渤中34构造古近系受玄武岩控制砂岩储层成岩相展布特征及发育模式*

王 昕 柴永波 姚 佳 吴俊刚 李 欢

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

渤中34构造古近系受玄武岩控制砂岩储层成岩相展布特征及发育模式*

王 昕 柴永波 姚 佳 吴俊刚 李 欢

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

王昕,柴永波,姚佳，等.渤中34构造古近系受玄武岩控制砂岩储层成岩相展布特征及发育模式[J].中国海上油气，2017,29(2)：9-17.

WANG Xin,CHAI Yongbo,YAO Jia,et al.Distribution and development mode of diagenetic facies of the Palaeogene sandstone reservoir controlled by basalt in BZ34 structure[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(2):9-17.

采用铸体薄片、扫描电镜、电子背散射等手段，结合测井数据、物性资料等对渤海海域黄河口凹陷渤中34构造BZ34-9区古近系储层基本特征、成岩相类型、展布特征及演化等进行了研究，结果表明：沙一二段发育钾长石钠长石化、白云石包壳、长石溶蚀等成岩作用，以三角洲前缘中细砂-白云石包壳-溶孔相为主；东三段发育钾长石钠长石化、石英溶蚀、沸石充填、长石溶蚀等成岩作用，以溶蚀-溶孔相为主，包括三角洲前缘中细砂-沸石、方解石溶蚀-溶孔相和三角洲前缘-长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相；东一二段以沸石的充填与溶蚀为主，发育三角洲前缘中细砂-沸石溶蚀-溶孔相。沙一二段—东三段—东一二段玄武岩喷发强度呈弱—无—强过程，与玄武岩相关成岩矿物沸石含量呈低—低—高特征，与玄武岩相关成岩相展布范围呈宽—窄—宽的特征。物源方向上玄武岩展布区下游玄武岩水解产生的沸石等矿物对于储层孔隙的保存与次生孔隙的形成具有重要作用，是有利勘探区带；溢流相远端砂岩储层富凝灰质，胶结致密、物性较差。本文研究成果可为渤海海域及其他类似地区的油气勘探提供地质依据。

渤海海域；黄河口凹陷；渤中34构造；古近系；玄武岩；砂岩储层；成岩相展布；发育模式

黄河口凹陷是位于渤海南部海域的一个新生代次级凹陷，南北侧被莱北低凸起和渤南低凸起所夹持，东接庙西凹陷，西与沾化凹陷、埕北凹陷过渡。该凹陷古近系发育较为齐全，包括沙河街组沙三段(Es3)、沙二段(Es2)、沙一段(Es1)和东营组东三段(Ed3)、东二段(Ed2)、东一段(Ed1)[1]。本文研究区为渤中34构造BZ34-9区，位于莱北低凸起北侧缓坡带(图1)，古近系主要发育辫状河三角洲前缘和前缘远端亚相，砂岩含量高，储层分布稳定，但受成岩作用影响，储层表现出较强的非均质性。BZ34-9区古近系发育有2期火山活动：第1期集中于沙一二段，地震属性刻画识别火山通道较少，溢流相火山岩呈点片状分布，发育范围有限；第2期集中于东一二段，地震属性刻画识别火山通道较多，溢流相火山岩连片分布，发育范围广泛[2]。该区火山岩以玄武岩为主，局部发育凝灰岩[3-4]。

图1 研究区位置Fig .1 Location of the study area

目前，对于火山岩储层(包括火山碎屑岩储层)的优质储层成因机理的研究已经很多[5-9]，但对于火山岩发育区常规砂岩储层的发育规律及火山活动对砂岩储层影响的研究实例较为欠缺。BZ34-9区钻探实践证实火山岩发育区砂岩储层有较大潜力，经测试多口井均为高产，但不同层段产能差异悬殊，局部层段致密、产能甚低。鉴于此，有必要对研究区不同火山活动强度影响下的砂岩储层成岩机理差异性展开研究，落实火山活动影响下砂岩优质储层发育规律，为渤海海域及其他相似地质背景探区的研究提供借鉴。

