韩国猛 吴雪松 崔 宇 付立新 李宏军 王 辉 段润梅 郭淑文楼 达 刁丽颖（ 中国石油大港油田公司勘探开发研究院；中国石油大港油田公司第五采油厂 ）

0 引言

随着勘探进程的深入，黄骅坳陷常规砂岩储层发掘难度越来越大，二叠系致密砂岩储层逐渐进入勘探人员的视野，早在20 世纪80 年代扣村潜山二叠系致密砂岩储层中就获得工业油气流，近年在乌马营—王官屯潜山二叠系致密砂岩储层中获得高产工业油气流，显示出二叠系储层良好的勘探潜力。但黄骅坳陷钻遇二叠系储层的井既有高产工业油气流井，同样也有干井，强烈的非均质性严重制约了二叠系储层的定量表征和勘探开发效率。目前针对二叠系致密砂岩储层勘探开发最成功的地区为鄂尔多斯盆地[1-8]，该盆地与黄骅坳陷所处的渤海湾盆地相比，晚石炭世同属华北滨浅海沉积，二叠系沉积环境相似[9-11]，但源自中生代开始的盆地演化差异造成了二叠系储层特征及主控因素明显不同。本文以黄骅坳陷二叠系致密砂岩储层为研究对象，以实物钻井取心、井壁取心为基础，综合分析钻井、录井、测井、地震等资料，明确二叠系潜山储层特征及储层主控因素，建立优势储层发育模式，对下一步黄骅坳陷乃至整个渤海湾盆地二叠系油气藏勘探部署具有重要的指导意义。

1 区域地质背景

黄骅坳陷位于渤海湾盆地中部，主要由歧口凹陷、沧东凹陷及夹持于两者之间的孔店中央隆起带构成[12]（图1a），歧口凹陷位于黄骅坳陷北部，沧东凹陷位于黄骅坳陷南部。与渤海湾盆地其他坳陷的基岩潜山不同，黄骅坳陷潜山沉积基底为古向斜区，潜山层系齐全，从奥陶系、石炭系、二叠系及中生界都有分布，具备多层系潜山的特点[13-14]，残留地层分布面积达9800km2，二叠系残留地层最厚达400m 以上，为二叠系致密砂岩油气藏的形成奠定了物质基础。

图1 黄骅坳陷二叠系地质简图Fig.1 Geological sketch of the Permian in Huanghua depression

二叠系从上到下依次为石千峰组，上石盒子组、下石盒子组及山西组（图1b），二叠纪整个渤海湾盆地以辫状河及曲流河沉积为主，其中下石盒子组厚度大，砂体稳定分布，为二叠系主力储层段。由于印支期以来整个黄骅坳陷南沉北抬的构造格局[15]，造成二叠系储层在黄骅坳陷南、北部埋深差异巨大，南部沧东凹陷二叠系保存完整，埋深超过4000m；北部歧口凹陷遭受中生代以来多次抬升及剥蚀，二叠系储层保存并不完整，埋深在2000m 左右。

2 二叠系致密砂岩储层特征

2.1 储层岩石学特征

二叠系岩石类型整体上以长石砂岩及石英砂岩为主（图2）。垂向上来看，石英砂岩（包括岩屑质石英砂岩和长石质石英砂岩）仅分布于下石盒子组和上石盒子组，储层内石英含量自下而上呈现明显增加的趋势，而岩屑含量则表现为自下而上降低的趋势（表1）。受距离物源远近的影响，歧口凹陷（埕海24 井至港古1-1 井一线）主要发育岩屑质长石砂岩，而沧东凹陷储层主要发育石英砂岩，石英含量最高可以达到90%以上（图2）。岩屑类型以岩浆岩岩屑和变质岩岩屑为主，沉积岩岩屑含量较低。储层孔隙中填隙物含量较高，平均含量可达17.76%，主要为黏土胶结物、碳酸盐胶结物和硅质胶结物（图3）。

表1 黄骅坳陷二叠系重点层段岩石组分统计表Table 1 Statistical rock composition of primary Permian sections in Huanghua depression

图2 黄骅坳陷二叠系储层岩石成分三角图Fig.2 Triangular diagram of the Permian rock in Huanghua depression

图3 黄骅坳陷二叠系储层胶结物含量三角图Fig.3 Triangular diagram of the Permian cements in Huanghua depression

