方 慶 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江 大慶163514）

王寶清 （西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安710065）

雷友忠，熊 霄 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江 大慶163514）

松遼盆地三肇地區(qū)宋芳屯油田扶余油層成巖作用對儲層的影響

方 慶 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江 大慶163514）

王寶清 （西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安710065）

雷友忠，熊 霄 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江 大慶163514）

用常規(guī)偏光顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡、常規(guī)物性、粒度分析、壓汞分析、掃描電鏡、X射線衍射對宋芳屯油田扶余油層儲集巖的成巖作用進行了綜合研究。儲集巖主要為高泥巖巖屑含量的細－極細粒長石巖屑砂巖。儲集空間主要為縮小的原生粒間孔，具有低孔、低滲，變化大的排驅(qū)壓力、孔喉半徑和最大進汞飽和度，低的退出效率特征。對儲層起破壞性的成巖作用主要有壓實作用、膠結(jié)作用，起建設(shè)性的成巖作用主要是溶蝕作用。高的地溫梯度、細的碎屑粒度和高的泥巖巖屑含量是壓實作用下沉積物（巖）孔隙大大降低的關(guān)鍵因素。方解石的膠結(jié)作用是次于壓實作用對儲層起重要的破壞作用。長石和中基性火山巖巖屑的溶蝕對儲層是重要的建設(shè)性作用。成巖作用早期的少量碳酸鹽膠結(jié)物，可以抵抗壓實作用；成巖作用早期沉淀的微晶石英、綠泥石包殼均有利于抵抗石英加大，兩者均使得孔隙在一定程度上得以保存。

三肇凹陷；扶余油層；低孔滲；壓實作用；膠結(jié)作用

成巖作用對大部分碎屑巖儲層質(zhì)量和非均質(zhì)性有強烈的影響［1］。一般來說，壓實作用、膠結(jié)作用是對儲層重要的破壞性作用；溶蝕作用是對儲層重要的建設(shè)性作用。這些作用的影響程度往往與碎屑巖的骨架和填隙物成分及沉積相有關(guān)。松遼盆地三肇地區(qū)宋芳屯油田扶余油層儲集巖具有典型的低孔、低滲特征，成巖作用是造成這一特征的重要原因。宋芳屯油田位于松遼盆地三肇凹陷西北部。扶余油層屬于下白堊統(tǒng)泉頭組第四段［2］。泉頭組沉積于凹陷的早期階段，此時氣候干旱，盆地快速沉降、快速充填，可容納空間與沉積物供給量比值 （A／S）≤1，形成了獨特的淺水湖泊－三角洲體系，包括三角洲平原、三角洲前緣和濱湖沉積［3］。泉四段沉積具有多物源，多匯水中心、滿盆含砂特點。

1 巖石學(xué)特征

巖石的骨架碎屑顆粒以巖屑、長石和石英占絕對優(yōu)勢，個別樣品中有一定量的介形蟲碳酸鹽、云母及綠泥石碎屑。石英基本上為單晶石英。巖屑以泥巖巖屑為主，有一定量的中基性和酸性火山巖、粉砂巖巖屑和燧石。高的巖屑含量，較高的長石含量和低的石英含量是所研究的儲集巖最顯著的特點。根據(jù)Folk［4］砂巖分類，宋芳屯油田儲集巖絕大部分為長石巖屑砂巖，少數(shù)為巖屑長石砂巖或巖屑砂巖 （圖1）。

根據(jù)249個薄片鑒定，骨架碎屑顆粒占巖石體積的60%～97%；雜基含量1%～23%，平均8%；膠結(jié)物含量0%～33%，平均4.7%。膠結(jié)物以方解石常見，其最高含量達33%；白云石少見，個別樣品中見到重晶石。自生石英、自生長石及自生綠泥石等粘土礦物雖然常見，但含量一般小于1%。碎屑顆粒最大粒徑在0.12～0.49mm之間；粒度中值在0.01～0.21mm 之 間，粒 度 中 值的 中 值 為0.08mm。大部分碎屑為極細砂，小部分為粉砂或細砂，中砂極少。絕大部分碎屑顆粒為次圓狀。分選系數(shù)在1.44～11.40之間，Trask分選系數(shù)在1.20～3.78之間，大部分樣品屬分選中－好。儲集巖整體為顆粒支撐，碎屑顆粒以線接觸為主，有凹凸接觸和點接觸，飄浮接觸和縫合接觸少見 （圖2（a）、（b））。膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，有少量接觸式膠結(jié)或鑲嵌狀膠結(jié)；石英和長石的次生加大膠結(jié)常見 （圖2（a）），綠泥石薄膜狀膠結(jié)形成碎屑顆粒的包殼或孔隙襯邊 （圖2），溶蝕膠結(jié)較普遍；基底式膠結(jié)、嵌晶狀膠結(jié)在部分樣品的一些部位可見 （圖2 （b））。

