渤海灣盆地束鹿凹陷沙河街組三段下亞段混合沉積物成因類型及特征

渤海灣盆地束鹿凹陷沙河街組三段下亞段混合沉積物成因類型及特征

1985年，國(guó)外科學(xué)家首次提出了“混合沉積”的概念，并提出了四種混合沉淀的起源類型。渤海灣盆地束鹿凹陷沙河街組三段下亞段(簡(jiǎn)稱Es1厚層流質(zhì)砂巖巖束鹿凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷南部的一個(gè)重要富油凹陷,是在前古近系基底上發(fā)育的東斷西超NE走向的狹長(zhǎng)單斷簸狀凹陷,主體勘探面積約700km受寧晉凸起等碳酸鹽巖隆起區(qū)物源及沉積環(huán)境控制,古近紀(jì)早期,束鹿凹陷沙三段中、下部主發(fā)育碳酸鹽質(zhì)砂礫巖(角礫巖)和混積成因泥灰?guī)r,往上為正常的砂泥巖沉積。厚層塊狀砂礫巖主要為貧基質(zhì)的碎屑流沉積;細(xì)粒沉積的泥灰?guī)r主要為混合沉積,并可進(jìn)一步劃分為結(jié)構(gòu)混合、互層混合和夾層混合3種類型2泥灰?guī)r致密儲(chǔ)層特征2.1半深湖一深湖地區(qū)Es塊狀泥灰?guī)r主要為結(jié)構(gòu)混合沉積形成(狹義的混積巖),包括以陸源組分為主和以內(nèi)源組分為主2種混源沉積形式。前者以富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)或陸源碳酸鹽巖碎屑(其成分主要為方解石)為主,少量石英、長(zhǎng)石等陸源碎屑,偶見球粒狀黃鐵礦不均一分布(圖2i),陰極發(fā)光呈雜亂的暗色(圖2j)。后者組分中以原地沉積的泥晶方解石為主,僅有少量陸源碳酸鹽巖砂屑、石英、長(zhǎng)石及粘土礦物等組分(圖2k),陰極發(fā)光呈橘紅色且較均一(圖2l),該類沉積主要出現(xiàn)在半深湖一深湖環(huán)境中,陸源碎屑供給較充足時(shí)為含陸屑泥晶灰?guī)r;反之,則為泥晶灰?guī)r。沙三段下亞段的陸源碎屑主要源自周圍寧晉凸起等物源區(qū)下古生界的海相碳酸鹽巖地層,因缺乏碎屑巖地層,混積泥灰?guī)r中的陸源碎屑主要為碳酸鹽巖砂屑2.2儲(chǔ)層的物理?xiàng)l件Es2.3儲(chǔ)藏室的類型Es2.3.1掃描電鏡及礦巖中粒間孔的分布時(shí)代孔隙型儲(chǔ)集空間根據(jù)其成因與形態(tài),可進(jìn)一步分為粒間孔、溶蝕孔、晶間孔、粒內(nèi)/晶內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔5亞類,不同類型孔隙形貌特征、孔徑大小有明顯差異。1)粒間孔受壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的雙重影響,泥灰?guī)r中的原生粒間孔隙大多消失,偏光顯微鏡下難以觀察到明顯的殘余粒間孔。但在掃描電鏡下可見部分陸源碎屑(主要是碳酸鹽巖砂屑)間仍存在一定量的粒間孔(圖4a,b)。紋層狀泥灰?guī)r中粒間孔主要發(fā)育在以機(jī)械沉積為主的灰質(zhì)泥巖紋層(暗紋層)或粉-細(xì)砂巖夾層中;塊狀泥灰?guī)r中粒間孔主要分布在粉砂級(jí)的陸源碎屑顆粒間。2)溶蝕孔溶蝕孔在紋層狀泥灰?guī)r和塊狀泥灰?guī)r中均廣泛發(fā)育,通常是多個(gè)溶孔密集分布(圖4c,d,l),沾化凹陷沙河街組富有機(jī)質(zhì)鈣質(zhì)頁巖中也可見此類孔隙發(fā)育3)晶間孔泥灰?guī)r中的晶間孔包括黃鐵礦晶間孔、粘土礦物晶間孔和碳酸鹽礦物晶間孔等。(1)黃鐵礦晶間孔:Es4)有機(jī)質(zhì)孔有機(jī)質(zhì)在生成油氣的過程中可在內(nèi)部形成孔隙,孔隙發(fā)育程度與有機(jī)質(zhì)成熟度和類型密切相關(guān),通常成熟度較高的樣品有機(jī)質(zhì)孔更發(fā)育,藻類體(腐泥組)比鏡質(zhì)體更容易生成有機(jī)質(zhì)孔2.3.2儲(chǔ)油空間界面控制紋層縫主要發(fā)育在紋層狀泥灰?guī)r中(圖4k,l),由于兩類紋層在礦物組成,沉積方式上具有明顯差異,在成巖過程中順層理容易形成紋層縫,其發(fā)育程度受兩類紋層互層頻率所控制,紋層縫既是重要的儲(chǔ)油空間,也可極大的改善泥灰?guī)r在水平方向上的滲透性。