渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界復(fù)雜巖性風(fēng)化殼儲(chǔ)層特征、質(zhì)量控因與甜點(diǎn)模型

近期，中深層風(fēng)化殼儲(chǔ)層的油氣勘探備受關(guān)注且不斷取得新突破。例如在渤海灣盆地2017年發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量超千億方的渤中19-6凝析氣田，2018年發(fā)現(xiàn)了探明油氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)億噸級(jí)油氣當(dāng)量的渤中13-2油氣田，2019年在珠江口盆地發(fā)現(xiàn)了探明油氣地質(zhì)儲(chǔ)量5 000 × 104 m3油當(dāng)量的惠州26-6油氣田，2020年在濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界也有新發(fā)現(xiàn)［1-11］。以往勘探實(shí)踐也揭示了研究區(qū)渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界潛山儲(chǔ)層具有良好的勘探勢(shì)頭和前景，迄今為止在多個(gè)區(qū)塊發(fā)現(xiàn)探明石油儲(chǔ)量，其中大43塊探明石油儲(chǔ)量為503 × 104 t，埕北11塊探明石油儲(chǔ)量為298 × 104 t，樁8塊探明石油儲(chǔ)量為273 × 104 t，義101塊探明石油儲(chǔ)量為130 × 104 t，樁202塊探明石油儲(chǔ)量為62 × 104 t，孤南2塊探明石油儲(chǔ)量為52 × 104 t。但是風(fēng)化殼及內(nèi)幕地層因?yàn)閹r石成分，以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、埋藏過程多旋回和成巖流體多成因而形成的儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層質(zhì)量預(yù)測(cè)難度大［12-13］。濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界潛山鉆探失利井中，儲(chǔ)層的原因占比高。因此，有必要通過系統(tǒng)研究，明確儲(chǔ)層質(zhì)量差異性機(jī)理，從而提高鉆井成功率。

1 地質(zhì)背景

渤海灣盆地是中國(guó)東部中新生代裂谷盆地，受伸展構(gòu)造及走滑斷層控制，自北向南形成了多個(gè)坳陷［14］。濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地東南部，與黃驊坳陷和渤中坳陷相鄰，主體包含山東省東北部及其鄰近渤海海域。濟(jì)陽(yáng)坳陷在平面上以埕寧隆起和魯西隆起為邊界，具有向西收斂、向東撒開的形態(tài)特點(diǎn)，現(xiàn)今構(gòu)造格局具有“北斷南超”的特點(diǎn)，屬于典型的箕狀斷陷。坳陷內(nèi)部共有9個(gè)凸起和4個(gè)凹陷，由于各個(gè)凹陷在演化過程中所處的應(yīng)力場(chǎng)相似，都表現(xiàn)出北部斷裂活動(dòng)強(qiáng)、南部構(gòu)造活動(dòng)弱的特點(diǎn)［15］。濟(jì)陽(yáng)坳陷中生代原型盆地受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造，殘留地層厚度自沉積中心向周圍迅速減薄，在沾化凹陷和東營(yíng)凹陷的部分地區(qū)鉆遇較多。因此，本研究選取沾化凹陷孤西潛山帶、灘海地區(qū)和東營(yíng)凹陷高青凸起為重點(diǎn)研究區(qū)。研究區(qū)內(nèi)中生界分布面積廣、厚度大，且層組全，已取得工業(yè)油氣流的井位多，成果認(rèn)識(shí)對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界進(jìn)一步勘探有著重要的指導(dǎo)意義（圖1）。

圖1

圖1   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷研究區(qū)位置與區(qū)域構(gòu)造

a.渤海灣盆地； b.濟(jì)陽(yáng)坳陷高青凸起； c.濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島-樁海地區(qū)與孤西潛山帶

Fig.1   Location and tectonic divisions of the study area in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

研究區(qū)構(gòu)造演化復(fù)雜，懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)各幕在盆地內(nèi)造成了沉積間斷。中生代活躍的邊界斷層在新生代發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)（圖1），伴隨斷層活動(dòng)中生界發(fā)生抬升剝蝕和二次埋藏［15-17］。不同地區(qū)中生界現(xiàn)今埋深、構(gòu)造格局、地層產(chǎn)狀和巖性組合等差異明顯（圖2）。研究區(qū)中生界共發(fā)育4個(gè)組，各組之間以不整合分隔，自下而上分別是侏羅系坊子組和三臺(tái)組，白堊系蒙陰組和西洼組［18］。坊子組總體為北東向展布，發(fā)育多個(gè)局部沉積中心，主要發(fā)育沖積平原及濱淺湖、沼澤相和三角洲相；三臺(tái)組沉積時(shí)期研究區(qū)為平坦湖盆，由于處于盆地轉(zhuǎn)型期，沉積相以河流相和沖積平原沉積為主，濱淺湖范圍縮小，湖泊邊緣發(fā)育三角洲；蒙陰組和西洼組沉積具有相似性，均為分割性較強(qiáng)，但具有一定連通性的湖盆，單個(gè)湖盆呈北西向展布，相較而言蒙陰組沉積時(shí)期湖盆的分割性更強(qiáng)，主要發(fā)育沖積平原-河流相，濱淺湖范圍略有增大；西洼組沉積期，研究區(qū)內(nèi)除發(fā)育河流-沖積平原和濱淺湖之外，火山活動(dòng)強(qiáng)烈（圖2），火山爆發(fā)相、溢流相和淺成侵入相在西洼組內(nèi)也有發(fā)現(xiàn)［17-19］。

