邱隆伟， 畅　通， 张营革， 师　政,3， 王晔磊， 高秋菊， 师　涛

( 1. 中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛　266580；　2. 中国石化胜利油田分公司 物探研究院，山东 东营　257022；　3. 中国石化石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡　214151 )



义东地区优质碳酸盐岩储层主控因素及发育模式

邱隆伟1， 畅通1， 张营革2， 师政1,3， 王晔磊1， 高秋菊2， 师涛2

( 1. 中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛266580；2. 中国石化胜利油田分公司 物探研究院，山东 东营257022；3. 中国石化石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡214151 )

义东地区碳酸盐岩储层非均质性强、易被溶蚀物充填、成因机理和分布演化复杂。选取该地区寒武—奥陶系为研究对象，根据岩石类型、物性特征和储层类型等，利用钻井、岩心、镜下薄片等资料，研究碳酸盐岩储层发育的主控因素；在确定主控因素对优质储层发育影响的基础上，建立研究区碳酸盐岩储层的发育模式。结果表明：义东地区碳酸盐储层储集空间发育类型多样，以裂缝—孔洞型为主，不同区域、不同层系间物性差异显著。优质储层的发育主要受控于岩性岩相组合、不整合和断裂活动及岩溶作用，其中岩性岩相组合是储层发育的物质基础；不整合和断裂活动是储层发育的有利保障；岩溶作用是储层发育的关键。该结论为研究区及类似地区碳酸盐岩储层的勘探开发提供指导。

寒武—奥陶系； 碳酸盐岩储层； 发育模式； 主控因素； 义东地区

0　引言

济阳坳陷碳酸盐岩潜山油气藏勘探始于20世纪60年代，已在多个层系中获得油气突破[1-3]。碳酸盐岩潜山油气藏类型多样，主要有与不整合面相关的风化壳型油气藏及潜山内幕油气藏等。随着勘探不断深入，埋藏深、地质结构复杂的碳酸盐岩潜山油气藏成为勘探的主要对象。

义和庄凸起地处济阳坳陷西北部，是位于沾化凹陷和车镇凹陷之间的大型正向构造单元。研究区位于义和庄凸起北坡以东的义东断裂带上，北部紧邻郭局子洼陷，南部与四扣洼陷断接，成藏条件优越[4-5]。义古80、义古79、义古17、义古99等井分别在下古生界馒头组、徐庄组、凤山组、下马家沟组获得工业油流，且均为潜山内幕油气藏[5]。人们对义东地区储层沉积模式和构造特征开展研究，如张家震、陈世悦等研究义东地区下古生界碳酸盐岩储层，认为该储层原生孔隙不发育，但受多期构造运动及风化、岩溶作用的影响，储层储集性能得到较大改善，储层非均质性强[5-7]；张善文等研究义东地区沙河街组三段陡岸碎屑岩沉积体系的岩性、电性及地震反射特征，认为该地区沙三段沉积期构造断裂活动控制扇体沉积模式和砂体发育规律[8]。多数研究认为储层是控制该类油气藏形成的关键因素，但还不明确形成优质储层的控制因素，也未建立符合研究区地质实际的储层发育模式。笔者以断块潜山地质背景为基础，根据碳酸盐岩的岩石类型、物性特征和储层类型等，利用钻井、岩心和镜下薄片等资料，分析义东地区优质碳酸盐岩储层的主控因素。在明确不同因素对储层的发育和展布控制的基础上，建立义东地区优质储层的发育模式。

1　地质概况

义和庄凸起是渤海湾盆地济阳坳陷内部的一个次级构造单元，是在对基底构造层长期改造的基础上发展起来的大型正向构造单元，经历多期次构造运动，地质结构复杂。研究区西与义和庄凸起相邻，东以义东断层为界(见图1)，地层发育较为齐全，从下至上依次发育太古界、下古生界、上古生界、中生界、古近系和新近系地层。碳酸盐地层发育较为完整(见图2)，平面上主要分布于义和庄凸起及其东北部地区，大致呈北北东向倾斜；受凸起北部两条近北西向断层的切割控制，研究区奥陶系地层遭受不同程度的剥蚀，整体表现为断层内部薄、两边厚的发育特点。义东断裂带是一个长期继承性活动的二级大断裂[8]，沙河街组三段(沙三段)沉积时期，在下降盘沉积巨厚的暗色泥岩，烃源岩质量好；多期次的构造运动和不同成因类型的岩溶作用在寒武—奥陶系地层中形成尺寸不等、成因各异的孔洞缝系统；幕式活动的主干断层、区域性的不整合面及其在空间上的匹配关系构成良好的油气疏导体系，潜山圈闭是油气长期聚集的有利区；中生代、古近纪区域性分布的细粒沉积物形成区域性盖层。由于各种成藏要素在空间上具有复杂配置关系，使研究区寒武—奥陶系形成不同成因类型的碳酸盐岩油气藏。

