浙江廣德縣龍馬組油氣勘探開發(fā)潛力分析

浙江廣德縣龍馬組油氣勘探開發(fā)潛力分析

研究區(qū)位于浙江省北部長(zhǎng)興縣與安徽省安徽省德縣交界處，由三向山、金山和新湖組成，面積約285公里。本區(qū)油氣分布廣泛,主要見(jiàn)于龍?zhí)督MP1～2l砂體中,尤以龍中段含油最佳。在一些采煤坑道的龍中Ⅰ段砂巖中已經(jīng)流出一定量的原油,日流量可達(dá)數(shù)十公斤。有機(jī)地化研究成果肯定了龍?zhí)督M砂體的油來(lái)自龍?zhí)督M本身的生油巖。龍?zhí)督M雖有廣泛油氣顯示,但無(wú)論鉆孔試油、挖煤坑道中露頭試油和自然油流所獲油量都很少,至今未能獲得有經(jīng)濟(jì)意義的產(chǎn)量,其最主要原因是砂巖的物性太差,孔隙度一般小于7%,滲透率小于(0.1～1.0)×10-3μm2;僅有少量砂巖的孔、滲較高,級(jí)別高的含油顯示和少量油流也都出自此類砂巖。龍?zhí)督M一些主要含油砂體的沉積環(huán)境完全具備形成良好儲(chǔ)層的條件,現(xiàn)今物性極差的根本原因就是埋藏成巖變化十分強(qiáng)烈。一、地質(zhì)概論和砂巖儲(chǔ)層特征1.晚中古生界地層及構(gòu)造格局研究區(qū)屬于下?lián)P子準(zhǔn)地臺(tái)皖南坳陷褶斷帶的績(jī)溪穹褶斷束,由北東一北北東向的三個(gè)復(fù)向斜組成,自東而西,分別為煤山復(fù)向斜、金山復(fù)向斜和新杭復(fù)向斜。以川青斷裂為界,前兩個(gè)復(fù)向斜位于其東,后者位于其西。兩側(cè)在構(gòu)造特征、巖漿活動(dòng)和沉積序列等方面均有顯著差異。區(qū)內(nèi)主要分布上古生界和中新生界地層,下古生界僅出露上志留統(tǒng)茅山組。除中、上三疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)和第三系缺失外,其余地層均有沉積,出露地層主要為上古生界。較重要的生儲(chǔ)蓋組合是二疊系的棲霞組和龍?zhí)督M(本文所指龍?zhí)督M包括了下二疊統(tǒng)的堰橋組)。龍?zhí)督M分為上部海相段、中部含煤段和下部海相段。2.龍?zhí)度褐?、下層砂巖儲(chǔ)層的主要特征(1)砂體及特征模型龍?zhí)督M砂體沉積期處于海陸交互環(huán)境,主要由河流砂體和河口壩砂體組成。三角洲平原河道砂體具單層厚度小、橫向變化快、呈透鏡體等特征;三角洲前緣河口壩、遠(yuǎn)砂壩和沿岸砂壩砂體,具單層厚度大、橫向變化較小等特點(diǎn)。從龍中段砂巖到龍下段砂巖,單層厚度逐漸增大,由東向西砂巖單層厚和總厚有增大的趨勢(shì)。(2)儲(chǔ)油物性差,儲(chǔ)油物性差①礦物成熟度較高:含石英達(dá)60%～75%;②結(jié)構(gòu)成熟度較高:分選中等至良好,除少數(shù)粉一細(xì)砂巖外,一般雜基含量很低,為1%～2%,說(shuō)明淘洗充分,③成巖作用強(qiáng)烈,儲(chǔ)油物性差。經(jīng)埋藏期強(qiáng)烈壓實(shí)、壓溶后,又經(jīng)歷了強(qiáng)烈石英再生長(zhǎng),部分砂巖還經(jīng)歷了碳酸鹽充填和交代,使砂巖變得十分致密。平均孔隙度小于7%,絕大多數(shù)樣品的滲透率小于0.05×10-3μm2。只有少量樣品的孔隙度大于8%,滲透率大于1×10-3μm2。這些孔、滲相對(duì)較高的砂巖集中分布于粗中砂巖比例高的龍中I砂巖段中。(3)級(jí)別高含油氣集中部位本區(qū)二疊系油氣顯示以龍?zhí)督M中、下段最普遍,其中級(jí)別高的含油氣顯示集中在龍中段。