侯 娟，李秋博，鄧曉梅，常大宇，張 茹

（1．中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南南陽(yáng) 473132；2．中國(guó)石化華北油氣分公司第一采氣廠）

伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層成巖作用與孔隙演化

侯 娟1，李秋博1，鄧曉梅1，常大宇1，張 茹2

（1．中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南南陽(yáng) 473132；2．中國(guó)石化華北油氣分公司第一采氣廠）

伊川盆地上三疊統(tǒng)砂巖致密，非均質(zhì)性強(qiáng)，對(duì)成巖作用及其孔隙演化的認(rèn)識(shí)不清，在一定程度上制約了油氣勘探的部署。通過(guò)薄片、掃描電鏡和X射線等分析結(jié)果的研究，結(jié)合埋藏史、熱史等資料，認(rèn)為伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層以巖屑細(xì)砂巖、長(zhǎng)石細(xì)砂巖為主，物性總體較差，屬于低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層。上三疊統(tǒng)成巖作用主要為中成巖A期，早成巖期的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是孔隙度降低的主要原因，長(zhǎng)石溶蝕作用形成的次生孔隙對(duì)砂巖的儲(chǔ)集性能具有明顯的改善作用；油氣充注之前的早成巖期儲(chǔ)層已經(jīng)致密化。

伊川盆地；上三疊統(tǒng)；成巖作用；孔隙演化

1 地質(zhì)概況

伊川盆地處于河南省洛陽(yáng)市境內(nèi)，橫跨伊川、宜陽(yáng)兩縣，構(gòu)造上屬于華北盆地南部豫西隆起區(qū)，是在大鄂爾多斯三疊紀(jì)盆地基礎(chǔ)上，經(jīng)歷印支末期擠壓回返、燕山期差異沉降–隆升剝蝕、喜山期伸展斷陷等多個(gè)演化階段而形成的中新生界疊合盆地，面積1 400 km2。盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)保存較完整，厚約1 500 m，是主要勘探目的層系之一[1]。

晚三疊世伊川盆地以三角洲前緣–前三角洲–半深湖相沉積為主；其中，上三疊統(tǒng)椿樹(shù)腰組為三角洲前緣亞相沉積，水下分流河道微相發(fā)育；譚莊組下段仍以三角洲前緣亞相沉積為主，主要發(fā)育水下分流河道微相，上段以淺湖–半深湖亞相沉積為主，淺湖砂壩及濁積砂微相發(fā)育。砂巖累計(jì)殘余厚度388～709 m，砂體厚度大，分布較廣。儲(chǔ)層孔隙度 0.4%～12%，平均 2.76%，滲透率 0.001×10-3～1.38×10-3μm2，平均 0.066×10-3μm2，屬致密砂巖儲(chǔ)層。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層為一套碎屑巖，巖性主要為巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖。其中譚莊組儲(chǔ)層巖性主要為淺灰色、灰色細(xì)粒巖屑砂巖，碎屑以石英為主，其次為巖屑、長(zhǎng)石及少量的重礦物（圖1）；椿樹(shù)腰組碎屑巖主要為淺灰色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖及巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，尚有少量的巖屑砂巖（圖2）。碎屑中譚莊組石英含量為12%～77%，平均40.9%，長(zhǎng)石含量一般為0～36%，平均10.0%，巖屑含量為10%～78%，平均35.1%；椿樹(shù)腰組石英含量為29%～67%，平均49.8%，長(zhǎng)石含量一般為7%～58%，平均27.9%，巖屑含量為7%～44%，平均22.3%，上三疊統(tǒng)砂巖成分成熟度指數(shù)Q /（F +R）為0.65～1.03，偏低。譚莊組填隙物含量平均為 3.5%，椿樹(shù)腰組含量平均為4.6%，最高可達(dá)13.5%，主要包括亮晶方解石、自生石英、伊/蒙混層、高嶺石、伊利石、綠泥石等。砂巖粒徑一般為0.062 5～0.25 mm，分選中等–好，磨圓度較差，以次棱狀為主，砂巖中雜基含量少，結(jié)構(gòu)成熟度中等[2]。儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型主要包括粒間孔隙、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准拔⒘严?，以及次生溶蝕孔隙。

圖1 伊川盆地上三疊統(tǒng)譚莊組砂巖分類(lèi)三角圖

圖2 伊川盆地上三疊統(tǒng)椿樹(shù)腰組砂巖分類(lèi)三角圖

3 成巖作用類(lèi)型及特征

成巖作用指碎屑沉積物沉積后轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e巖直至變質(zhì)作用以前或因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)重新抬升到地表遭受風(fēng)化以前所發(fā)生的一切作用[3]。伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層的成巖作用類(lèi)型主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕和交代作用，它們對(duì)砂巖儲(chǔ)層的改造直接導(dǎo)致了現(xiàn)今的儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)格局。