图1　义东地区地质构造与井位(据文献[4]修改)Fig.1 The regional structure and wells location in Yidongong area(modified from refrence [4])

图2　义东地区碳酸盐地层综合柱状图(据文献[7]修改)Fig.2 The carbonate formation in Yidong area(modified from refrence [7])

2　储层特征

2.1岩石学特征

义东地区下古生界碳酸盐岩储层岩石类型多样，岩性复杂，以石灰岩类为主，其次为白云岩；整体表现为颜色较浅，以灰白色为主，结构较细，以泥晶、微晶结构为主，构造上以角砾状、条带状、缝合线构造为特征。石灰岩储层岩性以角砾状灰岩、豹斑状灰岩和鲕粒灰岩为主，主要为高能环境的产物，受沉积相类型控制明显，主要分布于张夏组、马家沟组和八陡组，沉积厚度大，区域分布较为稳定。岩石多具有性脆、致密的特点，受多期岩溶及构造运动的改造，孔洞缝发育，是研究区非常有利的储集岩类型。白云岩储集层岩性以粗晶白云岩、泥质白云岩和隐晶白云岩为主，主要分布于冶里—亮甲山组下部和八陡组下部，分布较为局限，沉积厚度较小，孔隙发育相对较差。

2.2储层类型

义东地区碳酸盐岩储层储集空间类型多样，孔隙、溶洞和裂缝发育，但发育特征与规模在不同层系间存在较大差异。根据研究区不同孔隙组合关系，划分裂缝—孔隙型、裂缝型和裂缝—孔洞型碳酸盐岩储层。

(1)裂缝—孔隙型储层主要分布于马家沟组和八陡组上部，储集岩性以角砾状灰岩(见图3(a))、砂屑灰岩为主，为研究区主力产层的储层类型。此种类型的储层孔隙和裂缝发育，且在空间上具有良好的匹配关系，孔隙连通性好(见图3(b))，是油气运聚成藏的最有利场所。

图3　义东地区碳酸盐岩储层储集空间类型Fig.3 The reservoir space types of carbonate reservoir in Yidong area

(2)裂缝—孔洞型储层主要分布于八陡组下部、冶里组下部和凤山组，储层岩性以藻白云岩、粗晶白云岩、细晶灰岩为主，是研究区主要的储层类型。储层的基本特征是孔洞缝复合体系发育，溶蚀孔洞多孤立发育，起沟通作用的裂缝不仅发育规模小，而且多被黏土矿物充填(见图3(c-d))。该类储层经历多期岩溶垮塌、充填和压实等作用，储集空间保存较差，对油气聚集不利。

(3)裂缝型储层主要分布于马家沟组，储层岩性为豹斑灰岩(见图3(e))、泥—粉晶灰岩、微晶白云岩。此类储层岩石致密，脆性大，为裂缝形成提供良好的岩石力学基础。根据构造因素作用，裂缝分为非构造裂缝和构造裂缝，不同成因裂缝对油气运聚所起的作用存在较大差异[9]。研究区马家沟组两种成因的裂缝发育，但以构造裂缝为主。构造裂缝产状多稳定，延伸较远，裂缝分期现象显著(见图3(f))。晚期发育裂缝切割早期发育裂缝，早期发育裂缝被充填，晚期发育裂缝未被充填，对油气成藏有利。非构造裂缝与成岩作用相关，呈锯齿状或不规则状，分布较为局限，与孔隙伴生作用显著，伴生作用是促进溶蚀的一种有利的机制。

2.3储层物性

统计义东地区多个取心井的分析化验资料，研究区碳酸盐储层的孔隙度主要为0.11%～9.10%，平均为4.30%；渗透率小于5.00×10-3μm2的部分约占83.4%，平均渗透率为1.90 ×10-3μm2(见图4)，储层非均质性极强。总体上，义东地区碳酸盐岩储层具有低孔、低渗的特点。对具体的井和层位，储层的孔隙度和渗透率的相对大小相差较大。位于两条断层之间的义古98和义古99井在马家沟组下段灰岩储层中的平均孔隙度分别为8.47%、7.50%，平均渗透率分别为11.27×10-3、10.70 ×10-3μm2，厚度为30～40 m，为研究区的主力产层。

图4　义东地区岩心物性统计Fig.4 Rock core physical properties in Yidong area

3　优质储层发育的主控因素

在义东地区下古生界碳酸盐岩储层发育特征研究的基础上，发现岩性岩相组合、不整合和断裂活动及岩溶作用是优质储层发育的主要控制因素[10-12]。其中，岩性岩相组合是优质储层发育的物质基础，岩溶作用是优质储层发育的关键因素，不整合和断裂活动是优质储层发育的有利保障。

