伊朗A油田白垩系Sarvak组隔夹层地质特征及成因

王 鼐，王秀姣，李 楠，刘玉梅，林腾飞，王伟俊，董俊昌，杨 双，罗贝维

1 中国石油勘探开发研究院中东研究所；2 中国石油勘探开发研究院油气地球物理研究所

0 前 言

隔夹层研究是评价储层非均质性和储层表征的重要内容［1-3］，包括建立隔夹层识别标准、明确分布规律、判断规模大小等。隔夹层的分布规律和规模不尽相同，对于不同成因类型的隔夹层要结合钻井、地震、岩心、铸体薄片等资料进行综合研究［4-6］。目前，国内对隔夹层的研究集中于定义分类、储层物性分类、展布规律以及对油气田开发的影响等方面，如：焦养泉等［7］对河道储层砂体中的4 类隔夹层进行了成因、特征和分布规律的研究；刘春林等［8］基于大庆油田多口取心井的岩性、物性和含油性变化规律进行了隔夹层上限的标定；郑浚茂等［9］对黄骅坳陷新近系—古近系的多种沉积砂体的非均质性成因进行了分析。20世纪90年代，前人主要针对陆相碎屑砂岩定性化表征和不同类型陆相沉积的隔夹层物性特征等方面开展了一些研究。21 世纪初，束青林［10］和崔建等［11］对河流相隔夹层的地质特征、成因机制进行了研究，分析其与波及体积、驱油效率、剩余油分布的关系；印森林等［12］对冲积扇内隔夹层的形态、规模和叠置样式进行了分析。总体来看，国内外隔夹层的研究仍主要面向陆相沉积砂岩油藏［13-18］，研究方向集中于不同沉积环境下隔夹层的地质特征、成因机制、展布规律及对油气藏开发的影响。随着国内海相碳酸盐岩油气藏勘探开发程度的提高和对其认识的深入，针对强非均质性的海相碳酸盐岩隔夹层研究逐渐被重视，如：岳大力等［19］分析了珠江口盆地礁灰岩内隔夹层对油藏剩余油分布的控制规律；邓亚等［20］对中东地区西古尔纳油田的白垩系Mishrif 组油藏隔夹层地质特征及成因进行了研究。相比于陆相碎屑岩，针对海相碳酸盐岩内隔夹层的研究仍相对较少［21-22］。

截至2018年，中东地区油气探明储量占全球储量超过40%，而海相碳酸盐岩占其储量的85%以上，一直以来是全球石油勘探开发的热点。伊朗A油田开发初期，受限于基础资料和地质认识的不足，针对Sarvak组油藏的开发以合采为主，导致层间干扰严重，产量递减明显。本文基于研究区内3 口取心井目的层近200 块样品、140 块铸体薄片，以及50 口井的测井资料和超过2 000 km2的三维地震数据综合分析，对伊朗A 油田Sarvak 组碳酸盐岩隔夹层特征、成因机理和展布特征进行了研究，并希冀进一步明确中东扎格罗斯前陆盆地前渊带内同类油田隔夹层的发育和分布规律，为下一步的分层开发提供技术支持。

1 地质概况

中东地区油气最富集的地区主要集中于扎格罗斯前陆盆地和阿拉伯大陆边缘盆地，两者为古/中生代陆缘盆地和新生代前陆盆地的叠合盆地。受构造运动的影响，中东油气富集区内构造样式表现为基底隆升及断裂控制构造、盐控构造和水平挤压褶皱构造3大类，众油田的构造特征、储层特征具有很强的一致性。伊朗A 油田发现于1999 年，为巨型长轴背斜油田，位于伊朗西部扎格罗斯前陆盆地的前渊带内（图1a），区块面积约为1 200 km2，储量近270 亿桶。研究区处于水平挤压褶皱构造样式发育区，发育的地层从下至上依次为：侏罗系火山岩、石灰岩序列；白垩系泥岩、石灰岩、砂岩序列；古近系古新统—新近系中新统泥岩、石灰岩混合序列；新近系上新统—第四系薄层现代堆积。本文研究的目的层Sarvak 组发育于晚白垩世早期，地层厚度在590～670 m之间，根据区域地层层序可分为12个段（自上至下为Sar1—Sar12）。其中，Sar3 段、Sar5—Sar6 段和 Sar8 段分别为 3 套油层发育段，被 Sar2 段、Sar4段和Sar7段内发育的隔夹层分开。研究区内自Sar9 段以下均为产水层，因此本次研究目的层段以Sar1—Sar8段为主。

