桂中坳陷泥盆系储层特征及控制因素分析

桂中坳陷泥盆系储层特征及控制因素分析

王剑

(中国石油新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000)

摘要：桂中坳陷泥盆系具独特的“台—盆—丘—槽”沉积体系，沉积储层复杂，目前泥盆系储层研究相对较少。针对此问题，以露头剖面观测资料、室内岩矿鉴定、扫描电镜等分析资料为基础，研究了桂中坳陷泥盆系储层发育特征及其控制因素。研究表明桂中坳陷泥盆系储层岩石类型主要有石英砂岩、礁灰岩、生屑灰岩和白云岩。主要的储集空间类型为原生剩余粒间孔、生物格架孔，以及次生溶孔和白云石晶间孔。研究区下泥盆统石英砂岩的物性相对较好，为裂缝—孔隙型储层；中、上泥盆统碳酸盐岩储层物性总体较差，为低孔低渗型储层，受白云化作用影响可形成物性较好储层。影响储层发育的主要因素为沉积相带及后期的成岩作用，包括白云化作用和溶蚀作用。桂中坳陷北部及东北部的斜坡带为有利储层发育区。

关键词：桂中坳陷；泥盆系；孔隙类型；储层物性；控制因素

中图分类号：TE122

基金项目：中国石油化工股份有限公司项目(N0801058)资助。

作者简介：第一王剑(1984年生)，男，硕士，工程师，2011年毕业于中国石油大学(华东)，现从事沉积方面科研工作。邮箱：wangjian_2605@126.com。

Reservoir Characteristics and Controlling Factors of Devonian in Guizhong Depression

Wang Jian

(ExperimentalTestingInstituteofPetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Karamay,Xinjiang834000,China)

Abstract:Devonian of Guizhong Depression has the unique “platform-basin-hill-slot” sedimentary system and the reservoir is complex which was less studied so far. To solve this problem, the characteristics of Devonian reservoirs in the region were studied on the basis of outcrop observations, rock and mineral identification, scanning electron microscopy and other data. Results showed that Devonian reservoir in Guizhong Depression mainly contained quartz sandstone, reef limestone, bioclastic limestone and dolomite. The reservoir space mainly contained the remaining pores between grains, biological pores within the framework, dissolution pores and pores between dolomite crystals. The quartz sandstone of lower Devonian had good physical property, which could be called crack-porosity reservoir. Carbonate reservoir in mid-upper Devonian had poor physical property and was low-porosity and low-permeability one, which could be improved by dolomitization. Major factors affecting reservoir development were sedimentary facies and diagenesis at late stage, including dolomitization and dissolution. The slope belt in northern and northeastern Guizhong Depression was favorable for reservoir.

Key words: Guizhong Depression; Devonian; pore type; reservoir property; controlling factor

桂中坳陷历经50多年的油气勘探，勘探程度逐渐增高，目前虽尚未发现工业油气藏，但油气显示丰富，普查及钻井发现油气显示达46处之多。同时在坳陷周边发现早—中泥盆世的南丹大厂龙头山生物礁和上林六卡等多处古油藏。这些都表明桂中坳陷泥盆系具有较大的油气勘探前景。前人对该区泥盆系的研究主要集中在层序、构造及沉积体系上，对储层方面的研究相对较少[1-3]。泥盆系厚度达数千米，发育3套大的生储盖组合。本文通过野外宏观特征研究，结合室内样品分析，综合研究了桂中坳陷泥盆系储层的岩石学特征、储集空间类型、物性特征、宏观分布特征及储层发育的影响因素，为进一步勘探提供有力依据。

1 区域地质背景

桂中坳陷是晚古生代形成的海相盆地。北邻雪峰基地拆离隆起和黔南坳陷，西南侧以南丹—都安断裂带为界与南盘江坳陷相接，东侧向大瑶山隆起过渡，总面积为4.6×104km2。根据地表构造特征、沉积岩相、地层出露情况及各区构造形态特征，桂中坳陷由北向南划分为环江—罗城—屯秋斜坡、南丹—宜山—鹿寨凹陷、马山—忻城凸起、上林—来宾凹陷4个二级构造单元(图1)。

图1　桂中坳陷构造单元划分示意图 Fig. 1　Sketch map showing tectonic unit division in Guizhong Depression

桂中坳陷泥盆系下部与寒武系边溪组(∈b)呈区域不整合接触，上部与石炭系岩关阶组(C1y)整合接触，为碳酸盐岩孤立台地与台盆相间的古地理格局[4]。下泥盆统(D1)以潮坪—滨岸相碎屑沉积为主；中—上泥盆统(D2-3)主要为台地、台棚相的碳酸盐岩沉积。岩性主要为粗至细粒碎屑岩与石灰岩相间的沉积组合(图2)。本文对广西上林、南丹、罗城及阳朔等地约40处野外观测点进行观测，并选取多块样品进行实验分析，以期理清该区储层发育特征。

