摘要 隨著油氣勘探工作的不斷深入，一些有別于常規(guī)測(cè)井的地質(zhì)現(xiàn)象也不斷被發(fā)現(xiàn)，其中報(bào)道得最多的是碎屑巖中發(fā)現(xiàn)的低電阻率油氣層，而對(duì)碳酸鹽巖中的高電阻率水層卻鮮有報(bào)道。為此，以四川盆地下二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層為例，分別從儲(chǔ)層特征、儲(chǔ)層充填物特征以及地層水性質(zhì)出發(fā)，研究分析了造成碳酸鹽巖儲(chǔ)層中水層電阻率高的地質(zhì)原因。結(jié)果表明，除了工程原因外，高電阻率水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲(chǔ)層致密導(dǎo)致儲(chǔ)層電子導(dǎo)電能力降低，從而形成高電阻率；②碳酸鹽巖儲(chǔ)層內(nèi)瀝青的廣泛分布導(dǎo)致儲(chǔ)層電子導(dǎo)電能力降低，也可形成高電阻率；③儲(chǔ)層中的流體為淡水時(shí)，將導(dǎo)致離子數(shù)量減少，降低導(dǎo)電能力，測(cè)井解釋時(shí)其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。該研究成果有助于提高致密碳酸鹽巖地區(qū)測(cè)井解釋的符合率。

關(guān)鍵詞  中國(guó)南方  碳酸鹽巖  高電阻率水層  成因  儲(chǔ)集層特征  充填物  地層水  四川盆地  早二疊世

中國(guó)南方沉積了8 000～10 000 m厚的震旦系中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖地層，面積約l00×10⁴ km²，這些地層主要分布在川、滇、黔、桂等省區(qū)及中下?lián)P子地區(qū)。四川盆地是中國(guó)大型富含天然氣資源的沉積盆地之一，同時(shí)也是一個(gè)典型的多期次構(gòu)造作用疊合的復(fù)雜盆地。經(jīng)過50多年的勘探，基本明確了震旦系、石炭系、二疊系、三疊系等主要含氣層位，建成了新中國(guó)第一個(gè)產(chǎn)能超過l00×10⁸ m³的天然氣生產(chǎn)基地。近年來(lái)，隨著四川盆地勘探程度的不斷提高，科研人員發(fā)現(xiàn)了一些有別于常規(guī)的地質(zhì)現(xiàn)象——碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的高電阻率(以下簡(jiǎn)稱高阻)水層。此前對(duì)于碎屑巖中的低電阻率油氣層已有大量的報(bào)道(大慶油田、長(zhǎng)慶油田、吉林油田、吐哈油田等)^[1-3]，對(duì)其成因也有了較深入的認(rèn)識(shí)；而對(duì)高阻水層卻鮮有報(bào)道^[4-6]，但這類非常規(guī)高阻水層又是油氣勘探，特別是測(cè)井解釋中一個(gè)較難解決的問題。

1 高阻水層的定義

國(guó)內(nèi)外常規(guī)油氣勘探中，在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含流體情況時(shí)，特別是在評(píng)價(jià)巖性復(fù)雜、油氣水關(guān)系復(fù)雜的儲(chǔ)層時(shí)，只根據(jù)儲(chǔ)層的電阻率或油氣飽和度往往不能準(zhǔn)確判別流體性質(zhì)。實(shí)際勘探中，儲(chǔ)層中的流體情況，不僅與其含氣飽和度有關(guān)，而且還與儲(chǔ)層巖性、物性、流體性質(zhì)以及儲(chǔ)層充填物等多種地質(zhì)因素有關(guān)，而這些因素之間的關(guān)系卻又是十分復(fù)雜的。眾所周知，在常規(guī)石油與天然氣在勘探過程中，水層具有電阻率低的電性特征，氣層和油層具有電阻率高的電性特征。高阻水層是相對(duì)于常規(guī)勘探中具有低電阻率的水層電性特征而言的，高阻水層的電阻率比一般水層的電阻率要高，其電阻率值可與油層或氣層的電阻率相當(dāng)，因而在測(cè)井解釋中往往將其誤判識(shí)為油層或氣層，而試油結(jié)論卻證實(shí)儲(chǔ)層內(nèi)的流體實(shí)際上為水。

