Question

盖层特征及分布

Answer 1

盖层的岩石类型以泥岩、铝土质泥岩-铝土岩、致密泥质碳酸盐岩和蒸发岩为主。盖层的岩石类型不同，其封盖性能也不相同。

1.盖层岩石类型

（1）铝土质岩类

上石炭统铝土质岩类是奥陶系古风化壳气藏的直接盖层。其厚度变化较大，根据钻井和露头剖面资料，一般厚2～15m，最厚可达28m，自下而上，铝土质含量变低，依次过渡为铝土质泥岩、泥页岩或炭质泥岩等。纯铝土岩岩样测定的渗透率为1.45×10^-8～8.1×10^-10μm²，在饱含煤油情况下，渗透率为6.5×10^-6μm²的铝土岩，突破压力为1.36MPa时，240min开始排替；若渗透率为8.1×10^-8μm²，则13.0MPa的突破压力也难以突破；铝土质泥岩的渗透率为6.5×10^-8～8.3×10^-9μm²，突破压力大于5MPa。显然，铝土岩、铝土质泥岩具有较强的封盖性。

（2）泥-页岩类

影响泥质岩封盖能力的主要因素有泥质含量、矿物成分及孔隙结构等。随泥质含量增加，岩石中粒度变细，碎屑减少，渗透率变低（表5-1-1）。当泥质含量相近时，结构粗、孔隙结构单一的泥-页岩封盖能力差。矿物成分直接决定岩石膨胀性和可塑性，以蒙脱石和伊利石为主的泥质岩，可塑性强，吸水后膨胀，故具有较强的封闭性，高岭石次之，绿泥石含量高时，岩性变脆，影响其封闭能力。对上石盒子组泥岩实验测定表明，在饱含煤油条件下，突破压力为6.2～13.8MPa，具有较强的封盖能力。

（3）海相致密碳酸盐岩

碳酸盐岩封盖能力与岩石的结晶程度及内碎屑颗粒的含量有关。特别是成岩作用的改造，使其渗透性变化很大。当致密的碳酸盐岩未发育微裂隙时，一般具有很强的封盖能力，渗透率多低于10×10^-6μm²，最小可达4.5×10^-10μm²；突破压力在饱和空气时为l.5～8MPa，饱和煤油时均大于13MPa，可以作为油气藏的盖层。

表5-1-1 泥质含量与渗透率关系表

（4）膏盐与盐岩

现今世界上许多已发现的大气田都是由膏岩、盐岩封盖。华北地区临清东部地区的峰峰组及上、下马家沟组均有多层膏云岩或较厚的盐岩、膏盐层分布。膏岩和盐岩多呈互层状产出，并且盐岩具有地下流动性，可以愈合膏岩中的裂缝。因此，膏、盐岩混合盖层具有极强的封盖性。

2.盖层分布特征

根据华北地区构造、沉积演化史的研究，结合钻井、地球物理资料及勘探的结果分析，认为华北地区前古近系存在着4套主要的盖层，且具有广泛分布的特点。

（1）中新元古界盖层分布

中新元古界内部盖层主要分布于青白口系下马岭组、蓟县系洪水庄组、长城系串岭沟组和高于庄组第2岩性段等泥质岩集中发育段，其中下马岭组和洪水庄组泥质岩集中发育段为华北北部中新元古界最佳封盖层。下马岭组和洪水庄组泥质岩盖层残留分布范围约为北纬39°以北，东经115°以东，内蒙古陆以南，山海关—迁西—沧县隆起以西，总面积为37000～44000km²（下马岒组大于洪水庄组）（图4-2-1，图4-2-2，图4-2-3）。下马岭组和洪水庄组残留厚度依次为0～500m、0～180m，泥质岩所占厚度比率为40%～97%、40%～100%。盖层连片覆盖区主要为华北地区的冀中坳陷北部、党坝凹陷、京西凹陷、宣龙凹陷（表5-1-2）。下马岭组和洪水庄组页岩对油气的封盖作用已在双洞和化皮古油藏残迹中充分被证实。

表5-1-2 华北北部中新元古界主要区块盖层数据表

（2）寒武系—奥陶系盖层分布

华北地区下古生界区域性盖层主要是下寒武统的馒头组—毛庄组—徐庄组海相泥岩，为中、新元古界之上的第一个区域性盖层，沉积地层保存厚度0～500m，泥岩累计厚度100～250m，形成于各层序的海侵体系域和高水位体系域早期，由一套紫红色泥岩、页岩及暗色泥岩组成，泥地比介于54%～70%（图5-1-1，图5-1-2），在全区分布稳定，为好的区域性盖层。

图5-1-1 华北东部寒武系—奥陶系泥岩厚度对比

图5-1-2 华北东部寒武系—奥陶系泥岩厚度百分含量对比图

局部性盖层有奥陶系马家沟组膏盐岩、泥质碳酸盐岩等（表5-1-3）。

表5-1-3 华北地区下古生界盖层类型及特征表

（据郭绪杰等，2002）

府君山组：残留盖层有2个厚度中心，一个位于南部的南华北坳陷区的济源-太康坳陷及其东北部的东濮凹陷、内黄隆起一带（厚度大于20m）。另一个厚度中心在东北部的黄骅坳陷、济阳坳陷一带（图5-1-3）。

