文昌油田群珠江組鈣質(zhì)砂巖層發(fā)育規(guī)律研究

姜 平，楊朝強(qiáng)，黃國政，李茂文

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074;2.中海油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

引 言

鈣質(zhì)砂巖層是碎屑巖儲(chǔ)層中廣泛存在的儲(chǔ)層類型之一，不僅對(duì)儲(chǔ)層的性質(zhì)和油氣分布有著重要影響［1－2］，也是剩余油形成與分布的主控因素之一［3］。文昌油田群位于珠江口盆地珠三坳陷瓊海低凸起中部區(qū)域，由文昌13－2、文昌13－1油田與文昌13－6油田組成，是在基底隆起上發(fā)育的低幅披覆斜構(gòu)造帶。新近系下中新統(tǒng)珠江組的地層厚度為191.0～1398.0 m，由上到下分別為珠江組一段、珠江組二段。珠江組縱向上為一個(gè)持續(xù)海進(jìn)的沉積層序，下粗上細(xì)，屬濱淺海相沉積。珠江組一段上部為灰色泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖與灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層;下部為灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖與淺灰色細(xì)、中粒砂巖、泥質(zhì)砂巖間互，局部夾薄層淺灰色鈣質(zhì)砂巖。珠江組二段的頂部為灰褐色粉砂巖、含礫砂巖，淺灰色生物碎屑灰?guī)r及灰色粉砂質(zhì)泥巖間互;上部以灰色泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖及泥質(zhì)含礫砂巖互層為主;中部以砂質(zhì)巖為主，淺灰色砂礫巖、灰色泥質(zhì)含礫砂巖及薄層淺灰色灰質(zhì)、白云質(zhì)砂巖，夾薄層灰色砂質(zhì)泥巖;下部灰色砂質(zhì)泥巖，淺灰色砂礫巖、泥質(zhì)砂巖及薄層淺灰色灰質(zhì)、白云質(zhì)砂巖間互，與下伏地層不整合接觸。其砂巖儲(chǔ)層中鈣質(zhì)砂巖層十分發(fā)育。鈣質(zhì)砂巖層作為成巖作用的產(chǎn)物，很多學(xué)者從水—巖、有機(jī)—無機(jī)和砂巖—泥巖相互作用對(duì)碳酸鹽巖的成因、沉淀和溶蝕反應(yīng)等方面進(jìn)行了大量的深入研究［4－10］，但未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究，利用豐富的巖心、薄片、測井和測試資料，深入而全面地認(rèn)識(shí)鈣質(zhì)砂巖層的成因、特征和識(shí)別方法，刻畫出儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，為下一步的調(diào)整和挖潛提供支持。

1 沉積背景

通過文昌油田群7口取心井的巖心觀察得出，該區(qū)巖性分為11類:砂礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖。鈣質(zhì)砂巖層主要分布在珠江組，其中鈣質(zhì)砂巖總層數(shù)為38層，在整個(gè)巖性中占9.97%，厚度主要分布在0.40～1.20 m之間，平均厚度為0.33 m。

通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽膠結(jié)砂巖可以分為2類:一類含有豐富的介殼碎屑，介殼碎屑富集的位置，往往較致密，膠結(jié)作用較強(qiáng)烈;另一類鈣質(zhì)砂巖并未含有豐富的介殼碎屑，但經(jīng)常與泥巖或砂質(zhì)泥巖呈現(xiàn)突變接觸，且突變接觸位置砂巖較致密，強(qiáng)膠結(jié)，趨向砂巖的中部膠結(jié)程度逐漸減弱。

鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖在顯微鏡下具備顯著特征。一類為顆粒之間常呈現(xiàn)漂浮狀接觸(圖1a)，大量的粒間孔隙被碳酸鹽膠結(jié)物充填;另一類為顆粒接觸逐漸過渡到點(diǎn)—線接觸，由于經(jīng)歷了一定的壓實(shí)作用，因此粒間碳酸鹽膠結(jié)物應(yīng)為壓實(shí)作用后的產(chǎn)物(圖1b)。

圖1 不同成因的鈣質(zhì)膠結(jié)物特征

2 鈣質(zhì)膠結(jié)物的成因類型

2.1 大氣成巖類型

研究區(qū)生屑含量與碳酸鹽膠結(jié)含量關(guān)系密切，生屑為碳酸鹽膠結(jié)物的重要來源。淺層大氣成巖環(huán)境使得生屑顆粒再結(jié)晶和溶解，生成碳酸鹽膠結(jié)物所需的Ca2+。