2)構(gòu)造縫束鹿凹陷地質(zhì)歷史上斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈,發(fā)育走向主要為NE向拉張性正斷層,館陶組沉積期是喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕時(shí)期,構(gòu)造作用強(qiáng)烈,形成3條較大的斷層3)有機(jī)質(zhì)收縮縫泥灰?guī)r中有機(jī)質(zhì)受熱演化程度的影響,有機(jī)質(zhì)孔總體欠發(fā)育,但在塊狀或條帶狀有機(jī)質(zhì)邊緣或內(nèi)部,常可見因生烴演化導(dǎo)致塊狀有機(jī)質(zhì)體積收縮形成的有機(jī)質(zhì)收縮縫(圖4h,l)。2.3.3灰質(zhì)泥灰?guī)r基質(zhì)孔不同巖石組構(gòu)的泥灰?guī)r孔隙分布特征具有明顯差異,CT掃描顯示紋層狀泥灰?guī)r不同紋層受礦物組成、沉積方式的差異所控制,孔隙發(fā)育表現(xiàn)出強(qiáng)非均質(zhì)性。以機(jī)械沉積為主形成的灰質(zhì)泥巖紋層、灰質(zhì)粉砂巖紋層基質(zhì)孔更發(fā)育,包括粒間孔、溶蝕孔、晶間孔、粒內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔等多種類型;以化學(xué)沉積為主的泥晶灰?guī)r紋層十分致密,孔隙較少,孔隙以溶蝕孔、碳酸鹽礦物晶間孔和晶體內(nèi)微孔為主,黃鐵礦和粘土礦物晶間孔較少。紋層狀泥灰?guī)r中基質(zhì)孔主要發(fā)育在以機(jī)械沉積為主的紋層中,似層狀分布;塊狀泥灰?guī)r由于組構(gòu)較為均一,基質(zhì)孔分布也較均一。根據(jù)孔隙、紋層縫和裂縫發(fā)育程度的不同,Es2.4儲(chǔ)灰?guī)r微縫和納米級(jí)孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形態(tài)、大小、分布及其相互連通性等,孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)致密儲(chǔ)層滲流能力、含油性、致密油的有效動(dòng)用具有明顯控制作用,沙三段下亞段兩類組構(gòu)的泥灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)具較明顯差異(圖5)。紋層狀泥灰?guī)r壓汞進(jìn)汞飽和度相對(duì)較高(35%～60%),毛管壓力曲線表現(xiàn)出較明顯的“雙臺(tái)階”(圖5a),核磁共振T2譜具有較明顯的雙峰或三峰特征(圖5c),表明紋層狀泥灰?guī)r微縫(紋層縫)和微米級(jí)的中大孔(孔隙直徑≥1μm,下同)和納米級(jí)微孔(孔隙直徑<1μm,下同)均較發(fā)育,具有雙重或多重孔隙介質(zhì)特征。塊狀泥灰?guī)r壓汞進(jìn)汞飽和度低(20%～40%),毛管壓力曲線“雙臺(tái)階”不明顯(圖5b),核磁共振T2譜表現(xiàn)為不明顯的雙峰或單峰,主峰偏左(圖5d),說明塊狀泥灰?guī)r中微縫和微米級(jí)中大孔欠發(fā)育,孔隙結(jié)構(gòu)比紋層狀泥灰?guī)r差。泥灰?guī)r致密儲(chǔ)層中孔喉主要為納米級(jí)孔喉,占總孔喉數(shù)量的比例主要在65%～95%,微米級(jí)孔喉占比一般低于35%。其中紋層狀泥灰?guī)r中微米級(jí)孔喉占比在2.8%～33.1%,平均15.7%;塊狀泥灰?guī)r中微米級(jí)孔喉占比在1.7%～27.1%,平均11.3%。