埕島東部斜坡帶古近系東營組沉積特征及對物性的影響

徐昊清,袁 靜,趙廣昊

(1. 中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營 257000;2. 中國石油大學(華東)地球科學與技術(shù)學院,山東青島 266580)

水下重力流成因的粗碎屑砂體是形成深水油氣儲層的重要物質(zhì)基礎(chǔ),倍受國內(nèi)外學者的重視[1]。渤海灣盆地埕島東部斜坡帶東營組深洼陷帶為重力流沉積匯聚卸載區(qū),發(fā)育較厚的砂體[2],具有較好的勘探潛力,是該區(qū)帶進一步挖潛和細化勘探的重點對象。

埕島東部斜坡帶東營組沉積相自下而上發(fā)育半深湖-深湖、重力流扇體-扇/辮狀河三角洲相、河流相[3-7]。對于該區(qū)主力含油層段Ed4和Ed32的沉積相類型,前人的認識存在較大分歧,鄧宏文提出研究區(qū)Ed4以深湖-緩坡濁積扇相為主,Ed32以三角洲相為主;操應(yīng)長[8]認為Ed4以湖底扇相為主,Ed32發(fā)育扇三角洲、滑塌濁積扇及辮狀河三角洲相;朱筱敏[9]和楊棵[7]認為Ed4至Ed32發(fā)育洪水型湖底扇。近年來,沉積盆地的源-匯系統(tǒng)研究受到了廣泛的關(guān)注,在渤海灣盆地取得了較好的應(yīng)用效果[1,10-13]。朱筱敏等[7]基于碎屑物質(zhì)來自于埕島凸起物源體系的認識,對研究區(qū)東營組的源-匯系統(tǒng)也進行過仔細研究,但未解決深洼陷粗碎屑砂體不協(xié)調(diào)的巖性特征隱含的物源差異問題。有鑒于此,本文以埕島東部斜坡帶東營組主力含油層段東營組Ed4和Ed32為研究對象,在查明研究區(qū)碎屑物質(zhì)來源基礎(chǔ)上,確定其沉積相類型,并進一步分析其對儲層物性的影響,對深化區(qū)帶沉積地質(zhì)認識、突破勘探瓶頸具有一定的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

渤海灣盆地埕島東部斜坡帶(簡稱“埕島東坡”)位于勝利灘海地區(qū)東北部,區(qū)域構(gòu)造位置屬于濟陽坳陷和渤中坳陷交匯處的墾東-孤東-長提-埕島潛山構(gòu)造披覆帶北段。作為埕北低凸起向渤中凹陷延伸的部分,埕島東坡總體上具有南高北低、西高東低的地貌特征,四周被多個凹陷所包圍,東北部以斜坡帶向渤中凹陷過渡,東南部為樁東凹陷,南部為孤北凹陷,西部為埕北凹陷(圖1a),面積約為280 km2[4]。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育五個次級構(gòu)造單元,分別為邊緣超覆帶、斜坡帶(第一和第二坡折帶)、東北部較深部位的洼陷帶及東南部埕北30北斷層下降盤(上升盤為潛山帶)的斷階帶;發(fā)育四條溝道,其中三條溝道走向為東西向,一條溝道走向呈北東-南西向[14](圖1b)。

埕島東坡超覆沉積了沙河街組三段-東營組[15],東營組油氣資源豐富,是重要的勘探潛力區(qū)和含油層系。按照巖性-電性組合和沉積旋回特征可將東營組由下至上劃分為東三段、東二段、東一段,其中,東一段分為Ed1、Ed2兩個亞段,東二段分為Ed3、Ed4兩個亞段,東三段分為Ed5、Ed6兩個亞段,而Ed4和Ed3亞段再進一步細分為Ed41、Ed42、Ed43三個砂組和Ed31、Ed32兩個砂組,Ed4、Ed32砂組為主力含油層段。

2 古物源特征與沉積相標志

2.1 古物源特征

通過對研究區(qū)目的層段164個碎屑巖樣品(取樣井分布位置如圖1b)進行成分成熟度、巖屑成分和常微量元素分析和統(tǒng)計,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造活動特征和前人研究成果,推斷研究區(qū)繼承發(fā)育一個主要物源,并有其他方向的次級物源。

