車西洼陷濁積扇沉積體系對儲層成巖作用影響

于永朋，董春梅,2，任麗華,2，田 淼

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東青島266580；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京昌平102249）

車西洼陷是車鎮(zhèn)凹陷西部的一個次級負(fù)向構(gòu)造單元[1-5]，近年來，車西地區(qū)沙河街組勘探開發(fā)工作不斷取得進(jìn)展，通過部署探井，在沙二段構(gòu)造油藏、沙三段砂礫巖油藏和沙四段構(gòu)造巖性油藏新增石油地質(zhì)儲量600多萬t，并先后在車142-6、車40-31-斜35、車407-1等區(qū)塊開展產(chǎn)能建設(shè)，動用含油面積5.4 km2，動用儲量419×104t，取得了較好的勘探開發(fā)效果，展示了該區(qū)較大的勘探潛力，但目前探明資源比仍低于勝利油區(qū)整體水平，繼續(xù)勘探開發(fā)的潛力較大。其中沙三上亞段濁積扇沉積體系較為典型，砂體較厚，展布較廣，整體粒度較細(xì)，壓實較強，具有低滲致密的特點，但前人對車西地區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積體系對儲層物性影響研究較少。而我國大多數(shù)陸相油田已進(jìn)入以非常規(guī)油氣藏為主要目標(biāo)的勘探階段，低滲致密油氣藏在我國非常規(guī)油氣資源中的戰(zhàn)略地位日益重要[6]。因此，彌補前人研究不足，開展車西地區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積體系對儲層物性影響研究的需求更加迫切。

成巖作用與沉積相具有密切關(guān)系，沉積物沉積時水平面變化以及沉積環(huán)境的不同會引起早期孔隙水化學(xué)性質(zhì)及沉積物供應(yīng)速率的差異，進(jìn)而影響成巖作用發(fā)生和成巖序列[7-8]。隨著成巖作用研究的深入，將成巖作用研究成果與沉積相相結(jié)合已成為一種重要理念[9]。本文著重探討了沉積微相通過成巖作用對儲層物性的間接影響，并結(jié)合濁積扇體展布和成巖作用預(yù)測了有利儲層區(qū)塊。

1 儲層沉積特征

1.1 巖性特征

沙三上亞段儲層主要埋藏深度為2 000～2 800 m，巖性以粉、細(xì)砂巖為主，分別占分析樣本的37.5%和34.0%。下部見棕褐色油頁巖或油泥巖，局部發(fā)育白云巖，是較典型的細(xì)粒沉積儲層。薄片統(tǒng)計資料表明，研究區(qū)沙三上亞段巖石類型主要為巖屑質(zhì)長石砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖（見圖1），雜基含量多（體積分?jǐn)?shù)約11.8%），致密程度較高。通過對研究區(qū)296塊樣本的巖心物性測試結(jié)果統(tǒng)計分析，沙三上亞段砂巖平均孔隙度為14.85%，平均滲透率為46.64×10-3μm2，總體呈現(xiàn)低孔低滲儲層的特征。

圖1 儲層砂巖分類圖Fig.1 The classification of sandstone

1.2 層序地層特征

綜合分析地震、測井、巖芯、錄井等資料，沙三上亞段是一個整體向上變淺的三級基準(zhǔn)面旋回，其中劃分出4個四級基準(zhǔn)面旋回即4個砂組：Es31為基準(zhǔn)面下降旋回，Es32為基準(zhǔn)面上升旋回，Es33和Es34均為基準(zhǔn)面下降旋回（見圖2）。

1.3 沉積相模式及沉積微相類型

在車西洼陷沉積特征研究中，通過巖心觀察，并利用測井曲線資料綜合研究，得出研究區(qū)沙三上亞段主要發(fā)育以補給水道供給為主的陸相斷陷湖盆緩坡斷階型濁積扇沉積體系（見圖3），可劃分為扇根、扇中和扇端三個亞相。其中扇中亞相中的辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇（朵葉體）3種微相類型在研究區(qū)分布最廣（見圖4）。

