西湖凹陷平北地區(qū)平湖組儲層特征及主控因素研究

楊 慧，劉廣景，蔣 俊，湯 曼，王承紅，陳 全

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西晉城 048000；3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106 地質(zhì)隊(duì)，四川溫江 611130）

東海西湖凹陷平北地區(qū)由團(tuán)結(jié)亭、寶云亭、武云亭、孔雀亭及來鶴亭五個構(gòu)造組成，是西湖凹陷主要油氣聚集帶之一?，F(xiàn)已在該區(qū)發(fā)現(xiàn)了武云亭油氣田、寶云亭油氣田以及孔雀亭含油氣構(gòu)造[1]。據(jù)前人研究認(rèn)為[2-5]，始新統(tǒng)平湖組是平北地區(qū)主要的含油氣層系，砂巖發(fā)育適中，經(jīng)過成巖作用的改造，具備了氣藏勘探開發(fā)的良好條件。

根據(jù)平北地區(qū)125 塊巖心資料、240 片薄片資料和56 個掃描電鏡資料顯示，平湖組儲層物性主要以中孔低滲為主，局部為低孔低滲。深入研究該地區(qū)平湖組成巖作用特征及其對儲層物性的影響對儲層評價及儲層預(yù)測都有重要影響。

1 地質(zhì)區(qū)域概況

西湖凹陷位于東海盆地的中部，北起虎皮礁凸起，南至基隆凹陷，西鄰海礁凸起和魚山凸起，東靠釣魚島斷陷隆褶帶。自西向東依次可分成保斜坡帶、三潭深凹、中央背斜帶、白堤深凹和東部斷階帶5 個二級構(gòu)造單元。研究區(qū)平北地區(qū)位于東海西湖凹陷保斜坡平湖構(gòu)造帶北部，是東海油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域之一。受構(gòu)造作用和沉積作用的影響研究區(qū)平湖組地層自上而下可分為平上、平中、平下3 個明顯的巖性段[6]。

2 儲層巖石學(xué)特征及物性特征

2.1 巖石學(xué)特征

平北地區(qū)平湖組儲集巖巖性以石英砂巖、巖屑長石砂巖或長石巖屑砂巖為主（見圖1），砂巖中石英含量介于55.74 %～70 %，長石含量介于15 %～20 %，巖屑含量介于11.95 %～29.86 %。砂體粒度主要為中-細(xì)粒，顆粒之間的接觸方式主要為點(diǎn)接觸和線接觸，在平湖組下部可見少量的凹凸接觸和縫合線接觸；顆粒分選較好-中等，磨圓度為次棱角-次圓狀。儲集巖中膠結(jié)物主要是碳酸鹽膠結(jié)物和自生黏土礦物，硅質(zhì)膠結(jié)物次之，膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，其總量大都小于10 %，局部最高可以達(dá)到20 %。碳酸鹽膠結(jié)物含量介于5 %～15 %，其成分主要包括（鐵）方解石、（鐵）白云石等；自生黏土礦物主要為高嶺石，含量約為8 %，其次為伊利石和伊/蒙混層。

圖1 西湖凹陷平北地區(qū)平湖組碎屑巖三角分類圖

2.2 儲層物性特征

平北地區(qū)平湖組儲集砂巖的孔隙度最高可達(dá)25.6 %，滲透率最高可達(dá)1 326.22×10-3μm2。其儲層物性主要以中孔低滲為主，局部為低孔低滲。主要目的層平上、平中、平下三個層段的物性展布具有以下特征（見表1）。

平北地區(qū)平湖組平上段儲層具有中孔低滲的特征，局部地區(qū)儲層發(fā)育為低孔低滲。其中，平上段寶云亭附近以西儲層物性最好，孔隙度一般在17.5 %以上。寶云亭以西至武云亭一帶和南部團(tuán)結(jié)亭地區(qū)滲透性最好，均在60×10-3μm2，北部孔雀亭地區(qū)滲透性相對較低，一般只有25×10-3μm2。

表1 平北地區(qū)平湖組儲層物性特征表

平上段儲層具有中孔低滲的特征，局部地區(qū)表現(xiàn)為中孔高滲。平中段寶云亭附近以北至武云亭一帶儲層物性最好，其孔隙度普遍為15%～17.5%。中部武云亭至寶云亭2 井儲層滲透性最好，通常在40×10-3μm2以上，最高可以達(dá)到149.4×10-3μm2。

平下段儲層具有低孔特低滲的特征，局部地區(qū)表現(xiàn)為低孔低滲的特征。平下段總體孔隙度一般為10 %～12 %，其儲層的物性相對不好，以中部寶云亭以西和孔雀亭以北相對較好。中部寶云亭構(gòu)造儲層滲透性最好，滲透率通常在20×10-3μm2以上，最高可以達(dá)到36.1×10-3μm2。

