白云凹陷珠江組深水扇砂巖儲層特征及控制因素

鄭榮才 馬奇科 楊寶泉 李 云 朱國金

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059；2.中海石油研究中心，北京100027）

白云凹陷位于珠二拗陷東部的陸架坡折帶（圖1－A），面積約11 000km2，自北向南的海域水深由200m迅速加大為2km，是珠江口盆地最深和規模最大的富烴凹陷［1］。位于白云凹陷東側深水海域的荔灣井區（圖1－A）是珠江口盆地中新統珠江組深水扇沉積體系最發育的部位，其油氣地質條件與國外眾多已投入開發的深水海域深水扇油氣藏［2－7］相比較，存在許多共同之處而具備巨大的油氣勘探開發潛力，相繼鉆獲的數口高產油氣井已證明珠江組深水扇油氣藏具有極高商業價值。幾年來，為滿足勘探開發需要，對該深水扇地震地質、沉積－層序及有利儲層發育相帶展布規律已展開了 深 入 研 究［2－5，8－12］，而 對 儲 層 特 征 和 控制因素研究甚少；因此，本文僅就荔灣井區珠江組深水扇儲層特征、控制因素和分布規律展開討論，期望為珠江組深水扇油氣藏的高效勘探開發提供基礎地質資料。

1 儲層特征

1.1 儲層分布特征

荔灣井區珠江組下部為下超在代表“白云運動”的23.8Ma B.P.Ⅰ型層序界面之上的深水扇沉積體系［3，4］，于低位體系域沉積階段先后經歷了盆地扇和斜坡扇2個連續演化過程，發育有分別相當盆地扇（砂體1）和斜坡扇（砂體2）的2套砂體［8－11］。剖面上，此2套砂體呈透鏡狀疊置（圖1－C），以砂體2具有相對較穩定的發育層位和更大的發育規模。平面上，荔灣井區與相鄰的流花井區珠江組深水扇砂體都呈自北北西向南南東方向延伸的鳥足狀分布（圖1－B），可劃分出內扇、中扇、外扇3個亞相和包括內扇主水道、中扇分支水道和水道間、中扇前緣扇狀體和滑塌朵體等眾多的微相類型［9－11］。在已鉆井區域內，A井鉆獲的珠江組砂體1厚度為14～20m，巖性以含硅質小礫石的粗粒砂巖和中－粗粒砂巖為主；在相帶展布格局中，該井位于率先發育的盆地扇內扇主水道位置（圖1－B），具備非常有利于儲層發育的沉積微相條件。B井、D井和H井鉆獲的珠江組砂體2厚度為23～36m，巖性以含泥礫和炭泥屑的中－細粒砂巖為主，次為中－粗粒砂巖；在相帶展布格局中，此3口井都位于相繼盆地扇之后發育的斜坡扇內扇主水道和向中扇分支水道過渡的退積位置（圖1－B），也都為有利于儲層發育的沉積微相帶。而C井位于中扇分支水道間位置，巖性為大段泥巖夾薄層粉－細粒砂巖；E井、F井和G井則分布在中扇前緣―外扇過渡帶，巖性以大段泥巖夾薄層粉砂巖和抱球蟲灰巖為主：此4口井都位于不利于儲層發育的沉積微相帶（圖1－B）。

圖1 白云凹陷荔灣井區沉積相和儲層分布圖Fig.1 Sedimentary facies and reservoirs distribution over the Liwan area of the Baiyun sag

1.2 儲層巖石學特征

按砂巖成分－成因分類原則［12］，珠江組深水扇儲層巖性以中－粗粒長石巖屑砂巖和中－細粒巖屑長石砂巖為主，極少量為長石石英砂巖和巖屑石英砂巖（圖2）。各類碎屑含量（質量分數）：石英為60.67%～70.55%，個別樣品＞75%，以單晶石英為主，少量多晶石英；長石為17.21%～28.7%，以微斜長石最常見，次為斜長石；巖屑為11.65%～35.66%，主要為火成巖屑，部分為淺變質巖屑和同生泥巖屑：總體上具有成分成熟度低和不穩定組分含量高的特點。結構特征為：分選性較好，雜基的質量分數低，一般＜3%。碎屑以顆粒支撐的點接觸為主，部分為點－線接觸，孔隙式膠結為主，局部為孔隙－接觸式膠結，總體上具有結構成熟度較高的特點；膠結作用由少量雜基與含量很低的硅質膠結物混合構成，固結程度普遍很低、很疏松，孔隙非常發育，巖心在室內敞放數十天即自然吸水風化成沙，僅局部被方解石膠結的斑塊具有致密堅硬的抗風化性質。

