盧黎霞，陳長征，于雯泉

朱煜，畢建福 （中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺坳陷中部，古新統(tǒng)阜寧組三段 （E1fn3）是其最重要的勘探層系之一，隨著近幾年對北斜坡內(nèi)坡帶的探索，E1fn3更是成為主力勘探層系。但該區(qū)E1fn3儲層埋深大、成巖時(shí)間長、物性差，多為低滲透儲層，受成巖作用的影響較大［1～3］，對其演化過程認(rèn)識尚不完善。因此，加強(qiáng)成巖演化序列的研究對進(jìn)一步勘探具有重要意義。

1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)E1fn3的泥巖顏色主要為深灰色、黑色，反映了還原相的水下三角洲沉積。沉積砂體主要為三角洲前緣砂體，巖性為長石砂巖和長石巖屑砂巖 （表1）。石英體積分?jǐn)?shù)介于50%～82%之間，平均為60.6%；長石體積分?jǐn)?shù)介于9%～25.8%之間，平均為18.1%；鉀長石含量高于斜長石；巖屑體積分?jǐn)?shù)介于10%～30%之間，平均為21.3%；巖屑主要成分是石英巖、硅質(zhì)巖、砂泥巖、酸性火山巖、片巖和花崗巖等。碎屑顆粒分選較好，磨圓中等，多呈次圓－次棱角狀，結(jié)構(gòu)成熟度相對好，一般為顆粒支撐，孔隙－接觸式膠結(jié)。

表1 研究區(qū)E1fn3砂巖礦物成分統(tǒng)計(jì)表

2 成巖作用類型

高郵凹陷E1fn3儲層的成巖作用主要有2大類：破壞性成巖作用，主要是壓實(shí)作用與膠結(jié)作用；建設(shè)性成巖作用，主要是溶蝕作用，也包括產(chǎn)生晶間微孔隙的交代作用。儲層整體低滲主要是壓實(shí)作用與方解石膠結(jié)作用的結(jié)果，局部儲層物性較好則與溶蝕作用關(guān)系密切。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是原生粒間孔隙損失的主要因素，隨埋深增加壓實(shí)強(qiáng)度逐漸增大，對碎屑巖儲層孔隙的破壞作用也增強(qiáng)［4，5］。在成巖過程中，壓實(shí)作用在研究區(qū)E1fn3普遍發(fā)育且具有一定持續(xù)性，尤其是埋深較大時(shí)。通過機(jī)械壓實(shí)，E1fn3砂巖中的碎屑顆粒重新排列，孔隙中液體被擠出，粒間孔隙變小并持續(xù)減少、孔隙度降低，滲透率變差。在鏡下表現(xiàn)為塑性顆粒塑性變形，剛性顆粒受壓發(fā)生破裂，顆粒間的接觸關(guān)系多為線狀或線－凹凸?fàn)?（圖1（a）、（b））。強(qiáng)烈的壓實(shí)作用是造成深部E1fn3儲層低滲透率的主要原因。

2.2 膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)是研究區(qū)最重要的一種膠結(jié)作用，嚴(yán)重影響了儲層的結(jié)構(gòu)及物性。該區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物包括 （泥晶）方解石、白云石、鐵方解石及鐵白云石等，其中分布最廣的是方解石。部分顆粒在嵌晶碳酸鹽中呈 “漂浮”狀，顆粒周圍無其他類型膠結(jié)物，說明該類碳酸鹽膠結(jié)物形成于壓實(shí)作用較弱的淺埋藏階段。另有部分碳酸鹽具有明顯世代性，對顆粒和雜基進(jìn)行交代。研究區(qū)E1fn3碳酸鹽膠結(jié)雖廣泛存在，但受到溶蝕作用影響，膠結(jié)物含量相對較低，而鐵質(zhì)碳酸鹽含量更低 （圖1（c））。石英膠結(jié)在E1fn3不普遍，一般小于0.5%，但次生加大邊較寬 （0.02～0.3mm），可見其溶蝕狀加大邊。

2.3 溶蝕作用

高郵凹陷E1fn3儲層的礦物成熟度不高，碎屑顆粒中長石和巖屑的含量較高，經(jīng)過多次酸堿流體交替的影響，研究區(qū)內(nèi)溶蝕作用普遍發(fā)育，形成大量次生孔隙。溶蝕作用主要發(fā)育于碎屑顆粒粒度相對較粗、篩選充分、雜基含量相對較低的沉積相帶中，如水下分流河道、河口壩、砂巖沉積的層理面（圖1 （d）、（e））。

