鄂西渝東地區(qū)石柱復(fù)向斜志留系小河壩組致密砂巖成巖作用

王 勇,施澤進(jìn),劉亞偉,汪健輝

(1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院,四川成都 610059; 2.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610059; 3.中國(guó)石化江漢油田分公司,湖北潛江 433124; 4.中國(guó)石化南方勘探開發(fā)分公司,四川成都 610000)

鄂西渝東地區(qū)石柱復(fù)向斜志留系小河壩組致密砂巖成巖作用

王 勇1,施澤進(jìn)2,劉亞偉3,汪健輝4

(1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院,四川成都 610059; 2.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610059; 3.中國(guó)石化江漢油田分公司,湖北潛江 433124; 4.中國(guó)石化南方勘探開發(fā)分公司,四川成都 610000)

通過普通薄片及鑄體薄片鑒定、鏡質(zhì)體反射率、粘土礦物 X-射線衍射、掃描電鏡等測(cè)試分析,對(duì)鄂西渝東地區(qū)石柱復(fù)向斜志留系小河壩組成巖現(xiàn)象、成巖序列及成巖演化進(jìn)行了深入的研究和探討,明確了該區(qū)小河壩組目前已達(dá)晚成巖-表生成巖期,建立了該區(qū)成巖演化序列,探討了成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的影響及其致密化過程。研究表明,該區(qū)小河壩組砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了沉積、同生期和早成巖期的致密化過程和中成巖期及表生成巖期的正向改造過程。由于早成巖期結(jié)束時(shí)儲(chǔ)層非常致密的格局已經(jīng)形成,這種早期的致密化過程嚴(yán)重影響了次生孔隙的形成,使得儲(chǔ)層未能在次生孔隙形成的最佳時(shí)期內(nèi)形成大量的次生孔隙。

成巖作用;成巖演化;致密化;小河壩組;石柱復(fù)向斜;鄂西渝東地區(qū)

隨著油氣勘探的深入,人們逐漸認(rèn)識(shí)到成巖過程其實(shí)才是儲(chǔ)層優(yōu)劣的最終決定因素,尤其是深部?jī)?chǔ)層 (大于 3 500 m)[1],成巖過程對(duì)儲(chǔ)層的影響明顯大于沉積過程本身的影響。如塔里木盆地滿加爾凹陷北部志留系砂巖,盡管目前其埋藏達(dá)5 000～6 500 m,但卻形成了一套平均孔隙度為10%～15%,滲透率為 10×10-3～80×10-3μm2的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,而在凹陷東部及南部這套儲(chǔ)層雖然埋深較淺 (3 700～5 000 m),但儲(chǔ)層發(fā)育狀況卻比北部差得多,這與壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的先后順序有著密切的聯(lián)系[2];又如目前中國(guó)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)量規(guī)模最大、儲(chǔ)層埋藏最深、碳酸鹽巖儲(chǔ)層次生孔隙最發(fā)育的普光氣田,有機(jī)酸溶蝕和 TSR溶蝕是普光優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層次生孔隙大量發(fā)育的主要原因[3-4],因此,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成無不與成巖作用的后期改造緊密相關(guān)?；谏鲜稣J(rèn)識(shí),20世紀(jì) 90年代中期開始出現(xiàn)“成巖學(xué)家”(diageneticist)一詞,這意味著國(guó)際上成巖作用研究在沉積學(xué)中的地位已經(jīng)發(fā)生重要轉(zhuǎn)變,一個(gè)新的研究群體或“共同體”已經(jīng)形成[5]。近年來,隨著現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展及油氣地質(zhì)理論的創(chuàng)新,成巖作用研究已由原來的定性研究逐步轉(zhuǎn)向定量化分析,從簡(jiǎn)單的巖石學(xué)范疇拓展到盆地規(guī)模多因素的綜合研究,并與沉積學(xué)、層序地層學(xué)、成藏動(dòng)力學(xué)等學(xué)科緊密結(jié)合,成巖相、成巖演化數(shù)值模擬、成巖層序地層學(xué)以及砂巖動(dòng)力成巖作用的概念及研究思路也應(yīng)運(yùn)而生[5-15]。2005年“第三屆全國(guó)沉積大會(huì)”和2008年“第五屆全國(guó)油氣儲(chǔ)層大會(huì)”均將成巖作用列為大會(huì)的重要議題,反映了成巖作用研究在我國(guó)開始逐漸得到重視。鑒于成巖作用對(duì)儲(chǔ)層后期改造的重要性,本文對(duì)石柱復(fù)向斜小河壩組成巖作用和成巖演化進(jìn)行了深入地分析,對(duì)于理解小河壩組儲(chǔ)層的致密化過程和局部相對(duì)較好的儲(chǔ)層的形成機(jī)制具有重要的理論意義。

