李廣兵，苗建宇 孫立軍，齊桂民，李智超

（大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710

近年來(lái)隨著石油開(kāi)發(fā)工作的逐步開(kāi)展，許多油田都面臨著提高采收率的問(wèn)題，因而系統(tǒng)了解儲(chǔ)層的成巖作用對(duì)提高勘探開(kāi)發(fā)效益具有重要的作用［1－2］。筆者運(yùn)用常規(guī)與鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、X－衍射等分析手段，以歧口凹陷扣村油田沙一下亞段為研究對(duì)象進(jìn)行儲(chǔ)層成巖作用系統(tǒng)研究，以期為研究區(qū)湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)方案調(diào)整及潛力評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

該研究區(qū)處于歧口凹陷西南斜坡的羊三木潛山構(gòu)造帶和扣村構(gòu)造帶向北東傾末端的復(fù)式地壘構(gòu)造帶，南北向主要受羊北、羊南、扣村、黃驊等斷層控制，面積約150k m2［3］。區(qū)內(nèi)下第三系沙一段殘存厚度變化較大，一般為15～55 m，為濱淺湖、半深湖－深湖沉積，自上而下又劃分為上、中、下3個(gè)亞段。下亞段以湖相碳酸鹽巖與油頁(yè)巖為主要特征，從上往下又可細(xì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3個(gè)小層，第Ⅰ小層由泥巖和油頁(yè)巖組成；第Ⅱ小層由泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和泥巖組成；第Ⅲ小層由灰色－灰褐色生物碎屑灰?guī)r、顆?；?guī)r組成。其中第Ⅱ、Ⅲ小層為研究目的層。

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)巖心資料和巖石薄片鑒定資料，研究區(qū)沙一下亞段目的層儲(chǔ)集層巖石類型主要有灰色～灰褐色生物碎屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、泥灰?guī)r等湖相碳酸鹽巖，以生物碎屑灰?guī)r為主。薄片分析表明，灰?guī)r中生物組分約占50%左右，內(nèi)碎屑為16.6%～22.0%，生物碎屑中主要為腹足類和介形蟲碎片及個(gè)體，少量藻類和陸源碎屑。基質(zhì)和膠結(jié)物約占巖石的10%～20%。

2.2 孔隙類型

根據(jù)Choquette等［4］提出的受組構(gòu)控制及不受組構(gòu)控制的劃分方案，結(jié)合巖心觀察、薄片鑒定、鑄體薄片、掃描電鏡等分析，認(rèn)為研究區(qū)沙一下亞段湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間以次生孔隙和裂縫為主，主要微觀孔隙類型有粒間孔、粒間粒內(nèi)溶孔、晶間孔隙和裂隙等。

1）粒間孔 該孔隙是指顆粒含量在巖石中占主要地位時(shí)形成的顆粒支撐，其空間未被灰泥或膠結(jié)物充填部分即為粒間孔?？?7井的泥晶介殼灰?guī)r中見(jiàn)孔徑為20 mm的粒間孔 （見(jiàn)圖1（a）和1（b））。

圖1 沙一下亞段碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙類型

2）粒內(nèi)孔 該孔隙多為生物死亡后軟體部分腐爛分解后遺留下生物體腔孔隙空間。這種組構(gòu)性孔隙屬于原生孔隙，不排除充填后重新溶蝕而復(fù)蘇了原有的孔隙面貌。研究區(qū)這類孔隙較為發(fā)育，孔徑一般為50～80 mm，最大可達(dá)300 mm，粒內(nèi)孔的面孔率約占3%～9%，成為灰?guī)r儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間 （見(jiàn)圖1）。

3）晶間孔 一般情況下生物體腔均被泥晶方解石充填，充填方解石在重結(jié)晶作用下主要表現(xiàn)為泥晶轉(zhuǎn)變?yōu)榱辆н^(guò)程中形成的孔隙，孔隙比較規(guī)則。研究區(qū)儲(chǔ)層中晶間孔一般以20 mm左右居多 （見(jiàn)圖1 （a）和1 （b））。