2 地質(zhì)背景

四川盆地二疊紀(jì)前的云南運(yùn)動(dòng)形成了由不同地層組成的準(zhǔn)平原化基底。二疊紀(jì)開始時(shí)，地殼全面下沉，除北側(cè)巴武古陸、西側(cè)康滇古陸、摩天嶺古陸和東側(cè)江南古陸呈島鏈露出水面以外，上揚(yáng)子古陸全被淹沒，廣泛的海侵使下二疊統(tǒng)地層覆蓋在石炭系或志留系之上^[7-10]。下二疊統(tǒng)棲霞組地層一般劃分為兩段，從下至上依次為：棲一段和棲二段，其中棲一段義細(xì)分為A、B兩個(gè)亞段：棲一段B亞段主要為深水低能沉積的中-薄層狀黑灰、深灰色似“眼球”狀細(xì)粉晶藻屑、含生屑泥晶灰?guī)r夾泥質(zhì)泥晶灰?guī)r和薄層黑色頁(yè)巖；棲一段A亞段主要由淺水-半深水沉積的中厚層塊狀灰、淺灰色泥晶生屑灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r、灰白色的云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r、中-粗晶白云巖和顆粒白云巖等構(gòu)成；棲二段主要為臺(tái)地邊緣灘沉積的中-薄層狀深灰色灰?guī)r局部夾薄層灰色白云巖。

川西地區(qū)位于四川盆地西部、龍門山前緣，大地構(gòu)造位置處在四川克拉通盆地西緣的川兩坳陷，該區(qū)大地構(gòu)造位置特殊，沉積構(gòu)造演化過程十分復(fù)雜。經(jīng)過多年的勘探，先后在川西南部和川西北部地區(qū)鉆井過程中鉆遇了柄霞組優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層。測(cè)井資料表明，該區(qū)儲(chǔ)層電性特征均為高電阻率特征，但試油結(jié)果卻顯示出該區(qū)儲(chǔ)層含流體情況較為復(fù)雜，既有高產(chǎn)氣井(L17)，也有淡水井(K2)，還有高礦化度地層水井(HS1)。

3 高阻水層地質(zhì)成因

按導(dǎo)電機(jī)理的不同，巖石可分成兩大類，離子導(dǎo)電的巖石和電子導(dǎo)電的巖石，前者主要靠連通孔隙中所含的溶液的正負(fù)離子導(dǎo)電；后者靠組成巖石顆粒本身的自由電子導(dǎo)電。高阻水層的形成主要受宏觀地質(zhì)背景、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙充填物以及流體性質(zhì)等因素的影響。從電性特征看，川西南部的漢深l井與川西北部的礦2井電阻率都較高，根據(jù)該區(qū)岡版解釋儲(chǔ)層流體具有典型的氣層特征，但測(cè)試結(jié)果卻與測(cè)井解釋存在著較大差異，兩口井均產(chǎn)水。從其水化學(xué)分析結(jié)果看，兩者水的性質(zhì)也存在較大差異，從K2井水分析資料來(lái)看：Cl^-含量?jī)Hl 64 mg／L，反映地層水為低礦化度的NaHC0₃型淡水，而HS1井則為高礦化度的CaCl₂型地層水(表1)。雖然兩者都產(chǎn)水，但是由于其水的性質(zhì)不同，因而兩者代表著不同的成藏過程和地質(zhì)意義。下面分別分析高阻水層的成因。

