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湖相白云岩储层研究——以渤海油田为例

2011-12-23孙风涛

海洋石油 2011年1期
关键词:云岩陆源白云石

孙风涛,熊 建

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司勘探开发研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航务建筑工程有限责任公司,天津塘沽 300450)

湖相白云岩储层研究
——以渤海油田为例

孙风涛1,熊 建2

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司勘探开发研究院,天津塘沽 300450;2.渤海石油航务建筑工程有限责任公司,天津塘沽 300450)

以渤海湾几个发现白云岩的油田为例,结合白云岩的几种主要成因理论,从岩性特征、测井曲线形态、薄片鉴定、岩石成因方面对渤海湖相白云岩进行分析研究,研究表明白云岩分布受气候和古地貌控制。根据湖平面变化和古地貌,结合沉积环境、地震,利用层拉平技术探讨了白云岩的分布特征。

生屑云岩;古地貌;斜坡带;湖平面;形成机理

渤海湾盆地是在华北地台上中新生代时期发展起来的断陷盆地,新生代时期主要表现为断块活动,在持续的断陷活动中相继沉积了较厚的古近系和新近系,盆地古近系沙河街组多为湖相或三角洲的沉积环境,储层岩性以砂岩为主,但部分区域也发育湖相白云岩。从现有的资料看,郯庐断裂带东支以西,从南到北的整个渤海湾都有白云岩发现,主要分布在辽西低凸起、渤中凹陷和岐口凹陷的沙河街组,如XX20-2油田,XX13-1油田和 XX36-3油田等(图 1)。

1 岩性特征

图1 渤海海域白云岩区域分布Fig.1 Dolomite areal distribution in Bohaiwan Basin

根据岩心、壁心、岩屑观察,结合薄片鉴定等研究成果综合分析,研究区白云岩储层的主要岩石类型为生屑云岩、含陆源碎屑云岩。

生屑云岩:矿物成分主要为白云石、石英、长石、其他陆源碎屑,白云石含量高达70%以上。岩石组构主要为生物屑及亮晶胶结物,少量泥晶、鲕粒及陆屑,生物屑主要为腹足类及介形类生物碎片,破碎较严重,较均匀分布,个别腹足类保存较完整,体腔被泥晶白云石及鲕粒充填。粒屑间充填大量亮晶胶结物,栉壳状分布于粒屑边缘,部分被溶蚀(图2)。岩石孔隙发育较好,主要为粒内孔及粒间孔,粒内孔多为生物体腔孔,孔隙分布不均匀,连通性较好。

图2 生屑云岩岩石铸体薄片照片Fig.2 Thin slice picture of bioclastic dolomite

含陆源碎屑云岩:岩石主要成分为白云石,白云石含量在20%~70%之间;其次为陆源碎屑及方解石。粒屑成分主要为陆源碎屑,其次为鲕粒及生物屑,见少量砂屑。陆源碎屑成分主要为石英、长石颗粒,见少量火山喷出岩岩块及石英岩岩块。鲕粒多为表皮鲕,鲕核主要为粉砂级石英、长石颗粒;生物屑为粒径0.5~1.6 mm的化石碎片,化石壳体白云石化,偶见保存较完整的螺化石;砂屑成分为白云石,具一定的磨圆。粒间胶结物主要为亮晶方解石,呈孔隙式充填于粒间。岩石孔隙不发育(图3)。

这两种岩性在测井曲线上的表现特征也存在差异(图4),2井生屑云岩与含陆源碎屑云岩的测井曲线,从自然电位和自然伽马上看,二者物性差别不大,取样证实上下都为油层,但上段表现为高电阻、低密度的特征,下段则为相对低电阻、高密度的特征。与同一油田同一深度段的砂岩做了对比,发现下段电阻、密度值介于生屑云岩和砂岩之间,结合壁心、岩屑观察,薄片鉴定等资料,判定下段为含陆源碎屑云岩。

图3 含陆源碎屑云岩岩石铸体薄片照片Fig.3 Thin slice picture of terrigenous detrital dolomite

图4 2井生屑云岩与含陆源碎屑云岩的测井曲线Fig.4 Logging trace of bioclastic dolomite and terrigenous detrital dolomite in well 2

2 白云岩成因和分布

图5 地下水与海水的混合液对方解石和白云石的饱和程度的影响(据巴迪奥札曼尼,1973)Fig.5 Saturation of calcite and dolomite affected by groundwater and sea water(Badiozamani,1973)

图6 美国威斯康星中奥陶统米夫林段的白云化作用示意图(修改)(据巴迪奥札曼尼,1973)Fig.6 Chart of dolomitization in Middle Ordovician at Wisconsin of the U.S.(Badiozamani,1973)

