湖相白云巖儲層研究——以渤海油田為例

孫風濤,熊 建

(1.中海石油(中國）有限公司天津分公司勘探開發研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航務建筑工程有限責任公司,天津塘沽 300450）

湖相白云巖儲層研究
——以渤海油田為例

孫風濤1,熊 建2

(1.中海石油(中國）有限公司天津分公司勘探開發研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航務建筑工程有限責任公司,天津塘沽 300450）

以渤海灣幾個發現白云巖的油田為例,結合白云巖的幾種主要成因理論,從巖性特征、測井曲線形態、薄片鑒定、巖石成因方面對渤海湖相白云巖進行分析研究,研究表明白云巖分布受氣候和古地貌控制。根據湖平面變化和古地貌,結合沉積環境、地震,利用層拉平技術探討了白云巖的分布特征。

生屑云巖;古地貌;斜坡帶;湖平面;形成機理

渤海灣盆地是在華北地臺上中新生代時期發展起來的斷陷盆地,新生代時期主要表現為斷塊活動,在持續的斷陷活動中相繼沉積了較厚的古近系和新近系,盆地古近系沙河街組多為湖相或三角洲的沉積環境,儲層巖性以砂巖為主,但部分區域也發育湖相白云巖。從現有的資料看,郯廬斷裂帶東支以西,從南到北的整個渤海灣都有白云巖發現,主要分布在遼西低凸起、渤中凹陷和岐口凹陷的沙河街組,如XX20-2油田,XX13-1油田和 XX36-3油田等(圖 1）。

1 巖性特征

圖1 渤海海域白云巖區域分布Fig.1 Dolomite areal distribution in Bohaiwan Basin

根據巖心、壁心、巖屑觀察,結合薄片鑒定等研究成果綜合分析,研究區白云巖儲層的主要巖石類型為生屑云巖、含陸源碎屑云巖。

生屑云巖:礦物成分主要為白云石、石英、長石、其他陸源碎屑,白云石含量高達70%以上。巖石組構主要為生物屑及亮晶膠結物,少量泥晶、鮞粒及陸屑,生物屑主要為腹足類及介形類生物碎片,破碎較嚴重,較均勻分布,個別腹足類保存較完整,體腔被泥晶白云石及鮞粒充填。粒屑間充填大量亮晶膠結物,櫛殼狀分布于粒屑邊緣,部分被溶蝕(圖2）。巖石孔隙發育較好,主要為粒內孔及粒間孔,粒內孔多為生物體腔孔,孔隙分布不均勻,連通性較好。

圖2 生屑云巖巖石鑄體薄片照片Fig.2 Thin slice picture of bioclastic dolomite

含陸源碎屑云巖:巖石主要成分為白云石,白云石含量在20%～70%之間;其次為陸源碎屑及方解石。粒屑成分主要為陸源碎屑,其次為鮞粒及生物屑,見少量砂屑。陸源碎屑成分主要為石英、長石顆粒,見少量火山噴出巖巖塊及石英巖巖塊。鮞粒多為表皮鮞,鮞核主要為粉砂級石英、長石顆粒;生物屑為粒徑0.5～1.6 mm的化石碎片,化石殼體白云石化,偶見保存較完整的螺化石;砂屑成分為白云石,具一定的磨圓。粒間膠結物主要為亮晶方解石,呈孔隙式充填于粒間。巖石孔隙不發育(圖3）。

這兩種巖性在測井曲線上的表現特征也存在差異(圖4）,2井生屑云巖與含陸源碎屑云巖的測井曲線,從自然電位和自然伽馬上看,二者物性差別不大,取樣證實上下都為油層,但上段表現為高電阻、低密度的特征,下段則為相對低電阻、高密度的特征。與同一油田同一深度段的砂巖做了對比,發現下段電阻、密度值介于生屑云巖和砂巖之間,結合壁心、巖屑觀察,薄片鑒定等資料,判定下段為含陸源碎屑云巖。

圖3 含陸源碎屑云巖巖石鑄體薄片照片Fig.3 Thin slice picture of terrigenous detrital dolomite

圖4 2井生屑云巖與含陸源碎屑云巖的測井曲線Fig.4 Logging trace of bioclastic dolomite and terrigenous detrital dolomite in well 2

2 白云巖成因和分布

圖5 地下水與海水的混合液對方解石和白云石的飽和程度的影響(據巴迪奧札曼尼,1973）Fig.5 Saturation of calcite and dolomite affected by groundwater and sea water(Badiozamani,1973）

圖6 美國威斯康星中奧陶統米夫林段的白云化作用示意圖(修改）(據巴迪奧札曼尼,1973）Fig.6 Chart of dolomitization in Middle Ordovician at Wisconsin of the U.S.(Badiozamani,1973）

