趙春晨，劉 豪＊陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京

黃河口凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)及成巖作用特征研究

趙春晨1，劉 豪2＊1陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京

黃河口凹陷古近系儲(chǔ)集砂體類(lèi)型和成巖過(guò)程復(fù)雜，為儲(chǔ)層優(yōu)選提供依據(jù)，需要全面總結(jié)黃河口凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征和成巖作用特征。通過(guò)大量的基礎(chǔ)分析測(cè)試工作以及鉆井薄片觀察，將雜砂巖和凈砂巖的特征進(jìn)行區(qū)分，明確了凈砂巖是古近系的主要儲(chǔ)層，并將其劃分至3類(lèi)8種成分-成因儲(chǔ)層類(lèi)型。黃河口凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層以長(zhǎng)石砂巖類(lèi)為主，地層單元由下至上石英砂巖類(lèi)比例呈增加趨勢(shì)，巖屑砂巖類(lèi)呈減少趨勢(shì)。砂巖成巖過(guò)程中經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶、膠結(jié)、交代、蝕變、溶解、黏土礦物轉(zhuǎn)化等6種成巖作用，儲(chǔ)層巖石學(xué)特征的差異影響了不同層位儲(chǔ)層的成巖作用及其儲(chǔ)層物性。

砂巖儲(chǔ)層，巖石學(xué)特征，成分-成因類(lèi)型，成巖作用，古近系，黃河口凹陷

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1.引言

黃河口凹陷位于渤海灣盆地東南部，覆蓋面積約2370 km2，整個(gè)凹陷坐落在古老中朝地臺(tái)之上，受控于渤中34構(gòu)造東界的走滑斷層和渤南低凸起的南界斷層。整體而言，黃河口凹陷內(nèi)古近系發(fā)育較為齊全，由老至新發(fā)育有孔店組(E1-2k)、沙河街組(E2-3s)、東營(yíng)組(E3d) (其中沙河街組三段上亞段由于遭受強(qiáng)烈剝蝕而不發(fā)育)。黃河口凹陷是渤海灣盆地內(nèi)的一富油氣凹陷，其古近系和新近系油氣藏作為兩大勘探層系，資源量十分可觀[1]-[7]。鑒于古近系具有良好的生儲(chǔ)組合和勘探前景，其儲(chǔ)集層一直也是眾多專(zhuān)家關(guān)注的重點(diǎn)[8]-[13]。已有學(xué)者對(duì)E2-3s等部分層段的砂巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行了描述[8] [9]，針對(duì)儲(chǔ)層的主控因素[10] [11]及平面預(yù)測(cè)[11] [12]等內(nèi)容，也開(kāi)展了一定的研究工作。但整體而言，黃河口凹陷儲(chǔ)層的研究力度還需深入，尤其是從宏觀方面針對(duì)整個(gè)古近系砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)和成巖作用的研究較為欠缺，影響了未來(lái)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的優(yōu)選以及有利目標(biāo)的確定，限制勘探的步伐。

該次研究基于基礎(chǔ)資料，通過(guò)大量的基礎(chǔ)分析測(cè)試以及巖屑、壁心和巖心的染色鑄體薄片或普通薄片觀察等方法[14] [15] [16] [17]，系統(tǒng)觀察總結(jié)、詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析，最終確定了砂巖儲(chǔ)層的分類(lèi)方案，并對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)層進(jìn)行劃分、統(tǒng)計(jì)，明確了黃河口凹陷整個(gè)古近系砂巖儲(chǔ)層的優(yōu)勢(shì)類(lèi)別、變化趨勢(shì)，分析了其微觀成巖作用以及巖石學(xué)特征對(duì)成巖作用的影響，突破原有研究層系單一的局限，以期為日后的黃河口凹陷的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、油氣藏綜合研究、勘探目標(biāo)的優(yōu)選等提供依據(jù)。

2.砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

2.1.砂巖儲(chǔ)層成分-成因分類(lèi)