東區(qū)與西區(qū)相比,東區(qū)油氣顯示更普遍,有自然油流的挖煤坑道絕大多數(shù)在此。二、成巖作用對(duì)沉積物的改造各種地球化學(xué)指標(biāo)表明,龍?zhí)督M已經(jīng)達(dá)到晚成巖期A亞期。龍?zhí)督M砂巖目前這種低孔和低滲的面貌,反映了成巖作用對(duì)沉積物(巖)原始成分和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈改造。下面我們用砂巖-泥巖成巖體系中有機(jī)-無(wú)機(jī)反應(yīng)理論探討龍?zhí)督M砂巖成巖機(jī)理,建立龍?zhí)督M煤系地層的成巖模式。1.晚成巖間的成巖作用煤、泥巖中有機(jī)質(zhì)演化和粘土礦物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)會(huì)影響到砂巖孔隙水的性質(zhì),并為砂巖成巖變化提供物質(zhì)來(lái)源。因此,各成巖階段砂巖的成巖變化與有機(jī)質(zhì)和粘土礦物的演化有密切關(guān)系。龍?zhí)督M煤、泥巖屬濱海沼澤環(huán)境沉積,有機(jī)質(zhì)豐度高,其所含干酪根為Ⅱ一Ⅲ型。龍?zhí)督M煤已演化到肥煤階段,有機(jī)質(zhì)演化正處于生油高峰階段,鏡質(zhì)體反射率在0.9%左右。煤系地層有機(jī)質(zhì)演化:從同生期到早成巖期,為生物化學(xué)分解作用階段,主要依靠微生物和化學(xué)分解作用使死亡植物向泥炭轉(zhuǎn)化。這一階段主要生成物為甲烷和少量N2、CO2。到晚成巖期,有機(jī)質(zhì)已進(jìn)入了熱降解作用階段,在晚成巖A亞期早期(Ro0.5%～0.75%),為熱解烴生成初級(jí)階段,在低溫?zé)崃ψ饔孟?降解作用首先發(fā)生在低能鍵的位置上,造成脫羧、脫水、急劇產(chǎn)生CO2和酸性水(有機(jī)酸和碳酸)。到晚成巖A亞期晚期,(Ro>0.75%),為氣、油兼生階段,有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生烴排烴階段,液態(tài)烴開始大量生成,此時(shí)生成氣以烴類為主,CO2含量明顯減少。隨著煤化程度的加深,有機(jī)酸被破壞,CO2急劇減少,生成水性質(zhì)由酸性突變?yōu)閴A性。龍?zhí)督M砂巖中,長(zhǎng)石溶蝕和高嶺石化普遍,石英再生長(zhǎng)強(qiáng)烈,這些砂巖成巖變化特征與煤、泥巖中有機(jī)質(zhì)演化密切相關(guān)。煤系地層有機(jī)質(zhì)母體中含有較多的含氧基團(tuán),在煤系有機(jī)質(zhì)熱解過(guò)程中,比腐泥型干酪根有較高的產(chǎn)有機(jī)酸能力(L.J.Crossey和R.C.Surdam,1986)。龍?zhí)督M煤、泥巖中有機(jī)質(zhì)豐度高并具有高的產(chǎn)酸率,因此在晚成巖A亞期早期能產(chǎn)生大量的有機(jī)酸。與碳酸相比,有機(jī)酸更能使長(zhǎng)石顆粒溶蝕和高嶺石化。在各類砂巖中,石英再生長(zhǎng)發(fā)育的砂巖,長(zhǎng)石溶孔量也相對(duì)較高,說(shuō)明砂巖中石英再生長(zhǎng)與長(zhǎng)石溶解和高嶺石化有關(guān)。除了砂巖內(nèi)部的SiO2來(lái)源外,相鄰泥巖中長(zhǎng)石等硅酸鹽的高嶺石化、蒙皂石粘土礦物向伊利石、綠泥石轉(zhuǎn)化過(guò)程中析出的SiO2也可提供給砂巖。