粗結構巖類是形成儲層的基礎,它與構造、盆地類型以及在層序地層格架中的位置息息相關;它一般形成于相對穩(wěn)定的構造環(huán)境,位于層序地層格架中的高水位體系域。當然,沉積巖形成后的深埋作用,表生溶蝕作用及后期的構造作用等都會對儲集性能產生影響。
綜合研究認為,中揚子地區(qū)主要發(fā)育上震旦統燈影組、下寒武統石龍洞組、中-上寒武統、上石炭統黃龍組和中二疊統茅口組等多套碳酸巖儲集層;南華北地區(qū)儲集巖廣泛發(fā)育。從時代上看,從新元古界—中生界均有發(fā)育,其中,新元古界—下古生界以白云巖、灰?guī)r等碳酸巖儲集巖為主;而上古生界—中生界則以砂巖為主。每一種巖性類型還可以進一步劃分為不同成因類型。成因類型主要包括海相濁積巖、濱岸砂巖、潮道砂巖、海陸過渡三角洲砂巖、湖泊三角洲砂巖、河流相砂巖(心灘、邊灘);以及臺內礁灘白云巖(灰?guī)r)、顆粒白云巖(灰?guī)r)、晶粒白云巖及巖溶型儲層等。
3.3.3.1 晚元古代—早古生代兩側在相同的構造-沉積環(huán)境下儲層同步發(fā)育
在沉積演化過程中,不同構造演化階段導致沉積盆地類型及性質不同,從而導致不同階段儲集體的成因類型不同。晚元古代—早古生代,以早古生代洋殼擴張期的古秦嶺洋南北兩側被動大陸邊緣及克拉通坳陷盆地最具特色,大部地區(qū)為克拉通碳酸鹽巖盆地發(fā)育期,此時盆地內發(fā)育的儲集體為碳酸鹽巖儲層,包括灘相、白云巖及巖溶儲層發(fā)育。
1.晚元古代
(1)南華北地區(qū):青白口紀南華北地區(qū)整體上由北向南由濱岸向陸棚沉積環(huán)境過渡,以濱岸砂巖儲層為主;震旦紀南華北沉積環(huán)境以潮坪為主,以砂巖及碳酸鹽巖(主要白云巖)儲層為主。
(2)中揚子地區(qū):晚震旦世燈影期,存在臺地(局限臺地、開闊臺地)、臺地邊緣以及陸棚和盆地相;臺地邊緣中的臺緣灘和臺地相中的局限臺地是云巖發(fā)育的主要沉積相帶,而開闊臺地和臺地前緣斜坡云巖發(fā)育較差,陸棚-盆地相極少見到云巖;云巖明顯受沉積相控制,這主要是因為早期處于古地理高部位有利白云石化作用(包括準同生白云石化、混合水白云石化甚至成巖白云石化)的發(fā)生。
從層序地層看,南、北兩側震旦系總體為一向上變淺的沉積序列,潮坪相和臺地-臺地邊緣相儲層發(fā)育,在層序中的高水位體系域儲層發(fā)育。尤其在震旦系頂部發(fā)育侵蝕不整合面,巖溶發(fā)育,為有利儲層發(fā)育帶。
2.早古生代
1)寒武紀:寒武紀經歷了兩次大的海進—海退。
(1)南華北地區(qū):早寒武世初開始,古中國洋洋殼擴張,華北南緣演化為被動大陸邊緣及臺緣斜坡環(huán)境,以斜坡相含磷泥頁巖沉積為特征;而欒川-方城-明港-舒城斷裂以北主體為穩(wěn)定克拉通的沉積-構造環(huán)境,沉積了一套厚度穩(wěn)定的臺地相及潮坪、瀉湖相白云巖、顆粒灰?guī)r,夾粉細砂巖及泥巖的臺地型沉積,白云巖、顆粒灰?guī)r為主要儲層;其儲層發(fā)育層位主要在下寒武統上部及中-上寒武統,位于層序地層中的高水位體系域。
(2)中揚子地區(qū):儲層也主要發(fā)育于臺地相區(qū)下寒武統的石龍洞組上部,巖性為鮞狀白云巖、淺紫灰色泥質藻白云巖、角礫狀含泥藻白云巖、角礫狀白云巖,代表高水位體系域。如宜昌地區(qū)覃家廟見到下寒武統石龍洞組的暴露溶蝕不整合面。中-上寒武統沉積時期,高水位體系域在臺地相區(qū)由中寒武統覃家廟組上部及上寒武統三游洞組(或婁山關群)組成,具進積型沉積特點,巖性為云巖、顆粒云巖、灰?guī)r。
