烏石凹陷流沙港組成巖作用及其孔隙演化

劉 沖，朱定軍，蘇文輝，陳金定

（1.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院湛江實驗中心，廣東湛江524057；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

烏石凹陷流沙港組成巖作用及其孔隙演化

劉 沖1，朱定軍2，蘇文輝1，陳金定1

（1.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院湛江實驗中心，廣東湛江524057；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

通過鑄體薄片鑒定、X射線衍射、掃描電鏡以及鏡煤等多種實驗手段對烏石凹陷流沙港組砂巖成巖作用及孔隙演化做了詳細研究.結(jié)果表明：烏石凹陷流沙港組二段、三段巖石類型主要為石英砂巖，少量長石石英砂巖，粒級分選中等偏差.砂巖的成巖強度均已達到中成巖階段A期.孔隙類型以原生粒間孔和次生溶蝕孔隙為主，壓實作用、膠結(jié)作用等減少原生粒間孔隙，溶蝕作用產(chǎn)生大量的次生溶孔，改善儲集層物性.

烏石凹陷；流沙港組；成巖作用；成巖階段；孔隙演化

1 地質(zhì)概況

烏石凹陷位于北部灣盆地南部拗陷的東北部，通過對凹陷進行盆地模擬研究，認為烏石凹陷具有良好的生烴潛力，流沙港組是該凹陷主力烴源巖［1］.目前該凹陷仍處于勘探初期階段，前人的研究認為烏石凹陷發(fā)育流三段、流二段、流一段、潿洲組、新近系5套成藏層系，油氣主要聚集在凹陷東區(qū)的中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶［2］.近年來，在烏石凹陷已發(fā)現(xiàn)的含油氣構(gòu)造有烏石16-1、22-1，已成功完成鉆探的有烏石17-1和17-2構(gòu)造.目前已開發(fā)的烏石16-1油田又發(fā)現(xiàn)了新的含油層系，預(yù)示著烏石凹陷將掀起勘探開發(fā)的新高潮［3-6］. 本文針對烏石凹陷流二段、流三段，從儲層巖石學特征、成巖作用、孔隙演化等角度進行綜合研究，以揭示儲層的發(fā)育規(guī)律.

2 碎屑成分特征

通過巖石薄片鑒定，烏石凹陷的巖石類型主要為石英砂巖，以及少量長石石英砂巖（見圖1）.碎屑顆粒一般具次棱角—次圓狀，分選中等偏差.粒級以細粒、中粒和巨粒占優(yōu)勢，部分粗粒和礫石.

圖1 碎屑組分三角圖Fig.1 Triangular diagram of petroclastic components

碎屑組分中石英含量高，一般為72%～96%，平均含量89.33%，少量石英具次生加大邊.巖屑含量較低，一般低于5%，平均含量3.53%.長石主要為鉀長石，部分長石已溶蝕形成長石溶孔，含量在1.41%～19.14%之間，平均含量 7.13%.

3 成巖作用

根據(jù)文獻資料，成巖作用的研究主要是為了查明儲層從沉積到成藏之前所經(jīng)歷的一系列成巖事件及其發(fā)生過程、先后次序以及每個成巖階段對儲層形成的影響，最終弄清楚儲層在沉積－成巖過程中孔隙的形成、演化和分布規(guī)律.本文通過鑄體薄片鑒定、X射線衍射、掃描電鏡以及鏡煤等多種實驗手段對烏石凹陷流沙港組砂巖成巖作用及孔隙演化做詳細研究［7］.

3.1 壓實作用

通過鏡下薄片觀察，烏石凹陷壓實作用較強，顆粒排列緊密，云母片狀礦物壓實后呈定向排列（圖2A），同時部分云母片、軟性巖屑和粒間泥質(zhì)受壓彎曲變形（圖2B），少量巖屑似泥質(zhì)雜基.粒間泥質(zhì)阻止了石英顆粒的次生加大，降低了砂巖的成巖強度.