圖2

圖2   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷不同地區(qū)中生界殘留地層埋藏深度、構(gòu)造格局和巖性組成特征

K1x.下白堊統(tǒng)西洼組；J3 m.上侏羅統(tǒng)蒙陰組；J2 s.中侏羅統(tǒng)三臺(tái)組；J1 f.下侏羅統(tǒng)坊子組

Fig.2   Burial depth， tectonic framework and lithologic composition characteristics of the Mesozoic residual strata in different areas of the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

結(jié)合構(gòu)造活動(dòng)與地層發(fā)育特點(diǎn)，將處于伸展構(gòu)造斷陷區(qū)，接受沉積時(shí)間長(zhǎng)和地層厚度大的單元定義為“洼”；將處于構(gòu)造翹傾區(qū)，發(fā)生超覆沉積或小范圍剝蝕，以及地層厚度小的單元被稱為“隆”。以“洼”和“隆”概括中-新生界構(gòu)造反轉(zhuǎn)前后和喜馬拉雅期三大階段的地層特點(diǎn)，可以在研究區(qū)內(nèi)得到4種主要埋藏演化史，分別是洼—隆—?。ˋ區(qū)）、洼—隆—洼（B區(qū)）、隆—洼—隆（C區(qū)）和隆—洼—洼（D區(qū)）［16-17，20］。

綜合而言，現(xiàn)階段研究區(qū)勘探面臨的關(guān)鍵問題有：①目的層經(jīng)歷的構(gòu)造演化復(fù)雜，多期抬升剝蝕作用導(dǎo)致了不同巖性的風(fēng)化殼廣泛分布，后期深埋和構(gòu)造活動(dòng)對(duì)古風(fēng)化殼儲(chǔ)層造成了嚴(yán)重的破壞［21］。研究區(qū)內(nèi)斷層大量發(fā)育，中生代殘留地層受到斷層控制，歷史最大埋深恢復(fù)具有一定的挑戰(zhàn)性。斷層和裂縫的發(fā)育溝通了不同時(shí)代地層，為大氣淡水的下滲和深部熱流體上涌提供了通道，與方解石等碳酸鹽礦物的充填關(guān)系密切［22-23］。②物源供應(yīng)復(fù)雜、沉積相類型多樣，碎屑巖的成分和結(jié)構(gòu)差異性大，巖屑種類多，以火山碎屑物質(zhì)和噴出巖巖屑為主，局部地區(qū)甚至可見灰?guī)r巖屑［24］。巖石分選與巖屑類型的差異使得原始孔隙度存在區(qū)別。③火山機(jī)構(gòu)大面積發(fā)育，完整性較高且具有一定的辨識(shí)度?；鹕剿樾紟r在各個(gè)凹陷均有鉆遇，溢流型噴出巖、深成侵入巖和火山通道相巖石也有發(fā)現(xiàn)［25-26］。④中生界儲(chǔ)層成巖流體類型豐富，不同洼陷的成巖演化和孔隙演化路徑復(fù)雜［17］。

2 復(fù)雜儲(chǔ)層巖性

濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，平面和垂向上變化快，具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性。以主要礦物成分、巖石固結(jié)類型（冷凝固結(jié)/壓實(shí)固結(jié)）和巖石構(gòu)造等因素將研究區(qū)巖石分為火成巖和沉積巖兩大類，再根據(jù)火成巖形成原因的差異，將巖石類型進(jìn)一步分為火山熔巖、火山碎屑巖、次火山巖、侵入巖和陸源碎屑巖共5大類12小類（表1）。

表1   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界復(fù)雜巖性潛山儲(chǔ)層綜合分類

Table 1  Composite classification of the Mesozoic buried?hill reservoirs of complex lithologies in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

研究區(qū)中生界碎屑巖儲(chǔ)層發(fā)育于辮狀河、辮狀河三角洲和沖積扇相，前兩者的儲(chǔ)層物性更好，辮狀河相見于高青地區(qū)。巖心觀察表明，三角洲相砂巖具平行或楔狀交錯(cuò)層理（圖3a，b），礫巖發(fā)育遞變層理（圖3c），反映了較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，是濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界分布面積最廣的沉積相類型。沖積扇相的發(fā)育相對(duì)局限，往往緊鄰?fù)菹葸吔鐢鄬咏粎R處呈扇形，礫石巖性以安山巖等火山熔巖為主，以富9井最為典型（圖3d）。薄片觀察結(jié)果顯示，砂巖中的顆粒呈點(diǎn)-線狀接觸（圖3e，f），分選磨圓中等-較好，自生礦物含量高，溶蝕作用強(qiáng)。礫巖的壓實(shí)作用較強(qiáng)，礫石與砂質(zhì)顆粒間以線接觸為主，火山物質(zhì)含量高，后期成巖改造強(qiáng)烈（圖3g，h）。

