断陷湖盆碳酸盐岩储层预测研究

宋立才，高晓鹏，邓宏文，冯 卉

(1.页岩油气调查评价重点实验室中国地质科学院，北京 100081;2.中国地质科学院，北京 100081;3.中石化石油勘探开发研究院，北京 100083;4.中国地质大学，北京 100083)

引 言

世界油气探明可采储量中一半以上分布在碳酸盐岩油气藏中［1］，其中绝大部分是海相碳酸盐岩油气藏，在美国犹他盆地和中国渤海湾盆地等地区发现了湖相碳酸盐岩油气藏［2］，2007年渤海湾盆地济阳坳陷探明湖相碳酸盐岩油气储量达7200×104t［3－4］。这些发现促进了湖相碳酸盐岩研究，层序地层学方法也得到了初步应用［5－6］;在惠民凹陷、沾化凹陷和四川盆地湖相碳酸盐岩研究中，VAIL层序地层学方法均得到了应用［8－9］。但是与海相碳酸盐岩相比，湖相碳酸盐岩因沉积环境更加不稳定，分布范围更小，单层厚度薄、厚度多变，仍是国内外沉积学领域的薄弱环节。

沾化凹陷西部地区沙四上亚段在油田开发早期曾钻出多口高产油井，但产量下降很快;由于埋藏较深，厚度较薄，储层预测难度很大，随后的钻探成功率均很低［10］。高分辨率层序地层学自1995年引入中国以来，极大地提高了碎屑岩储层分布预测的准确性［11］。受此启发，应用高分辨率层序地层学对沾化凹陷西部沙四上亚段湖相碳酸盐岩研究发现，在高分辨率层序地层格架下，湖相碳酸盐岩储层发育也具有明显的规律性。

1 区域地质背景

沾化凹陷是济阳坳陷东北部的一个次级单元，自新生代以来，经历了距今65.0～24.6 Ma的断陷阶段和24.6 Ma至今的拗陷阶段，形成整体“北断南超”、“凹凸相间”的复式半地堑式的箕状断陷。其中，断陷阶段由裂陷一幕、裂陷二幕、裂陷三幕和裂陷四幕组成，分别沉积了孔店组、沙四段、沙三段—沙二下亚段和沙二上亚段—东营组4个二级层序。

沙四段包含沙四下亚段和沙四上亚段2个三级层序，沙四上亚段与沙四下亚段以不整合接触，形成于断陷早期阶段，断层活动相对较弱，在北部陡坡带扇三角洲之间和南部缓坡带斜坡均广泛发育碳酸盐岩;沙四上亚段与上覆沙三段同样以不整合接触。

2 岩相特征

通过薄片观察和重矿物、微量元素分析，结合测井、录井资料，综合考虑陆源碎屑的混入以及与膏岩、泥岩的过渡，研究区湖相碳酸盐岩可划分为灰岩、白云岩和混积岩等3个大类，颗粒灰岩(内碎屑灰岩、生物碎屑灰岩、复合颗粒灰岩)、泥晶灰岩、藻格架灰岩、藻屑白云岩(藻砂屑白云岩、藻粉屑白云岩)、藻格架白云岩、灰质白云岩(灰质泥晶白云岩、灰质粉晶白云岩)、泥灰岩和砂质灰岩等8个亚类。

泥灰岩、泥晶灰岩出现频率最高且厚度较大，颗粒灰岩、藻格架灰岩和藻格架白云岩出现频率较低且厚度较薄;内碎屑灰岩中内碎屑多为砂屑、粉砂屑，生物碎屑多为个体较小、结构完整性较高的螺、介壳类、枝管藻等，胶结物一般为泥晶或微亮晶。因此，研究区碳酸盐岩沉积时整体水动力条件较低，但不同亚类碳酸盐岩形成的水动力条件存在明显差异:泥灰岩形成的水动力条件最低，泥晶灰岩、颗粒灰形成的岩水动力条件依次增强。

3 高分辨率层序地层特征

图1 沙四上亚段四级层序划分

根据高分辨率层序地层学原理，基准面旋回对比代表等时地层对比，可以极大地提高地层对比的准确性。

湖相碳酸盐岩以盆内自生沉积物为主，主要受古气候、古碳酸盐岩、古构造运动和陆源碎屑等因素控制;研究区构造活动较弱，气候的周期性变化控制着盐度、湖平面和入湖沉积物的周期性变化。气候因素主导下的湖平面变化控制着基准面旋回的发育。