3.2 膠結(jié)作用

3.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)沉淀會降低孔隙，減小孔喉，造成孔隙的局部封堵，當壓實作用較強時，硅質(zhì)沉淀也會促使砂巖致密化.該區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)主要是石英次生加大（圖2C），多發(fā)生在泥質(zhì)含量低的部分.鐵方解石交代石英次生加大邊（圖2D），表明鐵方解石是在石英次生加大之后或近乎同一時期沉淀的.

3.2.2 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)是烏石凹陷儲層砂巖中最主要的膠結(jié)作用，膠結(jié)物主要有鐵方解石、白云石、鐵白云石，菱鐵礦少見.鐵方解石以中、粗晶形式產(chǎn)出，見鐵方解石交代石英次生加大邊（圖2D），表明鐵方解石是在石英次生加大之后或近乎同一時期析出的.白云石晶格中進入部分Fe2+，常被鐵白云石交代，茜素紅－S溶液染色后局部呈藍色（圖2E）.碳酸鹽膠結(jié)物析出的順序為：菱鐵礦—鐵方解石—白云石—鐵白云石.碳酸鹽膠結(jié)占據(jù)大量的原生粒間孔，阻止壓實作用的進一步增強，同時為后期的溶解作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)，并釋放大量的次生溶孔.

3.2.3 黏土礦物膠結(jié)

黏土礦物膠結(jié)對儲層的物性會造成一定的影響.根據(jù)X射線衍射分析，該區(qū)黏土礦物組成主要為伊利石、伊/蒙混層，高嶺石和少量的綠泥石.長石的大量溶解為蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化提供豐富的鉀離子，掃描電鏡下伊利石呈不規(guī)則的鱗片狀或毛發(fā)狀（圖2J）.

鏡下薄片觀察的高嶺石基本為長石蝕變生成的自生高嶺石，可見片狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)于粒間（圖2F），晶體發(fā)育良好，少量瀝青浸染，高嶺石被鐵白云石交代（圖2I）.泥質(zhì)中的高嶺石是陸源風化成的硅屑高嶺石，在掃描電鏡下呈書頁狀或蠕蟲狀（圖2K）.埋藏較深，溫度升高，可轉(zhuǎn)化成伊利石或綠泥石.

綠泥石在掃描電鏡下呈片狀或集合呈玫瑰花瓣狀（圖2L），依附于顆粒表面.

3.3 溶解作用

圖2 礦物成分、成巖作用和孔隙類型照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of the sandstone

溶解作用在砂巖中較為普遍，碎屑顆粒、膠結(jié)物、交代礦物在一定的環(huán)境下會有不同程度的溶蝕，形成次生孔隙.烏石凹陷次生孔隙發(fā)育，長石顆粒以及碳酸鹽膠結(jié)物易被溶蝕.長石通常沿著解理縫和破裂縫進行溶蝕形成長石溶孔或鑄?？祝▓D2G），溶解作用可沿著粒間孔壁進行，如碳酸鹽等膠結(jié)、交代礦物的溶解，形成港灣狀、鋸齒狀等不規(guī)則溶孔（圖2H）.

4 成巖序列及孔隙演化

4.1 成巖階段的確定

成巖階段劃分的依據(jù)為：I/S混層黏土礦物的演變；自生礦物類型及其形成溫度；有機質(zhì)熱成熟度有關(guān)指數(shù)；儲集層物性、孔隙結(jié)構(gòu)及類型的演化等多方面標志綜合分析［8-9］.

烏石凹陷儲集砂巖經(jīng)歷了同生期，早成巖階段A期、B期，中成巖階段A期等成巖演化，并且基本已處于中成巖A期.

4.1.1 黏土礦物組合

黏土礦物組合形式主要為伊利石和伊/蒙混層，伊利石含量 35.6%～54.2%，平均值 49.5%，伊/蒙混層含量 32.5%～44.5%，平均值 39.2%.高嶺石和綠泥石的含量相對較低，平均值分別為11.5%和9.2%.伊/蒙混層中蒙脫石層最低為9%左右.以上表明成巖作用基本已處于中成巖A期，部分埋藏較深砂巖已開始進入中成巖B期.

4.1.2 有機質(zhì)成熟度

沉積巖中普遍存在的干酪根等高分子有機化合物在成巖過程中隨著溫度的升高而表現(xiàn)為鏡質(zhì)體反射率增高.因此，應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率可以確定儲層所經(jīng)受的最高溫度及有機質(zhì)成熟度，以此來劃分成巖階段［10］.