3 主要成巖作用及其特征

西湖凹陷平北地區(qū)平湖組儲集砂巖沉積之后，在埋藏過程中經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代作用等多種成巖作用。根據(jù)各種成巖作用對儲層的影響，可將它們劃分為建設(shè)性成巖作用、破壞性成巖作用以及保持性成巖作用。建設(shè)性成巖作用主要是指溶蝕作用，破壞性成巖作用通常包括壓實(shí)及壓溶作用、膠結(jié)作用，保持性成巖作用常為交代作用。

3.1 破壞性成巖作用

3.1.1 壓實(shí)壓溶作用 平北地區(qū)平湖組埋深普遍超過3 400 m，隨著埋深不斷增加，當(dāng)顆粒接觸點(diǎn)上所承受的來自上覆地層的壓力或來自構(gòu)造作用的側(cè)向應(yīng)力超過正?？紫读黧w壓力的2.5 倍時[8]，晶格間將發(fā)生壓溶作用，其主要對象是石英。成巖作用早期[7]（本文采用姜在興的早、晚期成巖劃分標(biāo)準(zhǔn)）石英顆粒間呈點(diǎn)接觸，隨壓實(shí)作用增強(qiáng)，石英顆粒由于受到擠壓體積減小，顆粒之間由線接觸到縫合接觸，壓溶出的SiO2等組分在顆粒周圍沉淀下來，充填于粒間孔隙，使孔隙空間減小[8]。經(jīng)沉積-埋藏-壓實(shí)過程后，由壓實(shí)壓溶作用所造成的孔隙度減少26 %左右。

研究區(qū)砂巖儲層中石英次生加大現(xiàn)象普遍，在顆粒間也常可看到自生石英充填于粒間孔隙，這是造成石英砂巖中石英含量高而孔隙度卻不高的重要原因之一。筆者根據(jù)鏡下觀察，認(rèn)為平北地區(qū)平湖組壓實(shí)作用強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）顆粒邊緣呈鋸齒狀縫合線接觸（見圖4a），隨深度加大，顆粒接觸由點(diǎn)接觸到線接觸-凹凸接觸，偶爾可見縫合線接觸；（2）云母等片狀礦物彎曲變形甚至斷裂（見圖4b）；（3）長石等剛性顆粒發(fā)生彎曲變形。

3.1.2 膠結(jié)作用 研究區(qū)平湖組膠結(jié)作用對儲層的儲集空間產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，膠結(jié)物含量與儲層孔隙度之間呈明顯的負(fù)相關(guān)性（見圖2）。根據(jù)對該地區(qū)240個巖石薄片觀察鑒定，平北地區(qū)平湖組儲層砂巖中膠結(jié)物以碳酸鹽巖膠結(jié)物及黏土礦物膠結(jié)物為主，硅質(zhì)膠結(jié)物次之。

圖2 膠結(jié)物總含量與孔隙度關(guān)系圖

（1）硅質(zhì)膠結(jié)作用，平北地區(qū)平湖組硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英次生加大形式存在（見圖4c），其厚度一般為0.01 m～0.04 m。經(jīng)薄片鑒定，研究區(qū)可看到有兩期石英次生加大。該區(qū)石英次生加大和長石溶蝕具有一定的相關(guān)性，也總是和高嶺石、伊利石等次生黏土礦物密切共生[9，10]，可以推斷本區(qū)石英次生加大的硅質(zhì)膠結(jié)物主要來源為長石的溶解和黏土層中蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化產(chǎn)生SiO2[11]。加大邊占據(jù)了孔隙空間，減少了儲層的儲集空間，堵塞喉道，使砂巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，減小孔隙度和滲透率，影響了流體的滲流能力，使儲集物性變差。成為研究區(qū)儲層物性變差的主要因素之一。

（2）碳酸鹽膠結(jié)作用，研究區(qū)常見的碳酸鹽膠結(jié)物有方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石、菱鐵礦。研究表明在成巖階段的各個時期皆有碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育（見圖3），早成巖期的碳酸鹽膠結(jié)物主要是充填于孔隙間的方解石；隨著埋深不斷加深，晚成巖期的碳酸鹽膠結(jié)物以鐵白云石和鐵方解石為主[12]，鐵方解石膠結(jié)物呈鑲嵌狀（見圖4d）或連晶狀（見圖4e）產(chǎn)出，充填于砂巖顆?？紫秲?nèi)，對儲層有強(qiáng)烈破壞作用。