不同成因孔隙其直徑分布范圍存在明顯差異,其中粒間孔、溶蝕孔、粘土礦物晶間孔和方解石脈中的溶蝕孔、晶間孔的孔徑相對(duì)較大,微米級(jí)孔隙較發(fā)育;碳酸鹽礦物晶間孔、晶(粒)內(nèi)孔,黃鐵礦晶間孔,有機(jī)質(zhì)孔等孔徑細(xì)小,基本為納米級(jí)孔隙。泥灰?guī)r中紋層縫張開度一般小于0.2mm,屬于微縫。構(gòu)造縫張開寬度變化大,以寬度小于0.2mm的微縫為主,約占58%;小縫(0.2～1mm)約占18%,張開度大于1mm的中縫和大縫約占24%,少量大縫寬度可達(dá)到厘米級(jí)規(guī)模。3儲(chǔ)層儲(chǔ)層原油充注進(jìn)入孔隙的限制含油率是評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層原油富集程度的主要參數(shù)之一,氯仿瀝青“A”含量和巖石熱解氣態(tài)烴量S熒光薄片和環(huán)掃電鏡分析顯示泥灰?guī)r儲(chǔ)層各種成因孔隙中皆可見到原油(圖2m—p),但由于原油分子自身有一定的大小,且孔隙中束縛水膜也有一定的厚度,原油要克服毛管壓力進(jìn)入孔隙,就要求孔隙直徑達(dá)到某一門限值。利用核磁共振束縛水飽和度、氮?dú)馕絻?nèi)表面參數(shù),結(jié)合原油分子直徑大小(根據(jù)原油密度,取10nm),理論計(jì)算獲得泥灰?guī)r致密儲(chǔ)層原油充注進(jìn)入孔隙所需孔喉直徑主要分布在15～40nm;與張洪等通過理論計(jì)算確定的鄂爾多斯延長(zhǎng)組、四川盆地中下侏羅統(tǒng)和美國(guó)威利斯頓盆地Bakken組致密油充注孔喉下限分布范圍比較接近受巖石組構(gòu)和孔隙分布所控制,紋層狀泥灰?guī)r和塊狀泥灰?guī)r中原油賦存形式與分布存在明顯差異。紋層狀泥灰?guī)r中原油分布非均質(zhì)性強(qiáng),以機(jī)械沉積為主的暗色灰質(zhì)泥巖/泥灰?guī)r或粉砂巖紋層因孔隙相對(duì)發(fā)育,原油更富集(圖4q),原油賦存在各種孔隙內(nèi)、或被有機(jī)質(zhì)吸附;以化學(xué)沉淀為主的泥晶灰?guī)r紋層孔隙欠發(fā)育,因而含油較少;紋層縫和構(gòu)造縫則通常富含油(圖4r)。塊狀泥灰?guī)r中原油較均勻的分布于各類基質(zhì)孔內(nèi)(圖4s),或富集于構(gòu)造裂縫中(圖4t)。兩類泥灰?guī)r原油富集程度和含油量存在一定差異,對(duì)上百塊熒光薄片含油性統(tǒng)計(jì)顯示,紋層狀泥灰?guī)r中明顯含油的樣品約占總樣品數(shù)的60%,塊狀泥灰?guī)r中明顯含油的樣品只占總樣品數(shù)的40%。束探3井、束探1井錄井結(jié)果也顯示紋層狀泥灰?guī)r段全烴異常值比塊狀泥灰?guī)r段更高,表明地質(zhì)條件下紋層狀泥灰?guī)r含油性優(yōu)于塊狀泥灰?guī)r。4機(jī)質(zhì)豐度與成熟度束鹿凹陷沙三段下亞段混積泥灰?guī)r有利儲(chǔ)層發(fā)育受沉積相帶、巖石組構(gòu)、有機(jī)質(zhì)豐度與成熟度(埋深),構(gòu)造作用等多種因素綜合控制。儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)平面上主要分布在凹陷西部緩坡內(nèi)帶和洼槽區(qū),距主斷裂帶有一定距離發(fā)育構(gòu)造微裂縫和高有機(jī)質(zhì)豐度泥灰?guī)r的地區(qū)是致密油的有利富集區(qū)帶。4.1沉積環(huán)境對(duì)存儲(chǔ)層的控制Es4.2儲(chǔ)灰?guī)r孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)分布此處所指巖石組構(gòu)主要是指泥灰?guī)r紋層或粉砂夾層發(fā)育程度,紋層發(fā)育程度對(duì)泥灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)都具有明顯控制。