圖1 高郵凹陷E1fn3儲層成巖作用特征

2.4 交代作用

研究區(qū)E1fn3交代作用主要表現(xiàn)為 （泥晶）方解石對石英、長石的交代 （圖1（f）），方解石對黏土礦物的交代，鐵白云石對石英、方解石的交代，黏土礦物對石英、長石的交代。含鐵碳酸鹽對礦物的交代可能與輝綠巖的侵入有關(guān)［6，7］。

2.5 黏土礦物

研究區(qū)黏土礦物體積分?jǐn)?shù)在2%～26.6%之間，根據(jù)X－衍射分析，主要有伊－蒙混層 （φ（I/S））、伊利石 （φ（I））、高嶺石 （φ（K））、綠泥石 （φ（C））。根據(jù)黏土礦物的縱向分布圖顯示，在埋深2500m左右有個(gè)轉(zhuǎn)換帶，小于2500m，黏土礦物膠結(jié)物主要為伊－蒙混層、高嶺石，少量伊利石、綠泥石；大于2500m深度，綠泥石含量增高，黏土礦物膠結(jié)物轉(zhuǎn)為以高嶺石、綠泥石為主。在3300m左右也有一個(gè)轉(zhuǎn)換帶，表現(xiàn)為綠泥石含量開始增加。由此得出，無論埋藏深淺，E1fn3砂巖中的黏土礦物都是以高嶺石的高含量為特征，占到了黏土礦物平均體積分?jǐn)?shù)的30%～40%，最高達(dá)61%，而綠泥石含量與高嶺石呈負(fù)相關(guān) （圖2）。黏土礦物的含量較高也是導(dǎo)致儲層低滲的原因之一。

圖2 高郵凹陷E1fn3黏土礦物膠結(jié)物縱向分布特征

3 成巖階段的劃分

通過對研究區(qū)阜寧組成巖特征及儲層物性分析表明，E1fn3成巖演化階段已達(dá)到中成巖A期，局部深部儲層達(dá)到中成巖B期 （表2）。

表2 E1fn3成巖階段劃分實(shí)例

3.1 中成巖A1期

該成巖期的自生礦物主要有方解石、石英、鐵方解石、鐵白云石、伊利石、高嶺石和綠泥石等。φ（I/S）開始向伊利石轉(zhuǎn)化，混層中蒙皂石體積分?jǐn)?shù)占25%～50%，烴類包裹體均一溫度為85～120℃，有機(jī)質(zhì)Ro一般小于0.8%。石英加大一般為Ⅰ～Ⅱ級。該成巖期下伏烴源巖產(chǎn)生了大量CO2和有機(jī)酸，溶蝕作用強(qiáng)烈，形成大量次生孔隙。由于孔隙內(nèi)流體離子濃度的增加，析出新的礦物，從而又導(dǎo)致次生孔隙不斷膠結(jié)。該階段砂巖中碎屑顆粒多以點(diǎn)－線接觸為主，孔隙度介于7%～26%之間。北斜坡埋深小于2500m的E1fn3儲層基本處于該成巖演化階段。

3.2 中成巖A2期

該期φ（I/S）屬有序混層，混層中蒙皂石體積分?jǐn)?shù)降低至20%～30%。地層古地溫在120～140℃左右，有機(jī)質(zhì)成熟，Ro一般在1%左右，孢粉顏色為桔黃 （橙）一棕 （褐）色。該階段石英次生加大現(xiàn)象明顯，多為Ⅱ～Ⅲ級。烴源巖排出的有機(jī)酸雖有減少，但仍伴有一定的溶蝕和溶解作用發(fā)生。碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)烈，儲層孔隙度開始下降，同時(shí)壓實(shí)作用也使得滲透率下降，但E1fn3仍具備一定的儲集性能，為油氣的良好儲層。一般埋深大于2500m的E1fn3儲層處于該成巖演化期，儲層多具低孔－低滲特征。