2.2 储层储集空间特征

通过铸体薄片的观察与分析，整体上二叠系储层储集空间大多都是次生成因，以粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔及裂缝为主（图4），原生孔隙仅在下石盒子组有少量保存。

图4 黄骅坳陷二叠系重点层段储集空间分布直方图Fig.4 Distribution histogram of the Permian reservoir space in Huanghua depression

粒间溶孔主要存在于下石盒子组，形成于储层成岩作用阶段，主要由长石颗粒和岩浆岩岩屑的溶蚀改造形成，孔隙形态不规则，常呈现港湾状等溶蚀残余边界，孔隙内也常见矿物溶蚀残余（图5a），粒间溶孔改善了储层孔渗性能。

图5 黄骅坳陷二叠系储层储集空间图版Fig.5 Chart of the Permian reservoir space in Huanghua depression（a）港古1-1 井，1785.16m，下石盒子组，粒间溶孔；（b）徐7 井，1293.42m，山西组，长石颗粒粒内溶孔；（c）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子组，粒间溶孔及粒内溶孔；（d）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子组粒内溶孔及铸模孔；（e）沧参1 井，1235.93m，石千峰组，粒内溶孔；（f）港古1-1 井，1779.06m，下石盒子组，粒内溶孔；（g）徐7 井，1293.42m，山西组，粒间溶孔及裂缝；（h）港古1-1 井，1785.16m，下石盒子组，沿矿物节理面溶蚀形成节理缝；Q—石英；Qc—石英次生加大边；Kao—高岭石；Kf—钾长石；C—方解石胶结物；Sid—菱铁矿胶结物；Sp—溶蚀孔隙

粒内溶孔及铸模孔主要存在于上石盒子组及下石盒子组，其成因与粒间溶孔的成因类似，均为长石颗粒和岩浆岩岩屑的溶蚀作用而在组分内部形成的溶孔，孔隙形态同样不规则，常呈现港湾状等溶蚀残余边界，溶孔内也常见所在矿物的溶蚀残余物。此类孔隙虽然改善了储层孔渗性能，但由于受到颗粒（矿物）外部轮廓的限制，孔隙的发育并没有显著增加孔喉的连通效应（图5b—f）。

裂缝主要表现为贯穿缝，呈不规则弯曲状，常切割碎屑颗粒（图5g），在二叠系各段均有发育，其发育主要得益于黄骅坳陷中生代以来的多期构造运动，使层段内相对脆性沿层发生破裂而形成，另外沿矿物节理面也容易发生溶蚀作用形成节理缝（图5h）。

2.3 储层成岩演化特征

黄骅坳陷二叠系储层在漫长的埋藏演化过程中，经历了复杂而活跃的成岩改造，通过对二叠系伊/蒙混层中蒙皂石占比、最大热解峰温Tmax及镜质组反射率Ro值等参数的分析[16]，确定黄骅坳陷二叠系储层尽管埋深相差很大（3000 m），但均处于中成岩作用A—B期（表2）。

在诸多成岩作用中，压实作用、胶结作用、溶蚀作用及破裂作用是制约储层储集物性的四大因素。

黄骅坳陷二叠系储层整体上压实效应较强，颗粒普遍可见凹凸接触，零星可见缝合线接触以及刚性颗粒的破碎。较强的压实作用主要受控于二叠系多个期次的埋深，如沧东凹陷探井乌深1 井二叠系自沉积之后经历了印支早期、燕山早期及喜马拉雅期3 期深埋作用；强烈的胶结作用是导致现今二叠系储层物性整体偏差的另外一个主要原因，胶结物主要为黏土矿物及碳酸盐矿物。二叠系储层视压实率及视胶结率分别可以达到70%及65%，根据碎屑岩成岩强度划分标准[17]，属于中强压实及强胶结程度，因此溶蚀作用及破裂作用成为优势储层形成的关键因素。

表2 黄骅坳陷重点探井二叠系储层成岩阶段划分表Table 2 Division of diagenetic stages of the Permian reservoirs in key exploration wells in Huanghua depression