圖1 砂巖成分和巖石類型

圖2 典型巖石的顯微鑄體薄片照片和掃描電鏡照片

2 儲層物性

儲集空間以粒間孔為主，這些粒間孔都是原生粒間孔經(jīng)壓實作用改造而明顯縮小的粒間孔，之后經(jīng)溶蝕作用這些縮小的粒間孔可有不同程度地擴大 （圖2）。其次是粒內(nèi)溶蝕孔，主要是長石粒內(nèi)溶蝕孔（圖2（a）），中基性火山巖巖屑的粒內(nèi)溶蝕孔也能見到，由于這類巖屑較少，遠不如長石粒內(nèi)溶蝕孔發(fā)育。長石粒內(nèi)溶蝕孔進一步發(fā)展可以成為長石鑄?？谆驓堄噼T?？?（圖2（a））。由于溶蝕作用加強，粒間孔、長石鑄模孔或殘余鑄?？卓陕?lián)合在一起，形成復(fù)合孔隙。泥巖巖屑或假雜基中可出現(xiàn)微孔 （圖2（a））。有時可見少量裂縫。

孔隙度在1.5%～20.0%之間，平均10.39%；滲透率在 （0.01～2.98）×10－3μm2之間，平均0.56×10－3μm2（圖3）。以低孔、低滲為特征。

圖3 孔隙度和滲透率分布直方圖和累計頻率曲線

表1 孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)采自1752.20～1959.00m的49個樣品壓汞分析結(jié)果，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)以變化大的排驅(qū)壓力、孔喉半徑和最大進汞飽和度、低的退出效率為特征 （表1），反映了儲集巖孔喉半徑小、變化大。

3 成巖作用

主要的成巖作用有壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用。

3.1 壓實作用

偏光顯微鏡下見到的云母的塑性形變和破裂，碎屑顆粒的線接觸、凹凸接觸是壓實作用的直接證據(jù)。研究區(qū)最常見到的壓實作用是泥巖巖屑變化。泥巖巖屑在靜壓力下自身發(fā)生塑性形變，與其他碎屑顆粒線接觸、凹凸接觸，碎屑顆粒彼此緊密接觸。當(dāng)靜壓力進一步增加，泥巖巖屑發(fā)生破裂形變，形成假雜基，假雜基常充填碎屑顆粒之間。兩種形變都使巖石的體積和孔隙減小，塑性形變巖石的體積減小較后者明顯得多［4～7］。

根據(jù)Beard等［8］的資料，Scherer［9］提出了計算濕砂的原始孔隙度公式：

根據(jù)上述公式計算，研究的儲集巖的原始孔隙度為27.97%～39.99%，平均34.09%。膠結(jié)物平均含量為4.27%，雜基平均含量為8.04%。大部分雜基為假雜基，假設(shè)1／3雜基為原雜基，2／3假雜基，即假雜基平均含量為5.36%。儲集巖原始平均孔隙度34.09%減至現(xiàn)在的10.59%，有18.17%是膠結(jié)物貢獻的，11.40%是原雜基貢獻的，22.81%是假雜基貢獻的，47.62%是由于壓實作用直接使巖石的體積和孔隙減小造成的。假雜基是壓實作用下形成的，加上直接造成孔隙的減少，70.43%孔隙減小是壓實作用直接或間接貢獻的。壓實作用是造成儲集巖低孔、低滲最重要的原因。

所研究的儲集巖埋藏深度在1740.20～2058.00m之間；在研究區(qū)范圍內(nèi)沒有表現(xiàn)出隨埋藏深度增加，孔隙度減少的趨勢。一般來說，在小于4500m的情況下，隨著埋藏深度的增加孔隙度減小，壓實作用的影響還與骨架顆粒的成分有關(guān)，石英等剛性的碎屑顆粒能抵抗壓實作用的影響［7，10］。泥巖巖屑等塑性碎屑顆粒則容易受壓實作用影響，儲集巖含大量泥巖巖屑是壓實作用能施加很大影響的根本原因。碎屑顆粒細也是造成受壓實作用影響大的原因之一。

在溫度高的條件下，壓實作用將對沉積物施加更大的影響。三肇地區(qū)的地溫梯度為3.49～6.47℃／100m，平均4.68℃／100m，屬高地溫梯度［5］，這是造成壓實作用對沉積物影響大的重要外因。

