渤海湾盆地某油田混积岩名称厘定及储层特征

程俊阳, 何贤科, 段冬平, 汪 跃, 汪文基

(1.中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海 200335; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

0 引言

混积岩属于混合沉积的范畴,从20世纪80年代混合沉积概念的提出至今历时30多年,国内外学者做过大量研究[1-5]。1984年Mount[1]首次明确地提出“混合沉积物(mixed sediments)”这一概念,混合沉积通常指的是陆源碎屑与碳酸盐岩在沉积上的混合,1990年杨朝青等[2]首次提出“混积岩”一词,指的是同一岩层内陆源碎屑与碳酸盐两种组分相互混杂的产物,这也称为狭义的混积岩。广义的混积岩包括狭义的混积岩,以及陆源碎屑与碳酸盐层构成互层或夹层的混合。然而,现实中的沉积现象要复杂得多,混合沉积的组分除了陆源碎屑、碳酸盐之外,也可见到火山岩或火山碎屑岩,这一类型的混合沉积能否称为混积岩?如果可以,这种混积岩储层的特征如何?这些问题的研究,对于丰富混积岩定义的内涵、拓展混积岩研究的领域具有积极意义。

混积岩在渤海湾盆地广泛发育[6-9],如在黄河口凹陷H-1构造沙一段下部就发育了由白云质砂岩、含生物碎屑砂岩和白云岩组成的混积岩。笔者在对渤海湾盆地某油田沙一段储层研究过程中发现一种复杂岩性,其组分包括陆源沉积的砂砾岩、碳酸盐成因的生屑白云岩以及火山碎屑成因的沉凝灰岩,关于该套岩性的命名一直不明确,笔者将其厘定为广义的混积岩,并从岩性、物性、孔隙结构等方面研究了其储层特征,是对混积岩研究的一种有效补充。

1 研究区概况

某油田位于渤海中部海域,区域构造上位于沙垒田凸起—沙东南构造带东南倾没端,为潜山披覆背斜构造,处于沙南凹陷、渤中凹陷交汇带(图1)。钻井揭示某油田地层自上而下依次为第四系平原组,新近系明化镇组,古近系馆陶组、东营组、沙河街组和中生界。其中东营组东二段、东三段及沙河街组沙一段地层以厚层泥岩为主,沙一段底部发育一套生屑白云岩及混积岩储层,是研究区主要的目的层段,其下与中生界呈不整合接触,中生界上部为一套沉凝灰岩沉积,下部为厚层的含砾砂岩和砂砾岩(表1)。

表1 某油田地层岩性特征Tab.1 Lithology characteristics of a certain oilfield

图1 研究区构造位置Fig.1 Structural location of the study area

2 研究区混积岩名称厘定

尽管混积岩最初的定义特指陆源碎屑岩与碳酸盐岩的混合,但在最近的一些研究中,一些学者提到混积岩也包括了火山岩或火山碎屑岩[10-11],如祝彦贺等[10]对准噶尔北缘前陆冲断带二叠系佳木河组进行研究时提到的混积地层包括了火山岩、火山碎屑岩和碎屑岩; 李新宁等[11]认为三塘湖盆地二叠系芦草沟组二段由陆源碎屑岩、湖相碳酸盐岩及火山尘混杂形成的是一种广义的混积岩。

研究区某油田的复杂岩性储层位于古近系沙河街组沙一段底部(图2),其上覆地层为一套稳定分布的生屑白云岩,岩石组分主要为生物碎屑、内碎屑、陆源碎屑和填隙物,填隙物成分主要为泥质、铁质白云石; 下伏地层为中生界,包括上部一套稳定的灰绿色或灰白色沉凝灰岩和下部含砾砂岩和砂砾岩基底。研究区的复杂岩性介于上覆生屑白云岩和下伏沉凝灰岩之间,整体表现为陆源沉积的砂砾岩、碳酸盐成因的生屑白云岩、火山碎屑成因的沉凝灰岩3种岩性的混杂堆积,岩心中可见砂砾岩中夹杂白云质及生物碎屑现象(图3(a)),局部层段为灰绿色的沉凝灰岩(图3(b)),部分层段碳酸盐岩和凝灰质含量低,形成以砂砾岩为主的致密层段(图3(c)、(d)),储层的非均质性较强。

