引用本文

Yang Shengchao,Qiu Longwei,Lui Kuiyuan,et al.Characteristics and classification and evaluation of lacustrine carbonate reservoir of the fourth member of Shahejie Formation of Shaojia Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(4):628-638.[杨生超，邱隆伟，刘魁元，等.渤海湾盆地济阳坳陷邵家洼陷沙四段湖相碳酸盐岩储层特征与分类评价[J].天然气地球科学，2016,27(4):628-638.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.04.0628

渤海湾盆地济阳坳陷邵家洼陷沙四段湖相碳酸盐岩储层特征与分类评价

杨生超¹ ，邱隆伟¹ ，刘魁元²，韩霄³，姜嘉诚⁴，单宝杰²，刘连启² 

关键词： 邵家洼陷       渤海湾盆地       湖相碳酸盐岩       储层特征       分类评价      

中图分类号:TE122.2      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)04-0628-11

Characteristics and classification and evaluation of lacustrine carbonate reservoir of thefourth member of Shahejie Formation of Shaojia Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

Yang Sheng-chao¹ ，Qiu Long-wei¹ ，Liu Kui-yuan²，Han Xiao³，Jiang Jia-cheng⁴，Shan Bao-jie²，Liu Lian-qi² 

Key words： Shaojia Sag;       Bohai Bay Basin;       Lacustrine carbonate;       Reservoir characteristics;       Classification and evaluation ;      

引言

湖相碳酸盐岩在地质历史时期分布比较局限，人们对其重视与研究程度较低^[1,2]，是沉积学研究领域的薄弱环节^[3,4]。近些年研究发现，湖相碳酸盐岩具有良好的生油潜力和储油能力^[5-9]，并逐渐成为石油地质学家的研究热点之一。渤海湾盆地济阳坳陷邵家洼陷沙四段湖相碳酸盐岩较为发育，是胜利油田重要的增储领域，自2007年以来，部署的多口探井均具有较好的油气显示，展示了较好的勘探前景。 然而，与碎屑岩储层相比，碳酸盐岩储层特征更为复杂，沉积作用、岩石类型与成岩作用等因素对储层物性的影响更为显著。研究区沙四段湖相碳酸盐岩储集层岩石类型丰富、储集空间类型多样、成岩作用复杂，具有相带窄、相变快、非均质性强，有利储层预测困难的特点^[10]。前人对该区储层特征的研究，大多是对储集层整体特征进行描述，而对有利储层特征与有利储层的划分标准缺乏深入研究，因此研究区有利储层展布规律不清晰。 针对以上问题，本文利用薄片鉴定、岩心观察、测井资料以及实测物性等资料对渤海湾盆地济阳坳陷邵家洼陷沙四段湖相碳酸盐岩储集层特征进行了研究，并建立了一套湖相碳酸盐岩储层分类评价标准。综合沉积因素、岩石特征、成岩因素以及实测物性资料，对湖相碳酸盐岩有利储集层进行了分类评价，并借助测井资料对各类储集层进行识别，最终预测有利储层空间展布范围，为下一步优选勘探目标提供一定参考。

1 区域地质概况

邵家洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷的西南部，北与义和庄凸起相邻，南靠陈家庄凸起，东与四扣洼陷相连，是沾化凹陷内一个北东东—南西西走向的次级负向构造单元^[11]。研究区馆陶组、东营组、沙河街组及奥陶系等均发育含油层系^[12]，其中沙河街组四段(以下简称“沙四段”)的湖相碳酸盐岩为主力含油层系之一。研究区沙四段湖相碳酸盐岩发育广泛（图1），总体岩性以灰岩为主，白云岩含量相对较少，其中，礁(藻)白云岩、生物灰岩、砂屑灰(云)岩、泥晶灰(云)岩以及泥灰岩等岩石类型发育齐全，且各类岩石储层特征差异较大。利用地震资料、测录井资料结合岩心观察与薄片鉴定，识别出邵家洼陷沙四段沉积时期主要发育滨浅湖、半深湖，且碳酸盐岩主要发育于滨浅湖中的近岸灰岩滩、远岸灰岩滩与生物礁中^[11]。

