深层碎屑岩含油气储层发育特征

工程科学学报，第38卷，第1期：1一10,2016年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.1:1-10,January 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.01.001:http://journals.ustb.edu.cn 深层碎屑岩含油气储层发育特征 张凯逊”，白国平)区，曹斌风2》，金凤鸣》 1)中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京1022492)中国科学院油气资源研究重点实验室，北京100029 3)中国石油华北油田公司，任丘062552 ☒通信作者，E-mail:baig即@cup.cdu.cn 摘要基于深层油气藏的最新数据，对世界范围内深层碎屑岩油气藏富集规律及储层发育特征进行了统计分析.中南美 和北美（不包括美国本土48州）深层碎屑岩发现的油气探明和控制(2P)可采储量最多，其中北美发现的石油2P可采储量最 多，而中南美发现的天然气和凝析油2可采储量最多.全球深层碎屑岩油气最富集的六大盆地依次为墨西哥湾、东委内瑞 拉、阿拉伯、南里海、塔里木和圣克鲁斯一塔里哈盆地.在深层条件下，尽管储层通常表现为物性整体差，但仍可发育优质储 层.深层油气勘探应立足于对“甜点”的预测，重点考虑颗粒薄膜、孔隙流体超压和盐岩发育对深层砂岩储层原生孔隙的保存 作用. 关键词碎屑岩储层：地质特征：油气藏：统计分析 分类号TE122.3 Geological features of siliciclastic reservoirs in deep petroleum accumulations ZHANG Kai-xun,BAI Guo-ping CAO Bin-feng?,JIN Feng-ming 1)State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China 2)Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China 3)Petro China Huabei Company,Rengiu 062552,China Corresponding author,E-mail:baigp@cup.edu.cn ABSTRACT Based on the latest data of deep petroleum accumulations,this study aims at documenting distribution patterns and geo- logical features of global siliciclastic reservoirs.Central South America and North America (excluding the Lower 48 States)host the largest shares of the total proved and probable(2P)oil and gas reserves in deep siliciclastic rocks.North America contains the bulk of 2P oil reserves in deep siliciclastic rocks,whereas Central South America has the lion's share of gas and condensate reserves.Of all deep petroliferous basins with siliciclastic reservoirs,the 6 most prolific basins are the Gulf of Mexico,East Venezuela,Arabian, South Caspian,Tarim and Santa Cruz-Tarija Basins.Deep siliciclastic reservoirs are generally characterized by poor petrophysics.It is fair to say,however,that high-quality sandstone reservoirs could be developed under favorable geological conditions at deep burials. The key of deep petroleum exploration is the better delineation of "Sweet Spots"in deep layers where grain coatings,fluid overpressure and/or well-developed salts might have preserved the considerable portion of original primary porosity. KEY WORDS siliciclastic reservoirs:geological features;petroleum accumulations:statistical analysis 深层油气藏被定义为现今埋深超过4500m的油认为世界深层油气探明和控制(2P)可采储量的 气藏Ⅲ.随着深层油气勘探开发越来越被广泛关注， 63.3%分布于碎屑岩，35.0%分布于碳酸盐岩，其余的 全球深层油气的新增储量呈增长趋势.C等冈统计 1.7%分布于变质岩和火成岩.因此，油气勘探开发向 收稿日期：2015-09-08 基金项目：国家重大科技专项(2011ZX05006-005):国土资源部科技项目(2015 YOKYQ0401)

