珠江口盆地东部地区不同地温梯度下储层特征响应关系*

张 丽 陈淑慧

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518000; 2.中海石油深海开发有限公司 广东深圳 518000)

珠江口盆地东部地区不同地温梯度下储层特征响应关系*

张 丽1,2陈淑慧1，2

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518000; 2.中海石油深海开发有限公司 广东深圳 518000)

珠江口盆地东部地区从北往南，地温梯度整体升高，不同地温梯度范围的储层物性随埋深变化趋势不同，低孔低渗深度下限差异明显。在大量铸体薄片和岩心分析的基础上，结合扫描电镜、X-衍射、压汞测试等资料，开展该地区不同地温梯度下的储层特征响应研究，结果表明：①高地温梯度下压实强度高、速率快、压实减孔效应明显。②高地温梯度下成岩演化快，成岩作用复杂，铁白云石等晚期胶结物类型多，浅埋藏条件下长石等易溶颗粒已不完全溶解并伴随高岭石的沉淀，高岭石伊利石化深度浅。③高地温梯度导致的成岩演化的加速最终使砂岩储层的孔隙结构多为小孔细喉型。④不同地温梯度地区低孔低渗的埋深界线不同，低地温梯度区为4 600 m，中低地温梯度区为3 500～4 000 m，中高和高地温梯度区分别为3 200和2 600 m。⑤低地温梯度区中深部储层甜点寻找方向为原始沉积条件优、成分和结构成熟度高的中粗粒以上粒级砂岩，抗压实能力强，可保存较多的原生孔；而超压保护、有效次生孔隙发育和早期烃类充注可成为高温盆地中深层储层甜点的有利条件。

珠江口盆地东部地区；地温梯度；储层特征；响应关系；低孔低渗；埋深界线

前人通过开展不同地温梯度(Geothermal Gradient，下文简称G)与砂岩孔隙度关系的研究，发现地温场对孔隙度有明显的控制作用，如孔隙度为10%～15%的地层在2～4 ℃/100 m地温梯度范围内其深度差异可达2.5～3.0 km[1]。在地温梯度较低的盆地和地区，砂岩孔隙度衰减较缓慢，有效储层一般分布较深，高温场盆地则反之。例如，塔里木盆地地温梯度在2.0～2.2 ℃/100 m之间，属于低温冷盆，主要油气储集层埋深都在3 500 m以下，甚至达到近6 000 m；而松辽盆地主要生、产油区现今平均地温梯度为4.2 ℃/100 m，是中国大型盆地中地温梯度较高分布区之一，主力油层埋深在1 000～2 500 m之间[2-4]，其中徐家围子断陷为松辽盆地深层最大的含气断陷，其高地温梯度区安达-升平隆起带和徐东斜坡带砂岩储层成岩作用较强，勘探深度下限分别为2 500 m和2 600 m，而中地温梯度区徐东坳陷和徐西坳陷成岩作用较弱，勘探深度下限分别为3 100 m和2 700 m[5]。

受新生代岩石圈拉张减薄产生的热异常影响，珠江口盆地南部深水区基底热流值高于北部浅水区[6-7]，由北往南(从陆架到陆坡方向)地温梯度整体升高(图1)，不同地温梯度范围的储层物性随埋深变化趋势不同，低孔低渗深度下限差异明显。

图1 珠江口盆地东部地区地温梯度分布Fig.1 Distribution of geothermal gradient in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

本文在大量铸体薄片和岩心分析的基础上，运用扫描电镜、X-衍射和压汞测试等实验手段，开展了该地区不同地温梯度与储层特征响应关系的研究，分析了不同地温梯度储层甜点的经济下限，探讨了低、高地温梯度中深部储层甜点勘探方向。

