沉積盆地中油氣充注與儲(chǔ)集層成巖作用的響應(yīng)關(guān)系

夏青松，黃成剛，陸 江

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500； 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020； 3.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000)

0 引 言

一直以來(lái)，儲(chǔ)集層中油氣充注史及其與成巖演化的響應(yīng)關(guān)系都是油氣勘探中的重要研究?jī)?nèi)容，理清這些油氣充注期次與成巖礦物的相互作用對(duì)識(shí)別油氣藏的類(lèi)型和預(yù)測(cè)油氣藏的分布具有重要指導(dǎo)作用。20世紀(jì)以來(lái)，已有較多的研究成果證實(shí)了油氣充注對(duì)巖石中自生礦物的生長(zhǎng)具有重要影響。主流觀點(diǎn)認(rèn)為油氣充注會(huì)抑制自生礦物的發(fā)育，部分學(xué)者認(rèn)為如果油氣充滿整個(gè)孔隙會(huì)導(dǎo)致該孔隙壁的自生礦物停止生長(zhǎng)[1-5]，也有研究認(rèn)為石油的侵位雖然對(duì)自生礦物具有抑制作用，但不會(huì)完全中斷自生礦物的生長(zhǎng)[6-9]。21世紀(jì)以來(lái)，學(xué)者們經(jīng)過(guò)大量的模擬實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步確認(rèn)了上述結(jié)論[10-17]，烴類(lèi)的充注驅(qū)替了孔隙水，使與礦物接觸的孔隙水中無(wú)機(jī)離子濃度大幅降低，進(jìn)而阻礙了礦物與孔隙水之間的離子交換，從而抑制了自生礦物附著在孔隙壁生長(zhǎng)。

近年來(lái)，關(guān)于油氣充注的期次及其對(duì)儲(chǔ)集層影響方面的研究非?；钴S，幾乎涵蓋了國(guó)內(nèi)各油田重點(diǎn)區(qū)塊，如塔里木盆地麥蓋提斜坡、玉北地區(qū)、克深氣田、迪北氣田、克拉2氣田和塔中地區(qū)瀝青砂巖油田等[18-24]，準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡百口泉組儲(chǔ)集層[25]，柴達(dá)木盆地英西地區(qū)漸新統(tǒng)湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層[26-27]，鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長(zhǎng)8段致密砂巖油藏和東部上古生界盒8段氣藏[28-29]，二連盆地下白堊系儲(chǔ)集層[30]，松遼盆地徐家圍子斷陷砂礫巖儲(chǔ)集層[31]，渤海灣盆地東濮凹陷杜寨地區(qū)沙三段和西部斜坡帶、東營(yíng)凹陷永8斷塊和饒陽(yáng)凹陷深層優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)集層[32-35]，東海陸架盆地西湖凹陷花港組儲(chǔ)集層[36]，南海北部珠江口盆地漸新統(tǒng)低滲儲(chǔ)集層[37]。上述研究主要從6個(gè)方面展開(kāi)：①油氣充注的時(shí)間和期次；②油氣充注與自生礦物生長(zhǎng)的相對(duì)先后順序；③油氣充注與儲(chǔ)集層致密的時(shí)序關(guān)系；④油氣充注對(duì)儲(chǔ)集層物性的影響；⑤油氣充注與地層異常高壓的關(guān)系；⑥油氣充注對(duì)儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性的影響。

成巖作用對(duì)油氣充注的影響主要表現(xiàn)為通過(guò)改變儲(chǔ)集層物性、孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性等3個(gè)方面來(lái)控制油氣充注的速度和規(guī)模。成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層物性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響主要通過(guò)壓實(shí)、膠結(jié)的減孔作用和溶蝕的增孔作用來(lái)完成，一定程度上改變礦物的含量和產(chǎn)狀，進(jìn)一步影響儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)[38]。本文通過(guò)對(duì)這些成果的全面梳理和系統(tǒng)總結(jié)，期望對(duì)沉積盆地中油氣充注與儲(chǔ)集層成巖作用的響應(yīng)關(guān)系研究提供一定參考。

