扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系_以罗家油田沙四段砂砾岩体为例.pdf

第 7 卷?第 2期?高校地质学报?Vol.7?No.2?2001 年 6 月?Geological Journal of China Universities?June 2001?文章编号:1006?7493(2001)02?222?08扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系?以罗家油田沙四段砂砾岩体为例曹辉兰1,华仁民1,纪友亮2,胡文1,张善文3(1.南京大学 地球科学系;内生金属矿床成矿作用研究国家重点实验室,江苏 南京 210093;2.石油大学,山东 东营 257062;3.胜利石油管理局,山东 东营 257061)摘?要:从岩心和各类薄片资料入手,以沉积学和储层地质学为基础,结合各类分析资料,对山东沾化凹陷罗家油田沙四段砂砾岩体储层的沉积特征进行了研究。前人所提出的水下冲积扇和近岸水下扇沉积的认识,忽视了扇形沉积体的水上部分,因而改为扇三角洲沉积更为合适。扇三角洲沉积可进一步细分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲三个沉积亚相及五个微相,其中水下分流河道沉积微相的储层最为发育。详细阐述了砂砾岩体的岩性、沉积微相等沉积因素对储层物性的影响,其中粒度对砂砾岩储层物性与对砂岩储层物性的影响明显不同。关?键?词:砂砾岩体;扇三角洲;储层物性;沙四段;山东沾化中图分类号:P618.130.21?文献标识码:A陆相断陷湖盆是我国东部中、新生代的主要含油气盆地。在其发展过程中,边界断层活动的继承性和不均衡性常使古断面呈现出沟谷、山梁相间的古地貌。由季节性侵蚀河流(或冲积扇)携带沉积物入湖,快速卸载并发育的一系列扇形粗粒沉积体(统称砂砾岩体1,2)是近年来发现的重要含油气区域。但实践表明,这类储集体内部结构复杂,侧向相变快,因而,作为储层评价最基础的工作 3 5?储层沉积特征的精细描述及对储层物性影响因素的研究尤为必要和关键。其对提高勘探成功率、减少钻井风险、提高采收率和制定油气生产的勘探开发方案有着重大的影响。陈小龙等 6认为罗家油田沙四段砂砾岩体为水下冲积扇沉积,而刘家铎等7认为是近岸水下扇沉积。本文以 67 口钻井和 40 口测井及物性资料为基础,并对 11口关键钻井的岩心分别作了系统的岩石薄片、粒度、孔渗性、含油性等多项分析,在深入研究砂砾岩体的沉积特征之后,认为上述两种观点忽视了扇形沉积体的水上部分,有欠妥贴。1?地质背景罗家油田位于济阳坳陷沾化凹陷的南斜坡,南起陈家庄凸起北坡,北接渤南凹陷的南界断层,西起罗西断裂带,东至罗东断裂带(图 1)。在沙四段沉积之前,受郯庐断裂左旋平移运动8收稿日期:2000?10?18;修订日期:2001?02?26基金项目:胜利石油管理局重点科技攻关项目1.断层(fault);2.超覆线(overlap line);3.研究区(study area)?渤南凹陷南界断层(southern boundary fault of Bonan depression);?罗东断裂带(Luodong fault zone);?罗西断裂带(Luoxi fault zone)图 1?罗家油田区域位置图Fig.1?Regional map showing location of Luojia oil?field的影响,以北东?南西向的优势拉张为主,在东西两侧北西向的孤南断层和罗西断层强烈作用下,形成一北东倾的?单断山?。至沙四段沉积时,渤南、四扣洼陷大幅度沉降,陈家庄凸起断续抬升,受西北部北东向的义东断层影响,?单断山?上倾部位向下弯曲变形,由此逐渐形成罗家鼻状构造。2?砂砾岩沉积特征2.1?砂砾岩砂砾岩属于复成分砂砾岩,以砂砾岩、含砾砂岩和砾状砂岩为主,成分成熟度低。砾岩的填隙物主要为泥级细杂基(包括灰泥、云泥、粘土泥基)和砂级、粉砂级粗杂基;胶结物以碳酸盐为主,少量绿泥石和黄铁矿。砾岩的结构成熟度较低,以砾石为骨架的孔隙空间全部或部分被砂级颗粒充填,而在由砂粒组成的孔隙中,又被粘土杂基充填,构成复杂的双模态或复模态结构;常见正粒序、反粒序递变层理,其层面上常见冲刷构造和叠复冲刷构造。2.2?砂?岩砂岩主要为长石岩屑石英砂岩和长石岩屑砂岩。主要碎屑成分中石英含量 50%80%,长石为 4%20%,岩屑为 10%35%。石英次生加大现象常见,少量样品见港湾状溶蚀边;长石大多具溶蚀现象。岩屑主要为泥岩岩屑、碳酸盐岩屑和中酸性喷出岩岩屑,少量为变质岩岩屑。成分成熟度中等,分选中等-偏差。磨圆中等-差,呈次圆-次棱角状,结构成熟度较低。碎屑间以点、线接触为主。常见交错层理、平行层理、波状交错层理及生物扰动构造。3?沉积相与砂体罗家砂砾岩储层形成于半干旱、半湿润的亚热带气候条件下的沙四段沉积期,陈家庄凸起出露的中生界中酸性喷出岩、碎屑岩和下古生界花岗片麻岩 9为其提供了丰富的物质基础。