2 湖相碳酸盐岩储层特征

2.1 岩石类型

通过对邵家洼陷沙四段200余块岩石薄片进行观察鉴定，发现研究区湖相碳酸盐岩类型主要为礁(藻)白云岩、生物灰岩、砂屑灰(云)岩、泥晶灰(云)岩以及泥灰岩，岩石特征概括如下： 礁(藻)白云岩由原地生长的造礁生物(如枝管藻)经过障积作用形成，岩石成分以白云石为主，含少量亮晶方解石胶结物[图2(a),图2(b)]，一般经历较强的白云岩化作用。多发育在强水动力环境的礁核相中。生物灰岩，由藻粒与介壳等生物颗粒组成，常被方解石交代，颗粒边缘具马牙状或栉壳状的亮晶方解石胶结物[图2(c)]。多发育于滨浅湖高能生物滩沉积环境中。砂屑灰(云)岩，成分以泥晶方解石为主，泥晶与亮晶胶结物较发育，可见少量生物碎屑[图2(d)]，由浪基面附近破碎的灰泥质沉积物经过再沉积作用形成。泥晶灰(云)岩，主要成分为泥晶碳酸盐岩，含少量泥质组分，结构相对致密均一，颗粒组分含量较少[图2(e)]。常发生白云岩化作用产生一定的晶间孔，较好地改善了储集性能。多发育在浪基面以下的安静水体中。泥灰岩，为灰岩向泥岩过渡的一种岩石类型，含较多泥质组分，常含少量生物介壳碎片等[图2(f)]。多发育在沉积水体能量低的岸滩或浅湖灰泥坪沉积环境中。

2.2 沉积类型

综合利用岩心观察与岩石薄片鉴定，并结合测录井资料与地震资料分析，发现研究区湖相碳酸盐岩主要分布在义东至义南断阶带，以及邵家洼陷南部斜坡和罗家鼻状构造带等水体较浅的地区。湖相碳酸盐岩主要发育在滨浅湖的生物礁、近岸灰岩滩和远岸灰岩滩沉积相带中。

(a)义东25井,3 226m,藻礁白云岩,(-)×50；(b)义东25井,3 228m,枝管藻礁白云岩,(-)×50；(c)邵25井,2 314.4m,生物灰岩,(-)×50；(d)邵13井,2 801.5m，砂屑灰岩,(-)×50；(e)邵10井,2 702m,泥晶灰岩,(-)×50；(f)邵10井,2 695m,生屑泥灰岩,(-)×50 生物礁发育于断阶带或水下高能坡折带，受物源影响较小，主要发育在紧邻义和庄凸起的义东断裂带上（图3）。岩石类型以藻云岩为主，约占总量的25%，其次为内碎屑灰岩与内碎屑云岩，分别占21%与19%，其他类型岩石发育的相对较少[图4(a)]。 近岸灰岩滩发育于离岸较近的环境，水动力较弱，分布范围局限，主要在靠近义南断层的邵家北部地区发育（图3）。主要发育生屑/砂屑云(灰)岩和生屑/砂屑泥晶灰岩等岩石类型。其中，内碎屑灰岩含量最高，超过总体含量的50%，此外还发育有部分粉屑—生物灰岩、生物灰岩、泥晶灰岩以及泥灰岩，其他岩石类型较少见[图4(b)]。 远岸灰岩滩发育于缓坡带浪基面附近水体能量较高的部位，总体能量较强。在邵家洼陷南部缓坡带，在邵54井与义64井周围较为发育（图3）。在水动力较强的环境下常发育鲕粒灰岩、砂屑灰岩及生屑灰岩，而在相对低能的环境下则发育泥晶(生屑)灰岩、砂屑/泥晶灰岩。其中，泥晶灰岩与生物灰岩含量最高，分别占总体含量的33%与22%，内碎屑云岩也较发育，含量为14%，鲕粒灰岩等其他岩石类型发育均不足10%[图4(c)]。 通过统计不同沉积相带中各种岩石含量，发现不同沉积相带中各种碳酸盐岩的类型与含量差异较大（图4），可见沉积相带对碳酸盐岩的发育具有明显控制作用。

2.3 储集空间类型

2.3.1 原生孔隙

研究区原生孔隙主要为体腔孔、格架孔与粒间孔。体腔孔主要发育在生物礁储层中，以灰质礁白云岩中藻类体腔孔为典型代表，常呈规则圆形或管状，部分孔隙被原油或者沥青质充填[图5(a)]，为较好的储集类型；格架孔一般由枝管藻等藻类的生长格架或黏结格架支撑形成，主要发育在生物礁相带内，孔隙的体积较大且连通性较好，且常被沥青质充填[图5(b)]，孔隙内部可见少量晶粒状白云石或方解石胶结物；粒间孔多发育在水体能量较高的鲕粒灰岩或者藻粒灰(云)岩中，孔隙常受到压实作用、胶结作用等成岩作用的轻微改造而保存下来[图5(c)]，该类孔隙连通性较好，是远岸灰岩滩的重要储集空间类型。

