沙垒田凸起南缘沙河街组储层成因及控制因素

陈昊卫，朱筱敏，吕 雪，丁 楠

(1.中国石油大学，北京 102249；2.中国石油集团东南亚管道有限公司，北京 102249；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)



沙垒田凸起南缘沙河街组储层成因及控制因素

陈昊卫1，朱筱敏1，吕 雪2，丁 楠3

(1.中国石油大学，北京 102249；2.中国石油集团东南亚管道有限公司，北京 102249；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

针对渤海湾盆地西部沙垒田凸起储层形成机理及分布因素研究不足的问题，通过对凸起带南缘和西南缘储层的分析测试及对比，讨论了凸起带周缘不同的构造、沉积特征对不同成因机理储层的控制作用。认为沙南凹陷储层主要储集空间类型为原生粒间孔以及次生溶孔，溶解发育带在2 500 m附近，Ro介于0.4～0.6，高岭石含量可达80%以上；歧口凹陷储层主要储集空间类型为原生粒间孔，形成机理为超压封存保留，高岭石含量较低，在30%以下，伊蒙混层含量可达60%。在深凹陷沉积、湖泊改造沉积和重力流沉积中，容易形成超压封存原生孔隙储层；浅凹陷和河流、冲积扇、三角洲沉积中的高能微相，容易形成原生粒间孔、次生溶孔储层。不同条件控制下的储层成因的研究，为进一步的油气勘探和开发提供了一定的参考。

储层成因机理；次生孔隙；超压；沙河街组；沙垒田凸起

0 引 言

沙垒田凸起位于渤海海域西部，围区有渤中、南堡、歧口和沙南4个生烃凹陷。凸起主体为早第三系隆起，基底主要由中生界火山岩和太古界、元古界的片麻岩组成[1-2]。凸起南缘及西南缘的沙南凹陷和歧口凹陷彼此相连。沙南凹陷深度较浅，是位于南北两大物源供给带之间的一个狭长的次级凹陷；歧口凹陷是渤海湾盆地西部的一个重要的生烃凹陷，埋藏较深且面积较大。位于渤海湾盆地西部的沙垒田凸起周缘经过长期勘探和开发，迄今为止已发现曹妃甸1-6、曹妃甸2-1、曹妃甸11-1等多个油田。学者们对凸起构造演化、沉积层序对油气的控制进行了分析和探讨[1-5]，但对凸起周缘的沙河街组砂岩储层成因及控制因素缺乏深入研究[6]。因此，增强储层成因机理和控制因素的研究是进一步提高勘探效率的方法。通过对岩心样品薄片的观察，黏土矿物、物性分析以及Ro分析的结果，对比了沙垒田凸起南缘及西南缘不同类型储层的成因机理和控制因素，为沙垒田凸起周缘不同成因机理的砂岩储层勘探和开发提供了一定的参考。

1 储层特征

1.1 岩性特征

渤海湾盆地是中国东部的大型盆地，盆地形成于中生代及新生代，是在华北克拉通上产生的裂谷盆地。渤海湾盆地新生界发育古近系孔店组、沙河街组、东营组等多套沉积盖层，其中，沙河街组沉积期盆地裂谷作用最强[7-9]，沉积了巨厚的砂岩及泥岩沉积体。

沙垒田凸起南缘及西南缘的沙河街组砂岩储层岩石成分差异不大。填隙物主要为泥质杂基、黏土胶结物和碳酸盐岩胶结物，岩屑种类主要为火山岩岩屑和沉积岩岩屑。南缘储层岩石粒度相对较粗(图1a)，填隙物分布变化较大；西南缘储层岩石粒度较细(图1b)，填隙物成分主要为混杂的黏土杂基和碳酸盐岩胶结物。

1.2 成岩作用特征

沙垒田凸起南缘储层压实作用较弱，岩石颗粒以点接触为主(图1a)；西南缘储层受强压实作用的影响，可见颗粒弱定向排列(图1b)。储层胶结物的主要类型是黏土矿物和碳酸盐矿物。黏土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石以及伊蒙混层；碳酸盐岩胶结物主要有方解石、铁方解石、白云石和铁白云石胶结物(图1c、d)。

图1 沙垒田凸起南缘沙河街组储层微观特征

1.3 物性特征

沙垒田凸起南缘储层以粒间原生孔以及粒间溶孔为主要储集空间(图1e、f)，孔隙度随着埋深的增加有减小的趋势，但在2500m附近明显增加；渗透率始终保持随深度增加而减少的趋势，变化幅度较小。西南缘储层的储集空间特征则较为复杂，有较强的非均质性，面孔率变化范围为1.63%～ 20.13%，平均为11.50%，在同一薄片的尺度内均有明显的孔隙发育带和致密带的区别(图1e、f)。

