惠民凹陷大芦家地区沙—中亚段沉积特征及储层评价.pdf

第41卷第3期2023年6月Vol.41 No.3Jun.2023沉 积 学 报ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA惠民凹陷大芦家地区沙一中亚段沉积特征及储层评价刘佳庚1，王艳忠1，操应长1，孙沛沛1，何旭豪2，何瑞武3，郭迎春41.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 2665802.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营 2570003.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司临盘采油厂，山东德州 2515074.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000摘 要 惠民凹陷大芦家地区沙一中亚段发育三角洲碳酸盐岩滩坝沉积，储层研究十分薄弱，严重制约了该区油气勘探进展。通过三维地震解释、测录井分析、物性测试、岩心及薄片观察，结合Petrel三维显示模块，对沙一中亚段沉积特征及储层质量进行系统研究。沙一中亚段发育三角洲和碳酸盐岩滩坝沉积，碳酸盐岩滩坝又包括颗粒滩和灰泥滩；三角洲发育在南部和北部地区，中部发育碳酸盐岩滩坝，灰泥滩在颗粒滩外围发育；临邑断层下降盘的滚动背斜控制了中部碳酸盐岩滩坝的展布，派生断层F1及滚动背斜控制了南部三角洲的展布，临2断层、临14断层及滚动背斜控制了北部三角洲的走向；准层序组一沉积时期，碎屑物源供应充足，北部、南部三角洲砂体发育规模大，向中部滚动背斜带过渡为碳酸盐岩滩坝；准层序组二沉积时期，水体加深，物源后退，碎屑物源供应减少导致北部、南部三角洲砂体范围减小，中部滚动背斜带碳酸盐岩滩坝范围增加。三角洲水下分流河道和碳酸盐岩颗粒滩微相物性最好，成岩相主要为中弱压实、弱胶结、中弱溶解组合，储集空间以原生孔为主，为最有利的储层；灰泥滩微相物性次之，成岩相以强压实相为主，微孔隙贡献了储层主要储集空间，为中等有利的储层；河口坝微相物性最差，成岩相主要为强压实、弱胶结、弱溶解组合，储集空间只有少量颗粒溶孔，为较差的储层。关键词 沉积演化；储层评价；临邑断层；滚动背斜；沙一中亚段；大芦家地区第一作者简介 刘佳庚，男，1995年出生，博士研究生，沉积学、储层地质学，E-mail:通信作者 王艳忠，男，教授，E-mail:中图分类号 P618.13 文献标志码 A0 引言 惠民凹陷目前已发现幔源非烃气、石炭系煤型气两种天然气和8个油气田，其中勘探程度最高、潜力最大的是以沙三段为主力烃源岩的临南洼陷1。临南洼陷及周缘发现了临盘油田、商河油田、临南油田、江家店油田、玉皇庙油田、曲堤油田等油气田，但是在勘探和认识程度上存在明显不均衡性，主要表现为：1）临盘油田、商河油田勘探程度较高，其他油田较低；2）沙三段勘探程度较高2，其他层位相对低；3）火成岩、碎屑岩为主力储层，沙一段普遍发育湖相碳酸盐岩35，仅商河油田碳酸盐岩储层研究程度较高4,67。大芦家地区沉积方面研究十分薄弱，前人认为该区碳酸盐岩以白云岩为主，沉积相类型为生物滩和泥晶滩，并建立了相应的沉积模式3，但是大芦家地区沙一中亚段除了发育湖相碳酸盐岩滩坝外，还发育规模性三角洲沉积。此外，研究区紧邻生油洼陷，油源充足，但沉积和储层研究程度的薄弱，导致储量发现低，制约了该区的油气勘探开发。本研究以沙一中亚段沉积相类型及沉积体系演化研究为基础，对储层质量进行评价，以期为沙一中亚段增储上产提供理论指导。