紋層狀泥灰?guī)r可動(dòng)流體孔隙度主要在0.4%～2.0%,可動(dòng)流體飽和度主要在20%～40%,核磁孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)主要分布在1.8～3.5;塊狀泥灰?guī)r可動(dòng)流體孔隙度主要分布在0.2%～1.0%,可動(dòng)流體飽和度主要在15%～30%,核磁孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)主要分布在0.5～2.0。紋層狀泥灰?guī)r及其中的鈣質(zhì)粉砂巖夾層孔隙度總體上高于塊狀泥灰?guī)r,且紋層狀泥灰?guī)r紋層縫發(fā)育,具有雙重或多重孔隙介質(zhì)特征,微米級(jí)孔喉占比、核磁孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)、可動(dòng)流體孔隙度和可動(dòng)流體飽和度都要高于塊狀泥灰?guī)r,因此紋層狀泥灰?guī)r相對(duì)于塊狀泥灰?guī)r更有利于原油的富集與開發(fā)。4.3控制儲(chǔ)層的含油性有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)泥灰?guī)r儲(chǔ)層的控制作用主要體現(xiàn)在兩方面,一是影響泥灰?guī)r中孔隙的發(fā)育,二是控制儲(chǔ)層的含油性。高TOC的泥灰?guī)r在生烴早期可生成大量有機(jī)酸,易于發(fā)生溶蝕形成溶孔改善儲(chǔ)層物性。TOC含量是高過成熟頁巖中有機(jī)質(zhì)孔數(shù)量多少的主控因素之一,隨著TOC的增加,有機(jī)質(zhì)孔數(shù)量明顯增加束鹿凹陷Es4.4埋深和有機(jī)質(zhì)成熟度對(duì)水壓實(shí)作用是導(dǎo)致碎屑巖儲(chǔ)層在深埋過程中孔隙度降低的重要因素之一,但從Es有機(jī)質(zhì)成熟度決定著泥灰?guī)r在地質(zhì)時(shí)期內(nèi)累積生油量高低及生成的原油性質(zhì),在“生油窗”范圍內(nèi),隨著埋深和有機(jī)質(zhì)成熟度(R4.5脆性指數(shù)束鹿凹陷在形成演化過程中斷裂活動(dòng)頻繁,混積泥灰?guī)r又以碳酸鹽礦物為主,脆性指數(shù)高,在斷裂活動(dòng)期易于產(chǎn)生構(gòu)造縫。構(gòu)造縫既是重要的儲(chǔ)油空間,又可顯著改善儲(chǔ)層的滲透性,巖心和熒光薄片下都可見構(gòu)造縫內(nèi)富含油,高角度的構(gòu)造縫與紋層縫疊加可形成一種“網(wǎng)狀縫”,有利于原油的富集和采出。Es4.6有利儲(chǔ)層發(fā)育模式綜合考慮Es因此對(duì)于Es5儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)基于Es1)Ⅰ類儲(chǔ)層氣測(cè)孔隙度≥2.0%,水平滲透率≥1×10可動(dòng)流體飽和度>30%;機(jī)械沉積紋層厚度占比在50%以上;實(shí)測(cè)TOC>2.0%,鏡質(zhì)體反射率R現(xiàn)今埋深4000～5000m,巖石熱解S氯仿瀝青“A”含量>0.2%,儲(chǔ)層中原油密度<0.87g/cm2)Ⅲ類儲(chǔ)層氣測(cè)孔隙度<1.0%,水平滲透率<0.1×10可動(dòng)流體飽和度<20%;機(jī)械沉積紋層厚度占比<25%;實(shí)測(cè)TOC<1.0%,鏡質(zhì)體反射率R現(xiàn)今埋深<3300m或>5000m,巖石熱解S氯仿瀝青“A”含量<0.15%,儲(chǔ)層中原油密度>0.93g/cm3)Ⅱ類儲(chǔ)層各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)介于上述兩類之間。該分類方案可為泥灰?guī)r類致密油“甜點(diǎn)”區(qū)評(píng)價(jià)提供量化參數(shù)。6儲(chǔ)層精細(xì)高效解釋1)束鹿