1.3.1 辮狀水道微相 其是濁積扇最重要的沉積類型，沉積物整體上從南部或東南部進(jìn)入研究區(qū)，由于受沉積物供給方式的影響，研究區(qū)沙三上亞段單期濁積扇發(fā)育多個辨狀水道。

1.3.2 辮狀水道間微相 其是位于扇中辮狀水道間的細(xì)粒沉積，由水流溢出辮狀水道后沉積而成，是濁積扇體的主要組成部分，沉積物粒度相對河道較細(xì)。1.3.3滑塌濁積扇（朵葉體）微相 其主要分布在扇中無水道的部分，巖石粒度變化大，沉積厚度較大，主要由無水道的沉積物的重力滑塌作用形成。

2 成巖作用

2.1 壓實壓溶作用

研究區(qū)機械壓實作用貫穿整個成巖作用過程，是沉積物原生孔隙減少的主要原因[10-11]。通過薄片觀察、粒度測定數(shù)據(jù)分析可以看出，研究區(qū)沙三上亞段埋藏相對較深，可觀察到云母顆粒塑性變形，砂巖顆粒隨深度增加由點線接觸逐漸變化為線接觸，并出現(xiàn)線凹凸接觸，體現(xiàn)了機械壓實作用整體逐漸變強。

壓溶作用發(fā)生在壓實作用后期，表現(xiàn)為部分顆粒接觸處在高壓下溶解，呈鑲嵌狀凹凸接觸，但沙三上亞段下部已開始向異常高壓帶過渡[12]，因此壓溶作用被抑制，較少見。

2.2 膠結(jié)作用

本區(qū)沙三上亞段儲層發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)以及自生黃鐵礦膠結(jié)四種膠結(jié)作用。

（1）碳酸鹽膠結(jié)作用：碳酸鹽膠結(jié)物以方解石和白云石為主，另有少量鐵方解石及鐵白云石膠結(jié)物。本段方解石膠結(jié)物多充填于粒間，主要有兩期：第一期形成于2 200～2 400 m深度段，主要成因是有機酸脫羧作用釋放CO2；第二期形成于3 000～3 200 m深度段，主要成因是硫酸鹽熱還原反應(yīng)（TSR）產(chǎn)生，導(dǎo)致方解石的沉淀。儲層中白云石粒度細(xì)，多呈微晶團(tuán)狀，大致2 400～2 700 m深度段產(chǎn)生，主要成因是黏土礦物轉(zhuǎn)化釋放Mg2+，使方解石被白云石化。鐵方解石和鐵白云石僅在埋深2 600 m左右（見圖5），主要出現(xiàn)于辮狀水道以及辮狀水道間靠近辮狀水道的部分，以交代方解石和白云石為主（見圖 7（b）、（d））。

圖2 車40-25-23井綜合柱狀圖Fig.2 Synthetic histogr am of well C44-25-23

圖3 研究區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積模式圖Fig.3 The sedimentary model of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

（2）自生黏土礦物：研究層段的沉積環(huán)境有利于高嶺石形成，正常從早期大氣降水淋溶到中晚成巖期有機酸溶蝕，高嶺石應(yīng)不斷被溶蝕，但本區(qū)沙三上亞段埋深超過2 500 m后，伊利石和高嶺石含量并未隨深度增加而降低，甚至高嶺石含量仍偏高（最高達(dá)70%強），與其正常變化趨勢相反。其原因為儲層初始的高嶺石含量較高、異常流體高壓對黏土礦物的保護(hù)作用[2,12-13]以及長石的溶蝕生成高嶺石和伊利石，其深度與溶蝕帶也基本吻合。