3.1岩性岩相组合

岩性岩相组合受控于沉积环境，沉积环境差异产生的沉积作用过程不同，使岩石的成分、结构、构造及其组合类型存在一定差异，进而控制储层的分布与演化[13-16]。

早古生代时期，华北地台处于陆表海的沉积环境。义东地区作为华北地台的一部分，接受一套以海相碳酸盐岩为主的沉积，沉积厚度超过1 000 m，发育多种沉积相类型[17]。受区域沉积背景的控制，研究区大致经历泥坪、灰泥坪(馒头期—徐庄期)，潮下高能浅滩、开阔海(张夏期—崮山期)，潮间坪与局限海交互沉积(长山期—亮甲山期)，以及潮上云坪与开阔海交互沉积(马家沟期—八陡期)的沉积演化过程。频繁的海侵海退造成不同沉积环境下碳酸盐岩频繁出露水面，不仅有利于大气淡水对沉积物的淋滤改造，而且有利于不同成因类型白云石化作用的发育，进而形成大量储集空间。尤其是在高能环境下沉积的鲕粒滩和生物碎屑滩，不仅本身发育大量的原生孔隙，而且也为流体进入并发生次生溶蚀提供便利。碳酸盐岩中裂缝的发育及由陆源物质供应量增加而形成的细粒沉积隔层，也为溶蚀作用的持续进行提供有利条件。

不同岩性、不同沉积相的储层物性存在较大差异。孔隙度较高储层的岩性包括泥晶灰岩、白云岩、灰岩和云质灰岩，孔隙度多大于5.00%(见图5(a))；而包括鲕粒灰岩、泥晶云岩和灰岩的储层渗透率均大于10.00×10-3μm2(见图5(b))，反映研究区碳酸盐储层的非均质性极强。沉积相类型是一定岩石组合类型的反应，结晶好、结构粗的岩石组合类型构成有利储层发育的优势沉积相。岩石物性统计结果表明，有利于储层发育的沉积相类型依次为高能浅滩、局限海、开阔海、泥晶滩和潮间坪(云坪、灰云坪)。

图5　义东地区不同岩性物性均值统计Fig.5 Rock properties from the different lithology in Yidong area

3.2岩溶作用

义东地区碳酸盐地层存在多种成岩作用，不同成岩作用对储层的影响较大，其中岩溶作用是改善储层储集性能的重要成岩作用类型。岩溶作用的定义[18-21]及分类标准[22-24]存在较大差异，文中以沉积—成岩特征[25]为标准，在研究区主要识别表生岩溶和埋藏岩溶两种类型。

表生岩溶形成于开放、半开放系统，其发育和演化主要受不整合面控制，大气淡水为主要溶蚀流体，不整合面及其伴生的裂缝提供溶蚀通道[26]。采用铸体薄片、扫描电镜和阴极发光等方法，分析不整合面附近样品。以义古70井2 973.7 m处的角砾灰岩为例，它距离不整合面35 m，在阴极发光下可识别明亮的淡水方解石胶结物(见图6(a))，其溶蚀流体为大气淡水，粒间孔隙较为发育(见图6(b))；扫描电镜下可见方解石晶体被溶蚀成尖角状，晶间孔和微孔隙较为发育(见图6(c))。表生岩溶作用对改变储层孔隙结构、改善储层的储集性能起促进作用。

图6　义东地区碳酸盐岩储层岩溶作用Fig.6 The karstification of carbonate reservoir in Yidong area

埋藏岩溶多发生于封闭和半封闭环境，多建立在早期表生岩溶作用产生的孔洞缝(已发生胶结作用或多被充填)基础上，由后期埋藏条件下受到流体溶蚀改造而形成。埋藏岩溶作用主要受断裂控制，断裂及其伴生的裂缝为主要的渗流通道。溶蚀流体的类型较为复杂，其性质与埋藏深度有关，埋藏深度较浅时，经由断裂活动及其伴生裂缝，大气降水下渗并进入内幕区，形成大气水岩溶作用改造的缝洞型储层[15]，流体多具有混合性质；埋藏深度较深时，大气降水的渗入受到较大阻碍，主要表现为有机酸或深部热液的溶蚀[27]。以义古99井2 353.5 m处晶粒白云岩为例，阴极发光下可识别三期方解石胶结物，分别为暗色环带海相源方解石、亮色混合水方解石和褐色成藏期方解石(见图6(d))。铸体薄片可见缝合线的扩大溶蚀现象(见图6(e))；扫描电镜可见白云石晶体被溶蚀呈蜂窝状，晶内孔和晶间孔较为发育(见6(f))。义东地区碳酸盐储层经历三期不同流体的改造，为埋藏岩溶作用提供支持，进而改善储层的储集性能。