图2 某油田岩性分布模式Fig.2 Lithology distribution pattern of a certain Oilfield

(a) X-2井,4 103.2 m(砂砾岩,含有较多的白云质及生物碎屑,孔隙发育) (b) X-2井,4 103.5 m(局部含灰绿色沉凝灰岩)

研究区部分混积岩样品中陆源碎屑、碳酸盐岩和火山碎屑的组分分析表明,陆源碎屑组分占比40%～79.5%,碳酸盐组分占比11%～60%,火山碎屑组分占比0.5%～40.3%(表2),火山碎屑含量变化范围较大,可能与火山活动的时间、位置有关[12-13],因此,研究区岩石组分十分复杂,而且不同平面和纵向位置的组分含量差异也很大。从岩石结构特征分析(表3)可以看出,岩石分选中等—差,磨圆度从棱角状到次圆状均有分布,接触类型以点-线接触为主,胶结类型主要为孔隙式和孔隙-基底式,进一步反映出结构复杂、混杂堆积的特点。

表2 研究区部分混积岩样品岩石组分含量Tab.2 Rock component content of some diamictite samples in the study area

表3 研究区部分混积岩样品岩石结构特征Tab.3 Rock structure characteristics of some diamictite samples in the study area

根据部分岩心及岩屑薄片分析(图4),成分混杂的特点体现的也比较明显,A2井可见岩石成分强烈碳酸盐化及泥化的石英、长石及火山岩岩块,局部凝灰岩和泥质含量高; A5井见大量铁白云石,含钙质碎片、生物碎屑和白云石化的沉凝灰岩,局部含泥质。

(a) A2井,4 095 m(岩石成分为强烈碳酸盐化及泥化的石英、长石及火山岩岩块) (b) A2井,3 976 m(成分混杂,以白云石化沉凝灰岩为主,局部泥质含量高)

由于该层段岩性混杂,关于其岩性类型一直没有统一的命名,前人曾命名过(白云质)砂砾岩、混合岩等名称。(白云质)砂砾岩是按照端元组份命名,强调了以砂砾岩为主、局部含白云质的特点,未体现出局部含沉凝灰岩和混杂堆积的特点; 而混合岩特指由混合岩化作用形成的岩石,是变质岩和岩浆岩之间的过渡岩类,如混合片麻岩、混合花岗岩等,显然也不合适。从成因角度讲,该套复杂岩性储层是盆地发育早期陆源碎屑堆积、原生碳酸盐岩沉淀和火山活动共同影响形成的一套混合沉积,与最初的混积岩定义不同的是,该套岩性除了典型的陆源碎屑与碳酸盐沉积之外,还混入了沉凝灰岩这一火山碎屑成因的组分,但笔者认为,从成因角度分析这套岩石仍属于广义的混积岩范畴,因此仍将该段复杂岩性厘定为混积岩。

这种名称厘定不仅解决了油田勘探开发过程中关于岩性命名不清的问题,更重要的是从混合沉积成因的角度赋予了该类储层全新的沉积学意义,让学者更加关注该类储层的成因及分布规律,对于在该类型储层中寻找油气具有很大的指导意义,有助于拓展混积岩储层研究的内涵。

3 研究区混积岩储层特征

近些年,在我国柴达木盆地、渤海湾盆地等陆续发现了一些混积岩储层[14-19]。这些混积岩储层一般具有如下特点: 一般为低孔低渗储层,孔隙度基本小于10%,渗透率多小于1×10-3μm2; 储层物性普遍非均质性强,孔渗相关性差,但储层局部存在甜点,多与裂缝或溶蚀孔隙相关,部分储层初期产能较高,研究混积岩的储层特征对于拓展勘探开发层系具有重要意义,因此得到越来越多学者的关注。

