黄河口凹陷BZ34区古近系沙一二段储集层成岩相与有利储层预测

姚 佳，王 昕，王清斌，李 欢

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)

黄河口凹陷BZ34区古近系沙一二段储集层成岩相与有利储层预测

姚 佳，王 昕，王清斌，李 欢

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)

通过铸体薄片、扫描电镜、电子背散射、阴极发光等技术手段结合物性资料以及沉积(微)相划分，对研究区沙一二段储集层成岩作用类型及点(薄片)、线(单井)、面(平面展布)成岩相分布及有利储层分布进行了研究。结果表明：研究区沙一二段受同沉积火成岩喷发和水解的影响，广泛发育栉壳状白云石、钾长石钠长石化、石英溶蚀等碱性条件下发生的成岩作用，同时层状分布的火山岩对于下覆地层起到了保护作用，减弱了下覆地层的压实作用；此外，受后期酸性流体的影响，研究区也发育诸如长石、岩屑溶蚀等酸性条件下发生的成岩作用，沙一二段储层发育溶蚀孔，占比达到56.7%(均值)。采用“(微相)砂体部位+主体成岩现象+孔隙类型”的复合命名方式，对薄片、单井及平面区域进行了成岩相的命名和划分，共划分为三类：水下分流水道砂体侧翼细粉砂岩-菱铁矿胶结-低孔成岩相、三角洲前缘-中细砂岩-欠压实-白云石包壳-溶孔相、火山熔岩远端凝灰质中细砂岩-凝灰质胶结-致密相。欠压实-白云石包壳-溶孔相在测井响应上具有DT低、RD与RS间隔幅度较大、CNCF与RHOZ较为接近或交叉的特点；菱铁矿胶结-低孔成岩相具有DT高、RD与RS较为接近、CNCF与RHOZ间隔幅度较大的特点，测井解释的油层、油水同层与欠压实-白云石包壳-溶孔相具有较好的匹配关系。三角洲前缘-中细砂-欠压实-白云石包壳-溶孔相为有利储层发育区带。

黄河口凹陷；BZ34区；沙一二段储集层；成岩相；储层预测

0 引 言

火山岩的存在会对周围碎屑岩储层产生较多的影响，首先火山岩几何体的存在会对水流流向、砂体展布等产生影响，另外火山物质的溶解及再沉淀对碎屑岩埋藏过程中的成岩作用-孔隙建造产生较深的影响[1-4]。成岩相综合了沉积(微)相、成岩作用、流体性质、物性、孔隙结构等因素，将成岩作用研究的成果从点(薄片)扩展到线(单井)和面(平面)，从而使得成岩作用的研究具有了预测性。黄河口凹陷古近系发育火山岩建造，火山岩对储层的影响较为复杂，给优质储层的预测带来困难，进而束缚了勘探的步伐，本文针对该问题，充分利用已钻井资料和成果，对研究区沙一二段储层成岩作用进行了细致的研究，并结合沉积(微)相、物性、孔隙结构等资料，对研究区成岩相进行了划分，旨在更加深入地了解火山岩对研究区储层的影响，提高该区储层预测的准确性。

图1 研究区位置(据刘占红修改)与沙河街组一、二段火成岩及沉积相平面展布图Fig.1 Location of study area(modified after Liu Zhanhong) and plane distribution of igneous rock and sedimentary facies of Es1-2

1 地质背景

黄河口凹陷是位于渤海湾盆地东部盆缘的一个新生代次级凹陷，被莱北低凸起和渤南低凸起南北夹持，南部与莱州湾凹陷相隔，北部与渤中凹陷相望，东部为庙西凹陷，西部与陆上胜利油田沾化凹陷相接(图1)[5-6]。古近系地层发育较为齐全：古近系发育孔店组(E1-2k)、沙河街组(一、二、三、四段)(E2s1、E2s2、E2s3、E2s4)、东营组(一、二、三段)(E3d1、E3d2、E3d3)；新近系发育馆陶组(N1g)、明化镇组(上、下段)(N2mu、N2ml)；第四系平原组(Qp)。古近系主要发育沙三段、沙二段、东下段、东上段4套含油层系[7]。钻井及地震资料表明黄河口古近系广泛发育两套火山岩，火山岩岩性以基性玄武岩为主，粗火山碎屑少见，喷发能量低，主要以火山通道相和溢流相为主[8]，第一套集中在沙一、二段，第二套主要位于东一、二段，岩体多属刺穿式发育，溢流相火山岩呈层状展布，分布面积广、堆积厚度大[9]，但与东一二段相比，沙一二段这一期的火山岩分布面积和影响范围相对较小。研究区沙一二段以辫状河三角洲前缘为主，辫状河三角洲前缘远端次之，火山岩在研究区物源方向的上游及下游均有分布，在火山口远端，凝灰质飘落至此往往形成凝灰质砂岩[10](图1)。

