及对储层的影响[J].大庆石油地质与开发,2006,25(3):13-16.

Liu Yaming,Jiang Zaixing,Zhu Jingquan,et al.Characteristics of carbonate cement in donghe sandstone and its effect on reservoir[J].Petroleum Geology&Oilfield Development in Daqing,2006,25(3):13-16.

[15] 向淑敏,李建平,王根照,等.青东凹陷古近系沙三段中亚段构造—古地貌对沉积的控制[J].大庆石油学院学报,2010,34(1):1-4.

Xiang Shumin,Li Jianping,Wang Genzhao,et al.Tectonic-paleogeomorphic controlled on deposition of paleogene Es3m in Qingdong sag[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2010,34(1):1-4.

[15] 赵杏媛,张有瑜.黏土矿物与黏土矿物分析[M].北京:海洋出版社,1990:291-341.

Zhao Xingyuan,Zhang Youyu.Clay mineral and clay mineral analysis[M].Beijing:Ocean Press,1990:291-341.

[16] 王行信,周书欣.砂岩储层黏土矿物与油层保护[M].北京:石油工业出版社,1992:1-17.

Wang Xingxin,Zhou Shuxin.Oil reservoir protection and clay mineral in sandstone reservoirs[M].Beijing:Petroleum Industry Press,1992:1-17.

[17] Surdam R C,Jiao Z S,MacGowan D B.Redox reaction involving hydrocarbons and mineral oxidants:A mechanism for significant porosity enhancement in sandstones[J].AAPG Bulletin,1993,77(9):1509-1518.

[18] 蔡进功,张枝焕,朱筱敏,等.东营凹陷烃类充注与储集层化学成岩作用[J].石油勘探与开发,2003,30(3):79-83.

Cai Jingong,Zhang Zhihuan,Zhu Xiaomin,et al.Hydrocarbon filling and chemical diagenesis evolution of the clastic reservoir of the paleogene in Dongying sag[J].Petroleum Exploration and Development,2003,30(3):79-83.

TE122

A

2095- 4107(2014)01- 0037- 09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.007

2013- 12- 03;编辑:关开澄

国家科技重大专项(2011ZX05023-001-007)

李 才(1981-),男,硕士,工程师,主要从事油气田勘探方面的研究.