西湖凹陷平湖斜坡有利相带内储层非均质性成因新认识

New Insights into Reservoirs Heterogeneous Genesis of Favorable Facies in Pinghu Formation, Xihu Depression

摘要

河流-潮汐双向水流沉积环境中，水体方向、动力、化学属性变化频繁，储层矿物基础、成岩过程复杂多变、物性非均质性强，一直是制约其勘探开发的难点.以中国东海西湖凹陷平湖组为例，针对河流-潮汐背景中潮道和水下分流河道两种高能沉积微相，通过岩心观察、孔渗测试、光镜等方法，从物质基础、物性规律、主控因素3个方面开展研究.结果表明：（1）潮道中上部物性好，孔隙度平均18%、渗透率平均120 mD（1 mD≈10^-3 μm²），而潮道底部致密，孔隙度平均4%、渗透率平均0.05 mD；呈现非均质性的主要原因是碳酸盐胶结导致底部致密；（2）水下分流河道上部物性好，孔隙度平均5%、渗透率平均70 mD，而水下分流河道底部致密，孔隙度平均1%、渗透率平均0.01 mD；呈现非均质性的主要原因是高岭石充填导致底部致密.上述研究明确了西湖凹陷平湖组2种优势微相的非均质性成因，对深化河流-潮汐背景下储层非均质性规律及成因机制具有重要的理论指导意义；技术方法、研究成果可应用于东海盆地低渗砂岩储层油气勘探，对于中国近海、国外区块的深层碎屑岩储层油气勘探亦具有重要推广借鉴意义.

关键词

近海 / 深层 / 非均质性 / 碳酸盐岩 / 高岭石 / 石油地质学

Key words

offshore / deep-buried / non-homogeneous / carbonate / kaolinite / petroleum geology

在全球油气资源供应日趋紧张的形势下，随着浅层油气勘探开发不断深入，难度日益加大，将目标转向深层（埋深>3 500 m）已成为必然趋势（钟大康等，2008；胡文瑞等，2013；冯佳睿等， 2016）.全球深层资源潜力巨大，探明和控制可采储量的63.3%分布于碎屑岩，是重要的勘探开发目标（童晓光等，2014；杨海军等，2019）.然而，深层碎屑岩储层大多经历了复杂的演化过程和强烈的成岩改造，在深埋藏、强非均质性、低孔渗背景下，寻找相对优质储层难度较大（操应长等，2013；张凯逊等，2016；姜平等，2021；张莉等，2021；吴克强等，2023）.

深层碎屑岩储层物性控制因素研究表明：沉积作用控制着储层原始物性，而成岩改造增加了储层的复杂性（于兴河和李胜利，2009；潘荣等，2014；杨文霞等，2023）.优质储层形成受构造运动、沉积环境、埋藏方式等背景条件下的温度、压力、流体因素控制，具体包括：原始沉积物的成分、结构、构造等，演化过程中异常高压、烃类注入、热循环对流、膏盐效应等伴随的压实、胶结、溶解作用等（孙龙德等，2013；张功成等，2019；Gong et al.，2023）.

中国东海盆地西湖凹陷油气勘探已历时40余年，中浅层油气勘探程度相对较高（顾惠荣等，2002；蒋海军等，2011；刘金水等，2012），深层已成为下一步勘探的潜力区.西湖凹陷生烃潜力大（高伟中等，2015；吴嘉鹏等，2017），但探明大中型油气田少，油气分布具有“小而散”的一般特征（胡明毅等，2013；周心怀等，2019）.钻井成本高、探井预测成功率低，限制了研究区勘探开发的商业价值.

研究区前期工作发现，沉积因素不能完全解释现今储层非均质性的成因：相邻井位、相同沉积微相物性、产能均存在差异，且砂体内部往往“气-干互层”、纵向变化大.这一现象表明深层碎屑岩成岩期经受强烈改造，储层非均质性进一步增强.就潮道和水下分流河道而言，属于水陆交互环境沉积的高能相带，具有粒度粗、分选好的沉积特征，是碎屑岩中优质储层的典型代表（谢晓军等，2021）.然而，潮道和水下分流河道两种高能微相储层物性存在极强的非均质性，标志着以优质沉积相为有利预测目标的井位部署思路在深层勘探中并不完全适用，不能满足深层碎屑岩储层地质复杂性和特殊性的需求，存在极大的预测风险.