為更清晰地掌握古近系砂巖儲(chǔ)層類(lèi)型，通過(guò)砂巖中雜基含量的差異，將砂巖樣品劃分為雜砂巖和凈砂巖(圖 1)，并將凈砂巖儲(chǔ)層設(shè)定為研究目標(biāo)，制定了成分-成因分類(lèi)方案。根據(jù)石英、長(zhǎng)石和巖屑的體積分?jǐn)?shù)，對(duì)凈砂巖進(jìn)行砂巖類(lèi)型的劃分，將其分為石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖3大類(lèi)，并依據(jù)內(nèi)部礦物體積分?jǐn)?shù)的差異進(jìn)一步劃分為8種成分-成因類(lèi)型(圖2)。

Figure 1.The microscopic characteristics of greywacke and pure sandstone圖1.雜砂巖與凈砂巖微觀特征

Figure 2.The compositions-genesis type of sandstone reservoir in E1-2k-E2s4(Fourth Member of Shahejie Formation)圖2.E1-2k-E2s4(沙河街組四段)砂巖儲(chǔ)層成分-成因分類(lèi)

2.2.砂巖儲(chǔ)層成分-成因類(lèi)型及分布規(guī)律

研究區(qū)出現(xiàn)的砂巖成分類(lèi)型較多，8種成分-成因類(lèi)型的砂巖均有出現(xiàn)，總體上以長(zhǎng)石砂巖類(lèi)為主，但不同層位砂巖的優(yōu)勢(shì)成分-成因類(lèi)型及發(fā)育規(guī)律具有明顯的差別。

2.2.1.E1-2k- E2s4儲(chǔ)層類(lèi)型

E1-2k-E2s4為古近系下部地層單元，該次樣品數(shù)據(jù)共有7個(gè)。就目前分析結(jié)果而言，E1-2k-E2s4中巖屑砂巖類(lèi)占優(yōu)勢(shì)，并以長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖居多，所占比例約為57% (由于E1-2k和E2s4巖性地層難以區(qū)分，因此將二者做合并分析) (表1，圖2)。

Table 1.The statistical table of pure sandstone reservoir in different strata表1.不同層段凈砂巖儲(chǔ)層統(tǒng)計(jì)表

2.2.2.E2s3(沙河街組三段)-E3s1儲(chǔ)層類(lèi)型

2.2.3.E3d3-E3d1儲(chǔ)層類(lèi)型

E3d沉積時(shí)期，長(zhǎng)石砂巖類(lèi)同樣為優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層類(lèi)型出現(xiàn)，但呈現(xiàn)比例逐漸降低的趨勢(shì)；而石英砂巖類(lèi)自E3d3沉積時(shí)期開(kāi)始，比例逐漸增加，最高比例可達(dá)58.21%，且在E3d2沉積時(shí)期已替代長(zhǎng)石砂巖類(lèi)成為主要儲(chǔ)層類(lèi)型(表1，圖4和圖5)。

2.2.4.古近系砂巖儲(chǔ)層分布規(guī)律

綜合以上各層段的儲(chǔ)層類(lèi)型分析，明確了3類(lèi)8種凈砂巖在古近系均可見(jiàn)，但所占比例差異較大。通過(guò)對(duì)整個(gè)古近系不同層段、不同凈砂巖儲(chǔ)層類(lèi)型頻率的統(tǒng)計(jì)(圖4)，揭示古近系長(zhǎng)石砂巖類(lèi)儲(chǔ)層占優(yōu)勢(shì)地位，且呈現(xiàn)中部地層含量高，頂部和底部地層含量相對(duì)減小的趨勢(shì)；石英砂巖類(lèi)儲(chǔ)層在中下部地層基本占據(jù)次席，至 E3d2-E3d1含量超過(guò)長(zhǎng)石砂巖類(lèi)儲(chǔ)層；巖屑砂巖類(lèi)整體出現(xiàn)頻率較小，含量偏低(除E1-2k-E2s4比例較高)。因此，古近紀(jì)地層單元由下至上，石英砂巖類(lèi)比例呈增加趨勢(shì)，而巖屑砂巖類(lèi)呈減小趨勢(shì)，說(shuō)明了黃河口凹陷古近系經(jīng)歷了隨著沉積物搬運(yùn)距離逐漸增加，近源沉積逐漸向遠(yuǎn)源沉積過(guò)渡，而沉積顆?；祀s堆積逐漸向分選堆積轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

