楊麗，彭志春，劉薇，覃利娟，張翥

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南 ?？?570311）

0 引言

文昌X油田是南海西部海域近幾年新發(fā)現的低滲油田，該區(qū)域石油地質條件優(yōu)越、生儲蓋組合發(fā)育，具有很高的含油氣潛力。目的層珠海組二段（ZH2）厚層砂巖分布穩(wěn)定，但是沉積微相變化快、沉積構造豐富，儲層巖性變化大、局部膠結致密、非均質性較強、成巖現象豐富、受成巖作用改造明顯。碎屑巖儲層的成巖作用及演化特征與勘探開發(fā)緊密相關，近幾年在石油地質研究領域受到廣泛關注［1-5］。成巖作用及演化特征是儲層形成和發(fā)育過程中主要的控制因素，直接影響孔隙的演化趨勢［6］。研究區(qū)低滲儲層物性展布規(guī)律不僅受沉積因素的影響，還主要受后期成巖改造作用的控制。相比常規(guī)儲層，低滲儲層經歷了更為復雜的埋藏史，成巖改造作用強烈，孔喉系統(tǒng)復雜多變，儲集性能差，增儲上產難［7-8］。低滲儲層物性演化過程及成因異常復雜，儲層成巖作用及其對孔隙演化的定量研究顯得尤為重要。

本文基于鑄體薄片鏡下分析、掃描電鏡、碳氧同位素及常規(guī)物性分析等實驗數據，系統(tǒng)研究了文昌X油田珠海組二段低滲儲層的巖石學特征、成巖作用特征及孔隙類型等，并在此基礎上建立了基于成巖序列約束下的孔隙演化定量分析方法，以期為低滲儲層的有利區(qū)預測提供理論依據。

1 區(qū)域地質概況

文昌A凹陷是珠江口盆地天然氣勘探的主要區(qū)域［9］，是南海北部珠江口盆地珠三坳陷的二級構造單元，東鄰神狐隆起，西南與文昌B，C凹陷相接，北鄰陽江低凸起［10］。文昌A凹陷為典型的“南斷北超”“下斷上拗”箕狀凹陷，整體呈北東向展布。文昌X油田位于文昌A凹陷六號斷裂帶與珠三南斷裂帶之間的斷階轉換帶，為斷塊/斷鼻圈閉，處于鼻狀隆起高部位。文昌X油田主要目的層為珠海組二段、三段（ZH3）及恩平組一段、二段，本次研究目的層為珠海組二段。珠海組為海灣背景受潮汐影響的濱?！獪\海相沉積，其沉積物主要來自東南部神狐隆起。由于相對海平面發(fā)生頻繁變化及間歇構造運動，該區(qū)域經歷了較復雜的沉積演化，自下而上發(fā)育受潮汐影響的濱海潮坪沉積、濱海—淺海內陸架沉積及三角洲沉積，總體為海侵沉積層序。珠海組二段主要為扇三角洲前緣—潮坪沉積。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

根據研究區(qū)6口井252顆井壁取心資料，對珠海組二段開展巖石學特征研究。珠海組二段儲層整體以灰色、褐灰色粗砂巖和中粗砂巖為主，局部含礫。碎屑成分以巖屑（質量分數為8.5%～59.5%，平均為31.4%）為主，主要為多晶石英；其次為石英（質量分數為8.0%～69.0%，平均為28.0%），長石相對較少 （質量分數為5.0%～25.0%，平均為13.3%）。巖石類型主要為長石質巖屑砂巖，其次為長石巖屑質石英砂巖（見圖1）。陸屑成熟度指數分布在0.1～4.5，平均為0.9，總體上成分成熟度較低。泥質雜基質量分數較低，平均為2.7%。儲層分選性中—差及中等，顆粒支撐，磨圓度為次棱—次圓，顆粒間呈點—線接觸，結構成熟度中等。

綜上所述，文昌X油田珠海組二段儲層在物源供給充足的沉積環(huán)境中，砂體厚度大、粒度中—粗，石英、長石等剛性顆粒質量分數高，泥質雜基質量分數低，儲層成分成熟度低、結構成熟度中等。