3.1 壓實(shí)作用是儲(chǔ)層孔隙度降低的主要因素

壓實(shí)作用是指沉積物沉積后在其上覆水層或沉積層的重荷下，或在構(gòu)造形變應(yīng)力的作用下，發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。壓實(shí)作用愈強(qiáng)，損失的孔隙度愈多[4–5]。該區(qū)上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層砂巖普遍受到較強(qiáng)的壓實(shí)作用，致使剛性碎屑顆粒（石英、長(zhǎng)石等）表面產(chǎn)生碎裂紋及微裂縫，泥巖巖屑及云母（以黑云母為主）等柔性組分受到擠壓作用發(fā)生彎曲變形，呈假雜基狀填塞于孔隙中或沿長(zhǎng)軸方向定向緊密排列。顆粒間以線接觸為主，占樣品總數(shù)的60%以上，其次是線–凹凸接觸，少數(shù)呈點(diǎn)接觸、點(diǎn)–線接觸或凹凸接觸（圖3）。根據(jù)薄片資料估算，機(jī)械壓實(shí)作用使砂巖中原生孔隙減少多達(dá)75%以上，總體上呈現(xiàn)出隨埋藏深度的增加而孔隙度逐漸降低的變化（圖4）。

圖3 伊川盆地上三疊統(tǒng)砂巖顆粒接觸關(guān)系頻率

圖4 伊川盆地上三疊統(tǒng)孔隙度與深度關(guān)系

3.2 膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層低孔低滲的重要因素

膠結(jié)作用并沒(méi)有直接減少粒間體積，而是堵塞粒間體積，膠結(jié)物因占據(jù)了較多的粒間孔隙而明顯減小了儲(chǔ)層的原始孔隙度和滲透率[6–7]。掃描電鏡下觀察，膠結(jié)物主要有碳酸鹽、黏土礦物、硅質(zhì)三種。膠結(jié)類(lèi)型以孔隙式膠結(jié)為主、其次是壓嵌式膠結(jié)、孔隙–壓嵌式膠結(jié)，類(lèi)型相對(duì)單一。碳酸鹽膠結(jié)最為普遍，含量在 1%～27%之間，平均 6.5%，主要有方解石、白云石，偶見(jiàn)鐵方解石，其中以方解石膠結(jié)物為主，對(duì)儲(chǔ)層致密化造成明顯的影響。黏土礦物主要為伊/蒙混層、綠泥石，其次是伊利石和高嶺石，分布普遍，伊/蒙混層一般以絲狀、片狀或蜂窩狀分布于粒表、粒間，綠泥石一般以針葉狀、葉狀、片狀分布于粒間、粒表，高嶺石呈典型的書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀充填于孔隙中。膠結(jié)作用致使該區(qū)砂巖中原生孔隙損失達(dá)15%左右。

3.3 溶蝕作用增加次生孔隙

溶蝕作用有早期膠結(jié)物的溶蝕和骨架顆粒的溶解形成的次生孔隙的現(xiàn)象，薄片和掃描電鏡觀察顯示，本區(qū)早期方解石溶解較少見(jiàn)，骨架顆粒溶蝕現(xiàn)象較普遍，主要受中期酸性溶蝕作用的改造，多為長(zhǎng)石、巖屑的粒內(nèi)溶孔、鑄模孔等[8]。另外，黑云母溶解也較為普遍。與長(zhǎng)石溶解有關(guān)的自生礦物主要為高嶺石，巖石中高嶺石含量與孔隙度之間具有正相關(guān)關(guān)系（圖5）。

綜上所述，壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性起顯著的破壞作用，降低了儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率；而溶蝕作用對(duì)改善儲(chǔ)層物性起建設(shè)性作用，使得儲(chǔ)層孔隙度增大，滲透性變好。

圖5 伊川盆地上三疊統(tǒng)砂巖孔隙度與自生高嶺石含量關(guān)系

4 成巖階段劃分與孔隙演化

碎屑沉積物的各種成巖作用和成巖階段對(duì)碎屑孔隙的發(fā)育與演化起著重要的作用，不僅影響油氣儲(chǔ)集層孔隙的形成、增大和減小，而且還影響原生孔隙的保存、次生孔隙的分布以及孔隙的連通性與滲透性[9]。在已鉆探井的成巖作用現(xiàn)象觀察總結(jié)的基礎(chǔ)上，利用黏土礦物X射線衍射分析、掃描電鏡、有機(jī)質(zhì)成熟度等資料，同時(shí)結(jié)合鏡下觀察的自生礦物特征、物性及孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型等定量和定性數(shù)據(jù)，將上三疊統(tǒng)成巖演化階段劃分為同生階段、早成巖階段A期、B期和中成巖階段A期3個(gè)階段3個(gè)期次[10]。

區(qū)內(nèi)上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)集層椿樹(shù)腰組一般厚 800 m，譚莊組殘存厚度700～800 m，累計(jì)厚度在1 500 m以上。以上三疊統(tǒng)椿樹(shù)腰組為例，結(jié)合埋藏史和熱演化史[11]，對(duì)上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層的孔隙演化進(jìn)行了分析（圖6）：在譚莊組沉積初期，椿樹(shù)腰組砂巖儲(chǔ)集層最大埋深小于1 000 m，Ro小于0.35%，古溫度小于 65 ℃，有機(jī)質(zhì)未成熟，砂巖儲(chǔ)集層埋藏較淺，成巖作用處于早成巖A期，以機(jī)械壓實(shí)作用為主，孔隙類(lèi)型以原生孔隙為主，骨架顆粒以點(diǎn)接觸為主?？紫抖扔稍嫉?0%急劇減少至20%左右。