图2　桂中坳陷泥盆系地层柱状图 Fig.2　Formation histogram of Devonian in Guizhong Depression

2 储层特征

2.1 岩石学特征

桂中坳陷泥盆系储层岩石类型主要分两大类：砂岩类储层和碳酸盐岩类储层。砂岩类储层主要是中—细粒的石英砂岩；碳酸盐岩类储层主要有(含)生屑灰岩、礁(丘)灰岩、云质灰岩(白云岩)。

2.1.1 陆源碎屑岩

主要形成于下泥盆统(D1)莲花山组(D1l)、那高岭组(D1n)、郁江组(D1y)的潮坪—滨岸环境。岩性主要为中—细粒石英砂岩(图3a)。碎屑成分主要为石英、岩屑、长石及少量的云母。其中石英含量较高，达75%～95%，岩屑含量为5%～20%，长石含量为2%～5%。成分成熟度及结构成熟度均较高，反映了潮坪—滨岸相石英砂岩受水流反复淘洗的特点。

2.1.2 云质灰岩及白云岩

主要分布于中—上泥盆统(D2-3)，发育于局限台地浅海相区[5]。多为粉—细晶灰质白云岩(图3b)，属准同生或成岩早期白云化的产物。白云化作用之后，因不同程度的重结晶作用而使晶粒加大。

图3　研究区野外岩石照片 Fig.3　Field rock of the study area a—灰白色石英砂岩(D 1，广西上林)；b—灰色灰质白云岩 (D 3，湖南邵阳)；c—灰色生屑灰岩(D 2，广西南丹)； d—灰色礁灰岩(D 3，广西南丹)

2.1.3 生屑灰岩

多为由原地和短距离搬运混杂堆积而成(图3c)。矿物成分主要为方解石。颗粒主要为生屑，含少量球粒。生屑主要为介形虫、藻团块、海绵及少量瓣腮类。生物壳体常被亮晶方解石交代，颗粒之间主要为泥晶充填，其主要形成于台地边缘生屑滩。

2.1.4 礁(丘)灰岩

矿物成分主要为方解石，部分发生白云化。结构组分主要由珊瑚、层孔虫和内碎屑组成(图3d)。内碎屑为泥晶质，粒径为2～3mm。颗粒之间充填亮晶方解石。主要在台地边缘及孤立台地(丘台)相分布[5、6]。

2.2 储集空间类型

样品岩石薄片、铸体薄片及扫描电镜观察分析发现，桂中坳陷泥盆系储层储集空间类型主要分为原生孔隙和次生孔隙两大类。

(1)原生孔隙包括剩余粒间孔、生物格架孔(体腔孔)。

图4　储层孔隙微观照片 Fig.4　Micro-pore reservoir types a—剩余粒间孔(SEM，中粒石英砂岩，广西上林)；b—石英次生 加大(正交光×10，细粒石英砂岩，湖南邵阳)；c—生屑颗粒间 充填亮晶方解石(单偏光×5，生屑灰岩，紫云县)；d—长石 粒内溶孔(单偏光×5，砂岩，广西上林)；e—长石溶蚀残余 格架(SEM，中粒石英砂岩，广西上林)；f—白云石晶间孔 (单偏光×5，灰质白云岩，广西上林)；g—压溶缝，沥青 充填(单偏光×5，珊瑚礁灰岩，广西隆林)；h—裂缝， 沥青充填(单偏光×5，石英粉砂岩，广西罗富)

剩余粒间孔的特点是外形比较规则，孔隙周围的颗粒边缘比较平直，没有发生溶蚀；显微镜下孔隙形状一般呈三角形，孔隙内一般充填泥质或有机质(图4a)，主要发育在下泥盆统滨海相石英砂岩中(图4b)。生物格架孔(体腔孔)为礁灰岩中原生的骨架孔、体腔孔和滩灰岩的生物体腔孔[7]，其特点是孔隙较大，但绝大部分被泥晶和亮晶方解石充填(图4c)。

(2)次生孔隙包括溶孔、白云石晶间孔。

溶孔可分为砂岩粒间溶孔、粒内溶孔和礁灰岩—滩灰岩生物体腔内的溶孔。砂岩粒间溶孔由矿物颗粒之间的钙质胶结物等易溶物质被溶蚀所形成，矿物颗粒边缘呈港湾状，孔隙内还常见被溶蚀的残余物质。粒内溶孔主要是砂岩中长石等易溶物质被选择性溶蚀所形成，常呈“格子”状(图4d、图4e)，有时形成具有晶形的铸模孔和超大溶孔。

白云石晶间孔是白云化作用产生的晶间孔隙，主要发育在中—上泥盆统局限台地相重结晶的白云岩中(图4f)。

除了以上两大类之外，中—上泥盆统礁灰岩中还发育压溶缝和裂缝，但大多被方解石和沥青充填(图4g、图4h)。

2.3 储层物性特征及孔隙结构

2.3.1 物性特征

在南丹大厂和罗富、上林明亮及隆林等地共选取了60多块有代表性的样品进行物性分析。其中碎屑岩类储层孔隙度均值达到8.12%，渗透率均值达到0.11mD，物性相对较好；碳酸盐岩类储层孔隙度均值为1.01%，渗透率均值为0.07mD，根据SY/T 5336—2006综合评价认为其为低孔低渗型储层(图5)。