2.2 孔隙類型

碎屑巖孔隙按照成因可劃分為原生孔隙和次生孔隙［11］。通過顯微鏡下觀察鑄體薄片可以發(fā)現，文昌X油田珠海組二段儲層孔隙類型包括原生粒間孔、粒內溶孔、長石溶孔、粒間溶孔、鑄?？?、巖屑溶孔、高嶺石晶間孔、膠結物溶孔和生物體腔孔。由孔隙定量分析結果可知：珠海組二段孔隙類型以長石粒內溶孔和鑄模孔為主，平均質量分數分別為32.0%，28.8%；其次為原生粒間孔，平均質量分數為17.1%；偶見生物體腔孔、膠結物溶孔。整體上以次生孔隙為主，原生孔隙為輔，平均面孔率為12.6%。主力油組ZH2Ⅰ油組的含礫粗砂巖及粗砂巖孔隙發(fā)育好，以粒間孔、鑄?？诪橹?，發(fā)育少量超大溶孔，含小型溶洞（見圖2）。

2.3 物性特征

對研究區(qū)儲層實測常規(guī)物性統(tǒng)計可知：珠海組二段孔隙度主要分布在12%～18%，平均為14%，孔隙度中值為 15.2%；滲透率分布在2×10-3～32×10-3μm2，平均為 75.4×10-3μm2，滲透率中值為 10.8×10-3μm2，屬于中孔低滲儲層（見圖3）。根據研究區(qū)儲層測井物性統(tǒng)計結果可知，主力油組ZH2Ⅰ油組各井孔隙度平均值在11.2%～18.0%，滲透率平均值在 1.3×10-3～262.2×10-3μm2。靠近南大斷裂的儲層埋深較淺、物性最好；而在水道側緣區(qū)的砂巖厚度薄、巖性較細、物性較差。

3 成巖作用特征與成巖階段

研究區(qū)成巖現象豐富，包括壓實作用、膠結作用及溶蝕作用等，其中壓實作用主要為機械壓實作用，膠結作用主要為碳酸鹽膠結。儲層的物性特征就是這些成巖作用共同改造的結果。

3.1 壓實作用

壓實作用存在于埋藏成巖階段的整個過程［12］，是研究區(qū)最主要的成巖作用，對儲層來說，是一種破壞性成巖作用［13］。顯微鏡下可觀察到：泥質條帶、云母等軟塑性顆粒被壓彎變形；細砂、極細砂巖的碎屑顆粒受壓呈定向排列；顆粒接觸關系由點—線接觸、線接觸，甚至凹凸接觸；巖屑被壓變形，呈假雜基化等（見圖4）。

壓實損失的孔隙度和壓實率可以對壓實強度進行定量評價。根據文昌X油田11口井珠海組和恩平組297塊樣品鑄體薄片的鑒定結果可知：珠海組二段整體埋深較淺，壓實后損失的孔隙度在11.2%～23.4%，壓實率在29.8%～62.8%，平均為49.2%，屬于弱壓實—中等壓實成巖相；壓實作用的影響因素主要為埋深，隨著埋深增加，上覆地層壓力增大，壓實作用增強，壓實率和埋深呈明顯正相關關系。此外，沉積物粒度和分選性對砂巖抗壓實作用有重要影響。粗砂巖、含礫粗砂巖抗壓能力強，顆粒呈點接觸、點—線接觸；而細砂巖、粉細砂巖抗壓能力較弱，受壓后顆粒呈定向排列，顆粒呈線接觸，石英顆粒甚至被壓裂。例如：在埋深2800～3 200m（大體為珠海組二段），粗砂巖（包括含礫粗砂巖、含礫中粗砂巖、粗砂巖、中粗砂巖）的壓實率在25.0%～77.6%，平均為52.9%；而細砂巖的壓實率在27.6%～85.0%，平均為65.4%。

3.2 膠結作用

研究區(qū)膠結現象較為普遍，主要膠結作用有碳酸鹽膠結、硅質膠結及自生黏土礦物膠結?？傮w上，膠結物質量分數在0.5%～19.0%，膠結率在4.6%～42.1%，平均為27.8%，主要為弱膠結。