圖3 平北地區(qū)平湖組成巖階段自生礦物與孔隙演化模式圖

碳酸鹽膠結(jié)物的存在對儲層發(fā)育有著雙重影響，一方面，顆粒間碳酸鹽膠結(jié)物會堵塞孔隙，大幅度降低砂巖中的孔隙度和滲透率；另一方面，膠結(jié)物在儲層中形成沉淀，產(chǎn)生支撐的效果，可以在一定程度上抵抗砂巖的壓實(shí)作用，并且在此后有酸性流體流經(jīng)時這些碳酸鹽巖膠結(jié)物會遭到部分溶蝕產(chǎn)生一定量的次生粒間溶蝕孔隙，對儲層的最終物性起到一定的積極作用。

（3）黏土礦物膠結(jié)作用，該區(qū)見到的黏土礦物有高嶺石、伊利石、綠泥石，其中以高嶺石（見圖4f）最為常見，其次為伊利石和伊/蒙混層。經(jīng)顯微鏡及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)平湖組自生高嶺石主要有兩種賦存形式：①以孔隙充填的形式存在于綠泥石留下的剩余粒間孔內(nèi)；②以蝕變高嶺石存在于碎屑顆粒間，并保留了原巖泥質(zhì)殘余物。掃描電鏡下觀察到自生高嶺石單晶呈假六邊形晶片，集合體普遍如“書頁”狀或蠕蟲狀分布于顆粒間。自生高嶺石對于砂巖儲層物性的影響并沒有顯著效果[13]，主要看能否形成有效的次生孔隙。

3.2 建設(shè)性成巖作用

溶蝕作用是儲集巖形成機(jī)制中一種建設(shè)性成巖作用，可以發(fā)生在整個成巖階段，是研究區(qū)形成次生孔隙、發(fā)育有效儲層的重要成巖作用類型。經(jīng)巖石學(xué)鑒定，西湖凹陷平北地區(qū)平湖組砂巖儲層中的溶蝕作用主要發(fā)生在早成巖B 期（見圖3），以有機(jī)酸溶蝕為主，晚成巖期主要是熱液溶蝕。研究區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的溶蝕作用，通過顯微鏡及掃描電鏡觀察，平湖組溶蝕對象主要為黏土雜基、長石（見圖4g）、火山巖屑、含云母變質(zhì)巖屑等。在鏡下觀察，可見少量長石巖屑遭受溶蝕后其顆粒呈現(xiàn)麻點(diǎn)狀或者蜂窩狀，有些顆粒被溶蝕完全，形成殘余狀或鑄?？?；黏土雜基常形成貼?？p和黏土雜基微孔，因此形成大量的溶蝕孔隙，有利于次生孔隙發(fā)育帶的形成，使得儲集物性能變好。

3.3 保持性成巖作用

3.3.1 交代作用 根據(jù)薄片資料觀察分析，平北地區(qū)平湖組砂巖儲層主要的交代作用類型有：（1）方解石交代長石；（2）方解石交代石英顆粒；（3）碳酸鹽交代碎屑。

圖4

其中，以方解石交代長石（見圖4h）為主，由于早成巖期含有大量方解石，流體中的Ca2+、CO32-破壞了原有的長石晶格，方解石便開始沿著長石解理縫進(jìn)行交代，表現(xiàn)為長石交代的幻影和殘留結(jié)構(gòu)；其次，方解石交代石英顆粒，使石英顆粒邊緣出現(xiàn)鋸齒狀、港灣狀等形態(tài)。到晚成巖期時，流體性質(zhì)由酸性向堿性轉(zhuǎn)化，形成大量鐵方解石，主要產(chǎn)出形式為充填于粒間孔和交代早期沉積成巖組分，對儲層造成不利影響，同時，由于次生孔隙的發(fā)育為提高孔隙度起到有利的作用，所以交代作用在成巖作用過程中是保持性作用。

4 結(jié)論

（1）平北地區(qū)平湖組儲集砂巖巖性以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，砂體粒度主要為中-細(xì)粒，顆粒分選為較好-中等，磨圓度為次棱角-次圓狀，儲集空間通常為原生粒間孔、粒間溶孔、粒間溶蝕擴(kuò)大孔、鑄模孔等。普遍具有中孔低滲的特征，儲層的這些特征主要受成巖作用的影響。

（2）根據(jù)各種成巖作用對儲層的影響，可將它們劃分為建設(shè)性成巖作用、破壞性成巖作用以及保持性成巖作用。建設(shè)性成巖作用主要是指溶蝕作用，破壞性成巖作用通常包括壓實(shí)及壓溶作用、膠結(jié)作用，保持性成巖作用常為交代作用。

（3）平北地區(qū)平湖組埋深普遍超過3 400 m，壓實(shí)壓溶作用是造成該地區(qū)儲集砂巖原生孔隙大量消失的主要原因；膠結(jié)作用形成的膠結(jié)物以碳酸鹽膠結(jié)物和自生黏土礦物為主要，其次是石英的次生加大；溶蝕作用是研究區(qū)次生孔隙發(fā)育的主要原因，增加了孔隙度；交代作用對于孔隙度影響不大。

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