松辽盆地徐家围子断陷沙河子组储层特征及控制因素

2019-12-17邵曌一吴朝东张大智杨步增

石油与天然气地质 2019年1期

邵曌一,吴朝东,张大智,杨步增

(1.北京大学地球科学与空间学院,北京 100871; 2.中国石油大庆油田有限责任公司,黑龙江大庆 163712)

松辽盆地北部深层已在营城组火山岩取得重要勘探进展[1-4]，累计提交探明储量2 000多亿方。近年来随着勘探程度的提高[5]，剩余火山岩目标主要是小规模火山岩体和隐蔽性更强的层状致密火山岩[6]，储量接替难度大，迫切需要转变勘探思路，研究探索新的接替领域[7-9]。通过深入分析地质条件和资源潜力，认识到徐家围子断陷沙河子组是下一步勘探重要的接替领域。

徐家围子断陷沙河子组是一套含煤和暗色泥岩以陆源碎屑岩沉积为主的地层[10-12]，由于埋藏深、成岩作用强、储层致密，过去一直作为深层重要的烃源岩研究，没有作为勘探目的层[13-14]。随着非常规致密气勘探理论的深入和致密天然气藏勘探工艺技术的提高，沙河子组致密砂砾岩气藏已逐渐成为重要且现实的接替领域[15-18]，近年来，已陆续在安达地区和徐东地区取得勘探突破，徐家围子断陷沙河子组业已成为松辽盆地北部近期天然气勘探的主要目标。通过构造背景条件下的断陷沉积分析、层序地层学、储层特征及气藏控制因素研究，对徐家围子断陷沙河子组下步勘探有利区进行了预测，划分出两类有利勘探区，展现了该区良好的勘探前景。

1 区域地质背景

松辽深层断陷经历了初始张裂、强烈拉张和褶皱萎缩3个阶段，沙河子组是断陷强烈拉张时期的充填产物。受早期拉张与晚期挤压及走滑作用的综合影响，形成西断东超、中部隆起的复式箕状断陷结构。依据基岩顶面起伏、深层各反射层构造形态、断陷期地层发育展布情况，将徐家围子及周边划分为6个一级构造单元，其中徐家围子断陷区自西向东包括徐西凹陷、升平兴城凸起、徐东凹陷和徐东斜坡4个一级构造单元(图1a)。徐家围子断陷沙河子组内部存在四个规模较大的层序界面[19]，将沙河子组自下而上划分为4个三级层序，形成4套完整的沉积旋回(图1b)，每套层序的低位域和高位域砂砾岩、砂岩储层相对发育[20]，湖侵体系域暗色泥岩较发育，是主要的烃源岩层段[21]。

徐家围子断陷沙河子组在西侧陡坡带发育扇三角洲沉积，东侧缓坡带发育辩状河三角洲沉积，形成以粗碎屑为主的储层类型。由于断陷具有近物源、短物源的沉积特点，储层纵横向变化快、非均质性强(图2)。

2 沙河子组储层岩石学特征

通过岩心观察和薄片鉴定分析，沙河子组发育陆源碎屑岩、火山沉积碎屑岩和火山碎屑岩，包括砂砾岩、砂岩、煤层以及凝灰质砂砾岩、凝灰质砂岩、沉凝灰岩等十多种岩性[22]。

沙河子组砂砾岩按砾石含量包括砾岩、砂质砾岩和含砾砂岩，按砾径大小又可划分为粗砾石、中砾岩和细砾岩。砾石成份以中性、酸性火山岩为主，分选磨圆都比较差。西部扇三角洲以砾岩、砂质砾岩等为主，岩性较粗，东部辫状河三角洲发育砂质砾岩、含砾砂岩等，岩性相对较细。沙河子组砂岩类型主要为长石岩屑砂岩，少量岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，成分成熟度和结构成熟度都比较低[10,23]。

