渤海X油田生屑云巖沉積演化及分布規(guī)律

張 汶，田曉平，杜春曉，張國坤，郭 維

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

渤海X油田生屑云巖沉積演化及分布規(guī)律

張 汶，田曉平，杜春曉，張國坤，郭 維

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

渤海海域中，在深層碎屑巖系儲層物性不佳的背景下，物性較好的湖相生物碳酸鹽巖是重要的油氣勘探目標(biāo)，渤海X油田沙河街組即為該類型儲層。根據(jù)其構(gòu)造演化背景，通過沉積演化及沉積相分析，該區(qū)生屑云巖經(jīng)歷了沙一下亞段早期、中期、晚期和沙一上亞段早期四個沉積發(fā)育階段。結(jié)合鉆井資料分析，生屑云巖層發(fā)育受古地貌控制，通常發(fā)育于斜坡帶；斜坡中部多期生屑灘疊置厚度較大，剖面上呈透鏡狀分布。通過地質(zhì)理論模型，結(jié)合井資料，對儲層發(fā)育范圍及厚度進(jìn)行了預(yù)測。預(yù)測結(jié)果對該類型油田開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

渤海X油田；沙河街組；生屑灘；生屑云巖；古地貌；沉積演化

渤海灣盆地已發(fā)現(xiàn)不少湖相碳酸鹽巖儲層油氣田，如渤中凹陷的渤中13-1油田，冀中凹陷的大王莊油田、黃驊坳陷的王徐莊和周清莊等油氣田[1-4]。湖相生物碳酸鹽巖儲層多為高孔高滲優(yōu)質(zhì)儲層，在渤海海域中深部碎屑巖系儲層物性不佳的背景下，該儲層是重要的油氣勘探目標(biāo)。對湖相生屑灘發(fā)育分布規(guī)律的認(rèn)識是尋找和預(yù)測生屑云巖儲層的基礎(chǔ)。與海相碳酸鹽巖相比，湖相碳酸鹽巖發(fā)育相對較少，對其重視和研究的程度也較低[1]。隨著含油氣盆地勘探程度的不斷提高，湖相碳酸鹽巖將有望成為油氣勘探的重要領(lǐng)域。

1 地質(zhì)背景

渤海X油田位于渤海西部海域，油田范圍內(nèi)已鉆探井5口，主要含油層段為沙一段生屑云巖儲層，油藏海拔-3 400 m～-3 500 m；構(gòu)造上位于南堡凹陷西南端，南鄰沙壘田凸起，為南堡凹陷和沙壘田凸起之間斷階帶上的一個局部斷塊。該區(qū)沙二段沉積末期，盆地部分抬升，遭受剝蝕，沙二段大部分缺失；沙一段沉積時期，地殼活動相對穩(wěn)定，早期發(fā)育了一套碳酸鹽巖沉積，披覆于古生界潛山基底之上[5]。通過測試，該段油品性質(zhì)好、產(chǎn)能高，為油氣富集的有利層段。

2 沉積相識別

通過鉆井、測井、巖心和薄片觀察，沙一段下部為發(fā)育于巖溶角礫巖之上的碳酸鹽巖沉積，自下而上主要為云質(zhì)礫巖、含生屑云質(zhì)礫巖、含礫生屑云巖、生屑云巖和泥晶白云巖。整體上，沙一段沉積期發(fā)育濱湖和淺湖相。碳酸鹽巖儲層段主要發(fā)育于沙一段下部，為濱淺湖沉積環(huán)境，可進(jìn)一步劃分為生屑灘、灘緣、瀉湖及礫屑灘等沉積亞相[6-8]。

2.1 生屑灘相

生屑灘相為該油田最優(yōu)質(zhì)的儲層發(fā)育類型，儲層物性好、分布較廣泛。依據(jù)巖心與薄片觀察，生屑類型主要為腹足類的螺屑(圖1A)，巖心中可見大量未充填的孔隙(圖1B、C、D)，巖性主要為白云巖。

