廣西雪峰山南緣石炭系寺門組儲層特征及其控制因素

1、廣西雪峰山南緣石炭系寺門組儲層特征及其控制因素隨著油氣資源需求的日益增長，致密砂巖油氣藏已成為現(xiàn)今非常規(guī)油氣勘探的熱點之一1-6。大量研究表明致密砂巖儲層總體具有物性差、非均質性強、孔喉結構復雜和成巖改造程度高等特點7-8，其形成和分布受沉積、成巖和構造作用的共同控制，壓實作用和膠結作用是儲層致密化的主要因素9-16。廣西雪峰山南緣石炭系生烴條件良好12-24，發(fā)育一套致密砂巖儲層25-27，具有良好的油氣勘探潛力，受到油氣產業(yè)部門和石油地質學家的關注。針對研究區(qū)廣西雪峰山南緣下石炭統(tǒng)寺門組致密儲層形成的層序地層與充填模式28-31，沉積環(huán)境與有利相帶分布28-29，31-35等基礎地質研究已

2、有一些優(yōu)秀的成果，奠定了良好的研究基礎。但是，關于這套致密砂巖儲層的時空分布、優(yōu)質儲層成因和控制因素等制約油氣勘探的關鍵地質問題還有待深入討論。本文在前人研究的基礎上，通過研究區(qū)的20余條露頭剖面、308件露頭樣品以及204件東塘1井巖心樣品的詳細觀察，綜合利用鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光和物性等分析化驗資料，對雪峰山南緣寺門組碎屑巖儲層的基本特征及其形成發(fā)育的控制因素進行了詳細討論，建立了優(yōu)質儲層的發(fā)育模式，為研究區(qū)石炭系碎屑巖儲層預測和油氣勘探提供基礎資料。圖3圖3雪峰山南緣西部、東部地區(qū)寺門組砂巖類型（a1，a2）、巖性分布（b1，b2）及巖屑類型（c1，c2）.石英砂巖；.長石質石英砂

3、巖；.巖屑質石英砂巖；.長石巖屑質石英砂巖；.長石砂巖；.巖屑質長石砂巖；.巖屑長石砂巖；.長石巖屑砂巖；.長石質巖屑砂巖；.巖屑砂巖Fig.3Rock types （a1， a2）， lithological types （b1， b2） and detritus types （c1， c2） of the Simen Formation sandstone in the western and eastern parts of the southern margin of Xuefeng Mountain2.2 儲集空間類型研究區(qū)寺門組砂巖儲集空間類型主要為原生粒間孔、次生溶蝕孔（包括粒內

4、溶孔、粒內微孔、粒間溶孔和鑄?？椎龋┮约傲芽p（包括構造縫和微裂縫等），總面孔率平均值為3.7 %，孔隙半徑平均值為36.03 m，孔喉比平均值為0.017?？偯婵茁饰鞑康貐^(qū)高于東部地區(qū)，主要為次生溶蝕孔（約占60 %），其次為原生粒間孔（約占30 %）和裂縫（約占10 %）。東塘1井儲層中裂縫和次生孔隙的占比明顯高于露頭（表1），則是由于深埋環(huán)境下壓實作用的影響使原生粒間孔大幅減少，同時裂縫溝通溶蝕流體促進溶蝕孔隙的形成。表1雪峰山南緣寺門組儲層孔隙類型構成Table 1Pore types of the Simen Formation reservoirs at the southern m

5、argin of Xuefeng Mountain地區(qū)孔隙類型占比/%總面孔率/%原生粒間孔次生溶蝕孔裂縫西部地區(qū)3058124.42東部地區(qū)336162.96東塘1井1372151.93新窗口打開|下載CSV1） 原生粒間孔寺門組砂巖儲層原生粒間孔多呈三角形或不規(guī)則多邊形（圖4a，b），孔徑變化較大，普遍在1080 m，孔隙連通性較好，這些特征也與儲層骨架顆粒中石英含量較高的高成分成熟度一致。圖4圖4雪峰山南緣寺門組儲層儲集空間類型及特征a.粒間孔（紅色箭頭）和粒間溶孔（黃色箭頭），環(huán)江賴洞剖面，單偏光； b.三角形粒間孔（紅色箭頭），東塘1井，埋深677.2 m，掃描電鏡； c.粒間溶孔（