1 地質(zhì)概況

石柱復(fù)向斜位于重慶東部與湖北西部交界處,屬于四川盆地東部邊緣,為七岳山復(fù)背斜與方斗山復(fù)背斜所挾持的范圍內(nèi),面積約 4 300 km2[16](圖1)。由于前期勘探主要是針對(duì)海相碳酸鹽巖開展的,而將海相碎屑巖沉積的志留系一直作為區(qū)域性的烴源巖和蓋層來認(rèn)識(shí),致使其基礎(chǔ)地質(zhì)工作研究明顯不足,因此開展沉積相、層序地層的精細(xì)研究及成巖作用研究,是本區(qū)志留系地層開展進(jìn)一步勘探的基礎(chǔ)。本文重點(diǎn)探討該區(qū)小河壩組成巖作用。

圖1 石柱復(fù)向斜構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Outline map showing structures in the Shizhu Synclinorium

研究區(qū)小河壩組為一套過渡沉積體系的三角洲沉積物[17],沉積了一套較厚的砂體,巖性以粉砂巖為主,夾少量細(xì)砂巖。巖石中泥質(zhì)含量高,泥質(zhì)常夾于粉砂巖中呈紋層或條帶狀產(chǎn)出。儲(chǔ)層平均孔隙度為 2.74%,滲透率為 0.083×10-3μm2,為典型的致密砂巖儲(chǔ)集體。成先海[18]認(rèn)為石柱復(fù)向斜滿足深盆氣形成的 3個(gè)基本地質(zhì)條件 (充足的氣源、連片的致密砂巖儲(chǔ)集層和穩(wěn)定的負(fù)向構(gòu)造),將這一地區(qū)的天然氣定義為深盆氣,作者認(rèn)為能否將其定義為深盆氣還有待商榷,但有一點(diǎn)是肯定的,研究區(qū)有充足的氣源和大套的致密砂巖儲(chǔ)集層,具有良好的勘探前景。

2 主要成巖作用類型

砂巖自沉積后隨埋深的不斷增加,所經(jīng)受的溫度、壓力及孔隙水的物理化學(xué)性質(zhì)不斷變化,導(dǎo)致巖石成分、孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)集性能等在多種成巖作用的共同影響下發(fā)生復(fù)雜的變化而保存至今。通過普通薄片、鑄體薄片鏡下觀察及掃描電鏡、X-射線衍射等研究表明,本區(qū)小河壩組所經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用與破裂作用。

2.1 破壞性成巖作用

2.1.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用表現(xiàn)為當(dāng)堆積的沉積物在上覆重力作用下,地層水不能相應(yīng)地排出時(shí),產(chǎn)生液化。當(dāng)松軟沉積物的內(nèi)部改造位移不大時(shí),泥質(zhì)層形成變形紋層,包繞砂質(zhì)層或嵌入砂質(zhì)層中,而砂質(zhì)層經(jīng)液化后可沿泄水流動(dòng)方向向上注入;當(dāng)上覆為不透水泥質(zhì)層時(shí),砂質(zhì)沿泄水溝垂直切穿上覆泥質(zhì)層形成砂巖脈 (圖 2a),而未切穿上覆泥質(zhì)層時(shí),砂質(zhì)堆積在泄水口形成小錐體或透鏡體(圖 2b)。在泥質(zhì)粉砂切穿砂質(zhì)層時(shí),可發(fā)生砂質(zhì)層的斷裂。隨著埋深的增加,砂粒接觸點(diǎn)所承受的壓力比正?？紫读黧w壓力高,其溶解度增加,導(dǎo)致砂質(zhì)碎屑呈嵌合接觸或縫合線接觸,砂質(zhì)透鏡體或砂球內(nèi)因壓溶作用造成硅質(zhì)膠結(jié)物呈石英次生加大邊產(chǎn)出。大多數(shù)巖石經(jīng)壓實(shí)壓溶作用后,巖石中孔隙減少甚至消失。按照常用的壓實(shí)強(qiáng)度分級(jí),區(qū)內(nèi)志留系小河壩組砂巖為中-強(qiáng)壓實(shí)。