圖1 沙一段生屑灘相巖石類型

2.2 灘緣相

灘緣相是生屑灘相向半深湖-深湖或?yàn)a湖相的過渡相。研究區(qū)由生屑灘相向?yàn)a湖過渡的灘緣相在巖心上較多見，以薄層生屑云(灰)巖與泥晶云巖或灰質(zhì)泥巖互層為主。

2.3 瀉湖相

生屑灘的生長限制了生屑灘向隆起方向的水體流動，從而形成局限湖泊環(huán)境。環(huán)境水體能量小，沉積物以灰綠色泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖為主。

2.4 礫屑灘相

礫屑灘相以云質(zhì)礫巖與薄層含礫生屑云(灰)巖沉積組合為主。云質(zhì)礫巖中角礫主要來源于下部奧陶系古潛山的風(fēng)化剝蝕殘積；湖水的周期性漲落形成生屑灘與礫石灘交替發(fā)育或成份混積的特征。物性隨生屑含量的增加而變好。

2.5 淺湖相

開闊淺湖相沉積以泥灰?guī)r和泥巖沉積為主，夾薄層粉砂巖，反應(yīng)相對安靜的水體環(huán)境；主要發(fā)育在沙河街組中上部，沉積在該套碳酸鹽巖之上。

綜合以上觀察與分析，對研究區(qū)2井沙一段取心段進(jìn)行了沉積旋回和沉積相的劃分。沙一段具有較好的正旋回特征，儲層段發(fā)育在沙一段底部，內(nèi)部可細(xì)分為下部的礫屑灘相、上部為以生屑為主的生屑灘相。此外，生屑云巖層段內(nèi)部同時發(fā)育泥晶云巖和泥巖為主的瀉湖相。整體看，儲層物性從礫屑灘相向生屑灘相逐漸變好，并在生屑灘亞相內(nèi)發(fā)生次一級的旋回性變化(圖2)。

3 沉積演化

研究區(qū)沙河街組沙一段總體上為向上湖平面逐漸變深的沉積旋回。通過研究，將沙一段生屑云巖層及相鄰層段的沉積演化劃分為四個階段[9-13]：沙一下亞段早期、中期、晚期和沙一上亞段早期(圖3，圖4)。

沙一下亞段沉積早期，湖泊水體較淺，古隆起大面積暴露，隆起處以碳酸鹽巖古潛山的風(fēng)化和原地堆積為主。古地貌相對低處發(fā)育生屑灘沉積，生屑灘與碳酸鹽巖巖屑混積明顯，生屑含量相對較高的巖石物性相對較好，局部發(fā)育物性較好的生屑灰(云)巖夾層。此時期斜坡上部主要為云質(zhì)礫巖沉積，斜坡下部水體相對干凈，為含礫生屑灘沉積；整體灘體厚度較薄。古地貌低處，向?yàn)┚壏较蛴捎谒w變深，生物逐漸減少，主要發(fā)育含生物灰泥巖或泥晶灰?guī)r，至半深湖-深湖處為泥灰?guī)r或泥巖沉積(圖3A，圖4D)。

圖3 沙一段沉積剖面演化圖

沙一下亞段沉積中期，隨著進(jìn)一步湖侵及鹽度的增加，古隆起范圍逐漸變小，適合生屑灘發(fā)育的斜坡范圍變大，生屑灘向古隆起方向遷移抬升。由于生屑灘的堆積，在生屑灘與古隆起之間形成了瀉湖沉積。瀉湖水體能力弱，易與古潛山風(fēng)化剝蝕過程中的泥質(zhì)沉積形成灰(云)質(zhì)泥巖和泥巖的混積，泥巖顏色以淺綠色為主。受湖平面升降影響，泥晶云巖或泥巖發(fā)生周期性暴露，形成泥裂等構(gòu)造特征。受風(fēng)暴作用等影響，半固結(jié)的灰泥或云泥被風(fēng)暴等破碎，形成內(nèi)碎屑角礫沉積，并與退積的生屑灘混和。生屑灘向湖方向則逐漸相變?yōu)樯詈嗄嗷規(guī)r和泥巖沉積(圖3B，圖4C)。