3.2.1 碳酸鹽膠結

研究區(qū)碳酸鹽膠結物包括白云石、方解石、鐵白云石、鐵方解石和菱鐵礦，其中最普遍的是鐵白云石，粉晶、細晶、中晶均有分布。鐵白云石平均質量分數為2%～4%，部分井區(qū)高達5%～7%。

作為晚期碳酸鹽膠結物，既有自形晶，也有半自形晶。結晶較好的鐵白云石解理清晰、閃突起顯著；結晶較差的鐵白云石，呈微晶集合體存在，解理不發(fā)育（見圖4a）。研究區(qū)的方解石和鐵方解石具有整體質量分數較低、局部富集的特征，個別樣品鐵方解石質量分數高達30%，幾乎占據了所有孔隙空間，使得儲層變成鈣質夾層，成為非有效儲層（見圖4b，4c）。菱鐵礦膠結物主要形成于堿性還原環(huán)境，大多數晶型較完整，呈團塊狀集合體產出，或者呈顆粒包殼出現。鑄體薄片顯微鏡下可見研究區(qū)泥質雜基普遍菱鐵礦化，尤其是細砂巖或者泥質雜基質量分數較高的粗砂巖，菱鐵礦質量分數較高（見圖4d）。

3.2.2 硅質膠結

硅質膠結在研究區(qū)發(fā)育較為普遍，膠結方式包括次生加大式膠結和孔隙充填式膠結，其中以次生加大式膠結最為常見。鑄體薄片顯微鏡下可見與原石英光性一致的加大邊及原石英顆粒邊緣的塵線（見圖4e）?？紫冻涮钍侥z結一般表現為單個自形石英晶體產出，充填孔隙空間，在掃描電鏡下顯示自形程度較高。根據薄片觀察，石英次生加大發(fā)育區(qū)常伴隨著強烈的長石溶蝕，且周邊產出大量蠕蟲狀高嶺石。據此推測，研究區(qū)石英次生加大主要來源為長石的轉化。

3.2.3 自生黏土礦物膠結

研究區(qū)黏土礦物包括伊利石、高嶺石、伊/蒙混層和綠泥石。根據黏土礦物X衍射實驗數據可知：黏土礦物質量分數較低，伊/蒙混層為15.7%，高嶺石為5.3%，綠泥石為2.7%；目的層以伊利石為主，質量分數在56.0%～91.0%，平均為76.5%。掃描電鏡下可見：伊利石呈粒表膜狀包裹顆粒表面，或呈絲片狀、發(fā)絲狀充填孔隙空間（見圖4g）；高嶺石晶形較好，常呈書頁狀或蠕蟲狀集合體產出，充填粒間孔隙（見圖4h）；伊/蒙混層多以孔隙充填式膠結出現，呈蜂窩狀（見圖4i）。隨著埋深的增加，蒙皂石經伊/蒙混層轉化為伊利石，伊/蒙混層質量分數降低，伊利石質量分數則相應不斷增加，因此在現今深度下未見蒙皂石。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用對儲層物性可以起改善作用［14］。研究區(qū)低滲儲層的溶蝕作用以長石、巖屑等易溶顆粒的酸性溶蝕為主。長石種類繁多、性質各異，其溶蝕性能也不盡相同。相比鈉長石和鈣長石，鉀長石更容易發(fā)生溶蝕。文昌X油田長石類型以鉀長石為主，尤其是粗砂巖中鉀長石單井平均質量分數在6.0%～14.2%，多井為11.2%；斜長石單井平均質量分數在0.9%～4.0%，多井為1.9%。而細砂巖中鉀長石單井平均質量分數在6.4%～12.7%，多井為9.3%；斜長石單井平均質量分數在1.0%～7.3%，多井為3.9%。相比較而言，粗砂巖中鉀長石質量分數更高，溶解現象最為普遍。長石的解理和雙晶發(fā)育，孔隙水可沿解理和雙晶縫進行溶蝕形成粒內溶孔，顯微鏡下可見蜂窩狀和窗格狀，溶蝕強烈時長石顆粒僅剩殘骸，甚至完全溶解，生成的鑄?？壮使铝罘植迹紫哆B通性差［15］。整體上，研究區(qū)珠海組二段溶蝕作用強烈，常伴有大量蠕蟲狀、書頁狀高嶺石生成及石英次生加大。