1 油氣充注的時(shí)間

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖成巖階段劃分》(SY/T 5477—2003)[39]可以將淡水—半咸水水介質(zhì)的碎屑巖劃分為5個(gè)成巖階段，即同生成巖階段、早成巖階段、中成巖階段、晚成巖階段以及表生成巖階段(表1)。通常來(lái)講，烴源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟發(fā)生在中成巖階段A期，低成熟或成熟的有機(jī)質(zhì)生成的油氣開(kāi)始充注到儲(chǔ)集層中，根據(jù)不同盆地不同區(qū)塊的地質(zhì)構(gòu)造背景，有的持續(xù)沉降，埋藏深度加大，有的隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)開(kāi)始抬升，埋藏深度減小，有的在沉降與抬升之間反反復(fù)復(fù)。儲(chǔ)集層中油氣充注情況也存在較大的差異性，多數(shù)區(qū)塊存在油氣多期充注，并最終形成現(xiàn)今的油氣富集格局。地層埋藏深度變化造成的儲(chǔ)集層壓實(shí)作用變化，孔隙水中離子濃度變化造成的儲(chǔ)集層中自生礦物不同生長(zhǎng)情況，有機(jī)質(zhì)的豐度和成熟度所控制的油氣源生成量及地層壓力變化情況等，均對(duì)油氣充注過(guò)程具有重要影響。

以塔里木盆地庫(kù)車(chē)凹陷克拉2氣田儲(chǔ)集層的油氣充注研究[23]為例，結(jié)合研究區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)背景，在其主要儲(chǔ)集層的埋藏史與包裹體均一溫度資料基礎(chǔ)上，刻畫(huà)出其油氣充注的具體時(shí)間?？死?氣田儲(chǔ)集層的油氣充注共發(fā)育3期：第1期為低溫、高鹽度的低成熟油氣流體，以記錄在石英愈合裂隙、長(zhǎng)石解理和方解石膠結(jié)物中的黃褐色熒光包裹體為代表；第2期為高溫、高鹽度的高成熟油氣流體，以記錄在石英愈合裂隙和白云石膠結(jié)物中的黃白—藍(lán)白色熒光包裹體為代表；第3期為高溫、低鹽度的天然氣充注，以記錄在石英愈合裂隙和鐵白云石膠結(jié)物中的無(wú)熒光氣烴包裹體為代表。將上述3期包裹體均一溫度分別投點(diǎn)到埋藏史中，可以從橫坐標(biāo)上讀出其充注時(shí)間分別為18、6、4 Ma(圖1)。顯微鏡下可見(jiàn)油層中砂巖的石英次生加大邊要遠(yuǎn)小于水層中砂巖的石英次生加大邊，說(shuō)明油氣充注抑制了自生硅質(zhì)礦物的沉淀。

表1 淡水—半咸水水介質(zhì)碎屑巖成巖階段劃分Tab.1 Division of Diagenetic Stages of Clastic Rocks for Aqueous Medium of Freshwater and Brackish Water

注：數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[39];Ro為鏡質(zhì)體反射率；Tmax為最大熱解峰溫度。

第1、2、3期油氣充注的捕獲溫度分別為95 ℃、114 ℃、123 ℃；圖件引自文獻(xiàn)[23]圖1 庫(kù)車(chē)凹陷克拉2氣田儲(chǔ)集層的埋藏史和油氣充注Fig.1 Burial History and Hydrocarbon Charging of Kela2 Gasfield Reservoir in Kuqa Depression