4）溶蝕孔隙 該孔隙是指沉積過(guò)程或成巖后由于溶解作用而形成的孔隙，該研究區(qū)存在的溶蝕孔隙主要有粒間溶孔、晶間溶孔和擴(kuò)溶縫等 （見(jiàn)圖1 （b）、1 （c）和1 （d））。

5）裂隙 該孔隙一般是由于構(gòu)造作用或成巖作用形成。該研究區(qū)多以構(gòu)造縫和孔徑20 mm左右的微裂 （隙）縫發(fā)育為特征 （見(jiàn)圖1（d））。

3 成巖作用

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用包括機(jī)械壓實(shí)作用與壓溶作用［5］。該研究區(qū)儲(chǔ)層主要以機(jī)械壓實(shí)作用為主，導(dǎo)致碳酸鹽巖沉積厚度減小，孔隙度和滲透率普遍降低，碳酸鹽顆粒趨向緊密排列，表現(xiàn)為一些塑性或半塑性顆粒的錯(cuò)斷、破裂、彎曲變形 （見(jiàn)圖1（c））。隨著埋深的增加導(dǎo)致的壓力增大，機(jī)械壓實(shí)逐漸轉(zhuǎn)為壓溶作用。研究表明，壓溶作用可以使已經(jīng)被物理壓實(shí)作用壓實(shí)的碳酸鹽層的厚度再被壓實(shí)20%～25%，它使得原生粒間孔隙大量減少。

3.2 膠結(jié)作用

1）第1世代湖底膠結(jié) 研究區(qū)內(nèi)第1期湖底的典型膠結(jié)物為雜亂針狀微晶方解石形成的不連續(xù)“環(huán)邊”。第1世代微粒狀、針狀方解石膠結(jié)作用在湖底階段，顆粒表面生長(zhǎng)了厚度為3～5μm、呈不規(guī)則狀或放射狀分布的針狀方解石微晶。

2）第2世代湖底－混和水膠結(jié) 葉片狀亮晶方解石形成于湖底潛流帶－混和水成巖環(huán)境中，廣泛見(jiàn)于研究區(qū)各類生物灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r粒間孔中，多圍繞第1期膠結(jié)物或顆粒邊緣呈單環(huán)帶生長(zhǎng)或與第1期方解石膠結(jié)物共軸生長(zhǎng)，以自形－半自形粉晶居多，大小一般0.03～0.05 mm，較為干凈明亮，略帶褐色，環(huán)邊前緣具尖菱形，呈明顯的偏三角面體形態(tài) （見(jiàn)圖2（a）和2（b）。該期膠結(jié)物可使顆?；?guī)r中的原生粒間孔縮小50%左右，然而對(duì)于膠結(jié)程度較低的顆粒灰?guī)r來(lái)說(shuō)，由于其滲透性和孔隙度較高，易于后期各種成巖流體運(yùn)移，也可以殘余粒間孔和粒間縫的形式保留下來(lái)，為油氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移提供有利空間。

3）第3世代粒狀亮晶方解石膠結(jié) 粒狀亮晶方解石膠結(jié)物主要形成于同生成巖階段的大氣成巖環(huán)境，其中的大氣淡水主要來(lái)自港西凸起和孔店凸起。膠結(jié)物主要位于經(jīng)早期膠結(jié)之后的殘余粒間孔內(nèi)部，自孔隙中心向邊緣依次生長(zhǎng)細(xì)晶、粉晶，具有明顯的充填組織結(jié)構(gòu)特征。晶體干凈明亮，它形－半自形，晶粒大小一般0.05～0.1 mm。根據(jù)鮞?；?guī)r和生物灰?guī)r的陰極發(fā)光分析 （見(jiàn)圖2），從圖2可以看出，沉積顆粒因水介質(zhì)微量元素的變化和不同期次膠結(jié)物而分別顯示出不同的發(fā)光特征。

