漠河盆地中侏罗统天然气水合物储层特征及评价

邓 磊，文志刚，唐 婧

(1.长江大学 工程技术学院，湖北 荆州 434021； 2.长江大学 地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100； 3.中国石油长庆油田分公司 第五采气厂，陕西 西安 710018)

漠河盆地中侏罗统天然气水合物储层特征及评价

邓 磊1，2，文志刚2，唐 婧3

(1.长江大学 工程技术学院，湖北 荆州 434021； 2.长江大学 地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100； 3.中国石油长庆油田分公司 第五采气厂，陕西 西安 710018)

通过实测剖面、岩心观察、镜下薄片鉴定、物性分析、压汞测试等方法，深入剖析了漠河盆地中侏罗统储层的特征，并对其进行了有效评价，以期为区内天然气水合物的勘探提供地质依据及理论指导。结果表明：漠河盆地中侏罗统岩石类型主要为岩屑砂岩、长石岩屑砂岩，岩屑长石砂岩次之，结构成熟度与成分成熟度均较低，反映近物源沉积的特点；储层物性较差，孔隙度介于0.02%～7.28%之间，平均为1.37%，渗透率介于(0.008～0.256)×10-3μm2之间，平均为0.034×10-3μm2，具典型的特低孔、超低孔-超低渗特征；结合毛细管压力曲线特征将区内孔隙结构划分为3种类型，其中Ⅱ型、Ⅲ型较为常见；压实作用与构造作用对区内孔隙破坏较大，而溶蚀作用在一定程度上改善了储层物性；中侏罗统储层整体评价为Ⅲ～Ⅳ类，其中漠河组储集性能最好，而二十二站组最差。

天然气水合物；储层特征；储层评价；中侏罗统；漠河盆地

漠河盆地地处大兴安岭地区北端，密林广布，水系纵横，年平均气温低，为我国三大多年冻土分布区之一[1]。国外学者已先后在美国的阿拉斯加北坡、加拿大的马更些三角洲和俄罗斯的西西伯利亚等冻土区发现了天然气水合物，与之同属高纬度冻土区的漠河盆地也具有形成天然气水合物的良好条件[2-4]。前人对漠河盆地的气源层、运移通道及冻土带展布规律进行了不同程度的研究，但对中侏罗统储层特征及评价却鲜有涉及[5-7]。笔者以储层地质学及沉积岩石学理论为指导，综合实测剖面、岩心观察、镜下薄片观察、物性分析、压汞测试等手段，对漠河盆地中侏罗统储层特征进行了深入的剖析及有效的评价，以期为区内天然气水合物的研究提供理论支持。

1 区域地质特征

漠河盆地区域构造上位于兴安-内蒙地槽褶皱带额尔古纳地块中的上黑龙江中生代断(坳)陷带，呈东西向展布[8]，长约300 km，宽约80 km，在我国境内面积为21 500 km2。大地构造上，该盆地位居蒙古-鄂霍茨克褶皱带中的额尔古纳微板块的东北端，北、西与西伯利亚板块相邻。区内由西向东依次可划分出4个一级构造带，即额木尔河冲断带、盘古河断坳带、二十二站背斜带及腰站断坳带(图1)。

漠河盆地为一中生代陆相盆地，中侏罗世为其主要的形成时期，在整个大兴安岭地区北部发育了巨厚的陆源碎屑沉积[9]。中侏罗统由下至上依次发育绣峰组(J2x)、二十二站组(J2e)、漠河组(J2m)和开库康组(J2k)(表1)。J2x形成于盆地沉降之初，以角度不整合直接覆盖于变质岩基底之上，主要分布于盆地的南部，具“东、西薄，中间厚”的展布特征；J2e与J2m分布范围较为广泛，最大沉积厚度可达4 000～4 400 m，具“西南厚，东北薄”的展布特征，为区内的主要储集层及烃源岩层；J2k在区内分布范围较窄，仅在东北部的开库康至二根河一带有零星出露。

