湖相礁灰?guī)r圈閉的成因類(lèi)型及其對(duì)油氣成藏的控制作用

劉鑫金，蔣有錄，宋國(guó)奇

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院，山東東營(yíng)257061;2.中石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257000)

湖相礁灰?guī)r圈閉的成因類(lèi)型及其對(duì)油氣成藏的控制作用

劉鑫金1，蔣有錄1，宋國(guó)奇2

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院，山東東營(yíng)257061;2.中石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257000)

沾化凹陷四扣洼陷及周緣地區(qū)在古近系沙四上亞段沉積時(shí)期發(fā)育了一套礁灰?guī)r。在薄片觀察和巖心分析測(cè)試的基礎(chǔ)上，結(jié)合地層對(duì)比和儲(chǔ)層物性分析，對(duì)礁灰?guī)r儲(chǔ)層特征及有效圈閉形成的控制因素進(jìn)行研究，劃分灰?guī)r圈閉成因類(lèi)型，探討其在油氣成藏中的控制作用。研究表明:湖相礁灰?guī)r具有發(fā)育層位相對(duì)穩(wěn)定、礁體規(guī)模不一、礁灘混雜、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn);礁灰?guī)r圈閉的發(fā)育主要受沉積相帶、成巖作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，可形成控制礁灰?guī)r油氣成藏的4類(lèi)圈閉;礁灰?guī)r圈閉類(lèi)型在油氣成藏過(guò)程中起雙重控制作用，一方面控制了礁灰?guī)r圈閉的有效性，另一方面控制了油氣成藏的時(shí)間、輸導(dǎo)體系類(lèi)型和運(yùn)移充注方式。

儲(chǔ)層特征;礁灰?guī)r圈閉;成因類(lèi)型;控藏作用;沾化凹陷

中國(guó)各地質(zhì)歷史時(shí)期生物礁十分發(fā)育，第三紀(jì)為第三重要的造礁期［1］，第三系的湖相生物礁主要發(fā)育在柴西地區(qū)［2－3］和濟(jì)陽(yáng)坳陷的東營(yíng)和沾化凹陷內(nèi)［4］。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)礁灰?guī)r油藏的研究主要集中在礁體的一般性觀察描述［5－6］和儲(chǔ)層的地球物理識(shí)別上［7－8］。對(duì)我國(guó)東部斷陷湖盆而言，并非見(jiàn)礁即見(jiàn)油藏，礁的規(guī)模小、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)嚴(yán)重制約了礁灰?guī)r油藏的勘探，因此從有效圈閉的角度出發(fā)，對(duì)礁灰?guī)r儲(chǔ)層更進(jìn)一步地精細(xì)刻畫(huà)對(duì)提高探井的成功率具有重要的實(shí)際意義。筆者以四扣洼陷及周緣地區(qū)的湖相生物礁為例，對(duì)灰?guī)r儲(chǔ)層特征、灰?guī)r有效圈閉形成的控制因素等進(jìn)行研究，劃分礁灰?guī)r圈閉的成因類(lèi)型，探討不同類(lèi)型灰?guī)r圈閉對(duì)油氣成藏的控制作用。

1 礁灰?guī)r儲(chǔ)層特征

我國(guó)東部陸相斷陷湖盆古近系礁灰?guī)r儲(chǔ)層的特征與海相礁灰?guī)r儲(chǔ)層存在明顯的差異，前人研究對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷平方王地區(qū)和惠民凹陷商河地區(qū)的古近系礁灰?guī)r均有所涉及［9］。筆者通過(guò)對(duì)沾化凹陷湖相礁灰?guī)r儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究認(rèn)為，該地區(qū)湖相礁灰?guī)r儲(chǔ)層具有以下特征:

(1)儲(chǔ)層發(fā)育層位穩(wěn)定。四扣洼陷及周緣礁灰?guī)r主要分布在沙四段上部和沙一段中下部，發(fā)育層位穩(wěn)定。濟(jì)陽(yáng)坳陷在古近系為近海湖盆，沙四段中部地層為灰色泥巖、硬石膏巖及鹽巖組成的互層，次要礦物有雜鹵石，天青石及鈣芒硝等，這些海水蒸發(fā)濃縮形成的蒸發(fā)巖類(lèi)礦物表明該沉積時(shí)期的湖盆受到了海侵的影響，海侵為湖相生物礁的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。用孢粉潮濕系數(shù)可以反映古氣候特征，沙四段中、下部孢粉潮濕系數(shù)最低，分別為80和40，表明氣候干熱，沙三段中部最高，孢粉潮濕系數(shù)為242，沙四段沉積晚期，氣候由干旱轉(zhuǎn)為濕熱，沙一段地層孢粉潮濕系數(shù)為138，氣候亦較溫潤(rùn)［10］(表1)。根據(jù)古湖泊的鹽度測(cè)定，沙四段上沉積時(shí)期湖泊鹽度為(28～32)×10－3，平均值為31×10－3，是咸水湖泊，沙三中、下沉積時(shí)期湖泊鹽度為(10.5～17.3)×10－3，是微咸水湖泊，水體為中鹽水(表1)。由此可見(jiàn)，礁體發(fā)育時(shí)期氣候溫潤(rùn)、湖水蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)給量、湖泊水體淺且物源較少，為生物礁的發(fā)育提供了淺、清、暖的環(huán)境保障。另外，Sun曾提出過(guò)生物礁相碳酸鹽巖中蒸發(fā)鹽與次生孔隙發(fā)育之間的模式［11］，指出蒸發(fā)鹽沉積區(qū)域與烴源巖及生物礁儲(chǔ)層發(fā)育間存在正相關(guān)關(guān)系［12］，因此沙四段上部生物礁灰?guī)r、膏鹽層與烴源巖圍繞四扣洼陷呈環(huán)帶狀分布的構(gòu)造格局，也可以作為湖相礁灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育層位穩(wěn)定的有效指示。

(2)儲(chǔ)層規(guī)模不一、礁灘混雜。受古地貌和可容空間的影響，四扣洼陷周緣的礁體發(fā)育呈環(huán)帶狀，主要集中在義東斷裂帶東部構(gòu)造臺(tái)階、南部邵4斷階帶和義64等井區(qū)洼陷中的低凸起，礁體的規(guī)模一般較小。同生斷層活動(dòng)使義東斷裂帶東部構(gòu)造臺(tái)階局部地區(qū)可容空間持續(xù)增大，礁灰?guī)r出現(xiàn)局部規(guī)模較大的現(xiàn)象，宏觀上表現(xiàn)為礁體規(guī)模大小不一的特點(diǎn)(如義東301井區(qū)鉆遇礁灰?guī)r厚度為265.5 m，而邵4斷階帶的礁灰?guī)r厚度僅約50 m)。受季節(jié)性氣候的影響，湖平面周期性變化引起礁的主體遷移，礁相和灘相在垂向上疊置、橫向上指狀交叉、平面上不連片，礁灘混雜現(xiàn)象十分明顯。這些特點(diǎn)導(dǎo)致探井地層對(duì)比難、鄰井巖性變化大。

(3)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，但高孔滲帶的發(fā)育存在規(guī)律性。碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性變化大，生物礁灰?guī)r不同亞相帶受巖性的影響，物性差異更加明顯。研究區(qū)礁灰?guī)r儲(chǔ)層由于發(fā)育規(guī)模不均勻、礁灘混雜等原因，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性極強(qiáng)，如義深4井僅2 m井段內(nèi)孔隙度就由8.5%驟變到41.2%。地層對(duì)比和儲(chǔ)層物性計(jì)算結(jié)果表明礁灰?guī)r儲(chǔ)層物性變化在空間上具有以下特點(diǎn):縱向上，對(duì)于礁體規(guī)模較大的義東301、義深4等井，儲(chǔ)層物性呈現(xiàn)出一定的旋回性，幾乎每一期生物礁都對(duì)應(yīng)一個(gè)高孔滲段旋回，而礁體規(guī)模較小的義深3、義東25和義東22井，礁體在縱向上的疊置現(xiàn)象不明顯，高孔滲帶往往位于礁灰?guī)r層段的頂部，在礁灰?guī)r儲(chǔ)層內(nèi)部，高孔滲帶周?chē)晃镄苑舛?平面上，儲(chǔ)層物性主要受控于礁體相帶和構(gòu)造對(duì)儲(chǔ)層的改善作用，高孔滲帶主要集中在義東斷裂帶東部構(gòu)造二臺(tái)階和南部的邵4斷階帶，即礁體規(guī)模較大、發(fā)育較為連續(xù)且斷裂體系發(fā)育的區(qū)域。

2 灰?guī)r儲(chǔ)層圈閉發(fā)育控制因素

對(duì)于海相礁灰?guī)r，由于礁體規(guī)模大，往往形成高產(chǎn)的整裝大型油氣田。而湖相礁灰?guī)r油氣藏更具有碎屑巖油藏的成藏特征，礁灰?guī)r有效圈閉的研究不能僅停留在礁體亞相識(shí)別的層次上，需要把礁相和灘相作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，搞清灰?guī)r圈閉發(fā)育的主控因素，從有效灰?guī)r圈閉的層次對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。筆者研究認(rèn)為湖相礁灰?guī)r有效圈閉的形成主要受控于沉積相帶、溶蝕作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