2.1.2 膠結(jié)作用

1)粘土雜基膠結(jié)作用

根據(jù)巖石薄片資料并參照 X-射線衍射分析數(shù)據(jù),粘土雜基膠結(jié)物主要以伊利石、伊/蒙混層礦物、綠泥石作為粉砂巖的膠結(jié)物或作為泥質(zhì)層夾于粉砂巖中 (圖 2c)。粘土雜基在小河壩組儲(chǔ)層中普遍發(fā)育,主要以兩種方式產(chǎn)出:一是孔隙充填式,即粘土雜基主要以集合體的形式充填于細(xì)砂或粉砂粒間孔隙中,這種粘土礦物主要為與碎屑同沉積的機(jī)械搬運(yùn)粘土礦物,也叫泥質(zhì)雜基,在成巖期部分有重結(jié)晶現(xiàn)象。受沉積環(huán)境影響,這些泥質(zhì)物通常構(gòu)成泥質(zhì)紋層,但已不屬于碎屑膠結(jié)物的范疇而是砂泥混積物。二是以粘土薄膜形式的形式產(chǎn)出,即自生粘土礦物平行于碎屑顆粒表面分布,或在顆粒表面上形成粘土包殼。從粘土包殼與顆粒的接觸形式來看,它們是在機(jī)械壓實(shí)后期開始形成的,礦物成分主要為重結(jié)晶的伊利石或較純凈的綠泥石。

粘土礦物的膠結(jié)作用不僅減少了巖石的孔隙空間,而且對(duì)喉道的影響極大,甚至堵塞喉道而使?jié)B透率大大降低。大多數(shù)情況下,由粘土雜基膠結(jié)的粉砂巖中往往沒有粒間孔隙發(fā)育。

2)碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物以方解石最為常見,是研究區(qū)小河壩組最廣泛的一種膠結(jié)現(xiàn)象,在各剖面不同層段中都非常發(fā)育,形成時(shí)期從同生期—早成巖期—晚成巖期均有出現(xiàn)。方解石膠結(jié)物有兩種:一是從同生期—早成巖期富含鈣質(zhì)的孔隙水中沉淀出的無鐵方解石,通常在細(xì)砂、粉砂中以晶粒狀膠結(jié)物出現(xiàn),而在砂質(zhì)透鏡體、砂球中多呈連生式膠結(jié);另一種是形成于晚成巖期的鐵方解石,這種方解石形成于溶解作用之后,以充填次生粒間孔為主,呈層狀分布或充填于透鏡狀、球狀砂體的次生孔隙中,多呈連生式膠結(jié),填塞砂巖孔隙,鐵方解石的充填作用致使巖石儲(chǔ)集物性遭到極大的破壞。

3)硅質(zhì)膠結(jié)作用

硅質(zhì)膠結(jié)表現(xiàn)為與石英顆粒光性方位的同軸增生,即圍繞相應(yīng)的石英顆粒表面產(chǎn)生次生加大,小河壩組砂巖中石英次生加大現(xiàn)象通常發(fā)育于早成巖階段—中成巖階段。對(duì)幾條實(shí)測(cè)剖面中粉砂巖樣品的觀察發(fā)現(xiàn),石英次生加大邊多數(shù)發(fā)生在砂球及透鏡狀砂體內(nèi),呈斑狀分布,多形成于早成巖期—中成巖期,成因與成巖壓實(shí)壓溶作用和粘土轉(zhuǎn)化的化學(xué)物質(zhì)遷移有關(guān)。大多數(shù)砂球及透鏡狀砂體內(nèi)由較純凈的石英砂構(gòu)成,石英接觸緊密,以線及逢合線接觸為主,石英次生加大發(fā)育程度中等。但在少量細(xì)粒石英砂巖中,可見到砂巖粒間孔中有發(fā)育的次生加大現(xiàn)象,通常以Ⅱ級(jí)加大為特征,堵塞了部分原生粒間孔。

