沉积和成岩特征对碳酸盐岩储层物性的影响

沉积和成岩特征对碳酸盐岩储层物性的影响——以波斯湾南帕尔斯气田为例1、摘要：世界上最大的非伴生气藏赋存于上达兰-上胡夫的二叠系，三叠系的碳酸盐岩蒸发继承。

南气田地区的详细描述表明，储层物性是区域沉积和成岩过程的函数。

研究单元的沉积相研究表明，沉积物在碳酸盐均斜缓坡的内部区域沉积，随后受到表层成岩作用和埋藏作用。

沉积相的垂直分布表明旋回和对储层物性的影响。

岩石类型的分类基于主导的毛细管空间，定义不同的区域。

这种方法体现了孔渗性能和岩石类型的关系。

成岩叠覆对储层物性有很大影响。

虽然在储层研究的原始孔渗非均质性继承了上达兰-上胡夫的古地台，但是孔渗性被成岩叠覆严重改变了。

因此确定了沉积相类型与储层物性的可能的初步关系。

因此，要精确表征上达兰-上胡夫的储层物性特征就必须整合成岩特征和沉积史。

关键词：碳酸盐储层非均质性，成岩作用，波斯湾，南帕尔斯气田，胡夫储层，达兰-胡夫地层。

2、介绍在波斯湾盆地自20世纪70年代，许多巨大的天然气和凝析气田已被发现。

大多数气田生成于二叠，三叠层系（伊朗地层委员会1976年;萨博＆凯拉德皮尔1978），或胡夫碳酸盐层系。

根据我们的估计，波斯湾地区占世界已探明天然气总储量的四分之一到三分之一之间。

在这个天然气前景地区，也被称为胡夫储层，有超过80个非伴生天然气领域。

有机丰富的志留纪热页岩被认为是这些气藏的烃源岩。

储集岩广泛分布在阿拉伯板块和扎格洛斯山脉，阿拉伯环拱，以及中部和北部阿曼山。

在波斯湾地区这种潜在的储层在仍然相对未开发的（伊朗，卡塔尔，巴林，沙特阿拉伯，阿拉伯联合酋长国，阿曼和科威特）。

沉积物往往向北变厚，远离阿拉伯陆棚，说明存在一个内地深盆，现在的伊朗，和向西部和海湾东南区域变浅趋势（Kashfi 1992年）。

三叠系的非渗透性的硬石膏和页岩层序（相当于Sudair地层）为储层提供了盖层。

在这个油气系统中天然气和凝析气被圈闭于：（1）形成于恢复的基地断块的南北走向的缓坡背斜，（2）由盐类构造作用形成的盐丘（3）由扎格拉斯褶皱形成的西北东南走向的构造圈闭。