1 古近系储层基本特征

对研究区2口井17块井壁取心样品的薄片资料进行统计分析(表1)，沙一二段、东三段、东一二段砂岩岩性均以岩屑长石砂岩为主(图2)。沙一二段砂岩以细—中砂为主，次棱—次圆状，分选中等，石英含量30%～33%，长石含量37%～41%(以钾长石为主)，岩屑含量24%～31%(以酸性火山岩岩屑为主)，粒间以白云石、方解石及泥质充填为主；东三段砂岩以中砂、细砂为主，次棱—次圆状，分选中等—好，石英含量28%～35%，长石含量32%～45%(以钾长石为主)，岩屑含量25%～39%(以酸性火山岩岩屑为主)，粒间以方解石、沸石、高岭石等充填为主；东一二段砂岩以中、细砂为主，次圆—次棱状，分选中等—好，石英含量18%～35%，长石含量33%～48%(以钾长石为主)，岩屑含量18%～46%(以酸性火山岩岩屑为主)，粒间充填沸石、方解石等。沙一二段储层孔隙度为14.4%～26.4%，平均值为20.8%，东三段储层孔隙度为16.4%～29.3%，平均值为23.6%，东一二段储层孔隙度为17.4%～30.8%，平均值为22.7%。

表1 研究区砂岩岩矿组份及结构Table 1 Rock component and structure of sandstones in the study area

注：1—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。

图2 BZ34-9区岩石碎屑组份三角图

Fig .2 Clast components triangular diagram of BZ34-9 area

2 成岩相类型及特征

对研究区4口井236块铸体薄片、扫描电镜、背散射照片进行观察和研究表明，研究区古近系不同层段砂岩成岩作用存在显著差异(图3)。

1)沙一二段。研究区沙一二段玄武岩呈点片状分布、范围局限。干旱气候条件下的碱性水介质加之玄武岩水解产生的富铁镁矿物，使得水介质富含Na+、K+、Fe3+、Mg2+等碱性离子，泥岩黏土矿物以伊利石(I)、伊/蒙混层(I/S)为主，属于中成岩A期成岩阶段。自生硅酸盐矿物沸石的形成被认为与火山活动及火山碎屑密切相关[10-14]，研究区全岩X衍射显示沸石含量较少，仅BZ1井(沸石含量0～2%)、BZ2井(沸石含量0～1%)见少量沸石。沙一二段的主要成岩作用类型包括白云石包壳、钾长石钠长石化以及溶蚀作用形成高岭石等：①白云石包壳呈栉壳状附着在颗粒表面(图3a)，可以有效抑制石英、长石等硅酸盐的次生生长，同时作为刚性颗粒抵消压实作用对于孔隙的破坏；②研究区含量较高的钾长石在富Na+水介质中易发生钠长石化，钠长石沿钾长石边缘交代钾长石(图3b)，但由于钾长石的溶解速率往往高于钠长石的沉淀速率[15-16]，为次生孔隙的产生提供了有利条件；③新构造运动期间(5.2 Ma至今)沙河街组烃源岩进入生油高峰期[17]，生-排烃过程中产生的富有机酸流体沿断裂向上运移，导致储层中长石、岩屑等溶蚀现象较为强烈，产生大量次生孔隙[18-20]，同时伴生鳞片状高岭石充填于孔隙中(图3c)，是沙一二段重要的建设性成岩作用。总体上,研究区沙一二段以中细砂-白云石包壳-溶孔相为主。此外，BZ8井位于扇体边缘砂泥岩边界，泥岩压实过程中释放出的大量饱和碳酸盐压实流体进入临近的砂体时，由于压力骤降，过饱和碳酸盐就会在砂体边缘沉淀而形成钙质砂岩[21](图3d、e)，从而形成砂体侧翼细粉砂-碳酸盐胶结-低孔相。

2)东三段。东三段表现为玄武岩喷发间期成岩模式，受河流淡水输入与铁镁矿物水解影响，呈混合水介质环境成岩模式，属于中成岩A期成岩阶段，高岭石(K)含量出现低峰值，而伊/蒙混层(I/S)含量则呈明显的低值，部分样品发育少量沸石(图3f)，BZ1井沸石含量0～2%，BZ2井沸石含量0～1%。东三段主要的成岩作用类型包括钾长石钠长石化、石英溶蚀、沸石充填、长石溶蚀等：①一般情况下，石英分子结构稳定不易于发生溶解，但研究区东三段石英颗粒沿边缘发生溶解，呈港湾状，内部溶蚀成孔洞(图3g)，此外，研究区局部可见方解石胶结占据粒间孔，表明东三段经历了碱性水介质的过程[22-23]；②研究区还发育长石沿节理溶蚀(图3h)，产生书页状高岭石(图3i)和次生孔隙。总体上，东三段以溶蚀-溶孔相为主，包括沸石、方解石溶蚀-溶孔相(图3j)，高岭石-溶孔相，石英溶蚀-溶孔相。