2.3.2 次生溶孔

次生溶孔是研究区主要的储集空间类型。从发育类型与规模上看，主要以粒内溶孔、铸模孔为主，晶间孔相对较少。粒内溶孔是在颗粒内部发生部分溶解而产生的孔隙，主要是由地层水对生屑颗粒或砂屑颗粒的选择性溶蚀作用而成，孔隙内部常有亮晶方解石或白云石残余[图5(d)]；铸模孔是在碳酸盐岩中，生物介壳或砂屑等颗粒组分被完全溶蚀后留下的孔隙，一般呈近圆形、椭球形等形态，且孔隙较为孤立，连通性差[图5(e)]，该类孔隙主要发育在远岸灰岩滩的高能部位；晶间孔主要发育在白云岩化作用或重结晶作用较强的岩石中，孔隙常表现为晶粒间或者不同期次胶结物之间的细小孔隙[图5(f)]，由于扩溶作用，偶见晶间扩容缝的伴生[图5(g)]，该类孔隙不仅提供了储集空间，同时也改善了储层的渗透性,为后期的溶蚀作用创造了条件，对储层的改造具有重要作用。

2.3.3 裂缝

研究区发育的裂缝主要为溶蚀缝与构造缝。其中，溶蚀缝多发育在地层流体活动较强的区域，一般由成岩收缩缝或晶间孔的扩溶作用形成，裂缝走向不固定，裂缝面弯曲[图5(g)]；在一定构造应力下，碳酸盐岩容易产生构造缝，通过微观薄片分析与宏观岩心观察，构造缝一般较为平直，具一定方向性，成组出现，角度较高，并且部分被原油或沥青质充填[图5(h)，图5(i)]。溶蚀缝与构造缝对提高储层渗流能力贡献较大，增加成岩流体的活动空间，对有利储层的形成具有重要意义。

2.4 成岩作用类型

2.4.1 压实作用

压实作用使得生物介壳呈定向排列，碳酸盐岩颗粒紧密接触，粒间充填大量灰泥质[图6(a)]，有时可见颗粒内部发生结构变形等现象。压实作用在无骨架的灰泥质碳酸盐岩中最为显著，强烈的压实作用使储集层原生孔隙急剧减小，限制了成岩流体的活动，使碳酸盐岩后期改造变得十分困难。

2.4.2 胶结作用

研究区胶结作用广泛发育，在具礁藻格架的灰质礁白云岩中最为典型，可见3期碳酸盐岩胶结物。第1期为栉壳状白云石，围绕颗粒边缘生长，呈厚度均匀的环带状，易于受到后期改造。第2期为自形—半自形晶粒状白云石，围绕着第1期带状白云石胶结物生长，常被黑色沥青质包围，该期胶结作用受到大气淡水作用的影响，胶结时间短,速度快。第3期为连晶方解石胶结，将藻格架孔隙完全充填，对孔隙的破坏程度最强，与原油的充填关系表明该期胶结发生在油气充注之后[图6(b)]。胶结作用对碳酸盐岩储集层往往具有双面性，在减小原生孔隙的同时，也减缓了压实作用^[13,14]。

2.4.3 溶蚀作用

研究区发育的溶蚀作用分为大气淡水溶蚀与埋藏环境地层水溶蚀，较强的淡水溶蚀使得生物礁格架孔被扩容[图6(c)]，较易形成优质储集层。地层

(a)义东25井，3 226.0m，灰质礁白云岩，体腔孔，×50；(b)义东25井，3 228.0m，灰质礁白云岩，格架孔，×50；(c)邵古4井，2 554.6m，鲕粒灰岩，粒间孔，×50；(d)邵54井，2 815.4m，生屑灰岩，粒内溶孔，×50；(e)邵54井，2 815.4m，生屑云质灰岩，铸模孔×50；(f)罗602井，2 677.4m，重结晶灰岩，晶间孔，×50；(g)义东301井，3 595.4m，砂屑灰岩，晶间孔与扩容缝，×50；(h)邵13井，2 818.4m，生屑泥灰岩，成岩缝，×50；(i)义东301井,3 594.9m，岩心宏观裂缝 水溶蚀作用也较为发育，常见生物颗粒、粒间胶结物等组分被溶蚀，从岩心与薄片可见大量溶孔发育（图5），溶蚀作用是研究区碳酸盐岩储集层改造中重要的建设性成岩作用。