2.1.1 巖石學特征

通過計算樣品的輕組分成熟度指數(shù),發(fā)現(xiàn)研究區(qū)Ed4砂組西部樣品成分成熟度高于東部樣品成分成熟度,反映后者為近物源沉積; Ed32砂組西南部、西部和東部樣品成分成熟度差異不大(表1),反映各地區(qū)沉積物來自于不同物源。

表1 埕島東坡Ed4-Ed32砂組樣品成分成熟度及巖屑成分特征

進一步統(tǒng)計碎屑巖巖屑構(gòu)成,結(jié)果表明研究區(qū)目的層段整體上以變質(zhì)巖巖屑為主,不同位置巖漿巖巖屑含量及其與沉積巖巖屑比值存在差異(表1)。其中,Ed4砂組東、西部樣品盡管巖漿巖巖屑含量無明顯差異,但兩者巖漿巖與沉積巖巖屑含量比值平均值分別為6.11和2.75,相差懸殊,是物源成分差異明顯的物質(zhì)表現(xiàn);Ed32砂組西南部和西部樣品的巖漿巖巖屑含量平均值分別為12%、18%,與沉積巖巖屑比值較低,為2.54、3.28;東部樣品巖漿巖巖屑含量高達31.00%,其與沉積巖巖屑含量比值為5.17,反映其物源組分顯著不同[16-17]。

2.1.2 微量元素特征

埕島東部斜坡帶Ed4亞段東部井樣品的常微量元素比值分布曲線為單峰型,西部呈雙峰型,且東部井樣品中的Ni含量比西部井高,反映了該時期東、西部沉積物來源不同;Ed32砂組西南部樣品的常微量元素比值分布曲線為雙峰型,西部樣品曲線呈三峰型,反映該時期研究區(qū)西南部和西部具明顯的異源性(圖2)。

圖2 埕島東坡Ed4-Ed32砂組常微量元素分布特征

綜上所述,與前人認為研究區(qū)東營組沉積物來自于埕北低凸起單一物源的認識不同[7],通過巖石礦物學分析和元素分析,推斷埕島東坡Ed4沉積時期主要物源為西部的埕北低凸起,其次為東部的埕北30潛山帶;Ed32沉積時期,研究區(qū)東、西部物源繼承發(fā)育,并可能存在西南部物源混入。

2.2 沉積相標志

2.2.1 泥巖顏色

錄井資料和巖心觀察表明,研究區(qū)東營組泥巖顏色自下而上由灰黑色向淺灰色、雜色轉(zhuǎn)變,反映該地區(qū)沉積物主要形成于水下還原-半還原環(huán)境,且沉積水體深度逐漸變淺。

2.2.2 巖石類型

通過對研究區(qū)9口取心井280 m巖心的觀察和描述,并對主力含油層段164塊巖石樣品薄片進行了成分鑒定,結(jié)果表明,研究區(qū)巖石類型為碎屑巖,且中-粗砂巖和含礫砂巖較為常見,砂巖主要為巖屑質(zhì)長石砂巖和巖屑長石砂巖,少部分為長石巖屑砂巖,總體表現(xiàn)為近物源特征。

2.2.3 碎屑沉積物粒度分析

借助粒度概率累積曲線建立沉積過程和沉積環(huán)境的典型模式,是沉積環(huán)境和沉積相研究中的重要手段[18]。對埕島東坡東營組粒度資料進行統(tǒng)計整理,繪制106張粒度概率累積曲線圖,依據(jù)其反映的流體類型將其劃分為重力流型、混合型、(準)牽引流型三大類。

重力流型根據(jù)曲線形態(tài)可分為上拱弧形和近似上拱弧形兩個亞類[19],反映沉積物在強水動力條件下的快速沉積,研究區(qū)重力流型多見于近岸水下扇相和扇三角洲前緣亞相碎屑流沉積微相。