1 物性特征

通过对珠江口盆地东部地区70口井4 000多个样品的实测物性数据进行统计(高地温梯度区数据点受深层样品条件限制，仅限于埋深3 200 m之上)，结果显示不同地温梯度下储层物性垂向变化趋势不同，低孔低渗储层的深度下限差异明显(图2)，其中G<4 ℃/100 m、4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m、G≥4.5℃/100 m的低孔低渗储层深度点分别为4 000、2 600和2 300 m。G≥4.5 ℃/100 m的砂岩储层在埋深超过2 600 m时渗透率快速下降至1 mD以下，属于超低渗，甚至非渗储层；4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m的砂岩储层在埋深超过3 200 m时渗透率下降至10 mD以下，仍存在特低渗储层；G<4 ℃/100 m的砂岩储层在埋深5 000 m附近仍可见到低渗储层。

图2 珠江口盆地东部地区不同地温梯度范围储层孔隙度、渗透率与埋深关系Fig.2 Plot of porosity，permeability vs.burial depth under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

2 地温梯度与储层特征响应关系

2.1 压实作用差异

对研究区不同地温梯度下砂岩的颗粒接触关系进行统计(在挑选样品时，对粒度级别在极细粒及以下、泥杂基含量高、胶结作用强烈的砂岩数据都进行了剔除，下同)，发现在相同埋深范围内，地温梯度越高，颗粒接触关系越紧密，以线接触为主的区域占比越高，表明高地温梯度区的压实强度更高(图3)。其中，G≥4.5 ℃/100 m和4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m的砂岩分别在埋深2 500～3 000 m和3 000～3 500 m的区间内即不存在以点接触为主的区域，而G<4 ℃/100 m的砂岩在埋深3 500～4 000 m仍存在点接触。

垂向上，随着埋深增加，上覆压力不断增强，压实程度不断增加，砂岩颗粒接触关系从点接触到线接触，甚至凹凸接触，其中线接触代表了较强的压实作用，G≥4.5 ℃/100 m、4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m和G<4 ℃/100 m的线接触集中出现的深度点分别为埋深2 300、2 500和3 000 m(图4)，说明高地温梯度区砂岩压实速率快。

根据上述现象，选取不同埋深范围不同地温梯度的井进行储层孔隙演化分析[8]，结果表明地温梯度越高，储层压实减孔效应越明显，其中3 ℃/100 m≤G<4 ℃/100 m、4≤G<4.5 ℃/100 m和G≥4.5 ℃/100 m时压实剩余粒间孔隙度为±10%所对应的埋深分别为4 000、3 000和2 500 m(图5)。

图3 珠江盆地东部地区相同埋深范围内不同地温梯度下砂岩压实强度对比Fig.3 Comparison of compaction strength under different geothermal gradients in the same burial depth range in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

图4 珠江盆地东部地区不同地温梯度范围内砂岩颗粒接触关系Fig.4 Particle contact relationships under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

2.2 成岩阶段差异

根据碎屑岩成岩阶段划分标准[9]，利用地化参数、伊蒙混层比、自生粘土矿物产状、溶蚀作用对象及规模、接触关系及孔隙类型等指标进行综合判断，研究区G<4 ℃/100 m的储层在埋深3 000 m时的镜质体反射率(Ro)多大于0.5%，普遍进入中成岩阶段；而G≥4 ℃/100 m的储层成岩演化速度快，埋深2 000 m时已处于中成岩期。中成岩期各类成岩作用活跃且复杂，高地温梯度下成岩演化快，在埋深较浅时即进入中成岩阶段，首先表现为在埋深超过2 000 m时粒间孔快速减少，而溶蚀孔增加，储层的孔隙类型以粒间溶孔和长石、岩屑等易溶颗粒的粒内溶孔或铸膜孔为主，且伴随着其产物高岭石的沉淀(图6a～d)。

图5 珠江盆地东部地区储层压实损失孔隙度、压实剩余粒间孔隙度与埋深关系Fig.5 Plot of porosity loss by compaction,remaining intergranular porosity vs.burial depth in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