2 沙一二段砂岩特征

2.1 砂岩岩石学特征

统计研究区钻井薄片鉴定资料，表明沙一二段储层砂岩岩石类型以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主(图2)。碎屑颗粒组分中石英体积分数为23%～42%，长石体积分数为25%～49%，且以钾长石为主，岩屑体积分数为14%～52%，不同井的具体岩屑类型不同，靠近火山口的BZ34-1井、BZ34-7井、BZ34-6井以火山岩岩屑为主，而距离火山口相对较远的BZ34-4井以变质岩岩屑为主，整体沉积岩岩屑均少见。砂岩颗粒粒度整体偏细，为细砂岩-中砂岩，分选中等-好，颗粒磨圆程度为次棱角状-次圆状。胶结物以白云石、铁白云石、方解石、高岭石及泥质为主。

图2 岩石碎屑组分三角图Fig.2 Triangular diagram of clast components1.石英砂岩；2.长石石英砂岩；3.岩屑石英砂岩；4.长石砂岩；5.岩屑长石砂岩；6.长石岩屑砂岩；7.岩屑砂岩

2.2 储层物性

研究区沙一二段储层物性总体较好，BZ34-1井孔隙度为14.4%～27.4%，平均为21.9%，渗透率为6×10-3～94.3×10-3μm2，平均为57.6×10-3μm2；BZ34-4井孔隙度为11.5%～18.1%，平均值为15.6%；BZ34-7井孔隙度为14.46%～28.5%，平均值为14.17%。沙一二段孔隙类型总体以溶蚀孔隙为主，溶蚀孔隙占面孔率比例为12.5%～100%，平均值为56.7%(表1)。

表1 研究区沙一二段孔隙类型

注：数据来自铸体薄片统计。

3 储层成岩作用特征

沙一二段沉积时期火成岩分布范围相对较小，典型的火山水解矿物如沸石等含量较低，火山物质与水介质接触会释放大量的Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+、Mn2+等碱性离子，使水介质的pH值升高、矿化度增大，明显地影响了研究区沙一二段砂岩的成岩路径，另外火山机构的存在也会对临区砂岩的机械压实等方面产生影响。通过铸体薄片、扫描电镜、电子背散射、阴极发光等技术手段观察和研究，明确了研究区沙一二段储层砂岩主要历经的成岩作用如下。

3.1 白云石包壳

Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+的大量释放促进了碳酸盐胶结物特别是白云石的形成，白云石包壳呈栉壳状或表皮鲕形态附着在碎屑颗粒的表面(图3(a)、(b)、(c))，一方面能够有效抑制石英、长石等的次生生长，同时减弱了压实作用对砂岩储层的破坏，由于栉壳状白云石往往保存有粒间的微孔缝，并未将孔吼完全堵塞，这为后期酸性流体的进入提供了条件。

3.2 钾长石钠长石化作用

钠长石(NaAlSi3O8)的存在反映碱性水介质环境，沙一二段钠长石沿裂隙、解理交代钾长石(KAlSi3O8)，自生钠长石在淋滤溶蚀的钾长石颗粒表面附着或沿边缘交代钾长石(图3(d)、(e))。玄武岩本身的富钠贫钾特征为该反应的发生提供了充足的Na+，从而促进了反应向着钠长石生成的方向发生。该反应伴随次生孔隙的形成是由于钾长石的溶解速率大于钠长石的沉淀速率[11-13]，因此是一种对形成优质储层有利的成岩作用过程。