这些区域性的含油气系统要素（烃源岩，储集层，盖层和上覆岩层）和圈闭形成前或同期的随着油气生成，运移的高峰期的组合，形成了这些重要的气田。

上胡夫层序在卡塔尔构造拥有巨大的天然气储量。

卡塔尔北部地区的向北扩张（北部盐丘）在伊朗被称为南帕尔斯气田。

（图1）。

北部和南部帕尔斯气田发现于1971和1990年，分别钻了200口井。

在过去40年，之后的发现，控制储层物性和特征的地质参数没有得到广泛的记录。

没有关于卡塔尔北部气田地质详情的刊物出版。

虽然如此，伊朗方面发表的储层研究表明这里的岩石是在一定程度上有很强的非均质性。

本文的主要目的是讨论碳酸盐岩构造的沉积和成岩特征以及对储层物性的控制。

本研究课扩展到卡塔尔部（北部气田）。

此外，这些结果可能会影响波斯湾盆地其他胡夫储集层的储层特征和预测。

3、地质环境波斯湾盆地包含几个北西，南东的构造单元，阿拉伯地台，和一个边缘槽区域，包括限于北东扎格洛斯逆断层的扎格洛斯褶皱带。

胡夫天然气和阿拉伯石油的聚集都位于海湾盆地。

这个盆地是世界上最富有的石油和天然气的盆地之一，含有55-68的世界石油可采储量和超过40％的天然气储量。

几个重要的南北构造，如主卡塔尔卡泽伦，横穿这个区域。

许多学者对该盆地的地质历史，沉积层序和的石油潜力进行了研究。

4、构造环境自从前寒武纪，构造隆起—卡塔尔构造—就把波斯湾盆地分为两个槽：ESE 和WNW盆地。

这是尤为突出在前寒武纪，早志留纪，晚二叠纪，晚三叠纪，晚侏罗纪和新生代（图2）。

北北东南南西走向的构造隆起卡塔尔构造自从前寒武纪就获得新生且重复性的抬升（图2）。

区域上的平缓广泛背斜或穹状构造对海湾的历史有重要影响。

卡塔尔构造扩张可分为两部分，南东扎克拉斯构造带的陆上的和海上部分。

在法尔斯沿海的卡塔尔陆上扩张被称为法尔斯地台。

这个地台是个构造隆起在东部和西部分别以Nezamabad（NE）和拉扎克（RK）为界。

一些重要的油气田，如北帕尔斯，纳尔，Kangan，Aghar，Bandubast，达兰，阿萨耶卢，Shanul和Varavi，都属于这个区域的15达兰—Kangan天然气田。

在卡塔尔海上，北部和南帕尔斯气田位于北北东的卡塔尔构造侵入，东边是平缓的背斜，西侧以断层为界，和一系列陡峭背斜，构成西翼构造。

晚前寒武纪至早寒武纪在沙特阿拉伯中部地区的由老的断层系统复苏引起的构造运动（断层系统）导致了该区域的隆起。

这个断块卡塔尔构造分成两个始寒武纪（霍尔木兹海峡）盐盆地且严重影响了该区域自古生代的沉积和构造。

迄今为止，还没有关于寒武奥陶纪沉积物的详细信息发表。

这些次级盆地在志留纪复苏，导致了从卡塔尔构造的西部到东部间隔地薄层源岩沉积。

一些学者认为二叠纪的薄层表明在这个区域存在同沉积的构造隆起。

由于卡塔尔构造在晚三叠纪德构造活动和抬升，在三叠纪到中侏罗纪时期没有沉积。

这个非沉积事件在地震资料中记录为剥蚀面。

卡塔尔构造在侏罗纪是积极的构造，把地台分为两个次级盆地。

在卡塔尔构造的顶部的薄层沉积为白垩纪的重新抬升提供了证据。

当在卡塔尔构造上暴露的沉积物沉积时，这个拱在整个晚新生代也定期活跃。

沉积厚度（来自区域等厚线地图; Bahroudi＆塔尔伯特2003;博尔德纳夫2008年），描述了波斯湾在始寒武纪到新生代的盆地演化（图2）。

拱的恢复活越性控制了沉积覆盖厚度和分布。

因此，覆盖在卡塔尔构造的趁机厚度的与邻近地区相比的缩小，为在一个长的地质时间的古隆起和它的活跃性提供了证据。

5、地层环境卡塔尔构造底下的地层层序包括：后前寒武纪前的二叠纪碎屑沉积物（包括志留纪沉积烃源岩）;在二叠纪的厚厚的石灰岩，白云岩三叠纪序列和硬石膏，（相当于胡夫）在阿拉伯板块（做储集岩）;后三叠纪部分，主要是海洋序列由石灰岩，白云岩，页岩和蒸发与当地的碎屑岩序列。

在扎格罗斯和卡塔尔构造观察到四个主要的构造趁机单元，被Alavi (2004)分成11个巨层序。

（a）后前寒武纪前二叠纪单元：在古生代（晚新元古代，石炭），波斯湾盆地是一个稳定的沉降区，阿拉伯板块大部分区域的基地岩石被不同时期的砂岩覆盖，覆盖在晚前寒武纪或早前寒武纪霍尔木兹盐岩和灰岩之上。

在南帕尔斯气田，没有钻深达到前二叠纪沉积物，或下志留系烃源岩的钻井。

因此，在该区域没有关于石炭奥陶纪的自然层序的证据。

关于卡塔尔构造烃源岩的存在或缺失存在不同的意见。

（b）二叠三叠单元：两个巨层序，III 和IV沉积在新的扩张海洋。

达兰和Kangan相似地被以达什塔克为基底形成的暗棕色或杂色页岩所披覆。

（c）侏罗白垩纪单元：在侏罗纪，白垩纪，广大陆缘海发育，导致了四个海相碳酸盐岩巨层序沉积，这是对波斯湾周边地区最大的扩张（Alsharhan＆奈恩1997;阿拉维2004;Farzadi 2006年）。