图1 漠河盆地构造分区图

表1 漠河盆地地层简表

2 储层岩石学特征

2.1 岩石组分特征

岩石薄片统计分析表明，漠河盆地中侏罗统岩石类型主要为岩屑砂岩、长石岩屑砂岩，岩屑长石砂岩次之(图2(a))。其中，J2x岩石碎屑成分中石英平均体积分数为29.83%，长石平均体积分数为21.56%，岩屑平均体积分数为48.61%，主要发育岩屑砂岩、长石岩屑砂岩，岩屑长石砂岩次之(图2(b))；J2e岩石碎屑成分中石英、长石平均体积分数略高于其他3套地层，分别为22.39%和33.29%，岩屑平均体积分数为43.78%，岩石类型主要为长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩，岩屑砂岩次之(图2(c))；J2m碎屑组分中岩屑含量高，平均体积分数为65.65%，接近于石英、长石体积分数之和的2倍，主要发育岩屑砂岩(图2(d))；J2k样品较少，投点较为分散，碎屑组分中石英平均体积分数为23.5%，长石为17.25%，岩屑为59.25%，但从仅有的数据中可以看出其主要岩石类型依然为岩屑砂岩与长石岩屑砂岩(图2(e))。漠河盆地中侏罗统4套地层岩石碎屑成分中岩屑体积分数均较高，接近于50%，近乎等于长石、石英体积分数之和，反映区内岩石成分成熟度较低，具近物源沉积的特点[10]。

图2 漠河盆地中侏罗统岩石类型三角图

2.2 岩石结构特征

笔者采集的漠河盆地中侏罗统储层样品主要来自于野外露头剖面，风化程度中等—弱。选取碎屑粒度、分选性、磨圆度、支撑类型以及接触方式表征岩石的结构特点。通过图3可知，漠河盆地中侏罗统的4套地层岩石粒度分散，分选中等；磨圆度多为次棱-次圆，部分层位发育次圆状；颗粒支撑，以线接触为主，点-线接触次之。反映其岩石结构成熟度低，为近距离搬运沉积。

图3 漠河盆地中侏罗统岩石结构统计直方图

3 储层物性特征

3.1 平面分布特征

孔隙度和渗透率是反映储层物性的最主要参数。研究区4套地层储层物性分布特征不尽相同，孔隙度和渗透率分布区间存在一定的差异。笔者在区内共采集样品102件，孔隙度分布于0.02%～7.28%之间，平均为1.37%，渗透率分布于(0.008～0.256)×10-3μm2之间，平均为0.034×10-3μm2(图4)，具典型的特低孔、超低孔-超低渗特征。

为了系统有效地研究漠河盆地侏罗系地层储层物性特征，将研究区划分为中部、东部、西部3个区块(图5)。

图4 漠河盆地中侏罗统储层物性分布直方图

图5 漠河盆地剖面区域划分

3.1.1 绣峰组 J2x共采集样品27块，主要来自漠河盆地的东部及西部地区剖面，中部地区未见露头。通过对J2x储层物性数据统计对比发现(图6(a))，其孔隙度、渗透率由西至东逐渐变差，均呈现明显下降趋势。东部地区孔隙度介于0.06%～6.31%之间，平均为1.67%，渗透率(0.010～0.016)×10-3μm2，平均0.004×10-3μm2；西部地区孔隙度介于0.02%～3.69%之间，分布区间较为分散，平均为1.28%，渗透率(0.010～0.030)×10-3μm2，平均0.020×10-3μm2。

3.1.2 二十二站组 J2e共采集样品45块，主要来自漠河盆地的西部地区，东部、中部地区样品数量相对较少。通过对J2e组储层物性数据统计对比发现(图6(b))，东部地区储层物性较中、西部地区好。东部地区孔隙度分布介于0.09%～7.28%之间，分布区间较为分散，平均为2.87%，渗透率介于(0.020～0.260)×10-3μm2之间，平均为0.040×10-3μm2；西部地区孔隙度介于0.12%～1.27%之间，平均为0.57%，渗透率介于(0.010～0.250)×10-3μm2之间，平均为0.020×10-3μm2；中部地区孔隙度介于0.69%～0.77%之间，平均为0.74%，而渗透率平均为0.020×10-3μm2。