3.2 膠結(jié)作用

主要的膠結(jié)作用有碳酸鹽、硫酸鹽、硅質(zhì)、長石、自生粘土的沉淀。

碳酸鹽膠結(jié)物是最常見、含量最多的膠結(jié)物。249個樣品中有153個樣品含碳酸鹽膠結(jié)物，含量從1%到33%不等，大部分樣品含量小于4%，基本上為方解石，個別樣品為白云石。方解石通常呈粒狀或嵌晶狀充填于碎屑顆粒之間 （圖2（b））。少量沉淀于成巖作用初期的方解石可以作為沉積物的骨架，抵抗壓實作用的影響，使得孔隙在一定程度上得以保存。大量的，形成于晚期成巖作用階段的嵌晶狀方解石，主要起充填孔隙，降低孔隙度的作用。個別樣品中見到重晶石，呈嵌晶狀。

硅質(zhì)膠結(jié)物普遍出現(xiàn)在各樣品中，但含量低，一般小于1%。基本上為石英，個別樣品中見到玉髓。多數(shù)石英膠結(jié)物呈加大邊形式出現(xiàn)，加大邊寬度小于0.05mm，在掃描電鏡下表現(xiàn)出良好的晶形（圖2（c）、（d））。少數(shù)石英膠結(jié)物在碎屑顆粒周圍呈微晶出現(xiàn) （圖2（c）），這種微晶石英抑制了石英加大，使得孔隙得以保存［1，11］。儲集巖石英含量低，泥巖巖屑含量高，雜基含量高，微晶石英包殼和綠泥石包殼均抑制了石英加大，因此，石英加大雖然普遍，但發(fā)育不好。

長石的膠結(jié)作用遠遠少于硅質(zhì)膠結(jié)作用?？梢猿书L石碎屑的加大邊或小的自形晶體出現(xiàn)，自生長石晶體僅偶爾見到。

自生粘土常見，自生綠泥石十分普遍，呈針葉狀、葉片狀或峰窩狀。常成為碎屑顆粒的包殼或孔隙襯邊 （圖2（d））。伊利石少見，往往在孔壁呈絲狀。盡管自生粘土作為膠結(jié)物使儲集空間減少，但綠泥石包殼或襯邊阻止了石英加大，使孔隙得以保存［1，12］。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是扶余油層儲集巖中常見的一種成巖作用，也是重要的對儲層起建設(shè)性的成巖作用。被溶蝕的碎屑主要有長石、以中基性火山巖巖屑為主的火山巖巖屑；泥巖和粉砂巖巖屑、石英、燧石、泥質(zhì)雜基和碳酸鹽膠結(jié)物也有被溶蝕的現(xiàn)象，但其溶蝕程度和重要性遠不如長石和中基性火山巖巖屑。長石的溶蝕可沿長石的解理縫和雙晶縫發(fā)育，長石溶蝕縫的發(fā)育有兩種情況：一是沿一組解理方向發(fā)育較好，而沿另一組解理方向發(fā)育較差；另一種情況是溶蝕無方向選擇。長石溶蝕的初期形成粒內(nèi)溶蝕孔，溶蝕孔進一步擴大，形成殘余鑄模孔和鑄?？?。中基性火山巖巖屑的溶蝕機理與長石類似。顆粒邊緣的溶蝕可出現(xiàn)在各種孔隙中，孔隙周圍的顆粒往往容易發(fā)生邊緣溶蝕，因為原生孔隙中常有孔隙水存在，一旦成巖環(huán)境改變，孔隙水的物理－化學(xué)性質(zhì)變化，則可對孔隙邊緣溶蝕。溶蝕作用可以開始于碎屑顆粒進入盆地之前［12，13］，成巖作用早期具有大氣淡水性質(zhì)的酸性孔隙水可進入已存在的孔隙，對其進一步溶蝕。隨著埋藏深度的增加，干酪根成熟及蒙皂石和高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的CO2的溶解將對長石和中基性火山巖巖屑進一步溶解［10］。

3.4 交代作用

交代作用主要表現(xiàn)為長石的高嶺石化、伊利石化、絹云母化、方解石化、鈉長石化，云母的綠泥石化。交代礦物一般小于1%，對巖石的儲集性能影響不大。

4 粘土礦物轉(zhuǎn)化

粘土礦物的轉(zhuǎn)化實際是也是一種交代作用。根據(jù)采自1679.64～2196.27m的292個樣品的X衍射分析結(jié)果 （表2），粘土礦物含量最顯著的特點是基本上沒有蒙皂石，低的高嶺石含量，較低的伊／蒙混層，中等綠泥石和高的伊利石含量。說明儲集巖經(jīng)歷了較強的成巖作用。各種粘土礦物含量與深度無明顯關(guān)系，主要原因是這些樣品的深度變化不大。