圖3

圖3   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷不同地區(qū)中生界碎屑巖儲(chǔ)層典型巖心和薄片照片

a.辮狀河三角洲平行和楔狀交錯(cuò)層理砂巖，高41井，埋深1 267.20 m，西洼組，巖心； b.辮狀河三角洲楔狀交錯(cuò)層理砂巖，高41-1井，埋深1 313.20 m，西洼組，巖心； c.辮狀河三角洲遞變層理礫巖，樁181井，埋深3 110.50 m，蒙陰組，巖心； d.沖積扇礫巖，富9井，埋深2 702.80 m，西洼組，巖心； e.鈣質(zhì)砂巖，高41井，埋深1 290.50 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； f.中砂巖，樁181井，埋深3 110.50 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； g.沖積扇礫石，方解石交代強(qiáng)烈，富9井，埋深2 701.72 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； h.沖積扇礫石中火山巖巖屑，孤北191井，埋深3 157.90 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）

Fig.3   Photos and micrographs showing typical cores and thin sections of the Mesozoic clastic rock reservoirs in different areas of Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

中生界火山巖在富林、孤南和樁西等洼陷都有鉆遇。巖心和錄井等資料分析表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷中生代發(fā)生多期火山噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)在平面上分布廣泛、垂向上相互疊置。常見巖性包括溢流相上部亞相安山巖和爆發(fā)相火山角礫巖，個(gè)別溶蝕較強(qiáng)的次火山巖（閃長(zhǎng)玢巖和煌斑巖）中也可見油氣顯示。氣孔杏仁構(gòu)造是識(shí)別溢流相上部亞相安山巖的重要標(biāo)志，安山巖氣孔沿流動(dòng)方向定向排列且被拉長(zhǎng)（圖4a）。在發(fā)育完整火山機(jī)構(gòu)的井中，火山角礫巖和熔巖呈互層出現(xiàn)，巖石礦物組成和化學(xué)成分具有相似性（圖4a，b）。閃長(zhǎng)玢巖屬于冷凝固結(jié)形成的淺層侵入巖，巖石致密、抗壓實(shí)能力強(qiáng)，溶蝕改造大大增加了巖石的孔隙性（圖4c）。薄片觀察結(jié)果顯示，在未發(fā)生溶蝕的情況下，玄武巖和煌斑巖巖性致密，面孔率幾乎為零；鐵鎂礦物普遍發(fā)生綠泥石化（圖4d，e）。溶蝕作用對(duì)安山巖中半充填氣孔有擴(kuò)大作用（圖4f），對(duì)火山角礫巖的巖屑和閃長(zhǎng)玢巖的基質(zhì)都有改造（圖4g，h）。侵入巖僅在高青地區(qū)有鉆遇，巖石十分致密，難以形成好儲(chǔ)層。

圖4

圖4   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷不同地區(qū)中生界火成巖儲(chǔ)層典型巖心和薄片照片

a.氣孔杏仁狀安山巖，老30井，埋深3 243.80 m，西洼組，巖心； b.火山角礫巖，老30井，埋深3 554.00 m，西洼組，巖心； c.閃長(zhǎng)玢巖，孤古19井，埋深2 477.65 m，西洼組，巖心； d.玄武巖，孤南217井，埋深3 533.50 m，西洼組，普通薄片（-）； e.煌斑巖，富291井，埋深3 116.00 m，西洼組，普通薄片（-）； f.氣孔安山巖，富29井，3 327.80 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； g.火山角礫巖，孤南40井，埋深2 354.30 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； h.閃長(zhǎng)玢巖，孤古19井，埋深2 477.50 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）

Fig.4   Photos and micrographs showing typical cores and thin sections of the Mesozoic igneous reservoirs in different areas of the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

3 成巖作用改造

通過巖心及鑄體薄片鑒定和掃描電鏡觀察等分析手段，在研究區(qū)中生界識(shí)別出8類主要成巖作用（圖5）。根據(jù)各類成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響程度，將成巖作用分為建設(shè)性、破壞性及無明顯影響三大類。建設(shè)性的成巖作用包括：火成巖中特有的氣體逸散作用、冷凝收縮作用和熔蝕作用，以及各類巖石中均有發(fā)生的溶蝕作用；對(duì)孔隙有破壞性的成巖作用包括：壓實(shí)作用、充填作用和膠結(jié)作用；交代作用對(duì)孔隙無明顯影響，但是交代作用改變了巖石原始礦物成分，為后期溶蝕打下基礎(chǔ)。

圖5

圖5   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界不同巖性主要成巖作用類型

（交代作用成巖現(xiàn)象及其對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響作用不明顯，故圖中未體現(xiàn)。）