3.1.3 漠河组 J2m共采集样品28块，在盆地的中部地区，东部、西部地区均有分布，但中部地区样品数量略多。通过对J2m储层物性数据统计对比发现(图6(c))，漠河组整体物性较好，且东部地区储层物性较中、西部地区好，孔隙度、渗透率较大。东部地区孔隙度分布介于0.55%～3.19%之间，分布区间较为分散，平均为2.10%，渗透率在(0.020～0.150)×10-3μm2之间，平均为0.060×10-3μm2；西部地区孔隙度介于0.86%～1.57%之间，平均为1.19%，渗透率介于(0.030～0.050)×10-3μm2之间，平均为0.035×10-3μm2；中部地区孔隙度介于0.75%～3.42%之间，平均为2.04%，渗透率介于(0.010～0.110)×10-3μm2之间，平均为0.030×10-3μm2。

综上，漠河盆地侏罗系在区域上储层物性整体表现为由西至东孔隙度、渗透率依次增大。

图6 漠河盆地不同区块储层物性分布直方图

3.2 垂向分布特征

对研究区中侏罗统各层位连续取样分析，深入剖析4套地层储层物性在垂向上的变化规律。J2x储层样品采自野外露头，整体物性差，孔隙度、渗透率变化规律较为一致，底部物性最好，由下至上逐渐变差，均表现出较为明显的复合正韵律特征；J2e的储层样品均来自于研究区中部的漠D1井连续采心分析，其物性较绣峰组差，孔隙度、渗透率变化缺乏规律性，反映其层间具一定的非均质性；J2m的储层样品采自研究区西部的漠D2井，其物性较好，具有较高的渗透率，孔隙度与渗透率在垂向上未见明显变化，反映其层间岩石成分、结构均一。综上，漠河盆地J2m储层物性最好，孔隙度、渗透率不受深度影响，均匀分布；J2e储层物性最差，层间非均质性导致其孔、渗变化不具规律性；J2x介于二者之间(图7)。

4 储层孔隙类型

孔隙是指碎屑颗粒与颗粒之间未被基质和胶结物充填满所形成的空间(图8)[11]。按成因又可划分为：

(1)原生粒间孔隙 是指碎屑颗粒与颗粒之间的部分，在沉积、成岩作用过程中未完全充填满而保留下来的空间。该类孔隙在漠河盆地中侏罗统中发育非常少，主要为少量的粒间残留孔，是粒间孔隙未被交代作用、胶结作用充填满而残存下来的。

图7 漠河盆地中侏罗统垂向物性分布图

(2)次生孔隙 是成岩过程中孔隙流体使矿物颗粒发生溶蚀产生的孔隙。区内常见的次生孔隙主要为长石溶蚀孔隙以及碳酸盐溶蚀孔隙等。溶蚀粒内孔隙是指长石、岩屑等碎屑颗粒经溶蚀作用形成的孔隙，是主要的次生孔隙类型之一。溶蚀粒间孔隙是指填隙物被局部溶解形成的孔隙。由于区内渗透率较低，流体运移较困难，该类孔隙仅零星分布。

(3)微裂缝 在镜下薄片中能观察到、具有一定宽度、延伸一定距离的微小裂缝。微裂缝多局限于砾石内部，没有穿越其他颗粒，规模小，发育具定向性，为次生构造裂缝。但区内微裂缝多被方解石胶结、充填，故对改善储集性能贡献并不大。

图8 漠河盆地中侏罗统储层孔隙类型镜下照片

5 储层孔隙结构特征

储层微观孔隙结构是影响岩石渗流性质的重要因素。定量表征孔隙结构的参数很多，主要包括反映孔喉大小、分选、连通性及控制流体运动特征的参数[12-13]。该次研究主要选取排驱压力，相对分选系数、平均孔喉半径、歪度、退汞效率和最大进汞饱和度来对漠河盆地中侏罗统储层孔隙结构特征进行评价。

