埕岛东部斜坡带古近系东营组沉积特征及对物性的影响

徐昊清,袁 静,赵广昊

(1. 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257000;2. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580)

水下重力流成因的粗碎屑砂体是形成深水油气储层的重要物质基础,倍受国内外学者的重视[1]。渤海湾盆地埕岛东部斜坡带东营组深洼陷带为重力流沉积汇聚卸载区,发育较厚的砂体[2],具有较好的勘探潜力,是该区带进一步挖潜和细化勘探的重点对象。

埕岛东部斜坡带东营组沉积相自下而上发育半深湖-深湖、重力流扇体-扇/辫状河三角洲相、河流相[3-7]。对于该区主力含油层段Ed4和Ed32的沉积相类型,前人的认识存在较大分歧,邓宏文提出研究区Ed4以深湖-缓坡浊积扇相为主,Ed32以三角洲相为主;操应长[8]认为Ed4以湖底扇相为主,Ed32发育扇三角洲、滑塌浊积扇及辫状河三角洲相;朱筱敏[9]和杨棵[7]认为Ed4至Ed32发育洪水型湖底扇。近年来,沉积盆地的源-汇系统研究受到了广泛的关注,在渤海湾盆地取得了较好的应用效果[1,10-13]。朱筱敏等[7]基于碎屑物质来自于埕岛凸起物源体系的认识,对研究区东营组的源-汇系统也进行过仔细研究,但未解决深洼陷粗碎屑砂体不协调的岩性特征隐含的物源差异问题。有鉴于此,本文以埕岛东部斜坡带东营组主力含油层段东营组Ed4和Ed32为研究对象,在查明研究区碎屑物质来源基础上,确定其沉积相类型,并进一步分析其对储层物性的影响,对深化区带沉积地质认识、突破勘探瓶颈具有一定的意义。

1 区域地质特征

渤海湾盆地埕岛东部斜坡带(简称“埕岛东坡”)位于胜利滩海地区东北部,区域构造位置属于济阳坳陷和渤中坳陷交汇处的垦东-孤东-长提-埕岛潜山构造披覆带北段。作为埕北低凸起向渤中凹陷延伸的部分,埕岛东坡总体上具有南高北低、西高东低的地貌特征,四周被多个凹陷所包围,东北部以斜坡带向渤中凹陷过渡,东南部为桩东凹陷,南部为孤北凹陷,西部为埕北凹陷(图1a),面积约为280 km2[4]。研究区内发育五个次级构造单元,分别为边缘超覆带、斜坡带(第一和第二坡折带)、东北部较深部位的洼陷带及东南部埕北30北断层下降盘(上升盘为潜山带)的断阶带;发育四条沟道,其中三条沟道走向为东西向,一条沟道走向呈北东-南西向[14](图1b)。

埕岛东坡超覆沉积了沙河街组三段-东营组[15],东营组油气资源丰富,是重要的勘探潜力区和含油层系。按照岩性-电性组合和沉积旋回特征可将东营组由下至上划分为东三段、东二段、东一段,其中,东一段分为Ed1、Ed2两个亚段,东二段分为Ed3、Ed4两个亚段,东三段分为Ed5、Ed6两个亚段,而Ed4和Ed3亚段再进一步细分为Ed41、Ed42、Ed43三个砂组和Ed31、Ed32两个砂组,Ed4、Ed32砂组为主力含油层段。

2 古物源特征与沉积相标志

2.1 古物源特征

通过对研究区目的层段164个碎屑岩样品(取样井分布位置如图1b)进行成分成熟度、岩屑成分和常微量元素分析和统计,结合区域构造活动特征和前人研究成果,推断研究区继承发育一个主要物源,并有其他方向的次级物源。

2.1.1 岩石学特征

通过计算样品的轻组分成熟度指数,发现研究区Ed4砂组西部样品成分成熟度高于东部样品成分成熟度,反映后者为近物源沉积; Ed32砂组西南部、西部和东部样品成分成熟度差异不大(表1),反映各地区沉积物来自于不同物源。