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期: 1--10，2016 年 1 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 1: 1--10，January 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 01． 001; http: / /journals． ustb． edu． cn 深层碎屑岩含油气储层发育特征 张凯逊1) ，白国平1) ，曹斌风2) ，金凤鸣3) 1) 中国石油大学( 北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 2) 中国科学院油气资源研究重点实验室，北京 100029 3) 中国石油华北油田公司，任丘 062552  通信作者，E-mail: baigp@ cup． edu． cn 摘 要 基于深层油气藏的最新数据，对世界范围内深层碎屑岩油气藏富集规律及储层发育特征进行了统计分析． 中南美 和北美( 不包括美国本土 48 州) 深层碎屑岩发现的油气探明和控制( 2P) 可采储量最多，其中北美发现的石油 2P 可采储量最 多，而中南美发现的天然气和凝析油 2P 可采储量最多． 全球深层碎屑岩油气最富集的六大盆地依次为墨西哥湾、东委内瑞 拉、阿拉伯、南里海、塔里木和圣克鲁斯--塔里哈盆地． 在深层条件下，尽管储层通常表现为物性整体差，但仍可发育优质储 层． 深层油气勘探应立足于对“甜点”的预测，重点考虑颗粒薄膜、孔隙流体超压和盐岩发育对深层砂岩储层原生孔隙的保存 作用． 关键词 碎屑岩储层; 地质特征; 油气藏; 统计分析 分类号 TE122. 3 Geological features of siliciclastic reservoirs in deep petroleum accumulations ZHANG Kai-xun1) ，BAI Guo-ping1)  ，CAO Bin-feng2) ，JIN Feng-ming3) 1) State Key Laboratory of Petroleum Ｒesources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China 2) Key Laboratory of Petroleum Ｒesources Ｒesearch，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China 3) Petro China Huabei Company，Ｒenqiu 062552，China  Corresponding author，E-mail: baigp@ cup． edu． cn ABSTＲACT Based on the latest data of deep petroleum accumulations，this study aims at documenting distribution patterns and geo￾logical features of global siliciclastic reservoirs． Central ＆ South America and North America ( excluding the Lower 48 States) host the largest shares of the total proved and probable ( 2P) oil and gas reserves in deep siliciclastic rocks． North America contains the bulk of 2P oil reserves in deep siliciclastic rocks，whereas Central ＆ South America has the lion’s share of gas and condensate reserves． Of all deep petroliferous basins with siliciclastic reservoirs，the 6 most prolific basins are the Gulf of Mexico，East Venezuela，Arabian， South Caspian，Tarim and Santa Cruz--Tarija Basins． Deep siliciclastic reservoirs are generally characterized by poor petrophysics． It is fair to say，however，that high-quality