6、紅色箭頭）和粒內溶孔（黃色箭頭），柳州新圩剖面，單偏光； d.粒間溶孔被片狀高嶺石和片絲狀、毛發(fā)狀伊利石集合體充填，柳州長蛇剖面，掃描電鏡； e.長石顆粒溶蝕形成鑄模孔（紅色箭頭），東塘1井，埋深660.6 m，掃描電鏡；f. 長石顆粒向高嶺石轉化，溶蝕形成的微孔，東塘1井，埋深1 021.9 m，掃描電鏡； g.多期次裂縫（紅色箭頭），東塘1井，埋深589.4 m，巖心； h.網狀微裂縫（紅色箭頭），南丹地馬剖面，單偏光； i.高角度縫（紅色箭頭），方解石半充填，東塘1井，埋深663.5 m，巖心Fig.4Micrographs and pictures showing space type

7、s and characteristics of the Simen Formation reservoirs at the southern margin of Xuefeng Mountain2） 粒間溶孔該套儲層粒間溶孔發(fā)育（圖4a，c，d），常見顆粒間雜基、膠結物溶蝕和長石、巖屑顆粒邊緣溶蝕，孔徑較大，通常在20 m以上，反映了該套儲層的溶蝕作用較強，但也常見高嶺石、伊利石集合體充填于粒間溶孔，降低了儲層質量（圖4d）。3） 顆粒溶孔常見長石、巖屑等易溶顆粒的溶蝕，形成粒內溶孔和鑄模孔（圖4c，e）同時，也可見到云母、伊利石和高嶺石等蝕變礦物的溶蝕形成的粒內微孔（圖4f）。顆粒溶孔的孔

8、徑大小不一，孔徑可達100 m，而粒內微孔孔徑在1001 000 nm。4） 裂縫主要由構造作用或壓裂作用產生的高角度裂縫和微裂縫（圖4gi），裂縫寬度普遍介于1040 m，極個別裂縫寬度可達160 m，多呈北東向延伸、有主系。裂縫內多以方解石充填為主，易溶解，常見沿縫溶蝕形成溶蝕孔洞，改善了儲層質量，有利于優(yōu)質儲層的形成。2.3 物性特征孔-滲數(shù)據統(tǒng)計分析（西部地區(qū)樣品111件，東部地區(qū)樣品134件）表明，寺門組儲層孔隙度平均值為4.4 %，主要介于1.0 %3.0 %和3.0 %5.0 %（圖5a1，a2）；滲透率平均值為8.7 10-3m2，呈雙峰分布，主要在小于0.1 10-3m2和大

9、于1.0 10-3m2兩個區(qū)間（圖5b1，b2）。對比東、西部地區(qū)孔-滲數(shù)據差異，發(fā)現(xiàn)西部地區(qū)樣品的孔隙度大于5.0 %的樣品數(shù)量占39.64 %，滲透率大于0.6 10-3m2的占22.85 %；東部地區(qū)樣品孔隙度大于5.0 %的占21.64 %，滲透率大于0.6 10-3m2的占19.49 %。西部地區(qū)樣品孔-滲相關性較差，孔隙度滲透率變化較大（圖6a1），儲層的滲流性能與孔隙發(fā)育程度關系不大，滲透能力的改善主要與裂縫有關，儲層類型主要為孔隙-裂縫型。東部地區(qū)的孔-滲相關性明顯好于西部地區(qū)，孔隙度變化較小，滲透率變化較大（圖6a2），說明該區(qū)的孔隙結構較為簡單，裂縫對儲層的儲集性能仍有很好