1 地质概况 惠民凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的西部，是发育在华北地台上的中、新生代双断式断陷盆地，也是济阳坳陷勘探面积最大的一个次级凹陷1（图1a），南以齐河广饶断裂为界与鲁西隆起接壤，北以陵县基山断裂、郑店桑家庄断裂与埕宁隆起相接，东西分别与东营凹陷、临清坳陷的莘县凹陷相通，整体呈北北东向延伸，东西长约 130 km，南北宽约收稿日期：20210726；修回日期：20210822；录用日期：20211019；网络出版日期：20211019基金项目：国家科技重大专项（2016ZX05006-003）Foundation：National Science and Technology Major Project,No.2016ZX05006-003DOI:10.14027/j.issn.10000550.2021.115文章编号：10000550（2023）03085512第41卷沉 积 学 报3570 km，面积约6 500 km2，可进一步分为中央隆起带、南斜坡和阳信、里则镇、临南、滋镇、肖庄等次一级洼陷共7个次级构造单元3,89（图1b）。大芦家地区位于惠民坳陷中央隆起带西侧，临邑断层下降盘，属于典型的与断层伴生的逆牵引背斜构造，是一个被断层复杂化的背斜。该背斜被临邑断层、临2断层和临14断层切割成了三个呈台阶状降低的断块1012（图1b），是临盘油田的主力含油断块。沙三段烃源岩厚度达900 m，沙一段烃源岩厚度最大为200 m，两套烃源岩均具有良好的生油指标，其中沙三段是临南洼陷的主力烃源岩1,11。研究区沙一中亚段为一个完整三级层序的湖侵体系域13，由两个退积式准层序组构成，下部为准层序组一，上部为准层序组二。2 沉积特征 2.1三角洲相三角洲沉积是研究区最重要的碎屑岩沉积相，主要发育三角洲前缘水下分流河道和河口坝微相。2.1.1水下分流河道三角洲在向前推进的过程中，由于湖水较浅，顶托能力较弱，水下河道可向湖盆中心长距离延伸，形成很有特色的水下分流河道沉积，呈条带状顺流向交织展布，改道分叉频繁。垂向上相序不完整，可直接位于席状砂和浅湖泥之上。岩心手标本的颜色、沉积构造及岩相组合特征分析表明：与碎屑岩互层的泥岩、碎屑岩的杂基以灰色、灰白色、灰绿色为主，反映浅水弱氧化、弱还原环境；水下分流河道沉积物粒度较粗，主要由粗砂岩、中细砂岩组成，单砂体厚13 m，底部常常发育冲刷面，冲刷面之上发育定向排列的灰绿色泥砾，可见槽状交错层理、楔状交错层理、平行层理、砂纹交错层理等层理构造；岩相组合表现为典型的正粒序，多为含砾砂岩粗砂岩细砂岩泥岩或砂岩泥岩的组合方式（图2）。2.1.2河口坝河口坝是由河流带来的砂泥物质在河口处因流速降低堆积而成14，位于水下分流河道的前端，受控于河流和湖浪的双重作用，一般表现为反粒序特征，多期河口坝可垂向叠置。研究区河口坝规模较小，单层厚度薄，岩心手标本及岩相组合特征可表现为：与碎屑岩互层的泥岩、碎屑岩的杂基为灰色、灰绿色，反映浅水环境；岩性较细，以细砂岩、粉砂岩为主，分选磨圆较好，发育砂纹层理、波状层理、平行层理等多种类型，层面上常见波痕构造；岩相组合为泥岩粉砂质泥岩粉砂岩/砂岩，反映了水体变浅水动力增强的特点（图3）。图 1惠民凹陷大芦家地区构造位置（修改自文献1）（a）惠民凹陷位置及构造分区；（b）大芦家地区构造位置Fig.1Tectonic location of Dalujia area in Huimin Sag(modified from reference 1)856第3期刘佳庚等：惠民凹陷大芦家地区沙一中亚段沉积特征及储层评价图 2大芦家地区沙一中亚段三角洲前缘水下分流河道微相相标志Fig.2Indicators of subaqueous branched fluvial channels in delta fronts in the middle part of the First member of the Shahejie Formation(Esz1)in Dalujia area图 3大芦家地区沙一中亚段三角洲前缘河口砂坝微相相标志Fig.3Indicators of estuary dams in delta fronts in Esz1 in Dalujia area857第41卷沉 积 学 报2.2碳酸盐岩颗粒滩大芦家地区在沙一中亚段沉积时期，碳酸盐岩颗粒滩较为发育。碳酸盐岩颗粒滩以发育含颗粒灰岩、颗粒质灰岩为主。