sandstone reservoirs could be developed under favorable geological conditions at deep burials． The key of deep petroleum exploration is the better delineation of“Sweet Spots”in deep layers where grain coatings，fluid overpressure and/or well-developed salts might have preserved the considerable portion of original primary porosity． KEY WOＲDS siliciclastic reservoirs; geological features; petroleum accumulations; statistical analysis 收稿日期: 2015--09--08 基金项目: 国家重大科技专项( 2011ZX05006--005) ; 国土资源部科技项目( 2015YQKYQ0401) 深层油气藏被定义为现今埋深超过 4500 m 的油 气藏［1］． 随着深层油气勘探开发越来越被广泛关注， 全球深层油气的新增储量呈增长趋势． Cao 等［2］统计 认为 世 界 深 层 油 气 探 明 和 控 制 ( 2P) 可 采 储 量 的 63. 3% 分布于碎屑岩，35. 0% 分布于碳酸盐岩，其余的 1. 7% 分布于变质岩和火成岩． 因此，油气勘探开发向

2 工程科学学报，第38卷，第1期 含油气盆地深层碎屑岩拓展具有非常重要的意义，同 揭示深层与中浅层储层特征差异，深刻认识优质储 时也是实现油气储量新突破，提高资源保障程度的重 层的发育机理，以期对我国深层碎屑岩油气藏的勘 要途径之一B 探与开发有所参考. 目前，关于深层碎屑岩含油气储层发育特征研 究的公开文献屡见不鲜，主要集中在定性地总结深 1全球深层碎屑岩油气藏分布 层油气分布特征刀、概述深埋优质储层成因 截至2012年底，全球已累计发现深层碎屑岩油气 等-.尽管这些研究均针对某一现象或地区给出 藏1152个，这些油气藏分布于全球349个含油气盆地 了较为合理的解释，但其资料基础需要进一步充实， 的74个盆地内（图1）.其石油、天然气和凝析油2P可 从而定量地表征深层碎屑岩油气藏的富集规律及辩 采储量分别为3336×10°t、66508×108m和993×10 证地认识深层优质储层的形成机理.基于全球（不 t,合计为9672×10°1油当量（表1）.在已发现的深层 包括美国本土48州)深层油气藏的最新数据资料， 碎屑岩油气中，石油、天然气和凝析油各自占34.5%、 本文试图表征世界深层碎屑岩油气藏的分布规律， 55.2%和10.3%，因此深层以天然气藏为主. 表1世界深层碎屑岩油气藏油气2P可采储量 Table 1 Summary data of 2P original reserves in deep siliciclastic rocks in the world 含油气大区 石油2P可采储量106t 天然气2P可采储量/108m3 凝析油2P可采储量10t 折合成吨油当量°10t 前苏联 95 10518 147 1087 欧洲 27 5428 135 598 亚太 178 7696 4 870 北美* 1879 5725 216 2555 中南美 821 19877 223 2641 非洲 28 2114 7 205 中东 308 15150 191 1716 世界总计 3336 66508 993 9672 注：·1245m3天然气相当于1t石油：**不包括美国本土48州 在全球七个油气区中，中南美深层碎屑岩发现油 噶尔盆地为两大深层勘探区域 气最多，2P可采储量达2641×10°t油当量，占世界深 2 深层碎屑岩储层特征 层碎屑岩油气2P总可采储量的27.3%：北美次之，达 2555×10°t油当量，占总量的26.4%（表1）.北美是 盆地深层储层在埋藏过程中往往遭受了多期盆地 深层碎屑岩发现石油最多的地区，2P可采储量为1879 构造运动改造和多期盆地流体活动变迁，物性演化过 ×10°t,占全球深层碎屑岩石油2P可采储量的 程复杂.因此，深层碎屑岩储层发育特征与中浅层存 56.3%:这些深层油藏几乎全部富集于墨西哥湾深水 在一定差异，通常表现为高温、高压、物性差、孔隙结构 和超深水区.中南美是深层碎屑岩发现天然气和凝析 与成因类型复杂、成岩作用强且差异大、非均质性明显 油最多的地区，2P可采储量分别为19877×103m和 等特征.特别是，中浅层储层以原生和次生宏观孔隙 223×10°，各自占世界深层碎屑岩天然气和凝析油 为主，而在深层，微孔隙在总孔隙中所占的比重显著上 2P可采储量的29.9%和22.5%. 升，次生溶蚀宏观孔隙并非十分发育.一般情况下，沉 在全球74个深层碎屑岩含油气盆地中，其中41 积期末，砂岩储层以原生宏观孔隙为主，次生孔不发 个盆地的深层碎屑岩油气2P可采储量超过5.5×10°t 育，微孔隙主要形成于风化的碎屑颗粒和黏土杂基中 (40×10bb)油当量（图1），合计占全球深层碎屑岩 从沉积期末到储层埋深至2000m(一般为20~70 油气2P总可采储量的99.6%.表2总结了油气最富 ℃)，压实作用造成原生孔隙大大减小.