4)自生菱鐵礦

小河壩組中自生菱鐵礦普遍發(fā)育,遍及各剖面的各個(gè)層段中。自生菱鐵礦在儲(chǔ)層中以自形菱面體或集合體零星分布于粉砂巖巖層中,在少部分粉砂巖中呈密集斑點(diǎn)狀分布,含量可達(dá) 20%。菱鐵礦大小不等,粒徑為 0.03～0.50 mm左右,巖石中分布較均勻。各剖面中菱鐵礦普遍氧化并伴有溶解,為表生期暴露于大氣水氧化環(huán)境所致(圖2d)。菱鐵礦溶蝕孔多以粒內(nèi)溶孔和鑄?？诪橹?一般呈分散狀分布,基本不連通。盡管菱鐵礦溶蝕孔普遍發(fā)育于砂質(zhì)層中,但由于溶解作用是后期地表淡水溶蝕,因此對(duì)儲(chǔ)層建設(shè)意義不大。

2.2 建設(shè)性成巖作用

2.2.1 溶蝕作用

溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性作用。據(jù)顯微鏡和掃描電鏡觀察,溶蝕作用主要出現(xiàn)于粗粉砂巖、細(xì)-粗粉砂巖中,發(fā)生于早成巖期—中成巖期和表生期。溶蝕作用分為成巖水溶蝕及淡水溶蝕,早-中成巖期的溶蝕作用以成巖水溶蝕為主,發(fā)生在粉砂巖層中的透鏡狀、斑塊狀砂質(zhì)體中(圖 2e)。被溶組分主要為連生式無鐵方解石膠結(jié)物,少部分為長(zhǎng)石。從整個(gè)層段的各類巖石看,溶孔分布極不均勻,溶蝕發(fā)育區(qū)通常為斑塊狀、透鏡狀及層狀分布,少量為細(xì)分散狀溶孔,在含泥質(zhì)雜基的粉砂巖中少見溶蝕。另一種溶蝕主要發(fā)生在表生期,以菱鐵礦和晚期充填粒間鐵方解石溶蝕為主,從早期無鐵方解石膠結(jié)至表生期鐵方解石溶解,是一種溶蝕—充填—再溶蝕過程。此外,在部分破裂縫邊緣也有較弱的溶蝕作用。

圖 2 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組成巖顯微圖片F(xiàn)ig.2 Micrographs of disgenesis of the Silurian Xiaoheba Formation in the Shizhu Synclinorium

2.2.2 破裂作用

破裂縫是巖層在外部應(yīng)力作用下變形形成的,而溶縫是在破裂縫基礎(chǔ)上,地下流體沿破裂縫兩側(cè)溶蝕,使破裂縫寬度擴(kuò)大而成。理論上這兩類破裂縫在改善儲(chǔ)層物性和擴(kuò)溶儲(chǔ)集空間兩個(gè)方面都起著重要作用。在小河壩組砂巖中,破裂縫相對(duì)較發(fā)育,裂縫主要出現(xiàn)在砂泥互層的砂質(zhì)巖層中,泥巖中雖然也見有破裂縫,但相對(duì)于砂巖明顯偏少。大多數(shù)破裂縫細(xì)而短,縫寬約 0.01～0.10 mm,少數(shù)可達(dá) 0.50 mm。溶蝕破裂縫對(duì)致密巖層滲透率增大起著重要的作用(圖 2f)。

3 成巖作用階段劃分

本文主要以粘土礦物組合及伊/蒙混層比、巖石中鏡質(zhì)體反射率以及自生礦物特征為成巖作用階段劃分的主要依據(jù)。

沉積巖粘土礦物 X-射線衍射定量分析 (表1)顯示小河壩組砂巖中粘土礦物主要為伊利石、綠泥石,部分巖石中尚存在伊/蒙混層和蒙脫石。各樣品中伊利石含量較高,其次為綠泥石及伊/蒙混層。粘土以泥質(zhì)雜基和自生粘土混合組成,常見的粘土礦物組合以伊利石 +綠泥石為主,其次為伊利石 +伊/蒙混層 +綠泥石,兩種組合反映了區(qū)內(nèi)粘土礦物在成巖過程中的變化趨勢(shì)。依據(jù)2003年中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)新的成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn) (SY/T5477—2003),按粘土礦物的分帶特點(diǎn)及其與成巖階段和有機(jī)質(zhì)熱成熟度的關(guān)系,小河壩組砂巖成巖階段已達(dá)到晚成巖-表生成巖期,有機(jī)質(zhì)演化處于成熟-過成熟期。