3.3 溶蝕作用

圖2 研究區(qū)陰極發(fā)光鏡下的膠結(jié)物特征

1）第1期溶蝕作用 該研究區(qū)館陶組、沙河街組灰?guī)r第1期溶蝕作用的強(qiáng)度較大，特點(diǎn)是選擇性地溶蝕顆粒，形成粒內(nèi)溶孔。濱湖相的生物灰?guī)r以及其他顆?；?guī)r，隨著湖進(jìn)湖退不時(shí)的暴露在大氣淡水條件下，從而導(dǎo)致了部分顆粒的溶蝕，成巖初始階段形成的膠結(jié)物也遭受了部分的溶蝕。

2）第2期溶蝕作用 該研究區(qū)明化鎮(zhèn)組早期與晚期間的區(qū)域性構(gòu)造抬升［6］，使得明上段與明下段之間存在一個(gè)不整合面，這次抬升導(dǎo)致了第2期溶蝕作用在區(qū)內(nèi)不同程度地發(fā)生，溶蝕發(fā)生于淺－深埋藏環(huán)境，規(guī)模較大。其中有利于儲(chǔ)層孔隙形成的埋藏溶蝕作用現(xiàn)象常見(jiàn)于生物、鮞粒和基塊，形成總量3%～20%不等的生物溶孔 （見(jiàn)圖1（c）和1（d））、擴(kuò)溶縫與基塊溶孔，孔徑為0.1～0.8 mm，以0.2～0.4 mm居多。

3.4 白云石化作用

該研究區(qū)的顆粒白云巖與泥晶白云巖基本都呈微晶結(jié)構(gòu)。X－衍射分析結(jié)果表明，該研究區(qū)所有13個(gè)樣品的白云石有序度為0.42～0.68，平均0.54；鎂元素含量為39.60%～46.90%，平均44.30%；鈣元素含量為53.16%～60.40%，平均55.70%；Mg／Ca值位于0.66～0.88，平均0.80。其地球化學(xué)與結(jié)晶學(xué)特征表現(xiàn)為兩低兩高的特點(diǎn)，即有序度、Mg／Ca低，鎂、鈣含量高。其中約有36%的樣品有序度小于0.5，28%的樣品為0.5～0.6，36%的樣品大于0.6。因此，這種白云石應(yīng)為同生－準(zhǔn)同生白云石化作用產(chǎn)物，對(duì)儲(chǔ)層形成具有建設(shè)性作用。

圖3 研究區(qū)沙一下亞段碳酸鹽巖成巖演化劃分

4 成巖序列與階段劃分

沙河街組碳酸鹽巖與其同期沉積的砂巖在成巖時(shí)段上是一致的，不過(guò)碳酸鹽巖具有成巖固結(jié)快的基本特征，因而堅(jiān)硬致密得多，表明經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖過(guò)程。X－衍射分析結(jié)果表明，該研究區(qū)混層粘土及其間層比與其同期的砂巖基本一致，根據(jù)石油行業(yè)碳酸鹽巖成巖階段劃分規(guī)范（SY／T5487－2003）可知，研究區(qū)沙一段下部的碳酸鹽巖已由早成巖階段進(jìn)入了中成巖階段門限。同時(shí)，該研究區(qū)成巖作用發(fā)生次序大致為準(zhǔn)同生成巖階段的多世代方解石膠結(jié)作用、白云石化作用→早成巖A、B階段的溶蝕作用→中成巖階段的充填作用、溶蝕作用和構(gòu)造成縫作用；壓實(shí)作用則從早到晚都不同程度的影響儲(chǔ)層，早期使原生孔隙迅速減少，后期則產(chǎn)生縫合線等為儲(chǔ)層流體運(yùn)移提供通道 （見(jiàn)圖3）。

5 結(jié) 論

1）該研究區(qū)沙一下亞段湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層類型為主要灰色、灰褐色生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、泥灰?guī)r等；儲(chǔ)集空間以次生孔隙和裂縫為主。

2）成巖作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的形成起著決定性的作用。機(jī)械壓實(shí)、壓溶作用、多世代的方解石和白云石膠結(jié)作用，使得原生孔隙和次生孔隙幾乎全部消失，而早成巖階段的兩期溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間改善起決定性作用。此外，該研究區(qū)內(nèi)湖相碳酸鹽巖已由早成巖階段進(jìn)入了中成巖階段門限。

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