渤海X油田生屑云岩沉积演化及分布规律

张 汶，田晓平，杜春晓，张国坤，郭 维

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

渤海X油田生屑云岩沉积演化及分布规律

张 汶，田晓平，杜春晓，张国坤，郭 维

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津塘沽 300452)

渤海海域中，在深层碎屑岩系储层物性不佳的背景下，物性较好的湖相生物碳酸盐岩是重要的油气勘探目标，渤海X油田沙河街组即为该类型储层。根据其构造演化背景，通过沉积演化及沉积相分析，该区生屑云岩经历了沙一下亚段早期、中期、晚期和沙一上亚段早期四个沉积发育阶段。结合钻井资料分析，生屑云岩层发育受古地貌控制，通常发育于斜坡带；斜坡中部多期生屑滩叠置厚度较大，剖面上呈透镜状分布。通过地质理论模型，结合井资料，对储层发育范围及厚度进行了预测。预测结果对该类型油田开发具有一定的指导意义。

渤海X油田；沙河街组；生屑滩；生屑云岩；古地貌；沉积演化

渤海湾盆地已发现不少湖相碳酸盐岩储层油气田，如渤中凹陷的渤中13-1油田，冀中凹陷的大王庄油田、黄骅坳陷的王徐庄和周清庄等油气田[1-4]。湖相生物碳酸盐岩储层多为高孔高渗优质储层，在渤海海域中深部碎屑岩系储层物性不佳的背景下，该储层是重要的油气勘探目标。对湖相生屑滩发育分布规律的认识是寻找和预测生屑云岩储层的基础。与海相碳酸盐岩相比，湖相碳酸盐岩发育相对较少，对其重视和研究的程度也较低[1]。随着含油气盆地勘探程度的不断提高，湖相碳酸盐岩将有望成为油气勘探的重要领域。

1 地质背景

渤海X油田位于渤海西部海域，油田范围内已钻探井5口，主要含油层段为沙一段生屑云岩储层，油藏海拔-3 400 m～-3 500 m；构造上位于南堡凹陷西南端，南邻沙垒田凸起，为南堡凹陷和沙垒田凸起之间断阶带上的一个局部断块。该区沙二段沉积末期，盆地部分抬升，遭受剥蚀，沙二段大部分缺失；沙一段沉积时期，地壳活动相对稳定，早期发育了一套碳酸盐岩沉积，披覆于古生界潜山基底之上[5]。通过测试，该段油品性质好、产能高，为油气富集的有利层段。

2 沉积相识别

通过钻井、测井、岩心和薄片观察，沙一段下部为发育于岩溶角砾岩之上的碳酸盐岩沉积，自下而上主要为云质砾岩、含生屑云质砾岩、含砾生屑云岩、生屑云岩和泥晶白云岩。整体上，沙一段沉积期发育滨湖和浅湖相。碳酸盐岩储层段主要发育于沙一段下部，为滨浅湖沉积环境，可进一步划分为生屑滩、滩缘、泻湖及砾屑滩等沉积亚相[6-8]。

2.1 生屑滩相

生屑滩相为该油田最优质的储层发育类型，储层物性好、分布较广泛。依据岩心与薄片观察，生屑类型主要为腹足类的螺屑(图1A)，岩心中可见大量未充填的孔隙(图1B、C、D)，岩性主要为白云岩。

图1 沙一段生屑滩相岩石类型

2.2 滩缘相

滩缘相是生屑滩相向半深湖-深湖或泻湖相的过渡相。研究区由生屑滩相向泻湖过渡的滩缘相在岩心上较多见，以薄层生屑云(灰)岩与泥晶云岩或灰质泥岩互层为主。

2.3 泻湖相

生屑滩的生长限制了生屑滩向隆起方向的水体流动，从而形成局限湖泊环境。环境水体能量小，沉积物以灰绿色泥晶灰岩、泥灰岩和灰质泥岩为主。

2.4 砾屑滩相

砾屑滩相以云质砾岩与薄层含砾生屑云(灰)岩沉积组合为主。云质砾岩中角砾主要来源于下部奥陶系古潜山的风化剥蚀残积；湖水的周期性涨落形成生屑滩与砾石滩交替发育或成份混积的特征。物性随生屑含量的增加而变好。

