冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层特征与评价

吴兴宁，吕玉珍，田继强，郭永军

（1.中国石油勘探开发研究院杭州地质研究院；2.中国石油勘探开发研究院；3.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院）

冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层特征与评价

吴兴宁1，2，吕玉珍1，田继强2，郭永军3

（1.中国石油勘探开发研究院杭州地质研究院；2.中国石油勘探开发研究院；3.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院）

根据岩心及薄片观察、实验分析、录井及测井解释，认为杨庄组、洪水庄组和馒头组是冀中坳陷中上元古界—下古生界碳酸盐岩潜山内幕最主要的盖层。盖层岩性以泥质岩为主，其次为泥质白云岩、泥质灰岩及致密白云岩或灰岩，孔、渗性普遍较差。盖层在宏观上受岩性、泥质含量、分布规模等因素的影响，微观上受突破压力、物性、遮盖系数等的约束。依据上述因素，将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层划分为4类。综合评价得出，杨庄组为Ⅲ类（中等）盖层、洪水庄组为Ⅱ类（较好）盖层、馒头组为Ⅰ类（好）盖层。

碳酸盐岩；古潜山；盖层；冀中坳陷

0 引言

冀中坳陷位于渤海湾盆地西北部，面积为 2.84×104km2，是一个复合型含油气盆地。碳酸盐岩地层主要发育在中上元古界至下古生界，分布广泛，厚度巨大。

近年来，随着文古3井、长6井、马851井等一批探井成功钻遇碳酸盐岩潜山内幕油气藏，极大地拓宽了冀中坳陷潜山油气藏勘探的领域，但缺乏对有效隔层的认识，这也是制约潜山内幕油气藏勘探的重要因素。为此，笔者在前人研究成果[1-4］的基础上，选取冀中坳陷不同构造单元64口重点钻井岩心及薄片进行详细观察，并结合录井资料，分析冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层的基本岩石学特征及其孔、渗特征。在深入调研影响盖层封闭性因素的基础上[5-9］，通过对盖层岩性、厚度及平面分布等资料的统计，结合30口钻井盖层段的测井解释及58块次岩心样品的实验分析，对冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层进行分类，并综合评价杨庄组、洪水庄组及馒头组盖层的封闭性，以期提高冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕岩性油气藏的勘探水平。

1 冀中坳陷潜山内幕盖层特征

1.1 岩石学特征

据已有探井储、盖层特征分析，冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕主要储盖组合为高于庄组—杨庄组、雾迷山组—洪水庄组和府君山组—馒头组，其中杨庄组、洪水庄组和馒头组是重要的潜山内幕盖层（图 1）。

杨庄组：地层沉积较薄，区内揭露厚度为46～86 m，岩性以灰色、紫红色—泥粉晶白云岩和泥质白云岩及白云质泥岩为主。平面上自北东向南西方向可划分为潮下带含膏泻湖、潮间带云坪和潮上带泥云坪3种沉积环境，其中潮下带含膏泻湖环境主要沉积一套含膏泥页岩，潮间带云坪环境主要沉积一套泥质白云岩、隐藻白云岩，潮上带泥云坪环境主要沉积一套泥质白云岩、白云质泥岩（图1）。

洪水庄组：岩性以一套细碎屑岩为主，夹有碳酸盐岩，区内揭露厚度为5～131 m，沉积在文安—安新一线及其以北地区，而大城—任丘—高阳一线以南缺失；平面上自北东向南西方向可划分为局限海和潮坪2种沉积环境，局限海环境沉积大段深灰色泥岩夹泥质白云岩，潮坪环境沉积一套灰绿色泥页岩及白云质泥岩（图1）。

图1 冀中坳陷长城系—寒武系潜山内幕储盖组合柱状图Fig.1 The reservoir and cap rock assemblage column of the buried hill inner of Changcheng system-Cambrian in Jizhong Depression

馒头组：分布广泛，在冀中坳陷全区均有不同程度钻遇，岩性以碳酸盐岩夹细碎屑岩的海相沉积为主，一般厚55～85 m。平面上可划分为泥云坪和泥坪两大沉积环境，泥云坪仅在任丘—霸县一线的东部地区及石家庄—南宫—衡水一带分布，岩石类型主要为泥质白云岩、粉砂质白云岩、泥粉晶白云岩及紫色泥页岩和少量泥质灰岩；泥坪环境分布在冀中坳陷的其余地区，粉砂岩和泥岩含量在50%以上，岩石类型主要为紫红色泥页岩夹少量准同生白云岩、泥灰岩等（图1）。