2 储层成因机理及控制因素

2.1 储集空间形成机理

通过上述岩性、成岩作用以及物性的对比分析可以发现，沙垒田凸起南缘以及西南缘沙河街组存在2种截然不同的储层类型。一类是以南缘沙南凹陷中各井为代表的储层，另一类是以西南缘歧口凹陷中各井为代表的储层，2种储层的储集空间形成机理各不相同。

沙垒田凸起南缘储层储集空间主要类型为原生粒间孔和粒间溶孔。在剖面中储层孔隙度的突然增加说明储层在埋藏过程中除了原生孔隙的保留，溶蚀作用也是储集空间形成的重要机理。通过统计凸起周缘井的Ro与深度变化关系可以发现，2 500 m附近大部分样品的Ro值都已经接近0.5的生油门限。干酪根即将进入生油期之前会排出大量的有机酸，进入地层中的有机酸会改变地层水的性质，并使岩石骨架和胶结物被溶解产生次生孔隙[10-11]。

粗粒砂岩储层的另一特征表现为在孔隙度增加的深度段，黏土矿物中高岭石的含量也有明显增加。前人的研究表明，高岭石一般随深度的增加而减少，但在酸性条件下，其他类型的黏土矿物可能转变为高岭石[12]，因此，高岭石含量的增加也证明了酸性流体的存在，为次生孔隙的形成机理提供了证据。

沙垒田凸起西南缘储层埋深较大，受到了较强压实作用的影响，原生孔隙保存量低。西南缘储层薄片中没有发现明显的溶蚀作用痕迹，黏土矿物中的高岭石含量随深度也未出现异常(图2)，而且西南缘储层埋藏深度对应的Ro值大多已经超过0.5。因此，有机酸溶解形成的次生孔隙并不是西南缘储层的主要成因机理。

西南缘储层面孔率数据体现强非均质性，致密带孔隙度极低，而孔隙发育带颗粒呈漂浮接触状态(图1)，这说明西南缘储层在较大深度下依然保存了部分原生粒间孔。凸起西南缘各井的伊利石含量随深度的增加变化并不明显；伊蒙混层含量随深度增加先有所增加，然后保持平稳；一般认为，随着埋藏深度的增加，储层中的黏土矿物会由蒙脱石、伊蒙混层向伊利石转化[12]，但超压背景下，黏土矿物的转化会受到抑制，同时超压带地层水中的离子状态会一定程度上抑制胶结物的产生[12]。歧口凹陷各井的黏土矿物分析数据体现出了停滞特征(图2)，这表明西南缘储层的部分区域储层受到了超压作用的影响。超压是由于快速埋藏导致的地层水未能及时排出所引起，未排出的地层水分担了地层压力，在局部抑制了压实作用，形成了孔隙保留带。同时，超压也可能对流体起到一定的封存作用，导致成岩自生矿物演化的停止或滞后。

图2 沙垒田凸起西南缘沙河街组声波时差与高岭石、伊蒙混层含量纵向关系

渤海湾盆地东营凹陷、歧口凹陷等深凹陷中均有超压流体封存箱的出现[13-14]，超压封存的机理不仅对深部成藏有利，而且有利于储层孔隙的保存。西南缘各井的流体动力学系统纵向特征体现出明显异常，深部各井的声波时差异常增大，这体现了超压对储层孔隙度保存的贡献(图2)。

2.2 控制因素

2.2.1 构造对储层形成的控制作用

渤海湾盆地断裂体系以走向连续分布的NNE—NE向和断续分布的NWW—EW向为主，这2个方向的断层形成了共轭剪切关系。盆地中不同时期发育的断裂体系构成2个协调而统一的构造系统：伸展构造系统和走滑构造系统[8-9]。

沙南凹陷位于凸起南部，由于夹在南北2个凸起之间，长轴方向垂直于走滑断裂的走向。因此，凸起内走滑断裂形成的断层坡折十分发育，而裂谷作用的影响相对较弱，凹陷整体深度较浅，凹陷两边供源和断裂体系控制了沉积物类型，主要沉积物为河流三角洲、扇三角洲沉积，断层坡折处出现少量的滑塌重力流沉积物，整体沉积粒度较粗，水动力强，砂多泥少分选较好，有利于原生孔隙的产生，同时由于凹陷受裂谷作用影响较弱，因此，水深变化幅度较小，储层埋深相对较浅，旋回性较好，这有利于原生孔隙的保存和地层流体的疏导。歧口凹陷是一个大型深凹陷，受到了较强的裂谷作用的影响。除了发育三角洲沉积物，陡坡带还大量发育了滑塌沉积、湖底扇沉积以及湖水改造的湖滨滩坝沉积，因此歧口凹陷内储层岩性变化幅度更大，岩性粒度分选差，整体相对偏细，不利于原生孔隙的保存。同时由于凹陷在裂谷作用影响下，水体较深而且变化幅度大，储层岩性埋藏深度大而且旋回性较差，不利于原生孔隙的保存和地层流体的疏导，但频繁变化的岩性使储层中容易出现异常压力带。