圖4 成巖作用演化序列

5 成巖作用共生序列

綜合儲集巖結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物性質(zhì)、粘土礦物轉(zhuǎn)變狀況和地溫等特征，可以確定儲集巖的成巖作用已進入到晚成巖作用階段的中期 （圖4）。壓實作用是對儲集空間影響最大的成巖作用，從沉積物進入成巖作用開始到早成巖作用階段末，沉積物的體積和孔隙大大減小。由于含有大量泥巖巖屑，進入晚成巖作用階段早期，壓實作用還會對沉積巖進一步施加影響，假雜基繼續(xù)產(chǎn)生，巖石的體積和孔隙進一步減小，但其強度明顯降低。微晶石英的沉淀，綠泥石包殼和襯邊的形成均發(fā)生在早成巖作用階段的早期。長石和中基性火山巖巖屑的溶蝕從成巖作用的初期持續(xù)至晚成巖作用階段的早期，但強度逐漸減弱。碳酸鹽的沉淀是最常見的膠結(jié)作用，從成巖作用階段的初期至晚成巖作用階段的早期均可發(fā)生，以早成巖作用階段的晚期最發(fā)育。

6 結(jié) 論

1）宋芳屯油田扶余油層儲集巖以細－極細粒長石巖屑砂巖為主，含大量泥巖巖屑。儲集巖以低孔、低滲、變化大的排驅(qū)壓力、孔喉半徑和最大進汞飽和度，低的退出效率為特征。

2）碎屑顆粒的細粒特征和高地溫梯度使得壓實作用對沉積物 （巖）施加了很大的影響，抗壓能力差的可塑性泥巖巖屑的高含量使得在壓實作用下產(chǎn)生大量假雜基，沉積物 （巖）的體積和孔隙大大減少。

3）碳酸鹽膠結(jié)作用是次于壓實作用的，對儲層破壞的重要因素。成巖作用早期的少量碳酸鹽膠結(jié)物，可以抵抗壓實作用，使得原生孔隙在一定程度上得以保存。成巖作用早期沉淀的微晶石英、綠泥石包殼和襯邊均有利于抵抗石英加大。

4）溶蝕作用產(chǎn)生長石和中基性火山巖巖屑溶蝕孔隙，對儲層是最重要的建設(shè)性作用。

5）儲集巖以原生孔隙為主，主要受沉積相控制。原始孔隙經(jīng)成巖作用大大減小。

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Influence of Diagenesis on Fuyu Reservoir in the Songfangtun Oilfield in Sanzhao Area of Songliao Basin

FANG Qing，WANG Bao-qing，LEI You-zhong，XIONG Xiao（First Author’s Address：The Eighth Oil Production Plant，Daqing Oilfield Co Ltd，CNPC，Daqing163514，Heilongjiang，China）

Microscope，cathodoluminescence microscope，ordinary physical properties，grain size analysis，mercury injection method，scanning electron microscope and X-ray analysis were often used for comprehensively studying the diagenesis of the Fuyu Reservoir in Songfangtun Oilfield.The reservoir rocks were mainly of fine-very fine feldspathic litharenite with high content of mudstone fragments.Reservoir space was mainly of reduced original intergranular pore.The reservoir had the characteristics of low porosity and permeability，changeable displacement pressures，pore-throat radius and maximum mercury saturation，and low mercury withdrawal efficiency.Compaction and cementation induced damage to the reservoirs，while the dissolution enhanced the porosity.The high geothermal gradient，fine size of framework grains and abundant mudstone fragments were the key factors greatly reducing the porosity of sediments under the compaction.Calcite cement was the next factor for reducing the porosity.The dissolution of feldspar and intermediate basic volcanic rock fragments played an important and constructive role of reservoirs.The minor amount of carbonate cements，which is formed during early diagenesis，can resist against compaction and preserve pores.Microquartz rim，grain-rimming chlorite formed during early diagenesis can preserve the porosity through the inhibition of cementation by quartz overgrowths.

Sanzhao Depression；Fuyu Reservoirs；low porosity and permeability；compaction；cementation

TE122.2

A

1000-9752 （2012）04-0041-06

2011-09-19

中國石油天然氣集團公司項目 （082008E）。

方慶 （1973-），男，1995年大學(xué)畢業(yè)，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)工作。

［編輯］ 宋換新