注：a.BZ5井，3 116 m，白云石包壳；b.BZ1井，3 037 m，钠长石(Ab，深灰色)沿边缘交代钾长石(Kf，浅灰色)，伴有溶蚀；c.BZ5井，3 045.5 m，粒间鳞片状高岭石；d.BZ8井，3 298.55 m，方解石孔隙式胶结；e.BZ8井，3 444.75 m，块状菱铁矿充填;f.BZ1井，2 944 m，沸石充填与溶蚀；g.BZ5井，2 932 m，石英溶蚀；h.BZ1井，2 944 m，长石溶蚀；i.BZ5井，2 932 m，书页状高岭石充填粒间；j.BZ5井，2 738.5 m，方解石溶蚀；k.BZ1井，2 265 m，粒间充填沸石；l.BZ4井，2 418 m，凝灰质砂岩。

图3 研究区典型薄片成岩相

Fig .3 Typical thin section diagenetic facies in the study area

3)东一二段。东一二段是古近系玄武岩喷发规模最大的时期，玄武岩铁镁矿物强烈水解，河流淡水输入较弱，表现为玄武岩喷发期成岩模式，黏土矿物中伊/蒙混层(I/S)含量占绝对优势，与此同时，高岭石(K)也具有低幅度峰值，砂岩X衍射显示沸石含量较高(图3k)，BZ1井沸石含量0～62%，BZ2井沸石含量0～8%，BZ4井沸石含量0～14%。东一二段玄武岩的大规模喷发使水介质呈碱性环境并富Ca2+、Fe3+、Mg2+、Al3+等离子，为沸石的形成提供了物质基础，沸石的早期沉淀降低了压实作用减孔程度，晚期沸石的溶蚀又能产生次生孔隙，是东一二段最为重要的成岩作用。此外砂岩储层中也发育橄榄石、绿泥石、火山成因方解石、铁方解石等与火山活动相关的成岩矿物，距离火山口较远的BZ4井、BZ11井等位于溢流相边缘，凝灰质含量较高形成凝灰质砂岩(图3l)，严重破坏储层物性。总体上，东一二段以中细砂-沸石溶蚀-溶孔相为主，局部发育火山熔岩远端凝灰质细粉砂-凝灰质胶结-低孔相。

3 成岩相纵向及平面展布特征

3.1 纵向展布特征

结合单井沉积(亚)相划分与岩心薄片成岩相分析，对钻井单砂体进行成岩相划分，综合典型成岩相测井响应特征及物性特征，实现单井目的层段全段成岩相定名与分析(图4)，进而在邻井砂体刻画追踪的基础上，对研究区重点钻井连井成岩相展布特征进行研究(图5)。

如图4所示，BZ5井沙一二段以辫状河三角洲前缘中细砂-白云石包壳-溶孔相为主，具有较高的GR、SP值以及较高的RD、RS值且两者具有一定的间隔差异，但DT值较低。东三段总体以辫状河三角洲前缘溶蚀-溶孔相为主，包含长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相和沸石、方解石溶蚀-溶孔相，其中长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相具较高的RD、RS值，ZDEN与CNCF曲线互相交错，DT值变化不明显；沸石、方解石溶蚀-溶孔相具较低的RD、RS值(两者差异不明显)、较高的ZDEN和CNCF值(两者趋势一致)以及较低的DT值。东一二段以辫状河三角洲前缘中细砂-沸石、方解石溶蚀-溶孔相为主，GR与SP曲线间隔幅度较低，RD与RS值较低且差异不明显，ZDEN与CNCF互相交错，趋势不一致，DT值变化较弱。

图5 研究区连井成岩相剖面分布特征Fig .5 Profile distribution characteristics of connecting well diagenetic facies in the study area

研究区钻井钻遇的砂体成岩特征受钻井井位与火山溢流相展布之间相对位置的影响，对研究区5口井进行成岩相标定，进而对连井成岩相展布特征进行刻画(图5)，结果表明：沙一二段白云石包壳-溶孔相展布较为稳定，分布范围较为广泛；东三段溶蚀-溶孔相分布也较为稳定，近扇体边缘钻井发育局部碳酸盐胶结-低孔相；东一二段受火山岩大面积分布的影响，成岩相展布变化较大；BZ5与BZ1井以沸石溶蚀-溶孔相为主，溢流相边缘分布的钻井BZ10与BZ11井以凝灰质砂岩-凝灰质胶结-低孔相为主，扇体边缘钻井BZ8井以细粉砂-碳酸盐胶结-低孔相为主。