白云岩的成因主要有以下几种:原生沉淀作用、毛细管浓缩作用、回流渗透白云化作用、混合白云化作用、埋藏白云化作用等。从渤海几个油田的资料分析,不符合高镁钙比率盐水沉积的观点或蒸发沉积的观点。于是从巴迪奥扎曼尼提出的混合白云化作用入手,巴迪奥扎曼尼通过实验证明在5%的海水和95%的地下水混合时,白云石已经饱和,但方解石不饱和;在30%的海水和70%的地下水混合时,白云石过饱和但方解石仍然不饱和。因此在海水为5%~30%的混合液范围内,将发生方解石被白云石交代的作用,即白云化作用[1](图5)。也就是说在海平面附近的较高部位,因淡水浓度过大,不易生成白云岩,在较深的水中,海水浓度过大也不易生成白云岩,而在属于半咸水环境的斜坡带可以发生白云化作用(图6)。这就提出一个问题,找出半咸水环境的斜坡带。要找到古沉积时的斜坡带,需要做古地貌恢复研究。对此研究专家提出了很多种方法,目前最简单的古地貌研究方法为层拉平方法:首先选择参照对比面,拉平该面视为古沉积时的湖平面。对湖相沉积而言,只有斜交前积构造可以做为对比参照面[2]。根据这一原理,我们做了古地貌恢复,结合钻井资料发现 XX20-2油田、XX36-3油田等油田的白云岩都分布在水体清浅,阳光充足,适合大量生物繁殖的水下缓坡带,如图7显示XX36-3油田2井处于斜坡带发育26.6 m生屑云岩,1井和3井处于相对高部位,按巴迪奥扎曼尼提出的混合白云化作用应该是处于淡水区,所以不发育白云岩;XX20-2油田地势的起伏不太明显,相对湖平面低的MN2井不发育白云岩,处于斜坡位置的3井发育31.5 m的生屑云岩,向7D井和12D井的方向,古地貌抬升,白云岩分布也呈变薄趋势变化,分别为1.1 m和0.7 m(图8)。古地貌过高或过低,白云岩储层均不发育,因此其成因完全与巴迪奥扎曼尼提出的混合白云化作用的理论相符。气候对湖相碳酸盐沉积的影响远比对海洋显著。当气候温暖湿润,湖盆开阔时,降雨量大,地表径流可向湖盆带入大量陆源碎屑物质,易于形成碎屑岩和混积岩,前面提到的含陆源碎屑云岩就是在这种情况下形成的。而在干旱期,当河水受到湖水顶托时,入湖陆源碎屑迅速减少,水体清澈,适宜生物繁衍,在适于大量不同类型生物繁衍的环境中,如斜坡带、水下古隆起带以及浅水向深水过渡的陡坡上缘,均可形成一定规模的碳酸盐沉积物。这些水下正向古地貌单元,由于具有水体清洁、阳光充足、能量偏高、营养丰富等有利于碳酸盐沉积的特征,因而生物沉积作用明显,易于形成生物灰岩。当气候更趋于干燥、湖盆面积收缩时,水体浑浊、浓缩、咸化并形成不利于生物生长的环境,从而抑制了生物碳酸盐岩沉积物的发育[3]。了解了白云岩的形成机理,就可以根据湖平面变化和古地貌,结合地震、沉积环境及钻井资料分析白云岩的展布情况,从而可以更好的了解油田并指导我们的开发,此技术已应用到XX13-1油田并取得了较好的效果。

图7 XX36-3油田层拉平地震剖面Fig.7 Lay flattening cross section of in XX36-3 oil field

图8 XX20-2油田层拉平地震剖面Fig.8 Lay flattening cross section of XX20-2 oil field

3 结论

(1)生屑云岩的岩性和电性特征明显,连通性较好。

(2)研究区的白云岩形成机理为混合白云化作用。

(3)白云岩分布受气候和古地貌控制,在水体清浅,阳光充足,能量较高的水下缓坡带,生屑云岩发育。

(4)由于湖相环境变化快,白云石化作用一般不太彻底,纵向上与碎屑岩储集体共生,分布面积及厚度相对较小。

(5)在陆源物质不易影响的地区,有利于湖相白云岩的发育。

4 讨论

虽然我们了解到白云岩分布受气候和古地貌控制,但如何深化古地貌精度?如何利用古地貌与古水深的匹配关系,找到定量化研究生屑云岩厚度、物性等技术方法?针对海上探井数量少、井距大的情况,如何根据古气候和古地貌定量刻画白云岩的分布范围?这些问题将是我们今后需要深入研究的工作。

[1]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].北京:石油工业出版社,2001:179-180.

[2]李家强.层拉平方法在沉积前古地貌恢复中的应用——济阳坳陷东营三角洲发育区为例[J].油气地球物理,2008,6(4):46-49.

[3]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].北京:石油工业出版社,2001:346.

Study on lacustrine dolomite reservoir——taking Bohai Oilfield as an example

Sun Fengtao1,Xiong Jian2
(1.Exploration&Development Insititue,Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tanggu Tianjin 300450;2.Navigational Matters A rchitectural Engineering Co.Ltd.of Bohai Oilf ield,Tanggu Tianjin 300450)

Taking fields of Bohaiwan Basin as an example and combining with several forming theory of dolomite,lacustrine dolomite reservoirs in Bohai oilfield was discussed in terms of lithology characteristics,logging trace,thin section analysis and origin of lacustrine dolomite.It’s found that the distribution of dolomite is dominated by climate and palaeogeomorphology,and the distribution of dolomite was summarized based on lake level change,palaeogeomorphology,seismic data,depositional environment and lay flattening technique.

bioclastic dolomite;palaeogeomorphology;slope belt;lake level;formation mechanism

TE122.2+2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.033

1008-2336(2011)01-0033-04

2010-09-03;改回日期:2010-11-10

孙风涛,女,1978年生,地质工程师,硕士,2005年毕业于中国地质大学(武汉),矿产普查与勘探专业,现从事储量评价和石油地质研究工作。E-mail:sunft@cnooc.com.cn。

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