2.1 沉積相帶

生物礁的生長(zhǎng)發(fā)育具有自身的特殊性，原生孔隙特別發(fā)育，容易形成高孔高滲的儲(chǔ)集體，埋藏成巖作用之后，依然能保持足以?xún)?chǔ)集油氣的儲(chǔ)集空間。巖心分析資料表明孔隙度一般為2.5%～14.4%，水平滲透率一般為(0.04～5)×10－3μm2，總體上為中孔、高滲性?xún)?chǔ)層。義深4井礁灰?guī)r不同亞相的孔隙度關(guān)系圖(圖1)表明，礁核相和礁緣相孔隙度最高，可超過(guò)30%，而礁前相次之，可超過(guò)10%。礁緣相物性好是因?yàn)樵摼畢^(qū)靠近義東構(gòu)造二臺(tái)階的北部，義深8以北沙四段為扇體沉積，礁緣相砂礫含量較高，改善了儲(chǔ)集物性?？傊?，礁灰?guī)r儲(chǔ)層的主控因素為沉積相帶，尋找礁灰?guī)r油藏主要勘探方向是尋找厚層礁體，因此沉積相帶是控制礁灰?guī)r儲(chǔ)層物性的首要因素。

圖1 不同礁灰?guī)r相帶的孔隙度縱向分布Fig.1 Longitudinal distribution of porosity of different surfacies tract of reef limestone

2.2 溶蝕作用

對(duì)礁灰?guī)r儲(chǔ)層改善作用較大的溶蝕作用是古風(fēng)化殼溶蝕和埋藏溶蝕。埋藏溶蝕形成于深埋藏階段，其形成機(jī)制可能是在盆地演化到一定階段，由于有機(jī)質(zhì)的成熟以及烴類(lèi)生物降解作用，產(chǎn)生有機(jī)酸以及各種氣體混合到孔隙水中，形成了對(duì)碳酸鹽巖有溶蝕作用的流體［13］。這些有機(jī)酸溶入地層水，在含有裂縫、縫合線和孔隙發(fā)育的滲透性地層中流動(dòng)，對(duì)碳酸鹽巖有強(qiáng)烈的溶蝕作用，而且這類(lèi)溶蝕孔隙不易被膠結(jié)，與油氣的生成幾乎同步，有利于油氣的進(jìn)入和油氣藏的形成［14］。溶蝕作用使礁灰?guī)r儲(chǔ)層中大量原生碳酸鹽巖顆粒和碳酸鹽巖膠結(jié)物被溶解，形成大量粒間溶孔，溶蝕作用相當(dāng)強(qiáng)烈，在巖心上亦可見(jiàn)蜂窩狀溶孔和鑄?？?，使得儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率大幅度提高，在垂相上形成2～3個(gè)次生孔隙發(fā)育段。義東301井礁灰?guī)r和泥晶碳酸鹽巖薄片中次生溶孔、溶洞均很發(fā)育，從薄片照片(圖2)上看:3.5946 km和3.5963 km骨架碳酸鹽巖中粒內(nèi)溶孔最為發(fā)育，生物體腔孔亦有完好保留，在體腔壁上可見(jiàn)馬牙狀和櫛殼狀的方解石結(jié)晶體;3.595 1 km薄片為泥晶灰?guī)r，造礁生物相對(duì)較少，泥晶化程度較高，但仍可見(jiàn)粒間溶孔。埋藏溶蝕作用最易發(fā)生于礁灰?guī)r與上覆泥巖接觸的地方，因此灰?guī)r儲(chǔ)層頂部發(fā)育的高孔滲段受溶蝕作用控制明顯。

圖2 義東301井礁灰?guī)r溶蝕孔隙薄片F(xiàn)ig.2 Sections photos of reef limestone emposieu of well Yd301