（3）硅質(zhì)膠結(jié)：硅質(zhì)膠結(jié)在研究區(qū)沙三上亞段常見，但整體發(fā)育弱，大部分以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出，少數(shù)以自生石英晶體的形式生長于孔隙中。其硅質(zhì)來源主要是長石溶蝕提供的Si，也有少量來自石英壓溶作用及周圍泥巖的Si。硅質(zhì)膠結(jié)開始出現(xiàn)于深度2 400 m左右，基本吻合溶蝕作用帶（見圖5、6）。

圖4 研究區(qū)沙三上亞段濁積扇平面展布圖Fig.4 The sedimentary distribution of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

圖5 研究區(qū)沙三上亞段部分膠結(jié)物縱向分布散點圖Fig.5 Scatter diagram of part of the contents in study area upper Es3 sub-member

（4）自生黃鐵礦：沙三上亞段儲層中黃鐵礦含量少，但埋深2 500 m之后開始呈現(xiàn)一定增長（見圖5），此時溫度大于100℃，有機質(zhì)已成熟，達(dá)到TSR反應(yīng)的發(fā)生條件。烴類將儲層中的SO42-還原為HS-，F(xiàn)e3+還原為Fe2+，并進(jìn)一步生成黃鐵礦（FeS2）和HCO3

-。但此時儲層已經(jīng)歷了壓實和膠結(jié)作用，反應(yīng)空間和反應(yīng)物的供應(yīng)受限，因此生成的黃鐵礦個體較小，呈粒狀于粒間孔隙中。

2.3 溶解作用

溶解作用是研究區(qū)次生孔隙的主要成因。結(jié)合薄片鏡下觀察、統(tǒng)計資料可以看出，沙三上亞段整體溶蝕作用較不強烈，但有兩個溶蝕作用發(fā)育段，分別為2 400～2 500 m和2 700～2 800 m（見圖6），與前人研究大體一致[14]。埋深在2 400～2 500 m時，儲層進(jìn)入中成巖期，有機質(zhì)成熟過程中釋放有機酸，導(dǎo)致長石和碳酸鹽礦物溶蝕，之后有機酸脫羧作用又產(chǎn)生CO2，使部分已溶解的碳酸鹽重新沉淀。埋深在2 700～2 800 m時，TSR反應(yīng)基本結(jié)束，碳酸鹽礦物重新開始溶蝕，使儲層原生孔隙度反彈。

2.4 交代作用

研究區(qū)沙三上亞段交代作用主要為有碳酸鹽礦物交代長石和巖屑（見圖7（a）），黏土礦物交代碎屑顆粒（見圖7（c）），以及白云石交代方解石，鐵方解石交代白云石和方解石等不同碳酸鹽礦物之間的轉(zhuǎn)化。

圖6 研究區(qū)沙三上亞段孔隙度-深度變化散點圖Fig.6 Corr elogr am of por osity-depth in study area upper Es3 sub-member

圖7 研究區(qū)沙三上亞段砂巖顯微照片F(xiàn)ig.7 Optic microscope photographs of sandstones in study area

3 濁積扇沉積對成巖作用的影響及有利儲層預(yù)測

3.1 沉積相對儲層初始物性的控制作用

儲層初始物性能影響成巖作用的物質(zhì)供給和反應(yīng)空間，沉積相對于儲層初始物性的控制作用表現(xiàn)在不同的沉積微相。由于沉積物沉積時的水流流速、穩(wěn)定性等差異，直接導(dǎo)致了儲層砂巖物性的不同。整體而言，辮狀水道微相水流較為平穩(wěn)，顆粒分選好，物性較好；辮狀水道間微相的分選較好，但粒度偏細(xì)，主要為粉砂質(zhì)，物性一般；滑塌濁積扇微相的顆粒泥砂混雜，雜基較多（約為23%），巖屑含量多，物性最差（見表1）。但需要注意的是，滑塌濁積扇雖整體物性差，但非均質(zhì)性很強，內(nèi)部仍有較多物性較好的砂體存在。

表1 不同沉積微相的孔隙度和滲透率Table1 porosities and permeabilities of differ ent micr o-facies

