湖相白云巖儲(chǔ)層研究——以渤海油田為例

孫風(fēng)濤,熊 建

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航務(wù)建筑工程有限責(zé)任公司,天津塘沽 300450）

湖相白云巖儲(chǔ)層研究
——以渤海油田為例

孫風(fēng)濤1,熊 建2

(1.中海石油(中國(guó)）有限公司天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航務(wù)建筑工程有限責(zé)任公司,天津塘沽 300450）

以渤海灣幾個(gè)發(fā)現(xiàn)白云巖的油田為例,結(jié)合白云巖的幾種主要成因理論,從巖性特征、測(cè)井曲線形態(tài)、薄片鑒定、巖石成因方面對(duì)渤海湖相白云巖進(jìn)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(jù)湖平面變化和古地貌,結(jié)合沉積環(huán)境、地震,利用層拉平技術(shù)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(jī)理

渤海灣盆地是在華北地臺(tái)上中新生代時(shí)期發(fā)展起來(lái)的斷陷盆地,新生代時(shí)期主要表現(xiàn)為斷塊活動(dòng),在持續(xù)的斷陷活動(dòng)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(huán)境,儲(chǔ)層巖性以砂巖為主,但部分區(qū)域也發(fā)育湖相白云巖。從現(xiàn)有的資料看,郯廬斷裂帶東支以西,從南到北的整個(gè)渤海灣都有白云巖發(fā)現(xiàn),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(qū)域分布Fig.1 Dolomite areal distribution in Bohaiwan Basin

根據(jù)巖心、壁心、巖屑觀察,結(jié)合薄片鑒定等研究成果綜合分析,研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層的主要巖石類(lèi)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(zhǎng)石、其他陸源碎屑,白云石含量高達(dá)70%以上。巖石組構(gòu)主要為生物屑及亮晶膠結(jié)物,少量泥晶、鮞粒及陸屑,生物屑主要為腹足類(lèi)及介形類(lèi)生物碎片,破碎較嚴(yán)重,較均勻分布,個(gè)別腹足類(lèi)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(jié)物,櫛殼狀分布于粒屑邊緣,部分被溶蝕(圖2）。巖石孔隙發(fā)育較好,主要為粒內(nèi)孔及粒間孔,粒內(nèi)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F(xiàn)ig.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(jiàn)少量砂屑。陸源碎屑成分主要為石英、長(zhǎng)石顆粒,見(jiàn)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(jí)石英、長(zhǎng)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(jiàn)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(jié)物主要為亮晶方解石,呈孔隙式充填于粒間。巖石孔隙不發(fā)育(圖3）。

這兩種巖性在測(cè)井曲線上的表現(xiàn)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(cè)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(shí)上下都為油層,但上段表現(xiàn)為高電阻、低密度的特征,下段則為相對(duì)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(duì)比,發(fā)現(xiàn)下段電阻、密度值介于生屑云巖和砂巖之間,結(jié)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F(xiàn)ig.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(cè)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(duì)方解石和白云石的飽和程度的影響(據(jù)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(guó)威斯康星中奧陶統(tǒng)米夫林段的白云化作用示意圖(修改）(據(jù)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(xì)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(gè)油田的資料分析,不符合高鎂鈣比率鹽水沉積的觀點(diǎn)或蒸發(fā)沉積的觀點(diǎn)。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(guò)實(shí)驗(yàn)證明在5%的海水和95%的地下水混合時(shí),白云石已經(jīng)飽和,但方解石不飽和;在30%的海水和70%的地下水混合時(shí),白云石過(guò)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(nèi),將發(fā)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(shuō)在海平面附近的較高部位,因淡水濃度過(guò)大,不易生成白云巖,在較深的水中,海水濃度過(guò)大也不易生成白云巖,而在屬于半咸水環(huán)境的斜坡帶可以發(fā)生白云化作用(圖6）。這就提出一個(gè)問(wèn)題,找出半咸水環(huán)境的斜坡帶。要找到古沉積時(shí)的斜坡帶,需要做古地貌恢復(fù)研究。對(duì)此研究專(zhuān)家提出了很多種方法,目前最簡(jiǎn)單的古地貌研究方法為層拉平方法:首先選擇參照對(duì)比面,拉平該面視為古沉積時(shí)的湖平面。對(duì)湖相沉積而言,只有斜交前積構(gòu)造可以做為對(duì)比參照面[2]。根據(jù)這一原理,我們做了古地貌恢復(fù),結(jié)合鉆井資料發(fā)現(xiàn) XX20-2油田、XX36-3油田等油田的白云巖都分布在水體清淺,陽(yáng)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(fā)育26.6 m生屑云巖,1井和3井處于相對(duì)高部位,按巴迪奧扎曼尼提出的混合白云化作用應(yīng)該是處于淡水區(qū),所以不發(fā)育白云巖;XX20-2油田地勢(shì)的起伏不太明顯,相對(duì)湖平面低的MN2井不發(fā)育白云巖,處于斜坡位置的3井發(fā)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(shì)變化,分別為1.1 m和0.7 m(圖8）。古地貌過(guò)高或過(guò)低,白云巖儲(chǔ)層均不發(fā)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?qū)嗵妓猁}沉積的影響遠(yuǎn)比對(duì)海洋顯著。當(dāng)氣候溫暖濕潤(rùn),湖盆開(kāi)闊時(shí),降雨量大,地表徑流可向湖盆帶入大量陸源碎屑物質(zhì),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(dāng)河水受到湖水頂托時(shí),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(lèi)型生物繁衍的環(huán)境中,如斜坡帶、水下古隆起帶以及淺水向深水過(guò)渡的陡坡上緣,均可形成一定規(guī)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(yáng)光充足、能量偏高、營(yíng)養(yǎng)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?guī)r。當(dāng)氣候更趨于干燥、湖盆面積收縮時(shí),水體渾濁、濃縮、咸化并形成不利于生物生長(zhǎng)的環(huán)境,從而抑制了生物碳酸鹽巖沉積物的發(fā)育[3]。了解了白云巖的形成機(jī)理,就可以根據(jù)湖平面變化和古地貌,結(jié)合地震、沉積環(huán)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(dǎo)我們的開(kāi)發(fā),此技術(shù)已應(yīng)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(jié)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(qū)的白云巖形成機(jī)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(yáng)光充足,能量較高的水下緩坡帶,生屑云巖發(fā)育。

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

(5）在陸源物質(zhì)不易影響的地區(qū),有利于湖相白云巖的發(fā)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(guān)系,找到定量化研究生屑云巖厚度、物性等技術(shù)方法?針對(duì)海上探井?dāng)?shù)量少、井距大的情況,如何根據(jù)古氣候和古地貌定量刻畫(huà)白云巖的分布范圍?這些問(wèn)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(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:179-180.

[2]李家強(qiáng).層拉平方法在沉積前古地貌恢復(fù)中的應(yīng)用——濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)三角洲發(fā)育區(qū)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(xué)[M].北京:石油工業(yè)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(fēng)濤,女,1978年生,地質(zhì)工程師,碩士,2005年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢）,礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事儲(chǔ)量評(píng)價(jià)和石油地質(zhì)研究工作。E-mail:sunft@cnooc.com.cn。