2.4 储层物性特征

整体上，黄骅坳陷二叠系储层以下石盒子组储层孔渗相对较好，其排驱压力较小，分选系数偏小，揭示出较好的孔喉连通性，但其平均孔隙度为9%，渗透率为0.32mD，仍然属于低孔—特低渗透储层。二叠系储层孔隙度随埋深变化并不明显（图6），如港古1-1 井二叠系储层现今埋深为1800m，孔隙度为6%～13%，而营古1 井二叠系储层现今埋深为4900m，孔隙度为4%～14%（图7）。

图6 黄骅坳陷二叠系储层孔隙度随埋深变化图Fig.6 Porosity vs. depth of the Permian reservoir in Huanghua depression

3 储层主控因素

影响碎屑岩储层发育的因素众多[18-25]，主要包括岩性特征、成岩作用特征、古地貌、古气候及后期构造改造等因素，综合分析认为黄骅坳陷二叠系致密砂岩储层主要受岩性特征、早期油气充注及后期构造改造的影响。

3.1 岩性较纯有利于孔隙保存

岩性对碎屑岩储层的发育和后期成岩改造具有重要影响。如上文所述，黄骅坳陷二叠系储层物性随埋深变化不大，埋深达到5000m 左右仍有较好储层，其孔隙度最高可达到12%～14%，这与其岩性特征有密不可分的关系，沧东凹陷二叠系储层埋深较大，但同时其岩石中石英含量较多，最高可以达到90%以上，储层抗压实作用增强，有利于孔隙的保存。

3.2 煤成油气早期充注有利于储层孔隙保存

黄骅坳陷石炭系及二叠系山西组发育煤系烃源岩，二叠系主力储层上伏于煤系烃源岩之上，二者形成源上含油气系统，煤系烃源岩总厚度可达1000m以上[26-27]，并且在晚三叠世就达到排烃门限。根据乌深1 井埋藏史及热史分析，早期油气充注发生在晚三叠世（印支末期），油气进入二叠系砂岩储层后充注孔隙，延缓成岩作用，对孔隙的保存具有积极的作用。

3.3 印支期构造运动为二叠系优势储层发育的主控因素

二叠系储层沉积之后受多期强烈压实及胶结作用，储层原生孔隙大幅减少，因此主要储集空间是次生溶蚀孔隙及裂缝，而这两者的形成都与印支期古构造有密不可分的关系。

图7 黄骅坳陷印支期古地质图Fig.7 Indo-Chinese palaeo-geologic map of Huanghua depression

3.3.1 印支期古隆起控制优势溶蚀指向

印支早期，黄骅坳陷整体处于抬升剥蚀阶段，现今歧口凹陷区为当时中央古隆起区，此区域二叠系受到强烈剥蚀缺失大部分地层（图7），这从实钻井中可以得到证实，如处于隆起区的板深701 井中生界直接覆盖在奥陶系之上，缺失全部石炭系—二叠系，位于隆起区翼部的扣11 井只保留了二叠系下部地层（下石盒子组下部及山西组）。

印支期二叠系暴露地表，从岩石成分上来说，歧口凹陷二叠系储层中长石等易溶组分含量较高，大气淡水淋滤作用强烈，因此印支期古隆起区具有良好的溶蚀指向，造成现今歧口凹陷周缘潜山中二叠系储层溶蚀作用发育。如试油获得高产工业油气流的二叠系探井中1502 井及扣11 井（表3），分别位于歧口凹陷周缘潜山北大港潜山和扣村潜山，从薄片中可以看出二叠系储层主要储集空间为溶蚀孔隙，溶蚀物主要为易溶的长石及岩屑，长石溶解的副产物、结晶形状良好的次生高岭石残存在粒间孔隙中[28]，其溶蚀孔隙度最高可以达到24%（扣11 井）。

3.3.2 印支期构造运动控制裂缝发育

由于印支期古隆起区主要位于歧口凹陷，所以强溶蚀发育区主要集中在歧口凹陷周缘潜山，而在沧东凹陷二叠系溶蚀作用相对较弱，但是沧东凹陷营古1井、官古1601 井依然获得高产工业油流（表3），可见溶蚀作用不再是储层主控因素。印支期黄骅坳陷由于受到东西向的挤压作用，构造运动活跃，尤其是形成了一系列大型的逆冲推覆构造（图8），伴生大量的构造裂缝，因此裂缝尤其是储层微裂缝的发育成为沧东凹陷二叠系优势储层发育的关键因素。