在古构造、古地形和古气候的共同影响下,冲积扇直接进入浅湖区形成靠山型扇三角洲10,11粗碎屑体系。体系表现为向上变细的正粒序沉积序列。扇三角洲分为东西两个扇体,且东部扇体较西部扇体的规模大。由于距物源近,陆上部分较不发育。扇三角洲沉积可进一步划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相。3.1?扇三角洲平原亚相该相为扇三角洲的水上部分,其结构和构造表现为冲积扇的沉积特征。其最重要的标志是共生的泥岩多为氧化色(如紫红色、棕色及杂色);发育冲刷充填构造及高角度斜层理。砂砾岩在垂向上以块状韵律层叠置为特征,底部见冲刷构造。水上辫状河道和水下分流河道砂体之间的过渡关系明显。研究区平原相带分布窄,向湖方向很快过渡到水下部分。根据岩性组合、结构、构造特征细分为辫状河道和河道间微相(图 2)。2232 期?曹辉兰等:扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系?图 2?罗 10 井扇三角洲平原亚相沉积特征Fig.2?Depositional characteristics of fan?delta plain subfacies,Luo No.10 well3.1.1?辫状河道微相这类河道微相主要为浅灰色砾岩、砂质砾岩和砾状砂岩所构成。砾石成分复杂,大小不等,杂乱分布,呈次棱角-棱角状,分选差。砾岩多为碎屑支撑,砾石间多为混合杂基充填,发育块状构造、递变层理及高角度斜层理。此外,辫状河道砂砾岩中以发育众多的冲刷面为特征,反映洪水的频繁冲刷和充填过程。在水体能量最强处,细杂基被冲刷掉,往往形成同级颗粒支撑的砾岩。它在测井曲线上表现为正旋回特征,单个旋回为齿化或弱齿化的钟形和箱形,曲线组合形态为多个钟形或箱形的垂向叠加。其粒度分布表现为粒级分布广、斜率小、截点不明显等特征;粒度概率曲线主要呈直线型一段式,部分样品表现为斜率比较小的二段式。3.1.2?河道间微相其是洪水溢出辫状河道后在河道侧缘沉积而成。岩性主要为紫红色、棕色、杂色泥岩夹泥质粉砂岩及粉砂岩。此套沉积在垂向上和平面上夹于辫状河道之间;在测井曲线响应上表现为较薄层的低幅平直或微齿化曲线。224?高?校?地?质?学?报?7 卷3.2?扇三角洲前缘亚相该亚相是扇三角洲沉积的主体,也是砂体最发育部位,处于水下,分布范围最大,可进一步划分为水下分流河道、河口坝及河道间三个沉积微相(图 3)。图 3?邵 56 井扇三角洲前缘亚相及前扇三角洲亚相沉积特征Fig.3?Depositional characteristics of fan?delta front subfacies and profandelta subfacies,Shao No.56 well3.2.1?水下分流河道微相随着平原亚相辫状河道向湖推进,河道变宽变浅,分叉增多,形成水下分流河道,并随水流的消能,常发生淤塞而改道,故该相沉积物中纵横向不均一性甚强,分选不好。沉积物主要为2252 期?曹辉兰等:扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系?砾状砂岩、含砾砂岩和砂岩,砾岩量少,以颗粒支撑为主,并具斜层理、平行层理,局部见砾石定向排列及小型冲刷面和滞留砾石、泥砾。其自然电位曲线主要为典型的箱形,也可因水道的进积而形成漏斗形上叠箱形的复合型,以及因水道退缩则成钟形叠在箱形之上的复合型。3.2.2?河口坝微相河口坝实际上是水下分流河道向盆地方向的延伸。沉积物粒度变细,由油浸细砂岩、粉砂岩或含油斑的含砾细砂岩组成;岩心可见清晰的交错层理和斜层理,冲刷面少见,上部常见波状交错层理和波状层理。自然电位曲线为齿化的漏斗-钟形和钟形,反映沟道冲刷作用减弱。3.2.3?水下分流河道间微相河道间缺乏稳定的泥岩沉积,主要是灰绿色至灰色块状或具水平层理的砂质、粉砂质泥岩夹薄层或透镜状砂岩。在垂向相序上介于水下分流河道之间,由于水下分流河道的冲刷力强,改道频繁,一旦发生改道,这些沉积物被冲刷变薄,甚至全部被冲刷掉。自然电位曲线多为齿状、指状或齿化钟形。3.3?前扇三角洲亚相该亚相位于扇三角洲的最前缘并与湖泊相过渡。岩性为灰色泥岩夹薄层云质粉砂岩、细砂岩和碳酸盐岩互层,具水平层理。自然电位曲线呈指状或齿状(图 3)。4?储层沉积特征与储层物性关系储层沉积特征与储层物性关系实质上是沉积环境对砂体类型及其孔渗物性特征的控制12 14。沉积环境主要包括岩石性质和沉积(微)相。4.1?岩性因素(1)碎屑的成分与杂基类型长石、碳酸盐岩屑等不稳定组分含量较高的砂砾岩体储层,孔隙度值较高。这主要是由于长石、碳酸盐岩屑容易溶解形成溶蚀孔隙所致。就含油性而言,粗杂基含量高的砾岩比细杂基含量高的砾岩好;若细杂基含量超过 15%,含油性就变得很差,原因在于细杂基支撑的砂砾岩有利于机械压实,而抑制了地下酸性流体的活动,不利于储层的改造。