3.1 儲(chǔ)層致密導(dǎo)致電阻率高

測(cè)井電性特征是巖石本身以及巖石內(nèi)部流體等綜合反映的結(jié)果，這也是進(jìn)行測(cè)井解釋儲(chǔ)層及其含流體情況的基礎(chǔ)。儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能主要受沉積環(huán)境、成巖作用的影響。依據(jù)前人的研究成果，結(jié)合野外地質(zhì)觀察發(fā)現(xiàn)，川西地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層主要為生物灘，古生物化石從破碎到完整均有，不具抗浪格架，平面上由于位置不同，沉積環(huán)境的不同，其結(jié)構(gòu)組分和后期成巖作用也有著明顯的差異。根據(jù)川西地區(qū)棲霞組巖心觀察和野外露頭結(jié)果認(rèn)為，川西南部地區(qū)棲霞組巖性主要為水體能量較低的泥品灰?guī)r夾細(xì)-中晶白云巖化灰?guī)r。從巖心觀察看，HS1井棲霞組取心段巖性主要為深灰-灰黑色白云巖，局部發(fā)育中晶白云巖(圖1)。根據(jù)65個(gè)柄霞組巖心樣品物性分析表明，HS1井孔隙度分布范圍較大，介于0.1 6％～l0.39％，主要孔隙度集中在0～2％之間，平均孔隙度僅為l.64％，明顯低于川西北部地區(qū)K2井棲霞組巖心的平均孔隙度(3.03％)，滲透率極低，一般均小于0.008 mD(圖2)。儲(chǔ)層物性特征表明，川西南部地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的特征，雖然儲(chǔ)層中局部存在高孔隙度、高滲透率段，但總體看來(lái)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能差，根據(jù)四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看應(yīng)屬于差儲(chǔ)層-非儲(chǔ)層。

在地質(zhì)歷史時(shí)期，同一地區(qū)的不同構(gòu)造應(yīng)具有相同或者相似的成藏條件。同樣位于川西南部地區(qū)的周公山構(gòu)造的ZG1井棲霞組儲(chǔ)層電性特征為低伽馬值、低電阻率、高聲波時(shí)差特征，特別是8號(hào)儲(chǔ)層，具有典型的水層特征，測(cè)試結(jié)果也證實(shí)流體性質(zhì)為地層水。為什么同為棲霞組儲(chǔ)層，在不同構(gòu)造上卻顯示出不同測(cè)井響應(yīng)特征，一個(gè)儲(chǔ)層為高電阻率特征，另一個(gè)儲(chǔ)層為低電阻率特征。根據(jù)HS1井與ZG1井對(duì)比分析表明，HS1井巖心物性較ZG1井物性差，該井柄霞組巖石滲透性差，巖性致密，從鏡下薄片看，HS1井柄霞組孔隙不發(fā)育且為一些孤立的孔隙，從而導(dǎo)致該層段電性特征表現(xiàn)為低伽馬值、高電阻率、相對(duì)較高的聲波時(shí)差氣層特征(圖3)。也就是說(shuō)HS1井的高電阻率特征并不反映儲(chǔ)層內(nèi)流體的情況，而是對(duì)該層段巖石致密性的一個(gè)高電阻率特征反映。

3.2 儲(chǔ)層瀝青含量豐富導(dǎo)致電阻率高

國(guó)內(nèi)外的油氣勘探實(shí)踐表明，當(dāng)儲(chǔ)層中有瀝青時(shí)，含瀝青的儲(chǔ)層喉道大小明顯比不含瀝青的儲(chǔ)層小。雖然儲(chǔ)層瀝青未使孔隙體積明顯減小。但會(huì)堵塞喉道而使?jié)B透率大大降低，同時(shí)使儲(chǔ)層的非均質(zhì)性增強(qiáng)。

儲(chǔ)層瀝青的存在不僅改變了儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖電參數(shù)變化，而且還會(huì)導(dǎo)致物性、含油性和電性的變化。當(dāng)有瀝青充填到儲(chǔ)層的孔隙中時(shí)，由于瀝青的導(dǎo)電性差或不導(dǎo)電性將導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率較未含瀝青層段電阻率高，從而在測(cè)井曲線上表現(xiàn)出高電阻率的電性特征。HS1井和K2井在鏡下薄片中均可以見到瀝青不同程度的充填，其主要充填于儲(chǔ)集層的孔隙或裂縫中，從瀝青的產(chǎn)狀看，瀝青主要充填于晶間和晶間溶蝕溶孔的內(nèi)壁(圖4)。從測(cè)井曲線看，當(dāng)瀝青出現(xiàn)在有瀝青充填的儲(chǔ)層井段時(shí)，該段電阻率值明顯較同一巖性井段的要高。