2.5 浅湖相

开阔浅湖相沉积以泥灰岩和泥岩沉积为主，夹薄层粉砂岩，反应相对安静的水体环境；主要发育在沙河街组中上部，沉积在该套碳酸盐岩之上。

综合以上观察与分析，对研究区2井沙一段取心段进行了沉积旋回和沉积相的划分。沙一段具有较好的正旋回特征，储层段发育在沙一段底部，内部可细分为下部的砾屑滩相、上部为以生屑为主的生屑滩相。此外，生屑云岩层段内部同时发育泥晶云岩和泥岩为主的泻湖相。整体看，储层物性从砾屑滩相向生屑滩相逐渐变好，并在生屑滩亚相内发生次一级的旋回性变化(图2)。

3 沉积演化

研究区沙河街组沙一段总体上为向上湖平面逐渐变深的沉积旋回。通过研究，将沙一段生屑云岩层及相邻层段的沉积演化划分为四个阶段[9-13]：沙一下亚段早期、中期、晚期和沙一上亚段早期(图3，图4)。

沙一下亚段沉积早期，湖泊水体较浅，古隆起大面积暴露，隆起处以碳酸盐岩古潜山的风化和原地堆积为主。古地貌相对低处发育生屑滩沉积，生屑滩与碳酸盐岩岩屑混积明显，生屑含量相对较高的岩石物性相对较好，局部发育物性较好的生屑灰(云)岩夹层。此时期斜坡上部主要为云质砾岩沉积，斜坡下部水体相对干净，为含砾生屑滩沉积；整体滩体厚度较薄。古地貌低处，向滩缘方向由于水体变深，生物逐渐减少，主要发育含生物灰泥岩或泥晶灰岩，至半深湖-深湖处为泥灰岩或泥岩沉积(图3A，图4D)。

图3 沙一段沉积剖面演化图

沙一下亚段沉积中期，随着进一步湖侵及盐度的增加，古隆起范围逐渐变小，适合生屑滩发育的斜坡范围变大，生屑滩向古隆起方向迁移抬升。由于生屑滩的堆积，在生屑滩与古隆起之间形成了泻湖沉积。泻湖水体能力弱，易与古潜山风化剥蚀过程中的泥质沉积形成灰(云)质泥岩和泥岩的混积，泥岩颜色以浅绿色为主。受湖平面升降影响，泥晶云岩或泥岩发生周期性暴露，形成泥裂等构造特征。受风暴作用等影响，半固结的灰泥或云泥被风暴等破碎，形成内碎屑角砾沉积，并与退积的生屑滩混和。生屑滩向湖方向则逐渐相变为深湖相泥灰岩和泥岩沉积(图3B，图4C)。

图4 沙一下亚段沉积平面演化

沙一下亚段沉积晚期，湖水进一步上升，古隆起被全部淹没，生屑滩主要发育于水深相对较浅的古隆起顶部周围。此时局限浅湖相不发育，滩间发育泥晶灰岩或云岩等。受多期滩体的叠置影响，生屑滩在古隆起斜坡处相对较厚，在顶部相对较薄。向古隆起低洼处，生屑滩逐渐相变为深湖相泥灰岩、泥岩沉积(图3C，图4B)。

进入沙一上亚段沉积期后，湖水进一步加深，不适合生物的生存发育，沙一上亚段早期生屑滩逐渐被淹没进而消亡，研究区仅发育浅湖相的泥晶灰岩和半深湖相的泥灰岩、泥岩等；随着水体进一步加深，本区碳酸盐岩沉积结束(图3D，图4A)。

4 储层分布规律

生屑云岩是研究区沙一段最为优质的储层，对生屑滩发育分布规律的认识是预测生屑云岩储层分布的基础。由于油藏较深(海拔-3 400 m左右)，该深度地震资料品质不佳，主频15 Hz，分辨率66 m，远大于生屑云岩层的平均厚度，地震相标志无明显特征，所以利用地震资料无法有效预测储层的分布。因此，采用恢复古地貌与沉积模式相结合的方法开展储层展布特征研究。

总体来说，湖相碳酸盐岩发育受气候、物源、水体化学性质和构造的影响。渤海湾盆地沙一段沉积期水体盐度逐渐变大[14-17]，气候逐渐干燥，形成了有利于湖相碳酸盐岩发育的古气候背景。然而，对于特定研究区，主控因素则可能具有明显差异性[18-20]。基于以上对沙一下亚段古地貌和沉积相演化规律的分析可知，生屑滩发育主要受古地貌的控制，从沙一下亚段早期至晚期，随着湖平面逐步上升，古隆起范围逐渐变小，生屑滩发育范围逐渐扩大，由早期相对远离古隆起位置逐步向古隆起方向迁移；同时，各期次的生屑滩之间还夹杂泻湖沉积的泥晶灰岩隔夹层，整体上储层纵向具有多期生屑滩砂体叠置特征，斜坡中部多期生屑滩叠置厚度最大，向下与向上厚度减薄，剖面上呈透镜状分布，平面上储层叠置连片，边界受生屑滩发育控制。