长石遭受大气 集的前20个盆地的深层碎屑岩油气储量情况及储层 淡水淋滤产生次生孔隙，高岭石沉淀，发育晶间微孔 特征，进而形成了本文统计分析的基础。这些盆地深 隙.此外，长石和岩屑溶蚀亦可产生微孔隙.伴随着 层碎屑岩油气2P可采储量合计占总可采储量的 储层继续埋深至4500m(一般为70~150℃)，压实作 95.9%,其中最富集的六大盆地依次为墨西哥湾、东委 用继续发生，以塑性颗粒变形和压溶为特征.胶结作 内瑞拉、阿拉伯、南里海、塔里木和圣克鲁斯一塔里哈 用，特别是碳酸盐胶结，导致原生孔隙进一步强烈减 盆地（表2和图1），合计占总可采储量的73.7%.我 少，原生和次生孔隙体积基本相等，这种变化是由压实 国陆上深层碎屑岩油气资源潜力大，塔里木盆地和准 和胶结作用共同控制的，并非次生孔隙净增加的原因

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 含油气盆地深层碎屑岩拓展具有非常重要的意义，同 时也是实现油气储量新突破，提高资源保障程度的重 要途径之一［3--6］． 目前，关于深层碎屑岩含油气储层发育特征研 究的公开文献屡见不鲜，主要集中在定性地总结深 层油 气 分 布 特 征［1，7］、概 述 深 埋 优 质 储 层 成 因 等［8--19］． 尽管这些研究均针对某一现象或地区给出 了较为合理的解释，但其资料基础需要进一步充实， 从而定量地表征深层碎屑岩油气藏的富集规律及辩 证地认识深层优质储层的形成机理． 基于全球( 不 包括美国本土 48 州) 深层油气藏的最新数据资料， 本文试图表征世界深层碎屑岩油气藏的分布规律， 揭示深层与中浅层储层特征差异，深刻认识优质储 层的发育机理，以期对我国深层碎屑岩油气藏的勘 探与开发有所参考． 1 全球深层碎屑岩油气藏分布 截至 2012 年底，全球已累计发现深层碎屑岩油气 藏 1152 个，这些油气藏分布于全球 349 个含油气盆地 的 74 个盆地内( 图1) ． 其石油、天然气和凝析油2P 可 采储量分别为 3336 × 106 t、66508 × 108 m3 和 993 × 106 t，合计为 9672 × 106 t 油当量( 表 1) ． 在已发现的深层 碎屑岩油气中，石油、天然气和凝析油各自占 34. 5% 、 55. 2% 和 10. 3% ，因此深层以天然气藏为主． 表 1 世界深层碎屑岩油气藏油气 2P 可采储量 Table 1 Summary data of 2P original reserves in deep siliciclastic rocks in the world 含油气大区 石油 2P 可采储量/106 t 天然气 2P 可采储量/108 m3 凝析油 2P 可采储量/106 t 折合成吨油当量* /106 t 前苏联 95 10518 147 1087 欧洲 27 5428 135 598 亚太 178 7696 74 870 北美＊＊ 1879 5725 216 2555 中南美 821 19877 223 2641 非洲 28 2114 7 205 中东 308 15150 191 1716 世界总计 3336 66508 993 9672 注: * 1245 m3天然气相当于 1 t 石油; ＊＊ 不包括美国本土 48 州． 在全球七个油气区中，中南美深层碎屑岩发现油 气最多，2P 可采储量达 2641 × 106 t 油当量，占世界深 层碎屑岩油气 2P 总可采储量的 27. 3% ; 北美次之，达 2555 × 106 t 油当量，占总量的 26. 4% ( 表 1) ． 北美是 深层碎屑岩发现石油最多的地区，2P 可采储量为 1879 × 106 t，占 全 球 深 层 碎 屑 岩 石 油 2P 可 采 储 量 的 56. 3% ; 这些深层油藏几乎全部富集于墨西哥湾深水 和超深水区． 中南美是深层碎屑岩发现天然气和凝析 油最多的地区，2P 可采储量分别为 19877 × 108 m3 和 223 × 106 t，各自占世界深层碎屑岩天然气和凝析油 2P 可采储量的 29. 9% 和 22. 5% ． 在全球 74 个深层碎屑岩含油气盆地中，其中 41 个盆地的深层碎屑岩油气 2P 可采储量超过 5. 5 × 106 t ( 40 × 106 bbl) 油当量( 图 1) ，合计占全球深层碎屑岩 油气 2P 总可采储量的 99. 6% ． 表 2 总结了油气最富 集的前 20 个盆地的深层碎屑岩油气储量情况及储层 特征，进而形成了本文统计分析的基础． 这些盆地深 层碎屑 岩 油 气 2P 可 采 储 量 合 计 占 总 可 采 储 量 的 95. 9% ，其中最富集的六大盆地依次为墨西哥湾、东委 内瑞拉、阿拉伯、南里海、塔里木和圣克鲁斯--塔里哈 盆地( 表 2 和图 1) ，合计占总可采储量的 73. 7% ． 我 国陆上深层碎屑岩油气资源潜力大，塔里木盆地和准 噶尔盆地为两大深层勘探区域． 2 深层碎屑岩储层特征 盆地深层储层在埋藏过程中往往遭受了多期盆地 构造运动改造和多期盆地流体活动变迁，物性演化过 程复杂． 因此，深层碎屑岩储层发育特征与中浅层存 在一定差异，通常表现为高温、高压、物性差、孔隙结构 与成因类型复杂、成岩作用强且差异大、非均质性明显 等特征． 特别是，中浅层储层以原生和次生宏观孔隙 为主，而在深层，微孔隙在总孔隙中所占的比重显著上 升，次生溶蚀宏观孔隙并非十分发育． 一般情况下，沉 积期末，砂岩储层以原生宏观孔隙为主，次生孔不发 育，微孔隙主要形成于风化的碎屑颗粒和黏土杂基中． 从沉积期末到储层埋深至 2000 m ( 一 般 为 20 ～ 70 ℃ ) ，压实作用造成原生孔隙大大减小． 长石遭受大气 淡水淋滤产生次生孔隙，高岭石沉淀，发育晶间微孔 隙． 此外，长石和岩屑溶蚀亦可产生微孔隙． 伴随着 储层继续埋深至 4500 m ( 一般为 70 ～ 150 ℃ ) ，压实作 用继续发生，以塑性颗粒变形和压溶为特征． 胶结作 用，特别是碳酸盐胶结，导致原生孔隙进一步强烈减 少，原生和次生孔隙体积基本相等，这种变化是由压实 和胶结作用共同控制的，并非次生孔隙净增加的原因． ·2·