(2)岩石颗粒的粒度砂砾岩储层的粒度中值与孔渗性呈不对称的抛物线型关系(图 4),与砂岩储层特征4明显不同。前者当粒度中值大于 1?时,随粒度增加孔渗性呈减少趋势。(3)沉积构造孔渗性好的砂砾岩多是块状层理和平行层理的中细砂岩及含砾粗砂岩,含油性较好;而具波状层理、递变层理的砾岩或砂岩的次生孔隙较不发育,含油性较差(表 1)。主要原因在于块状或平行层理砂岩形成时的水动力条件强,分选性好,杂基含量较低,具颗粒支撑结构,有利于原生孔隙的保存,而波状层理等砂砾岩不具备这些条件。4.2?沉积(微)相的控制不同沉积微相内水动力条件不同,因而形成的砂体类型也不同。其岩性、粒度、分选、填隙物特征以及砂体的岩相组合、时空展布特征均不相同,结果导致不同微相内的砂体物性特征各不相同。统计各种沉积微相砂砾岩的孔隙度、渗透率分布(图 5)表明,扇三角洲前缘水下分流河道砂砾岩体物性最好。226?高?校?地?质?学?报?7 卷图 4?砂砾岩储层孔隙度、渗透率与粒度中值的关系Fig.4?Relationship of the mean grain size with the porosity and permeability of reservoirs表 1?砂砾岩体沉积构造与储层孔渗性关系Table 1?Relationship of sedimentary structure with the porosity and permeability of reservoirs相类型层理类型杂基含量(%)孔隙度(%)渗透率(?10-3?m2)含油性样品数扇三角洲前缘水下分流河道块状层理中细砂岩含砾砂岩6.817.8108含油样品占40%,多含油均匀30扇三角洲前缘水下分流河道平行层理中细砂岩,粗砂岩及含砾砂岩5.726.7350含油样品占45%含油均匀41扇三角洲平原递变层理砾岩(杂基支撑)104.7 10含稠油不均4扇三角洲平原辫状河道块状层理砾岩(颗粒支撑)101280含稠油沥青5扇三角洲前缘河口坝及河道间波状层理砂岩斜层理砂岩7.410.612含油不均6图 5?砂砾岩体沉积微相与储层孔渗性的关系Fig.5?Relationship of sedimentary microfacies with the porosity and permeability of reservoirs2272 期?曹辉兰等:扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系?5?结?论(1)罗家油田沙四段主要为扇三角洲砂砾岩体储层,划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲三个亚相及五个微相,其中扇三角洲前缘水下分流河道砂体为主要储集层。(2)影响砂砾岩体储层物性的沉积因素主要是岩石成分和杂基的类型、颗粒的粒度、沉积构造和沉积微相。其中与砂岩储层明显不同的是粒度对储层物性的影响。致谢?本文在现场资料收集和采样工作中自始至终都得到了胜利石油管理局地质科学研究院王永诗、王智邦室主任,常国贞、帅苹、毕彩琴等工程师们的大力支持与帮助;完稿后,承南京大学地科系林春明博士后审阅,特致谢忱。第一作者简介:曹辉兰,女,28岁,矿床学专业博士研究生。参考文献(References):1?王宝言,朱明,刘玉浩.含油气盆地扇体勘探经验、技术与方法-以东营凹陷为例.胜利油田地学开拓者基金委员会编.胜利油区勘探开发论文集.北京:地质出版社,1997.1?24.Wang Baoyan,Zhu M ing,Liu Yuhao.Exploration ex?periences,technologies and methods of fan bodies in oil?and gas?bearing basin?T aking the Dongying Depression for anexample.见:The Fund Committee of Geoscience Exploiter of Shengli Oilfield ed.Proceedings of the ex ploration and ex?ploitation of Shengli Oilfield.Beijing:Geological Publishing House,1997,1?24.2?Gawthorpe R L,Hurst J M,Sladen C P.Evolution of Miocene footwall?derived coarse?grained deltas,Gulf of Suez,E?gypt:Implication for exploration.AAPG,1990,74:1077?1086.3?裘亦楠.中国陆相碎屑岩储层沉积学的进展.沉积学报,1992,10(3):135?139.Qiu Yinan.Developments in reservoirsedimentology of continental clastic rocks in China.Acta Sedimentologica Sinica,1992,10(3):135?139.4?