3.2 平面展布特征

在研究区单一层段单井成岩相划分及连井成岩相展布特征刻画的基础上，对区域控制性成岩相进行划分和描述，得到研究区成岩相平面展布图(图6)。

火山弱喷发期(沙一二段)，受玄武岩水解及碱性水介质影响，BZ34-9区总体以三角洲前缘中细砂-白云石包壳-溶孔相为主，玄武岩活动最直接产物——沸石含量较低，物源方向上玄武岩展布区上游受河流淡水输入、碱性水介质以及晚期酸性流体影响，发育三角洲前缘中细砂-长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相，扇体边界临近厚层泥岩发育砂体侧翼细粉砂-碳酸盐胶结-低孔相。三角洲前缘中细砂-白云石包壳-溶孔相为沙一二段优质储层发育区带。

火山喷发间期(东三段)，受沙一二段玄武岩水解遗留影响及陆源淡水输入影响，BZ34-9区总体发育溶蚀-溶孔相，物源方向上游受陆源淡水及晚期酸性流体影响较强，发育三角洲前缘中细砂-长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相，物源方向下游叠加玄武岩水解影响，发育三角洲前缘-中细砂-沸石、方解石溶蚀-溶孔相，扇体边界发育砂体侧翼-细粉砂-碳酸盐胶结-低孔相。沸石、方解石溶蚀-溶孔相为东三段最为有利区带。

火山强喷发期(东一二段)，受玄武岩大范围喷发和强烈水解影响，BZ34-9区总体以三角洲前缘中细砂-沸石溶蚀-溶孔相为主，沸石含量较高、易识别，溢流相远端发育凝灰质细粉砂-凝灰质胶结-低孔相，物源方向上玄武岩展布区上游，陆源河流冲淡玄武岩水解影响，发育三角洲前缘中细砂-长石溶蚀-高岭石充填-溶孔相，扇体边缘发育砂体侧翼细粉砂-碳酸盐胶结-低孔相。沸石溶蚀-溶孔相为东一二段有利储层发育区。

图6 研究区古近系成岩相平面展布及演化Fig .6 Plane distribution and evolution of Paleogene diagenetic facies in the study area

古近系沙一二段—东三段—东一二段玄武岩喷发呈弱—无—强的过程，直接产物沸石含量表现为低—低—高的特点。沙一二段与东三段受玄武岩水解影响程度均较弱，沙一二段除受玄武岩水解影响外还受该时期物源供给弱、淡水输入量少、湖盆总体呈碱性的影响，东三段除受玄武岩水解影响外还受陆源淡水输入量大的影响，因此东三段与玄武岩水解相关成岩相展布范围与沙一二段相比有所减小。东一二段火山喷发范围广、强度大、水解产物多，与玄武岩水解相关成岩相范围相对东三段有所扩大，且沸石成为最主要成岩矿物，其充填与溶解程度是优质储层发育的关键因素。

4 火山活动影响下砂岩储层发育模式

总体上，火山岩的发育对研究区砂岩储层的发育起到了积极的作用，早期沸石、方解石的沉淀，白云石包膜的发育以及石英溶蚀、钠长石化等成岩作用有利于砂岩原生孔隙的保存，对砂岩储层起到了保护作用，加之成岩矿物后期的溶蚀产生了大量的次生孔隙，从而改善了储层的物性。但火山岩的发育并不是完全有利于储层物性的改善，火山喷发过程中产生的大量火山灰远距离飘移，在物源方向火山下游、距离火山口较远的地区形成大量的凝灰质砂岩或是凝灰质泥岩，这些凝灰质砂岩富含细粒、极细粒的凝灰质胶结物，使得砂岩孔隙丧尽，而在物源方向火山上游地区，由于河流的作用，将火山灰冲走，使得这些地区并不发育凝灰质胶结砂岩(图7)。沸石和方解石等胶结物的含量如果太高，砂岩储层大规模致密胶结，就会导致砂岩流体特别是晚期酸性流体无法进入孔隙，也就无法溶解长石、岩屑等不稳定组分，即无法大规模形成次生孔隙。只有当胶结物含量适当，储层以局部胶结为主时，既能一定程度上减弱砂岩的压实程度，也保留了流体流动的通道，为后期溶蚀提供了空间上和物质上的保证。