张凯逊等：深层碎屑岩含油气储层发育特征 3 样钱群当器摆器道3美程车爱发美美膜 盒昌超雕吉指百世罪黄“线含孩路维要等 206 图1全球深层碎屑岩含油气盆地和深层碎屑岩油气藏分布 Fig.1 Distribution of deep siliciclastic petroliferous basins and deep petroleum accumulations

张凯逊等: 深层碎屑岩含油气储层发育特征 图 1 全球深层碎屑岩含油气盆地和深层碎屑岩油气藏分布 Fig． 1 Distribution of deep siliciclastic petroliferous basins and deep petroleum accumulations ·3·

工程科学学报，第38卷，第1期 尽管长石溶蚀产生相当的次生孔隙，但多被填充.当 大：(2)孔隙度最大值随埋深呈明显的减小趋势：(3) 砂岩埋藏大于4500m（>150℃)，压溶作用继续进行， 孔隙度中值在中浅层随埋深减小，随后出现增大再减 长石溶蚀产生的次生孔隙增加并不明显.总孔隙度值 小的变化趋势，孔隙度P90值和PI0值随埋深的变化 基本不发生变化，原生和次生宏观孔隙的减少部分被 与孔隙度中值类似.这样的变化趋势与深层数据缺乏 微孔隙增加所补偿，但孔隙类型继续发生变化且速率 不无关系，但客观地揭示了在深层条件下，尽管物性整 很慢（图2）. 体差，但仍发育相对较好的优质储层（表2）. 地温与埋深对储层孔隙度变化起到了双重控制作 在中浅层，碎屑岩含油气储层孔隙度值变化范围 用，但考虑到孔隙度一埋深数据的易获取性和孔隙度一 较大，这可能受控于4个因素：(1)初始孔隙度值：(2) 埋深交会图可能呈现与孔隙度一地温交会图相似的统 早成岩对孔隙的改造作用：(3)不同岩相对埋藏成岩 计特征，本文选择了数据较丰富的孔隙度一埋深数据 阶段孔隙度变化控制的差异程度：(4)部分储层经历 进行统计分析.图3呈现了全球碎屑岩含油气储层埋 了从最大埋深到较浅层的抬升作用.尽管如此，最大 藏顶深和孔隙度的相关性.以500m的间隔，分别计算 孔隙度值随埋深减小，反映了压实和胶结的共同作用 每个埋深段的孔隙度P90值(90%的孔隙度值不小于 过程.理论上，在任何埋深段，当储层孔隙度值接近最 此值)、P50值（中值）和PI0值.同时，孔隙度最大值 大孔隙度时，可能反映出：(1)发育有利于保存原生孔 随埋深变化趋势线主要是通过定性估算获得，仅有离 隙和早成岩形成的孔隙的岩性（如洁净的石英砂岩）： 散的异常值位于该趋势线之外.从该图可以看出：(1) (2)存在克服近地表孔隙损失或促进次生孔隙发育的 与深层相比，中浅层含油气储层孔隙度值变化范围较 地质条件 表2已发现深层碎屑岩油气2P可采储量（百万吨油当量）前20位的盆地深层碎屑岩储层特征 Table 2 Summary of deep siliciclastic reservoir data in the top 20 basins ranked by 2P original reserves of deep petroleum reservoirs 序盆地 含盐盆地2P储量/ 储层埋藏顶孔隙度/渗透幸/ 代表性油气田（藏：主力储层： 盆地名称 主要储层 号代码 (是/否)10°1 深最大值/血% 储层最大埋藏顶深血 侏罗系和白垩系浅海相砂岩：新生界深海斜 15038墨西哥清盆地 2492 9661 4-26 9~3595 Mensa::上中新统砂岩：4692 坡相砂岩 Sant恤Baam:渐新统和中新统珍岩： 26019东委内瑞拉盆地 否 564 渐新统和中新统海相三角洲和浅海相砂岩 6228 5-2131375 5840 下泥盆统浅海和河流相砂岩，石炭系和二叠 32003阿拉伯盆地 是 1224 5180 5.5-22 Ghawar:下志留统和泥盆系珍岩，5180 系冰川、河流及风成相砂岩 41015南里海盆地 否 739 上新统湖相三角洲砂岩 5950 5-190.9~461 Shah Deniz:中、下上新统砂岩：5900 石炭系满汐和浅海相砂岩：下白垩统和古近 53021塔里木盆地 582 7057 3.4-22.60.2-1138克深气田：下白垩统巴什基奇克组：8038 系河流和湖泊相砂岩 66043圣克鲁斯-塔里哈盆地 否 的 下泥盆统浅海相砂岩 6055 Incahuasi x1ST:下泥盆统砂岩，5973 76026马拉开波盆地 否 368 白垩系浅海相砂岩：始新统河流相砂岩 5516 3~18.31~25 Ceuta:下始新统珍岩：4550 82002阿曼盆地 是 332 寒武系和奥陶系浅海和风成相砂岩 