2.3.2 孔隙结构特征

显微镜下研究结果表明，石英砂岩压实作用明显，硅质胶结紧密，孔缝连通性差。排驱压力平均为11.98MPa，中值压力为37.53MPa，中值喉道半径为0.02μm。根据SY/T 5346—2005综合评价认为，下泥盆统砂岩孔隙细小，连通性较差，为中等偏差的孔隙—裂缝型储层。该类储层如果裂缝发育，具备较好的储集性能。

礁灰岩和生屑灰岩排驱压力一般大于5MPa，中值喉道半径小于0.03μm；而白云岩的孔隙结构要好于生屑灰岩，排驱压力绝大多数小于1.28MPa，饱和度中值压力半数小于8MPa，最大进汞饱和度为70%～80%，显示出相对于礁灰岩和生屑灰岩较好的孔隙结构特征。

3 影响因素分析

储层物性的主控因素是沉积作用和成岩后生作用。其次是构造作用，主要体现在有利于裂缝的形成[8]。

3.1 沉积作用

沉积环境控制岩性，而岩性对物性影响很大。早泥盆世海侵期的滨海及浅海陆棚相砂岩等可作为有效储层。

中—晚泥盆世，研究区的碳酸盐岩沉积受控于独特的“台—盆—丘—槽”沉积体系，主要为浅水台地与台间深水盆地相间的沉积格局(图6)，不同相带的沉积物类型各不相同，如台地边缘的礁灰岩、滩灰岩，局限台地潮坪环境的白云岩，不同岩性物性区别很大(图7)。其原因主要为不同粒径、Ca/Mg值及厚度的岩石受溶蚀改造速率不一样[9，10]。结晶较好的微晶灰岩、粗晶灰岩比泥晶灰岩、礁灰岩及滩灰岩物性更好。而结晶好的石灰岩主要分布台地内部，礁灰岩及滩灰岩主要分布在台地边缘的高能环境带，泥晶灰岩则主要分布于台棚及台盆等低能环境水体区。可见沉积相带是影响储层的非常重要的因素。

图6　桂中坳陷中晚泥盆世岩相古地理图 Fig.6　Lithofacies palaeogeography of late Devonian in Guizhong Depression

3.2 成岩后生作用

成岩作用分析可知，研究区砂岩储层压实作用强，石英普遍次生加大，而溶蚀作用、破裂作用在一定程度上改善了储层的物性。

图7　桂中坳陷碳酸盐岩储层岩性物性对比图 Fig.7　Histogram of comparison between lithology and physical property of carbonate reservoir in Guizhong Depression

碳酸盐岩储层建设性的成岩作用主要是白云化作用和溶蚀作用。白云化作用可以形成白云石晶间孔，极大改善储层的物性。白云化作用及溶蚀作用使桂中坳陷北部斜坡带D2-3碳酸盐岩储层白云石晶间孔、生物体腔孔和各类次生孔隙较为发育。从图7可以看出，白云岩物性明显好于石灰岩。面孔率为2%～3%，孔隙度多在5%左右，孔隙中多有不同程度沥青充填，据沥青所占面孔率估算油气聚集期孔隙度多在5%～15%之间，局部孔隙度可大于15%，表明地质演化史中曾有过良好油气运移和聚集。

4 储层分布特征

野外剖面观察实测结合样品测试综合分析认为，研究区碎屑岩储层主要分布在北部斜坡环江—罗城一线的台地边缘前滨—近滨相带，以及象州县附近的台盆边缘处，沉积厚度能达到600～1000m(图8a)，主要见于下泥盆统莲花山组(D1l)、那高岭组(D1n)、郁江组(D1y)。碳酸盐岩储层平面上全区普遍分布，厚度一般为100～300m，局部能达到600m(图8b)，主要见于中—上泥盆统的东岗岭组(D2d)及五指山组(D3w)。桂中坳陷北部及东北部斜坡带的D2-3碳酸盐岩储层白云化及溶蚀作用较强，储层白云石晶间孔、生物体腔孔和各类次生孔隙较为发育，为良好储层。

图8　桂中坳陷有利储层分布图 Fig.8　Distribution of favorable reservoir in Guizhong Depression

5 结束语

(1)桂中坳陷储层岩石类型主要有石英砂岩、礁灰岩、生屑灰岩和云质灰岩(白云岩)。

(2)储层孔隙类型主要分为原生剩余粒间孔、生物格架孔(体腔孔)和次生的溶孔、白云石晶间孔。

(3)研究区下泥盆统砂岩物性相对较好，孔隙度均值为8.12%，渗透率均值为0.11mD，为中等—差的孔隙—裂缝型储层；碳酸盐岩储层物性相对较差，孔隙度均值为1.01%，渗透率均值为0.07mD，为低孔低渗型储层，白云化作用可形成储集性能较好的储层。

(4)储层发育主要受沉积相带和成岩作用控制，受白云化作用影响，桂中坳陷北部及东北部斜坡带为有利储层发育区。

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