3.1 沙四上亚段三级层序特征

沙四上亚段三级层序的顶界面、底界面均为区域性不整合界面，界面处自然伽马、声波时差等测井数据发生突变;层序内部的最大湖泛面对应于一套高伽马、低密度、高声波时差的泥岩(图1)。沙四上亚段三级层序在南北向剖面上整体呈楔形:北部义和庄凸起周缘厚度最大，碳酸盐岩厚度为30～60 m;南部缓坡带厚度相对较薄，碳酸盐岩厚度为10～30 m。

3.2 沙四上亚段高分辨率层序特征

3.2.1 高分辨率层序地层划分

研究区基准面下降到上升的转换面往往位于整套灰岩内部，沉积发育较连续，不易于识别与对比;湖泛事件代表的基准面上升到下降的转换面——湖泛面更容易识别与对比。因此，选取层序内的最大湖泛面和其上部一套广泛发育的泥岩所代表的次级湖泛面作为四级旋回(层序)界面，自下而上一共划分为3个四级层序C3、C2和C1(图1)。

C3层序形成于断陷早期，相当于三级层序上升半旋回，在陆源碎屑影响强烈区域为一套厚层粗粒砂砾岩沉积，影响较小的区域为薄层泥岩沉积。

C2层序发育在三级层序中部基准旋回转换面(最大湖泛面)之上，主要为基准面下降期碳酸盐岩沉积，以一套基准面上升期湖泛泥岩或泥灰岩结束。

C1层序发育在次级湖面之上，外源碎屑的注入对湖盆碳酸盐岩发育的影响最弱，碳酸盐岩广泛发育。

五级层序划分:选取更低一级湖泛面作为五级层序界面进行了层序的划分发现:南部缓坡带沉积的旋回性明显，可划分出7个五级层序;北部陡坡带五级层序较难识别，仅在C1层序中识别出2个五级层序。

图2 横穿凹陷方向沙四上亚段四级层序地层剖面

3.2.2 高分辨率层序地层格架

在四、五级层序划分的基础上，结合地震资料和构造背景以基准面旋回为单元进行对比发现，五级层序仅可在局部有限的范围内实现对比，而四级层序可以实现全区对比，进而建立高分辨率层序地层格架(图2)。

模式特征:湖相碳酸盐岩四级层序整体呈楔形，主体由基准面下降半旋回构成，对于南部缓坡带的碎屑岩沉积则完全相反，由基准面上升半旋回构成(图3)。基准面上升时，陆源碎屑物质注入增加，碎屑岩沉积发育，同时抑制了碳酸盐岩的发育;基准面下降，水体变浅，盐度增加，有利于碳酸盐岩的形成和向凹陷深部扩展，从而发育大面积较为纯净的碳酸盐岩，局部可发育藻格架灰(云)岩和颗粒灰岩等。

4 沉积相分布及储存预测

4.1 高分辨率层序地层格架下的沉积相分布

以高分辨率层序地层发育模式为指导，在高分辨率层序地层格架下进行沉积亚相对比发现，研究区湖相碳酸盐岩具有明显的规律性:沙四上沉积时期湖盆生物生产率较小，大型藻礁不发育，生物碎屑灰岩和内碎屑灰岩也较少，基底地貌高差明显造成沉积亚相的带状局限分布。

通过岩心和薄片观察，结合测井、录井资料，确定了研究区沉积相类型与岩性组合标志(表1)。

表1 沙四上亚段沉积相划分及其特征

C3层序绝大部分为碎屑岩和膏岩沉积，不再进一步做沉积相分布研究。

C2层序:陈家庄凸起前缘缓坡带发育规模相对较大的三角洲，碳酸盐岩不发育，厚度一般小于10 m，主体为浅湖亚相;义和庄凸起周缘发育小型近岸扇体，以断阶地貌控制的碳酸盐台地亚相、局限台地亚相为特征，凹陷中央的低凸起上发育浅滩亚相(图4a)。