圖2 珠江組深水扇砂巖投點圖Fig.2 Plot of Q－F－R for Zhujiang Formation sandstones

上述珠江組下部深水扇砂巖所具有的低成分成熟度和高結構成熟度的巖石學特征，與深水扇沉積物來自于陸架邊緣三角洲前緣砂體崩塌形成的砂質碎屑流塊狀搬運和凍結式沉積有關［13］，因此，深水扇砂巖的物質組分和結構類型都繼承了陸架邊緣三角洲砂體的近源（低成分成熟度）和高能（高結構成熟度）特征。

1.3 儲集空間類型

珠江組深水扇砂巖的儲集空間主要由原生孔隙組成，占孔隙總體積的93.2%；其次為次生孔隙和裂縫。

1.3.1 原生孔隙

包括原生粒間孔、剩余原生粒間孔和生物體腔孔，各類原生孔隙特征如下。

a.原生粒間孔。碎屑顆粒大多數呈點接觸，部分呈點－線接觸，反映砂巖僅受到弱至中等強度的壓實作用；因此，大部分原生粒間孔呈保存很好的三角形和多邊形，孔徑一般為0.1～0.5mm，孔喉配位數在3～4以上，具有孔喉大和連通性好等特點（圖3－A），為深水扇砂巖儲層中最普遍和最重要的孔隙類型。

b.剩余原生粒間孔。剩余原生粒間孔為經壓實和膠結作用改造后剩余的原生粒間孔，孔徑小于原生粒間孔，分布范圍為0.05～0.3mm（圖3－B，C），孔喉配位數3～4，也為深水扇砂巖儲層的重要孔隙類型。

c.生物體腔孔。珠江組砂巖中普遍含有孔蟲、腹足和雙殼類等個體較完整的生物化石而發育有少量生物體腔孔（圖3－D，E），單個生物體腔孔的大小變化很大，分隔性很強，其中較大的體腔孔有時被泥、粉砂質外來物充填（圖3－D）。由于具生物體腔孔的化石含量總體上很低，其對儲層孔隙度的貢獻非常有限。

1.3.2 次生孔隙

包括粒間溶孔、粒內溶孔、鑄模孔和裂縫等，各類次生孔隙特征如下。

a.粒間溶孔。是在原生粒間孔或剩余原生粒間孔的基礎上，由溶蝕作用使孔隙周圍的長石、巖屑及泥質雜基和膠結物等受到不同程度的溶蝕擴大而形成的孔隙（圖3－E，F，G），因此又被稱為溶擴粒間孔，孔隙形態極不規則，邊緣常呈溶蝕港灣狀，孔喉配位數在3～4以上，連通性極好，含量有限，但屬于深水扇砂巖儲層中最有效的儲集空間類型。

b.粒內溶孔。珠江組砂巖中常見沿長石解理發育的粒內溶孔，多呈蜂窩狀分布（圖3－C，H），粒內溶孔的孔喉配位數多為3～4，連通性好，但其含量低，為深水扇砂巖儲層中次要的儲集空間類型。

圖3 珠江組砂巖儲層中的孔隙類型和發育特征Fig.3 Types of the pores in the Zhujiang Formation sandstone reservoirs

c.鑄模孔。較為少見，一般由長石顆粒溶解而成，孔內無或很少有次生礦物充填物（圖3－E），往往與粒間溶孔和粒內溶孔相伴生，也為深水扇砂巖儲層中很次要的儲集空間類型。

d.晶間微孔。僅在充填溶孔的熱液高嶺石集合體中發育有較豐富的晶間微孔（圖3－G），此類型孔隙對儲層的貢獻非常有限，在常規的儲層物性特征研究中可忽略不計。

e.裂縫。局部較發育，以呈不連續分布的高角度成巖壓裂縫為主（圖4），部分為順層理發育的水平裂縫和網狀裂縫，對改善儲層局部的孔、滲性有重要的意義。

圖4 砂巖中的成巖壓裂縫Fig.4 Diagenetic fractures in sandstones A井，3143.29m井段

1.4 儲層物性和孔隙結構特征

1.4.1 儲層物性

據4口井306件樣品實測孔隙度與滲透率資料，珠江組深水扇砂巖儲層的孔隙度為10.0%～30.5%，集中在18%～24%之間，平均值為22.49%；滲 透率 為 0.1×10－3～3080×10－3μm2，集中在128×10－3～1024×10－3μm2之間，平均值為860.75×10－3μm2。按碎屑巖天然氣藏儲層分類國家標準（SY／T5601－2009），屬中－高孔高滲型儲層。孔隙度與滲透率具明顯正相關性（圖5），相關系數為0.61，說明儲集和滲流空間主要依靠基質巖孔喉條件，屬孔隙型儲層，但局部發育的裂縫可進一步改善局部的儲層滲透性。