Figure 3.The compositions-genesis type of sandstone reservoir in E2s3-E3s1圖3.E2s3-E3s1砂巖儲(chǔ)層成分-成因分類(lèi)

Figure 4.The frequency histogram of pure sandstone reservoir type in different strata圖4.不同層段凈砂巖儲(chǔ)層類(lèi)型頻率柱狀圖

Figure 5.The compositions-genesis type of sandstone reservoir in E3d3-E3d1圖5.E3d3-E3d1砂巖儲(chǔ)層成分-成因分類(lèi)

3.成巖作用特征

3.1.成巖作用類(lèi)型

通過(guò)鏡下觀察分析，黃河口凹陷古近系凈砂巖主要成巖作用類(lèi)型有壓實(shí)壓溶、膠結(jié)、交代、蝕變、溶解、黏土礦物轉(zhuǎn)化等6種(圖6)。圖6(a)和圖6(b)反映了壓實(shí)壓溶作用，如E3d2高位域白云母被壓斷，支撐作用消失，孔隙被填充后儲(chǔ)集空間縮??；又或湖擴(kuò)域砂巖中長(zhǎng)石含量較高時(shí)石英-長(zhǎng)石間的壓溶。圖6(c)為湖擴(kuò)域亮晶方解石的嵌晶膠結(jié)，屬于成巖作用中后期，孔隙水中飽和碳酸鈣在顆粒間緩慢沉淀，從而逐漸形成膠結(jié)物。圖6(d)為E3s2方解石對(duì)碎屑石英的交代作用，碎屑石英的成分被方解石置換，進(jìn)而在碎屑石英的邊緣和裂紋處發(fā)生交代，二者間呈不規(guī)則狀接觸。蝕變作用同樣在古近系較為常見(jiàn)，如圖6(e)，表現(xiàn)為長(zhǎng)石的絹云母化，絹云母沿長(zhǎng)石解理紋分布。與此同時(shí)，從E2s4到E3d2均可見(jiàn)到由溶解作用形成的次生孔隙，如圖 6(f)中長(zhǎng)石被溶解成蜂窩狀。除以上 5種成巖作用之外，黏土礦物的轉(zhuǎn)化作用在黃河口凹陷古近系較為普遍。

由圖7可見(jiàn)，埋深小于3500 m時(shí)，有蒙脫石存在，其體積分?jǐn)?shù)(φ(S))基本大于10%；當(dāng)埋深小于3000 m時(shí)，伊利石體積分?jǐn)?shù)(φ(I))多在10%～50%之間，埋深在3000～3300 m時(shí)，φ(I)快速增加，埋深大于3300 m，φ(I)較高；綠泥石體積分?jǐn)?shù)(φ(C))基本處于25%以下，且隨深度增加φ(C)具有不斷減少的趨勢(shì)；高嶺石體積分?jǐn)?shù)(φ(K))普遍少于30%，偶見(jiàn)異常高值；伊蒙混層普遍存在，且當(dāng)埋深小于3900 m，其體積分?jǐn)?shù)(φ(IS))達(dá)70%。黏土礦物分析結(jié)果表明，黃河口凹陷古近系砂巖進(jìn)入黏土礦物快速轉(zhuǎn)化帶。

3.2.巖石學(xué)特征對(duì)成巖作用的控制

在砂巖儲(chǔ)層形成的過(guò)程中，不同成分-成因類(lèi)型對(duì)成巖作用影響較大。例如，在長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖類(lèi)中，長(zhǎng)石含量較高，與石英含量相近，則長(zhǎng)石與石英接觸幾率增加，石英-長(zhǎng)石間的壓溶作用為主導(dǎo)作用，