Fig.5   Main diagenesis types of different lithologies in the Mesozoic reservoirs of the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

氣體逸散作用受巖相控制，在溢流相上部亞相安山巖中發(fā)育（圖6a）。熔蝕作用常見于閃長(zhǎng)玢巖中，斑晶被深部熱液熔蝕，對(duì)面孔率有少量貢獻(xiàn)（圖6b）。冷凝收縮作用極易被后期成巖作用掩蓋，在充填殘余氣孔中偶有發(fā)現(xiàn)，對(duì)孔隙度幾乎沒有影響（圖6c）。以上3種建設(shè)性成巖作用主要發(fā)生于巖漿冷凝成巖早期，僅有氣體逸散對(duì)儲(chǔ)層物性有較大影響。壓實(shí)作用是碎屑巖儲(chǔ)層的主要減孔作用，薄片下可見塑性顆粒因壓實(shí)形成假雜基（圖6d）。研究區(qū)自生礦物包括碳酸鹽（方解石、鐵方解石和白云石）、石英和粘土礦物（高嶺石和綠泥石），以碳酸鹽礦物含量最高。自生碳酸鹽礦物的形成具有期次性，受堿性地層流體的控制，早期膠結(jié)物充填顆粒間隙，提高了儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力，礦物顆粒在鏡下呈點(diǎn)接觸（圖6e）；后期碳酸鹽膠結(jié)物鐵含量高，對(duì)溶蝕孔隙造成破壞（圖6f），陰極發(fā)光照片中顏色的差異反映出不同期次碳酸鹽膠結(jié)物成分的區(qū)別（圖6g）。研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物以石英次生加大的形式出現(xiàn)，由于火山物質(zhì)蝕變導(dǎo)致孔隙流體堿性較強(qiáng)，石英加大發(fā)育受到限制，僅在樁海地區(qū)遠(yuǎn)離巖漿巖的石英砂巖儲(chǔ)層中較為常見（圖6h）。自生粘土礦物在全區(qū)都有發(fā)現(xiàn)，高嶺石在高青地區(qū)最為常見，這與高青地區(qū)中生界暴露時(shí)間長(zhǎng)、地層埋深淺有關(guān)（圖6i）。研究區(qū)綠泥石主要形成于堿性條件下火山物質(zhì)的蝕變，碎屑巖中的火山巖巖屑、巖漿巖中的暗色礦物和長(zhǎng)石都是其物質(zhì)來源，以粒間充填或交代產(chǎn)物的形式出現(xiàn)（圖6j，k）。交代作用既有對(duì)長(zhǎng)石和暗色礦物的交代，也有對(duì)膠結(jié)物的交代，如白云石化（圖6l）。溶蝕作用是研究區(qū)最主要的建設(shè)性成巖作用，在碎屑巖中表現(xiàn)為巖屑和長(zhǎng)石的溶解（圖6m，n），在火成巖中也可以看到基質(zhì)和斑晶的溶蝕（圖6o，p）。研究區(qū)溶蝕作用受到有機(jī)質(zhì)成熟排酸和大氣淡水淋濾的共同影響，強(qiáng)溶蝕區(qū)在洼陷內(nèi)和凸起區(qū)都有發(fā)現(xiàn)。

圖6

圖6   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界不同巖性儲(chǔ)層中典型成巖作用

a.安山巖中的原生氣孔，老30井，埋深3 418.60 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； b.閃長(zhǎng)玢巖熔蝕孔，富291井，埋深3 116.00 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； c.安山巖中硅質(zhì)杏仁體收縮縫，富29井，埋深3 332.49 m，西洼組，鑄體薄片（-）； d.塑性顆粒變形，巖屑砂巖，樁181井，埋深3 027.90 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； e.早期方解石膠結(jié)，長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，孤北33井，埋深3 245.60 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； f.后期鐵方解石膠結(jié)，長(zhǎng)石砂巖，高56井，埋深928.64 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； g.多期方解石膠結(jié)，長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖，高41-1井，埋深1 317.40 m，西洼組，陰極發(fā)光；h.石英次生加大，石英砂巖，樁古35井，埋深3 435.55 m，蒙陰組，普通薄片（-）；i.自生高嶺石，長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖，高41井，埋深1 290.50 m，蒙陰組，掃描電鏡；j.殘余綠泥石，巖屑砂巖，高56井，埋深944.90 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； k.綠泥石和方解石交代長(zhǎng)石，火山碎屑巖，孤南31井，埋深2 425.76 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； l.方解石膠結(jié)物白云石化，埕北301井，埋深2 965.40 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； m.巖屑溶蝕，巖屑砂巖，孤北191井，埋深3 157.90 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； n.長(zhǎng)石的溶蝕作用，長(zhǎng)石砂巖，孤北33井，埋深3 246.10 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； o.基質(zhì)的溶蝕作用，閃長(zhǎng)玢巖，孤古19井，埋深2 477.50 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； p.斑晶的溶蝕作用，安山巖，富121井，埋深3 615.40 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）