1.4.2 孔隙結構

圖5 砂巖孔隙度和滲透率相關性Fig.5 The correlation between porosity and permeability of sandstones

珠江組深水扇砂巖儲層排驅壓力（pd）很小，僅為0.021～0.158MPa，平均值為0.055MPa，表明儲層滲透率高；中值壓力（pc50）也很低，為0.049～0.999MPa，平均為0.197MPa，表明儲層原始產能較高；最大孔喉半徑（rc10）為4.732～36.5μm，平均為18.168μm；中值孔喉半徑（rc50）為0.768～13.86μm，平均為7.474μm，總體上以粗喉結構為主，孔喉配位數為3～4；分選系數（σ）為0.45～0.82，平均0.556，孔喉分選好。上述數據說明儲層具有好的孔隙結構，具備中－高孔、高滲、高產條件。

2 儲層發育條件和控制因素分析

2.1 陸架坡折帶對儲層發育的控制

在大規模的白云運動過程中，白云凹陷由珠海組沉積期的陸架邊緣三角洲突變為珠江組沉積期的陸坡和深水盆地沉積環境［2－5］，來自于陸架邊緣三角洲的大量沉積物隨重力流沿陸坡上的峽谷向盆地方向搬運，于陸架坡折帶上的峽谷區和坡折帶下部的深海區形成具有典型“源－渠－匯”沉積模式的深水扇沉積體系［13］。顯然，陸架坡折帶所具有的獨特沉積環境和水動力條件，為砂質碎屑流沉積提供了有利構造背景和古地形條件，同時控制了珠江組水道砂體的沉積過程和分布區域，是形成珠江組深水扇沉積體系最基本的條件［2－5］。

2.2 沉積特征與儲層發育的關系

2.2.1 沉積微相與儲層發育的關系

在荔灣井區珠江組深水扇沉積體系中，可識別出內扇、中扇、外扇3個亞相和眾多微相類型［9－11］。據各微相類型砂巖的物性資料統計（表1），以內扇主水道和中扇分支水道砂質碎屑流沉積的中－粗粒和中－細粒砂巖物性為最好，最有利于儲層發育；其次為中扇前緣扇狀朵體近源濁流沉積的粉－細粒砂巖；扇狀朵體最前端時有發育的滑塌體砂巖物性普遍較差；而內扇和中扇水道間溢堤及外扇遠源低密度濁流沉積的粉－細粒砂巖物性更差，大多數已屬于不利于儲層發育的沉積微相類型。

表1 荔灣井區珠江組砂巖儲層各類儲集巖孔隙度和滲透率Table 1 Porosity and permeability of all types of reservoirs in the Zhujiang Formation sandstone reservoirs of Liwan area

2.2.2 砂巖粒度與儲層發育的關系

通過對荔灣井區A井、C井和D井珠江組深水扇砂巖粒度與相關孔隙度和滲透率的關系統計（表2），最有利儲層發育的砂巖為中粒砂巖，次為細粒砂巖和粗粒砂巖，而微粒砂巖和粉砂巖不太有利于儲層發育，與深水扇內扇主水道和中扇分支水道砂體各以中－粗粒和中－細粒砂巖為主的巖性組合特征相吻合。

表2 珠江組不同粒度的砂巖孔隙度和滲透率Table 2 Reservoir porosity and permeability ofsandstones with different sizes in Zhujiang Formation

2.2.3 砂體規模與儲層發育的關系

據荔灣井區已鉆井單砂體劈分與橫向對比分析，發現水道微相的單砂體厚度與寬度呈明顯正相關性，因而可以用單砂體的厚度代表砂體發育規模。就已鉆井揭露和解釋的單砂體厚度與砂體成因類型的關系而言，一般厚度＞2m的單砂體幾乎都為內扇主水道碎屑流沉積的砂體，而厚度為0.5～2m的單砂體多為中扇分流水道碎屑流和近源濁流沉積的砂體，厚度＜0.5m的單砂體多為近－半遠源濁流沉積的砂體。對應單砂體的厚度加大，砂體的平均孔隙度和滲透率明顯趨于變好（表3），與沉積微相和砂巖粒度對儲層質量的控制也是相一致的。