因此，本文针对深层碎屑岩储层非均质性强、成因不清的问题，以中国东海西湖凹陷平湖组为例，通过岩心描述、孔隙率和渗透率测试、光学、电学观察等实验方法，重点讨论3个问题：（1）储集物质基础特征；（2）储层非均质性规律；（3）储层非均质性成因.以此，揭示有效储层发育控制因素和作用机理，对深化深层油气勘探开发具有重要的理论指导意义和实际生产价值.技术方法、研究成果可应用于东海盆地低渗砂岩储层油气勘探，对于中国近海、国外区块的深层碎屑岩储层油气勘探亦具有重要推广借鉴意义.

1 区域地质概况

本文以东海盆地西湖凹陷平湖斜坡始新统平湖组砂岩为研究对象，研究区位于东海盆地西湖凹陷平湖斜坡（图1），目的层埋深普遍在3 500~4 500 m范围内，是典型的深层碎屑岩储层（于水，2020）.构造上，西湖凹陷总体为张应力背景形成的复杂半地堑，构造背景具有断陷、断坳转换、坳陷及沉降的多期叠合特征（周心怀等，2019）.沉积上，平湖组砂岩沉积于断坳转换期，总体属于西北陆缘、东岛阻隔、南部开口的半封闭海湾环境；西侧高部位物源注入，东侧低部位潮汐改造（周心怀等，2019）.河流与潮汐共同控制沉积体展布，沉积环境主要为三角洲和潮坪，共发育5种微相类型：水下分流河道、河口坝、砂坪、潮道及混合坪.

其中，以潮道、水下分流河道发育最普遍且物性最优（谢晓军等，2021）.然而，通过物性分析发现：虽然潮道和水下分流河道物性相对较好，但其本身仍具有极强非均质性（图2），这严重阻碍了有利储层优选.因此，本文针对潮道、水下分流河道2种优势微相开展研究，探索其非均质性规律和成因机制，以此深入认识西湖凹陷平湖组储层属性.

2 储集物质基础特征

2.1　潮道

潮道岩性以灰白色中砂岩、细砂岩为主；测井GR曲线呈现明显的箱型特征；沉积构造可见块状、交错、脉状、透镜状层理发育，双黏土层和羽状交错层理是潮道微相的指示性标志（图3）.原始矿物组成和沉积构造均一，表明了同一沉积环境岩石学特征的均一性质.

2.2　水下分流河道

水下分流河道岩性主要为灰白色中砂岩、含砾中砂岩；测井GR曲线表现为箱型；沉积构造方面，平行层理、槽状、楔状交错层理、冲刷面等均体现出河道的沉积特征（图4）.岩性和沉积构造具有典型的韵律性，指示水下分流河道的多期叠加特征；同时，黏土矿物（高岭石）在水下分流河道底部含量明显增高，也呈现周期性规律（见3.2部分）.

3 储层非均质性规律

3.1　潮道

整体上，潮道呈中上部物性好，而底部致密的非均质现象.潮道中上部孔隙度平均为18%、渗透率平均为120 mD（1 mD≈10^-3 μm²），物性较好；潮道底部孔隙度平均仅为3.8%，渗透率平均仅为0.04 mD，呈现致密特征（图5a）.从潮道底部孔渗资料可以看出，孔隙度、渗透率、面孔率迅速降低，在0.5 m以内的深度范围，由高孔渗的优质储层转变为致密的非储层（图5b）.

3.2　水下分流河道

水下分流河道物性亦呈现一定的周期性特征，单期水下分流河道自上到下孔隙度、渗透率、面孔率降低.通过与沉积微相叠合分析可知，物性和黏土矿物（高岭石）的周期性增减规律与水下分流河道周期性叠加规律具有一致性.研究发现，水下分流河道中上部部物性好，孔隙度平均为5%、渗透率平均为70 mD，而水下分流河道底部致密，孔隙度平均仅为1%、渗透率平均仅为0.01 mD（图6）.

4 储层非均质性成因分析

4.1　潮道

从物质基础来看，潮道的原始矿物组成、沉积构造均表现出均一性（图3），由此推断，潮道的原始储集空间也应该是均一的.然而，潮道却呈现了中上部物性好而底部物性差的强非均质性特征.这表明，深层碎屑岩成岩期经受强烈改造，沉积因素不能完全解释现今储层非均质性的成因.统计发现，碳酸盐胶结物含量与孔隙度、渗透率具有强负相关性（图7），随着碳酸盐胶结物的增加，储层物性具有明显下降趋势，且碳酸盐胶结物含量均在潮道底部呈现高值.由此推断，碳酸盐胶结导致了潮道底部致密化，是潮道物性呈现非均质性的主要原因.