表1 埕岛东坡Ed4-Ed32砂组样品成分成熟度及岩屑成分特征

进一步统计碎屑岩岩屑构成,结果表明研究区目的层段整体上以变质岩岩屑为主,不同位置岩浆岩岩屑含量及其与沉积岩岩屑比值存在差异(表1)。其中,Ed4砂组东、西部样品尽管岩浆岩岩屑含量无明显差异,但两者岩浆岩与沉积岩岩屑含量比值平均值分别为6.11和2.75,相差悬殊,是物源成分差异明显的物质表现;Ed32砂组西南部和西部样品的岩浆岩岩屑含量平均值分别为12%、18%,与沉积岩岩屑比值较低,为2.54、3.28;东部样品岩浆岩岩屑含量高达31.00%,其与沉积岩岩屑含量比值为5.17,反映其物源组分显著不同[16-17]。

2.1.2 微量元素特征

埕岛东部斜坡带Ed4亚段东部井样品的常微量元素比值分布曲线为单峰型,西部呈双峰型,且东部井样品中的Ni含量比西部井高,反映了该时期东、西部沉积物来源不同;Ed32砂组西南部样品的常微量元素比值分布曲线为双峰型,西部样品曲线呈三峰型,反映该时期研究区西南部和西部具明显的异源性(图2)。

图2 埕岛东坡Ed4-Ed32砂组常微量元素分布特征

综上所述,与前人认为研究区东营组沉积物来自于埕北低凸起单一物源的认识不同[7],通过岩石矿物学分析和元素分析,推断埕岛东坡Ed4沉积时期主要物源为西部的埕北低凸起,其次为东部的埕北30潜山带;Ed32沉积时期,研究区东、西部物源继承发育,并可能存在西南部物源混入。

2.2 沉积相标志

2.2.1 泥岩颜色

录井资料和岩心观察表明,研究区东营组泥岩颜色自下而上由灰黑色向浅灰色、杂色转变,反映该地区沉积物主要形成于水下还原-半还原环境,且沉积水体深度逐渐变浅。

2.2.2 岩石类型

通过对研究区9口取心井280 m岩心的观察和描述,并对主力含油层段164块岩石样品薄片进行了成分鉴定,结果表明,研究区岩石类型为碎屑岩,且中-粗砂岩和含砾砂岩较为常见,砂岩主要为岩屑质长石砂岩和岩屑长石砂岩,少部分为长石岩屑砂岩,总体表现为近物源特征。

2.2.3 碎屑沉积物粒度分析

借助粒度概率累积曲线建立沉积过程和沉积环境的典型模式,是沉积环境和沉积相研究中的重要手段[18]。对埕岛东坡东营组粒度资料进行统计整理,绘制106张粒度概率累积曲线图,依据其反映的流体类型将其划分为重力流型、混合型、(准)牵引流型三大类。

重力流型根据曲线形态可分为上拱弧形和近似上拱弧形两个亚类[19],反映沉积物在强水动力条件下的快速沉积,研究区重力流型多见于近岸水下扇相和扇三角洲前缘亚相碎屑流沉积微相。

混合型为沉积物搬运介质由重力驱动向流体驱动转变的过渡阶段曲线形态,主要为低斜率两段式,反映了搬运流体由重力流向牵引流的转化[20]。研究区混合型多见于扇三角洲前缘亚相和湖底扇相。

(准)牵引流型曲线分为具过渡段的两段式、两段式、三段式3个亚类,反映搬运流体为牵引流特征,多见于研究区湖底扇中扇亚相和扇三角洲前缘亚相。

2.2.4 沉积构造类型

在埕岛东坡东营组岩心中识别出块状层理、递变层理、平行层理、交错层理、波状层理、透镜状层理、水平层理等层面构造,以及砂泥变形条带、同沉积微断层、液化砂岩脉等同生变形构造和生物扰动构造等多种类型的沉积构造。

3 主要沉积相类型及砂体发育特征

3.1 沉积相类型及特征

综合分析上述各类相标志,结合前人研究成果,认为研究区从Ed43到Ed32砂组,沉积水体由深水向浅水演变,沉积过程表现为由重力流为主到重力流与牵引流兼具的演化过程,沉积相类型为湖泊背景下的湖底扇相、近岸水下扇相及扇三角洲相。