戴启德,纪友亮,主编.油气储层地质学.山东东营:石油大学出版社,1996.1?2.Dai Qide,Ji Youliang,eds.Reser?voirs geology of oil and gas.Dongying:University of Petroleum Press,1996,1?2.5?Blamc R J.Geometry of sandstone reservoir bodies.AAPG,1992,18:133?190.6?陈小龙,庄博,张秀芝.罗家油田沙河街组储集层成岩相与储集特征.石油勘探与开发,1998,25(6):16?19.ChenXiaolong,Zhuang Bo,Zhang Xiuzhi.T he diagenesis and characteristics of reservoirs in Shahejie Formation in Luojia area,Jiyang Sag.Petroleum Exploration and Devlopments,1998,25(6):16?19.7?刘家铎,田景春,何建军,等.近岸水下扇沉积微相及储层的控制因素研究?以沾化凹陷罗家鼻状构造沙四段为例.成都理工学院学报,1999,26(4):365?369.Liu Jiaduo,T ian Jingchun,He jianjun,et al.A study of sedimentary mi?crofacies and controlling factors of the reservoirs of the nearshore subsequeous fan.Journal of Chengdu U niverswity of Tech?nology,1999,26(4):365?369.8?徐家炜.郯?庐断裂带的平移运动及其地质意义.见:国际交流地质学术论文集 1.北京:地质出版社,1980.129?142.Xu Jiawei.Horizontal displacement along the Tan?Lu fault zone and its geological significance.In:Proceedings of the In?ternational Exchange in Geology(1).Beijing:Geological Publishing House,1980,129?142.9?王秉海,钱凯.胜利油区地质研究与勘探实践.东营:石油大学出版社,1992.23?42.Wang Binghai,Qiankai.Geolog?ical research and exploration of Shengli Oilfield.Dongying:University of Petroleum Press,1992,23?42.10?冯增昭,王英华,刘焕杰,等.中国沉积学.北京:石油工业出版社,1994.435?439.Feng Zengzhao,Wang Yinghua,Liu huanjie,et al.Sedimentology of China.Beijing:Petroleum Industry Press,1994,435?439.11?王良忱,张金亮.沉积环境和沉积相.北京:石油工业出版社,1996.176?195.Wang Liangchen,Zhang Jinliang.Sedi?mentary environments and facies.Beijing:Petroleum Industry Press,1996,176?195.228?高?校?地?质?学?报?7 卷 12?裘亦楠,薛叔浩,应凤祥,等.中国陆相油气储集层.北京:石油工业出版社,1994.156?198.Qiu Yinan,Xue Shuhao,Ying Fengxiang,et al.Reservoirs of continental oil and gas in China.Beijing:Petroleum Industry Press,1994,156?198.13?Xue L Q,Galloway W E.Fan?delta,braid delta and classification of delta systems.Acta Geologica Sinica,1991,4:387?400.14?冯增昭,主编.沉积岩石学(下册).