构造运动对储层最直接的影响体现在裂缝的发育程度上，越来越多的油气钻探实践表明，裂缝发育程度是致密砂岩储层是否能获得高产及稳产的关键因素[29-33]，而逆冲断层形成裂缝的强度和规模都要比正断层大；另外沧东凹陷潜山二叠系储层中石英等脆性矿物含量高，导致印支期活跃的构造运动形成大量的构造裂缝。

前人研究表明，与断层相伴生的构造裂缝往往发育于距断层线一定范围内的区域（如距东喀尔巴阡山逆掩断层10～40m 范围内[34]），但裂缝分布范围的预测往往难度较大，研究发现采用最大负曲率地震属性来预测裂缝发育范围具有一定的可靠性。以乌马营潜山为例，该潜山主逆冲断层规模较大，角度高陡（倾角最高可达45°），经预测乌马营主逆冲断层裂缝带宽度可达2.5km，裂缝发育区面积可达52km2，裂缝发育范围比较广（图9）。

表3 黄骅坳陷探井试油情况表Table 3 Well test data of exploration wells in Huanghua depression

图8 黄骅坳陷二叠系逆冲推覆构造地震剖面（剖面位置见图1）Fig.8 Seismic section of the Permian thrust nappe in Huanghua depression (see Fig.1)

图9 乌马营潜山下石盒子组裂缝预测与逆冲断层叠合图Fig.9 Overlap of thrust faults and predicted fractures in Lower Shihezi Formation in Wumaying buried hill

钻井实践也证实位于乌马营潜山主逆冲断层附近二叠系储层裂缝非常发育，如位于乌马营潜山逆冲推覆带的乌深1 井，虽然距乌马营主逆冲断层900m之远，但在二叠系钻进过程中发生多次钻井液漏失，取心薄片等资料也证实裂缝大量存在（图10a、b）；同样位于乌马营潜山西侧逆冲推覆带的营古2 井，二叠系取心段裂缝普遍发育（图10c），其渗透率随孔隙度增加呈指数增大趋势，指示储层为裂缝型储层。

4 优势储层发育模式

在综合黄骅坳陷二叠系探井取心资料，以及钻井、录井、地震资料的基础上，建立了黄骅坳陷二叠系优势储层发育模式图（图11）。

如前文所述，歧口凹陷由于靠近印支期古隆起区，具有优势的溶蚀指向，同时其岩石成分易溶组分如长石及岩屑含量较高，二叠系储层溶蚀作用强烈，易形成孔隙型储层；而沧东凹陷溶蚀作用不发育，但印支期逆冲推覆作用强烈，造成二叠系储层裂缝发育，加之早期油气充注对储层裂缝具有一定保护作用，易形成裂缝型储层。因此印支期构造运动导致黄骅坳陷南北二叠系储层差异性，歧口凹陷以孔隙型储层为主，沧东凹陷以裂缝型储层为主。

图10 黄骅坳陷二叠系储层裂缝图版Fig.10 Chart of the Permian reservoir fractures in Huanghua depression（a）乌深1 井，4857.5m，铸体薄片，储层微裂缝发育；（b）乌深1 井，4858m，普通薄片，微裂缝中可见早期油气充注形成的烃类包裹体；（c）营古2 井，4698.78～4699.02m，主要发育4 组裂缝，即2 组高角度斜交裂缝、1 组低角度裂缝及1 组水平裂缝

图11 黄骅坳陷二叠系优势储层发育模式图Fig.11 Development model of the dominant Permian reservoirs in Huanghua depression

5 结论及启示

通过对黄骅坳陷二叠系储层特征进行详尽的研究，深入剖析了优势储层发育的主控因素，提出黄骅坳陷二叠系发育孔隙型及裂缝型两类储层：歧口凹陷二叠纪位于印支期古隆起区，具有良好的溶蚀指向，储层溶蚀作用发育，易于形成溶蚀型优势储层；沧东凹陷二叠纪印支期逆冲推覆构造发育，伴生形成大量裂缝，改善了储层物性，在二叠系储层溶蚀作用不发育的情况下依然可以形成裂缝型优势储层。近年的勘探实践表明在两种不同类型储层中均有高产油气流井的发现，可见深埋型二叠系依然可以发育良好的储层，打破了以往埋深超4500m 储层不成藏的认识，随着基础地质研究的不断深入，相信将会更好地助推二叠系高产井的发现。