从徐家围子断陷沙河子组已钻探井的显示和测井解释情况统计，粗碎屑的砾岩、砂质砾岩、含砾砂岩和砂岩均见到含气层，依据有单层试气成果和岩性较单一合试层试气成果统计(共16口井16层)，试气见气流的岩性主要是砂砾岩的共13层，占到总气层数的81.2%，细砂岩3层，占18.8%。目前获工业气流的宋深9H井、宋深12H井和徐探1井均为砂砾岩和砂质砾岩，说明砂砾岩类是沙河子组主要的储集类型[24-25]。

3 储层微观孔隙结构及物性特征

3.1 储层微观结构特征

通过岩石薄片和铸体薄片观察分析，依据孔隙成因及几何形状特点[26]，徐家围子断陷沙河子组储层分为原生孔隙和次生孔隙两大类[27-29]。原生孔隙主要为粒间孔隙，发育于颗粒支撑岩石的碎屑颗粒之间的原生孔隙。本区粒间孔隙往往受到成岩作用的改造而缩小成为残余的原生粒间孔[30](图3a)，多发育于砾石支撑岩石的颗粒之间，埋藏深度较浅。在强压实作用下，此类孔隙孔径相对较小，仅局部零星可见。

次生孔隙是岩石经成岩改造后形成的孔隙。研究区主要发育有溶蚀作用形成的各类溶蚀孔和少量的裂缝。① 粒间溶孔：在原生粒间孔隙与剩余粒间孔隙的基础上经过次生溶蚀作用后形成的溶蚀孔。粒间溶孔形态不规则，外形呈港湾状，孔隙大小和分布不均，常与长石、岩屑溶孔等伴生，并被细小的溶蚀缝连通。② 粒内溶孔及铸模孔：主要是长石或岩屑颗粒被局部溶蚀产生的孔隙。该区铸体薄片可见粒内溶蚀孔隙(图3b)，是徐家围子断陷沙河子组较常见的孔隙类型，是不稳定颗粒完全被溶蚀后形成的孔隙，孔隙几何形态与被溶颗粒相似，常通过原来的泥质包壳而保留颗粒外形，常见长石和岩屑溶蚀形成的铸模孔(图3c)。

图1 徐家围子断陷构造特征及沙河子组岩性剖面Fig.1 Tectonic characteristics for Xujiaweizi Fault Depression and the lithologic profile of Shahezi Formationa.徐家围子断陷构造单元划分；b.徐家围子断陷沙河子组地层综合柱状图

③ 裂缝：在部分样品中发育有裂缝，主要为压实作用、收缩作用以及各种构造应力作用形成的，一般在长石和岩屑颗粒上，也见顺颗粒边缘在杂基充填中有裂缝(图3d)。

3.2 物性特征

通过对沙河子组岩心分析孔隙度和渗透率数据的分析表明，其孔隙度值主要分布在2%～8%，占样品总数的72.2%，平均值为4.3%。渗透率主要分布范围为小于0.1×10-3μm2，占样品总数的71%。

美国早在1978年天然气政策法案规定，砂岩储层对天然气的渗透率等于或小于0.1×10-3μm2时的气藏可以被定义为致密砂岩气藏。美国联邦能源委员会也把致密含气砂岩定义为空气渗透率小于0.1×10-3μm2的砂岩。按照我国的行业标准，把覆压条件下基质渗透率不大于0.1×10-3μm2的砂岩气层定义为致密砂岩气，徐家围子断陷沙河子组地面空气渗透率多小于0.1×10-3μm2，因此属于致密气范畴。

4 储层控制因素

储层物性影响因素包括原始沉积环境、后生成岩变化和裂缝改造等[31]。通过对相关因素进行分析，徐家围子断陷沙河子组储层物性与岩性、次生溶蚀作用等有关，具体表现在以下方面。

图2 徐家围子断陷沙河子组沉积相剖面Fig.2 Sedimentary facies profile of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

图3 徐家围子断陷沙河子组储层微观孔隙结构Fig.3 Micro-pore structure of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depressiona.砂质砾岩，粒间孔，达深14井，埋深3 674.84 m，SQ4；b.凝灰质砂砾岩，粒内孔，达深303井，埋深3 414.391 m，SQ3; c.砾岩，铸模孔，达深14井，埋深3 505.53 m，SQ3,d.砾岩，网状缝，达深14井，埋深3504.97m，SQ3