表3 珠江組不同厚度的砂體孔隙度和滲透率Table 3 Reservoir porosity and permeability of sandstones with different thicknesses in Zhujiang Formation

2.3 成巖作用與儲層發育的關系

白云凹陷珠江組荔灣井區深水扇取心段埋藏深度范圍在3.05～3.22km之間，理論上已進入中成巖階段A期；但據珠江組深水扇沉積體系中泥巖夾層的鏡質體反射率分析結果，Ro僅為0.3%～0.43%，反映珠江組的成巖作用尚處在相當于埋藏深度為2～2.5km的早成巖階段B期，仍保持了平均為22.49%、最高可達30.5%的較高孔隙度。目前已證實，埋深超過3km的砂巖中孔隙仍可得到較好保存的原因與以下幾種情況有關：①油氣進入到巖石中，降低或中止了沉淀膠結物的成巖反應。②超壓，未受到該深度應得到的正常成巖強度的壓實應力作用改造，如北海Ekofisk油田Central Graben主力產層的埋深普遍超過3km，儲層孔隙度仍高達40%，且以原生孔隙為主，與儲層具備廣泛的超壓作用有關［14］。③未遭受深埋藏環境的成巖改造和構造破裂作用，如加拿大Scotian陸棚相儲層［15］。白云凹陷在23.8～13.8Ma B.P.時間段的實測沉降速率始終保持增長趨勢，在17.5～13.8Ma B.P.期間進入沉降速率達190m／Ma的最快速時期而進入超壓狀態［16］。朱俊章等利用流體包裹體方法得出白云凹陷深水區珠江組來自恩平組烴源巖的油氣充注時間較晚，發生于8Ma B.P.至現今的漫長期間內［17］，因此，珠江組深水扇砂巖儲層原生孔隙得到較好保存的原因與油氣充注成藏前存在超壓作用有關。石萬忠等通過對珠江口盆地白云凹陷地層壓力演化與油氣運移模擬［18］，確定珠江口盆地新生代地層壓力隨著構造運動的發生經歷了50～38Ma B.P.，38～30Ma B.P.和18.5～0 Ma B.P.這3次超壓旋回，白云凹陷中心是超壓旋回的主體部位，以相當于珠江組深水扇砂巖儲層油氣充注成藏前的第三旋回超壓作用最強。因此，于23.8Ma B.P.之后沉積的珠江組深水扇在埋藏成巖演化過程中，在23.8～18.5Ma B.P.期間僅經歷了相當于2～2.5km最大埋藏深度的早成巖階段A→B期的機械壓實、壓溶、次生礦物充填膠結及溶蝕作用改造，于18.5～8.0Ma B.P.期間超前地進入了第三期超壓旋回。超壓旋回過程中高孔隙流體壓力有效地抵抗了更深埋藏階段的成巖改造作用，以成巖強度仍維持在早成巖階段B期和保存有較好的原生孔隙為顯著特點。因此，珠江組深水扇所經歷的成巖改造作用總體較弱，無論是破壞性的抑或建設性的成巖作用對儲層發育的影響都不很強烈，具備形成中－高孔高滲孔隙型儲層的成巖條件。

2.3.1 破壞性成巖作用與儲層發育的關系

珠江組深水扇砂巖固結成巖過程主要經歷的是機械壓實、壓力溶解、次生礦物的沉淀和充填膠結作用，都是使孔隙縮減的破壞性成巖過程，但從總體上看破壞性不大，有如下幾個特點：①砂巖的壓實強度總體較弱，顆粒間以點接觸為主，部分為點－線接觸，塑性巖屑和云母基本上未發生明顯彎曲變形，儲層以發育原生粒間孔隙為主。②膠結作用對儲層的破壞性次于壓實作用，主要表現為相當于石英碎屑Ⅰ－Ⅱ級次生加大邊的弱硅質膠結和局部的碳酸鹽膠結，其次為黏土雜基膠結。其中硅質膠結物和雜基雖然占據了2.0%～3.0%的孔隙空間，但因含量較低總體上對總孔隙度影響不大，呈斑塊狀不均勻分布的方解石膠結作用也僅僅對局部巖性段的致密化有較大影響［19］。③次生黏土礦物膠結物以高嶺石占絕對優勢，成因主要與進入孔隙的酸性熱液對長石進行蝕變有關，以充填次生溶孔為主，使已加大的溶孔又有所縮小。偶見伊利石和伊／蒙混層黏土圍繞顆粒生長和膠結骨架顆粒。各類次生黏土礦物含量總體很低，對縮減儲層的孔隙有限，但纖細的次生黏土礦物在流體運移時易被破碎形成可移動的小碎片堵塞喉道，從而大幅度地降低儲層的可滲透性。因此，低的次生黏土礦物含量對儲層物性的影響雖然不大，但可形成較強的速敏性和水敏性。