砂巖進(jìn)入晚成巖期后,長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶解,但砂巖中已存在的碳酸鹽膠結(jié)物卻未發(fā)生溶解,這與體系中的有機(jī)-無(wú)機(jī)反應(yīng)密切相關(guān)。成巖過(guò)程中,煤和泥巖中的腐殖質(zhì)生成的大量羧酸隨泥巖的壓實(shí)排水,一起進(jìn)入鄰近的砂巖層。在流體運(yùn)移過(guò)程中,流體中的弱酸(如草酸、醋酸等)與孔隙水中金屬離子發(fā)生反應(yīng),生成弱酸鹽,緩沖了流體的pH值。該組煤系有機(jī)質(zhì)熱解生成氣組分中,CO2的含量遠(yuǎn)高于腐泥型干酪根生成氣組分中的CO2含量,使孔隙流體具有高的pCO2。所以,龍?zhí)督M砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物相對(duì)穩(wěn)定,而長(zhǎng)石顆粒有溶蝕結(jié)構(gòu)。其反應(yīng)途徑見(jiàn)圖1。綜上所述,發(fā)生在砂巖中的成巖作用與煤、泥巖中有機(jī)成巖作用密切相關(guān)。粘土礦物和有機(jī)質(zhì)演化通過(guò)對(duì)孔隙水性質(zhì)的影響,在一定程度上控制了砂巖中的成巖變化。煤系地層中有機(jī)質(zhì)熱解能生成較多的有機(jī)酸和CO2氣體,因此,煤系地層砂巖一般具有長(zhǎng)石等硅酸鹽強(qiáng)烈溶蝕,自生高嶺石發(fā)育,石英再生長(zhǎng)強(qiáng)烈等成巖特征。2.礦物成巖模式為揭示這套煤系砂巖儲(chǔ)層的成巖特點(diǎn)及其控制因素,我們把砂巖成巖演化、泥質(zhì)巖成巖演化、煤巖和泥巖中有機(jī)質(zhì)的成巖演化以及體系中粘土礦物的成巖演化四者結(jié)合起來(lái),初步建立了龍?zhí)督M煤系中砂巖儲(chǔ)層的成巖模式(圖2)。模式中把演化分為五個(gè)階段。孔隙水性質(zhì)受沉積水體的控制。在沼澤環(huán)境沉積的粉一細(xì)砂巖中,沉淀了較多的隱微晶菱鐵礦團(tuán)塊(圖版1)*,使孔隙有所減少;而在相對(duì)富氧環(huán)境沉積的砂體中,較少生成隱微晶菱鐵礦團(tuán)塊。(2)巖孔隙的減少以機(jī)械壓實(shí)作用為主。隨著埋深的增加,砂巖孔隙迅速減少;膠結(jié)作用還不發(fā)育,只是在部分砂巖中析出少量的微晶粒狀菱鐵礦(圖版2);砂巖中仍保存有一定數(shù)量的原生孔隙。(3)儲(chǔ)石中開始的儲(chǔ)石隨著壓實(shí)作用的繼續(xù),在石英顆粒接觸部位發(fā)生壓溶作用,并伴有少量的石英再生長(zhǎng)?？紫吨幸验_始有(鐵)方解石析出。在壓實(shí)、壓溶的作用下,顆粒緊密排列,接觸關(guān)系以點(diǎn)-線接觸為主。此時(shí),塑性組分含量高的粉-細(xì)砂巖已基本被壓實(shí),砂巖滲透性差;而抗壓強(qiáng)度大的較粗粒砂巖,仍具有較多的粒間孔隙和良好的滲透性。(4)sio-2-磷礦石英的再生長(zhǎng)當(dāng)砂巖進(jìn)入成熟階段后,即以化學(xué)成巖作用為主。煤、泥巖中的有機(jī)質(zhì)在熱解作用下,生成大量的有機(jī)酸和CO2,并排入砂巖中。砂巖中的長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕和高嶺石化(圖版3),在這些反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的SiO2形成了較強(qiáng)烈的石英再生長(zhǎng)(圖版4、5)。