Fig.6   Typical diagenesis of the Mesozoic reservoirs with different lithologies in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

4 儲(chǔ)集空間類型

本研究分析鑒定了42口井，共324個(gè)鑄體薄片。現(xiàn)將研究區(qū)孔隙類型分為4類，分別為：原生孔（碎屑巖中以殘余粒間孔為主，火成巖以殘余氣孔為主）、斑晶/粒內(nèi)溶孔、基質(zhì)/粒間溶孔和以溶蝕縫為主的微裂縫。研究結(jié)果表明，埕島-樁海地區(qū)、孤西潛山帶和高青地區(qū)均以碎屑巖為有利儲(chǔ)層，以次生溶蝕孔-縫為主要儲(chǔ)集空間（圖7，圖8）。

圖7

圖7   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界不同巖性儲(chǔ)集空間類型

Fig.7   Diagram of reservoir space types with diverse lithologies of the Mesozoic in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

圖8

圖8   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界復(fù)雜巖性儲(chǔ)層中典型儲(chǔ)集空間類型

a.殘余粒間孔，凝灰質(zhì)砂巖，富9井，埋深2 662.10 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； b.雜基孔，凝灰質(zhì)砂巖，富9井，埋深2 695.86 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； c.粒間溶孔，長(zhǎng)石巖屑中砂巖，高41井，埋深1 552.50 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； d.溶蝕擴(kuò)大孔，巖屑中砂巖，樁181井，埋深3 099.50 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； e.粒內(nèi)溶蝕孔，長(zhǎng)石巖屑中砂巖，高41井，埋深1 318.52 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）；f.長(zhǎng)石溶蝕孔，鈣質(zhì)粗砂巖，高41井，埋深1 290.50 m，蒙陰組，掃描電鏡；g.鑄模孔，凝灰質(zhì)砂巖，孤北191井，埋深3 157.90 m，蒙陰組，茜素紅染色鑄體薄片（-）；h.鑄?？?，巖屑砂巖，樁181井，埋深3 102.60 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）；i.顆粒間孔隙，火山角礫巖，富117井，埋深3 879.00 m，西洼組（白色虛線為顆粒邊緣）鑄體薄片（-）； j.殘余原生氣孔，安山巖，富15井，埋深3 197.70 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）； k.基質(zhì)和斑晶均溶蝕孔，閃長(zhǎng)玢巖，孤南138井，埋深2 347.80 m，西洼組，茜素紅染色鑄體薄片（-）；l.粒間溶蝕縫，凝灰質(zhì)砂巖孤北33井，埋深3 247.20 m，三臺(tái)組，茜素紅染色鑄體薄片（-）

Fig.8   Typical reservoir space types of the Mesozoic reservoirs of complex lithologies in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

由于濟(jì)陽(yáng)坳陷構(gòu)造演化復(fù)雜，中生界碎屑巖中的原生孔隙往往難以保存。盡管如此，在埋深較淺的地層中，仍有不同類型的原生孔被發(fā)現(xiàn)。殘余粒間孔的大量出現(xiàn)反映經(jīng)歷的壓實(shí)和膠結(jié)作用較弱（圖8a）；雜基孔多保留在分選較差的凝灰質(zhì)（雜）砂巖中，此類孔隙連通性差，對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)?。▓D8b）。高41井和樁181井中都有溶蝕擴(kuò)大孔發(fā)育，但是兩者的成因有較大區(qū)別。高青地區(qū)中生界埋深較淺，暴露淋濾時(shí)間較長(zhǎng)，殘留原生孔對(duì)面孔率貢獻(xiàn)大，溶蝕作用對(duì)孔隙擴(kuò)大的貢獻(xiàn)?。▓D8c）。樁海地區(qū)儲(chǔ)層埋深大，壓實(shí)作用破壞了幾乎全部的原生孔隙，發(fā)育于顆粒邊緣的溶蝕擴(kuò)大孔以溶孔占比更高（圖8d）。碎屑巖中的次生溶孔是有機(jī)酸、大氣淡水等酸性成巖流體共同作用的結(jié)果，沿長(zhǎng)石解理縫對(duì)顆粒進(jìn)行溶蝕（圖8e，f），在酸性較弱時(shí)形成粒內(nèi)溶孔，在強(qiáng)酸性環(huán)境下顆?？梢员煌耆芪g形成鑄?？祝▓D6m，圖6n，圖8g，圖8h）。

火成巖儲(chǔ)層中特殊的儲(chǔ)集空間類型與獨(dú)特的成巖作用相對(duì)應(yīng)，原生孔隙包括顆粒間孔（圖8i）、殘余氣孔（圖6a，圖8j）、熔蝕孔和冷凝收縮縫（圖6b，c），原生孔的發(fā)育受巖相控制?；鸪蓭r中的次生孔主要為溶蝕孔，斑晶和基質(zhì)都可以發(fā)生溶蝕（圖6o，圖6p，圖8k）。研究區(qū)中生界構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伴生了復(fù)雜的裂縫，但是裂縫往往被后期成巖礦物充填，裂縫對(duì)面孔率的貢獻(xiàn)非常?。▓D4b）。碎屑巖中見少量溶蝕縫（圖8l）。