3.2 沉積微相對成巖作用的控制作用

3.2.1 沉積微相對壓實作用的影響 壓實作用使儲層產(chǎn)生不可逆的孔隙損失。顯微鏡下統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)沙三上亞段辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇的原生粒間孔隙度損失分別為50%、54%、61%，而機械壓實作用是最主要的影響因素，滑塌濁積扇微相雜基含量大、粒級變化大、分選差，壓實過程中細(xì)粒泥質(zhì)易被壓入砂巖粒間孔隙，抗壓實能力弱，因而壓實導(dǎo)致的孔隙損失明顯高于另外兩個微相。

3.2.2 沉積微相對膠結(jié)作用的影響 膠結(jié)作用導(dǎo)致儲層粒間孔隙被膠結(jié)，從而喪失儲集性能，但一定程度上也能夠抵抗壓實，保留一部分原生孔隙，沉積微相通過控制膠結(jié)物的物質(zhì)來源影響膠結(jié)作用的分布，進(jìn)而影響儲層的孔隙度。

對于碳酸鹽膠結(jié)作用，由于碳酸鹽膠結(jié)物形成所需的部分物質(zhì)來源于泥巖，而滑塌濁積扇與辮狀水道間泥砂混雜，故碳酸鹽膠結(jié)在滑塌濁積扇和辮狀水道間中分布相對較廣，而在辮狀水道則多集中在砂體周圍與泥巖相交處。但含鐵質(zhì)的碳酸鹽膠結(jié)物只出現(xiàn)在辮狀水道和辮狀水道間微相，這是由于本區(qū)沙三上時期處于湖侵體系域，河流攜帶大量陸源風(fēng)化產(chǎn)物和Fe3+、Mg2+，在三角洲前緣入湖口附近與湖水混合，因鹽度、密度等差異發(fā)生鐵質(zhì)凝絮，形成富鐵黏土礦物[15-17]，成為鐵的氧化物/氫氧化物的重要載體[18]，為后續(xù)成巖作用提供了Fe。

對于硅質(zhì)膠結(jié)作用，辮狀水道微相中長石溶蝕釋放的Si最多，因此硅質(zhì)膠結(jié)最發(fā)育，平均含量約1%；辮狀水道間次之，約0.6%；滑塌濁積扇石英、長石含量低，硅質(zhì)膠結(jié)少，約0.3%。

對于其它自生礦物來說，自生黃鐵礦含量在研究區(qū)三種沉積微相儲層中的都較低，辮狀水道間微相黃鐵礦含量為0.5%、辮狀水道含量為2%、滑塌濁積扇含量為0.92%，辮狀水道微相黃鐵礦含量稍高的原因可能是相對更有利的反應(yīng)空間，以及來自黏土礦物的Fe更豐富。此外，不同沉積相對自生黏土礦物的影響不明顯。

3.2.3 沉積微相對溶解作用的影響 溶解作用是儲層次生孔隙形成的主要原因，并且能釋放一部分被膠結(jié)作用封存的原生孔隙，沉積微相通過儲層的成熟度差異來影響溶解作用，進(jìn)而影響儲層物性。

研究區(qū)沙三上亞段溶蝕作用整體不強。不過由于各微相在沉積體系中分布不同，砂巖沉積物的礦物成分經(jīng)搬運而分異。成分成熟度越低，長石和巖屑等不穩(wěn)定組分相對含量越多，越利于溶蝕作用發(fā)生；而結(jié)構(gòu)成熟度高的砂巖滲透性好，利于溶解物質(zhì)的遷移。因此，辮狀水道微相的滲透性最好，溶解作用最發(fā)育；滑塌濁積扇微相石英含量較低，整體上雖成熟度低，但砂體內(nèi)部非均質(zhì)性強，雜基溶蝕和巖屑溶蝕較發(fā)育；辮狀水道間微相較致密，成分成熟度較高，但結(jié)構(gòu)成熟度低，溶解作用相對發(fā)育弱。