值得注意的是，高岭石含量并不与次生孔隙峰值完全对应，而是出现了急剧下降的现象，G≥4.5 ℃/100 m、4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m和G<4 ℃/100 m时高岭石含量急剧减少的界线分别为埋深2 300、2 600和3 500 m(图7)。以G<4 ℃/100 m为例，根据Ro纵向变化规律，埋深在3 500 m时储层已进入中成岩A2期，地层温度为120～140 ℃，而有机酸保存的最佳温度为80～120 ℃[10]，因此，有机酸浓度的降低使得长石溶解形成的产物高岭石含量也随之减少，更为重要的是当温度超过120 ℃时，高岭石会发生向伊利石的转化而导致高岭石含量急剧减少。以G≥4.5 ℃/100 m和4 ℃/100 m≤G<4.5 ℃/100 m计算埋深2 300和2 600 m的地层温度也正好在120 ℃附近，这些都说明高岭石含量急剧减少的原因主要与有机酸浓度的降低和高岭石的伊利石化有关。

此外，高地温梯度区储层在埋深2 000～3 000 m时铁方解石、白云石和铁白云石等中晚期胶结类型和含量增多，而仍处于早成岩B期的低地温梯度区储层的胶结类型则为方解石、菱铁矿和黄铁矿等早期胶结物(图8)。

2.3 孔隙结构对比

不同地温梯度储层存在差异化成岩作用，对孔隙结构也必然存在影响。本次选取研究区W3-2井渐新统珠海组和P35-2D井中新统珠江组进行对比，二者均为陆架边缘三角洲环境，沉积条件相近，成分和结构成熟度较高。

W3-2井渐新统珠海组埋深小，但地温梯度高(4.73 ℃/100 m)，Ro为0.63%～0.74%，处于中成岩A1晚期，并已进入了A2期，颗粒之间以点-线和线接触为主(图6e)，压实作用较强，胶结类型杂多，包括各类碳酸盐矿物、高岭石、粘土矿物和黄铁矿，粘土矿物主要为伊蒙混层和伊利石。镜下薄片和扫描电镜观察，其主要的成岩作用演化序列为长石的溶蚀及其产物高岭石的沉淀→高岭石向伊利石的转化→晚期铁白云石胶结长石、高岭石产出，孔隙类型以铸膜孔和粒间溶孔为主，粒间孔不发育(图6f～h)。压汞测试结果显示，其孔隙结构为小孔细喉型，渗透率低(图9)。

而P35-2D井中新统珠江组埋深大，但地温梯度低(3.88 ℃/100 m)，Ro为0.50%～0.66%，仍处于中成岩A1期，颗粒之间均为点-线接触，压实作用中等，胶结类型简单，以高岭石胶结为主，粘土矿物类型为分散充填于粒间的伊蒙混层和高岭石，孔隙发育，以三角形和不规则状的原生粒间孔为主，连通性较好，其次为溶蚀孔和高岭石晶间孔(图6i～k)。压汞测试结果显示，其孔隙结构为大孔粗喉型，渗透率高(图9)。

(a)长石发生溶解形成长石粒内溶孔(A)，高岭石呈鳞片状充填粒间(B),L28-2井，埋深2 497.8 m；(b)见长石颗粒溶蚀强烈，形成粒内溶孔，L28-2井，埋深2 537.3 m；(c)长石发生溶蚀，产物高岭石原地沉淀，W3-2井，埋深2 673.2 m；(d)钾长石(Or)沿解理溶蚀，产生粒内微孔隙，W3-2井，埋深2 440.3 m；(e)中粒为主，线接触，粒间孔不发育，W3-2井,埋深2 794.7 m；(f)长石的溶蚀及其产物高岭石沉淀，铸模孔、粒间溶蚀孔发育，W3-2井,埋深2 794.7 m；(g)鳞片状高岭石向丝片状伊利石转化，W3-2井,埋深2 528.4 m；(h)晚期铁白云石胶结长石、高岭石产出，W3-2井,埋深2 794.7 m；(i)中粒为主，点-线接触，原生粒间孔(三角形和不规则状)较发育，P35-2D井,埋深3 355.28 m；(j)溶蚀孔和高岭石晶间孔，P35-2D井,埋深3 355.28 m；(k)粒间高岭石、片状伊蒙混层分散充填于粒间，孔隙发育，P35-2D井,埋深3 355.28 m。图6 珠江口盆地东部地区砂岩储层显微特征Fig.6 Microscopic characteristics of sandstone reservoir in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