混合型為沉積物搬運介質(zhì)由重力驅(qū)動向流體驅(qū)動轉(zhuǎn)變的過渡階段曲線形態(tài),主要為低斜率兩段式,反映了搬運流體由重力流向牽引流的轉(zhuǎn)化[20]。研究區(qū)混合型多見于扇三角洲前緣亞相和湖底扇相。

(準)牽引流型曲線分為具過渡段的兩段式、兩段式、三段式3個亞類,反映搬運流體為牽引流特征,多見于研究區(qū)湖底扇中扇亞相和扇三角洲前緣亞相。

2.2.4 沉積構(gòu)造類型

在埕島東坡東營組巖心中識別出塊狀層理、遞變層理、平行層理、交錯層理、波狀層理、透鏡狀層理、水平層理等層面構(gòu)造,以及砂泥變形條帶、同沉積微斷層、液化砂巖脈等同生變形構(gòu)造和生物擾動構(gòu)造等多種類型的沉積構(gòu)造。

3 主要沉積相類型及砂體發(fā)育特征

3.1 沉積相類型及特征

綜合分析上述各類相標志,結(jié)合前人研究成果,認為研究區(qū)從Ed43到Ed32砂組,沉積水體由深水向淺水演變,沉積過程表現(xiàn)為由重力流為主到重力流與牽引流兼具的演化過程,沉積相類型為湖泊背景下的湖底扇相、近岸水下扇相及扇三角洲相。

3.1.1 湖底扇相

湖底扇是由季節(jié)性洪水引發(fā)的沉積物沿溝道搬運至盆地深處形成的扇形重力流沉積體,可劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇三個亞相。Ed4砂組沉積時期,研究區(qū)氣候相對干熱,較易形成洪水型重力流,從埕北低凸起東坡沿溝谷進入湖盆深處,形成湖底扇相。

研究區(qū)SH8井、CB804井和CB328井Ed4砂組鉆遇了湖底扇中扇亞相沉積,根據(jù)巖心特征,將其進一步劃分為辮狀水道微相和中扇前緣微相。巖心觀察表明,湖底扇相的泥巖顏色為灰黑色,反映深水強還原沉積環(huán)境。粗碎屑巖以含礫砂巖和中-細砂巖為主,分選較好,礫石呈次圓-次棱角狀,粒度概率累積曲線為上拱弧形、具過渡段兩段式和兩段式;發(fā)育反-正復合粒序?qū)永?、正粒序?qū)永?、平行層理和砂紋層理,可見炭屑、生物擾動構(gòu)造和泥礫的定向排列。

洪水型重力流是研究區(qū)東四亞段湖底扇沉積的主要成因流體,并經(jīng)歷了從碎屑流至異重流的演化:早期以碎屑流成因的塊狀層理細砂巖相為主,中晚期發(fā)育異重流成因的復合粒序?qū)永碇猩皫r相和砂紋層理細砂巖相,末期可見正遞變層理細砂巖相。湖底扇中扇辮狀水道微相一般表現(xiàn)為大套含礫砂巖或厚層中-細砂巖沉積,可見細砂巖-含礫中細砂巖-細砂巖的復合韻律和各粒級塊狀砂巖,砂巖底面發(fā)育沖刷面,層內(nèi)可見礫石疊瓦狀排列和紫紅色泥礫。辮狀水道間微相多為厚度不等的泥巖,偶夾粉-細砂巖薄層或條帶。湖底扇中扇前緣微相以砂泥薄互層沉積為主,可見炭質(zhì)韻律砂巖相,發(fā)育塊狀層理、平行層理、砂紋層理和生物擾動構(gòu)造,炭屑含量較高(圖3)。

3.1.2 近岸水下扇相

一般認為近岸水下扇是一種全部沒于水下的砂礫巖體,無岸上暴露標志,多呈楔形體發(fā)育于深水沉積中[21-22]。其發(fā)育需要具備較陡的坡度、較為活躍的構(gòu)造背景、高山深湖的古地貌特征及較近的物源區(qū)等條件[21]。Ed4砂組沉積時期,研究區(qū)斷階帶與洼陷帶相鄰,局部出露水面,埕北8斷層、埕北30斷層仍然活動[23],為洪水快速入湖,流體能量和性質(zhì)快速演變,在近岸(半)深水處快速堆積為形成近岸水下扇提供了良好的發(fā)育條件。