通过对区内中侏罗统各套地层的压汞资料分析表明：J2x平均孔喉半径、最大进汞量及退汞效率小，而相对分选系数、排驱压力、歪度则较高，反应其孔喉分布不均一，具一定非均质性，连通性差；J2m孔喉结构特征与J2x相反，具较低的相对分选系数、排驱压力、歪度，较高的平均孔喉半径、最大进汞量及退汞效率，反映其孔喉分布均匀，连通性较好；J2e各项指标均位于J2x与J2m之间，J2k仅有2块样品，测试结果不具代表性。

依据上述参数结合毛细管压力曲线特征，将研究区中侏罗统储层毛细管压力曲线划分为以下3种类型(表2、图9)。

表2 漠河盆地中侏罗统储层孔隙结构特征分类

注：3.30～2.40/(2.85)为最大值～最小值/(平均值)

图9 漠河盆地中侏罗统毛细管压力曲线图

(1)Ⅰ型压汞曲线 该类岩石样品物性相对较好，孔隙度平均为2.85%，渗透率平均为0.103×10-3μm2，排驱压力平均为2.49 MPa，选对分选系数平均为0.68，平均孔喉半径平均为0.066 μm，歪度为1.68，最大进汞饱和度平均为81.92%，退汞效率平均为47.56%。Ⅰ型压汞曲线反映岩石碎屑颗粒分选好，储层物性好，在研究区范围内并不多见，仅在J2e与J2m中零星可见。

(2)Ⅱ型压汞曲线 该类压汞曲线在研究区较为常见，孔隙度平均为2.48%，渗透率平均0.054×10-3μm2，排驱压力平均为10.49 MPa，选对分选系数平均为1.13，平均孔喉半径平均为0.032 μm，歪度为1.97，最大进汞饱和度平均为72.74%，退汞效率平均为29%。该类曲线整体特征介于Ⅰ型与Ⅲ型之间，J2x、J2e、J2m、J2k均有分布。

(3)Ⅲ型压汞曲线 该类压汞曲线在研究区最为常见，孔隙度平均为1.78%，渗透率平均0.023×10-3μm2，排驱压力平均为24.87 MPa，选对分选系数平均为1.96，平均孔喉半径平均为0.017 μm，歪度为2.54，最大进汞饱和度平均为22.63%，退汞效率平均为32.48%。该类压汞曲线反映分选较差，储集性能较差。

6 储层主控因素

6.1 压实作用

压实作用是指沉积物沉积后，在上覆地层压力与静水压力的共同作用下，将地层孔喉中的水分排出，使碎屑颗粒排列变得更加紧密，部分塑性组分发生变形或者以假杂基的形式挤入孔隙中，脆性、刚性颗粒发生破裂，最终导致孔隙度降低，渗透率变差的一种成岩作用[14-15]。漠河盆地压实作用广泛发育，随着压实作用的增强，颗粒间的接触由点接触→线接触→凹凸接触逐级变化，损失的孔隙不可逆转(图10(a)—图10(c))。压实作用是一种极具破坏性的埋藏成岩作用，是导致区内中侏罗统储层物性变差的主要原因。

6.2 胶结作用

胶结作用是碎屑岩中主要的成岩作用之一，是指矿物质从孔隙溶液中沉淀，将松散的沉积物固结为岩石的作用[14]。一方面，胶结作用是降低储层中孔隙度和渗透率的主要因素之一，属于破坏性成岩作用；另一方面，早期的胶结作用，如方解石胶结能对部分孔隙提供有力支撑，并为后期溶蚀提供一定的物质基础。漠河盆地中侏罗统胶结类型主要为方解石胶结和铁白云石胶结(图10(d)—图10(g))，充填原生粒间孔、长石溶孔、构造微裂缝等有利储集空间，致使储层物性变差，但在后期部分胶结物轻微溶蚀，有助于物性的提升，但整体作用不大。故区内胶结作用被视为破坏性成岩作用。

6.3 交代作用

交代作用是指矿物被溶解，同时被孔隙所沉淀出来的矿物所置换的过程。研究区交代作用相对较弱，主要为碳酸盐矿物交代碎屑颗粒、碳酸盐矿物之间的交代、黏土矿物交代颗粒等(图10(h)、(i))。