2.3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

碳酸鹽巖中活動(dòng)的斷層不僅可構(gòu)成油氣運(yùn)移通道，同時(shí)由于碳酸鹽巖的巖性較脆，可以沿?cái)鄬有纬善扑閹В財(cái)鄬由嫌康臒嵋簩?duì)斷層附近的儲(chǔ)層則具有建設(shè)性改造作用［14］。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的破裂作用也可大大改善灰?guī)r儲(chǔ)層的物性，破裂作用的表現(xiàn)是裂縫［15－16］。礁灰?guī)r儲(chǔ)層巖心中可見(jiàn)大量裂縫，義東斷階及邵4斷階為礁灰?guī)r發(fā)育區(qū)，孔隙度和滲透率高(孔隙度大于10%，滲透率大于40×10－3μm2)，但邵4斷階以西到邵5井區(qū)為斜坡帶，是粒屑灰?guī)r發(fā)育區(qū)，儲(chǔ)層物性好壞與裂縫密切相關(guān)，斷層越發(fā)育，儲(chǔ)層改造程度越大，孔隙度和滲透率也較好(距斷層小于500 m時(shí)，孔隙度大于10%，滲透率大于8×10－3μm2)，因此裂縫發(fā)育區(qū)的礁灰?guī)r更易成為有效儲(chǔ)層。研究區(qū)主要發(fā)育北東、北西和近東西向3組斷裂，整體上斷裂都比較發(fā)育，有利于礁灰?guī)r儲(chǔ)層的改造。

3 礁灰?guī)r圈閉的成因類(lèi)型

筆者在以上研究的基礎(chǔ)上，從圈閉的成因及其有效性的角度把礁灰?guī)r圈閉成因類(lèi)型劃分為4類(lèi)，即頂部溶蝕型、斷層切割型、裂縫溝通型和封閉遠(yuǎn)源型，其中前3類(lèi)為有效圈閉，第4類(lèi)為無(wú)效圈閉(表2)。

表2 礁灰?guī)r儲(chǔ)層圈閉成因類(lèi)型分類(lèi)Table 2 Classification of reef limestone reservoir genetic types

(1)頂部溶蝕型圈閉。其形成主要受控于沉積相帶和溶蝕作用，該類(lèi)圈閉一般緊鄰上覆沙三下有效烴源巖。圈閉頂部受源巖生烴作用產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕作用強(qiáng)烈，物性改善明顯;內(nèi)部一般為礁核相或含砂礫較多的礁前相;灰?guī)r側(cè)向及底部相變、物性變差，被物性或巖性封堵;頂部烴源巖既可提供油氣來(lái)源，又可作為蓋層，封堵油氣。該類(lèi)圈閉為研究區(qū)主要的有效圈閉類(lèi)型。

(2)斷層切割型。其形成受控于沉積相帶及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷層直接斷開(kāi)礁核或礁前相高孔滲礁灰?guī)r相。斷層不僅作為溝通灰?guī)r內(nèi)部有效儲(chǔ)層與源巖的橋梁，而且其伴生裂縫也大大改善了灰?guī)r儲(chǔ)層物性。在斷層上盤(pán)沿礁體上傾方向，圈閉物性封堵，較下盤(pán)更易成藏。在義64井區(qū)，源內(nèi)斷層斷開(kāi)了灰?guī)r儲(chǔ)層連通上覆有效烴源巖，但未斷開(kāi)整套烴源巖，這種特殊的圈閉也可歸為此類(lèi)，該類(lèi)圈閉也是有效圈閉。

(3)裂縫溝通型。其形成也受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及沉積相帶，與斷層切割型的最大差異在于無(wú)斷層直接切割有效灰?guī)r儲(chǔ)層。斷層產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫有效連通了高孔滲的礁核、礁前相儲(chǔ)層，使斷層和微裂縫成為有效的輸導(dǎo)要素，因此該類(lèi)圈閉也是有效圈閉。

(4)封閉遠(yuǎn)源型。其形成主要受控于沉積相帶，類(lèi)似于透鏡體巖性圈閉，周?chē)晃镄曰驇r性封堵。該類(lèi)圈閉上下距離有效烴源巖都較遠(yuǎn)，且距離斷層較遠(yuǎn)，斷層伴生微裂縫也無(wú)法溝通高孔滲的礁核相帶，是一種不能成藏的圈閉類(lèi)型，因此并非所有的湖相礁灰?guī)r圈閉都能成藏。

4 礁灰?guī)r圈閉類(lèi)型對(duì)油氣成藏的控制作用

圈閉類(lèi)型對(duì)礁灰?guī)r油氣成藏控制作用明顯，在成藏動(dòng)力滿(mǎn)足的條件下，不同類(lèi)型的有效圈閉在輸導(dǎo)路徑、充注方式和成藏時(shí)間上均有差異。

頂部溶蝕型圈閉的輸導(dǎo)體系類(lèi)型一般為微裂縫油氣輸導(dǎo)體系，從烴源巖進(jìn)入低成熟階段開(kāi)始即可發(fā)生油氣充注。隨著埋深的增加，溫度的升高，生烴作用增強(qiáng)，當(dāng)泥巖孔隙流體壓力超過(guò)泥巖突破壓力時(shí)，泥巖產(chǎn)生微裂縫，油氣開(kāi)始大量充注到礁灰?guī)r儲(chǔ)層中，因此該類(lèi)圈閉油氣充注一般以油氣下排為主，且多為早期成藏。