研究區(qū)近岸水下扇流體能量變化較快,經(jīng)歷碎屑流到似涌浪型濁流的演化,沉積過程較短,整體上為厚層的砂礫巖沉積,以礫質(zhì)中-粗砂巖、中砂巖為主,顆粒分選和磨圓較差。垂向上發(fā)育塊狀層理含礫砂巖相和正粒序?qū)永砗[砂巖相,由于沉積物堆積迅速,發(fā)育多種同生變形構(gòu)造。

CB32井和CB326井Ed32砂組取心段發(fā)育近岸水下扇中扇亞相沉積,主要為辮狀水道微相。該微相整體呈大套砂礫巖疊置沉積,單層厚度大于3.0 m,其間由厚度約0.5～1.0 m的灰黑色泥巖分割,沉積構(gòu)造主要為塊狀層理、沖刷充填構(gòu)造及液化砂巖脈等(圖3)。

3.1.3 扇三角洲相

扇三角洲作為從鄰近高地推進到穩(wěn)定湖盆中的沖積扇,為近源背景下的粗碎屑沉積體,其沉積體規(guī)模和形態(tài)受物源供應(yīng)量影響較大,物源供源量充足時呈扇形,供應(yīng)量較少時扇體較小且呈舌狀。研究區(qū)扇三角洲主要發(fā)育于Ed32沉積時期,CB32井、CB803井、CB807和CB805井在該層段均鉆遇扇三角洲前緣亞相沉積。

扇三角洲前緣亞相以砂礫巖為主,顆粒分選中等,呈次棱角-次圓狀,粒度概率累積曲線多為兩段式和上拱弧形[24],泥巖顏色為淺灰色,可見粉砂質(zhì)泥巖。發(fā)育塊狀層理、平行層理、楔狀交錯層理、板狀交錯層理和砂紋層理等,反映重力流和牽引流成因的層理構(gòu)造,在砂巖中可見泥巖撕裂屑。垂向巖性組合上常表現(xiàn)為下部發(fā)育塊狀層理含(泥)礫砂巖相和正遞變層理含礫砂巖相,上部可見牽引流特征的板狀交錯層理砂巖相和楔狀交錯層理砂巖相。

研究區(qū)扇三角洲前緣亞相可劃分為碎屑流沉積微相、水下辮狀河道微相和河口壩微相(圖3)。

碎屑流沉積微相表現(xiàn)為厚層反粒序或塊狀層理雜基支撐細礫巖或含礫砂巖等粗碎屑沉積,與下伏淺湖灰質(zhì)泥巖突變剪切接觸;水下辮狀河道微相整體呈大套正韻律中-細砂巖、含礫砂巖疊置沉積;各單砂層頂部漸變?yōu)楸?泥質(zhì))粉砂巖,底部具有沖刷面;河口壩微相整體為單層厚度大于2.0 m的厚層粉細砂巖,多見反韻律,可見炭質(zhì)碎屑,發(fā)育生物擾動構(gòu)造;席狀砂微相單層厚度較薄,一般不超過1.0 m。

3.2 測井響應(yīng)特征

測井曲線的形態(tài)、幅度和旋回特征是研究沉積微相的重要基礎(chǔ)資料[25]。研究區(qū)東營組湖底扇取心井主要沉積微相巖性及其自然電位曲線響應(yīng)特征表現(xiàn)為對稱齒化丘形、對稱丘形和尖指形三類。其中,對稱齒化丘形和對稱丘形曲線一般是發(fā)育反-正復合韻律中-粗碎屑巖的湖底扇中扇亞相辮狀水道微相的測井響應(yīng)特征,前者夾薄層水道間泥質(zhì)沉積;尖指形是頂?shù)淄蛔兊纳澳鄮r互層的測井響應(yīng)特征,其沉積微相類型為湖底扇中扇前緣微相。