1.2 物性特征

在对冀中坳陷64口钻井杨庄组、洪水庄组及馒头组岩心及薄片观察的基础上，选取不同构造单元相关层段的6块岩心样品做了孔、渗性测试。结果表明，冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层段的孔、渗性普遍较差，如坝26井杨庄组平均孔隙度为0.18%、平均渗透率为0.05 mD，浅牛6井洪水庄组平均孔隙度为1.31%、平均渗透率为0.006 mD，文古1井馒头组平均孔隙度为0.92%、平均渗透率为0.001 mD。

此外，从所选30口钻井的测井解释结果来看，坝8井、留16井和任深1井杨庄组平均孔隙度为0.8%、平均渗透率为0.03 mD，浅牛6井洪水庄组平均孔隙度为0.000 1%、平均渗透率为0.000 1 mD，坝10井、坝 13井、文古 1井、马 97井、牛 19井、任78-3井、永古1井、泽古10井及泽深2井馒头组的平均孔隙度为0.04%、平均渗透率为0.000 2 mD，也说明这些层段的孔、渗性普遍较差，具有较强的封闭能力。

2 冀中坳陷潜山内幕盖层分类

2.1 岩性分类

依据岩性，可将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层划分为泥质岩盖层、泥质灰岩或白云岩盖层、致密灰岩或白云岩盖层3类。

2.1.1 泥质岩盖层

该类盖层的岩性包括泥岩、灰质泥岩和白云质泥岩（图2a），多发育在潮下及泻湖沉积环境。泥质岩具有粒度细、致密、渗透性差、排替压力高等特点，且具有一定的可塑性、吸附性、压缩性和膨胀性，通常是良好的油气封盖层。

2.1.2 泥质灰岩或泥质白云岩盖层

该类盖层沉积于潮下及局限海泻湖环境，水体较为闭塞、能量低。通常发育在海侵体系域，由于沉积速率相对缓慢，岩性细且致密，孔、渗性差（图2b），可成为较有效的封盖层。

2.1.3 致密灰岩或白云岩盖层

该类盖层发育在潮坪、局限海及开阔海台地等低能沉积环境，岩性通常较致密，孔、渗性差（图2c）。但该类岩石的脆性较泥质岩强，易受后期构造作用的影响而产生裂缝，对油气的封盖能力相对较差。

冀中坳陷潜山内幕杨庄组和洪水庄组主要发育泥质岩盖层、泥质白云岩盖层及致密白云岩盖层，而馒头组主要发育泥质岩盖层、泥质灰岩盖层和致密灰岩盖层。通常情况下，盖层的泥质含量越高，其孔隙结构就越差，渗透性也越低，盖层的封闭性就越好。一般将盖层的泥质含量分为＜25%，25%～50%，50%～75%和＞75%等4个等级以反映盖层质量的好、较好、中等和差。从相关钻井杨庄组、洪水庄组和馒头组的岩心测试黏土矿物含量来看（表1），泥质岩盖层的黏土矿物含量普遍＞40%，泥质灰岩或泥质白云岩盖层中的黏土矿物含量一般在20%～25%，致密灰岩或白云岩盖层几乎不含黏土矿物。

图2 冀中坳陷潜山内幕盖层岩性特征Fig.2 The lithology characteristics of the buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

表1 冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层中黏土矿物含量Table 1 The clay mineral content of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

2.2 分布规模及分类

根据盖层的分布规模，可将其划分为区域盖层和局部盖层2类，区域盖层的封闭能力一般好于局部盖层。冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕杨庄组属于局部盖层，洪水庄组和馒头组属于区域盖层（图1）。

区域盖层具有沉积稳定、分布广泛、厚度大的特点，并控制着整个坳陷的油气聚集与分布。如寒武系馒头组，分布于整个冀中坳陷，最厚可达100 m，岩性为泥岩、钙质泥岩及泥灰岩等；沉积时处于相对海平面不断上升期，水体稳定、能量较低，沉积岩岩性致密，对寒武系府君山组油气藏具有很强的封盖能力。