碳酸鹽膠結(jié)物的碳、氧同位素主要分布在2個(gè)區(qū)域(圖2)，有3個(gè)樣品沿Ⅲ1線分布，1個(gè)樣品沿著Ⅲ2，其余均分布在大氣成巖區(qū)域。說明碳酸鹽膠結(jié)物形成主要受大氣成巖環(huán)境的影響，僅少量與有機(jī)質(zhì)氧化脫羧作用有關(guān)。

2.2 埋藏成巖類型

碳酸鹽膠結(jié)物的C/O同位素分析可以還原碳酸鹽沉淀時(shí)的溫度，研究中收集了文昌13區(qū)5口井的C/O同位素分析數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。結(jié)果表明，砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物形成溫度分布較離散，大約可分為4個(gè)區(qū)間，說明該區(qū)碳酸鹽沉淀的期次至少存在4期。其中70～80℃區(qū)間樣品數(shù)分布最多，其次為90～100℃和50～60℃，30℃左右分布的樣品數(shù)占到了總樣品數(shù)的15%。50℃以上的成巖溫度屬于埋藏成巖類型，30℃左右的屬于大氣成巖類型?？梢姡搮^(qū)鈣質(zhì)砂巖層以埋藏成巖為主，其次為大氣成巖。

圖2 文昌油田群砂巖碳酸鹽膠結(jié)物的碳、氧同位素組成分布

3 鈣質(zhì)砂巖層發(fā)育的控制因素

3.1 沉積環(huán)境

鈣質(zhì)層是文昌13－1和文昌13－2油田儲(chǔ)層的主要夾層之一，沉積環(huán)境也是造成鈣質(zhì)膠結(jié)差異的重要因素。

圖3 不同沉積相類型的砂巖碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育位置

該區(qū)陸棚環(huán)境下的風(fēng)暴砂沉積微相內(nèi)部集中發(fā)育鈣質(zhì)砂巖，臨濱環(huán)境下的鈣質(zhì)砂巖主要集中發(fā)育在砂壩微相的頂部，潮坪環(huán)境下的鈣質(zhì)砂巖主要發(fā)育在潮汐水道底部、砂坪頂部或底部或者內(nèi)部粒度變化處(圖3)。

3.2 構(gòu)造幅度差

選取文昌油田群3個(gè)構(gòu)造帶集中發(fā)育鈣質(zhì)層的ZJ1－7、ZJ2－1U、ZJ2－1L 3個(gè)層位的所有鉆井的鈣質(zhì)砂巖厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖4?？梢钥闯?，鈣質(zhì)砂巖的厚度隨著構(gòu)造幅度的降低而逐漸減薄(文昌13－2—文昌13－1—文昌13－6)。這說明構(gòu)造高點(diǎn)對(duì)鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖有著強(qiáng)烈的控制作用。

圖4 文昌油田群不同層位不同構(gòu)造帶鈣質(zhì)砂層厚度統(tǒng)計(jì)

3.3 泥砂巖厚度比

研究選取了珠江組二段頂面的海進(jìn)泥巖層(厚度分布在16～22 m)和珠江組二段1L油組的泥巖(厚度分布在2～8 m)頂面和底面鈣質(zhì)砂巖的厚度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，砂巖層的上覆和下伏的泥巖厚度越大，鈣質(zhì)砂巖的厚度也越大，說明砂泥比與鈣質(zhì)砂巖層發(fā)育存在很好的相關(guān)關(guān)系。由于泥巖在地層埋藏成巖過程中，會(huì)不斷地釋放大量的壓實(shí)流體，壓實(shí)流體進(jìn)入上覆和下伏的砂巖儲(chǔ)層沉淀下來就形成了鈣質(zhì)膠結(jié)，砂巖上覆和下伏的泥巖層厚度越大，壓實(shí)過程中釋放的流體量就越大，進(jìn)入砂巖層的流體量也越大，被鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖厚度就越大。