3.2.4 沉積微相對交代作用的影響 新礦物交代舊礦物后體積變化不大，對儲層的孔隙度基本沒有影響。本區(qū)沙三上亞段儲層中鐵方解石主要在埋深2 600 m左右出現(xiàn)于辮狀水道微相，F(xiàn)e2+主要源于生烴階段TSR反應(yīng)還原孔隙流體中的Fe3+，少量來源于黏土礦物轉(zhuǎn)化，因此鐵方解石多出現(xiàn)于更利于TSR反應(yīng)發(fā)生的辮狀河道微相。而長石高嶺土化在泥質(zhì)雜基較多的滑塌濁積扇和辮狀水道間中更常見。

3.3 有利儲層分布預(yù)測

研究區(qū)沙三上亞段發(fā)育的辮狀河道微相，原始孔隙度較高，反應(yīng)空間和反應(yīng)物供應(yīng)充足，溶蝕相發(fā)育較多，儲集性能最優(yōu)；辮狀水道間微相碎屑顆粒較細(xì)，孔隙度較低，對物性有利的溶蝕相和對物性不利的膠結(jié)相都發(fā)育較弱，但砂體較厚，儲集性能次于辮狀河道微相；滑塌濁積扇微相雖然整體上壓實相和膠結(jié)相發(fā)育較多，但泥砂礫混雜，各種成巖作用分布不均，物性變化多樣，其中仍包含有利砂體，且泥質(zhì)夾層也可作為良好的封閉層，仍有一定的儲集性能。

綜合沙三上亞段濁積扇沉積微相的分布及對儲層物性的直接和間接影響，預(yù)測有以下3個有利儲層區(qū)塊：

（1）車15-車253井區(qū)：該區(qū)塊位于深凹區(qū)，三種沉積微相在該區(qū)域均有明顯的砂體發(fā)育，砂體較厚，反應(yīng)物較充足，利于發(fā)育早期膠結(jié)保留原生孔隙，且早期膠結(jié)物在后期易溶蝕釋放形成次生孔隙。

（2）車55井區(qū)：該區(qū)塊水道沉積較為發(fā)育，整體物性好，砂泥膠結(jié)處的碳酸鹽膠結(jié)一定程度構(gòu)成了封閉，阻止了油氣的散失，易形成有利圈閉。

（3）車44井西部地區(qū)：該區(qū)塊鄰近含油性較好的車44井區(qū)，雖然濁積扇辨狀水道擺動頻繁，砂體單層厚度較薄，但多期薄層扇體垂向?qū)訉盈B置，具有一定的連續(xù)性，有利于溶蝕作用發(fā)育。取心資料證實該區(qū)目的層段含油性較好，為有利勘探區(qū)塊。

4 結(jié) 論

（1）車西洼陷沙三上亞段發(fā)育補給水道供給為主的陸相斷陷湖盆緩坡斷階型濁積扇沉積體系，其中主要發(fā)育扇中亞相的辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇（朵葉體）3種微相類型，壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、溶解作用、交代作用4種成巖作用。

（2）車西洼陷沙三上亞段濁積扇沉積體系能直接影響儲層物性，并通過控制成巖作用分布間接影響儲層物性。其中，辮狀水道微相物性最好，反應(yīng)空間和反應(yīng)物供應(yīng)較足，各種成巖作用均有發(fā)生，是最有利的儲集砂體。辮狀水道間微相碎屑顆粒較細(xì)，孔隙度較低，缺乏反應(yīng)空間，各種成巖作用均有發(fā)育但都不強烈，有一定的儲集性能?；鷿岱e扇微相砂體厚度大，物性變化也大，主要發(fā)育壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，其中包括有良好的儲層。

（3）綜合考慮沉積微相對儲層物性的直接間接影響，研究區(qū)沙三上亞段存在3個含油有利區(qū)塊：車15-車253井區(qū)、車55井區(qū)和車44井西部。