趙漢卿，陳存良，陳曉明，張博，劉超

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

儲(chǔ)層的成巖作用、成巖演化與油氣的生成、運(yùn)移和成藏有著密切關(guān)系，是國(guó)內(nèi)外石油地質(zhì)工作者的重點(diǎn)研究對(duì)象，該方面的研究也取得了很多成果［1-11］。渤海灣盆地重要目的層段之一——古近系沙河街組，油氣資源極其豐富，發(fā)現(xiàn)了大量油氣田，萊州灣凹陷南斜坡墾利10-4油田就是其中之一。該油田范圍內(nèi)沙三上段埋藏一般在2 000 m以下，屬于典型的海上中深層油田。筆者利用鑄體薄片、掃描電鏡、鏡質(zhì)體反射率及流體包裹體等多種分析測(cè)試手段，結(jié)合區(qū)域沉積體系、埋藏史等前人研究成果，分析了沙三上段儲(chǔ)層成巖作用與油氣充注期次，明確了油田內(nèi)沙三上段儲(chǔ)層成因機(jī)制和油氣充注耦合關(guān)系，對(duì)于后期盆地儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

墾利10-4油田位于渤海灣盆地萊州灣凹陷南部斜坡（見(jiàn)圖1），北鄰生烴凹陷，油氣成藏背景十分有利［12-13］。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，發(fā)育近東西向、北東向斷裂。凹陷內(nèi)沉積地層直接披覆在火山巖基底之上，依次充填了古近系的沙河街組、東營(yíng)組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組。沙三上段為墾利10-4油田的主要含油氣層段，發(fā)育近源辮狀河三角洲前緣水下分流河道和河口壩沉積；巖石類(lèi)型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，顆粒分選好—中等，顆粒粒級(jí)以中、細(xì)砂為主，次為中粗砂及細(xì)粉砂。基于2口探井85塊巖心常規(guī)薄片統(tǒng)計(jì)，沙三上段砂巖儲(chǔ)層孔隙度平均為29.1%，滲透率平均為 1 117.7×10-3μm2（見(jiàn)圖2），屬于高孔、中高滲儲(chǔ)層。

圖1 墾利10-4油田區(qū)域位置

圖2 墾利10-4油田沙三上段砂巖儲(chǔ)層物性分布

2 成巖作用

通過(guò)鑄體薄片及掃描電鏡綜合分析，墾利10-4油田沙三上段成巖階段處于中成巖階段A期，主要成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及溶蝕作用等3種（見(jiàn)圖3。其中：Cal為方解石，Q為石英，F(xiàn)為長(zhǎng)石，Aq為自生石英微晶，Qo為石英次生加大，K為高嶺石，I/S為伊/蒙混層，I為伊利石，Ch為綠泥石，Py為黃鐵礦，Ha為石鹽）。

2.1 壓實(shí)作用

沙三上段壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為塑性顆粒（如云母）的壓實(shí)變形（見(jiàn)圖3a），顆粒間以點(diǎn)-線接觸為主，壓實(shí)強(qiáng)度屬于中—中強(qiáng)壓實(shí)，整體上壓實(shí)程度不大，使得粒間孔隙得以保存。

2.2 膠結(jié)作用

沙三上段總體膠結(jié)作用較弱，但膠結(jié)類(lèi)型多樣。根據(jù)微觀鏡下觀察統(tǒng)計(jì)，沙三上段儲(chǔ)層膠結(jié)物比例不超過(guò)10%，膠結(jié)類(lèi)型以碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)為主。

儲(chǔ)層內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)物主要發(fā)育方解石，藍(lán)色鑄體下，方解石茜素紅染色顯示為紫紅色（見(jiàn)圖3b）。方解石含鐵，表明成巖階段已進(jìn)入中成巖階段。方解石膠結(jié)類(lèi)型以孔隙式膠結(jié)為主，膠結(jié)部位主要位于物性較差的小孔喉內(nèi)部。方解石膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層早期具有抗壓實(shí)作用，后期則溶蝕增孔作用明顯。

儲(chǔ)層內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)物以自生石英微晶為主，石英次生加大不明顯（見(jiàn)圖3c）。自生石英微晶的晶型完整程度取決于生長(zhǎng)空間，可見(jiàn)典型的六方柱狀。整體上，硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)育程度較低，自生石英微晶晶體較小，且未大量連片出現(xiàn)；次生加大邊不明顯，沙三上段石英次生加大級(jí)別總體屬于Ⅰ—Ⅱ級(jí)。

儲(chǔ)層內(nèi)雜基含量低，其中黏土礦物以成巖自生為主。掃描電鏡分析結(jié)果表明，儲(chǔ)層自生黏土礦物以“富高嶺石、貧綠泥石”為特征，含有一定量的伊/蒙混層和伊利石。高嶺石以孔隙充填為主（見(jiàn)圖3d），在自生黏土礦物中的比例超過(guò)60%，單晶體以假六方片狀、板狀為主，集合體主要呈書(shū)頁(yè)狀、蠕蟲(chóng)狀。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，高嶺石結(jié)晶程度高，晶體完整，相對(duì)富集，儲(chǔ)層內(nèi)其來(lái)源主要為酸性條件下長(zhǎng)石的溶解產(chǎn)物［14-18］。伊/蒙混層和伊利石也主要以孔隙充填狀態(tài)出現(xiàn)（見(jiàn)圖3e），以伊/蒙混層為主，其平均體積分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)30%。伊利石呈絲片狀，伊/蒙混層形態(tài)介于蒙脫石及伊利石之間，是典型自生成因。綠泥石幾乎不發(fā)育，平均體積分?jǐn)?shù)低于10%，以孔隙充填和顆粒包殼形式出現(xiàn)（見(jiàn)圖3f）。自生綠泥石單晶多以針葉狀或針片狀產(chǎn)出，集合體以絨球狀充填于孔隙中，多發(fā)育在自生石英周邊。