國(guó)外關(guān)于油氣充注時(shí)間的研究成果也較為豐碩，Wilkinson等重建和恢復(fù)了英國(guó)北海Brent組儲(chǔ)集層的油氣充注史，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了油氣田的分布和規(guī)模[40]。研究結(jié)果表明，Brent組發(fā)生了兩期油氣充注，自生塊狀高嶺石的氧同位素組成與深度呈協(xié)同變化趨勢(shì)，而在中部頁(yè)巖處存在一個(gè)區(qū)域性的滲透屏障，早期蠕蟲(chóng)狀高嶺石與油氣充注同步，且兩套儲(chǔ)集層分別位于該套頁(yè)巖之上和之下。包裹體與埋藏史分析結(jié)果顯示：早期緩慢的油氣充注發(fā)生于50～80 Ma(溫度為45 ℃～70 ℃)，隨后部分油氣發(fā)生逸散，各種成巖活動(dòng)開(kāi)始活躍，包括捕獲了各類(lèi)包裹體的石英生長(zhǎng)和次生加大；晚期油氣充注發(fā)生于0～10 Ma(溫度為90 ℃～100 ℃)。

2 早期油氣充注儲(chǔ)集層具抗壓實(shí)作用

紀(jì)友亮等認(rèn)為壓實(shí)作用在埋藏深度達(dá)3 500 m時(shí)基本停止，取而代之的是壓溶作用，顆粒緊密排列，呈縫合線接觸，局部應(yīng)力使剛性顆粒出現(xiàn)微裂隙[41]。但在實(shí)際勘探中，埋藏深度大于3 500 m時(shí)仍可見(jiàn)孔隙度較高的儲(chǔ)集層發(fā)育，主要是由于早期油氣充注使得巖石具有一定的抗壓實(shí)作用。其成因機(jī)制可分為兩種情況：一種為原始有機(jī)質(zhì)的生烴增壓；另一種為流體排出受阻形成了地層超壓。

儲(chǔ)集層附近烴源巖中干酪根成熟后生成的石油、天然氣和水的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原干酪根本身的體積，據(jù)Harwood計(jì)算，含1%有機(jī)碳的烴源巖，所產(chǎn)生流體體積的凈增率是0.12%～0.16%，相當(dāng)于孔隙度為10%的頁(yè)巖總孔隙度體積的4.5%～5.0%[42]。此外，多相流體滲透率之和約為單相流體滲透率的10%，烴類(lèi)排出和水形成多相流體，導(dǎo)致流體排出受阻，形成超壓[2]，成巖作用早期油氣充注能夠很好地保存孔隙(圖2)。因此，超壓層的孔隙度在隨深度變化趨勢(shì)上表現(xiàn)為明顯的異常高值，如臨南洼陷沙河街組孔隙度隨深度變化趨勢(shì)中，夏35井和夏501井分別在3 260 m和3 525 m深度處出現(xiàn)超壓層，孔隙度高于正常趨勢(shì)段(圖3)。

圖2 顯微鏡下烴類(lèi)的早期占位現(xiàn)象Fig.2 Early Occupancy of Hydrocarbons Under Microscope

圖件引自文獻(xiàn)[42]圖3 臨南洼陷沙河街組孔隙度隨深度變化趨勢(shì)Fig.3 Variation Trends of Porosity with Depth for Shahejie Formation in Linnan Subsag

3 油氣充注伴隨著有機(jī)酸的溶蝕作用

溶蝕作用在儲(chǔ)集層成巖演化中扮演著重要的增孔作用，根據(jù)礦物種類(lèi)和流體性質(zhì)主要分為4類(lèi)重要溶蝕作用：①大氣淡水的溶蝕作用；②有機(jī)酸的溶蝕作用，主要溶蝕長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物；③堿性條件下石英的溶蝕作用；④碳酸鹽巖中TSR溶蝕作用。上述眾多的溶蝕作用中，有機(jī)酸的溶蝕作用最為普遍，有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中，干酪根的含氧側(cè)鏈在熱演化早期階段的大量斷裂會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，且微生物代謝也會(huì)產(chǎn)生一定量的有機(jī)酸，這些有機(jī)酸隨著油氣充注進(jìn)入儲(chǔ)集層之后會(huì)對(duì)方解石、長(zhǎng)石等易溶礦物進(jìn)行溶蝕，同時(shí)為石英次生加大提供SiO2來(lái)源，因此，碎屑巖儲(chǔ)集層中常見(jiàn)長(zhǎng)石溶解與石英次生加大的共生現(xiàn)象。早期連生的碳酸鹽膠結(jié)物可在一定程度上增加巖石的抗壓實(shí)強(qiáng)度(圖4)，在上覆沉積物不斷增加的埋藏成巖過(guò)程中可保存巖石的部分孔隙。進(jìn)入成巖中期，隨著有機(jī)質(zhì)不斷成熟，儲(chǔ)集層中油氣充注往往會(huì)伴隨著有機(jī)酸的充注，這些早期膠結(jié)的方解石膠結(jié)物在酸性流體作用下會(huì)發(fā)生部分溶蝕，從而增加了巖石的孔隙度和孔喉連通性，使得巖石物性變好。