10、的促進作用，儲層類型主要為孔隙型。東塘1井寺門組儲層呈低孔高滲（孔隙度平均值為2.44 %，滲透率平均值為1.68 10-3m2）的特征，隨著埋深的增加，寺門組孔隙度整體呈下降趨勢（圖6b1），說明埋深在一定程度上加劇了寺門組砂巖儲層的致密化；而滲透率與埋深的相關性較差（圖6b2）則印證了東塘1井裂縫較為發(fā)育的特點。圖5圖5雪峰山南緣西部、東部地區(qū)寺門組孔隙度（a1，a2）及滲透率（b1，b2）分布Fig.5Histograms showing the porosity （a1，a2） and permeability （b1，b2） of the Simen Formation reserv

11、oirs in the western and eastern parts of the southern margin of Xuefeng Mountain圖6圖6雪峰山南緣西部（a1）、東部（a2）地區(qū)寺門組孔-滲關系及東塘1井寺門組孔隙度（b1）和滲透率（b2）隨深度的變化Fig.6Porositypermeability correlation of the Simen Formation in the western （a1） and eastern （a2） parts of the southern margin of Xuefeng Mountain and the vari

12、ation of porosity （b1） and permeability （b2） with depth of the Simen Formation in Well Dongtang1綜上所述，寺門組儲層總體呈低孔低滲特征，但西部的物性條件優(yōu)于東部，具備優(yōu)質儲層發(fā)育的條件。兩個地區(qū)之間儲層物性的差異，可能跟研究區(qū)寺門組沉積期北部雪峰山古陸和東部大瑤山島兩支物源體系控制下的儲層物質基礎差異有關25。2.4 儲層類型及分布雪峰山南緣寺門組儲層經歷了多期構造作用的改造18，29-30，39，不同地區(qū)儲集性能差異較大，參考前人致密砂巖儲層的分類標準40-41，將研究區(qū)寺門組儲層分為較好、中等、

13、較差和非儲層4類，將類儲層定義為相對優(yōu)質儲層（表2）。表2雪峰山南緣寺門組砂巖儲層分類評價Table 2Classification and evaluation of sandstone reservoirs of the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain類別孔隙度/%滲透率/（10-3m2）評價結果類60.8較好儲層類640.80.3中等儲層類420.30.1較差儲層類20.1非儲層新窗口打開|下載CSV縱向上，寺門組發(fā)育4期儲層砂體，其中第三期砂體孔隙度最高，平均值為6.19 %，滲透率平均值為1.53

14、10-3m2，屬于類儲層；其次為第四期砂體和第一期砂體，孔隙度平均值分別為4.97 %和4.57 %，滲透率平均值分別為1.60 10-3m2和3.74 10-3m2，屬于類儲層；第二期砂體物性條件最差，孔隙度平均值為4.50 %，滲透率平均值僅為0.20 10-3m2，屬于類儲層。平面上，西部地區(qū)的環(huán)江中屯剖面物性條件最好，平均孔隙度達到10.36 %，平均滲透率達到3.90 10-3m2；東部地區(qū)的鹿寨寨沙和柳州長蛇剖面物性條件表現(xiàn)相對較好，平均孔隙度都在7.00 %左右，滲透率分別為8.77 10-3m2和2.98 10-3m2；垃甲、肯后等剖面物性條件一般，平均孔隙度超過5.00 %，

15、平均滲透率大于1.00 10-3m2；其余剖面物性條件表現(xiàn)較差（圖7）。圖7圖7雪峰山南緣寺門組西部（a）、東部（b）地區(qū)不同剖面孔-滲對比Fig.7Comparison of porosity and permeability of the Simen Formation on different sections in the western （a） and eastern （b） parts at the southern margin of Xuefeng Mountain綜上所述，相對優(yōu)質儲層主要分布于第三期砂體，平面上主要分布于中屯、寨沙和長蛇等地。相比其他三期砂體，第二期砂體較低