3.3 中成巖B期

該成巖期主要黏土礦物為綠泥石與伊利石，此外還有少量的高嶺石和φ（I/S），混層中蒙皂石體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)降低，約占15%～25%。石英加大一般為Ⅱ～Ⅲ級，局部達(dá)到Ⅳ級。地層古地溫多超過140℃，Ro多在1%～1.3%。該階段烴源巖排酸能力減弱，孔隙水酸性程度降低，開始向中性發(fā)展，甚至轉(zhuǎn)化為弱堿性，導(dǎo)致晚期碳酸鹽膠結(jié)大量產(chǎn)生，伴隨強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，孔隙度、滲透率大大降低。埋深大于3300m的E1fn3儲層 （位于內(nèi)坡及深凹帶）處于該成巖期，儲層的物性明顯變差，具低孔－低滲、特低孔－特低滲特點(diǎn)。

4 成巖演化序列

研究區(qū)E1fn3沉積時(shí)期，硼含量低，湖泊蒸發(fā)量小于注入量，湖平面相對升高，氣候濕潤，原始水介質(zhì)的pH值接近大氣水［1］。因此，在同沉積時(shí)期至早成巖A期為弱酸性成巖環(huán)境。早成巖B前期，埋深大致為1200～1800m，古地溫相對較高 （65～85℃），由于黏土礦物脫出的層間水及H＋的酸性混合液，石英產(chǎn)生次生加大邊，蒙脫石向伊/蒙混層轉(zhuǎn)化，該階段呈弱酸性。

隨著埋深的增加，孔隙水中CO2分壓降低，有利于提高孔隙水的pH值；另一方面，較高的古地溫促使儲層中鉀長石向高嶺石轉(zhuǎn)化［8，9］，該過程釋放出一定的K＋及OH－，也有利于提高孔隙水的pH值。早成巖B后期的水介質(zhì)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯄A性。

當(dāng)埋深達(dá)到1800m，儲層進(jìn)入中成巖期，古地溫較高 （85～140℃）。初期繼承了早成巖B期的孔隙水環(huán)境，但隨著埋深加大，下伏阜寧組二段 （E1fn2）烴源巖成熟，釋放出大量的CO2和有機(jī)酸，蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化也脫出層間水與H＋的酸性混合液，使儲層整體處于酸性環(huán)境。但研究區(qū)有輝綠巖侵入，在輝綠巖侵入帶附近會(huì)產(chǎn)生大量堿性離子，使儲層局部呈堿性。

在局部地區(qū)，如花莊南部，埋深較大，已達(dá)到3300m，此時(shí)儲層進(jìn)入中成巖B期，古地溫升高到140～175℃。有機(jī)酸在隨油氣運(yùn)移的過程中，由于方解石、長石的溶蝕作用，H＋消耗殆盡，地層水酸性大大降低［10］，使該區(qū)儲層整體處于中性環(huán)境。

綜上，該區(qū)成巖演化的次序?yàn)椋侯w粒首先經(jīng)受壓實(shí)作用，脆性顆粒破碎，塑性顆粒變形；隨后早期溶蝕作用導(dǎo)致部分長石溶解，石英顆粒自生加大形成次生加大邊；后期由于地層水堿性增強(qiáng)，碳酸鹽開始大規(guī)模膠結(jié)并交代石英加大邊；隨著烴源巖的成熟，酸性流體進(jìn)入儲層，對碳酸鹽膠結(jié)物與酸溶性礦物產(chǎn)生溶蝕作用，形成次生孔隙，成為有效儲層 （圖3）。

圖3 高郵凹陷E1fn3有效儲層成巖演化序列

5 結(jié)論

1）高郵凹陷埋深較大的E1fn3儲層多為低滲、特低滲儲層，成巖過程復(fù)雜，壓實(shí)作用對儲層的影響強(qiáng)烈，殘余的溶蝕孔隙是主要的儲集空間。

2）E1fn3砂巖中的黏土礦物有著高嶺石含量普遍較高、綠泥石含量與之呈負(fù)相關(guān)的特征。黏土礦物轉(zhuǎn)換帶有著重要的指相性，第1個(gè)轉(zhuǎn)換帶2500m為中成巖A1期與中成巖A2期的分界，第2個(gè)轉(zhuǎn)換帶3300m中成巖A2期與中成巖B期的分界。

3）E1fn3儲層經(jīng)歷了弱酸－弱堿－弱酸－中性的成巖環(huán)境，發(fā)育了顆粒壓實(shí)－長石溶蝕、石英加大－碳酸鹽膠結(jié)、加大邊交代－碳酸鹽、長石溶蝕的成巖序列，由于最終埋深并沒有進(jìn)入晚期膠結(jié)的大規(guī)模發(fā)育區(qū)間，次生溶蝕孔隙得以保存，最終成為有效儲層。

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［編輯］ 鄧?yán)?/p>