此外,在此期間泥巖中蒙皂石粘土礦物大量向伊利石、綠泥石轉(zhuǎn)化,釋放出Si4+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等離子,部分被帶入砂巖,與來(lái)自互層泥巖有機(jī)質(zhì)演化生成的CO2反應(yīng),在高的孔隙水介質(zhì)中,析出較多(鐵)方解石膠結(jié)物(圖版6)。在本階段,由于大量膠結(jié)物形成充填粒間孔,因此大多數(shù)砂巖的原生孔隙消失,僅粗粒度砂巖中還保存有少量的粒間孔。(5)層水的地球化學(xué)性質(zhì)壓實(shí)壓溶作用仍起著一定的作用。但此時(shí)砂巖中可被壓實(shí)的孔隙已所剩無(wú)幾,砂巖的滲透性已較差。烴類已開始大量運(yùn)移到砂巖,有機(jī)酸和CO2急劇減少,孔隙介質(zhì)趨于堿性(現(xiàn)地層水pH值為7.7～9.1);化學(xué)成巖作用已大大減弱。在壓實(shí)、壓溶的繼續(xù)作用下,砂巖的物性變得極差。粗粒度砂巖由于抗壓強(qiáng)度大,受壓溶作用影響較小,保留了相對(duì)較多的長(zhǎng)石溶孔(圖版7)和殘留粒間孔(圖版8)。綜上所述,砂巖中的成巖作用在同生成巖期以析出早期膠結(jié)物為主;早成巖期A亞期以機(jī)械壓實(shí)作用為主;早成巖期B亞期以壓溶作用為主,并開始了自生礦物的析出;晚成巖期A亞期早期以膠結(jié)作用和硅酸鹽礦物的溶蝕和高嶺石化為主;晚成巖期A亞期晚期以進(jìn)一步壓實(shí)、壓溶為主,膠結(jié)作用和溶解作用大大減弱。三、關(guān)于砂巖孔隙發(fā)育、成油期孔度和可持孔度的研究1.儲(chǔ)層精細(xì)參數(shù)法法砂巖成巖過(guò)程中影響孔隙演化的重要作用是壓實(shí)壓溶作用、自生礦物膠結(jié)作用和溶解作用,作用的強(qiáng)度又與一系列因素有關(guān)。Scherer認(rèn)為評(píng)價(jià)壓實(shí)對(duì)孔隙影響最重要的參數(shù)是年代、構(gòu)架礦物(碎屑石英含量)、分選系數(shù)和最大埋藏深度。并以這四個(gè)參數(shù)推導(dǎo)出下面的計(jì)算公式:式中φ—一孔隙度,%;Q—石英(剛性粒)顆粒含量,%;S0——特拉斯克(Trask)分選系數(shù);Hmax—儲(chǔ)層最大埋藏深度,km;T——儲(chǔ)層地質(zhì)年代,Ma。龍?zhí)督M砂巖孔隙度的減少是受壓實(shí)和膠結(jié)兩種作用的共同影響。由于膠結(jié)作用能夠穩(wěn)定砂巖組構(gòu),從而在一定程度限制了壓實(shí)作用的影響。在龍?zhí)督M砂巖整個(gè)成巖演化過(guò)程中,壓實(shí)作用貫穿了整個(gè)成巖過(guò)程,經(jīng)歷的時(shí)間比膠結(jié)作用時(shí)間要長(zhǎng)。因此,我們把研究壓實(shí)減少孔隙度的作用過(guò)程作為探討孔隙演化的基礎(chǔ)。在這個(gè)基礎(chǔ)上迭加膠結(jié)作用的影響,建立龍?zhí)督M砂巖孔隙演化模式。(1)長(zhǎng)廣地區(qū)早成巖期砂體埋深和淺埋期孔隙度變化特征壓實(shí)壓溶作用是龍?zhí)督M砂巖孔隙減少的最主要的因素,其損失的孔隙度占砂巖原始孔隙度的一半以上。我們以長(zhǎng)廣地區(qū)二疊系構(gòu)造、沉積、熱演化研究資料為基礎(chǔ),用(1)式計(jì)算龍?zhí)督M砂巖在各成巖階段由壓實(shí)壓溶作用造成的孔隙度損失量。