5 儲(chǔ)層質(zhì)量及控制因素

濟(jì)陽(yáng)坳陷中生代發(fā)育多個(gè)彼此不連通的小湖盆，儲(chǔ)層巖性巖相復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)［19］。不同洼陷中生界殘留地層時(shí)代不同，埋藏過程和現(xiàn)今埋深不同，儲(chǔ)層質(zhì)量差異明顯。整體上，埕島地區(qū)和高青地區(qū)的碎屑巖儲(chǔ)層質(zhì)量較好，是潛在的有利儲(chǔ)層；孤西潛山帶復(fù)雜巖性儲(chǔ)層孔隙度平均值為9.9 %，70 %的樣品滲透率小于1 × 10-3 μm2，多為致密孔隙型儲(chǔ)層。

5.1 儲(chǔ)層質(zhì)量差異

對(duì)來自不同地區(qū)的儲(chǔ)層樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，平均孔隙度由好到差的順序?yàn)椋痕魨u地區(qū)（14.6 %）、高青地區(qū)（12.7 %）、樁海地區(qū)（11.8 %）、孤北洼陷（10.7 %）、孤南洼陷（10.7 %）、富林洼陷（9.1 %）；滲透率由好到差的順序?yàn)椋痕魨u地區(qū)、高青地區(qū)、樁海地區(qū)、孤北洼陷、富林洼陷和孤南洼陷。對(duì)比各個(gè)地區(qū)物性和現(xiàn)今埋深發(fā)現(xiàn)，中生界埋深較淺的高青地區(qū)儲(chǔ)層物性好；而埋深較大的埕島-樁海地區(qū)儲(chǔ)層受溶蝕作用影響，也具有較好的物性；孤西潛山帶的儲(chǔ)層物性最差。

埕島地區(qū)中生界相對(duì)高孔、高滲樣品以砂巖和含礫砂巖為主，中砂巖和灰質(zhì)砂巖樣品個(gè)數(shù)較少。樣品孔隙度范圍在2 %～25 %，主要集中在10 %以上；滲透率普遍大于1 × 10-3 μm2，孔隙度和滲透率之間具有線性正相關(guān)關(guān)系，反映儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型為孔隙型（圖9a）。樣品的含油性較好，大部分達(dá)到油浸級(jí)別，整體上含油級(jí)別隨物性改善而提高。樁海地區(qū)樣品孔滲值分布范圍更廣，以孔隙度10 %、滲透率1 × 10-3 μm2為界，絕大多數(shù)的火成巖和雜砂巖儲(chǔ)層屬于致密儲(chǔ)層；同一巖性樣品點(diǎn)分布集中，細(xì)砂巖儲(chǔ)層物性最好，其次為粉砂巖和含礫砂巖（圖9b）。樣品含油級(jí)別以油斑和油跡為主，其次為油浸，儲(chǔ)層物性與含油級(jí)別無明顯關(guān)系。就碎屑巖的粒度而言，油浸樣品以較粗的含礫砂巖和細(xì)砂巖為主，具有孔隙型儲(chǔ)集空間，粒度較細(xì)的粉砂巖樣品大多數(shù)為油跡或熒光。

圖9

圖9   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島-樁海地區(qū)中生界巖性與孔滲交會(huì)圖

a.埕島地區(qū)； b.樁海地區(qū)

Fig.9   The cross plots showing the Mesozoic lithology vs.porosity?permeability in Chengdao?Zhuanghai area， Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

孤西潛山帶巖性復(fù)雜，熔巖和火山碎屑巖發(fā)育于富林洼陷，碎屑巖在孤北洼陷較為常見（圖2）。中生界孔滲交會(huì)圖表明，富林洼陷的火山凝灰?guī)r和絕大部分安山巖屬于致密儲(chǔ)層，孔隙度在2 %～15 %，除個(gè)別樣品外滲透率均小于0.5 × 10-3 μm2；相對(duì)高孔、高滲儲(chǔ)層的巖性以孤北洼陷的（凝灰質(zhì)）砂巖為主，孔隙度和滲透率有正相關(guān)性；孤南、孤北洼陷的火山角礫巖和閃長(zhǎng)玢巖儲(chǔ)層物性介于兩者之間（圖10a）。整體而言，孔滲值間無明顯線性關(guān)系，儲(chǔ)集空間類型為裂縫/孔隙型。就構(gòu)造演化而言，C區(qū)和A區(qū)整體好于B區(qū)，但受控于巖性（圖10b）。高青地區(qū)儲(chǔ)層巖性以碎屑巖為主，大部分火成巖儲(chǔ)層屬于致密儲(chǔ)層（孔隙度2 %～12 %，滲透率<1×10-3 μm2）；砂巖相對(duì)高孔、高滲，主要巖性包括含礫砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖，其中粉砂巖和中砂巖儲(chǔ)層物性最好，細(xì)砂巖的物性分布范圍大，反映出較強(qiáng)的成巖作用差異（圖11）。高青地區(qū)含油樣品數(shù)量多，樣品含油級(jí)別大體上隨物性變好而升高，油浸樣品集中在高孔滲區(qū)域，物性接近情況下中砂巖含油性優(yōu)于粉砂巖。