通过对已有钻井资料的统计和连井对比分析，位于古地貌最高的1井，古地貌沉积厚度113 m，生屑滩厚度为9.1 m；位于斜坡处的2井，古地貌沉积厚度159 m，生屑滩厚度增加为14.3 m；而位于古地貌低洼处的4井和5井，古地貌沉积厚度分别为180 m和220 m，储层仅发育灰岩或泥灰岩，生屑滩不发育。由此反应出古地貌对储层的重要控制作用，古地貌斜坡处多期滩体的叠加使其生屑滩最为发育。综合分析认为，渤海X油田沙一下亚段湖相碳酸盐岩沉积尖灭的相对古地貌为220 m，而生屑滩发育的范围则局限于古地貌厚度180 m内。

基于以上对沙一段生屑滩沉积演化特征的分析，生屑滩向古隆起高部位逐渐减薄。依据地震、钻井资料计算地层倾角为6度，应用1井、2井对应古地貌位置的生屑云岩沉积厚度与高点之间关系建立生屑滩上倾方向厚度预测模型(图5)，同时转换成数学计算模型(图6)。

图5 沙一下亚段生屑滩厚度分布特征

图6 沙一下亚段生屑滩厚度预测数学模型

在数学计算模型中，A点为生屑滩的理论尖灭点，B点为2井的位置，BB′为2井的生屑滩厚度14.3 m，C点为1井的位置，CC′为1井的生屑滩厚度9.1 m,D为古隆起最高点的位置，DD′为古隆起最高点的预测厚度。古隆起的坡度角∠ABO平均值约为6度，坡度较小，因此，2井和1井的水平距离575 m近似等于BC长度L1，1井和高点D的水平距离538 m近似等于CD长度L2，以此类推AD近似等于L3，则AB的长度近似等于L=L1+L2+L3。

由公式：

CC'/BB'= (L2+L3)/ (L1+L2+L3)

可得L3长度为449 m，因此，L总长度为1 562 m。

由公式：

DD'/BB'=L3/ (L1+L2+L3)

可得DD′长度为4.1 m，即古隆起最高点处生屑滩厚度为4.1 m。

理论模型计算的尖灭点处古地貌沉积厚度为36 m，然而渤海X油田古潜山的古地貌最高点沉积厚度为70 m，低于理论尖灭点的高度。因此，本区古隆起处仍普遍发育生屑滩，具有重要的勘探潜力。

综合以上结论和已有钻井资料分析，绘制了研究区沙一段生屑云岩厚度等值线图(图7)。由图显示，古地貌高点处生屑滩厚度较薄，向斜坡处厚度逐渐增加，至斜坡下部厚度又变薄，至古地貌低洼处由于古水深较深其环境已不利于生物发育，生屑云岩层则逐渐尖灭，岩性转为泥晶灰岩、泥灰岩或泥岩沉积。古隆起斜坡处因多期滩体的叠置，生屑滩厚度最大，为优质生屑云岩储层的有利钻探目标区。

图7 沙一段生屑云岩厚度等值线

5 结论

(1)渤海X油田沙一段储层岩性主要为生物碎屑云岩，沉积演化整体上为向上湖平面逐渐变深的正旋回沉积，生屑云岩层主要分布在其中的沙一下亚段。

(2)该区生屑云岩层发育受古地貌控制，通常发育于斜坡带，斜坡中部多期生屑滩叠置厚度较大，向下与向上厚度减薄，其剖面上呈透镜状分布；结合钻井资料分析，生屑滩发育的范围局限于古地貌厚度180 m内；通过地质理论模型计算出区域高部位生屑云岩层厚度为4.1 m，并且其地层厚度大于理论尖灭点的厚度，说明本区古隆起处仍普遍发育生屑滩；根据地质模式绘制出生屑云岩等值线图，预测了储层的分布范围及变化趋势。

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编辑：张 凡

1673-8217(2017)01-0007-06

2016-09-28

张汶，工程师，1983年生，2009年研究生毕业于长江大学矿产普查与勘探专业，现从事油气田开发地质研究工作。

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