大港探區上古生界二疊系致密砂巖儲層特征及成因

王 輝，馬文華，張凡磊，崔 宇

（中國石油大港油田公司，天津 300280）

渤海灣盆地黃驊坳陷第三系油氣勘探已經進入中后期，尋找新的勘探接替戰場迫在眉睫，近年來，圍繞古生界的科研投入越來越大，陸續在大港探區港北潛山、王官屯潛山上古生界發現工業油氣流，特別是近期在烏馬營潛山二疊系下石盒子組致密砂巖獲得工業氣流，預示著二疊系致密砂巖良好的勘探前景，必將成為油田增儲上產的重要接替層系。從目前的油氣發現井來看，二疊系致密砂層是上古生界最具潛力的含油氣層系，但是，由于致密砂巖儲層的低孔低滲等特征，如何尋找優質儲層相帶，有效勘探這類氣藏變得尤為重要，本文重點分析了大港探區二疊系致密砂巖的儲層特征，以及影響儲層物性的主控因素，為如何在大港探區尋找這類低孔低滲的潛山氣藏提供可靠的地質依據，具有重要的現實指導意義[1-3]。

1 儲層巖石學特征

大港探區上古生界二疊系地層由山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組構成[4]，其中下石盒子組砂巖最厚，上石盒子組次之，下石盒子組累計厚度可達80 m～184 m，依目前的油氣發現，本文重點研究了上、下石盒子組的巖石學特征。

1.1 下石盒子組

近年來，在針對大港探區二疊系的勘探評價表明：二疊系儲層分布受控于印支期差異剝蝕控制，具有南沉北抬的構造格局，坳陷南區二疊系下石盒子組保存相對完整，而北區往往缺失二疊系上部石千峰和上石盒子組。南部地區（如烏馬營潛山）下石盒子組主要發育石英砂巖，石英含量最高可達95%，巖屑石英砂巖次之，巖屑以變質石英巖和酸性噴出巖為主，顆粒分選好-中、磨圓中，風化深，壓實較強烈，多見凹凸接觸，巖屑見酸性噴出巖、變質石英巖。中北部（如港北潛山）主要發育巖屑長石砂巖，巖屑類型主要是酸性噴出巖、硅質巖、變質石英巖、泥質巖等等。碎屑顆粒分選性中等，圓度為次尖-次圓，風化中，壓實強烈，膠結類型主要為孔隙式和壓嵌，顆粒支撐。下石盒子組孔隙中的填隙物含量中等，主要為泥質雜基和成巖后期形成的碳酸鹽膠結物。

1.2 上石盒子組

上石盒子組僅在大港探區南部發育，巖石類型整體上以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，巖屑砂巖次之，上石盒子組的石英含量較下石盒子組低，巖屑見酸性噴出巖、變質石英巖、粉砂巖等。本層段內泥質分布粒間，部分見云母化現象。碎屑顆粒分選性好-中等，圓度為次尖-次圓，孔隙式膠結，線狀接觸，顆粒支撐，粒度大都處于0.25 mm～1.3 mm。孔隙中的填隙物含量相比下石盒子組有所降低。泥質雜基主要為泥質和水云母類，膠結產物主要是方解石和高嶺石膠結物[7]。

2 孔隙結構

通過鑄體薄片的觀察與分析，上、下石盒子組原生孔隙基本不發育，主要是在儲層深埋成巖時期形成的次生成因的溶蝕孔隙，以粒間、粒內溶孔為主，占到了總孔隙空間的60%～70%（見圖1），主要由長石顆粒、巖屑及粒間膠結物的溶蝕改造形成。溶蝕孔隙鏡下常呈現不規則的形態，粒間、粒內溶孔一定程度上改善了砂巖儲層物性，但是，如長石溶蝕形成的高嶺石、以及后續反應形成的伊蒙混層等自生黏土礦物會堵塞孔隙空間，整體上，溶蝕作用并不能改善儲層物性。

裂縫主要見下石盒子組地層中，對于二疊系這種致密砂巖儲層，裂縫及微裂縫已經成為重要的儲集空間。同時，裂縫的發育又加深了溶蝕作用，使儲層在弱溶蝕條件下形成優質儲層。如南區潛山探井gg1601、us1等在埋深達到4 000 m～5 000 m時，在弱溶蝕條件下，經過微裂縫的改造，孔隙度還可以達到10個左右，充分說明裂縫對儲層的改善至關重要。

據查閱相關文獻得知[5]，下石盒子組，平均孔喉半徑0.54 μm～10.75 μm（均值 7.02 μm），排驅壓力 0.99 MPa～2.80 MPa（均值1.61 MPa），喉道分選系數 1.10～38.40（均值14.65）；上石盒子組，平均孔喉半徑0.70 μm～11.59 μm（均值 6.01 μm），排驅壓力 0.29 MPa～0.95 MPa（均值0.50 MPa），喉道分選系數0.91～41.09（均值16.88）。整體上表現出，石盒子組的排驅壓力小-中等，喉道分選系數普遍偏小，上石盒子組孔喉連通性略好于下石盒子組。

3 儲層物性特征

統計本區已有樣品的分析結果，大港探區上古生界二疊系的孔隙度與滲透率正相關性明顯。儲層儲集物性在不同層段內有明顯差異。下石盒子組物性相比上石盒子組及山西組要好，下石盒子組孔隙度在10%以上的樣本點占到了49.28%，并且下石盒子組上部辮狀河河道沉積砂巖物性最好，孔隙度均值可以達到15%，滲透率也是所有儲層段最好的（見圖2）。