巖樣中有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率是溫度的函數(shù),在成巖過程中經(jīng)熱演化作用會(huì)使鏡質(zhì)組分的反射率增高。應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率可以確定巖石所經(jīng)受的最高溫度及有機(jī)質(zhì)的成熟度,可作為劃分成巖階段的定量標(biāo)準(zhǔn),通常情況下,將Ro數(shù)據(jù)與巖石學(xué)結(jié)果聯(lián)系起來進(jìn)行研究,以便得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。為此,我們選了 7件樣品做了鏡質(zhì)體反射率測(cè)定,測(cè)點(diǎn)數(shù)在 9～13。結(jié)果表明,該區(qū)間測(cè)點(diǎn)鏡質(zhì)體反射率均大于1.7%,在1.75%～1.79%之間 (表2),這個(gè)Ro數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油窗的0.6%～1.2%,按照中石油 (2003)成巖階段劃分方案,研究區(qū)的成巖演化達(dá)到晚成巖階段,這與X-衍射分析結(jié)果相一致。

自生礦物是劃分成巖階段的重要標(biāo)志之一。石英是小河壩組常見的自生礦物,常以石英加大邊的產(chǎn)出方式,且通常發(fā)育于砂質(zhì)透鏡體和砂球中,常見Ⅰ-Ⅱ級(jí)加大,大多數(shù)石英加大邊較窄,少數(shù)砂巖中可見具自形晶面特征的石英加大邊。掃描電鏡顯示部分巖石中局部粒間孔中伴生石英小晶體。總體上看,由于受壓實(shí)作用、巖石粒度、砂質(zhì)透鏡體等因素的限制,自生石英次生加大不太發(fā)育。砂巖中的加大級(jí)別和自形程度,可以反映成巖階段達(dá)到晚成巖期,與成巖酸性水最活躍的時(shí)期相吻合。

表 1 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組粘土礦物 X-射線衍射分析結(jié)果Table 1 Results of X-ray diffraction of clay m inerals in the Silur ian X iaoheba Formation of the Shizhu Syncl inorium

表 2 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組鏡質(zhì)體反射率測(cè)定Table 2 MeasuredRoof the Silurian X iaoheba Formation in the Shizhu Synclinorium

4 志留系小河壩組砂巖成巖演化及儲(chǔ)層致密化過程

圖 3 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組儲(chǔ)集砂巖成巖演化序列Fig 3 Diagentic evolutionary series of reservoir sandstones in the Silurian Xiaoheba Formation of the Shizhu Synclinorium