5278 6~90.02~3.7 SaihRawl:中寒式统砂岩：4972 三叠系和侏罗系河流、浅海及深海斜坡相砂 94006北海地堑 321 5918 5~250.1~25lgin:中、上侏罗统砂岩：5212 101008第聂伯领涅茨盆地 239 密西西比亚系浅海相砂岩 6220 Yablunivske:密西西比亚系珍岩：4568 114008西北德国盆地 是 下二叠统河流、湖泊及风成相砂岩 5900 8-240.1~25 Sochlingen:下二叠统珍岩：4943 122007黎凡特盆地 159 中新统深海相砂岩 5000 Aphrodite1:中新统砂岩：5000 133062克里希纳盆地 否 130白垩系和新生界深海相斜坡珍岩 5250 25 DH:渐新统砂岩：5243 146033亚诺斯-巴里纳斯盆地 安 白垩系河流和浅海相砂岩：中新世河流相珍 5836 4-2060-1000hon1:上中新统砂岩：4832 157035尼罗河三角洲盆地 否 66 上渐新统和下中新统浅海相砂岩 484 23-25 200 Sais2:上渐箭统和下中新统砂岩：6000 中侏罗统一下白垩统海相三角洲和浅海相珍 165034思考天沙洲盆地 否 63 5799 4.8~23.7 Venture:上侏罗统和下白垩统珍岩，5550 岩 173019准璃尔盆地 0中、下侏罗统河流和湖泊相砂岩 6051 9.6~200.3-17.3呼图壁气田：侏罗统砂岩7353 184015潘诺尼亚盆地 否 56 下中新统河流相砾岩和砂岩 5500 Mako Trough:下中新统酥岩和砂岩：5500 197026坦桑尼亚盆地 是 51古近系深海相砂岩 4500 Zafarani1:古近系砂岩：4500 206020特立尼达盆地 否 50 新近系海相三角洲和浅海相砂岩 5090 18 Bounty1:上新统砂岩：4600

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 尽管长石溶蚀产生相当的次生孔隙，但多被填充． 当 砂岩埋藏大于 4500 m ( ＞ 150 ℃ ) ，压溶作用继续进行， 长石溶蚀产生的次生孔隙增加并不明显． 总孔隙度值 基本不发生变化，原生和次生宏观孔隙的减少部分被 微孔隙增加所补偿，但孔隙类型继续发生变化且速率 很慢( 图 2) ． 地温与埋深对储层孔隙度变化起到了双重控制作 用，但考虑到孔隙度--埋深数据的易获取性和孔隙度-- 埋深交会图可能呈现与孔隙度--地温交会图相似的统 计特征，本文选择了数据较丰富的孔隙度--埋深数据 进行统计分析． 图 3 呈现了全球碎屑岩含油气储层埋 藏顶深和孔隙度的相关性． 以 500 m 的间隔，分别计算 每个埋深段的孔隙度 P90 值( 90% 的孔隙度值不小于 此值) 、P50 值( 中值) 和 P10 值． 同时，孔隙度最大值 随埋深变化趋势线主要是通过定性估算获得，仅有离 散的异常值位于该趋势线之外． 从该图可以看出: ( 1) 与深层相比，中浅层含油气储层孔隙度值变化范围较 大; ( 2) 孔隙度最大值随埋深呈明显的减小趋势; ( 3) 孔隙度中值在中浅层随埋深减小，随后出现增大再减 小的变化趋势，孔隙度 P90 值和 P10 值随埋深的变化 与孔隙度中值类似． 这样的变化趋势与深层数据缺乏 不无关系，但客观地揭示了在深层条件下，尽管物性整 体差，但仍发育相对较好的优质储层( 表 2) ． 在中浅层，碎屑岩含油气储层孔隙度值变化范围 较大，这可能受控于 4 个因素: ( 1) 初始孔隙度值; ( 2) 早成岩对孔隙的改造作用; ( 3) 不同岩相对埋藏成岩 阶段孔隙度变化控制的差异程度; ( 4) 部分储层经历 了从最大埋深到较浅层的抬升作用． 尽管如此，最大 孔隙度值随埋深减小，反映了压实和胶结的共同作用 过程． 理论上，在任何埋深段，当储层孔隙度值接近最 大孔隙度时，可能反映出: ( 1) 发育有利于保存原生孔 隙和早成岩形成的孔隙的岩性( 如洁净的石英砂岩) ; ( 2) 存在克服近地表孔隙损失或促进次生孔隙发育的 地质条件． 表 2 已发现深层碎屑岩油气 2P 可采储量( 百万吨油当量) 前 20 位的盆地深层碎屑岩储层特征 Table 2 Summary of deep siliciclastic reservoir data in the top 20 basins ranked by 2P original reserves of deep petroleum reservoirs 序 号 盆地 代码 盆地名称 含盐盆地 ( 是/否) 2P 储量/ 106 t 主要储层 储层埋藏顶 深最大值/m 孔隙度/ % 渗透率/ mD 代表性油气田( 藏) : 主力储层; 储层最大埋藏顶深/m 1 5038 墨西哥湾盆地 是 2492 侏罗系和白垩系浅海相砂岩; 新生界深海斜 坡相砂岩 9661 4 ～ 26 9 ～ 3595 Mensa: 上中新统砂岩; 4692 2 6019 东委内瑞拉盆地 否 1564 渐新统和中新统海相三角洲和浅海相砂岩 6228 5 ～ 21 3 ～ 1375 Santa Barbara: 渐 新 统 和 中 新 统 砂 岩; 5840 3 2003 阿拉伯盆地 是 1224 下泥盆统浅海和河流相砂岩，石炭系和二叠 系冰川、河流及风成相砂岩 5180 5. 