圖10

圖10   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷孤西潛山帶中生界巖性與孔滲交會(huì)圖

a.不同巖性； b.不同構(gòu)造分區(qū)

Fig.10   The cross plots showing the Mesozoic lithology vs.porosity?permeability in the Guxi buried hill belt， Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

圖11

圖11   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷高青地區(qū)中生界巖性與孔滲交會(huì)圖

Fig.11   The cross plots showing the Mesozoic lithology vs.porosity?permeability in Gaoqing area， Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

5.2 控制因素分析

巖性、巖相和沉積相、現(xiàn)今埋深、構(gòu)造演化（埋藏過程）以及成巖流體改造5個(gè)因素相互影響，綜合控制了濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界復(fù)雜巖性的儲(chǔ)層質(zhì)量，因此，本研究建立五元控儲(chǔ)模型，并繪制不同地區(qū)儲(chǔ)層雷達(dá)圖進(jìn)行儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)（圖12）。

圖12

圖12   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷不同地區(qū)中生界五元控儲(chǔ)模型及儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

a.埕島-樁海地區(qū)碎屑巖；b.高青地區(qū)碎屑巖；c.孤西潛山帶碎屑巖；d.埕島-樁海地區(qū)火成巖；e.孤西潛山帶火成巖A.洼—隆—??； B.洼—隆—洼Ⅰ型； B*.洼—隆—洼Ⅱ型； C.隆—洼—隆； D.隆—洼—洼

Fig.12   Five?element reserve?controlling model and composite evaluation of the Mesozoic in different areas of Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

巖性從好到壞為砂巖、氣孔熔巖、火山碎屑巖、次火山巖和致密熔巖。巖相和沉積相則被分為三角洲相、沖積扇相、火山爆發(fā)相、次火山巖相和火山溢流相。巖性-巖相決定了儲(chǔ)層的初始孔隙度，是成巖和孔隙演化的基礎(chǔ)，現(xiàn)今物性較好的樣品往往具有較高的初始孔隙度。將前文提到的構(gòu)造演化過程命名為A，B，C，D，由于灘海地區(qū)的B類演化受構(gòu)造抬升影響大而現(xiàn)今埋藏很深，與一般B類不同，因而將其定為B*，構(gòu)造演化由好至壞為C—A—B*—B—D（D類分區(qū)中無有利儲(chǔ)層，本次研究未做討論）。構(gòu)造演化控制了儲(chǔ)層的埋藏史，早期埋藏速率、抬升剝蝕等因素對(duì)原生孔的保存和次生孔的形成具有明顯的控制作用。成巖流體以酸性流體作用強(qiáng)度進(jìn)行區(qū)分，受大氣淡水和有機(jī)酸雙重改造的儲(chǔ)層最佳，僅受有機(jī)酸影響的次之，僅受大氣淡水影響也可能形成有利儲(chǔ)層。在封閉性成巖環(huán)境中，儲(chǔ)層完全受堿性流體控制時(shí)其物性最差?，F(xiàn)今埋藏深度也是重要的影響因素，一般而言，深度越大物性越差。根據(jù)中生界儲(chǔ)層主要埋深范圍，設(shè)置1 000，2 000，3 000和4 000 m，共4個(gè)刻度。研究結(jié)果表明儲(chǔ)層物性質(zhì)量順序?yàn)椋痕魨u-樁海地區(qū)碎屑巖>高青地區(qū)碎屑巖>孤西潛山帶碎屑巖>埕島-樁海地區(qū)火成巖>孤西潛山帶火成巖。

埕島-樁海地區(qū)的風(fēng)化殼儲(chǔ)層以次生溶蝕作用最為明顯，受到大氣淡水和有機(jī)酸的雙重改造，抵消了構(gòu)造演化和現(xiàn)今埋深的不利影響；埕島-樁海地區(qū)的內(nèi)幕儲(chǔ)層僅受有機(jī)酸的影響，儲(chǔ)層物性略低于高青地區(qū)（圖12a）。高青地區(qū)的碎屑巖儲(chǔ)層各項(xiàng)參數(shù)適中，整體較好，現(xiàn)今埋深最淺，這為有利儲(chǔ)層的形成創(chuàng)造了條件（圖12b）。孤西潛山帶的碎屑巖物性一般，在碎屑巖中其平均孔隙度最低，巖石中火山物質(zhì)含量高；沉積相以沖積扇相和三角洲相為主，巖石成分和結(jié)構(gòu)成熟度低；受酸性流體成巖改造弱且現(xiàn)今埋深較大（圖12c）。