3.1.1 湖底扇相

湖底扇是由季节性洪水引发的沉积物沿沟道搬运至盆地深处形成的扇形重力流沉积体,可划分为内扇、中扇和外扇三个亚相。Ed4砂组沉积时期,研究区气候相对干热,较易形成洪水型重力流,从埕北低凸起东坡沿沟谷进入湖盆深处,形成湖底扇相。

研究区SH8井、CB804井和CB328井Ed4砂组钻遇了湖底扇中扇亚相沉积,根据岩心特征,将其进一步划分为辫状水道微相和中扇前缘微相。岩心观察表明,湖底扇相的泥岩颜色为灰黑色,反映深水强还原沉积环境。粗碎屑岩以含砾砂岩和中-细砂岩为主,分选较好,砾石呈次圆-次棱角状,粒度概率累积曲线为上拱弧形、具过渡段两段式和两段式;发育反-正复合粒序层理、正粒序层理、平行层理和砂纹层理,可见炭屑、生物扰动构造和泥砾的定向排列。

洪水型重力流是研究区东四亚段湖底扇沉积的主要成因流体,并经历了从碎屑流至异重流的演化:早期以碎屑流成因的块状层理细砂岩相为主,中晚期发育异重流成因的复合粒序层理中砂岩相和砂纹层理细砂岩相,末期可见正递变层理细砂岩相。湖底扇中扇辫状水道微相一般表现为大套含砾砂岩或厚层中-细砂岩沉积,可见细砂岩-含砾中细砂岩-细砂岩的复合韵律和各粒级块状砂岩,砂岩底面发育冲刷面,层内可见砾石叠瓦状排列和紫红色泥砾。辫状水道间微相多为厚度不等的泥岩,偶夹粉-细砂岩薄层或条带。湖底扇中扇前缘微相以砂泥薄互层沉积为主,可见炭质韵律砂岩相,发育块状层理、平行层理、砂纹层理和生物扰动构造,炭屑含量较高(图3)。

3.1.2 近岸水下扇相

一般认为近岸水下扇是一种全部没于水下的砂砾岩体,无岸上暴露标志,多呈楔形体发育于深水沉积中[21-22]。其发育需要具备较陡的坡度、较为活跃的构造背景、高山深湖的古地貌特征及较近的物源区等条件[21]。Ed4砂组沉积时期,研究区断阶带与洼陷带相邻,局部出露水面,埕北8断层、埕北30断层仍然活动[23],为洪水快速入湖,流体能量和性质快速演变,在近岸(半)深水处快速堆积为形成近岸水下扇提供了良好的发育条件。

研究区近岸水下扇流体能量变化较快,经历碎屑流到似涌浪型浊流的演化,沉积过程较短,整体上为厚层的砂砾岩沉积,以砾质中-粗砂岩、中砂岩为主,颗粒分选和磨圆较差。垂向上发育块状层理含砾砂岩相和正粒序层理含砾砂岩相,由于沉积物堆积迅速,发育多种同生变形构造。

CB32井和CB326井Ed32砂组取心段发育近岸水下扇中扇亚相沉积,主要为辫状水道微相。该微相整体呈大套砂砾岩叠置沉积,单层厚度大于3.0 m,其间由厚度约0.5～1.0 m的灰黑色泥岩分割,沉积构造主要为块状层理、冲刷充填构造及液化砂岩脉等(图3)。

3.1.3 扇三角洲相

扇三角洲作为从邻近高地推进到稳定湖盆中的冲积扇,为近源背景下的粗碎屑沉积体,其沉积体规模和形态受物源供应量影响较大,物源供源量充足时呈扇形,供应量较少时扇体较小且呈舌状。研究区扇三角洲主要发育于Ed32沉积时期,CB32井、CB803井、CB807和CB805井在该层段均钻遇扇三角洲前缘亚相沉积。

扇三角洲前缘亚相以砂砾岩为主,颗粒分选中等,呈次棱角-次圆状,粒度概率累积曲线多为两段式和上拱弧形[24],泥岩颜色为浅灰色,可见粉砂质泥岩。发育块状层理、平行层理、楔状交错层理、板状交错层理和砂纹层理等,反映重力流和牵引流成因的层理构造,在砂岩中可见泥岩撕裂屑。垂向岩性组合上常表现为下部发育块状层理含(泥)砾砂岩相和正递变层理含砾砂岩相,上部可见牵引流特征的板状交错层理砂岩相和楔状交错层理砂岩相。