5 ～ 22 Ghawar: 下志留统和泥盆系砂岩，5180 4 1015 南里海盆地 否 739 上新统湖相三角洲砂岩 5950 5 ～ 19 0. 9 ～ 461 Shah Deniz: 中、下上新统砂岩; 5900 5 3021 塔里木盆地 是 582 石炭系潮汐和浅海相砂岩; 下白垩统和古近 系河流和湖泊相砂岩 7057 3. 4 ～ 22. 6 0. 2 ～ 1138 克深气田: 下白垩统巴什基奇克组; 8038 6 6043 圣克鲁斯--塔里哈盆地 否 533 下泥盆统浅海相砂岩 6055 Incahuasi x--1 ST: 下泥盆统砂岩，5973 7 6026 马拉开波盆地 否 368 白垩系浅海相砂岩; 始新统河流相砂岩 5516 3 ～ 18. 3 1 ～ 25 Ceuta: 下始新统砂岩; 4550 8 2002 阿曼盆地 是 332 寒武系和奥陶系浅海和风成相砂岩 5278 6 ～ 9 0. 02 ～ 3. 7 SaihＲawl: 中寒武统砂岩; 4972 9 4006 北海地堑 是 321 三叠系和侏罗系河流、浅海及深海斜坡相砂 岩 5918 5 ～ 25 0. 1 ～ 25 Elgin: 中、上侏罗统砂岩; 5212 10 1008 第聂伯--顿涅茨盆地 是 239 密西西比亚系浅海相砂岩 6220 Yablunivske: 密西西比亚系砂岩; 4568 11 4008 西北德国盆地 是 167 下二叠统河流、湖泊及风成相砂岩 5900 8 ～ 24 0. 1 ～ 25 Soehlingen: 下二叠统砂岩; 4943 12 2007 黎凡特盆地 是 159 中新统深海相砂岩 5000 Aphrodite 1: 中新统砂岩; 5000 13 3062 克里希纳盆地 否 130 白垩系和新生界深海相斜坡砂岩 5250 25 UD--1: 渐新统砂岩; 5243 14 6033 亚诺斯--巴里纳斯盆地 否 74 白垩系河流和浅海相砂岩; 中新世河流相砂 岩 5836 4 ～ 20 60 ～ 1000 Huron 1: 上中新统砂岩; 4832 15 7035 尼罗河三角洲盆地 否 66 上渐新统和下中新统浅海相砂岩 4844 23 ～ 25 200 Satis 2: 上渐新统和下中新统砂岩; 6000 16 5034 思考天沙洲盆地 否 63 中侏罗统--下白垩统海相三角洲和浅海相砂 岩 5799 4. 8 ～ 23. 7 Venture: 上侏罗统和下白垩统砂岩，5550 17 3019 准噶尔盆地 是 60 中、下侏罗统河流和湖泊相砂岩 6051 9. 6 ～ 20 0. 3 ～ 17. 3 呼图壁气田: 侏罗统砂岩 7353 18 4015 潘诺尼亚盆地 否 56 下中新统河流相砾岩和砂岩 5500 Mako Trough: 下中新统砾岩和砂岩; 5500 19 7026 坦桑尼亚盆地 是 51 古近系深海相砂岩 4500 Zafarani 1: 古近系砂岩; 4500 20 6020 特立尼达盆地 否 50 新近系海相三角洲和浅海相砂岩 5090 18 Bounty 1: 上新统砂岩; 4600 ·4·

张凯逊等：深层碎屑岩含油气储层发育特征 ·5 原生宏观孔隙 素0-如.颗粒薄膜发育常常会阻止石英胶结物在颗粒 表面的广泛成核沉淀.颗粒薄膜主要由自生黏土矿物 。20-70℃.<2000m 。70-150℃.<2000-4500m (多为绿泥石)和微晶石英构成.此外，还包括碎屑黏 土镶边和自生的细粉晶碳酸盐矿物（如菱铁矿）.颗粒 薄膜对深层砂岩含油气储层孔、渗的改善具有非常重 要的作用，常常导致深层高孔、高渗发育，这在北海地 堑、阿拉伯、西北德国、亚诺斯一巴里纳斯盆地等均已 被证实（表2）. 较之伊利石和混层黏土矿广物，自生绿泥石是抑制 砂岩中石英胶结发育最重要的颗粒薄膜矿物，这很大 程度上是因为绿泥石更易于在碎屑颗粒表面形成连续 的黏土层，从而阻碍石英胶结物于其表面广泛沉淀 次生宏观孔潮 微孔隙 碎屑黏土镶边，往往由机械渗滤作用形成，与自生黏土 图2孔隙类型三角图 薄膜相比，在碎屑颗粒表面连续性较差，因此使得其抑 Fig.2 Temary plot illustrating evolution of pore type 制石英胶结物沉淀作用较差.图4(a)中，黏土层呈同 P50 P10 最人值 心圆状围绕碎屑石英颗粒生长形成鲕粒，绿泥石呈放 射状附着其表面，而且在颗粒边缘，黏土镶边和自生绿 泥石薄膜缺失处，石英胶结发育（图4(b)).基于统计 2000 分析，Dowey等四发现：绿泥石薄膜可发育在多种沉 3000 积环境中，但主要见于三角洲相，其次为河流相：储层 地质时代越新，绿泥石薄膜的发育程度越高：温度和气 400 候对绿泥石薄膜的形成亦有很重要的影响.例如在挪 5000 威海哈尔塔班肯(Haltenbanken)地区，侏罗系加姆 (Gam)至阿雷(Are)组砂岩均不同程度的发育自生绿 泥石薄膜，其中伊莱（Ⅱe)、托夫特(Tofe)和蒂立谷 (Tilje).组砂岩大部分孔隙度偏于Ramm和Bjorlykke 8000 等四给出的孔隙度随深度变化趋势线，最厚的孔渗异 9000 常段发育在4672.5~4703m,原因在于这些砂岩形成 10000 10 20 于受潮汐影响的上临滨和三角洲前缘沉积环境，与其 40 孔限度% 他沉积环境相比绿泥石发育程度更高（图5）圆.