北京:石油工业出版社,1993.74?84.Feng Zengzhao,ed.Sedimentary petrology(part two).Beijing:Petroleum Industry Press,1993,74?84.Depositional Characteristics of Sandstone and ConglomerateReservoirs of Fan Delta and Relationship toReservoirs?Physical Properties?Taking the Fourth Member of Shahejie Formation,Luojia Oilfield,Zhanhua Depression for An ExampleCAO Hui?lan1,HUA Ren?min1,JI You?liang2,HU Wen?xuan1,ZHANG Shan?wen3(1.Nanj ing University,StateKey Laboratory f or Mineral Deposits Research,Nanj ing 210093,China;2.Petroleum University,Shandong Dongying 257062,China;3.Shengli PetroleumAdministration,Shandong Dongying 257061,China)Abstrace:Based on the sedimentology and reservoir geology,combined with drilling,logging andanalytical data,depositional characteristics of sandstone and conglomerate bodies?reservoirs forthe fourth member of the Shahejie Formation in the Luojia oilfield are studied in detail.Therusults show unacceptability of some previous cognition.As to depositional environment of fan de?posits,the conception of fan delta is better than the nearshore subaqueous fan and the subaqueousalluvial fan.According to the characteristics of sandstone and conglomerate bodies,the fan?deltascan be subdivided into three subfacies and five microfacies.It is elaborated that physical properties of reservoirs are effected by lithological properties,sedimentary microfacies and other factors.The porosity and permeability of reservoirs of sand?stone and conglomerate bodies is improved by dissolution of feldspar and carbonate rock?frag?ments.However,it would be decreased awfully with increase of fine matrix and carbonate con?tents.A style of parabola isshown in the relationship of the mean grain size with the porosity andpermeability of the reservoirs which is greatly different from sandstone reservoirs.The oil?bearingproperties of the packsand and the pebbled gritstone with parallel bedding and homogeneous bed?ding is better than glutinite with wavy bedding and graded bedding.Among all microfacies classi?fied,the best reservoir is developed in subaqueous distributary channels.Key words:sandstone and conglomerate bodies;fan delta;depositional characteristics;physicalproperties of reservoirs;the fourth member of Shahejie Formation2292 期?曹辉兰等:扇三角洲砂砾岩储层沉积特征及与储层物性的关系?