圖4 沙一下亞段沉積平面演化

沙一下亞段沉積晚期，湖水進(jìn)一步上升，古隆起被全部淹沒，生屑灘主要發(fā)育于水深相對較淺的古隆起頂部周圍。此時局限淺湖相不發(fā)育，灘間發(fā)育泥晶灰?guī)r或云巖等。受多期灘體的疊置影響，生屑灘在古隆起斜坡處相對較厚，在頂部相對較薄。向古隆起低洼處，生屑灘逐漸相變?yōu)樯詈嗄嗷規(guī)r、泥巖沉積(圖3C，圖4B)。

進(jìn)入沙一上亞段沉積期后，湖水進(jìn)一步加深，不適合生物的生存發(fā)育，沙一上亞段早期生屑灘逐漸被淹沒進(jìn)而消亡，研究區(qū)僅發(fā)育淺湖相的泥晶灰?guī)r和半深湖相的泥灰?guī)r、泥巖等；隨著水體進(jìn)一步加深，本區(qū)碳酸鹽巖沉積結(jié)束(圖3D，圖4A)。

4 儲層分布規(guī)律

生屑云巖是研究區(qū)沙一段最為優(yōu)質(zhì)的儲層，對生屑灘發(fā)育分布規(guī)律的認(rèn)識是預(yù)測生屑云巖儲層分布的基礎(chǔ)。由于油藏較深(海拔-3 400 m左右)，該深度地震資料品質(zhì)不佳，主頻15 Hz，分辨率66 m，遠(yuǎn)大于生屑云巖層的平均厚度，地震相標(biāo)志無明顯特征，所以利用地震資料無法有效預(yù)測儲層的分布。因此，采用恢復(fù)古地貌與沉積模式相結(jié)合的方法開展儲層展布特征研究。

總體來說，湖相碳酸鹽巖發(fā)育受氣候、物源、水體化學(xué)性質(zhì)和構(gòu)造的影響。渤海灣盆地沙一段沉積期水體鹽度逐漸變大[14-17]，氣候逐漸干燥，形成了有利于湖相碳酸鹽巖發(fā)育的古氣候背景。然而，對于特定研究區(qū)，主控因素則可能具有明顯差異性[18-20]。基于以上對沙一下亞段古地貌和沉積相演化規(guī)律的分析可知，生屑灘發(fā)育主要受古地貌的控制，從沙一下亞段早期至晚期，隨著湖平面逐步上升，古隆起范圍逐漸變小，生屑灘發(fā)育范圍逐漸擴(kuò)大，由早期相對遠(yuǎn)離古隆起位置逐步向古隆起方向遷移；同時，各期次的生屑灘之間還夾雜瀉湖沉積的泥晶灰?guī)r隔夾層，整體上儲層縱向具有多期生屑灘砂體疊置特征，斜坡中部多期生屑灘疊置厚度最大，向下與向上厚度減薄，剖面上呈透鏡狀分布，平面上儲層疊置連片，邊界受生屑灘發(fā)育控制。

通過對已有鉆井資料的統(tǒng)計和連井對比分析，位于古地貌最高的1井，古地貌沉積厚度113 m，生屑灘厚度為9.1 m；位于斜坡處的2井，古地貌沉積厚度159 m，生屑灘厚度增加為14.3 m；而位于古地貌低洼處的4井和5井，古地貌沉積厚度分別為180 m和220 m，儲層僅發(fā)育灰?guī)r或泥灰?guī)r，生屑灘不發(fā)育。由此反應(yīng)出古地貌對儲層的重要控制作用，古地貌斜坡處多期灘體的疊加使其生屑灘最為發(fā)育。綜合分析認(rèn)為，渤海X油田沙一下亞段湖相碳酸鹽巖沉積尖滅的相對古地貌為220 m，而生屑灘發(fā)育的范圍則局限于古地貌厚度180 m內(nèi)。