2.2.2 沉积对储层形成的控制作用

沙垒田凸起南缘以及西南缘主要发育了冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊滩坝、湖底扇等沉积类型。冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲中的河道沉积物有较高的原始孔隙度和相对较高的刚性颗粒含量，有利于发育和保存良好的原生粒间孔隙；河道间沉积原始孔隙度较低，往往还发育碳酸盐岩胶结物。泥岩中有机质成熟时排出的有机酸可改善储层，对岩石中碳酸盐岩胶结物和骨架颗粒的溶解在深部改善了储层物性。湖泊沉积和重力流沉积，虽然原始孔隙性以及抗压性均不如牵引流沉积，但这些类型的沉积物种粒度不均匀、旋回性差，岩性的频繁变化使储层中容易出现超压保存的孔隙发育带。原始孔隙度较高的高能沉积微相容易在良好的保存条件下形成原始粒间孔为主要储集空间的储层，而水动力中等的微相原始孔隙度较低，但可能因为酸性流体的溶蚀作用产生次生孔隙发育带。低能微相、重力流以及湖泊改造的微相中，原始孔隙的发育和保存状况很差，但是异常压力会形成致密层中的高孔渗带，形成相对优质储层。

3 结 论

(1) 沙垒田凸起南缘和西南缘的沙河街组储层岩石成分类似，南缘储层的主要储集空间为原生粒间孔，以及少量的溶蚀孔隙；西南缘储层的储集空间主要为超压作用保存的原生孔隙。

(2) 裂谷作用强烈的岐口深凹陷、湖泊改造沉积和重力流沉积中，容易形成超压封存保留的原生孔隙储层；裂谷作用影响较弱的沙南浅凹陷、河流、冲积扇、三角洲沉积中的高能微相，容易形成和保留原生粒间孔，同时有机质排酸形成的酸性流体会对储层进行溶蚀形成次生孔隙。

(3) 沙垒田凸起周缘沙河街组储层形成机理和控制因素的分析表明，同时期的沉积物在不同构造背景和沉积条件的控制下，可能出现截然不同储集空间发育机制，对不同类型的储层应该采取灵活的勘探思路才能获得最好的效果。

[1] 彭文绪，张志强，姜李群，等.渤海西部沙垒田凸起区走滑断层演化及其对油气的控制作用[J].石油学报，2012，33(2)： 204-212.

[2] 石文龙，张志强，彭文绪，等.渤海西部沙垒田凸起东段构造演化特征与油气成藏[J].石油与天然气地质，2012，34(2)： 242-247.

[3] 祝彦贺，刘丽芳，吴克强，等.渤海湾盆地沙南凹陷曹妃甸14-5区沙河街组砂体成因分析[J].海洋石油，2012，30(4)： 7-14.

[4] 徐春强，郭涛，郑静贵，等.基于多尺度资料的体系域划分及其意义——以渤海海域沙垒田凸起东南部东二段为例[J].海洋地质前沿，2014，30(5)： 7-14.

[5] 石文龙，李慧勇，等.沙南凹陷西洼成藏主控因素既有利勘探区带[J].断块油气藏，2015，22(2)：137-141.

[6] 郭长敏，施振生，等.歧口凹陷沙一段砂岩成岩作用及孔隙演化[J].岩性油气藏，2009，21(1)： 34-39.

[7] 李三忠，索艳慧，戴黎明，等.渤海湾盆地形成于华北克拉通破坏[J].地学前缘，2010，17(4)： 64-89.

[8] 黄雷，周心怀，王应斌，等.渤海西部海域新生代构造与演化及对油气聚集的控制[J].地质科学，2013，48(1)： 275-290.

[9] 汤良杰，万桂梅，周心怀，等.渤海湾盆地新生代构造演化特征[J].高校地质学报，2008，14(2)： 191-198.

[10] Schmidt V，McDonald D A. Role of secondary porosity in sandstone diagenesis[J]. AAPG BULLETIN，1977，(8)：1390-1391.

[11] 王长城，赵家琳.河包场须家河组二段致密砂岩有效储层预测[J].特种油气藏，2014，21(2)：21-23.

[12] 孟元林，肖丽华，王建国.粘土矿物转化的化学动力学模型及其应用[J].沉积学报， 1996， 14(2)： 110-116.

[13] 郝芳， 李思田，孙永传.莺歌海—琼东南盆地的有机质成熟作用及油气生成模式[J].中国科学(D辑)，1996，26(6)：555-560 .

[14] 吕明久，马义忠，曾兴，等.泌阳凹陷深凹区岩性发育规律[J].特种油气藏，2010，17(5)：26-30.

编辑 朱雅楠

20150621；改回日期：20151008

国家科技重大专项“岩性地层油气藏沉积体系、储层形成机理与分布研究”(2011ZX05001-002)

陈昊卫(1991-)，女，2012年毕业于中国石油大学(北京)地质工程专业，现为该校地质工程专业在读硕士研究生，主要从事沉积储层研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.013

TE122.1

A

1006-6535(2015)06-0061-04