图3 沙一二段典型成岩现象微观图像Fig.3 Typical diagenesis phenomenon microgram of Es1-2(a)BZ34-1井，3 084 m，栉壳状白云石，背散射；(b)BZ34-1井，3 084 m，白云石沿孔隙壁生长，阴极发光；(c)BZ34-1井，3 037 m，颗粒表面发育菱形白云石晶体，扫描电镜；(d)BZ34-1井，3 037 m，钾长石钠长石化，背散射；(e)BZ34-1井，3 037 m，钾长石溶蚀与自生钠长石晶体，背散射；(f)BZ34-1井，3 081 m，火山岩岩屑发育但未发生明显变形，单偏光；(g)BZ34-1井，3 060 m，石英颗粒溶蚀；(h)BZ34-1井，3 081 m，书页状高岭石集合体，扫描电镜；(i)BZ34-1井，3 037 m，长石颗粒溶蚀，颗粒形态完整，单偏光

3.3 溶蚀作用

研究区沙一二段也发育局部层段的孔隙高值带，薄片及扫描电镜观察发现砂岩样品中长石、岩屑溶蚀现象及溶蚀孔隙较为发育(图3(f)、(i))，由于后期有机酸性流体的进入，使得长石、岩屑等不稳定组分发生溶蚀，形成大量次生溶蚀孔隙，同时形成大量自生高岭石，呈较好的书页状形态(图3(h))。

此外石英作为一种非常稳定的碎屑组分，普遍认为它难于溶解，但在研究区见到了较多的石英颗粒的溶蚀现象(图3(g))，石英颗粒呈港湾状、蚕食状。邱隆伟、曾允孚等[14-15]也对石英溶蚀的现象做出过解释，认为pH值>8.5时有利于石英的溶解，而研究区沙一二段玄武岩水解则为这种条件的形成提供了物质基础，玄武岩水解可以释放大量的Mg2+、Ca2+、Na+、K+、Fe3+等碱性离子，使得同沉积水介质快速向碱性转化，在浅埋藏阶段即可发生石英溶蚀现象。

图4 研究区钻井泥岩声波时差-深度关系图(据柴永波修改)[19]Fig.4 Mudstone acoustic travel time vs. depth of wells in study area

3.4 压实作用

泥岩由于其在埋藏过程中主要受机械压实的影响，因此泥岩声波时差的变化可以用于研究地层压实程度[16-18]。图中4口井泥岩声波时差-深度关系表明研究区从东营组开始即处于欠压实的状态(图4)，东营组及其下部地层泥岩声波时差值均高于相应深度正常压实状态下对应的数值，且出现欠压实的界面与火山岩的分布存在较好的对应关系，表明层状分布的火山岩对下覆地层起到了保护作用，减弱了下覆地层的压实程度，柴永波等[19]对于该区的研究结果也表明了这一点。另外薄片观察发现长石、岩屑溶解后仍较好地保持了颗粒原有的形态，并未发生明显的变形，这也反映了该区处于欠压实的状态(图3(f)、(i))。

4 储层成岩相划分及其特征

4.1 划分依据、命名原则

不同成岩相是沉积物经历不同成岩作用、成岩环境和成岩演化序列形成，最终表现为其岩石学特征、成岩特征、物性以及孔隙结构特征不同。成岩相是反映成岩环境的岩石学特征、地球化学特征和岩石物理特征的总和，对成岩相的命名强调成岩环境中发生的成岩作用和成岩过程[20-23]。

在前人沉积(微)相研究基础上，通过岩石薄片及背散射、SEM等观察分析，明确不同沉积微相的黏土矿物类型、典型成岩现象、水岩反应的流体介质类型、孔隙类型，突出不同成岩相的主要孔隙类型，采用“微相砂体部位+主体成岩现象+孔隙类型”的复合命名方式。

4.2 沙一二段薄片成岩相划分

4.2.1 水下分流水道砂体侧翼细粉砂-菱铁矿胶结-低孔成岩相

图5 研究区块状菱铁矿胶结Fig.5 Bulk siderite cementation in study area(a)BZ34-10井，3 444.7 m，单偏光；(b)BZ34-10井，3 444.7 m，正交光

菱铁矿(FeCO3)的形成与还原剂的存在密切相关，水道砂体侧翼和分流间湾薄砂层中，由于水动力较弱，河流携带的Fe3+易于沉积于此，此外由于泥质含量较高，后期有机质分解释放的还原剂促进了Fe2+的形成，故菱铁矿多发育于分流水道砂体侧翼、分流间湾、扇体边缘等区域[24-27]。图(5)中见到菱铁矿呈块状，不仅占据了较大比例的原生孔隙空间，同时也不利于流体的流动，对储层来说是具有较大破坏性的成岩相。