碳酸盐岩颗粒中螺化石在肉眼下易于辨认，因此该类岩石在油区又被称为“螺灰岩”6。由于易受古气候、古水深及古构造等条件的影响，碳酸盐岩颗粒滩在垂向上单层沉积厚度薄且混合沉积现象明显。研究区碳酸盐岩颗粒滩沉积构造多为块状层理，颜色表现为灰白色、浅灰色，具有良好的含油性，为油浸到饱含油级别；颗粒滩多与灰绿色泥岩互层，反映沉积时为浅水、弱还原的条件（图 4）。碳酸盐岩颗粒滩沉积含碳酸盐岩颗粒云（灰）岩、碳酸盐岩颗粒质灰（云）岩，形成时水动力较强，泥质含量较低，并且生物死亡遗留下的空腔往往具有一定的孔渗性。2.3碳酸盐岩灰泥滩碳酸盐岩灰泥滩微相多分布于湖湾或向湖方向的较深水处，陆源物质供应不足，以化学沉积作用为主。岩性以厚层泥质灰（云）岩、云泥白云岩、灰泥石灰岩为主，中间有时夹有薄层泥岩或灰质泥岩等，岩相组合类型多样。碳酸盐岩中多发育块状层理、波状层理等反应较弱水动力条件的沉积构造，颜色以灰色为主（图5）。与颗粒滩相比，与灰泥滩共生的灰色、深灰色泥岩更加频繁出现，反映整体上为深水、还原的环境，但水深要大于前者，水动力相对弱。2.4沉积相平面展布及演化2.4.1沉积相平面展布在三角洲和碳酸盐岩滩坝的沉积中心，混积程度较低，在相带的过渡位置混积现象较明显，三角洲薄砂层与碳酸盐岩层穿插发育。以砂岩厚度、砂岩百分含量、碳酸盐岩厚度、碳酸盐岩百分含量平面分布为基础，以单井沉积学分析为约束，厘定三角洲和碳酸盐岩滩坝的平面分布；再通过叠加碳酸盐岩百分含量与颗粒灰岩百分含量平面分布图，进一步明确碳酸盐岩颗粒滩与灰泥滩的分布。以准层序组一为例，砂岩百分含量高值区位于研究区北部和南部，南部高值区的范围明显大于北部。两个高值区之间为砂岩低值区，百分含量一般低于10%。碳酸盐岩百分含量等值线图可见两个碳酸盐岩含量高值区，较大者位于研究区中部，百分含量可超过40%。此外，北区发育一个极小的碳酸盐岩高值区。颗粒灰岩百分含量沿东南方向存在两个高值区，且靠近临邑断裂的高值区范围较大。同时，研究区北部也发育一个小的高值区。以砂岩百分含量10%为界限，将低于该值的区域划分为半深湖相，半深湖以沉积泥质岩、油页岩为主，不发育碎屑岩和碳酸盐岩储层。以砂岩百分含量20%为界限，将碎屑岩沉积区划分为三角洲和浅湖相。同时，该数值也是碳酸盐岩滩坝和三角洲沉积的相带界限。以15%作为颗粒滩与灰泥滩的相带图 4大芦家地区沙一中亚段碳酸盐岩颗粒滩沉积相标志Fig.4Indicators of carbonate grain beaches in Esz1 in Dalujia area858第3期刘佳庚等：惠民凹陷大芦家地区沙一中亚段沉积特征及储层评价界限，即颗粒灰岩百分含量高于该值的碳酸盐岩沉积区为颗粒滩，低于该数值的区域为灰泥滩。最终，明确了研究区沉积相的发育范围。以准层序组一为例，该准层序组沉积时期，垂直临邑断层方向发育两个三角洲沉积体，中间区域缺乏陆源碎屑的注入，发育大规模碳酸盐岩滩坝，研究区东北部发育一个小型的碳酸盐岩滩坝。滩坝沉积体的外围发育灰泥滩，核心部分发育颗粒滩（图6）。准层序组二沉积时期，沉积体系展布具有继承性，同样是发育两个三角洲和两个碳酸盐岩滩坝，但是三角洲沉积范围缩小，碳酸盐岩滩坝、深湖半深湖的范围增加（图7）。2.4.2沉积演化过程临邑断裂带由临邑断层、临2断层、临14断层组成，自沙三段沉积时期控制了临南洼陷的沉积演化，其中临邑断层是控制洼陷发育的同沉积断层11。在同沉积断层作用下，断层下降盘形成了逆牵引背斜构造1,9,11。沙一段沉积时期，在断裂与前期发育的逆牵引构造的双重作用下，沙一中亚段形成了三角洲和碳酸盐岩滩坝混合沉积的面貌。（1）准层序组一沉积时期准层序组一沉积时期，水体相对较浅，西北侧物源相对充足，形成了以三角洲沉积为主的展布特征（图6），南部三角洲呈近东西向延伸，北部三角洲整体呈北西南东向发育。弧形断层的上盘在下降过程中受到近南北向的拉伸和地层本身重力作用的双重控制向下弯曲，填充了由拉张作用引起的潜在空间1。临邑断层在沙一段时期强烈活动，断层中部活动性强于南部和北部9，因此，临邑断层下降盘形成了滚动背斜，中部背斜幅度最大，向两侧逐渐变缓（图8）。