2)奧陶紀。
(1)南華北地區(qū):由于古秦嶺洋板塊由南向北俯沖(O3—S),華北地臺南部邊緣逐步隆升,晚寒武世以后不斷發(fā)生向東北方向的海退,華北海逐漸退縮,南部邊緣隆起帶不斷向北擴大,古地勢反轉呈現南高北低、西高東低的特點;奧陶紀華北海從東北、東兩個方向向南部邊緣隆起帶超覆。早-中奧陶世地層展布趨勢呈北厚南薄,整體呈現向北緩傾的緩坡環(huán)境;自北向南依然表現為開闊臺地和臺地潮坪的環(huán)境格局。至早奧陶世僅在民權—永城—宿遷一線以北地區(qū)形成陸表淺海,其內堆積了局限臺地相的碳酸鹽巖沉積。
中奧陶世早馬家溝期,在原陽—周口—太和一線以北為開闊海環(huán)境;以南的三門峽—禹州—確山—霍邱一線以北的地區(qū)為臺地潮坪環(huán)境,主要為云灰坪。晚馬家溝期地層,在魚臺—棗莊一線地層厚度最大;整體呈現向北緩傾的斜坡環(huán)境;自北向南依然表現為開闊臺地和臺地潮坪的環(huán)境格局。南華北地區(qū)中-下奧陶統儲層巖性為顆?;?guī)r及白云巖。另外,晚奧陶世加里東運動Ⅰ幕導致馬家溝組碳酸鹽巖發(fā)生抬升剝蝕,形成碳酸鹽巖風化殼,發(fā)育巖溶角礫巖。
(2)中揚子地區(qū):中揚子奧陶紀早期,進入穩(wěn)定被動大陸邊緣-克拉通盆地發(fā)展階段,總體表現為南盆北臺的特征;儲層主要位于中揚子北緣臺地相區(qū),由下奧陶統南津關組、分鄉(xiāng)組及紅花園組構成;巖性為顆?;?guī)r、礫屑灰?guī)r、礁灰?guī)r及白云巖。
發(fā)生在中奧陶世晚期的加里東運動第二幕,古秦嶺洋板塊向北俯沖(O3—S),造成華北南緣逐步隆升;揚子板塊南緣的大洋板塊向南俯沖,使華南盆地的消亡速度加快,盆地中心由南東向北西遷移,至奧陶紀末盆地已褶皺隆升。
3.對比分析
造山帶南側或北側晚元古代—早古生代儲層,均以碳酸鹽巖為主;相同的構造-沉積環(huán)境下儲層同步發(fā)育,均為下寒武統上部、中-上寒武統的高水位體系域;兩側都經歷了震旦系頂部、寒武系頂部及北側晚奧陶世加里東運動的暴露溶蝕,有利于溶蝕孔洞型儲層的發(fā)育。
3.3.3.2 晚古生代北側南華北地區(qū)儲集體以陸源碎屑巖為主,南側中揚子地區(qū)仍以碳酸鹽巖儲層為主
1.南華北地區(qū)
晚古生代,受構造-沉積及古地形的控制,南華北大部地區(qū)演變?yōu)榭死ㄋ樾紟r盆地發(fā)育期,此時盆地內發(fā)育的儲集體為陸源碎屑巖砂體,包括海陸過渡三角洲、潮坪、河流湖泊三角洲砂體等。晚古生代發(fā)育的儲集巖,主要由障壁島砂巖、潮道砂巖、河流砂巖、三角洲砂巖等組成,其中,河道儲集巖由于河道的往復遷移,在平面上呈帶狀展布;三角洲砂體在平面上呈朵狀展布。
上古生界砂巖儲集層主要分布于二疊系,按沉積相帶不同作如下劃分。
1)障壁島及潮道儲集砂巖儲層。
(1)濱岸帶障壁島儲集砂巖:主要分布在太原組中,砂體厚度一般不大,延展范圍較小,在平面上呈長條狀。砂體之上常為湖沼相黑色泥巖,含大量黃鐵礦結核以及薄煤線。砂體巖性以細粒石英砂巖和長石石英砂巖為主,雜基含量較低(小于8%),分選磨圓度好,接觸式或孔隙式膠結,膠結物以硅質和碳酸鹽膠結為主。該類儲集巖以殘余粒間孔隙發(fā)育為特征。鑒于其良好的儲集性,并位于具生烴能力的暗色泥巖中,具有就近捕獲油氣的能力,因此,障壁島儲集砂體為南華北地區(qū)重要的儲集巖類型之一。