C1层序:陈家庄凸起前缘缓坡带三角洲逐渐消亡，混合坪亚相、浅湖亚相广泛发育;义和庄凸起周缘的陡坡带扇三角洲消失，大面积发育局限台地亚相、台地亚相，凹陷中央低凸起上由于陆源碎屑影响的减弱，浅滩亚相发育范围较大(图4b)。

对比分析:C1层序在其下部C2层序沉积填平补齐作用的基础上，凹陷内部地貌更趋于平缓，受陆源碎屑的影响减弱，南部缓坡带混合坪亚相、浅滩亚相和北部陡坡带局限台地亚相、台地亚相均明显扩大。

图4 沙四上亚段沉积亚相分布

4.2 高分辨率层序地层格架下的储层分布预测

4.2.1 储层物性特征及影响因素

按照孔隙形态和成因类型，研究区储层孔隙主要有生物格架孔、生物体腔孔、粒间孔、遮蔽孔、铸模孔、溶孔和构造缝等7个亚类，孔隙的分布与沉积相有很强的相关性。镜下观察发现，碳酸盐岩次生改造作用具有明显的选择性，原生孔隙度和渗透率较高的储层更易发生次生改造作用，进而改善原生孔隙度和渗透率。

在储层物性统计分析的基础上，结合研究区生产资料，采用相对分级的方法将研究区储层分为好储层、较好储层和差储层3个类别，分别以台地亚相(藻礁)、浅滩亚相和局限台地亚相为代表(表2)。

表2 沙四上亚段沉积相与岩性、物性关系

4.2.2 有利储层分布预测

研究区湖相碳酸盐岩埋藏相对较深，目前的地震、测井等地球物理资料主要针对浅层碎屑岩储层，可利用程度较低，因此储层分布的预测主要通过地质预测实现。

储层垂向分布。根据横穿凹陷方向湖相碳酸盐岩高分辨率层序地层发育模式可知(图3)，每个四级层序主体均由泥岩—泥灰岩—灰岩—生物灰岩/内碎屑灰岩所代表的基准面下降半旋回构成，这表明四级层序储层物性自下而上是一个非储层—差储层—较好储层—好储层的半旋回;C1、C2共同构成一个更长周期的基准面半旋回(图1)，C1层序的储层发育规模比C2层序更大。

储层水平展布。鉴于沉积相对于储层的控制作用和基底地形起伏，储层在平面上整体呈近平行于北部边界断层的带状分布(图5a、5b)。C2层序:在义和庄凸起周缘，台地亚相以在翘倾断块前缘部位发育规模较小的带状藻礁沉积体为特征，为好储层发育区，例如Y4井附近(图5a);凹陷中央低凸起上的浅滩亚相整体物性较好，为较好储层，局部可为好储层，如S52、S56井附近;南部缓坡带混合坪亚相以混积岩为主，物性较差，仅在L63井区混合坪分布区发育好储层。

C1层序:在义和庄凸起周缘，台地亚相范围明显扩大，在翘倾断块的前端狭长的区域内好储层的分布更加广泛 (图5b);凹陷中央的低凸起上，因浅滩亚相较C2层序时更加发育，好储层和较好储层的范围也明显扩大;局限台地亚相、混合坪亚相及浅滩亚相周围的部分浅湖亚相为差储层发育区。

图5 沙四上亚段储层分布

5 结论

(1)断陷湖盆碳酸盐岩层序充填整体呈楔形，湖泛面代表的基准面上升至下降的转换面为高分辨率层序地层划分的良好界面;湖相碳酸盐岩在基准面旋回下降期较上升期更为发育:碎屑岩沉积体系逐渐减弱，台地亚相、局限台地亚相、浅滩相亚相等的发育范围逐渐扩大。

(2)高分辨率层序地层对储层的控制作用表现在:垂向上，随基准面下降储层物性呈变好趋势;平面上，不同类型储层整体呈近平行于北部边界的带状分布，北部陡坡台地亚相中的礁灰(云)岩、内碎屑灰岩发育区和浅滩亚相的局部为好储层发育区，凹陷中央的浅滩亚相为较好储层发育区，北部陡坡局限台地亚相和缓坡混合坪亚相为差储层发育区。

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