通過以上分析可知,小河壩組經(jīng)歷了同生期、早成巖A和B期、中成巖A和B期、晚成巖期及表生期(圖3)。

沉積期研究區(qū)主要處在三角洲前緣的沉積環(huán)境中,沉積物較細(xì),且泥質(zhì)含量高,奠定了該區(qū)致密儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)。在同生期至早成巖A早期,巖石處于弱固結(jié) -半固結(jié)狀態(tài),機(jī)械壓實(shí)作用易于發(fā)生,由于此時(shí)沉積物埋藏較淺,機(jī)械壓實(shí)量有限,到早成巖A期結(jié)束早成巖B期開始時(shí),壓實(shí)作用達(dá)到頂峰,到早成巖B期結(jié)束時(shí)壓實(shí)、壓溶作用基本停止。同時(shí),在早成巖A和B期,隨著巖石埋藏深度的增加和成巖環(huán)境的變化,巖石中開始出現(xiàn)早期無鐵方解石膠結(jié)物和自生菱鐵礦,它們充填了大部分剩余原生空間。早成巖期是巖石致密化的重要時(shí)期。早成巖結(jié)束時(shí),研究區(qū)砂巖孔隙度由沉積之初的 36.4%(由Beard和Weyl在 1973提出的砂巖初始孔隙度計(jì)算式得來)降至 0.8%左右(圖 4),儲(chǔ)層已經(jīng)變得相當(dāng)致密。隨著沉積埋深的繼續(xù)增加,沉積物開始進(jìn)入中成巖期,此時(shí)下伏龍馬溪組中的泥巖有機(jī)質(zhì)已逐漸進(jìn)入成熟階段,參與成巖反應(yīng)的水介質(zhì)具有強(qiáng)酸性。這一階段最重要的成巖作用是早期方解石膠結(jié)及長(zhǎng)石在酸性環(huán)境中的溶蝕作用,形成了一定數(shù)量的球狀或透鏡狀溶蝕斑塊 (圖 2e)。該過程一直持續(xù)到晚成巖初期,但可惜的是由于此時(shí)的巖石已經(jīng)變的非常致密,也沒有因構(gòu)造活動(dòng)形成裂縫,使得酸性流體在巖層中的流動(dòng)能力受到了很大的限制,從而造成了在這一次生孔隙形成的最佳時(shí)期內(nèi)形成的次生孔隙量非常有限。經(jīng)鑄體薄片統(tǒng)計(jì),這一階段形成的次生孔隙量?jī)H 1.7%左右(圖 4)。同時(shí),在酸性環(huán)境下,部分剩余粒間孔中開始出現(xiàn)很少量自生石英。進(jìn)入晚成巖期后,由于有機(jī)質(zhì)的排酸能力開始降低,孔隙水的 pH值開始增大,變?yōu)槿鯄A性,鐵方解石開始沉淀,占據(jù)了很少一部分原生和次生孔隙,同時(shí)受構(gòu)造作用影響,志留系地層開始抬升,出現(xiàn)了一定數(shù)量的破裂縫,這些破裂縫對(duì)儲(chǔ)層的滲透率有一定的改善作用,但對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)甚小。這一時(shí)期內(nèi)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響很小。晚成巖期后,小河壩組部分暴露于地表,巖石中部分礦物發(fā)生氧化和溶蝕,主要表現(xiàn)為菱鐵礦普遍遭受氧化轉(zhuǎn)變成褐鐵礦,并且溶蝕形成了少量的粒內(nèi)溶孔和鑄模孔,據(jù)鑄體薄片統(tǒng)計(jì),表生期形成的方解石及菱鐵礦溶孔和鑄?？准s占0.3%(圖 4)。

5 成巖強(qiáng)弱對(duì)儲(chǔ)層的影響

圖 4 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組孔隙演化及致密化過程Fig.4 Evolution of pores and their densification process in the Silurian Xiaoheba Formation in the Shizhu Synclinorium

表 3 石柱復(fù)向斜志留系小河壩組各剖面儲(chǔ)層孔隙度及成巖影響狀況統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of the average porosity and diagenetic impacts of reservoirs on the different sections of the Silur ian Xiaoheba Formation in the Shizhu Synclinorium

從區(qū)域上來看,在不同的地區(qū),成巖作用的強(qiáng)弱也存在一定的差別,造成了即使是在同一沉積微相中的砂體,在不同的區(qū)域其物性也存在較大的差別(表3)。在4條不同區(qū)域剖面中,雙流壩剖面的孔隙度明顯高于其他 3條剖面。鏡下統(tǒng)計(jì)表明(表 3),雙流壩剖面相對(duì)于其他 3個(gè)剖面而言,其成巖具有以下特點(diǎn):1)壓實(shí)作用弱,這使得其有可能保留較多的粒間孔;2)膠結(jié)作用較弱,膠結(jié)物含量最低,即被膠結(jié)物充填的粒間孔可能較少,使其可能殘余較多的粒間孔;3)雙流壩剖面是除三泉剖面外溶蝕作用最強(qiáng)的剖面,溶蝕作用是對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能最直接的改善;4)裂縫發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)表明,雙流壩剖面中有超過一半的樣品有裂縫或微裂縫發(fā)育,明顯高于其他剖面。受以上因素的影響,在雙流壩地區(qū)形成了一套相對(duì)較好的儲(chǔ)層。因此,雖然區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層整體比較致密,但在有利的成巖組合(弱壓實(shí) +弱膠結(jié) +強(qiáng)溶蝕)區(qū)域中,仍然可以形成相對(duì)較好的儲(chǔ)層。

成巖作用的差異性導(dǎo)致在相同沉積環(huán)境中的砂體物性產(chǎn)生了差異,但由于該區(qū)勘探程度低,工作開展時(shí)工區(qū)內(nèi)鉆至志留系的井只有 1口(建深 1井),僅憑幾條剖面和 1口井很難進(jìn)行成巖相、成巖層序地層學(xué)以及砂巖動(dòng)力成巖作用等方面的研究,但隨著勘探的深入,這些工作將陸續(xù)地開展,為在本區(qū)志留系致密砂巖中尋找油氣提供必要的指導(dǎo)。