(2)潮道儲集砂巖:主要分布在太原組中-上部以及山西組下部,厚度較大。在斷面圖上呈長條狀,與潮汐砂泥混合坪上的細碎屑巖互相過渡。砂體底部為含有石英礫的粗砂巖,向上漸變?yōu)橹屑毩I皫r,巖性以中細粒長石石英砂巖及巖屑石英砂巖為主,石英含量較高,為85%~90%,雜基含量較潮汐砂體雜基含量略低,分選性差,但石英磨圓度較好,說明陸源物質反復受到海水潮汐作用改造,是下二疊統最重要的砂巖儲集層。
2)河流、湖泊三角洲相砂巖儲層:湖泊三角洲相砂巖儲層包括三角洲分流河道砂體、三角洲前緣席狀砂和河口壩砂體。該類儲層主要分布于中二疊統下石盒子組,上二疊統上石盒子組、孫家溝組。
(1)分流河道相砂體:主要發(fā)育在山西組上段、下石盒子組和上石盒子組中,砂體呈帶狀或樹枝狀,砂體在橫向上沿一定層位或成串出現,橫向基本可以對比;垂向上則錯移疊置。這些分流河道砂體空間上常與三角洲前緣河口壩砂相互過渡組成三角洲復合砂體,橫向可達數十公里或上百公里。巖性多為中細粒長石石英砂巖、巖屑石英砂巖和長石巖屑砂巖。
(2)三角洲前緣河口壩和席狀砂砂體:主要分布下石盒子組、上石盒子組含煤段地層中。砂體在平面上呈朵狀、楔狀。巖性以中-細粒石英砂巖、長石石英砂巖為主,分選磨圓較好,成熟度較高,顆粒支撐,雜基含量低于10%,以鈣質和泥質膠結為主,接觸式或孔隙式膠結。此種類型的砂巖橫向穩(wěn)定連續(xù),厚度大,原生孔隙不發(fā)育,但構造裂隙發(fā)育,特別是膠結物中的碳酸鹽受后期成巖作用溶解后,常形成一些次生孔隙,也是本區(qū)重要的砂巖儲集層。
(3)河流相砂體:這類砂體主要分布在上石盒子組頂部和孫家溝組。砂體在斷面圖上常呈透鏡狀,平面上呈條帶狀或點狀展布。以中粗粒長石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑長石砂巖為主。
2.中揚子地區(qū)
晚古生代,南側中揚子地區(qū)主要發(fā)育上石炭統黃龍組和中二疊統茅口組等碳酸巖儲集層。
1)上石炭統黃龍組:以白云巖儲層為主,而白云巖的發(fā)育與晚石炭世早期的海侵有關。在早期剝蝕夷平面之上,黃龍組沉積在中揚子地區(qū)為一自東向西延伸的海灣,早期水體不深,地形平坦,主要受潮汐作用的影響,處于蒸發(fā)作用強烈的薩布哈潮坪、瀉湖等環(huán)境,形成蒸發(fā)泵或滲透回流等成因白云巖,同時還包括膏巖的發(fā)育(區(qū)域露頭上廣泛見及的膏溶角礫巖以及鉆井中鉆遇膏巖);晚期海水加深,與廣海連通性變好,以灰?guī)r沉積為主,不利于白云巖儲層的發(fā)育。
古巖溶作用也影響了中揚子地區(qū)黃龍組儲層的發(fā)育。上石炭統黃龍組頂部是一個區(qū)域性的不整合面,古巖溶作用影響明顯。黃龍組總體處于古巖溶斜坡區(qū)(古巖溶高地黃龍組已經剝蝕殆盡),露頭觀察以及鉆井古巖溶儲層分布情況表明,古巖溶作用影響的最大深度為150m (蒲圻官塘驛),一般為50m左右,巖溶作用主要表現為順裂縫的溶蝕作用并形成豐富溶洞(可被泥質充填或半充填),由于風化殼附近的溶蝕孔洞受到跨塌角礫及陸源泥砂的充填,孔隙保存較差;下部白云巖段則主要受到淡水淋濾,充填現象較少見,加之碳酸鹽巖對淡水具有較強的敏感性,因此溶蝕孔洞較發(fā)育,形成了良好的儲集層。
2)中二疊統茅口組儲層段的主要巖性為生屑灰?guī)r、云質灰?guī)r以及泥晶灰?guī)r。影響中二疊統茅口組儲層發(fā)育的關鍵成巖作用是表生階段和埋藏階段的溶蝕作用。