圖3 墾利10-4油田沙三上段砂巖儲(chǔ)層成巖作用特征

2.3 溶蝕作用

儲(chǔ)層中溶蝕作用發(fā)育，溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性有明顯改善作用。沙三上段儲(chǔ)層溶蝕作用可以分為早期堿性溶蝕和后期酸性溶蝕2類(lèi)，后期酸性溶蝕改造增孔對(duì)儲(chǔ)層物性改善作用明顯。

利用鑄體薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中石英顆粒存在明顯溶蝕作用，石英顆粒局部被溶蝕而形成晶體內(nèi)部孔隙，并被伊/蒙混層充填（見(jiàn)圖3g）。石英一般發(fā)育穩(wěn)定，普遍認(rèn)為pH值大于8.5的堿性環(huán)境下，石英才會(huì)發(fā)生明顯的溶蝕作用［19-21］。石英的溶蝕作用主要發(fā)生在成巖早期，堿性流體主要因巖漿巖巖屑早成巖的蝕變釋放大量Na+，K+等堿性陽(yáng)離子，使流體逐漸變?yōu)閴A性流體，并導(dǎo)致石英等硅質(zhì)的溶蝕。

酸性溶蝕作用對(duì)物性的改造更強(qiáng)烈，沙三上段儲(chǔ)層酸性溶蝕主要是對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物和長(zhǎng)石的溶蝕。碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕后，一定程度上重新恢復(fù)了孔隙空間；長(zhǎng)石被酸性流體溶蝕后，顆粒呈不規(guī)則狀，掃描電鏡下呈骨架狀（見(jiàn)圖3h）或形成鑄?？祝ㄒ?jiàn)圖3i）。儲(chǔ)層內(nèi)酸性成巖環(huán)境一般源自有機(jī)質(zhì)成熟前的有機(jī)酸排放［22-23］，沙三上段有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率（Ro）測(cè)定值和熱解峰溫（Tmax）（見(jiàn)表1）表明，Ro介于 0.4%～0.6%，熱解峰溫介于432～449°C，有機(jī)質(zhì)仍處于半成熟—低成熟階段，是有機(jī)酸大量排出的階段。

表1 墾利10-4油田沙三上段Ro和Tmax測(cè)定值

3 油氣充注特征

通過(guò)鏡下觀察沙三上段儲(chǔ)層內(nèi)流體包裹體（見(jiàn)圖4），發(fā)現(xiàn)其一般發(fā)育在石英顆粒裂紋中，是酸性流體環(huán)境下石英加大或形成微晶所捕獲的，主要為鹽水包裹體（藍(lán)色箭頭所指），可見(jiàn)烴類(lèi)包裹體（透射光下（見(jiàn)圖4a）呈褐色，熒光下（見(jiàn)圖4b）呈黃色。紅色箭頭所指）。

圖4 沙三上段儲(chǔ)層流體包裹體發(fā)育特征

通過(guò)分析流體包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5），沙三上段油氣充注溫度介于61～85℃，鹽水包裹體溫度介于61～93℃，油氣初次充注溫度為60℃，而充注高峰在80℃左右。

圖5 沙三上段儲(chǔ)層流體包裹體均一溫度分布

4 酸性溶蝕與油氣充注耦合

結(jié)合有機(jī)質(zhì)演化特征、孔隙發(fā)育特征、流體包裹體均一溫度及研究區(qū)埋藏史（見(jiàn)圖6），可以看出墾利10-4油田儲(chǔ)層成巖作用與油氣充注存在耦合關(guān)系。儲(chǔ)層孔隙度的增加是因?yàn)橛袡C(jī)酸的排出，有機(jī)酸酸性溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物及長(zhǎng)石，有效增加了儲(chǔ)層孔隙空間；而此時(shí)盆地凹陷中心的成熟烴源巖開(kāi)始排烴，并在明化鎮(zhèn)末期達(dá)到生油高峰。成巖作用的及時(shí)溶蝕增孔，為盆地內(nèi)部運(yùn)移而來(lái)的油氣提供了大量?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)集空間。

圖6 墾利10-4油田成巖作用與油氣充注耦合關(guān)系

5 結(jié)論

1）墾利10-4油田沙三上段儲(chǔ)層屬于高孔、中高滲儲(chǔ)層，目前成巖作用階段處于中成巖階段A期，成巖作用具有“中壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)”的特征，顆粒以點(diǎn)-線接觸為主。溶蝕作用分為早期堿性溶蝕和后期酸性溶蝕；膠結(jié)作用弱，但類(lèi)型多樣，包括碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和自生黏土礦物膠結(jié)。

2）墾利10-4油田泥巖有機(jī)質(zhì)仍處于半成熟—低成熟階段，是有機(jī)酸大量排出的階段，沙三上段儲(chǔ)層流體性質(zhì)變?yōu)樗嵝?，并大量溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物及長(zhǎng)石，有效增加了儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間。

3）墾利10-4油田流體包裹體數(shù)據(jù)顯示，油氣充注作用發(fā)生于明化鎮(zhèn)組時(shí)期，有機(jī)酸酸性溶蝕作用恰好為油氣的充注提供了儲(chǔ)集空間。