近岸水下扇相自然電位曲線響應(yīng)特征表現(xiàn)為箱形和齒化鐘形兩類,均對應(yīng)近岸水下扇中扇辮狀水道微相。其中,箱形自然電位曲線幅度中等,對應(yīng)頂?shù)淄蛔兊暮駥由皫r;齒化鐘形自然電位曲線與底部突變頂部漸變的正韻律巖性組合對應(yīng)。

扇三角洲前緣亞相具有齒化鐘形、漏斗形和齒化箱形三類自然伽馬曲線響應(yīng)特征。其中,齒化鐘形自然伽馬曲線對應(yīng)厚層砂(礫)巖,水下辮狀河道微相的測井響應(yīng)特征。漏斗形測井響應(yīng)可分為兩個亞類,一類自然伽馬曲線幅度中等,對應(yīng)底部漸變頂部突變的反韻律薄層粉砂巖,為席狀砂微相測井響應(yīng)特征;另一類自然伽馬曲線幅度較高,且內(nèi)部有回返,對應(yīng)以底部漸變頂部突變的反韻律或均質(zhì)韻律的厚層細砂巖,河口壩微相測井響應(yīng)特征。齒化箱形自然伽馬曲線對應(yīng)頂?shù)淄蛔兊暮駥雍[砂巖,是扇三角洲前緣碎屑流沉積微相的測井響應(yīng)。

3.3 沉積相展布特征

Ed43砂組沉積時期,埕島東坡沉積相類型以湖泊背景下的湖底扇和近岸水下扇為主。湖底扇分為南北兩個扇體,北部扇體主體發(fā)育于第二坡折帶CB826井附近,呈扇狀展布;南部扇體主體發(fā)育于CBX394井附近,呈舌狀展布。來自于東南部埕北30潛山帶物源的近岸水下扇主體發(fā)育于斷階帶附近,呈小規(guī)模扇狀展布(圖4a)。Ed42砂組時期,湖底扇向湖泊深處推進,南北扇體疊置連片,向深洼帶延伸;近岸水下扇亦向深洼帶進積,延伸至CB328井和CB32井附近(圖4b)。Ed41砂組沉積時期,湖底扇相分為南北兩個扇體,近岸水下扇亦萎縮(圖4c),反映湖盆水體變淺;Ed32砂組沉積時期,研究區(qū)湖水進一步變淺,發(fā)育淺湖背景下的扇三角洲前緣亞相。扇三角洲砂體分為南北兩個復合朵葉體,北部扇體主體發(fā)育于SH8井附近,接受埕北低凸起物源供應(yīng),沉積物供應(yīng)量相對較少,平面上呈狹長的舌狀分布;南部扇體主體發(fā)育于CB36井附近,接受研究區(qū)南部物源,呈扇狀分布(圖4d)。

4 儲層物性特征及影響因素

4.1 儲層物性特征

以巖心實測物性資料為基礎(chǔ),對埕島東坡東營組主力含油層段的物性特征展開研究,結(jié)果顯示:Ed32砂組儲層物性優(yōu)于Ed4砂組。Ed32砂組樣品孔隙度主要為15.00%～25.00%,平均為19.47%,滲透率主要為10.00×10-3～1 000.00×10-3μm2,平均為182.39×10-3μm2,總體為中孔-中滲儲層。Ed4砂組儲層樣品孔隙度主要為10.00%～20.00%,平均為15.70%,滲透率主要為1.00×10-3～100.00×10-3μm2,平均為43.05×10-3μm2,總體為中低孔低滲儲層(表2)。

表2 埕島東坡Ed4-Ed32砂組物性特征

4.2 沉積作用對儲層物性的影響

4.2.1 沉積物特征對儲層物性的影響

沉積作用和沉積過程決定了沉積物的組分、粒度和分選等性質(zhì),從而控制了巖石的原始物性。利用埕島東坡東營組巖心樣品粒度分析和物性分析數(shù)據(jù),研究沉積物泥質(zhì)雜基含量、粒度中值與分選系數(shù)與儲層物性關(guān)系,探究研究區(qū)沉積作用對儲層物性的影響。