此 图3全球碎屑岩含油气储层孔隙度和埋藏顶深的关系 外，微晶石英薄膜亦能够通过抑制粗晶石英加大边的 Fig.3 Cross plot of porosity vs.top depth for global siliciclastic res- 形成，对深层储层原生孔隙的保存起到重要作用@ ervoirs 颗粒薄膜控制的深层优质砂岩储层的预测主要依 赖于地质经验，同时通过建立沉积和成岩模型，分析目 3深层优质砂岩储层发育机理 的储层热史、砂岩颗粒粒径、成分对颗粒薄膜发育程度 及其分布的影响，有助于优质储层的预测.在砂岩储 孔隙度和渗透率往往随埋深（或地温或有效应 层中，当碳酸盐、硫酸盐或沸石类胶结为主而石英胶结 力)而减小，但物性相对较好的优质砂岩储层在盆地 对储层破坏弱时，颗粒薄膜对原生孔隙保存的意义相 深层发育是客观的事实·勘探实践表明，在深层条件 对较小.事实上，在成分成熟度相对低的砂岩中，由于 下，优质储层发育是油气富集、高产的关键.不同学者 石英胶结几乎不发育，所以颗粒薄膜对孔隙保存的作 从不同视角探讨过深层优质储层发育的机理-网.基 用很小 于前人的研究成果，本文将辩证地分析讨论颗粒薄膜、 3.2早期油气充注 早期油气充注、孔隙流体超压、次生孔隙及盐岩发育等 早期油气充注对储层质量的改善一直以来都是一 5种机理. 个富有争议性的问题.在这里，本文仅讨论烃类充注 3.1颗粒薄膜 对储层自生矿物胶结、矿物稳定性或溶解度及润湿性 在砂岩储层中，自生石英胶结速率受控于地温、颗 的影响 粒粒径、可供石英沉淀的颗粒表面积等多种因 关于油气充注能否抑制石英和伊利石甚至是高岭

张凯逊等: 深层碎屑岩含油气储层发育特征 图 2 孔隙类型三角图 Fig． 2 Ternary plot illustrating evolution of pore type 图 3 全球碎屑岩含油气储层孔隙度和埋藏顶深的关系 Fig． 3 Cross plot of porosity vs． top depth for global siliciclastic res￾ervoirs 3 深层优质砂岩储层发育机理 孔隙度和渗透率往往随埋深( 或地温或有效应 力) 而减小，但物性相对较好的优质砂岩储层在盆地 深层发育是客观的事实． 勘探实践表明，在深层条件 下，优质储层发育是油气富集、高产的关键． 不同学者 从不同视角探讨过深层优质储层发育的机理［8--19］． 基 于前人的研究成果，本文将辩证地分析讨论颗粒薄膜、 早期油气充注、孔隙流体超压、次生孔隙及盐岩发育等 5 种机理． 3. 1 颗粒薄膜 在砂岩储层中，自生石英胶结速率受控于地温、颗 粒 粒 径、可供石英沉淀的颗粒表面积等多种因 素［20--21］． 颗粒薄膜发育常常会阻止石英胶结物在颗粒 表面的广泛成核沉淀． 颗粒薄膜主要由自生黏土矿物 ( 多为绿泥石) 和微晶石英构成． 此外，还包括碎屑黏 土镶边和自生的细粉晶碳酸盐矿物( 如菱铁矿) ． 颗粒 薄膜对深层砂岩含油气储层孔、渗的改善具有非常重 要的作用，常常导致深层高孔、高渗发育，这在北海地 堑、阿拉伯、西北德国、亚诺斯--巴里纳斯盆地等均已 被证实( 表 2) ． 较之伊利石和混层黏土矿物，自生绿泥石是抑制 砂岩中石英胶结发育最重要的颗粒薄膜矿物，这很大 程度上是因为绿泥石更易于在碎屑颗粒表面形成连续 的黏土层，从而阻碍石英胶结物于其表面广泛沉淀． 碎屑黏土镶边，往往由机械渗滤作用形成，与自生黏土 薄膜相比，在碎屑颗粒表面连续性较差，因此使得其抑 制石英胶结物沉淀作用较差． 图 4( a) 中，黏土层呈同 心圆状围绕碎屑石英颗粒生长形成鮞粒，绿泥石呈放 射状附着其表面，而且在颗粒边缘，黏土镶边和自生绿 泥石薄膜缺失处，石英胶结发育( 图 4( b) ) ． 基于统计 分析，Dowey 等［22］发现: 绿泥石薄膜可发育在多种沉 积环境中，但主要见于三角洲相，其次为河流相; 储层 地质时代越新，绿泥石薄膜的发育程度越高; 温度和气 候对绿泥石薄膜的形成亦有很重要的影响． 例如在挪 威海 哈 尔 塔 班 肯 ( Haltenbanken) 地 区，侏 罗 系 加 姆 ( Gam) 至阿雷( Are) 组砂岩均不同程度的发育自生绿 泥石薄膜，其中伊莱( Ile) 、托夫 特( Tofte) 和 蒂 立 谷 ( Tilje) 组砂岩大部分孔隙度偏于 Ｒamm 和 Bjrlykke 等［23］给出的孔隙度随深度变化趋势线，最厚的孔渗异 常段发育在 4672. 5 ～ 4703 m，原因在于这些砂岩形成 于受潮汐影响的上临滨和三角洲前缘沉积环境，与其 他沉积环境相比绿泥石发育程度更高( 图 5) ［13］． 此 外，微晶石英薄膜亦能够通过抑制粗晶石英加大边的 形成，对深层储层原生孔隙的保存起到重要作用［10］． 颗粒薄膜控制的深层优质砂岩储层的预测主要依 赖于地质经验，同时通过建立沉积和成岩模型，分析目 的储层热史、砂岩颗粒粒径、成分对颗粒薄膜发育程度 及其分布的影响，有助于优质储层的预测． 在砂岩储 层中，当碳酸盐、硫酸盐或沸石类胶结为主而石英胶结 对储层破坏弱时，颗粒薄膜对原生孔隙保存的意义相 对较小． 事实上，在成分成熟度相对低的砂岩中，由于 石英胶结几乎不发育，所以颗粒薄膜对孔隙保存的作 用很小． 3. 2 早期油气充注 早期油气充注对储层质量的改善一直以来都是一 个富有争议性的问题． 在这里，本文仅讨论烃类充注 对储层自生矿物胶结、矿物稳定性或溶解度及润湿性 的影响． 关于油气充注能否抑制石英和伊利石甚至是高岭 ·5·