混积岩沉积的厚度差异很大,这主要取决于沉积位置处的古地貌条件。据研究区11口井混积岩厚度统计结果得出,厚度分布范围为2.7～115.9 m,混积岩平均厚度27 m。混积岩的厚度分布整体具有构造高部位薄、低部位厚的楔形体分布特点(图2),构造高部位的A4井和A5井的平均厚度小于10 m,但低部位的A3井厚度超过100 m,处于中间部位的X-1井、A9井平均厚度在20 m左右,厚度的分布与地形的高低相关性较强,反映了当时古地貌对沉积的控制作用较强。因此,构造中低带是混积岩储层勘探开发关注的重点区带。

与典型的混积岩储层类似,研究区某油田混积岩储层整体表现为低孔低渗特征,但局部存在物性相对较好的甜点,反映了混积岩储层的强非均质性。如X-2井储层物性分析表明(图5),50%的样品点储层孔隙度分布在5%～10%,但部分储层孔隙度大于15%,甚至大于25%; 储层渗透率一般小于10×10-3μm2,表现出明显的低渗特征,但部分储层渗透率大于100×10-3μm2,可以形成相对优质的甜点,该井甜点占比可超过20%。研究区这些甜点的形成主要是混合沉积中的生屑云岩孔隙发育的结果,因为研究区生屑白云岩储层渗透率往往大于100×10-3μm2,是典型的中高渗储层,但该套生屑白云岩厚度较薄,很难形成大规模油气藏,但如果在厚层的混积岩中混入了生屑白云岩甜点储层,就能实现“以优带劣、规模开发”的良好成效,这对下一步的勘探开发具有较好的启示意义。除了关注混积岩的厚度外,更应该关注混积岩所“混”入的具体成分,根据前述关于岩石组分的分析(表2),白云石含量占比11%～60%,说明从岩石基础上是具备甜点发育条件的,因此,如果能够找到那些混积岩厚度大且混入一定量白云石和生物质的岩层,那么大概率会找到优质的高渗甜点。

(a) 孔隙度分布 (b) 渗透率分布

研究区混积岩储层物性非均质性较强,造成孔渗相关性差(图6),究其原因,主要是混积岩的岩性组成复杂,生屑白云岩、砂砾岩、沉凝灰岩分别具有不同的孔渗关系,因此对于该类型的储层应该分岩相建立孔渗关系,从而更精确的评价储层的物性。

图6 X-3井混积岩孔渗关系Fig.6 Pore-permeability relationship in diamictite of Well X-3

储层的强非均质性同样体现在孔隙结构方面,基于X-2井压汞资料分析表明,储层排驱压力最大超过1 MPa,这种储层中的流体很难流动,基本属于无效储层,实测渗透率仅0.07×10-3μm2,但部分样品分析显示排驱压力最小仅0.044 MPa,这类储层可形成局部甜点,实测储层渗透率高达282.5×10-3μm2,属于非常优质的储层(表4)。

表4 X-2井混积岩储层压汞孔隙结构参数Tab.4 Pore structure parameters of diamictite reservoir in Well X-2

总的来说,混积岩储层因其“混合沉积”的特点决定了强非均质性的储层特点。从沉积岩石学的角度分析,混积岩不是一种特定的岩石学名称,而是一种成因定义,更多的代表了沉积学的含义,一般表现为陆源碎屑岩与碳酸盐岩的混合,广义的混积岩也可以包括火山碎屑岩或火山岩的混合。因此,混积岩储层因其“成分混杂”而表现出分选差、物性差的特点,常形成低孔低渗储层,但局部可形成物性甜点,这主要取决于混合沉积的成分和结构特点。

4 结论

(1)渤海湾盆地某油田沙一段发育一种复杂岩性,其组分包括陆源沉积的砂砾岩、碳酸盐成因的生屑白云岩以及火山碎屑成因的沉凝灰岩,通过岩石学特征及成因分析将其厘定为广义的混积岩。

(2)研究区混积岩储层整体表现为低孔低渗特征,但岩性和孔隙结构的复杂变化导致储层非均质性较强,局部发育渗透性较好的优质储层,储层渗透率超过100×10-3μm2,甚至达到282×10-3μm2,这些优质储层的形成主要是由于混入生屑云岩的结果,研究区11%～60%的白云石含量为该类甜点形成提供了岩石学基础。因此在勘探开发实践中除了关注混积岩的厚度外,更应该关注混积岩所“混”入的生屑云岩组分,为寻找规模优质储层提供指导。