2.4.4 重结晶作用

重结晶作用多发育在研究区生物礁和远岸灰岩滩中，对岩石原生沉积结构影响较大。较弱的重结晶作用使岩石由致密、细粒变得粗粒、疏松多晶间孔[图6(d)，图6(e)]，从而有利于地层水的渗流，为后期的溶蚀等提供了条件，此外晶间孔的扩容作用，伴随有溶蚀缝的产生，并常见油气运移痕迹[图6(d)]。但是较强的重结晶作用，会占据之前形成的晶间孔，使得储集空间消失殆尽。

2.4.5 白云岩化作用

研究区白云岩化作用在生物礁与近岸灰岩滩中广泛发育，生物礁储层中的白云岩化作用常形成环带状与栉壳状白云石，在近岸灰岩滩中，灰岩经过白云岩化作用形成泥晶灰质白云岩与细晶灰质白云岩。白云岩化作用使得晶间孔径变大^[14,15]，储集层孔隙度与渗透率得到提升，有效地改善了储集性能，同时也为后期成岩改造提供了流体活动空间，有时可见油气运移痕迹[图6(f)]。

3 储层分类评价

对储集层特征的研究是为了寻找有利储层，然而研究区沙四段碳酸盐岩发育广泛，并且沉积类型、岩石类型、岩石结构以及成岩作用的不同，导致碳酸盐岩物性差异较大。物性的好坏是储层是否有利的一个评价标准，但是何种储集层可以划归为有利储层，这个划分标准在前人对研究区沙四段碳酸盐岩的研究中一直比较笼统。 针对有利储层划分标准不明确的问题，本文综合考虑沉积相带对岩石类型的控制，岩石类型对结构组分的影响，成岩作用对结构组分的改造，提出综合地质因素湖相碳酸盐岩储集岩相分类评价方法。旨在通过研究各类有利岩相的分布特征来揭示研究区沙四段湖相碳酸盐岩有利储层的分布规律。具体操作步骤如下：首先明确各种地质因素对储集层的影响，然后对各因素进行“A”、“B”、“C”3类评价并分别赋予“3”、“2”、“1”的权重值，接着求取各项因素权重之和，最后根据综合打分结果，对储集岩相类型进行划分。 (1)明确评价原则。“A”的评价标准是对孔隙有较大积极作用的相关因素，如强水动力的沉积环境、颗粒结构的岩石类型、强建设性成岩作用等；“B”的评价标准是对孔隙有一定的积极作用的相关因素，如水动力较强的沉积环境、含颗粒结构的岩石类型、较弱的建设性成岩作用等；“C”的评价标准是对孔隙有较多负面作用的相关因素，如水动力较弱的沉积环境、泥晶结构的岩石类型、强破坏性成岩作用等。 (2)根据以上储层评价原则，对研究区各种地质因素进行评价。沉积相方面，生物礁水动力强，为“A”类，远岸灰岩滩水动力较强，为“B”类，近岸灰岩滩水动力较弱，属于“C”类；岩石类型方面，礁(藻)白云岩、含砂屑或生屑的岩石类型，归为“A”类，泥晶灰岩类为“B”类，泥灰岩与膏质灰岩为“C”类；优势组分方面，生物骨架组分最好，属于“A”类，以颗粒为主的其次，为“B”类，以泥晶组分为主的归为“C”类；成岩作用方面，溶蚀作用属于强建设性成岩作用，属于“A”类，由于胶结作用在研究区具有双重作用，故与白云岩化作用一并归属于“B”类，压实作用为破坏性成岩作用，属于“C”类。 (3)根据以上评价方法，对研究区不同沉积特征与成岩特征的湖相碳酸盐岩进行评价，并对其赋值打分与求和，通过综合得分将各类岩石按照一定的标准进行分类，进而得到各种类型储集岩相。分类标准为：Ⅰ类储集岩相综合得分≥10;Ⅱ类储集岩相综合得分8～10；Ⅲ类储集岩相综合得分6～8；Ⅳ类储集岩相综合得分≤6。 由于研究区碳酸盐岩类型较多，并且沉积与成岩特征也较为复杂，因而在实际储层分类评价中，对部分岩石类型进行合理的合并与精简，最后按照上述分类评价方案，将湖相碳酸盐岩精细划分为4类岩相（表1）。