4.2.2 三角洲前缘-中细砂-欠压实-白云石包壳-溶孔相

该成岩相主要发育于有火山岩分布及周围物源方向下游的区域，一方面层状火山岩的存在降低了研究区储层的压实程度，另一方面受玄武岩水解影响，在成岩早期压实程度较弱的情况下，水介质呈碱性，同时释放的大量碱性离子促使白云石在碎屑颗粒表面沉淀结晶，形成了白云石包壳和栉壳状白云石，不仅增强了砂岩的抗压实能力，同时由于其并未完全占据原生孔隙，为后期酸性流体的进入保留了重要的通道，使得长石、岩屑等溶蚀形成大量次生孔隙。此外，早期碱性流体促进了石英颗粒发生溶蚀，因此该相溶蚀孔隙较为发育，比重也较大，是研究区最为有利的优质储层发育区带。

4.2.3 火山熔岩远端凝灰质中细砂岩-凝灰质胶结-致密相

图6 研究区凝灰质砂岩Fig.6 Tufaceous sandstone in study area(a)BZ34-5井，3 127.5 m，单偏光；(b)BZ34-5井，3 127.5 m，正交光

图7 BZ34-1井沙一二段成岩相纵向分布特征Fig.7 Vertical distribution feature of Es1-2 of BZ34-1 well

火山喷发产生的火山灰在距离火山岩相对较远的地区沉积下来与碎屑颗粒形成了凝灰质砂岩(图6)，凝灰质胶结致密，占据了原生孔隙，不利于后期流体的进入，因此也不易于产生次生孔隙，故该相为研究区最为不利的优质储层发育区带，但由于玄武岩的喷发能量也偏小，该相发育的范围总体也较小，并不是主导性成岩相。

5 成岩相的纵向及横向展布特征

5.1 重点单井成岩相纵向分布特征

图8 BZ34区沙一二段成岩相平面分布图Fig.8 Plane distribution feature of Es1-2 diagenetic facies in BZ34 area

通过对薄片成岩相所对应的砂层的测井响应特征进行标定，在沉积(微)相划分的基础上，结合物性资料，对纵向单井的成岩相进行划分(图7)。总体上沙一二砂岩成岩相以欠压实-白云石包壳-溶孔相为主，在厚层泥岩中的薄层砂岩以菱铁矿胶结-低孔成岩相为主，泥岩未划分成岩相。欠压实-白云石包壳-溶孔相在测井响应上具有DT低、RD与RS间隔幅度较大、CNCF与RHOZ较为接近或交叉的特点；菱铁矿胶结-低孔成岩相具有DT高、RD与RS较为接近、CNCF与RHOZ间隔幅度较大的特点。测井解释的油层、油水同层与欠压实-白云石包壳-溶孔相具有较好的匹配关系。

5.2 成岩相横向展布特征与有利区带预测

在沉积(微)相划分、单井成岩相划分的基础上，结合储层发育的典型控制性成岩作用等因素，将BZ34区沙一二段划分为如下几类成岩相(图8)：(1)靠近火山体分布的储层由于受火山岩喷发物的水解，使得水介质变为碱性，在干旱的气候条件下，发育白云石等灰质包壳，可以有效抑制石英加大与压实作用，对粒间孔进行了保护，是沙一二段储层孔隙保存的主要控制因素，同时受到物源供给水流的影响，为三角洲前缘中细砂岩-白云石包壳-溶孔相，是研究区最为有利的优质储层发育区；(2)三角洲扇体边缘及分流水道砂体侧翼，水动力较弱，铁质在此沉积，在后期有机质等还原剂的作用下生成Fe2+，形成菱铁矿胶结，发育分流水道砂体侧翼细粉砂岩-菱铁矿胶结-低孔成岩相，不利于孔隙的保存和优质储层的发育；(3)距离火山岩体较远的砂体边缘区，砂体中碎屑颗粒粒度较细，火山灰飘落至此发生水解，受湖水与凝灰质水解的双重影响，形成凝灰质细粉砂岩，发育凝灰质胶结，物性较差，为火山熔岩远端凝灰质细粉砂岩-凝灰质胶结-低孔相，不利于优质储层发育。