基于以上對沙一段生屑灘沉積演化特征的分析，生屑灘向古隆起高部位逐漸減薄。依據(jù)地震、鉆井資料計算地層傾角為6度，應(yīng)用1井、2井對應(yīng)古地貌位置的生屑云巖沉積厚度與高點(diǎn)之間關(guān)系建立生屑灘上傾方向厚度預(yù)測模型(圖5)，同時轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)計算模型(圖6)。

圖5 沙一下亞段生屑灘厚度分布特征

圖6 沙一下亞段生屑灘厚度預(yù)測數(shù)學(xué)模型

在數(shù)學(xué)計算模型中，A點(diǎn)為生屑灘的理論尖滅點(diǎn)，B點(diǎn)為2井的位置，BB′為2井的生屑灘厚度14.3 m，C點(diǎn)為1井的位置，CC′為1井的生屑灘厚度9.1 m,D為古隆起最高點(diǎn)的位置，DD′為古隆起最高點(diǎn)的預(yù)測厚度。古隆起的坡度角∠ABO平均值約為6度，坡度較小，因此，2井和1井的水平距離575 m近似等于BC長度L1，1井和高點(diǎn)D的水平距離538 m近似等于CD長度L2，以此類推AD近似等于L3，則AB的長度近似等于L=L1+L2+L3。

由公式：

CC'/BB'= (L2+L3)/ (L1+L2+L3)

可得L3長度為449 m，因此，L總長度為1 562 m。

由公式：

DD'/BB'=L3/ (L1+L2+L3)

可得DD′長度為4.1 m，即古隆起最高點(diǎn)處生屑灘厚度為4.1 m。

理論模型計算的尖滅點(diǎn)處古地貌沉積厚度為36 m，然而渤海X油田古潛山的古地貌最高點(diǎn)沉積厚度為70 m，低于理論尖滅點(diǎn)的高度。因此，本區(qū)古隆起處仍普遍發(fā)育生屑灘，具有重要的勘探潛力。

綜合以上結(jié)論和已有鉆井資料分析，繪制了研究區(qū)沙一段生屑云巖厚度等值線圖(圖7)。由圖顯示，古地貌高點(diǎn)處生屑灘厚度較薄，向斜坡處厚度逐漸增加，至斜坡下部厚度又變薄，至古地貌低洼處由于古水深較深其環(huán)境已不利于生物發(fā)育，生屑云巖層則逐漸尖滅，巖性轉(zhuǎn)為泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r或泥巖沉積。古隆起斜坡處因多期灘體的疊置，生屑灘厚度最大，為優(yōu)質(zhì)生屑云巖儲層的有利鉆探目標(biāo)區(qū)。

圖7 沙一段生屑云巖厚度等值線

5 結(jié)論

(1)渤海X油田沙一段儲層巖性主要為生物碎屑云巖，沉積演化整體上為向上湖平面逐漸變深的正旋回沉積，生屑云巖層主要分布在其中的沙一下亞段。

(2)該區(qū)生屑云巖層發(fā)育受古地貌控制，通常發(fā)育于斜坡帶，斜坡中部多期生屑灘疊置厚度較大，向下與向上厚度減薄，其剖面上呈透鏡狀分布；結(jié)合鉆井資料分析，生屑灘發(fā)育的范圍局限于古地貌厚度180 m內(nèi)；通過地質(zhì)理論模型計算出區(qū)域高部位生屑云巖層厚度為4.1 m，并且其地層厚度大于理論尖滅點(diǎn)的厚度，說明本區(qū)古隆起處仍普遍發(fā)育生屑灘；根據(jù)地質(zhì)模式繪制出生屑云巖等值線圖，預(yù)測了儲層的分布范圍及變化趨勢。

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編輯：張 凡

1673-8217(2017)01-0007-06

2016-09-28

張汶，工程師，1983年生，2009年研究生畢業(yè)于長江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。

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