局部盖层一般分布于一个或几个油气保存单元或某些局部构造，只控制局部地区的油气聚集与分布。如蓟县系杨庄组，仅分布于冀中坳陷东北部，岩性在区域上变化较大，造成盖层的封闭能力差异较大，其中潮下含膏泻湖相带的泥质岩盖层封闭性能较好，潮间云坪相带的致密白云岩盖层封闭性能相对较差。

2.3 封闭性分类

盖层的封闭性是衡量其有效性的一项指标。综合来看，盖层的封闭性在宏观上受到岩性、厚度、展布规模及连续性等因素的影响，在定量评价方面受到突破压力、物性、扩散系数及微孔分布等参数的约束[10-17］。

2.3.1 盖层渗透性分类

盖层渗透性是反映盖层封闭性能的直接标志，可以用盖层的孔隙度和渗透率来表示，目前一般将盖层的渗透性分为4类（表2）。

表2 冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层渗透性分类Table 2 The permeability classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

对不同构造单元部分的钻井，从杨庄组、洪水庄组和馒头组6块岩心样品的物性实测结果来看，盖层的渗透率大多＜0.001 81 mD，孔隙度大多为1%～2%，反映好或较好盖层质量。此外，这些组的测井解释结果表明，该区盖层的孔隙度一般＜0.001%，渗透率大多为0.000 1 mD，也说明盖层的封闭性能良好。

2.3.2 盖层孔隙结构分类

孔隙结构是与物性密切相关的参数，也是评价盖层封闭性能的重要指标，主要的参数有比表面积、孔隙流体能、突破压力、气体遮盖系数及气柱高度等。一般而言，当孔隙的比表面积大、孔隙流体能大、突破压力高、气体遮盖系数大和封闭气柱高时，盖层的封闭性能好。

对不同构造单元部分的钻井，从杨庄组、洪水庄组和馒头组3块岩心样品的孔隙结构测试结果来看（表3），其突破压力为5 MPa左右，气体遮盖系数为1 000%左右，总体为中等—好盖层。

选取突破压力、比表面积和遮盖系数等参数，并参考渗透率和黏土含量，将冀中坳陷潜山内幕盖层的孔隙结构参数按封闭性的好坏分为4类（表4）。

表3 冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层孔隙结构测试数据Table 3 The pore structure test data of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

2.4 盖层综合分类

如前所述，盖层在宏观上受岩性与纯度、厚度、分布规模及连续性等因素的影响，微观上受突破压力、物性、扩散系数及微孔分布等参数的约束。因此依据岩性、泥质含量、渗透率、突破压力和遮盖系数等参数，将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层划分为4类（表5），以对研究区的封闭性进行综合评价。

表4 冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层孔隙结构分类Table 4 The pore structure classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

表5 冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层综合分类Table 5 The comprehensive classification of the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

3 冀中坳陷潜山内幕盖层评价

3.1 杨庄组

据不同相带6口钻井岩心及20块普通岩石薄片观察，杨庄组盖层的封闭性明显受沉积相控制，潮下含膏泻湖相带泥质岩盖层的封闭性明显好于潮间云坪相带致密白云岩盖层；泥质含量总体上由西南向东北方向增大，在霸县东北部泥质含量达50%以上，泥岩厚度最大达46 m，而在西南部泥质含量大多＜30%，缺乏泥岩地层，表明杨庄组为一套局部盖层。在微观方面，坝26井杨庄组岩心压汞曲线表现为细歪度（图3），不含黏土矿物，仅石英和长石含量约26.8%，实测突破压力为5.48 MPa，遮盖系数为1 081.92%。此外，主要钻井测井解释杨庄组盖层孔隙度为0.3%～1.6%，渗透率为0.001～0.1 mD，也说明其孔、渗性差，封闭性相对较好。综合评价杨庄组盖层为Ⅲ类，即中等盖层。

3.2 洪水庄组

该组盖层主要分布在冀中坳陷保定—任丘的东北部，泥岩厚度一般＜30 m，泥质含量普遍＜30%，牛陀镇一带泥岩最厚达37 m，泥质含量达70%，为一套区域性盖层。

微观方面，以浅牛6井为例，X-衍射分析洪水庄组盖层的泥质含量较高，其黏土矿物含量达40.5%，实测孔隙度为1.3%、渗透率为0.006 mD，测井解释孔隙度为0.000 1%、渗透率0.000 1 mD，压汞曲线表现为细歪度（图4）。岩心实测突破压力为4.85 MPa，遮盖系数为941.07%，显示出较好的封闭性。综合评价洪水庄组为Ⅱ类，即较好盖层。