3.3不整合和断裂活动

不整合和断裂活动对碳酸盐优质储层的形成、展布及储层物性的改善具有重要控制作用，还与构造演化阶段密不可分。研究区受区域地球动力学控制，经历晚古生代的褶皱隆升、中生代的断块抬升和古近纪的掀斜块断主要演化阶段，形成多期不同性质的不整合面[28-29]，以及NW、NE向展布的张性断裂及裂缝系统。不整合面和断裂系统耦合关系[30-33]控制不同类型岩溶作用(表生和埋藏)的发育及演化，为岩溶作用提供通道，影响岩溶流体性质及岩溶环境的开放及封闭性，决定岩溶作用规模，进而控制有利储层的空间展布。

泥浆的放空漏失反映地下存在岩溶带，漏失量反映岩溶储集体的发育规模。多条过井泥浆漏失剖面表明岩溶作用的发育具有垂向分带、横向分片的特点。岩溶规模存在一定差异，靠近断层和不整合面岩溶作用较发育；反之，则发育程度较差。在发育程度较好和较差之间存在一个深度界限，在界限以上，岩溶储集体的规模在垂向上逐渐减小；在界限以下，逐渐增大。反映流体的优势溶蚀方向不同，上部自上而下溶蚀，下部与之相反。这种溶蚀方向的差异对有利储层展布的预测具有一定指导意义，统计距不整合面不同深度的物性资料发现，每口井的物性数据以150 m为界限存在较大差异，界限以上物性相对优于以下的(见图7)。

图7　义东地区据不整合面不同深度物性统计结果Fig.7 Physical property of different depth from the unformity in Yidong area

4　优质储层发育模式

根据义东地区优质碳酸盐岩储层发育的主控因素，建立义东地区优质碳酸盐岩储层的发育模式(见图8)。

(1)岩性岩相组合是碳酸盐岩优质储层的形成基础。研究区多口取心井的岩心观察及镜下薄片鉴定表明，表生岩溶和埋藏岩溶的发育对岩石类型及组构的选择性较差，石灰岩和白云岩、颗粒和基质遭受不同程度的岩溶改造。岩溶作用的发育程度和储层储集性能的优劣与岩石结构的粗细密切相关。

图8　义东地区优质碳酸盐岩储层发育模式Fig.8 High-quality carbonate reservoir pattern of Yidong area

(2)不整合和断裂活动宏观上控制优质储层的发育程度与展布范围。表生岩溶主要受控于不整合面的性质、间断时间等，垂向上多分布在不整合面下150 m深度范围内。埋藏岩溶主要受控于断裂的性质、规模及其组合样式，在伸展背景下Y型断层组合为优质储层的发育区，具有早期长时间暴露、晚期深埋和多源流体混溶的特点。

(3)裂缝分为构造缝和非构造缝。构造缝具有产状稳定、延伸远和成群成簇发育的特点，是改善储层孔吼结构、提高储层孔渗性能的关键；非构造缝形态复杂、产状不稳定、分布局限且较为孤立，沟通溶蚀孔洞和改善储层孔渗性能的作用不显著。

5　结论

(1)义东地区优质碳酸盐岩储层岩性多样，灰岩和白云岩发育，结构较粗的灰岩为优质岩性。储集空间类型复杂，按其组合特征可划分为裂缝—孔隙型、裂缝型和裂缝—孔洞型三种基本类型，其中，裂缝—孔隙型为优质储层类型。储层储集物性较差，非均质性强，垂向分带性显著。

(2)研究区优质碳酸盐岩储层的发育主要受控于岩性岩相组合、岩溶作用、不整合和断裂活动三个因素。岩性岩相组合是沉积过程的产物，决定储层原始孔隙的发育程度，进而影响其成岩演化过程，是优质储层发育的物质基础；岩溶作用受控于成岩环境，是在原始沉积条件下对储层的改造，对改善储层物性起促进作用，是优质储层发育的关键因素；不整合和断裂活动的耦合通过改变成岩环境和提供优势通道的方式控制岩溶作用的发育及其规模，是优质储层发育的有利保障。在储层发育主控因素分析基础上，建立研究区优质储层的发育模式。

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2015-12-21；编辑：张兆虹

国家科技重大专项(2011ZX05009-002)；国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2014CB239002)

邱隆伟(1967-)，男，教授，博士生导师，主要从事沉积学及储层地质学方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.04.001

TE122.2

A

2095-4107(2016)04-0001-09