馒头组 与府君山组相比，馒头组的现今残留盖层主要分布在研究区中南部的广大地区。厚度中心也有2个：一个位于中西部的太行隆起、冀中坳陷及其东南部的临清、东濮凹陷一带（大于50m），另一个厚度中心在东南部，但大都剥蚀殆尽，在合肥坳陷的北部一带厚度很大（大于70m）（图5-1-4）。

毛庄组　残留盖层全区都有分布，但北部及南部剥蚀严重。主要分布在研究区的中部及南部广大地区，厚度中心在南部的南华北坳陷区的北部（大于70m）（图5-1-5）。

图5-1-3 华北地区府君山组（SQ1-LST）碎屑岩分布图

图5-1-4 华北地区馒头组（SQ1-TST）碎屑岩分布图

图5-1-5 华北地区毛庄组（SQ1-HST）碎屑岩分布图

徐庄组　该时期该层全区稳定分布，范围广。有3个厚度中心：一个在南部的南华北坳陷区的北部—合肥坳陷的北部一带（大于70m）；一个在北部的吕梁隆起与太行隆起之间的广大地区，但五台隆起一带已经完全被剥蚀掉，在吕梁隆起的北部，沁水坳陷的盖层厚度仍然很大（大于50m）；另一个厚度中心在东北部的渤海湾盆地的济阳坳陷、黄骅坳陷、文安坳陷及临清坳陷一带（大于50m）（图5-1-6）。

奥陶系上、下马家沟组膏岩特别发育，厚度为20～100m不等。主要分布在临清坳陷、济阳坳陷西南部及东濮凹陷（图5-1-7）。临清东部至济阳西南部惠民地区发育有

湖相石膏；平面上主要分布在堂邑—聊城附近，一般5～30m；由于膏岩和盐岩或含膏盐岩石的可塑性随埋深加大而增加，加之其良好的物性条件，与局部的泥岩、泥灰岩匹配可以形成良好的封闭。

（3）石炭系—二叠系盖层

全区分布的上、下石盒子组厚层泥岩、页岩及石炭系底部的铝土岩和铝土质泥岩是良好的区域性盖层。

1）上、下石盒子组泥岩盖层分布。上、下石盒子组是一套以河流—湖相为主的碎屑岩沉积，泥岩厚度40～400m，其中上石盒子组泥岩厚度40～100m（图5-1-8），下石盒子组泥岩厚度100～300m（图5-1-9），单层厚度一般10～20m，岩性致密、质纯。

2）本溪组铝土岩盖层分布。此套盖层是寒武系—奥陶系风化壳之上的直接盖层。岩性主要有铝土岩、铝土质泥岩、暗色泥岩。该套盖层在华北全区稳定分布（图5-1-10），一般厚度5～10m，最大厚度可达20m。受地层剥蚀及原始沉积环境的影响，残留铝土岩的分布沿黄骅坳陷至临清坳陷东部一带厚度较大，济阳坳陷及东濮凹陷厚度较小，一般小于10m。

图5-1-6 华北地区徐庄组（SQ2-TST）碎屑岩分布图

图5-1-7 临清地区膏岩等值线图

图5-1-8 渤海湾盆地二叠系上石盒子组盖层泥岩厚度等值线图

图5-1-9 渤海湾盆地二叠系下石盒子组盖层泥岩厚度等值线图

图5-1-10 渤海湾盆地石炭系本溪组铝土岩厚度图

3.盖层评价

（1）评价标准

盖层封盖能力除与盖层的突破压力、孔隙度、渗透率等各项微观参数有关外，还受盖层的岩石类型、盖层的厚度、分布的连续性等因素的制约，而突破压力、孔隙度、渗透率等各项微观参数受构造运动、沉积环境及成岩作用等因素的影响。在盖层评价中，应把微观和宏观各项主要参数作为一个整体来考虑，用以评价盖层的实际封盖能力。

根据华北地区东部上古生界泥岩盖层参数的测试结果，以盖层岩石的渗透率为横坐标，以饱含空气条件下的突破压力为纵坐标，渗透率与突破压力在双对数坐标上为反向线性相关关系（图5-1-11），突破压力的大小受控于岩石的渗透率，当岩石的突破压力大于5MPa时，二者相关系数变低；以盖层岩石的孔隙度为横坐标，以饱含空气条件下的突破压力为纵坐标（图5-1-12），随着孔隙度的减小，盖层突破压力明显增大，当岩石的突破压力大于5MPa时，二者之间相关性降低。