研究区扇三角洲前缘亚相可划分为碎屑流沉积微相、水下辫状河道微相和河口坝微相(图3)。

碎屑流沉积微相表现为厚层反粒序或块状层理杂基支撑细砾岩或含砾砂岩等粗碎屑沉积,与下伏浅湖灰质泥岩突变剪切接触;水下辫状河道微相整体呈大套正韵律中-细砂岩、含砾砂岩叠置沉积;各单砂层顶部渐变为薄层(泥质)粉砂岩,底部具有冲刷面;河口坝微相整体为单层厚度大于2.0 m的厚层粉细砂岩,多见反韵律,可见炭质碎屑,发育生物扰动构造;席状砂微相单层厚度较薄,一般不超过1.0 m。

3.2 测井响应特征

测井曲线的形态、幅度和旋回特征是研究沉积微相的重要基础资料[25]。研究区东营组湖底扇取心井主要沉积微相岩性及其自然电位曲线响应特征表现为对称齿化丘形、对称丘形和尖指形三类。其中,对称齿化丘形和对称丘形曲线一般是发育反-正复合韵律中-粗碎屑岩的湖底扇中扇亚相辫状水道微相的测井响应特征,前者夹薄层水道间泥质沉积;尖指形是顶底突变的砂泥岩互层的测井响应特征,其沉积微相类型为湖底扇中扇前缘微相。

近岸水下扇相自然电位曲线响应特征表现为箱形和齿化钟形两类,均对应近岸水下扇中扇辫状水道微相。其中,箱形自然电位曲线幅度中等,对应顶底突变的厚层砂岩;齿化钟形自然电位曲线与底部突变顶部渐变的正韵律岩性组合对应。

扇三角洲前缘亚相具有齿化钟形、漏斗形和齿化箱形三类自然伽马曲线响应特征。其中,齿化钟形自然伽马曲线对应厚层砂(砾)岩,水下辫状河道微相的测井响应特征。漏斗形测井响应可分为两个亚类,一类自然伽马曲线幅度中等,对应底部渐变顶部突变的反韵律薄层粉砂岩,为席状砂微相测井响应特征;另一类自然伽马曲线幅度较高,且内部有回返,对应以底部渐变顶部突变的反韵律或均质韵律的厚层细砂岩,河口坝微相测井响应特征。齿化箱形自然伽马曲线对应顶底突变的厚层含砾砂岩,是扇三角洲前缘碎屑流沉积微相的测井响应。

3.3 沉积相展布特征

Ed43砂组沉积时期,埕岛东坡沉积相类型以湖泊背景下的湖底扇和近岸水下扇为主。湖底扇分为南北两个扇体,北部扇体主体发育于第二坡折带CB826井附近,呈扇状展布;南部扇体主体发育于CBX394井附近,呈舌状展布。来自于东南部埕北30潜山带物源的近岸水下扇主体发育于断阶带附近,呈小规模扇状展布(图4a)。Ed42砂组时期,湖底扇向湖泊深处推进,南北扇体叠置连片,向深洼带延伸;近岸水下扇亦向深洼带进积,延伸至CB328井和CB32井附近(图4b)。Ed41砂组沉积时期,湖底扇相分为南北两个扇体,近岸水下扇亦萎缩(图4c),反映湖盆水体变浅;Ed32砂组沉积时期,研究区湖水进一步变浅,发育浅湖背景下的扇三角洲前缘亚相。扇三角洲砂体分为南北两个复合朵叶体,北部扇体主体发育于SH8井附近,接受埕北低凸起物源供应,沉积物供应量相对较少,平面上呈狭长的舌状分布;南部扇体主体发育于CB36井附近,接受研究区南部物源,呈扇状分布(图4d)。

4 储层物性特征及影响因素

4.1 储层物性特征

以岩心实测物性资料为基础,对埕岛东坡东营组主力含油层段的物性特征展开研究,结果显示:Ed32砂组储层物性优于Ed4砂组。Ed32砂组样品孔隙度主要为15.00%～25.00%,平均为19.47%,渗透率主要为10.00×10-3～1 000.00×10-3μm2,平均为182.39×10-3μm2,总体为中孔-中渗储层。Ed4砂组储层样品孔隙度主要为10.00%～20.00%,平均为15.70%,渗透率主要为1.00×10-3～100.00×10-3μm2,平均为43.05×10-3μm2,总体为中低孔低渗储层(表2)。