在計(jì)算時(shí)石英碎屑含量選用65%。分選系數(shù)選用平均值1.35。最大埋藏深度和埋藏時(shí)間從長(zhǎng)廣地區(qū)二疊系構(gòu)造-沉積-熱演化模式中求出。計(jì)算結(jié)果反映出:早成巖期A亞期砂體經(jīng)歷了一段埋藏快、壓實(shí)快、孔隙度迅速減少的過(guò)程;早成巖期B亞期砂體埋深增加緩慢,孔隙度減少速度也隨之降低。西區(qū)早成巖期B亞期所經(jīng)歷的時(shí)間(83Ma)是東區(qū)(39Ma)的一倍多,但西區(qū)砂巖在此階段孔隙度減少值(3.8百分點(diǎn))與東區(qū)(4.2百分點(diǎn))基本相同。說(shuō)明在此階段孔隙度的減少取決于砂巖成熟速率。由于這個(gè)階段東、西區(qū)砂巖成熟速率差異較大,因此二區(qū)砂巖孔隙度減少速度有較大的差異,東區(qū)砂巖被較快地壓實(shí)。進(jìn)入晚成巖期A亞期早期階段(相當(dāng)東區(qū)J2-J3和西區(qū)K1-E),由于埋藏速率增高,孔隙度下降速率又升高,但這個(gè)階段所經(jīng)歷的時(shí)間較短,砂巖孔隙度下降值只是在5個(gè)百分點(diǎn)以下。到晚成巖期B亞期階段(相當(dāng)東區(qū)K1至今和西區(qū)E至今),因處于構(gòu)造抬升階段,砂巖孔隙度下降速率變得很慢,時(shí)間成了孔隙度下降的主要因素。由于本階段東區(qū)砂巖經(jīng)歷的時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于西區(qū),所以孔隙度下降值東區(qū)大于西區(qū)。(2)各類砂巖膠結(jié)物本區(qū)龍?zhí)督M砂巖的膠結(jié)物主要有:同生期形成的隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦和晚成巖期A亞期早期大量形成的硅質(zhì)、碳酸鹽膠結(jié)物。隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦是同生期階段影響砂巖孔隙度的主要因素,由于這類膠結(jié)物受壓易于變形,因此也不利于成巖期砂巖孔隙的保存。龍?zhí)督M各類砂巖均含有隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦膠結(jié)物,其中東區(qū)砂巖中含量高于西區(qū)(表1)。硅質(zhì)膠結(jié)物和碳酸鹽膠結(jié)物主要形成于晚成巖期A亞期早期,硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英再生長(zhǎng)形式生成,碳酸鹽膠結(jié)物則充填粒間孔隙。硅質(zhì)膠結(jié)物是龍?zhí)督M砂巖主要膠結(jié)物,西區(qū)各類砂巖中含量普遍高于東區(qū)(表1)。晚成巖期A亞期早期砂巖中大量膠結(jié)物的形成使砂巖孔隙度大量減少。綜上可知,壓實(shí)作用對(duì)砂巖孔隙度的影響主要發(fā)生在早成巖期,也就是在大量膠結(jié)物形成之前,因此,膠結(jié)作用對(duì)壓實(shí)作用的影響并不很大。我們把計(jì)算所得壓實(shí)減少的孔隙度值與實(shí)際壓實(shí)減少的孔隙度值作一比較,除I類砂巖(含雜基高的非儲(chǔ)層)誤差較大外,其余三類砂巖的誤差不大。因此,我們認(rèn)為,用(1)式推導(dǎo)本區(qū)龍?zhí)督M砂巖儲(chǔ)層因壓實(shí)壓溶所損失的孔隙度值是可信的。2.