在三叠纪到侏罗纪的过渡期的侵蚀和非沉积是由构造抬升和拱的海平面低水位同时造成的。

后土伦侵蚀，侵蚀掉了拱区域和扎格罗斯带的沉积覆盖，分成了第三和第四单元。

（d）晚白垩-现在岩石单元：最上面的巨层序（IX, X, XI),早森诺统到现在，是在扎格罗斯造山运动以后沉积的，结果该地区从Neotethys时代逐步停止（Murris 1980; Sharland等2001年）。

卡塔尔构造及其邻近地区发育的四个重要构造阶段是与大部分碳酸盐岩沉积相联系的。

6、数据库与方法在研究中，使用了在上达兰-Kangan钻探的十口井的岩心，同位素数据，对数，岩心栓和岩石物理性质分析。

因此，我们的研究主要基于穿越南帕尔斯气田的伊朗区域的考察。

这些井中的岩心是可以得到的，存在用来重建非岩心间隔的对数数据（伽马射线（GR））。

岩心和薄层分析相结合以确定类型和与成岩作用的关系，特别与孔隙发育有关。

共850个染有茜素红S的岩石薄片用来确定碳酸盐岩矿物。

稳定同位素比率由112种样品的标准方法确定。

7、南帕尔斯气田的一般储层特征在南帕尔斯气田（和北部气田）的上达兰-Kangan随埋深的增加（从2750m 到3200m）包含四个储层单元—k1,k2,k3和k4。

（图4）一般说来，储层单元的平均厚度从南帕尔斯气田（大约450m）到北部气田（385m）变薄。

从基底向上储层层序主要由细到中晶白云岩，和间隔的石灰石和硬石膏组成。

K4，间隔最深，高孔隙度平均总厚度约165米。

K4单元约55–60%是覆盖在纳尔硬石膏单元的白云质碳酸盐岩。

（可能相当于卡塔尔的中东硬石膏地区）K3平均总厚度121米，包括70%多的白云岩。

硬石膏和硬石膏质碳酸盐岩厚间隔（达50米），在K3底部作为孔隙度遮挡与K4单元分隔开。

显然，这个遮挡间隔相当于北部气田的致密的上硬石膏单元（UA）。

K2的石灰岩间隔约42米厚，是目前最重要的生产区。

尽管如此，孔隙度和渗透率值都呈纵向快速变化。

例如从孔隙度0-35％，而渗透率范围从零到1000md 以上只有1米间隔。

K2的基底由二叠三叠界限和首次出现的致密凝块岩床所限定。

Insalaco等（2006）指出在K2，K3单元之间没有大的不整合，但最近有关这个边界(使用沉积学，地球化学，岩石物理和生物地层学）的研究（Rahimpour - Bonab等。

2009年）说明在这个时间间隔在此区域发育重要不整合。

K1内部大概表现高孔隙度低渗透性。

岩石方面，这个区间包括70%-80%的白云岩。

厚的硬石膏和硬石膏质碳酸盐岩从K1的基底和K2的顶部把K1和K2分开。

达什塔克（盖层）和Kangan构造（K1单元）的联系被高GR曲线反映和开始的页岩相所确认（达什塔克的Aghar页岩单元）这些单元十口井的储层物性如图4所示。

在这些储层单元中，孔隙度和渗透率值分别在0~36%和0.001~3000mD之间变化。

基于这些数据，整体说来K4,K2的储层物性比K3,K1好。

总储层物性为孔隙度9.7%，渗透率26.8mD（算术平均值，孔隙度5.46%，渗透率1.44mD，几何平均）。

然而，这些单元的真实值会明显低于上述数值。

Ehrenberg (2006) 和Rahimpour-Bonab(2007)讨论认为，该区域储层在很大程度上是非均质的（特别是垂向上）。

8、沉积环境及其对储层物性的控制相分析：对于相分析，要结合研究岩心和薄切片。

根据层理，颗粒大小和类型，岩性，沉积构造和其他特征，记录了南帕尔斯气田上达兰—Kangan储层的十四个相。

为了评价沉积环境，对相似的现在和以往优秀文献记载进行了对比。

（图5，图6）数据表整合了没口井的资料（如图7）。

F1和F2相是致密硬石膏和硬石膏质白云岩沉积物，其中硬石膏或者作为结核岩组或者作为分层硬石膏沉积。

Warren& Kendall (1985)和Warren (2006)提出把特鲁西尔海岸的蒸发萨勃哈作为这些沉积相的现代模拟。