通過以下幾口井的實驗結(jié)果（表1）可以看出，鏡質(zhì)體反射率 Ro值在 0.48%～1.06%之間，平均為0.69%.表明有機質(zhì)大部分處于成熟階段，從而可以確定烏石凹陷流二段、流三段砂巖的成巖階段主要處于中成巖A期.

表1 烏石凹陷流二段、流三段鏡質(zhì)體反射率與最大熱解峰Table 1 Vitrinite reflectance and pyrolysis parameter of the 2rd and 3rd members of Liushagang Fornation in Wushi Sag

4.2 儲層物性特征

烏石凹陷儲集砂巖主要的孔隙類型有原生粒間孔、次生溶蝕孔（長石溶孔、鑄?？?、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等）和晶間孔.

通過對幾口井樣品的物性分析，結(jié)果表明，流二段孔隙度較好，主要在12.37%～20.2%之間，平均值為15.67%，屬中等孔隙度.流三段孔隙度偏差.流二段、流三段不同井位的滲透率變化較大，位于0.1～669 mD之間（表 2）.

表2 烏石凹陷流二段、流三段砂巖孔隙度與滲透率Table 2 Porosity and permeability of the sandstone of the 2rd and 3rd members of Liushanang Formation in Wushi Sag

孔隙度較高，而滲透率高低相差較大，可能原因是次生孔隙為較主要的孔隙類型，滲透率受雜基、膠結(jié)物含量和黏土礦物的綜合作用的影響.

4.3 孔隙演化

4.3.1 原始孔隙度的恢復(fù)

原始孔隙度的恢復(fù)計算公式為：Ф=20.91+22.90/S0（Ф為初始孔隙度，S0為分選系數(shù)）.

通過對該區(qū)砂巖粒度分析，得出分選系數(shù)S0為

4.15.經(jīng)計算，原始孔隙度為 26.42%.

4.3.2 成巖序列與孔隙演化

早成巖A期→B期的底界深度位于1300m左右，主要是潿洲組.該時期有機質(zhì)鏡質(zhì)體反射率Ro＜0.50%，最大熱解峰溫Tmax＜435℃，伊/蒙混層中的蒙脫石層減少至50%左右，有機質(zhì)處于半成熟狀態(tài).

該階段流二段、流三段由于上覆地層的壓力，成巖作用主要表現(xiàn)為壓實作用，孔隙水大量排出，顆粒排列緊密，粒間泥質(zhì)擠壓變形.此外膠結(jié)作用明顯，亮晶方解石充填粒間孔，少量石英次生加大邊向孔隙延伸.巖石由半固結(jié)到固結(jié)，孔隙結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為原生粒間孔的大幅減少.

中成巖階段A期，粒間原生孔隙進一步減少，最大熱解峰溫435℃＜Tmax＜460℃，伊/蒙混層為有序混層，伊/蒙混層中蒙脫石含量遞減至15%左右.

當埋深在1600～3000m左右，為中成巖階段A1亞期，鏡質(zhì)體反射率Ro在0.5%～0.7%之間，有機質(zhì)趨于成熟，有機酸大量釋放，使大量的長石、巖屑以及早期形成的膠結(jié)溶蝕，形成大量的次生孔隙，是次生孔隙形成的主要階段.

當埋深3000～3900m左右，為中成巖階段A2亞期，鏡質(zhì)體反射率 Ro在 0.7%～1.3%之間，有機質(zhì)成熟并進入生油高峰，該埋深為成油主帶.有機酸濃度降低，仍發(fā)育次生孔隙.長石溶解釋放出的K+有利于促進蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化.溶解組分SiO2以石英自生加大的形式向孔隙空間擴展（圖3）.

5 結(jié)論

（1）烏石凹陷儲層砂巖主要為石英砂巖，少量長石石英砂巖.長石、巖屑含量較低，成熟度偏高.巖石粒度以細粒、中粒和巨粒較多，分選中等偏差.