6.4 溶蚀作用

溶蚀作用是指砂岩中的碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，包括最稳定的石英颗粒和硅质胶结物，在一定的成岩环境中不同程度地发生溶蚀，产生次生孔隙，使碎屑岩的孔隙度和渗透率提高，是一种建设性的成岩作用。研究区主要以方解石、长石的溶蚀为主。

图10 漠河盆地中侏罗统岩石镜下照片

6.5 构造作用

研究区西部发育额木尔河冲断带，西起洛古河向东沿黑龙江经北极村、乌苏里、北红到达兴安转而向南西沿额木尔河经二十五站、江湾、鲜花山、漠河县城到达门都里，东西长近150 km、宽约70 km。该冲断带的推覆构造发育比较完整，由于韧性剪切、脆-韧性剪切和脆性剪切作用的共同作用导致区内东部范围内岩石大面积发生动力变质，其特点是越靠近黑龙江，变质作用越强烈，致使西部地区中侏罗统储层物性整体偏低。在北极村二道河地区及北红村地区剖面泥岩多变质为黑色板岩，具弱定向结构，而碎屑岩也发生了不同程度的变质(图10)。而二十二站地区为东部样品主要的采集点，其构造位于二十二站隆起带的北西翼靠近核部位置，由于拉张作用导致该区域内地层微裂缝较为发育，有效联通孔隙，使其储层物性略好于中部地区。

图11 漠河盆地东部地区变质岩照片

7 储层评价

国内气藏储层物性整体较差，多具低孔-低渗特征。其中，发育在四川盆地的气藏物性变化较大，尤其渗透率，最小仅为0.001×10-3μm2，最大可达50×10-3μm2；发育在鄂尔多斯盆地的气藏，物性跨度略小，渗透率最小为0.010×10-3μm2，最大为10×10-3μm2。漠河盆地，中侏罗统储层物性整体较差，平均孔隙度仅为1.37%，平均渗透率为0.034×10-3μm2，但通过对比国内大型具超低孔-超低渗特征的气田，其储层依然具有一定有效性。参考国内行业标准划分，综合鄂尔多斯盆地上古生界储层物性特征(表3)，对漠河盆地中侏罗统储层进行分类评价。

表3 鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储层分类标准(付金华，2004)

漠河盆地中侏罗统储层整体划分为Ⅲ—Ⅳ类。J2x综合评价为Ⅲ—Ⅳ类储层；J2e组在4套地层中储层物性最差，综合评价为Ⅲ—Ⅳ类储层，以Ⅳ类储层为主；J2m整体物性相对较好，综合评价为Ⅲ—Ⅳ类储层，以Ⅲ类储层为主；开库康组样品较少，难以对其进行有效划分。

8 结 论

(1)漠河盆地中侏罗统岩性以岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，岩屑长石砂岩次之，岩石组分及结构特征均反映其为近物源沉积。

(2)区内中侏罗统储层物性较差，孔隙度均小于10%，多分布于0.5%～3.0%之间，而渗透率小于1×10-3μm2，集中分布于(0.010～0.050)×10-3μm2之间，具典型的特低孔、超低孔-超低渗特征。

(3)根据压汞曲线的形态特征将其划分为3种类型，Ⅰ型曲线岩石物性最好，但在区内较为少见，Ⅱ型、Ⅲ型分布较广。

(4)构造作用为破坏储层物性的主要因素；溶蚀作用则在一定程度上改善储层物性。

(5)综合评价漠河盆地中侏罗统储层，将其整体划分为Ⅲ—Ⅳ类，其中漠河组整体物性相对较好，而二十二站组储集物性最差，绣峰组介于两者之间，储层物性由西至东逐渐变好。

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责任编辑：田美娥

2014-09-23

中国地质调查局国家海洋地质专项(编号：2014GZH-003-24-5)

邓磊(1983-)，博士研究生，讲师，现主要从事油气地质学方面的研究。E-mail：denglei520@163.com

1673-064X(2015)02-0008-010

TE122.2

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