燕山早期，由于椿樹(shù)腰組被上覆譚莊組和中下侏羅統(tǒng)下部地層所覆蓋，椿樹(shù)腰組砂巖儲(chǔ)層埋深將近2 000 m，古溫度相應(yīng)達(dá)到65 ℃～85 ℃，Ro由0.35%演化增進(jìn)至0.5%，成巖作用進(jìn)入早成巖B期。該時(shí)期成巖作用仍以機(jī)械壓實(shí)為主，原生孔隙急劇減少至12%左右。同時(shí)，由于有機(jī)質(zhì)剛開(kāi)始成熟生烴，排出少量的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，使儲(chǔ)層環(huán)境發(fā)生變化，形成方解石晶體，導(dǎo)致原生孔隙進(jìn)一步減小[12]。且碳酸鹽膠結(jié)物主要為本期形成，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)孔隙損失呈互補(bǔ)關(guān)系，即方解石含量高的地方，顆粒之間多以點(diǎn)接觸，而方解石含量低的地方多以線～凹凸接觸，說(shuō)明了方解石的形成早于或與大規(guī)模壓實(shí)作用同時(shí)發(fā)生，故大規(guī)模壓實(shí)作用和膠結(jié)作用在早成巖B期以前已經(jīng)基本結(jié)束。

隨著進(jìn)一步埋深，在中侏羅末期，椿樹(shù)腰組砂巖儲(chǔ)集層最大埋深達(dá)到3 700 m，古溫度達(dá)到85 ℃以上，Ro由0.5%演化增進(jìn)至1.12%左右，成巖作用進(jìn)入中成巖A早期。在此過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入成熟生烴階段，烴類(lèi)大量生成。與此同時(shí)，伴隨著強(qiáng)烈的生排烴作用，排出大量的酸性物質(zhì)，改變了儲(chǔ)層的成巖環(huán)境，長(zhǎng)石和早期結(jié)晶的方解石等酸性易溶物質(zhì)開(kāi)始溶解，形成大量的次生孔隙，油氣進(jìn)入。中成巖A晚期，有機(jī)酸大幅度降低，溶蝕作用減弱；同時(shí)黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物大量生成并膠結(jié)沉淀，膠結(jié)作用占主導(dǎo)地位，次生孔隙不斷減少[12–13]。

上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)集層到中侏羅末達(dá)到最大古埋深，成巖作用仍以機(jī)械壓實(shí)為主，此后，成巖作用雖繼續(xù)進(jìn)行，但不會(huì)超過(guò)中成巖階段A期，壓實(shí)作用及膠結(jié)作用進(jìn)一步加強(qiáng)，儲(chǔ)層進(jìn)一步致密化?？傮w上，伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層孔隙演化經(jīng)歷了原生孔隙急劇減少—次生孔隙產(chǎn)生—再到減少的全過(guò)程，最終形成了儲(chǔ)層現(xiàn)今的面貌[14]。

圖6 伊川盆地上三疊統(tǒng)孔隙演化模式

5 結(jié)論

（1）伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層巖石骨架顆粒主要為石英、長(zhǎng)石、巖屑和少量的陸源重礦物；巖石類(lèi)型多樣，其中，椿樹(shù)腰組以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、次巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，譚莊組砂巖以細(xì)粒巖屑砂巖為主；整體上成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等。儲(chǔ)層砂巖顆粒較均一，分選中等–好，以細(xì)粒–極細(xì)粒為主，含少量中砂巖、粗粉砂巖及細(xì)粉砂巖。巖性致密，物性較差，屬致密砂巖儲(chǔ)層。

（2）機(jī)械壓實(shí)是導(dǎo)致伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層原生孔隙度消失的主要原因，其次是膠結(jié)作用，但長(zhǎng)石溶蝕、巖屑溶解產(chǎn)生的次生孔隙使儲(chǔ)層變好。

（3）伊川盆地上三疊統(tǒng)儲(chǔ)層經(jīng)歷了同生成巖階段，早成巖階段及中成巖階段A期，現(xiàn)今處于中成巖的A期。儲(chǔ)層在壓實(shí)、壓溶及膠結(jié)作用下?lián)p失90%以上的孔隙度，致使該區(qū)上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層在早成巖期就已經(jīng)致密化。

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1673–8217（2017）06–0041–05

TE112.21

A

2017–02–08

侯娟，助理工程師，1985年生，2011年畢業(yè)于西安石油大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)，主要從事石油地質(zhì)方面研究工作。

2012年中國(guó)石化股份有限公司項(xiàng)目“洛伊地區(qū)油氣藏形成條件與勘探目標(biāo)優(yōu)選”（P12019）。

蒲洪果