Figure 6.The microscopic characteristics of pure sandstone diagenesis圖6.凈砂巖成巖作用微觀特征圖

Figure 7.The vertical distribution of clay mineral volume fraction圖7.黏土礦物體積分?jǐn)?shù)縱向分布圖

22導(dǎo)致粒間原生孔隙降低(圖 6(b))；而長(zhǎng)石砂巖類(lèi)由于部分骨架顆粒和填隙物易發(fā)生溶解(碎屑長(zhǎng)石、碎屑石英、巖屑等)，在孔隙水的作用下，進(jìn)而產(chǎn)生次生孔隙(圖 6(f))，古近系樣品分析結(jié)果表明，E2s4-E3d2沉積時(shí)期溶解作用形成的次生孔隙普遍存在。因此，巖石學(xué)特征的差異將會(huì)影響不同層位儲(chǔ)層的成巖作用，同時(shí)成巖過(guò)程中的差異在一定程度上決定著各類(lèi)儲(chǔ)層的物性特征。

4.結(jié)論

1) 根據(jù)砂巖儲(chǔ)層的雜基含量，將砂巖儲(chǔ)層分為雜砂巖和凈砂巖兩大類(lèi)，研究區(qū)古近系主要儲(chǔ)層類(lèi)型為凈砂巖；而對(duì)于凈砂巖，根據(jù)石英、長(zhǎng)石和巖屑的體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)一步劃分為3類(lèi)8種成分-成因儲(chǔ)層類(lèi)型。

2) 整體而言，長(zhǎng)石砂巖類(lèi)儲(chǔ)層占主導(dǎo)地位，含量普遍較高，地層單元由下至上石英砂巖類(lèi)比例呈增加趨勢(shì)，而巖屑砂巖類(lèi)呈減小趨勢(shì)。

3) 凈砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶、膠結(jié)、交代、蝕變、溶解、黏土礦物轉(zhuǎn)化等6種成巖作用。

4) 巖石學(xué)特征的差異影響了不同層位儲(chǔ)層的成巖作用，同時(shí)成巖過(guò)程差異在一定程度上決定著各類(lèi)儲(chǔ)層的物性特征。

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[編輯] 宋換新

Palaeogene, Huanghekou Depression

Research on Petrology and Diagenesis Characteristics of Sandstone Reservoir in Palaeogene of Huanghekou Depression

Chunchen Zhao1, Hao Liu2*1Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co.Ltd., Xi’an Shaanxi2School of Ocean Science, China University of Geosciences (Beijing), Beijing

Received: Dec.14th, 2016; accepted: Feb.23rd, 2017; published: Apr.15th, 2017

Because the sand body type and diagenetic process were complex in the Palaeogene reservoir of Huanghegou Depression, for the purpose of providing the basis for the reservoir optimization, it was necessary to sum up the Palaeogene petrologic and diagenetic characteristics in the depression.Through plenty of basic analyses and drilling slice observation, the characteristics of greywacke and pure sandstone were distinguished and it was defined that the pure sandstone was the major reservoir in Palaeogene.And the pure sand reservoirs were divided into three types and eight kinds.In the Palaeogene of Huanghegou Depression, arkose was dominant.Meanwhile, from the bottom up, the proportion of quartz sandstone type showed increasing trend and lithic sandstone type was in decreasing trend.During the diagenetic process, sand reservoir has experienced compaction pressolution, cementation, metasomatism, alteration, dissolution and clay mineral transformation.The whole diagenesis process and reservoir physical property in different zones are influenced by the differences of petrologic characteristics.

Sand Reservoir, Petrology Characteristics, Compositions-Genesis Type, Diagenesis,

趙春晨(1987-)，男，博士，工程師，主要從事油氣勘探及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面的研究工作。

2016年12月14日；錄用日期：2017年2月23日；發(fā)布日期：2017年4月15日

?通信作者。

文章引用: 趙春晨, 劉豪.黃河口凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)及成巖作用特征研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(2): 16-24.https://doi.org/10.12677/jogt.2017.392012