3.4 成巖階段劃分

文昌X油田9口井的鏡質組反射率（Ro）、孢粉顏色、古溫度、熱變指數和最大熱解溫度等實驗分析結果表明：珠海組二段儲層埋深在 2 800～3 500 m，Ro在0.71～0.85，平均為0.80；孢粉顏色為深黃色—桔黃色；熱變指數為2.62～3.08，平均為2.89；伊/蒙混層質量分數比介于15%～20%；最大熱解溫度隨著埋深的增加逐漸升高，珠海組二段最大熱解溫度在424～449℃，平均為439℃。文昌X油田的成巖作用特征中有少數石英具加大邊結構，掃描電鏡下粒間充填自生石英晶體；巖石結構為固結，顆粒間以點—線接觸及線接觸為主；顆粒間的伊利石多數呈絲絮狀，高嶺石呈書頁狀；膠結物以鐵白云石為主，其次為鐵方解石和菱鐵礦；膠結物呈泥粉晶、細晶—中晶結構；大部分井區(qū)孔隙類型以粒間孔、長石溶孔、鑄?？诪橹?，部分為粒間溶孔，裂縫發(fā)育很少。綜合以上各項資料，根據SY/T 5477—2003《碎屑巖成巖階段劃分》［16］，判斷研究區(qū)珠海組二段成巖階段在中成巖A2期。

4 成巖序列與孔隙演化定量分析

根據自生礦物的形態(tài)、溶解充填關系、交代切割關系以及電子探針、碳氧同位素分析等，確定了研究區(qū)的成巖演化與成巖序列。研究區(qū)鐵方解石和方解石形成大體上可分為早期碳酸鹽膠結和中晚期碳酸鹽膠結。顯微鏡下可見：早期白云石、方解石一般呈他形粒狀產出，呈粗晶、較粗晶狀充填粒間孔隙，或呈連晶狀充填孔隙，碎屑顆粒呈漂浮狀分布于晶內。方解石化學成分較為簡單，主要成分為CaCO3；中晚期為含鐵方解石、鐵方解石、含鐵白云石和鐵白云石，以中細晶、他形粒狀充填在顆粒間或溶蝕孔內，說明其形成時期在溶蝕作用之后?；瘜W成分亦與早期方解石有所不同，常含Fe2+。碳酸鹽膠結物形成時的環(huán)境和溫度可由其碳氧同位素（δ13C和δ18O）組成特征來反映。根據文昌X油田珠海組砂巖碳酸鹽膠結物的碳氧同位素分析結果及經驗公式，得到碳酸鹽膠結物形成時的古溫度。

早期方解石的δ13C值為-20.90‰，δ18O值為-7.59‰，形成時的古溫度平均為55.93℃，其形成時間對應于早成巖A期。中期鐵方解石、鐵白云石的δ13C值在-12.95‰～-2.49‰，平均為-7.63‰，δ18O 值在-12.11‰～-10.68‰，平均為-11.69‰，形成時的古溫度平均為81.76℃，其形成時間對應于早成巖B期。晚期鐵方解石、鐵白云石的 δ13C值在-11.60‰～-1.12‰，平均為-6.98‰，δ18O 值在-16.80‰～-12.17‰，平均為-13.46‰，形成時的古溫度平均為94.04℃，其形成時間對應于中成巖A期。顯微鏡下可見長石、巖屑等塑性顆粒溶蝕被方解石充填，說明第1期溶蝕作用發(fā)生在早期碳酸鹽膠結物（即方解石、白云石）形成之前。鏡下可見早期碳酸鹽膠結物溶蝕，但溶蝕現象不普遍，說明第2期溶蝕作用發(fā)生在早期碳酸鹽膠結物形成之后。長石等易溶礦物溶蝕強烈時，常伴隨高嶺石生成及石英次生加大，可認為長石溶蝕、石英次生加大和自生高嶺石生成為同期發(fā)生的成巖作用。此外，晚期碳酸鹽膠結物鐵白云石及鐵方解石充填長石溶孔，表明第2期溶蝕作用早于晚期碳酸鹽膠結作用。