砂巖孔隙演化表2中列出了本區(qū)龍?zhí)督M各類砂巖計(jì)算所得成油高峰期孔隙度和各成巖期末的砂巖孔隙度數(shù)據(jù)。表中原始孔隙度是根據(jù)Beard等(1973)的公式式中φ0——原始孔隙度,%;S0——特拉斯克(Trask)分選系數(shù)。在同生期,使砂巖孔隙度減少的唯一因素是隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦的沉淀,砂巖孔隙減少的體積與菱鐵礦體積大致相同。表中各類砂巖在剛進(jìn)入早成巖期的孔隙度值是由原始孔隙度減去同生期沉淀的隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦的體積得到的。整個(gè)龍?zhí)督M砂巖孔隙演化過(guò)程,經(jīng)歷了(同生期)隱(微)晶團(tuán)塊狀菱鐵礦沉淀→(早成巖期)壓實(shí)壓溶作用—→(晚成巖期A亞期早期)膠結(jié)作用—→(晚成巖期A亞期晚期)壓實(shí)壓溶作用等四個(gè)階段。在I類砂巖中壓實(shí)壓溶作用是破壞孔隙最主要的因素;Ⅱ類砂巖與I類砂巖相比,壓實(shí)壓溶作用雖是破壞孔隙的主要因素,但損失的孔隙度值遠(yuǎn)小于I類砂巖,而膠結(jié)作用(石英再生長(zhǎng))對(duì)減少孔隙起了十分重要的作用。Ⅲ類砂巖,壓實(shí)壓溶破壞孔隙的程度與Ⅱ類砂巖相似,膠結(jié)作用強(qiáng)烈(碳酸鹽膠結(jié))是砂巖孔隙變得極差的主要原因。Ⅳ類砂巖,壓實(shí)壓溶作用雖然是導(dǎo)致砂巖孔隙度下降的主要因素,但與前三類砂巖相比,壓實(shí)壓溶作用相對(duì)較弱,保存的孔隙較多。因而,其膠結(jié)作用程度雖與Ⅱ類砂巖相似,但仍保存了較高的孔隙度值。通過(guò)東、西區(qū)各類砂巖孔隙演化比較(表2),可明顯看出:晚成巖期A亞期早期的膠結(jié)作用對(duì)西區(qū)砂巖孔隙度的影響遠(yuǎn)大于東區(qū),而壓實(shí)壓溶作用對(duì)孔隙度的影響則東區(qū)大于西區(qū)。通過(guò)對(duì)砂巖成油高峰期孔隙度的恢復(fù)(表2),我們知道東區(qū)Ⅱ、Ⅳ類砂巖具有相對(duì)較高的成油高峰期孔隙度,西區(qū)Ⅱ類砂巖現(xiàn)今孔隙度要稍高于東區(qū)Ⅱ類砂巖,而含油性反而比東區(qū)Ⅱ類砂巖差,這與西區(qū)Ⅱ類砂巖的成油高峰期孔隙度較低有密切關(guān)系。表2中反映出的成油高峰期孔隙度高低,與砂巖含油情況是吻合的。3.儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征Schmoker(1989)在AAPG年會(huì)上提出了另一種可保存孔隙度的計(jì)算式如下:式中φk——可保存孔隙度,%;Ro——鏡質(zhì)體反射率,%。他認(rèn)為,沉積物(巖)的孔隙演化是時(shí)間和溫度的函數(shù),認(rèn)為熱成熟度對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響比埋深的影響更重要。用Schmoker法計(jì)算得出龍?zhí)督MⅡ、Ⅳ兩類砂巖的現(xiàn)今可保存孔隙度值和巖心實(shí)測(cè)孔隙度值列于表3。表3中數(shù)據(jù)反映出,計(jì)算和實(shí)測(cè)的孔隙度值較接近,說(shuō)明溫度和埋藏時(shí)間是控制龍?zhí)督M砂巖孔隙演化的主要因素。龍?zhí)督M砂巖的低孔、低滲面貌是其熱成熟度高的客觀反映。東區(qū)龍?zhí)督MⅣ類砂巖粒度最粗,實(shí)際保