图7 珠江盆地东部地区储层粘土矿物相对含量与埋深关系Fig.7 Plot of relative amounts of clay minerals vs.burial depth in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

图8 珠江盆地东部地区储层不同地温梯度范围的胶结类型Fig.8 Types of cement under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

图9 珠江盆地东部地区W3-2井珠海组及P35-2D井珠江组储层孔隙分布Fig.9 Pore distribution of Zhuhai Formation in W3-2 and Zhujiang Formation in P35-2D in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

因此，该地区高地温梯度下成岩演化快，各类成岩作用复杂，致使砂岩储层在较强的压实作用下孔隙体积快速减少，长石的不完全溶蚀及其产物高岭石的沉淀使孔隙微孔化，鳞片状高岭石向丝缕状、片状伊利石的加速转化缩小孔喉半径，晚期铁白云石等的胶结进一步堵塞孔隙和喉道，最终导致砂岩储层的孔隙结构明显变差，多为小孔细喉型。

3 地温梯度与储层甜点经济深度

上述分析表明，地温梯度对珠江口盆地东部地区储层砂岩的成岩演化和孔隙结构的影响明显，最终造成储层物性的差异。通过对研究区不同地温梯度区储层孔隙度和渗透率与埋深关系的统计(图10、11)，确定出不同地区储层甜点的经济下限。其中，珠一坳陷西江主洼由于其相对厚的地壳、相对不活跃的基底构造活动以及缺乏隔热性能好的盖层，造成其地温梯度相比周围地区低，为2.62 ℃/100 m[11]，其低孔低渗界线为埋深4 600 m；中低地温梯度区的恩平(3.35 ℃/100 m)、惠州(3.38 ℃/100 m)和陆丰凹陷(3.12 ℃/100 m)的低孔低渗界线分别为埋深3 500、3 700和4 000 m；中高地温梯度区(番禺低隆起)和高地温梯度区(白云凹陷深水区)的低孔渗界线分别为埋深3 200 m和2 600 m。

图10 珠江口盆地东部地区不同地温梯度区储层孔隙度与埋深关系Fig.10 Plot of porosity vs.burial depth in area under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

图11 珠江口盆地东部地区不同地温梯度区储层渗透率与埋深关系Fig.11 Plot of permeability vs.burial depth in area under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

因此结合前人研究成果[12-20]，认为珠江口盆地东部地区低、高地温梯度区中深部储层寻找方向不同，低地温梯度区在埋深4 000 m之下仍大有可为，应重点寻找原始沉积条件优、成分和结构成熟度高的中粗粒砂岩，其抗压实能力强，可保存较多原生孔。如F14构造，其储层为相对远源、水动力强的河道主体中粗粒岩屑石英砂岩，分选中等、泥质含量低、胶结弱、粒间孔发育，孔隙结构为大孔粗喉型，产油量可达206 m3/d。而高地温梯度区特别是G≥4.5 ℃/100 m的储层在埋深2 300 m之下其物性迅速变差，仅发育好的沉积相带并不足够，超压保护、有效次生孔隙发育和早期烃类充注可成为中深部储层甜点的有利条件。