估計(jì)全球致密砂巖氣資源量為 600×1012～3 000×1012m3,是常規(guī)天然氣資源的 1～5倍[19]。我國(guó)一些大型盆地中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了資源量可觀的致密砂巖氣藏,如鄂爾多斯盆地的大牛地氣田[20]、四川盆地的新場(chǎng)氣田[21]、吐哈盆地的小草湖氣田[22]等,這些氣藏的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)是對(duì)我國(guó)常規(guī)儲(chǔ)層油氣藏的有益補(bǔ)充,同時(shí)也對(duì)油氣勘探開發(fā)工作者提出了更高的要求的挑戰(zhàn),我國(guó)很多學(xué)者[23-26]已經(jīng)開始關(guān)注致密砂巖氣藏的勘探與開發(fā)了。由于我國(guó)常規(guī)儲(chǔ)層氣藏?cái)?shù)量有限,今后將較多的面臨致密砂巖含氣區(qū)[27]。因此,盡快形成一套針對(duì)致密砂巖行之有效的勘探和開發(fā)手段已成當(dāng)務(wù)之急。

6 結(jié)論

1)工區(qū)小河壩組砂巖主要成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、破裂作用,其中壓實(shí)和膠結(jié)作用是儲(chǔ)層致密化的主要原因,而溶蝕作用、破裂作用則對(duì)儲(chǔ)層起到了一定的改善作用。

2)小河壩組砂巖中粘土礦物主要為伊利石、綠泥石,部分巖石中尚存在伊/蒙混層和蒙脫石,且其鏡質(zhì)體反射率均大于 1.7%,說明本區(qū)有機(jī)質(zhì)演化已達(dá)到成熟 -過成熟階段,成巖階段已進(jìn)入晚成巖 -表生成巖階段。

3)目前的研究表明,小河壩組砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖演化過程,沉積、同生期和早成巖期主要為致密化過程,中成巖期及表生成巖期則主要為儲(chǔ)層的正向改造過程。但因早成巖期結(jié)束時(shí),受強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用的影響,儲(chǔ)層非常致密的格局已經(jīng)形成,這種致密性嚴(yán)重影響了次生孔隙的形成,使得儲(chǔ)層未能在次生孔隙形成的最佳時(shí)期內(nèi)形成大量的次生孔隙。

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Diagenesis of tight sandstone in the Silurian Xiaoheba Formation of the Shizhu Synclinoyium,western Hubei-eastern Chongqing Area

Wang Yong1,Shi Zejin2,Liu Yawei3andWang Jianhui4

(1.College of Applied Nuclear Technology and Automation Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu, Sichuan610059,China;2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059,China;3.SINOPEC Jianghan Oilfield Company,Qianjiang,Hubei433124,China;4.SINOPEC Southern Petrolenm Exploration and Development Company,Chengdu,Sichuan610000,China)

Based on observations of a large number of cores and thin sections,and the experimental analysis of vitrinite reflectance(Ro),X-ray diffraction of clay minerals,scanning election microscope(SEM),this paper discusses in detail diagenetic phenomenon,sequence and evolution of the Silurian Xiaoheba Formation in the Shizhu Synclinoyium,western Hubei eastern-ChongqingArea,It is defined that the Xiaoheba For mation currently is in the epigenetic-telogenetic stage.We establish the diagenetic evolution sequence in the area and discuss the influence of diagenesis on reservoir porosity and the densification process of reservoirs.According to this study, sandstone reservoirs in the Xiaoheba For mation experienced a densification process during sedimentation,synsedimentation and eogenetic stage and a positive alteration process during the mesogenetic and telogenetic stages.When eogenetic phase ended,reservoirs in the study area had become very tight,which badly affected the development of secondary pores.Therefore,secondary pores failed to be formed in the best period of their development.

diagenesis,diagenetic evolution,densification,Xiaoheba Formation,Shizhu Synclinoyium,western Hubei eastern-ChongqingArea

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)石油化工股份有限公司聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(40739903)。

TE122.1

A

0253-9985(2011)01-0075-08

2010-09-11。

王勇(1979—),男,博士、講師,沉積儲(chǔ)層及地球化學(xué)。

(編輯 張亞雄)