图1 伊朗A油田区域地质背景与Sarvak组柱状图Fig.1 Regional geologic background map and comprehensive column of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

Sar3 段以台地边缘浅滩相颗粒灰岩为主，颗粒主要包括厚壳蛤、双壳类、棘皮类、腕足类和有孔虫等生物碎屑，分选相对较好，但是由于亮晶方解石胶结物的发育导致物性存在差异，孔隙以粒间孔及生物体腔孔为主，也发育部分溶蚀孔。Sar4—Sar6段以开阔台地相粒泥灰岩或泥粒灰岩为主，局部夹颗粒灰岩，孔隙以粒间孔及溶蚀铸模孔为主。Sar8段以台地边缘浅滩相颗粒灰岩为主，生物碎屑含量丰富，主要为双壳类、棘皮类、厚壳蛤和有孔虫等，局部发生胶结或者溶蚀的现象。

Sarvak 组自 Sar8 段至 Sar1 段出现 3 次明显的海平面变化，以2 次海泛面为间隔，Sarvak 组可以划分出3 个三级旋回（图1c），它们均为向上变浅的反旋回沉积。自下至上的第1 个三级旋回自Sar10 段海泛面开始至Sar8 段顶结束；第2 个三级旋回自Sar7段海泛面开始，到Sar3段顶结束；第3个三级旋回自Sar2 段开始，到Sar1 段顶的不整合面结束。Sar1 段顶部的不整合发生在塞诺曼阶沉积的末期，它是一次全球性的海退，使得Sarvak 组顶部遭受了明显的剥蚀。Sarvak 组的大部分含油储层发育在第2 个三级旋回，部分在第1 个三级旋回的上部。Sarvak 组内发育的隔夹层大部分发育于各三级旋回的底部，水体相对较深，沉积物主要以低能环境下的含泥质的泥晶—粒泥灰岩为主，岩石较致密。

2 隔夹层特征

2.1 Sarvak组隔夹层岩性特征

基于岩心和铸体薄片观察，研究区内Sarvak 组主要发育2 类不同岩性的隔夹层，分别是泥粒灰岩隔夹层（I 类）和粒泥灰岩隔夹层（Ⅱ类）。泥粒灰岩隔夹层以1 m 以内的薄层为主，粒度相对较粗（图2a—2c），受到后期压实、胶结、钙化和白云石化等成岩作用的影响，孔隙类型以铸模孔、粒内孔为主，孔隙度较低。粒泥灰岩隔夹层以几米至十余米的厚层为主，粒度相对较细（图2d—2f），灰泥质含量高，总体积大于碎屑颗粒体积，该类隔夹层比较致密且渗透率和孔隙度极低。根据铸体薄片可以看出泥粒灰岩隔夹层存在双壳类、棘皮类生物碎屑，且发育有孔虫，生物碎屑相对颜色较浅；粒泥灰岩隔夹层以有孔虫为主，有少部分钙化和白云石化的现象。Sar1 段、Sar2 段和Sar7 段的隔夹层以局限台地相粒泥灰岩或泥晶灰岩为主，镜下薄片见颗粒较少，泥晶含量高，生物碎屑主要以海绵骨针和底栖有孔虫为主，岩心照片上普遍可观察到暗色有机质纹层，局部发育角砾灰岩。

图2 伊朗A油田白垩系Sarvak组隔夹层岩石微观特征Fig.2 Microscopic characteristics of barrier and baffles rocks of the Cretaceous Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

2.2 Sarvak组隔夹层物性特征

基于研究区内 3 口取心井（A-3 井、A-5 井和A-26 井）的岩心实验数据以及试油资料，绘制了储层和隔夹层的孔隙度-渗透率交会图（图3）。通过用岩心和铸体薄片对隔夹层与储层进行标定，从图3 可见孔隙度和渗透率具有一定的相关性，总体呈线性趋势。I 类隔夹层和Ⅱ类隔夹层的样品物性数据点均位于交会图的左下角，储层则位于交会图的右上部。隔夹层与储层的物性标准有较明显的界限：孔隙度上限为10%，渗透率上限为0.25×10-3μm2。但I 类隔夹层和Ⅱ类隔夹层的样品物性数据点难以通过物性直接区分，需要进一步的成因机制分析。