白云巖的成因主要有以下幾種:原生沉淀作用、毛細管濃縮作用、回流滲透白云化作用、混合白云化作用、埋藏白云化作用等。從渤海幾個油田的資料分析,不符合高鎂鈣比率鹽水沉積的觀點或蒸發沉積的觀點。于是從巴迪奧扎曼尼提出的混合白云化作用入手,巴迪奧扎曼尼通過實驗證明在5%的海水和95%的地下水混合時,白云石已經飽和,但方解石不飽和;在30%的海水和70%的地下水混合時,白云石過飽和但方解石仍然不飽和。因此在海水為5%～30%的混合液范圍內,將發生方解石被白云石交代的作用,即白云化作用[1](圖5）。也就是說在海平面附近的較高部位,因淡水濃度過大,不易生成白云巖,在較深的水中,海水濃度過大也不易生成白云巖,而在屬于半咸水環境的斜坡帶可以發生白云化作用(圖6）。這就提出一個問題,找出半咸水環境的斜坡帶。要找到古沉積時的斜坡帶,需要做古地貌恢復研究。對此研究專家提出了很多種方法,目前最簡單的古地貌研究方法為層拉平方法:首先選擇參照對比面,拉平該面視為古沉積時的湖平面。對湖相沉積而言,只有斜交前積構造可以做為對比參照面[2]。根據這一原理,我們做了古地貌恢復,結合鉆井資料發現 XX20-2油田、XX36-3油田等油田的白云巖都分布在水體清淺,陽光充足,適合大量生物繁殖的水下緩坡帶,如圖7顯示XX36-3油田2井處于斜坡帶發育26.6 m生屑云巖,1井和3井處于相對高部位,按巴迪奧扎曼尼提出的混合白云化作用應該是處于淡水區,所以不發育白云巖;XX20-2油田地勢的起伏不太明顯,相對湖平面低的MN2井不發育白云巖,處于斜坡位置的3井發育31.5 m的生屑云巖,向7D井和12D井的方向,古地貌抬升,白云巖分布也呈變薄趨勢變化,分別為1.1 m和0.7 m(圖8）。古地貌過高或過低,白云巖儲層均不發育,因此其成因完全與巴迪奧扎曼尼提出的混合白云化作用的理論相符。氣候對湖相碳酸鹽沉積的影響遠比對海洋顯著。當氣候溫暖濕潤,湖盆開闊時,降雨量大,地表徑流可向湖盆帶入大量陸源碎屑物質,易于形成碎屑巖和混積巖,前面提到的含陸源碎屑云巖就是在這種情況下形成的。而在干旱期,當河水受到湖水頂托時,入湖陸源碎屑迅速減少,水體清澈,適宜生物繁衍,在適于大量不同類型生物繁衍的環境中,如斜坡帶、水下古隆起帶以及淺水向深水過渡的陡坡上緣,均可形成一定規模的碳酸鹽沉積物。這些水下正向古地貌單元,由于具有水體清潔、陽光充足、能量偏高、營養豐富等有利于碳酸鹽沉積的特征,因而生物沉積作用明顯,易于形成生物灰巖。當氣候更趨于干燥、湖盆面積收縮時,水體渾濁、濃縮、咸化并形成不利于生物生長的環境,從而抑制了生物碳酸鹽巖沉積物的發育[3]。了解了白云巖的形成機理,就可以根據湖平面變化和古地貌,結合地震、沉積環境及鉆井資料分析白云巖的展布情況,從而可以更好的了解油田并指導我們的開發,此技術已應用到XX13-1油田并取得了較好的效果。

圖7 XX36-3油田層拉平地震剖面Fig.7 Lay flattening cross section of in XX36-3 oil field

圖8 XX20-2油田層拉平地震剖面Fig.8 Lay flattening cross section of XX20-2 oil field

3 結論

(1）生屑云巖的巖性和電性特征明顯,連通性較好。

(2）研究區的白云巖形成機理為混合白云化作用。

(3）白云巖分布受氣候和古地貌控制,在水體清淺,陽光充足,能量較高的水下緩坡帶,生屑云巖發育。

(4）由于湖相環境變化快,白云石化作用一般不太徹底,縱向上與碎屑巖儲集體共生,分布面積及厚度相對較小。

(5）在陸源物質不易影響的地區,有利于湖相白云巖的發育。

4 討論

雖然我們了解到白云巖分布受氣候和古地貌控制,但如何深化古地貌精度?如何利用古地貌與古水深的匹配關系,找到定量化研究生屑云巖厚度、物性等技術方法?針對海上探井數量少、井距大的情況,如何根據古氣候和古地貌定量刻畫白云巖的分布范圍?這些問題將是我們今后需要深入研究的工作。

[1]趙澄林,朱筱敏.沉積巖石學[M].北京:石油工業出版社,2001:179-180.

[2]李家強.層拉平方法在沉積前古地貌恢復中的應用——濟陽坳陷東營三角洲發育區為例[J].油氣地球物理,2008,6(4）:46-49.

[3]趙澄林,朱筱敏.沉積巖石學[M].北京:石油工業出版社,2001:346.

Study on lacustrine dolomite reservoir——taking Bohai Oilfield as an example

Sun Fengtao1,Xiong Jian2
(1.Exploration&Development Insititue,Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tanggu Tianjin 300450;2.Navigational Matters A rchitectural Engineering Co.Ltd.of Bohai Oilf ield,Tanggu Tianjin 300450）

Taking fields of Bohaiwan Basin as an example and combining with several forming theory of dolomite,lacustrine dolomite reservoirs in Bohai oilfield was discussed in terms of lithology characteristics,logging trace,thin section analysis and origin of lacustrine dolomite.It’s found that the distribution of dolomite is dominated by climate and palaeogeomorphology,and the distribution of dolomite was summarized based on lake level change,palaeogeomorphology,seismic data,depositional environment and lay flattening technique.

bioclastic dolomite;palaeogeomorphology;slope belt;lake level;formation mechanism

TE122.2+2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.033

1008-2336(2011）01-0033-04

2010-09-03;改回日期:2010-11-10

孫風濤,女,1978年生,地質工程師,碩士,2005年畢業于中國地質大學(武漢）,礦產普查與勘探專業,現從事儲量評價和石油地質研究工作。E-mail:sunft@cnooc.com.cn。