粒度分析數(shù)據(jù)表明,埕島東坡東營組儲層樣品泥質(zhì)含量普遍低于15%。整體上樣品孔隙度與泥質(zhì)含量關(guān)系不明顯(圖5a),說明泥質(zhì)含量不是控制研究區(qū)東營組儲層孔隙度的主要因素;樣品滲透率與泥質(zhì)含量呈現(xiàn)較弱的負相關(guān)關(guān)系(圖5b)。類似地,儲層樣品孔隙度與粒度正相關(guān)關(guān)系不甚明顯(圖5c),滲透率與粒度的負相關(guān)關(guān)系較為顯著(圖5d)。儲層物性與泥質(zhì)含量和粒度中值的上述關(guān)系,一方面反映細小的泥質(zhì)碎屑盡管不會明顯減少孔隙空間,但會堵塞部分孔隙喉道,降低儲層滲透能力;而顆粒粒徑對沉積物原始粒間孔隙空間影響較小,但受控于較小的粒徑,較細粒沉積物的孔隙喉道更細,因此滲透率更低。同時,樣品的孔隙度和滲透率均與分選系數(shù)呈較弱負相關(guān)關(guān)系(圖5e～5f),反映儲層物性更易受到碎屑顆粒均勻程度的影響。

圖5 埕島東坡東營組儲層物性與沉積特征關(guān)系

4.2.2 沉積相(微相)對儲層物性的影響

巖石相是沉積相的基本特征,不同巖石相之間的物性差異導致不同相帶間的物性差異。研究區(qū)東營組湖底扇中扇辮狀水道微相和前緣微相分別以含礫砂巖和粉-細砂巖為主,顆粒分選中等;近岸水下扇中扇辮狀溝道微相主要為含礫砂巖,顆粒分選較差;扇三角洲前緣水下辮狀河道微相和河口壩、席狀砂微相分別以含礫砂巖和中砂巖為主,分選總體較好。統(tǒng)計結(jié)果表明,這三類扇體的各沉積(微)相儲層物性有明顯差別,是其巖石學特征的差異所致。具體表現(xiàn)為:扇三角洲前緣河口壩、席狀砂微相物性最好,主要為中孔-中滲儲層;其次是扇三角洲前緣水下辮狀河道微相,物性級別為中孔-中(低)滲;再次為湖底扇中扇辮狀水道微相,主要為中孔-中(低)滲儲層;近岸水下扇中扇辮狀溝道微相更差,物性級別主要為低孔-中(低)滲;湖底扇中扇前緣微相物性最差,物性級別主要為中(低)孔-特低滲(圖6)。

圖6 埕島東坡儲層物性與沉積微相關(guān)系

5 結(jié)論

1)埕島東坡Ed4和Ed32以埕北低凸起為主要物源,同時存在東部和西南物源。

2)埕島東坡Ed4亞段發(fā)育湖底扇和近岸水下扇相,Ed32砂組發(fā)育扇三角洲相。湖底扇主要發(fā)育于第二坡折帶附近,接受西部埕北低凸起和南部的物源供應(yīng),砂體連續(xù)性較好,展布范圍較大,呈具溝道的扇狀展布;近岸水下扇主要發(fā)育于東部斷階帶附近,接受東部的物源供應(yīng),砂體連續(xù)性較弱,展布范圍較小,呈無溝道扇狀展布。扇三角洲碎屑物質(zhì)來源于西部和西南部,砂體連續(xù)性較弱,分為南、北兩個扇體,前者呈扇狀展布,后者呈舌狀展布。

3)埕島東坡Ed32砂組儲層物性優(yōu)于Ed4砂組,與孔隙度相比,泥質(zhì)含量和粒度中值更易對儲層滲透率分別產(chǎn)生負向和正向影響,而分選系數(shù)對儲層孔隙度和滲透率均有較為明顯的負向影響。

4)埕島東坡東營組主力含油層段物性最好的沉積微相為扇三角洲前緣河口壩、席狀砂,其次為扇三角洲前緣水下辮狀河道,再次為湖底扇中扇辮狀水道和近岸水下扇中扇辮狀溝道,湖底扇中扇前緣物性最差。