表2 埕岛东坡Ed4-Ed32砂组物性特征

4.2 沉积作用对储层物性的影响

4.2.1 沉积物特征对储层物性的影响

沉积作用和沉积过程决定了沉积物的组分、粒度和分选等性质,从而控制了岩石的原始物性。利用埕岛东坡东营组岩心样品粒度分析和物性分析数据,研究沉积物泥质杂基含量、粒度中值与分选系数与储层物性关系,探究研究区沉积作用对储层物性的影响。

粒度分析数据表明,埕岛东坡东营组储层样品泥质含量普遍低于15%。整体上样品孔隙度与泥质含量关系不明显(图5a),说明泥质含量不是控制研究区东营组储层孔隙度的主要因素;样品渗透率与泥质含量呈现较弱的负相关关系(图5b)。类似地,储层样品孔隙度与粒度正相关关系不甚明显(图5c),渗透率与粒度的负相关关系较为显著(图5d)。储层物性与泥质含量和粒度中值的上述关系,一方面反映细小的泥质碎屑尽管不会明显减少孔隙空间,但会堵塞部分孔隙喉道,降低储层渗透能力;而颗粒粒径对沉积物原始粒间孔隙空间影响较小,但受控于较小的粒径,较细粒沉积物的孔隙喉道更细,因此渗透率更低。同时,样品的孔隙度和渗透率均与分选系数呈较弱负相关关系(图5e～5f),反映储层物性更易受到碎屑颗粒均匀程度的影响。

图5 埕岛东坡东营组储层物性与沉积特征关系

4.2.2 沉积相(微相)对储层物性的影响

岩石相是沉积相的基本特征,不同岩石相之间的物性差异导致不同相带间的物性差异。研究区东营组湖底扇中扇辫状水道微相和前缘微相分别以含砾砂岩和粉-细砂岩为主,颗粒分选中等;近岸水下扇中扇辫状沟道微相主要为含砾砂岩,颗粒分选较差;扇三角洲前缘水下辫状河道微相和河口坝、席状砂微相分别以含砾砂岩和中砂岩为主,分选总体较好。统计结果表明,这三类扇体的各沉积(微)相储层物性有明显差别,是其岩石学特征的差异所致。具体表现为:扇三角洲前缘河口坝、席状砂微相物性最好,主要为中孔-中渗储层;其次是扇三角洲前缘水下辫状河道微相,物性级别为中孔-中(低)渗;再次为湖底扇中扇辫状水道微相,主要为中孔-中(低)渗储层;近岸水下扇中扇辫状沟道微相更差,物性级别主要为低孔-中(低)渗;湖底扇中扇前缘微相物性最差,物性级别主要为中(低)孔-特低渗(图6)。

图6 埕岛东坡储层物性与沉积微相关系

5 结论

1)埕岛东坡Ed4和Ed32以埕北低凸起为主要物源,同时存在东部和西南物源。

2)埕岛东坡Ed4亚段发育湖底扇和近岸水下扇相,Ed32砂组发育扇三角洲相。湖底扇主要发育于第二坡折带附近,接受西部埕北低凸起和南部的物源供应,砂体连续性较好,展布范围较大,呈具沟道的扇状展布;近岸水下扇主要发育于东部断阶带附近,接受东部的物源供应,砂体连续性较弱,展布范围较小,呈无沟道扇状展布。扇三角洲碎屑物质来源于西部和西南部,砂体连续性较弱,分为南、北两个扇体,前者呈扇状展布,后者呈舌状展布。

3)埕岛东坡Ed32砂组储层物性优于Ed4砂组,与孔隙度相比,泥质含量和粒度中值更易对储层渗透率分别产生负向和正向影响,而分选系数对储层孔隙度和渗透率均有较为明显的负向影响。

4)埕岛东坡东营组主力含油层段物性最好的沉积微相为扇三角洲前缘河口坝、席状砂,其次为扇三角洲前缘水下辫状河道,再次为湖底扇中扇辫状水道和近岸水下扇中扇辫状沟道,湖底扇中扇前缘物性最差。