斷層切割型圈閉的輸導(dǎo)體系類(lèi)型一般為斷層－微裂縫油氣輸導(dǎo)體系或斷層－灰?guī)r－微裂縫油氣輸導(dǎo)體系，該類(lèi)圈閉斷層直接切割有效礁灰?guī)r儲(chǔ)層，其成藏機(jī)制與碎屑巖油氣藏最為接近，油氣主要通過(guò)斷層垂向輸導(dǎo)，借助碳酸鹽巖裂縫的輔助作用，在礁核、礁前等高孔滲灰?guī)r中側(cè)向運(yùn)移成藏。排烴方式一般為正常排烴。在義64井區(qū)，由于這種源內(nèi)斷層的存在，沙三下生成的油氣不能及時(shí)向上排除，亦可通過(guò)“倒灌”的方式向下排烴成藏，相比頂部溶蝕型圈閉而言，該類(lèi)圈閉的成藏期較晚。

裂縫溝通型圈閉的輸導(dǎo)體系類(lèi)型一般為斷層－微裂縫輸導(dǎo)體系，此類(lèi)圈閉的成藏過(guò)程與第2類(lèi)圈閉類(lèi)似，最大區(qū)別在于該類(lèi)油氣藏更多的以獨(dú)立成藏為主，成藏期一般要早于構(gòu)造高部位斷層－灰?guī)r－微裂縫油氣輸導(dǎo)體系油氣藏，可以是早期成藏，亦可以為晚期成藏，這主要取決于圈閉位置與源巖的配置關(guān)系。

5 結(jié)論

(1)湖相生物礁儲(chǔ)層發(fā)育層位穩(wěn)定，礁體的規(guī)模往往大小不一，空間上礁相和灘相混雜展布，儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性強(qiáng)，但高孔滲段的發(fā)育存在規(guī)律性:四扣洼陷沙四段灰?guī)r頂部普遍發(fā)育一套有效儲(chǔ)層，內(nèi)部有效儲(chǔ)層多對(duì)應(yīng)于斷層伴生裂縫富集的高孔滲灰?guī)r相帶。

(2)礁灰?guī)r圈閉的形成受沉積相帶的控制以及溶蝕作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，3種因素相互配置，形成了控制湖相礁灰?guī)r油氣成藏的4類(lèi)成因圈閉，即頂部溶蝕型、斷層切割型、裂縫溝通型和封閉遠(yuǎn)源型。

(3)圈閉類(lèi)型在礁灰?guī)r油氣成藏過(guò)程中起到了雙重控制作用:一方面控制了礁灰?guī)r圈閉的有效性，

即并非所有的礁灰?guī)r圈閉都能成藏;另一方面，控制了礁灰?guī)r油藏的油氣成藏時(shí)間、輸導(dǎo)體系類(lèi)型和運(yùn)移充注方式。

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(編輯 徐會(huì)永)

Genetic types of lake reef limestone traps and its control over oil and gas pool formation

LIU Xin－jin1，JIANG You－lu1，SONG Guo－qi2
(1.College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum，Dongying 257061，China;2.Shengli Oilfield Branch Company，SINOPEC，Dongying 257000，China)

During the period of the upper part of the Es4formation of Paleogene，Sikou sag and peripheral area of Zhanhua depression developed reef limestone.Based on the slices observation and cores analysis and test，combined with the analysis of reservoir quality and strata correlation，the reef limestone reservoir characteristics and controlling factor of available traps formation were studied.And the genetic types of reef limestone traps were classified and its control over reservoir formation was discussed.The results show that the lake reefs only developed in peculiar formation，have different sizes，and reef and reef flat are chaotic，superimposed and cross connected.The reef reservoir quality is highly heterogeneous.The formation of available reservoir is affected by sedimentary facies，diagenesis and tectonic movement.Four genetic types of reef limestone traps were classified，which has double influences on the oil and gas pool formation.The types of reef limestone traps are related to tarp's validity，and play an essential role on reservoir formation time，migration pathway and the types of injection.

reservoir characteristics;reef limestone traps;genetic types;controlling reservoir;Zhanhua depression

TE 121.1

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2011.01.007

2010－05－16

國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)課題(2008ZX05051);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972094/D0207)

劉鑫金(1983－)，男(漢族)，山東青州人，博士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌獠氐男纬膳c分布。

1673－5005(2011)01－0040－05