4.1 埋藏深度

徐家围子断陷沙河子组储层物性随埋深增大总体上具有减小趋势，但相同深度孔隙度变化范围比较大，说明影响因素比较复杂，特别是在埋深较大的3 500～4 000 m，也存在孔隙度相对较高的样品。因此，寻找优质储层，一方面要在埋深较浅的高部位，也要针对高孔隙成因，研究预测好储层发育部位。

4.2 沉积相带

沙河子组不同相带储层物性存在差异。经钻井资料揭示分析，在各沉积微相类型中，扇三角洲前缘水下分流河道砂体、席状砂以及辫状河三角洲前缘水下分流河道、河口砂坝孔隙度最好，平原相辫状河道物性条件也较好(图4)。

4.3 岩性

由沙河子组岩性与孔隙度关系图统计得出，在沙河子组中砂砾岩物性要比砂岩好，砂砾岩孔隙度平均为4.13%，砂岩孔隙度平均为3.13%。凝灰质砂岩和凝灰岩储层物性最好，平均孔隙度分别可达到5.33%和5.40%。(图5)。

图4 徐家围子断陷沙河子组沉积微相与孔隙度关系Fig.4 Relationship between sedimentary microfacies and porosity of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depressinon

图5 徐家围子断陷沙河子组不同岩性储层有效孔隙度统计Fig.5 Statistical histogram of effective porosity of different lithologic reservoirs in Shahezi Formation of Xujiaweizi Fault Depression

4.4 成岩作用

成岩作用对储层孔隙既有破坏作用也有改善作用，由于沙河子组埋深较大，压实作用和胶结作用强，是储层物性变差的主要因素。沙河子组储层岩石薄片鉴定和铸体薄片图像分析发现，部分砾岩以及含砾砂岩中，长石岩屑和火山岩碎屑成分经后期各种有机酸的溶解、溶蚀作用产生次生孔隙，在一定程度上增加了储层的孔隙空间，对改善沙河子组储层物性有一定的积极作用。

5 有利储层发育区预测

依据对储层物性影响因素的分析，可以对有利储层发育区进行宏观预测，由于受压实和胶结成岩作用影响，埋深是重要影响因素[32]，从目前勘探实践看，有效储层埋深一般不超过4 000 m。

沉积微相对储层物性的影响也比较明显，但考虑到平面宏观预测的资料精度，目前主要按照前缘、平原亚相最有利，滨浅湖亚相区较差考虑。

岩性的影响体现在两个方面，粗细变化对储层物性的影响实际上是沉积相变化影响的直接原因，可与沉积相影响结合考虑，含火山成分的影响通过次生溶蚀作用体现，可与次生成岩改造结合考虑[33]。

成岩作用的影响除了考虑埋深，预测岩石中火山成分变化是一个重要切入点，分析火山物质含量变化规律，预测高含火山物质主要发育层位和平面位置，对于预测有利储层发育区具有重要意义，是下步储层研究工作的一项重要任务。

综合沙河子组SQ1—SQ4等4个层序埋深、沉积相和岩性变化，将沙河子组按储层发育程度划分为3类区。埋藏小于4 000 m，以扇(辫状河)三角洲前缘、平原相为主的区域划分为一类区，该区域沙河子组储层孔隙度一般为4%～6%，是最有利储层发育区，主要位于徐西坳陷南北和西侧斜坡高部位、安达升平隆起带、徐东坳陷北部和徐东斜坡带，是目前勘探的首选地区；埋深小于4 000 m邻近扇(辫状河)三角洲前缘的滨浅湖区为二类有利区，该区域砂砾岩孔隙度一般3%～5%，主要分布于徐西坳陷南部和徐东坳陷北部，通过地球物理手段，可以预测寻找局部储层甜点区；徐西坳陷和徐东坳陷中部深洼区，埋深一般大于4 500 m，沉积相带以湖湘为主，基本没有钻井揭示，推测孔隙度一般在2%～4%，储层致密，现有技术条件下勘探发现的难度较大(图6)。