4 鈣質(zhì)砂巖層分布規(guī)律

4.1 垂向分布

針對(duì)2個(gè)油田所有鉆井的鈣質(zhì)砂巖的總厚度、最大厚度、平均厚度、分層系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，文昌13－1油田鈣質(zhì)砂巖突出富集層位為ZJ1－7、ZJ2－1U、ZJ2－1L，文昌13－2油田鈣質(zhì)砂巖富集層位為ZJ1－1L、ZJ1－7、ZJ2－1U、ZJ2－1L。文昌13－1油田連續(xù)性鈣質(zhì)夾層主要發(fā)育在ZJ1－7砂壩微相、ZJ2－1U和ZJ2－1L砂坪微相;文昌13－2油田連續(xù)性鈣質(zhì)夾層主要發(fā)育在ZJ1－1L風(fēng)暴微相、ZJ1－7砂壩微相、ZJ2－1U和ZJ2－1L砂坪微相。在ZJ2－1U油組，有多套鈣質(zhì)層存在。珠江組二段的鈣質(zhì)層含大量的底棲有孔蟲，以及腕足、棘皮、苔蘚蟲、腹足、瓣鰓等生物碎屑，其分布主要受沉積環(huán)境控制。

4.2 三維分布特征

針對(duì)文昌13－2油田主力油層ZJ2－1U層進(jìn)行了鈣質(zhì)砂巖層的解剖，利用地質(zhì)建模方法建立了鈣質(zhì)砂巖層的三維模型(圖5)。主要發(fā)育4期鈣質(zhì)砂巖，井間發(fā)育程度不均，但頂部一期鈣質(zhì)砂巖穩(wěn)定程度最高，從構(gòu)造高部位往低部位鈣質(zhì)砂巖的發(fā)育程度有降低的趨勢。

圖5 文昌13－2油田ZJ2－1U鈣質(zhì)砂巖分布柵狀圖

5 結(jié)論

(1)文昌油田群儲(chǔ)層中的鈣質(zhì)層主要有2類分布樣式，一類為介殼碎屑富集區(qū);另一類鈣質(zhì)砂巖并未含有豐富的介殼碎屑，經(jīng)常與泥巖或砂質(zhì)泥巖呈現(xiàn)突變接觸。

(2)根據(jù)生屑與碳酸鹽膠結(jié)物含量隨深度變化規(guī)律和C/O同位素資料分析，文昌油田群鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖主要有大氣成巖和埋藏成巖2種類型。

(3)鈣質(zhì)砂巖層的發(fā)育程度主要受沉積微相類型、構(gòu)造幅度、泥砂巖厚度比3個(gè)因素的控制。沉積微相中以砂壩微相、砂坪微相為主;鈣質(zhì)砂巖的厚度隨著構(gòu)造幅度的降低而逐漸減薄;鈣質(zhì)砂巖層與上覆和下伏的泥巖成正相關(guān)關(guān)系，泥巖厚度越大，鈣質(zhì)砂巖的厚度也越大。

(4)鈣質(zhì)砂巖突出富集的層位為ZJ1－7、ZJ2－1U、ZJ2－1L。

［1］劉寶珺，張錦泉.沉積成巖作用［M］.北京:科學(xué)出版社，1992:30－38.

［2］林承焰，侯連華，董春梅，等.遼河西部凹陷沙三段濁積巖儲(chǔ)層中鈣質(zhì)夾層研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，1996，14(3):72－79.

［3］裘亦楠.開發(fā)地質(zhì)方法論(一)［J］.石油勘探與開發(fā)，1996，23(2):43 －47.

［4］Bjφrlykke K.Fluid － flow processes and diagenesis in sedimentary basins.In:Parnell L.，ed.Geofluids:Origin，migration and evolution of fluids in sedimentary basins［J］.Geological Society Special Publication，1994，78:127 －140.

［5］Taylor K G，Macquaker J H S.Early diagenetic pyrite morphology in a mudstone－dominated succession:the Lower Jurassic Cleveland Ironstone Formation，eastern England［J］.Sedimentary Geology，2000:77 －86，131.

［6］Lynch F L.Mineral/water interaction，fluid flow，and Frio sandstone diagenesis:evidence from the rocks［J］.AAPG Bulletin，1996，80(4):486 －504.

［7］Surdam R C，Crossey L J，Hagen E S，et al.Organic － inorganic interactions and sandstone diagenesis［J］.AAPG Bulletin，1989，73(1):1 －23.

［8］Curtis C D.Possible links between sandstone diagenesis and depth－related geochemical reactions occruuing in enclosing mudstones［J］.Journal of the Geological Society of London，1978，135:107 －118.

［9］黃思靜，武文慧，劉潔，等.大氣水在碎屑巖次生孔隙形成中的作用——以鄂爾多斯盆地三疊系延長組為例［J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，28(4):419－424.

［10］Barnes D A，Lundgren C E，Longman M W.Sedimentology and diagenesis of the St.Peter Sandstone，central Michigen Basin［J］.AAPG Bulletin，1992，76(10):1570－1582.