微观镜下同样能够观察到潮道物性的非均质特征（图8）.潮道上部，颗粒以线接触方式排布，表明压实作用强，发育溶蚀孔隙，从溶蚀残余矿物具有长石的特征，表明孔隙是长石溶蚀后的产物；孔隙度达到21%，渗透率达到140 mD，表现出高孔高渗特征.潮道中部，颗粒以悬浮方式排布，表明压实作用弱，能够观测到长石溶蚀后的铸模孔，且碳酸盐晶体发育，偏光下无色透明、正交光为高级白，具自形菱形切面，证明为白云石，孔隙度降低到11%，渗透率降低到0.25 mD，表现出中孔低渗特征.潮道底部，颗粒仍然以悬浮方式排布，而白云石胶结物含量增加，孔隙不发育，表现出低孔低渗特征.研究表明：白云石胶结物可能来源有长石溶蚀、黏土矿物转化、碳酸盐岩岩屑溶蚀、铝硅酸盐矿物水化以及淡海水混合效应等（Morad et al.，2000）.前4种来源白云石均具有形成时期晚且含量低的特点，故淡海水混合效应更符合微观镜下岩矿特征以及潮道海陆交互环境的地质背景.成岩序列表明，碳酸盐胶结物（白云石）形成时期早于压实时期，使得潮道底部迅速致密化，也阻碍了后期与流体之间的水岩作用，次生孔隙亦不发育.

4.2　水下分流河道微相

从物质基础来看，水下分流河道的原始矿物组成、沉积构造均表现出周期性特征（图4），指示了多期水下分流河道叠加的特征.同时，叠加的多期水下分流河道也具有周期性特征，单期水下分流河道自上到下物性降低，呈现上中部孔渗较高而底部致密的强非均质性特征.统计发现，高岭石含量与孔隙度、渗透率具有强负相关性（图9），随着高岭石的增加，储层物性具有明显下降趋势，且高岭石含量均在潮道底部呈现高值.由此推断，高岭石导致了水下分流河道底部致密化，是水下分流河道物性呈现非均质性的主要原因.

微观镜下同样能够观察到水下分流河道物性的非均质特征（图10）.水下分流河道中上部，颗粒之间多以线接触方式为主、黏土矿物含量低、孔隙以溶蚀孔隙为主，可见长石溶蚀残余、石英加大、碳酸盐胶结物.水下分流河道底部，颗粒多以悬浮方式接触，颗粒间被黏土矿物充填，通过光镜、电镜观察判定，黏土矿物主要为书页状/手风琴状的高岭石.同时，颗粒压实、溶蚀、胶结、次生加大等成岩现象均未有发现，黏土矿物充填粒间孔隙的时期，早于物理成岩和化学成岩，阻止了颗粒的压实和水岩反应的发生，是导致水下分流河道底部致密化的主要原因.通过微观镜下岩矿特征可以看出，高岭石具有水下分流河道底部发育、孔隙充填形势产出、书页状/手风琴状晶型等特征，推测高岭石是水下分流河道沉积时期强水体下切早期沉积泥质而重结晶产物.

5 结论

中国东海西湖凹陷平湖组潮道和水下分流河道两种高能微相储层物性存在极强的非均质性，标志着以优质沉积相带为有利预测目标的井位部署思路在深层勘探中并不适用，不能迎合深层碎屑岩储层地质复杂性和特殊性的需求，存在极大的预测风险.因此，本文针对潮道、水下分流河道2种优势微相开展研究.研究表明：潮道中上部物性好，孔隙度平均18%、渗透率平均120 mD，而潮道底部致密，孔隙度平均4%、渗透率平均0.05 mD，呈现非均质性的主要原因是碳酸盐胶结导致底部致密；水下分流河道中上部物性好，孔隙度平均5%、渗透率平均70 mD，而水下分流河道底部致密，孔隙度平均1%、渗透率平均0.01 mD，呈现非均质性的主要原因是高岭石充填导致底部致密.上述研究明确了西湖凹陷平湖组2种优势微相的非均质性成因，对深化河流-潮汐背景下储层非均质性规律及成因机制具有重要的理论指导意义；技术方法、研究成果可应用于东海盆地低渗砂岩储层油气勘探，对于中国近海、国外区块的深层碎屑岩储层油气勘探亦具有重要推广借鉴意义.

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基金资助

“十三五”国家科技重大专项(2016ZX05024002)

中国博士后科学基金(2021M693543)