16、的滲透率特征可能與該期砂體較薄、砂體中裂縫不發(fā)育有關。不同地區(qū)儲層的孔隙度（平均值分布在1.19 %10.36 %）、滲透率（平均值分布在0.047 10-3m28.77 10-3m2）差異較大則可能反映了儲層中發(fā)育較多的裂縫。3 儲層發(fā)育控制因素3.1 沉積環(huán)境對儲層發(fā)育分布的控制結合前人研究成果42-44，通過研究區(qū)野外露頭層序界面識別（圖8ad），認為寺門組發(fā)育1個三級層序和4個四級層序。周期性海平面變化控制了沉積相時空分布，是優(yōu)質儲層發(fā)育的物質基礎。在寺門組沉積期間，處于三級海平面上升階段31，沉積可容納空間增大，隨著來自北面和東面兩條物源的持續(xù)供給25，砂質碎屑在濱岸地區(qū)大面積分布，

17、泥質細粒碎屑物則被進一步搬運到水體較深的槽盆區(qū)，碎屑濱岸沉積不斷擴大，砂體不斷變厚，集中發(fā)育在環(huán)江、柳州及其周緣等地。圖8圖8雪峰山南緣寺門組層序界面及沉積微相識別標志a.三級層序底界面SB1，上部為寺門組灰黑色泥巖，下部為黃金組灰黑色泥晶灰?guī)r夾泥巖，環(huán)江塘現(xiàn)剖面； b.三級層序頂界面SB2，上部為羅城組灰黑色生物碎屑灰?guī)r，下部為寺門組灰黑色泥巖，環(huán)江塘現(xiàn)剖面； c.四級層序MCS1與MCS2界面，上部為灰黑色泥巖，下部為灰白色石英砂巖，鹿寨石古剖面； d.四級層序MCS2與MCS3界面，上部為灰黑色泥巖，下部為淺灰色細砂巖，鹿寨石古剖面； e.泥坪微相，水平層理，環(huán)江塘現(xiàn)剖面； f.沿岸砂壩

18、微相，小型交錯層理，環(huán)江賴洞剖面； g.混合坪微相，透鏡狀、波狀層理，鹿寨長勝剖面； h.砂泥質濱岸微相，泥質粉砂巖，波痕構造，東塘1井，埋深825.0 m； i.潟湖微相，以水平層理為主的復合韻律層理，東塘1井，埋深719.1 mFig.8Pictures showing the markers to identify sequence boundaries and sedimentary microfacies of the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain寺門組主要發(fā)育沿岸砂壩、砂泥質濱岸、泥坪、混合坪及

19、潟湖等微相（圖8ei，圖9）。對比不同沉積微相下儲層物性的差異（圖10a，b），處于相對高能沉積環(huán)境的砂泥質濱岸、沿岸砂壩和混合坪微相儲層物性表現(xiàn)較好，孔隙度平均值分別為5.2 %，4.3 %和3.8 %，滲透率平均值超過1 10-3m2；而處于低能沉積環(huán)境的潟湖和泥坪微相儲層物性條件較差，孔隙度平均值低于2 %，滲透率平均值低于0.01 10-3m2，難以形成優(yōu)質儲層。砂巖粒度與儲層物性的關系45-47也反映了臨濱和混合坪沉積中相對較粗的砂巖顆粒更有利于儲集空間的形成，表明高能的沉積水體環(huán)境對寺門組儲層物性具有很好的促進作用。這些特征均反映了沉積環(huán)境對砂巖組分、結構的控制作用，進而影響砂巖儲

20、層的物性條件48-49。圖9圖9雪峰山南緣寺門組層序地層與沉積相連井剖面（剖面位置見圖1）Fig.9Cross-well correlation of the sequence stratigraphy and sedimentary facies in the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain （see Fig.1 for the section location）SB1.三級層序底界面；SB2.三級層序頂界面圖10圖10雪峰山南緣寺門組沉積微相與孔隙度（a）及滲透率（b）關系Fig.10Correlatio

21、n between sedimentary microfacies and porosity （a） and between sedimentary microfacies and permeability （b） of the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain3.2 構造裂縫對優(yōu)質儲層的控制雪峰山南緣桂中地區(qū)經歷了多期構造事件的改造50，具有良好的裂縫形成條件。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約18.1 %的薄片發(fā)育12條裂縫，約5.3 %的薄片發(fā)育35條裂縫，約22.3 %的薄片發(fā)育了5條以上裂縫，說明研究區(qū)內裂縫普遍發(fā)育。同時