火成巖儲(chǔ)層物性普遍低于碎屑巖，埕島-樁海地區(qū)火成巖物性相對(duì)較好，以老30井氣孔熔巖為代表。老30井位于C類構(gòu)造演化區(qū)，原始孔隙被保存且后期受有機(jī)酸改造，形成了有利儲(chǔ)層。對(duì)于埕島-樁海地區(qū)的次火山巖和火山碎屑巖而言，后期酸性流體改造是形成有利儲(chǔ)層的關(guān)鍵（圖12d）。孤西潛山帶火成巖中，次火山巖和火山碎屑巖物性較好，地層酸性流體改造和埋藏過程是較好儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵（圖12e）。

6 儲(chǔ)層甜點(diǎn)模型建立

在進(jìn)行復(fù)雜斷陷湖盆潛山儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)，要將儲(chǔ)層發(fā)育情況與成藏條件相結(jié)合，對(duì)比不同地區(qū)烴源巖和儲(chǔ)層發(fā)育特點(diǎn)。在巖性、成巖作用和儲(chǔ)集空間分析的基礎(chǔ)上，本研究將中生界有利儲(chǔ)層按照成因和發(fā)育位置分為5類（圖13），分別為：① 斷層和不整合面窗口溶蝕帶；② 膠結(jié)殘留淋濾帶；③ 剝蝕殘留淋濾帶；④ 混合溶蝕帶；⑤ 有利巖相對(duì)接帶。

圖13

圖13   渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界有利儲(chǔ)層發(fā)育模式

① 窗口溶蝕帶； ② 膠結(jié)殘留淋濾帶； ③ 剝蝕殘留淋濾帶； ④ 混合溶蝕帶； ⑤ 有利巖相對(duì)接帶

Fig.13   The schematic diagram showing the development pattern of the Mesozoic favorable reservoirs in the Jiyang Depression， Bohai Bay Basin

窗口溶蝕帶位于中-新生界斷層面或不整合面附近，新生界烴源巖熱演化過程中排出有機(jī)酸和后續(xù)的油氣，能夠通過斷層或不整合面的對(duì)接窗口，進(jìn)入中生界儲(chǔ)層中，形成有利儲(chǔ)層。膠結(jié)殘留淋濾帶位于中-新生界不整合面之下，是受上覆沙河街組-孔店組堿性流體下滲影響較弱的區(qū)域，原生殘余孔隙未被完全膠結(jié)。剝蝕殘留淋濾帶是指殘積層被剝蝕且遠(yuǎn)離鈣源的淋濾帶，既可以位于中-新生界不整合面之下，因沙河街-孔店組缺失導(dǎo)致中生界與館陶組-東營(yíng)組直接接觸，也可以位于中生界內(nèi)幕不整合面附近。此類儲(chǔ)層的成巖作用不受咸化湖盆中流體下滲影響，是強(qiáng)烈構(gòu)造抬升剝蝕的結(jié)果，在高青地區(qū)較為常見?；旌先芪g帶儲(chǔ)層受大氣淡水和有機(jī)酸疊加改造。有利巖相對(duì)接帶儲(chǔ)層具有近油源、溶蝕弱和原生孔為主的特點(diǎn)。

7 結(jié)論

1） 巖性、巖相是形成有利儲(chǔ)層的基礎(chǔ)，渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界風(fēng)化殼儲(chǔ)集層發(fā)育陸源碎屑巖、火山碎屑巖、火山熔巖、次火山巖和深成侵入巖等5大類12小類巖石類型，以初始孔隙度較高的碎屑巖儲(chǔ)層質(zhì)量最佳。

2） 大氣淡水和有機(jī)酸的溶蝕作用明顯改善中生界碎屑巖儲(chǔ)層；氣體逸散、冷凝收縮、高溫熔蝕以及酸性水溶蝕對(duì)火成巖儲(chǔ)層有一定改善作用。碎屑巖儲(chǔ)層受巖石成熟度、壓實(shí)強(qiáng)度、早期方解石膠結(jié)和二次埋藏有機(jī)酸改造影響顯著。

3） 由于中生界儲(chǔ)層現(xiàn)今埋深普遍較大，原生孔隙保存困難，抬升和埋藏階段形成的次生溶蝕孔是主要的儲(chǔ)集空間類型。受到堿性流體影響大、鄰近鈣源的儲(chǔ)層由于自生碳酸鹽礦物大量發(fā)育，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差。

4） 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷風(fēng)化殼儲(chǔ)層質(zhì)量受到巖性巖相、成巖流體、構(gòu)造演化和現(xiàn)今埋深等多個(gè)因素的綜合影響，提出五元控儲(chǔ)模型；將有利儲(chǔ)層分為5類：① 斷層和不整合面窗口溶蝕帶；② 膠結(jié)殘留淋濾帶；③ 剝蝕殘留淋濾帶；④ 混合溶蝕帶；⑤ 有利巖相對(duì)接帶。