4 致密砂巖儲層成因

4.1 致密砂巖的空間展布特征

上古生界致密砂巖有利儲集層的空間分布主要受控于原始沉積環境，中、新生代后期改造作用。其中，中生代印支-燕山期大港探區中北區區域性的構造抬升與剝蝕作用對該地區上古生界儲層發育影響非常大[6，7]。在強剝蝕區，上古生界主力儲集層系-二疊系石盒子組儲層已被剝蝕殆盡，失去了主力儲層的作用，而在環繞二疊系石盒子組剝蝕區的地帶，儲層物性變化較大，在古地下水活動性強的滲流帶可形成次生溶蝕帶，儲層物性較好（如扣村地區），但向凹陷一側一定的距離內往往出現次生膠結帶，導致原始孔隙被膠結充填，使儲集物性進一步變壞。

圖1 上古生界儲層次生粒間孔隙，粒內孔隙

圖2 大港探區上古生界二疊系下石盒子組儲層砂巖孔隙度和滲透率頻率直方圖

大港探區南區上古生界層序保存全，南端的王官屯、南皮地區還殘留了巨厚的下三疊統地層，上古生界儲層發育特點主要受原始沉積相帶及構造裂縫的影響，在晚古生代河流沉積的主河道帶發育了巨厚的滲透砂巖，是上古生界有利儲集層發育的主要地區；而在疊加有中、新生代構造活動因素的地段（如中生代逆掩構造發育區），二疊系砂巖可以有較好的滲透性。

4.2 破壞性成巖作用

4.2.1 壓實-壓溶作用 對于上古生界二疊系儲層來說，儲層的成巖作用經歷了多個期次的深埋，機械壓實作用導致原生孔隙已經基本不發育，顆粒接觸主要是縫合線接觸，見部分凹凸接觸，多期次的深埋壓實導致顆粒變形、破裂、緊密堆積，重排明顯。同時，在壓實過程中也伴隨著碎屑接觸點的溶解作用。下伏沉積物的壓溶作用隨上覆沉積物厚度不斷增大亦隨之增強。使得顆粒間的接觸強度進一步加深，孔隙變小，喉道變窄。因此，即由壓實-壓容作用導致儲層的孔隙度的損失量較大。

4.2.2 膠結作用 鏡下觀察表明，二疊系碎屑巖儲層內膠結作用主要為黏土礦物膠結、碳酸鹽膠結，硅質膠結發育程度一般。研究區二疊系下石盒子組主要發育高嶺石膠結、碳酸鹽巖膠結，高嶺石作為長石顆粒遭受酸性溶蝕改造的副產物，使得原生孔隙進一步破壞；上石盒子組主要發育伊蒙混層膠結和碳酸鹽巖膠結，伊/蒙混層主要以充填孔隙的形式產出。

4.3 破裂作用

破裂形成的裂縫和微裂縫在大港探區南部二疊系比較發育，從目前的鉆井來看，裂縫和微裂縫的發育程度對致密砂巖的儲集性能好壞至關重要，上古生界二疊系儲層沉積以來，受到了多次構造運動的影響，在破裂早期，主要是方解石充填于其中，而晚期的充填物為方解石和石英。值得注意的是，在上、下石盒子砂巖儲層中可見比較寬且平直的溶蝕裂縫，主要被方解石礦物充填，此類裂縫是由于溶蝕作用沿著微裂縫發育比較強烈形成的同時順裂縫可以加深溶蝕作用，又可以溝通儲層基質孔隙，如黏土礦物晶間孔，對致密砂巖儲層改造至關重要。

5 結論

上古生界二疊系儲層具有低孔低滲的特點，以次生粒間溶孔、粒內溶孔及晶間微孔為主，基本不發育原生孔隙，裂縫分地區發育程度不同。筆者認為造成儲層致密的主要原因為：在無構造因素干擾的地區，由于機械壓實和壓溶作用導致原生孔隙大量減少，膠結作用進一步縮小原生粒間孔隙，造成砂巖儲層致密，儲層物性普遍偏差，為致密的低孔低滲型儲層；而在部分強烈構造變形區以及剝蝕區，由于裂縫及微裂縫的存在在一定程度上改善儲層物性，有較好的滲透性，但儲層非均質性強。

參考文獻：

[1]曾大乾，李淑貞.中國低滲透砂巖儲層類型及地質特征[J].石油學報，1994，15（1）：38-45.

[2]李健，吳智勇.深層致密砂巖氣藏勘探開發技術[M].北京：石油工業出版社，2002.

[3]唐海發，彭仕宓，趙彥超，等.致密砂巖儲層物性的主控因素[J].西安石油大學學報（自然科學版），2007，25（1）：59-64.

[4]侯中帥，陳世悅，鄢繼華，等.大港探區上古生界沉積特征與控制因素[J].地球科學，2017，42（11）：2055-2068.

[5]王方超.大港油田中南部上古生界沉積相分析及儲層研究[D].荊州：長江大學，2015.

[6]付立新，樓達，李宏軍，等.印支-燕山運動對大港探區古潛山形成的控制作用[J].石油學報，2016，37（b12）：19-30.

[7]吳永平，付立新，楊池銀，等.黃驊坳陷中生代構造演化對潛山油氣成藏的影響[J].石油學報，2002，23（2）：16-21.