22、，研究區(qū)西部裂縫比東部發(fā)育，也體現(xiàn)了西部地區(qū)物性相對較好和孔-滲相關性較差的特征。寺門組儲層中的構造裂縫主要形成于中成巖晚 期晚成巖階段，以燕山期和喜馬拉雅期微裂縫和高角度縫為主18。微裂縫大幅增加孔隙之間的連通性，提升儲層的滲流能力，是寺門組儲層局部低孔隙度、高滲透率的重要原因。同時，高角度縫還能為溶蝕流體提供通道，促進溶蝕作用發(fā)育，常在高角度縫周圍發(fā)育串珠狀溶蝕孔（圖4i）。寺門組儲層的孔-滲相關性和埋深-滲透率相關性較差，說明儲層的儲集和滲透性能除了受孔隙發(fā)育程度影響外，還在一定程度上依賴于構造裂縫形成的滲濾通道。在優(yōu)質儲層相對發(fā)育的中屯（孔隙度平均值10.36 %，滲透率平均值3.90

23、 10-3m2）、寨沙（孔隙度平均值7.18 %，滲透率平均值8.77 10-3m2） 和長蛇（孔隙度平均值6.96 %，滲透率平均值2.98 10-3m2）等地，構造裂縫都極大地促進了儲層的輸導能力，發(fā)育較多孔隙-裂縫型儲層。這表明成巖中、后期構造運動產生的裂縫是改善儲-滲性能的關鍵，對優(yōu)質儲層的發(fā)育分布具有明顯控制作用。3.3 成巖作用及對儲層質量的控制研究區(qū)寺門組具有埋深大、時間長以及演化程度高等特點，經歷了復雜的成巖作用過程。3.3.1 壓實作用壓實作用是寺門組儲層的主要成巖作用之一，主要發(fā)生在早成巖時期。隨著早期快速埋深，上覆地層壓力加大，沉積物被不斷壓實，巖屑、云母等塑性顆粒發(fā)生破

24、碎、扭曲及變形（圖11a），碎屑顆粒緊密堆積，顆粒之間多呈線-凹凸接觸（圖11b），大量原生孔隙被破環(huán)、充填，導致寺門組儲層的孔-滲條件大幅下降。如東塘1井的巖心相較于地表樣品更致密（圖7a），說明強壓實作用加劇了寺門組儲層的致密化程度。圖11圖11雪峰山南緣寺門組儲層砂巖鏡下特征a.云母壓實斷裂，東塘1井，埋深456.6 m，單偏光； b.線-凹凸接觸，環(huán)江水源剖面，正交光；c.連晶式方解石膠結，東塘1井，埋深1 121.7 m，掃描電鏡； d.部分斑點狀方解石充填于長石溶孔內，鹿寨長盛剖面，正交光； e.自生石英不發(fā)光，環(huán)江水源剖面，陰極發(fā)光； f.次生石英加大作用，東塘1井，埋深1 12

25、1.7 m，掃描電鏡Fig.11Microscopic characteristics of reservoir sandstones in the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain寺門組砂巖分選較好，分選系數(shù)S0在1.11.3。按照砂巖的初始孔隙度計算公式（1=20.91+22.90/S051）得出寺門組儲層的初始孔隙度在40.0 %左右，實測孔隙度平均值4.4 %，膠結作用損失孔隙度（膠結物含量）平均值3.8 %，溶蝕作用增加孔隙度平均2.3%，得出壓實作用損失孔隙度（=初始孔隙度-膠結物損失孔隙度-實測孔