因此，砂岩储层与火山岩的分布在空间上需要具有恰当的关系，火山岩的存在才会有利于储层的发育。BZ34-9区位于物源方向上玄武岩展布区及其下游(图7)，砂岩中凝灰质欠发育，火山物质的水解释放出的Mg2+、Fe3+等也改变了储层同沉积水介质性质，沉积了如沙一二段的栉壳状白云石，东三段的早期方解石胶结、石英溶蚀、钠长石化，东一二段的沸石等特征成岩现象，为BZ34-9区优质储层的发育提供了有利条件。

图7 受玄武岩控制砂岩储层发育模式Fig .7 Development model of sandstone reservoir under controlling of basalt

5 结论

1) 古近系沙一二段玄武岩喷发程度较弱，研究区发育白云石包壳、钾长石钠长石化、长石、岩屑等不稳定组份溶蚀等成岩作用，成岩相总体以三角洲前缘中细砂-白云石包壳-溶孔相为主，分布较为稳定，近泥岩砂体边界发育碳酸盐胶结-低孔相；东三段为玄武岩喷发间期，发育钾长石钠长石化、石英溶蚀、沸石充填、长石溶蚀等成岩作用，成岩相总体以溶蚀-溶孔相为主；东一二段为玄武岩强喷发期，沸石充填与溶蚀是最主要成岩作用，发育三角洲前缘中细砂-沸石溶蚀-溶孔相，溢流相远端发育凝灰质砂岩-凝灰质胶结-低孔相。

2) 研究区沙一二段—东三段—东一二段玄武岩喷发强度呈弱—无—强过程，与玄武岩溶解直接相关的沸石含量呈低—低—高特征，与玄武岩相关成岩相展布范围呈宽—窄—宽特征。沙一二段与东三段受玄武岩影响均较弱，但沙一二段湖盆总体呈碱性，发育白云石包壳，而东三段陆源淡水输入量大，与玄武岩相关成岩相展布范围减小。

3) 玄武岩溢流相与砂岩展布的合理配置关系是影响砂岩储层质量的关键因素。研究区物源方向上玄武岩展布区上游受陆源淡水影响较大，玄武岩对储层影响较弱，属常规储层；下游玄武岩水解产生的沸石等矿物对于储层孔隙的保存与次生孔隙的形成具有重要作用，是最有利区带；而溢流相远端砂岩储层富凝灰质，胶结致密，因此物性较差。

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(编辑：冯 娜)

Distribution and development mode of diagenetic facies of the Palaeogene sandstone reservoir controlled by basalt in BZ34 structure

WANG Xin CHAI Yongbo YAO Jia WU Jungang LI Huan

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

Combining well logging and physical property data with thin sections, scan electron microscope and back scattering, the basic characteristics, types, distribution and evolution of diagenetic facies of the Palaeogene reservoir in BZ34-9 area of BZ34 structure in Huanghekou depression, the Bohai sea, are analyzed. Results indicate that Es1-2reservoir develops potassium feldspar albitization, ctenoid dolomite and feldspar dissolution, and the diagenetic facies are mainly delta front medium-fine sand-ctenoid dolomite-dissolved pore; Ed3develops potassium feldspar albitization, quartz dissolution, zeolite filling and feldspar dissolution, and the diagenetic facies are mainly dissolution-dissolved pore, including delta front medium-fine sandstone-zeolite, carbonate dissolution-dissolved pore and delta front-feldspar dissolution- kaolinite filling-dissolved pore; Ed1-2mainly develops zeolite filling and dissolution, and the diagenetic facies are mainly delta front medium-fine sandstone-zeolite dissolution-dissolved pore. Basalt eruption strength of Es1-2—Ed3—Ed1-2is weak—none—strong, content of zeolite related to basalt is low—low—high, and distribution range of diagenetic facies related to basalt is wide—narrow—wide. In downstream of distribution area of basalt along provenance direction, zeolite from basalt dissolution has an important effect on preservation of reservoir pore and formation of secondary pore, which is favorable exploration zone. The sandstone distributed distally from effusion facies contains tuffaceous rock, with compact cementation and poor physical property. The research can provide geological basis for oil and gas exploration in the Bohai sea and other similar areas.

the Bohai sea; Huanghekou depression; BZ34 structure; the Palaeogene; basalt; sandstone reservoir; diagenetic facies distribution; development model

王昕，男，高级工程师，1996年毕业于中国地质大学(武汉)石油地质专业，获学士学位，现主要从事石油地质综合研究工作。地址：天津市滨海新区海川路2121号A座(邮编：300459)：E-mail:wangxin5@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)02-0009-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.02.002

TE122.2

A

2016-10-11 改回日期：2016-12-09

*“十三五”国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究(编号：2016ZX05024-003)”部分研究成果。