3.3 馒头组

该组盖层泥质含量普遍较高，泥岩总体在巨鹿—任丘—霸县以东地区较厚，最厚可达147.2m，而在其以西地区较薄，最薄处仅厚约20 m，为一套全区稳定分布的区域性盖层。微观方面，主要钻井测井解释馒头组孔隙度为0.000 1%～0.01%，渗透率为0.000 1～0.001 mD；文古1井岩心实测孔隙度为0.92%～2.32%，渗透率＜0.001 8 mD，压汞曲线表现为细歪度（图5），实测突破压力为5.82 MPa，遮盖系数为1 128.19%，可封闭气柱高度为564.09 m，表明其封闭性很好。综合评价馒头组为Ⅰ类，即好盖层。

图3 毛细管压力曲线（左）及微孔隙半径分布（右）图（坝26井，杨庄组，921.7 m，泥质白云岩）Fig.3 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

图4 毛细管压力曲线（左）及微孔隙半径分布（右）图（浅牛6井，洪水庄组，1 094.7 m，泥质白云岩）Fig.4 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

图5 毛细管压力曲线（左）及微孔隙半径分布（右）图（文古1井，馒头组，4 487.9 m，泥岩）Fig.5 Capillary pressure curve （lfet） and the distribution of microporosity radius （right）

4 结论

（1）根据岩心及薄片观察、岩矿测试、录井及测井解释，认为杨庄组、洪水庄组和馒头组是冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕最主要的封盖层。

（2）盖层宏观上受岩性、泥质含量、分布规模等因素的影响，微观上受突破压力、物性、遮盖系数等参数的约束，据此将冀中坳陷碳酸盐岩潜山内幕盖层划分为4类。

（3）综合评价蓟县系杨庄组为Ⅲ类（中等）盖层，蓟县系洪水庄组为Ⅱ类（较好）盖层，寒武系馒头组为Ⅰ类（好）盖层。

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Characteristics and evaluation of carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression

WU Xing-ning1，2， LV Yu-zhen1， TIAN Ji-qiang2， GUO Yong-jun3
（1.Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Hangzhou， PetroChina， Hangzhou 310023， China；2.Research Institute of Petroleum Exploration&Development， PetroChina， Beijing 100083， China； 3.Research Institute of Exploration and Development， Huabei Oilfield Company， PetroChina， Renqiu 062552， China）

Based on the observation ofcore and thin section,experimental analysis and well logginginterpretation,it is considered that Yangzhuang Formation,Hongshuizhuang Formation and Mantou Formation are the main carbonate buried hill inner cap rocks fromChangchengsystemtoOrdovician in JizhongDepression.The lithologyofthe cap rock is mainly argillaceous rock,followed by argillaceous dolomite,argillaceous limestone and dense dolomite or limestone.Both the porosityand permeabilityare low.The essential macroscopical controllingfactors for the cap rock are lithology,shale content and distribution scale,while the microcosmic controlling factors are breaking pressure,porosity and permeability,envelop coefficient etc.Based on the above factors,the carbonate buried hill inner cap rock in Jizhong Depression is divided intofour types.YangzhuangFormation is evaluated as typeⅢ （middlingcap rock）,Hongshuizhuang Formation is evaluated as typeⅡ （better cap rock）,and Mantou Formation is evaluated as typeⅠ（best cap rock）.

carbonaterocks； buriedhill； caprock； JizhongDepression

TE122.2

A

1673-8926（2011）03-0049-06

2010-11-15；

2011-01-19

中国石油天然气股份公司“十一五”重大专项“海相碳酸盐岩有效储层形成条件、分布特征与有利目标区评价”（编号：2008E-0703）资助。

吴兴宁，1973年生，男，高级工程师，在读博士研究生，从事海相碳酸盐岩沉积、储层方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西溪路920号杭州地质研究院。E-mail：wuxn_hz@petrochina.com.cn

涂晓燕）