26、隙度+溶蝕增加孔隙度52）為34.1 %。從壓實率的計算結果來看，寺門組儲層由壓實作用造成的孔隙損失率達到了85.2 %左右，說明強烈的壓實作用是影響儲層質量的第一要素。3.3.2 膠結作用研究區(qū)寺門組儲層的膠結物以自生方解石和自生石英為主。早期方解石形成于淺埋藏階段，呈連晶式和孔隙式產出，具有較高的負膠結物孔隙度（圖11c），中-晚期方解石多充填于粒間溶孔和粒內溶孔中 （圖11d）。硅質膠結物常見自生石英形成的加大邊或石英顆粒以他型粒狀集合體的形態(tài)充填于孔隙內 （圖11e，f）。方解石膠結物含量與儲層物性呈明顯的負相關（圖12a1，a2）；而硅質膠結物由于來源多樣，與儲層物性關系復雜，其含量

27、與孔隙度呈較弱的負相關，與滲透率相關性不明顯（圖12b1，b2）；總膠結物含量與儲層物性的關系總體呈負相關（圖12c1，c2），當總膠結物含量超過8%時，儲層的孔隙度和滲透率都明顯降低。說明膠結作用，尤其是方解石膠結作用對寺門組儲層物性條件影響較大。圖12圖12雪峰山南緣寺門組方解石膠結物、硅質膠結物及總膠結物含量與孔隙度（a1，b1，c1）、滲透率（a2，b2，c2）關系Fig.12Relationship between calcite cement content， siliceous cement content， total cement content and porosity （

28、a1，b1，c1） or permeability （a2，b2，c2） in the Simen Formation at the southern margin of Xuefeng Mountain從膠結程度來看，寺門組膠結作用減孔量（膠結物含量）平均3.8 %左右，膠結作用孔隙損失率在9.5 %左右。另外，砂巖膠結物含量與負膠結物孔隙度投點圖53，顯示大部分樣品位于左下側區(qū)域（圖13），也說明寺門組儲層的化學成巖作用較弱，膠結作用對儲層質量的影響較小。圖13圖13雪峰山南緣寺門組儲層負膠結物孔隙度與膠結物含量投點圖Fig.13Plot showing minuscement poros

29、ity and cement content in the Simen Formation reservoirs at the southern margin of Xuefeng Mountain3.3.3 溶蝕作用寺門組儲層中大部分骨架顆粒發(fā)育溶蝕現(xiàn)象，是形成次生孔隙的直接途徑54，形成粒間、粒內溶孔以及少量鑄?？祝▓D4），對儲層質量產生積極影響55-57。東塘1井寺門組儲層溶蝕作用普遍強于野外露頭樣品，東、西部地區(qū)寺門組儲層的溶蝕程度相當，溶蝕產生的次生孔隙均在60 %左右（表1），主要發(fā)育兩期溶蝕作用。早期溶蝕形成于早成巖階段，此時埋深較淺，主要由不穩(wěn)定長石溶解形成少量次生孔隙，在持續(xù)

30、埋深過程中受到強壓實作用的破壞難以保存下來。晚期溶蝕作用形成于深埋環(huán)境，主要發(fā)生在中成巖階段，伴隨著生烴高峰，有機酸注入，大量鉀長石、鈉長石溶蝕形成次生孔隙，溶蝕作用增孔量大約為2.3 %，使儲層質量得到有效提升。3.4 有利儲層分布區(qū)預測研究區(qū)東、西部寺門組儲層雖然分屬不同的物源體系，但總體上儲層的基本特征、沉積背景及形成機制都具有很強的相似性，認為寺門組在研究區(qū)內存在一種優(yōu)質儲層發(fā)育模式（圖14）：沿岸砂壩、砂泥質濱岸和混合坪是形成寺門組儲層形成的物質基礎，強烈的壓實作用是導致寺門組儲層整體致密的最主要原因，成巖中、后期的晚期溶蝕作用使儲層質量得到微弱提升，晚期構造運動產生的大量裂縫極大地促進了儲層的輸導能力，局部地區(qū)具備優(yōu)質儲層發(fā)育的物性條件，如在研究區(qū)的德勝和洛埠為有利儲層分布區(qū)。圖14圖14雪峰山南緣寺門組儲層發(fā)育模式Fig.14Sketch diagram showing the reservoir development