2.3.2 建設性成巖作用與儲層發育的關系

珠江組深水扇砂巖儲層的建設性成巖作用，主要表現為早成巖階段A期→B期早時的硅質與雜基混合的弱膠結作用，早成巖階段B期晚時的成巖壓裂和有機酸熱液溶蝕作用。其中弱膠結作用的貢獻表現為對原生孔隙的保存提供了部分抗壓實結構，而成巖壓裂和有機酸熱液溶蝕作用的貢獻表現為形成了部分相連通的裂縫及粒間和粒內溶孔、鑄模孔、溶洞，特別是沿成巖壓裂縫進行的溶蝕作用，對發育各類次生孔隙和改善儲層的孔、滲性貢獻更明顯。

3 儲層的綜合評價

根據珠江組深水扇砂巖儲層的物性和孔隙結構參數，按照儲層分類國家標準（SY／T5601－2009）可將荔灣井區珠江組深水扇砂巖儲層劃分成4類儲層（表4）。僅就深水扇沉積體系的發育范圍而言，儲層分布有如下3個特點：①內扇和中扇水道砂體以廣泛發育Ⅰ類和Ⅱ類好儲層為主，Ⅲ類中等儲層和Ⅳ類差儲層基本不發育。②中扇分流水道間和前緣扇狀朵體以發育Ⅲ類中等儲層為主，部分為Ⅳ類差儲層。③外扇一般不利于儲層發育。

儲層在平面上的分布，嚴格受珠江組下部低位體系域的盆地扇→斜坡扇沉積演化序列和沉積相展布格局控制，如荔灣井區A井、B井和D井都位于Ⅰ類最好儲層發育區（圖6），都已于珠江組深水扇內扇和中扇水道砂體中鉆獲高產油氣流，流花井區的H井也在位于Ⅰ類最好儲層區發育區的珠江組深水扇內扇和中扇水道砂體中鉆獲高產油氣流（圖1），顯示了此兩井區珠江組深水扇砂巖儲層巨大的油氣資源潛力和勘探開發前景。由此可見，白云凹陷珠江組深水扇砂巖儲層的預測可以砂體成因類型和發育規模為主要依據，以深水扇內扇和中扇分流水道為最有利勘探開發目標。可以相信，包括荔灣、流花等井區在內的白云凹陷珠江組深水扇沉積體系有可能成為中國油氣儲量增長的新亮點。

表4 珠江口盆地白云凹陷荔灣井區珠江組砂巖儲層分類評價表Table 4 Classification and evaluation of the Zhujiang Formation sandstones reservoirs from Liwan area in Baiyun sag

圖6 荔灣井區珠江組儲層預測Fig.6 Prediction of the Zhujiang Formation reservoirs in Liwan area

4 結論

a.白云凹陷荔灣井區珠江組深水扇內扇和中扇水道微相的砂巖儲層具有成分成熟度低和結構成熟度高的性質，繼承了砂質碎屑流形成前的陸架邊緣三角洲前緣砂體的近源高能成因特征，非常有利于中－高孔高滲型優質儲層的發育。

b.儲集空間以原生粒間孔和剩余原生粒間孔為主，其次為粒間溶孔、粒內溶孔和少量鑄模孔及生物體腔孔，成巖壓裂縫對改善儲層的孔、滲性也有貢獻，優質儲層的發育、保存與砂體超前進入超壓旋回有關。

c.儲層發育主要受陸架坡折帶、沉積相和成巖作用3個因素復合控制，其中陸架坡折帶控制了儲層發育位置和產狀特征；沉積相對儲層發育的控制包括沉積微相、砂巖粒度和單砂體厚度三要素，由此三要素聯合控制了儲層的發育規模和品質，以內扇和中扇水道砂體為最有利于儲層發育的沉積相類型；成巖作用對儲層總體影響甚小，在進行儲層預測和評價時可暫不考慮。因此，在實施具體的勘探開發方案時可以砂體的發育位置、成因類型和產出規模為主要依據。

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