6 结 论

(1)研究区沙一二段受同沉积火山喷发的影响，发育栉壳状白云石包壳、钾长石钠长石化、石英溶蚀等在碱性条件下发生的成岩现象，同时受层状分布火山岩的影响，对其下覆地层产生了抗压实的作用，使得下覆地层处于欠压实的状态；此外受后期酸性流体的影响，研究区也发育长石、岩屑等的溶蚀，见晶型较好的书页状高岭石。研究区沙一二段储层溶蚀孔隙较为发育，占比12.5%～100%，平均值为56.7%。

(2)依据薄片鉴定、沉积(微)相划分，采用“微相砂体部位+主体成岩现象+孔隙类型”的复合命名方式，将研究区薄片成岩相划分为三类：水下分流水道砂体侧翼细粉砂岩-菱铁矿胶结-低孔成岩相、三角洲前缘-中细砂岩-欠压实-白云石包壳-溶孔相、火山熔岩远端凝灰质中细砂岩-凝灰质胶结-致密相。

(3)在薄片成岩相划分的基础上，结合各薄片成岩相测井响应特征，对研究区重点单井进行了成岩相划分，欠压实-白云石包壳-溶孔相在测井响应上具有DT低、RD与RS间隔幅度较大、CNCF与RHOZ较为接近或交叉的特点；菱铁矿胶结-低孔成岩相具有DT高、RD与RS较为接近、CNCF与RHOZ间隔幅度较大的特点。测井解释的油层、油水同层与欠压实-白云石包壳-溶孔相具有较好的匹配关系。

(4)结合单井成岩相划分、平面沉积相展布特征，对研究区成岩相平面展布进行了划分，物源方向火山岩分布区域及其下游区域的三角洲平原-前缘部位发育栉壳状白云石，是优质储层发育的最为有利的区域，而扇体边缘发育菱铁矿、火山熔岩远端凝灰质富集，均不利于储层的发育。

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Reservoir Diagenetic Facies and Favorable Reservoir Prediction of the Member 1 and 2 of Palaeogene Shahejie Formation in BZ34 Area of Huanghekou Depression

YAO Jia, WANG Xin, WANG Qingbin, LI Huan

(Tianjin Branch, CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China)

To study the diagenesis, diagenetic facies (point, line, plane) and favorable reservoirs of of Es1-2, casting thin sections, scanning electron microscope(SEM), electron backscatter differaction(EBSD), cathode luminescence(CL), physical properties data and sedimentary microfacies analysis have been applied to the sampled drilling wells. The result indicates that: influenced by synsedimentary volcanic eruption and hydrolysis, diagenesis in alkaline condition took place in Es1-2reservoir, forming ctenoid dolomite, potassium feldspar albitization and quartz dissolution. Meanwhile the layered igneous rock protected the underlying stratum by weakening the compaction. Besides, diagenesis in acid condition followed, such as dissolving feldspar and debris. Dissolved pore accounts for 56.7% percentage(average value) in Es1-2reservoir. Adopting composite naming way as the diagenetic facies of casting thin section, single well and planar region are named following the “(microfacies) sandstone position+main diagenesis phenomenon+ pore types”, and classified into three types: the underwater distributary channel sand body flank-fine-silt sand-siderite cementation-low porosity facies, the delta front-medium-fine sand-undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies and the distal volcanic lava-tufaceous medium-fine sand-tufaceous cementation-tight facies. The identification of oil reservoir and oil-water reservoir by well logging interpretation matched the undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies. In this research, the most prospected reservoir favors the delta front-medium-fine sand-undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies.

Huanghekou depression; BZ34 area; Es1-2reservoir; diagenetic facies; reservoir prediction

2016-03-15；改回日期：2016-05-20；责任编辑：孙义梅。

国家“十二五”科技重大专项(2011ZX05023-002)；国家“十二五”科技重大专项(2011ZX05023-001-004)；国家“十二五”科技重大专项(2011ZX05023-006-002)。

姚 佳，女，工程师，1983年出生，资源勘查工程专业，从事石油地质研究与石油勘探工作。

Email：yaojia@cnooc.com.cn。

TE122.2

A

1000-8527(2016)06-1339-09