江漢平原地區(qū)的鉆井資料表明,中二疊世末期的構造隆升(同期伴隨全球性海平面下降)造成差異隆升,使得茅口組不均勻剝蝕,并導致區(qū)域性的古巖溶作用;從已知探井資料來看,古巖溶作用影響的深度在200m左右,測井曲線上表現為聲波時差相對高值、電阻率相對低值的儲層響應。中揚子地區(qū)已有探井錄井、巖芯資料表明,茅口組內通常表現多個溶蝕孔(洞)發(fā)育層,一些早期構造縫亦有被溶蝕現象,顯示埋藏溶蝕作用不僅存在而且影響較大,是中二疊統茅口組儲層發(fā)育的主要控制因素。
3.3.3.3 北側南華北地區(qū)中生界三疊系、下白堊統陸相砂巖儲層發(fā)育良好
南華北地區(qū)中生界儲層發(fā)育良好。
1.三疊系
南華北地區(qū)三疊系儲集砂體,包括三角洲分流河道相砂體、三角洲前緣席狀砂、河口壩相砂體及河流相砂體。上三疊統儲層以湖泊相和河流相砂巖為主。儲層的特點是低滲透率[(1.3~7.13)×10-3mm2]、低孔隙度(4.62%~14.7%)和高碳酸鹽含量(平均10%~15%),油氣儲集條件差,但存在裂縫,可能對儲集性能有所改善。
2.下白堊統
南華北地區(qū)下白堊統,主要為三角洲前緣、水下扇及淺湖相沉積,儲層巖性主要為巖屑砂巖、巖屑長石砂巖,石英砂巖比較少見。下白堊統砂巖并不缺乏,但物性較差,屬于低孔低滲儲層。
限于南側中-新生界陸相層系已超出本項目研究范圍,在此不再贅述。
3.3.3.4 兩側盆地儲集巖對比分析
1.構造-沉積演化、沉積相控制了原生儲層的發(fā)育
構造-沉積演化決定了盆地原型及沉積充填特征,沉積物結構受沉積相控制。粗結構巖類是形成儲層的基礎,無論是碳酸巖還是碎屑巖儲集層,它們都發(fā)育于高能環(huán)境,處于古地理高部位。如顆?;?guī)r發(fā)育于臺地和臺緣相,砂巖則發(fā)育于濱?;驗I湖相。白云巖也明顯受沉積相控制,這主要是因為早期處于古地理高部位有利于白云石化作用(包括準同生白云石化、混合水白云石化甚至成巖白云石化)的發(fā)生。
2.構造運動對于儲層的控制作用
構造運動對于儲層的控制作用主要表現在兩個方面。
(1)構造升降(與海平面升降及沉積物等因素相結合):可以控制儲層原始沉積物的發(fā)育及導致古風化殼巖溶型儲層的形成,如北側震旦紀末、寒武系末、中奧陶世末,南側震旦紀末、寒武紀末、石炭紀末、中二疊世末均發(fā)生了較大規(guī)模的構造抬升,造成了相應層位碳酸鹽巖沉積物遭受風化剝蝕,形成了具有儲集意義的古巖溶風化殼儲層。
(2)構造應力:構造運動產生的局部應力集中可以使巖石破裂、開啟而具有儲集空間,甚至形成斷裂,即破裂作用。早燕山期—喜馬拉雅期是構造運動強烈的時期,各種張性構造活動和構造擠壓作用等可造成裂縫發(fā)育。如南側建南氣田二疊系、三疊系氣藏形成工業(yè)氣流,就離不開裂縫的溝通;建深1井志留系泥巖、粉砂巖中獲工業(yè)氣流,也是裂縫發(fā)育的結果。因而裂縫發(fā)育地區(qū)(如構造高點、斷裂附近)將成為有利的勘探區(qū)。
3.對比分析
(1)碳酸鹽巖儲層:無論南側或北側,晚元古代—早古生代儲層主要以碳酸鹽巖為主,相同的構造-沉積環(huán)境下儲層同步發(fā)育,均為下寒武統上部、中-上寒武統的高水位體系域,兩側都經歷了震旦系頂部,寒武系頂部及北側晚奧陶世加里東運動的暴露溶蝕,有利于溶蝕孔洞型儲層的發(fā)育。
(2)碎屑巖儲層:晚古生代,受沉積-構造及古地形的控制,北側南華北大部地區(qū)演變?yōu)榭死ㄋ樾紟r盆地發(fā)育期,此時盆地內發(fā)育的儲集體為陸源碎屑巖砂體;南側中揚子地區(qū)仍以臺地為主,仍然發(fā)育碳酸鹽巖(礁灘相)儲層。
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