4 结论

1) 珠江口盆地东部地区地温梯度与储层特征响应关系表现为：①高地温梯度下压实强度高、速率快、压实减孔效应明显；②高地温梯度下成岩演化快且复杂，导致浅埋藏时长石等易溶颗粒的不完全溶解并伴随高岭石沉淀，高岭石伊利石化深度变浅，铁白云石等晚期胶结物类型多；③高地温梯度下成岩演化的加速使孔隙结构多为小孔细喉型。

2) 珠江口盆地东部地区不同地温梯度区储层低孔低渗埋深下限不同，低地温梯度区(西江凹陷)为4 600 m，中低地温梯度区(恩平、惠州和陆丰凹陷)为3 500～4 000 m，中高地温梯度区(番禺低隆起)和高地温梯度区(白云凹陷深水区)分别为3 200 m和2 600 m。

3) 珠江口盆地东部地区低地温梯度区中深部储层甜点应寻找原始沉积条件优、成分和结构成熟度高的中粗粒及以上粒级砂岩。而高地温梯度区特别是地温梯度大于4.5 ℃/100 m的储层在埋深2 300 m之下其物性迅速变差，超压保护、有效次生孔隙和早期烃类充注可成为中深部储层甜点的有利条件。

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(编辑：冯 娜)

Reservoir property response relationship under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin

ZHANG Li1，2CHEN Shuhui1，2

(1.ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Shenzhen,Guangdong518000,China； 2.CNOOCDeepwaterDevelopmentLtd.,Shenzhen,Guangdong518000,China)

The overall geothermal gradient of the eastern area in the Pearl River Mouth basin increases from the north to the south.The variation trend of reservoir physical property with burial depth in different geothermal gradients is different, and the difference of the maximum depth limit of low porosity and permeability reservoir is distinct.Based on abundant casting thin sections and core analysis, combining data of SEM, XRD and mercury injection etc., reservoir property responses under different geothermal gradients are carried out in the research area.The results show that: ①under high geothermal gradient, compaction strength is stronger, rate is higher, and porosity loss by compaction is more obvious; ②diagenetic evolution is faster and more complex under high geothermal gradient, resulting in more late cements such as ankerite, incomplete dissolution of soluble granules such as feldspar and kaolinite precipitation at shallow burial depth, as well as the conversion from kaolinite to illite; ③acceleration of diagenetic evolution resulted from high geothermal gradient causes pore structure poorer, usually fine pore throat; ④the burial depths of low porosity and low permeability reservoirs vary with geothermal gradients.The depths are 4 600 m, 3 500～4 000 m, 3 200 m and 2 600 m under low, low-medium, high-medium and high thermal gradients, respectively; ⑤medium-coarse sandstone with superior original deposition condition and high maturity of composition and texture in the deep reservoir under low geothermal gradient is sweet spot for exploration because more primary pores are kept due to its strong compaction resistance, while overpressure protection, effective secondary pore development, and early hydrocarbon charging are favorable conditions for medium-deep sweet spot in the high geothermal basin.

eastern area of the Pearl River Mouth basin; geothermal gradient; reservoir property; response relationship; low porosity and low permeability; burial depth boundary

张丽，女，工程师，2013年毕业于中山大学，获硕士学位，现主要从事碎屑岩储层研究工作。地址：广东省深圳市南山区后海滨路(深圳湾段)3168号中海油大厦(邮编：518000)。E-mail：zhangli117@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0029-10

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.004

张丽，陈淑慧.珠江口盆地东部地区不同地温梯度下储层特征响应关系[J].中国海上油气，2017,29(1)：29-38.

ZHANG Li，CHEN Shuhui.Reservoir property response relationship under different geothermal gradients in the eastern area of the Pearl River Mouth basin[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):29-38.

P631.8

A

2016-03-27 改回日期：2016-10-12

*“十三五”国家科技重大专项“珠江口盆地陆缘深水区沉积成岩过程与优质储层形成机制研究(编号：2016ZX05026-003-003)”部分研究成果。