图3 伊朗A油田白垩系Sarvak组碳酸盐岩孔隙度和渗透率交会图Fig.3 Porosity-permeability crossplot of carbonate rock of the Cretaceous Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

2.3 Sarvak组隔夹层测井特征

如图4 所示，由A-3 井取心段对应的测井段特征可以看出，泥粒灰岩隔夹层(I 类)以薄层为主，在Sar3 段内局部发育，测井响应特征表现为:自然伽马相对变化小、声波时差较低、补偿中子孔隙度较低、补偿密度较低、电阻率较低。粒泥灰岩隔夹层(II类)在Sar2 段内广泛发育，测井响应特征表现为：高自然伽马、高声波时差、低补偿中子孔隙度、补偿密度较高、电阻率平均值相对较高。

图4 伊朗A油田A-3井测井解释柱状图Fig.4 Log interpretation column of Well A-3 in A Oilfield,Iran

2.4 Sarvak组隔夹层地震波阻抗特征

从图5 可以看出，实际波阻抗与孔隙度的相关性高，可以作为分析储层和隔夹层的依据。根据岩性、储层物性上限值和实际波阻抗值可以将Sarvak组储层分为4 类：Ⅰ类储层、Ⅱ类储层、Ⅲ储层和隔夹层。通过交会图可看出，隔夹层的孔隙度上限值10%对应的波阻抗下限值为12 600（g/cm3·m/s）。

图5 伊朗A油田Sarvak组波阻抗与孔隙度交会图Fig.5 Crossplot of impedance and porosity of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

3 隔夹层成因机制

通过隔夹层的薄片和岩心等地质资料，综合分析岩性、沉积和成岩特征，伊朗A 油田Sarvak 组I类和II 类隔夹层可划分为沉积成因、成岩成因和沉积-成岩复合成因。沉积成因隔夹层指主要受沉积因素控制，因沉积环境水体能量弱，而发育致密层段阻挡或控制流体运移。成岩成因隔夹层指主要受后期成岩因素（充填、压实或胶结等作用）控制，孔隙减少而形成的可以阻挡或控制流体运移的非渗透层。沉积-成岩复合成因隔夹层指早期受沉积环境影响，后期受到成岩作用进一步降低了孔隙度和渗透率的隔夹层。

3.1 沉积成因

通过岩心和薄片分析，观察岩性、结构、沉积构造等特征，对隔夹层发育的沉积环境、沉积微相及其发育层段进行了分析。如图6 所示，Sarvak 组沉积期以碳酸盐镶边台地沉积环境为主，高能环境以颗粒灰岩沉积为主，发育礁滩相；低能环境以粒泥灰岩和泥晶灰岩沉积为主，沉积环境为潟湖相。依据伴生的生物群可确定开阔台地相和局限台地相，其中开阔台地相以双壳类或棘皮类生物等发育为主，局限台地相则以富含浮游生物的粒泥灰岩为主。其中，水体能量最强的是台地边缘礁和潮道微相，开阔台地次之，局限台地、潟湖最弱。在Sarvak组沉积末期，海平面逐步上升，上部的Sar2段和Sar1段发育水体能量较弱的局限台地相。因此，Sarvak组沉积成因的隔夹层主要发育在研究区的局限台地和潟湖沉积环境中，主要为厚十几厘米至半米左右的Ⅱ类隔夹层，页岩或富有机质的纹层发育。

图6 伊朗A油田碳酸盐镶边台地相沉积模式图Fig.6 Sedimentary model of carbonate rimmed platform of A Oilfield，Iran

3.2 成岩成因

成岩作用对Sarvak组岩石物性的改变起到了关键作用，它使物性相对好的储层在后期受化学和物理等方面的因素影响，转变为致密的隔夹层。研究区Sarvak 组经历的成岩作用主要包括压实压溶作用、胶结作用、交代作用、白云石化作用、去白云石化作用和溶蚀作用等。其中对隔夹层的形成起到促进作用的包括压实作用、胶结作用、交代作用等(图7)。储层中孔隙和运移通道受压实、胶结和交代作用等影响发生剧烈变化，往往减小了孔隙度和渗透率而形成I类隔夹层。

由图7a 可观察到，以颗粒支撑为主的颗粒灰岩受压实作用影响，颗粒遭受破坏、变形、错位和重新排序，导致储层孔隙类型发生变化，原本发育的粒间孔转变为微孔，储层物性变差。