根據以上自生礦物的類型、產狀、相互關系及分布特征，結合盆地熱演化史和埋藏史，建立了研究區(qū)成巖演化順序：自生海綠石—溶蝕作用+石英次生加大+機械壓實作用—早期方解石+白云石+菱鐵礦+機械壓實作用—溶蝕作用+自生高嶺石+石英次生加大+機械壓實作用—中晚期鐵方解石膠結+鐵白云石+菱鐵礦+黃鐵礦+機械壓實作用。具體的成巖序列及孔隙演化特征見圖 5（圖中 ZH1，ZJ2，ZJ1下，ZJ1上，HJ，YH，WS—QH分別為珠海組一段、珠江組二段、珠江組一段下、珠江組一段上、韓江組、粵海組、萬山組—瓊海組）。

同生期距今約25.3～22.0 Ma，成巖變化是顆粒邊緣黏土膜的形成，主要成分為蒙皂石。另外，自生海綠石沉積較早，發(fā)生在海解作用中，對孔隙度不產生影響，此時孔隙度為原始孔隙度38%。早成巖A期距今22.0～19.5 Ma，此時埋深小于1 250 m，Ro小于0.35%；早期孔隙流體是從物源帶入的具有淡水性質的流體，在早期成巖過程中，長石、巖屑等不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕，但由于早期流體交換快，基本上無高嶺石生成，與此同時硅質不斷析出，形成第1期石英次生加大；機械壓實作用不斷增加，儲層實際孔隙度為29.4%。早成巖B 期距今 19.5～15.0 Ma，此時的埋深在 1 250～2 300 m，Ro在0.35%～0.50%；弱酸性環(huán)境下溶蝕作用不斷進行，隨著H+逐漸消耗，成巖流體逐漸偏堿性，從而形成早期白云石、方解石、菱鐵礦等碳酸鹽膠結物，充填孔隙空間，儲層實際孔隙度為18.1%。中成巖A1期距今15.0～4.0 Ma，快速埋藏導致原油大量充注，烴類注入可導致成巖環(huán)境變?yōu)樗嵝原h(huán)境，此時埋深在2 300～3 000 m，Ro在0.50%～0.70%；酸性環(huán)境使得不穩(wěn)定礦物發(fā)生第2期溶蝕，此時的膠結物主要為石英次生加大和高嶺石，儲層實際孔隙度為25.4%。中成巖A2期距今4.0 Ma，埋深在 3 000～3 400 m，Ro大于 0.70%；溶蝕之后，隨著H+消耗，恢復至堿性成巖環(huán)境，是形成鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦等各種碳酸鹽膠結物的原因，儲層實際孔隙度為14.0%。

5 結論

1）研究區(qū)珠海組二段孔隙度平均為14.9%，滲透率平均為75.4×10-3μm2，屬于中孔低滲儲層。珠海組二段成巖現象豐富，成巖作用對物性影響明顯，埋深與巖性是影響壓實作用的主要因素。膠結物以碳酸鹽膠結為主，其次是硅質膠結。溶蝕作用以長石等不穩(wěn)定礦物溶蝕為主。整體上屬于弱壓實—中等壓實成巖相，成巖階段處于中成巖A2期。

2）早成巖A期不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕，導致硅質溶出，形成第1期石英次生加大，機械壓實作用不斷增加，儲層實際孔隙度從原始孔隙度38.0%降低為29.4%。早成巖B期早期碳酸鹽膠結物形成，破壞早期形成的溶蝕孔隙，儲層實際孔隙度為18.1%。中成巖A1期不穩(wěn)定礦物發(fā)生第2期溶蝕，并伴有石英次生加大和高嶺石生成，儲層實際孔隙度為25.4%。中成巖A2期晚期碳酸鹽膠結物形成，儲層實際孔隙度急劇下降，此時儲層實際孔隙度為14.0%。