图5-1-11 华北古生界泥岩饱和空气突破压力与渗透率关系图

（据郭绪杰等，2002）

图5-1-12 华北古生界泥岩饱和空气突破压力与孔隙度关系图

（据王少昌等，1994）

盖层的渗透率、孔隙度及突破压力等是评价盖层质量的微观参数，但盖层封盖气藏的高度除与盖层的微观参数有关外，还与盖层的厚度、分布的连续性等宏观参数有关，表5-1-4为国内主要的前古近系盖层的岩性、厚度与封盖的油气藏的气柱高度的统计，根据统计结果分析，泥页岩作为气藏的区域盖层，其厚度一般应大于150m，最小厚度为九龙山气藏三叠系盖层的32m；铝土岩作为盖层的厚度差别较大，分析可能与沉积环境的不同造成的沉积厚度的差异有关，最小厚度的铝土岩盖层为靖边气田以石炭系底部的铝土岩为盖层，厚5m。膏岩作为盖层厚度一般大于50m，最小厚度30m。

厚度是盖层评价的一个重要的参考参数，因为统计油气藏的最小盖层厚度仅代表已发现的最小厚度，在盖层厚度小于最小统计值的区域也有油气成藏存的在可能。根据盖层的实际测试结果和统计数据，将突破压力、孔隙度、渗透率等微观参数及泥质岩厚度、铝土岩厚度等宏观参数作为盖层封盖能力评价的参数，建立了盖层综合评价标准（表5-1-5），并根据该标准对华北东部前古近系的主要盖层进行评价。

表5-1-4 我国主要气田盖层数据表

表5-1-5 华北地区东部盖层评价标准表

（2）盖层评价结果

1）中新元古界盖层。洪水庄组与下马岭组泥质岩的渗透率基本上均低于10^-6μm²（在覆盖区渗透率应更低），说明其具有较好的封闭性，可以作为油和气的盖层。含粉砂的泥页岩渗透率在（10^-4～10^-5）×10^-3μm²之间，可以封闭石油。粉砂岩渗透率值高出盖层下限，失去封闭意义（表5-1-6）。两组泥质岩主要为暗色页岩，大部分地区厚度大于100m，具有很好的阻渗性（图5-1-13），为区域性分布的Ⅰ—Ⅱ类盖层。

表5-1-6 盖层样品垂向渗透率数据

图5-1-13 华北地区东部中—新元古界盖层评价图

2）寒武系—奥陶系泥岩盖层。寒武系在研究区分布广泛，寒武系中、下统馒头组、毛庄组、徐庄组组保存厚度0～500m，岩性以云钙质紫红色泥岩为主，横向分布稳定，泥岩/地层比率为50%～90%。只要该套地层存在，即具有良好的封盖性，为全区稳定分布的区域性Ⅰ类盖层。

3）寒武系—奥陶系膏岩、泥质碳酸盐岩盖层。主要为膏岩及致密泥质碳酸盐岩。根据四川、鄂尔多斯地区研究成果，膏岩是化学成因地层中最好的盖层。受沉积环境控制，华北地区膏岩主要分布在临清坳陷、济阳坳陷西南部及东濮凹陷（图5-1-3）。临清东部至济阳西南部惠民地区发育有

湖相的石膏，平面上主要分布于堂邑—聊城附近，一般厚度5～30m，华4井厚度最大，达244m，最大单层厚度可达43m，由于区域分布的不稳定，该套盖层为局部的Ⅱ类盖层。

4）石炭系—二叠系下部泥岩盖层。从表5-1-7看，华北地区东部总体上属好—中等级别。盖层综合评价Ⅰ—Ⅱ类区有黄骅坳陷、苏桥-文安地区、济阳坳陷、临清坳陷、东濮凹陷北部。Ⅲ类盖层分布区有东濮凹陷南部。

表5-1-7 华北地区东部石炭系—二叠系下部泥岩盖层综合评价表

5）石炭系—二叠系上部泥岩盖层。从表5-1-8看，华北地区东部属于好—中等级别。I类盖层区主要分布在黄骅坳陷南部、惠民凹陷、临清坳陷西北部、东濮凹陷北部。Ⅱ类盖层主要分布在临清坳陷中东部、东濮凹陷中部，其他地区为Ⅲ类盖层分布区。

表5-1-8 华北地区东部石炭系—二叠系上部泥岩盖层综合评价表

6）石炭系—二叠系铝土岩类盖层。石炭系—二叠系发育有2套铝土岩或含铝土质泥岩沉积，其中石盒子组铝土质泥岩由于沉积厚度和分布不稳定，不能作为区域性盖层；石炭系底部的铝土岩区域分布均较稳定，可以作为其下覆地层的区域性盖层，一般厚度5～10m，最大厚度可达20m左右，受地层剥蚀及原始沉积环境的影响，残留厚度较大的地区位于黄骅坳陷至临清坳陷东部一带，为区域分布的Ⅰ类盖层。

7）中生界盖层。中生界下部的煤系泥岩厚度20～80m，渗透率小于1×10^-6μm²，中上部的湖相泥岩厚度50～300m，渗透率小于1×10^-8μm²，盖层评价可达到I类盖层，均可作为其下伏储层的直接盖层。由于中生界沉积分割性强，相变快，煤系泥岩和湖相泥岩的分布严格受沉积相带的控制，分布局限，可以作为局部盖层。