白云石化对于储层的改造是一把双刃剑，既可能会对储层的发育起到促进作用，也可能导致隔夹层的形成。一般情况下，石灰岩白云石化初期的晶格变化可增加孔隙，对储层起到了改善作用，后期的白云石化则会使孔隙被充填而降低孔隙度。在图7b中可以看到，原本有孔虫体腔内的钙质胶结物被白云质交代，造成孔隙度很低。

图7 伊朗A油田Sarvak组隔夹层成岩作用微观特征Fig.7 Photos of rock slices showing diagenetic characteristics of barriers and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

Sarvak 组中的胶结物主要为钙质碳酸盐类矿物，如方解石、白云石等，胶结方式主要包括孔隙充填、孔隙衬边、孔隙桥阻塞等。图7c中，有孔虫和球粒颗粒以泥晶化为主，颗粒间的孔隙被钙质胶结物充填堵塞，无法观察到明显的孔隙。

3.3 沉积-成岩复合成因

研究区内发育沉积-成岩复合成因的隔夹层。受沉积环境和后期成岩作用共同影响，局限或开阔台地内同生期或准同生期接受薄层的泥质沉积后，在局限环境受钙质胶结作用影响，Sar4—Sar6段易形成复合成因的隔夹层。

4 隔夹层分布规律

在隔夹层成因分析的基础上，基于岩性、沉积、成岩、物性和地震反演波阻抗特征，对隔夹层的分布规律进行了分析和预测，并结合测井特征对隔夹层进行了精细刻画（图8）。在Sar7 段局部发育一套总厚度为5 m的粒泥灰岩隔夹层；在Sar4—Sar6段局部发育大量的泥粒灰岩隔夹层，单层厚0.1 m 至3 m不等，总厚度为6 m 左右；在Sar2段和Sar1段顶部均发育一套稳定连续的沉积成因的粒泥灰岩隔夹层（Ⅱ类），总厚度平均值约为15 m。

以岩心、薄片和测井特征分析为基础，以地震反演资料为约束条件，对Sarvak组隔夹层厚度、平面展布特征和分布规律进行了统计和研究（表1）。Sarvak 组隔夹层中，以Sar7 段、Sar4段和 Sar2 段内发育的隔夹层最为典型。

表1 伊朗A油田Sarvak组隔夹层发育特征Table 1 characteristics of barriers and baffles of Sarvak reservoir in A Oilfield，Iran

从图8、图9 可以看出：Sar7 段内由沉积主控的粒泥/泥晶灰岩隔夹层仅在西北部地区发育（图9a），面积小、厚度薄，厚度在2～10 m；Sar4 段沉积-成岩复合成因的泥粒灰岩隔夹层厚度在2～10 m，主要发育在研究区的西侧（图9b），东侧发育很少或者不发育；Sar2 段发育的沉积主控的Ⅱ类粒泥灰岩隔夹层分布最为稳定，在整个研究区均有发育（图9c），平均厚度为15 m 左右，自西向东厚度逐渐增大。

图8 伊朗A油田Sarvak组隔夹层连井对比剖面Fig.8 Inter-well correlation profile of barrier and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

图9 伊朗A油田Sarvak组隔夹层特征Fig.9 Characteristics of barriers and baffles of Sarvak Formation in A Oilfield,Iran

5 结 论

（1）伊朗A 油田白垩系Sarvak 组发育的隔夹层可分为成岩作用主导的泥粒灰岩隔夹层和沉积作用主导的粒泥灰岩隔夹层。沉积成因隔夹层厚度大，通常发育在局限台地、潟湖等局限环境，如Sar7 段和Sar2 段内发育的隔夹层，此类隔夹层颗粒含量少，以灰泥基质为主；成岩作用形成的隔夹层厚度较薄，如Sar3 段内少量发育的薄隔夹层，后期受到的压实作用、胶结作用和交代作用是此类隔夹层形成的主要原因。Sar4—Sar6 段内的部分隔夹层则同时受沉积因素和成岩因素控制。

（2）基于岩石物性、测井特征和地震反演波阻抗，对研究区内的隔夹层进行了定量标定及刻画，分析了研究区内隔夹层的展布规律。Sar7 段局部发育隔夹层，总厚度在2～10 m；Sar6—Sar4 段发育多层薄隔夹层，厚度变化较大，纵向广泛发育；Sar2段发育全区稳定分布的隔夹层，平均厚度为15 m。