3.3 流體為淡水導(dǎo)致電阻率高

當(dāng)儲(chǔ)層內(nèi)的流體為低礦化度的地層水或淡水時(shí)，由于水中呵移動(dòng)的導(dǎo)電離子數(shù)大量減少，從而導(dǎo)致電阻率值增加，在測(cè)井電阻率曲線上則表現(xiàn)出高電阻率特征。由于隨著勘探程度的不斷提高，勘探家們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到淡水地層的電阻率類同氣層，電阻率值較高，因而按常規(guī)解釋易出偏差，這也是HS1井柄霞組水層呈現(xiàn)出高電阻率特征易解釋失誤的原因。K2井棲霞組巖性主要為淺灰-灰色細(xì)-中晶白云巖，粗晶(砂糖狀)白云巖發(fā)育。巖心分析物性表明，孔隙度分布范圍介于0.42％～l 6.61％，孔隙度在各個(gè)區(qū)間分布較為平均，平均孔隙度為3.03％，明顯較HS1井高(圖2)，儲(chǔ)層物性特征明顯較致密的HS1井好，屬于中等-好儲(chǔ)層。從K2井儲(chǔ)層測(cè)井解釋看，棲霞組儲(chǔ)層電性特征具有低伽馬值、高電阻率、相對(duì)較高的聲波時(shí)差特征，無(wú)疑具有典型的氣層特征(圖5)。但通過該井MDT取樣分析卻表明：儲(chǔ)層段產(chǎn)水。根據(jù)本井MDT水樣分析資料，其Cl^-含量?jī)H164 mg／L礦化度低，反映儲(chǔ)層中的水為淡水特征。

K2井位于川西北部的礦山梁構(gòu)造，該區(qū)地處四川盆地西北部的龍門山和米倉(cāng)山交匯三角地帶，該區(qū)曾經(jīng)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地面斷層、油砂巖比比皆是。在地質(zhì)歷史時(shí)期，由于斷層的開啟、閉合不斷對(duì)平衡了的油氣藏進(jìn)行調(diào)整、改造及破壞。斷層的活動(dòng)一方面提供了油氣調(diào)整的動(dòng)力，另一方面也將地表的淡水帶入儲(chǔ)層，油氣運(yùn)移出去后，水滯留在儲(chǔ)層內(nèi)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率受地層水控制明顯。因此在斷層附近或者保存條件較差的地區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)層流體解釋時(shí)，應(yīng)考慮地表水的滲入，避免因淡水滲入儲(chǔ)層形成高阻水層的氣層假象特征。

4 結(jié)論

1)碳酸鹽巖儲(chǔ)層中高阻水層的發(fā)現(xiàn)不僅為測(cè)井解釋提供了地質(zhì)依據(jù)，而且還提高了測(cè)井解釋的符合率。

2)除了工程原因外，高阻水層的成因主要有：①碳酸鹽巖儲(chǔ)層致密導(dǎo)致儲(chǔ)層電子導(dǎo)電能力降低，從而形成高阻；②碳酸鹽巖儲(chǔ)層內(nèi)瀝青的廣泛分布導(dǎo)致儲(chǔ)層電子導(dǎo)電能力降低，也可形成高阻；③儲(chǔ)層中為淡水時(shí)，將導(dǎo)致離子數(shù)量減少，降低導(dǎo)電能力，測(cè)井解釋時(shí)其電阻率特征類同于油氣層，電阻率值較高。

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本文作者：黃東  汪華   陳利敏   袁小玲   石學(xué)文

作者單位：中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院   中國(guó)石油東方地球物理公司信息技術(shù)中心