通过对湖相碳酸盐岩进行分类评价，明确了各类储集岩相的特征。Ⅰ类储集岩相主要为藻云岩、生屑/砂屑灰岩以及鲕粒灰岩，岩石以颗粒组分为主，并且主要发育溶蚀作用，属于原始结构好并发生建设性成岩作用的储集层；Ⅱ类储集岩相为发育白云岩化作用的生屑/砂屑云(灰)岩，属于原始结构较好，成岩改造为一般建设性作用的储集层；Ⅲ类储集岩相主要为泥晶灰岩、砂屑/泥晶灰岩以及泥晶(生屑)灰岩，并发生胶结或者压实作用，属于原始结构中等至较差，发生破坏性成岩改造的储集层；Ⅳ类储集岩相为相对致密的泥灰岩、砂屑/泥晶灰岩与膏质灰岩，并发生压实作用的成岩改造，属于原始结构较差，经历破坏性成岩改造的储集层。 通过统计各种储集岩相的实测物性资料，发现不同类型储集岩相具有不同的物性特征（图7）。其中，Ⅰ类岩相孔隙度分布直方图峰值位于16%左右，并集中分布在10%～26%之间，渗透率分布峰值约为24.68×10^-3μm²，分布范围为(9.87～98.7)×10^-3μm²；Ⅱ类岩相孔隙度峰值在7%，也有部分高值，渗透率分布较为分散，物性仅次于Ⅰ类储层；Ⅲ类岩相孔隙度在10%以内，大多数小于5%，渗透率主峰小于0.1×10^-3μm²，物性较差；Ⅳ类岩相数据点较少，孔隙度与渗透率均较低，物性最差。 物性数据是评判储集层是否为储层的一个硬性标准，通过实测物性资料验证，不同类型储集岩相的物性差异较为明显（图7），Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类储层物性依次由好到差，说明本文选用的储集岩相分类评价方案可以较好地反映储集层储集性能的梯度变化。综合各类岩相物性、储层特征与试油产能，最终建立了研究区湖相碳酸盐岩储层综合分类评价标准（表2），用碳酸盐岩有利岩相来代表研究区的有利储层切实可行。 不同类型碳酸盐岩具有不同的测井响应特征，且测井识别效果较好^[16-18]。研究区藻云岩与鲕粒灰岩的自然伽马(GR)值最低，不大于4μr/h，砂屑碳酸盐岩自然伽马最高，最大值近65μr/h，其他岩类介于两者之间，且随着泥质含量的增加自然伽马增大。物性较好的储集岩类，声波时差(AC)与补偿密度(DEN)相对于较为致密的泥晶碳酸盐岩有增大的趋势（表3）。 借助测井资料，对研究区不同类型碳酸盐岩进行单井识别，根据储集层岩相的划分标准，统计出各类有利岩相在单井上的厚度，然后推广到全区，进而得到各类有利储层的展布范围（图8）。结果表明， Ⅰ类储层发育于义东断裂带生物礁发育区域和邵家洼陷南部的远岸滩区域，其中生物礁区域厚度可达46m，远岸灰岩滩中，该类储层厚度一般小于10m，最大厚度约为34m；Ⅱ类储层主要发育在近岸灰岩滩区域，厚度总体较大，多大于20m，最大可达49m；Ⅲ类储层在研究区发育广泛，在生物礁区域厚度最大可至81m，远岸灰岩滩区域分布厚度较小（图8）；Ⅳ类储层为非储层，在此不做讨论。

4 结论

(1)邵家洼陷沙四段发育有礁(藻)白云岩、砂屑灰(云)岩、泥晶灰(云)岩、生物灰岩及泥灰岩等湖相碳酸盐岩，主要沉积类型为生物礁、近岸灰岩滩与远岸灰岩滩。各种溶蚀作用发育广泛，次生溶孔为主要储集空间类型。 (2)在储集层特征精细研究的基础上，综合考虑沉积相、岩石结构与成岩作用，建立了一套湖相碳酸盐岩储集层岩相分类评价标准。按照对储集层物性的贡献程度，对各种地质因素单独评价打分，通过综合打分结果，将各类储集层划分为4类有利储集岩相。结合实测物性资料与试油资料，建立了研究区湖相碳酸盐岩储层综合分类评价标准。 (3)借助测井资料，在全区内预测了各类碳酸盐岩有利储层的展布范围。Ⅰ类储层发育于义东断裂带生物礁发育区域和邵家洼陷南部的远岸滩区域，Ⅱ类储层主要发育在近岸灰岩滩区域，Ⅲ类储层发育较为广泛且厚度较大。

致谢: 感谢徐宁宁博士与师政博士在论文撰写过程中给予的有益探讨。感谢胜利油田河口采油厂为本次研究提供了部分经费支持与研究资料，并参与其中部分研究工作与意见交流。同时，也感谢各位专家对本文提出的宝贵修改意见。

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