（2）烏石凹陷儲層砂巖均處于中成巖A期.中成巖階段A1亞期為有機酸排出高峰期，溶蝕長石、巖屑等易溶組分，產(chǎn)生大量次生孔隙.中成巖階段A2亞期有機質(zhì)成熟，進入生油高峰期.

（3）破壞性成巖作用的壓實和膠結(jié)作用使砂巖的原生粒間孔隙明顯減少，同時膠結(jié)作用又相對阻止了前期壓實作用的增強，為后期溶解作用產(chǎn)生的次生溶孔提供有效空間.建設(shè)性成巖作用的溶解作用增加次生孔隙，改善了孔滲通道.

圖3 烏石凹陷成巖作用及孔隙演化模式Fig.3 Diagenesis and pore evolution of Wushi Sag

［1］朱繼田，郭明剛，劉志輝.北部灣盆地烏石凹陷勘探前景分析［J］.西部探礦工程,2010（1 2）:99—101.

［2］孫偉，樊太亮，趙志剛，等.烏石凹陷古近系層序地層及沉積體系［J］.天然氣工業(yè),2008,28（4）:26—28.

［3］楊海長，趙志剛，李建紅，等.烏石凹陷油氣地質(zhì)特征與潛在勘探領(lǐng)域分析［J］.中國海上油氣,2009,21（4）:227—231.

［4］柳永杰，趙志剛，李建紅，等.烏石凹陷成藏組合劃分及主控因素分析［J］.中國海上油氣,2008,20（2）:82—86.

［5］朱繼田，郭明剛，于俊峰，等.烏石凹陷古近系結(jié)構(gòu)形成機制與成藏關(guān)系［J］.內(nèi)蒙古石油化工,2010（22）:152—155.

［6］楊海長，梁建設(shè)，胡望水.烏石凹陷構(gòu)造特征及其對油氣成藏的影響［J］.西南石油大學學報,2011,33（3）:41—46.

［7］鄭榮才，耿威，周剛，等.鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長6砂巖成巖作用與成巖相研究［J］.巖性油氣藏,2007,19（2）:1—7.

［8］鄭浚茂，龐明.碎屑儲集巖的成巖作用研究［M］.武漢：中國地質(zhì)大學出版社,1989:110—120.

［9］龍更生，施和生，鄭榮才，等.珠江口盆地惠州凹陷深部儲層成巖作用與孔隙演化［J］.巖石礦物學雜志,2011,30（4）:665—673.

［10］謝濤，郭英海，沈玉林，等.川東南小河壩組砂巖成巖作用與孔隙演化［J］.天然氣勘探與開發(fā),2011,34（3）:16—20.

DIAGENESIS AND PORE EVOLUTION OF THE LIUSHAGANG FORMATION IN WUSHI SAG

LIU Chong1,ZHU Ding-jun2,SU Wen-hui1,CHEN Jin-ding1

（1.Zhanjiang Central Laboratory,Research Institute of Energy Technology and Oilfield Engineering,CNOOC,Zhanjiang 524057,Guangdong Province,China;2.Zhanjiang Branch,CNOOC,Zhanjiang 524057,Guangdong Province,China）

A detailed study is carried out on the diagenesis and pore evolution with thin section observation,X-ray diffraction,scanning transmission electron microscope and vitrinite reflectance.The results show that the rock type of the 2nd and 3rd members of Liushagang Formation in the Wushi Sag is dominated by quartz sandstone,with minor feldspathic quartz sandstone.The size fraction of grains is moderate to poor.The diagenesis of the sandstone has reached to Stage A of the middle diagenetic period.The pores are mainly primary intergranular and secondary dissolution types.The primary intergranular pores decrease with the compaction and cementation of sandstone,while the secondary pores increase with dissolution,which improve the physical property of reservoir.

Wushi Sag;Liushagang Formation;diagenesis;diagenetic stage;pore evolution

1671-1947（2013）05-0426-05

P588.2

A

2012－10－08；

2012-11-06.編輯：李蘭英.

劉沖（1 9 8 2—），女，碩士，主要從事巖礦薄片分析工作，通信地址廣東省湛江市坡頭區(qū)南油二區(qū)地質(zhì)樓3 0 4室，E-m a i l//o n l y 1 0 2 9@1 2 6.c om