4 油氣充注抑制膠結(jié)作用

油氣在儲(chǔ)集層中的充注和聚集可改變孔隙水的化學(xué)組成，從而導(dǎo)致孔隙水中無(wú)機(jī)離子濃度的降低，并通過(guò)改變孔隙水的pH值或通過(guò)烴類(lèi)流體部分替換孔隙水而阻礙了礦物-離子之間的物質(zhì)交換，從而抑制了新的自生礦物的形成和礦物的交代與轉(zhuǎn)化。總體上，油氣充注可抑制膠結(jié)作用、交代作用、重結(jié)晶作用等。

4.1 石英次生加大

成巖過(guò)程中，在各類(lèi)長(zhǎng)石的溶蝕和黏土礦物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中往往會(huì)釋放出Si4+，酸性環(huán)境下這些Si4+會(huì)附著在石英顆粒邊緣生長(zhǎng)，從而形成次生加大邊，且次生加大邊中常發(fā)育油-水兩相包裹體。因此，當(dāng)儲(chǔ)集層中充注的油氣較少時(shí)，孔隙中的含油飽和度較低，石英次生加大仍會(huì)持續(xù)進(jìn)行(圖5)；當(dāng)含油飽和度較高時(shí)，石英次生加大現(xiàn)象才會(huì)停止[40]。Haszeldine等通過(guò)研究得出油氣充注使得孔隙中的含水飽和度低于20%時(shí)，會(huì)抑制石英次生加大生長(zhǎng)[43]。Worden等也認(rèn)為親水儲(chǔ)集層的含油飽和度需要達(dá)到較大值才能抑制石英次生加大膠結(jié)作用，而親油儲(chǔ)集層僅需要相對(duì)較低的含油飽和度即可對(duì)石英次生加大膠結(jié)作用產(chǎn)生抑制效應(yīng)[44]。

當(dāng)油氣充注時(shí)間較早時(shí)，孔隙中的油氣會(huì)驅(qū)替原先孔隙中富含礦物質(zhì)的孔隙水，因此，礦物的沉淀和膠結(jié)會(huì)受到抑制；當(dāng)油氣充注時(shí)間較晚或者孔隙中早期充注的油氣飽和度較低時(shí)，石英次生加大可能已經(jīng)形成。Marchand等將Miller油田油-水層的孔隙度和石英膠結(jié)率隨深度變化趨勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比[1]，結(jié)果表明孔隙度隨深度增大而減小的趨勢(shì)與石英膠結(jié)率隨深度增大而增大的趨勢(shì)呈“鏡像關(guān)系”(圖6)，且在油氣充注中油層的石英膠結(jié)作用明顯較弱，而水層的石英膠結(jié)作用較強(qiáng)。因此，油氣充注對(duì)孔隙的保存具有一定貢獻(xiàn)。

自生石英生長(zhǎng)的開(kāi)始時(shí)間受埋藏史和地層溫度控制，可根據(jù)自生石英中流體包裹體的均一溫度得出，結(jié)合埋藏史可進(jìn)一步判斷石英膠結(jié)作用與油氣充注的先后次序，從而評(píng)價(jià)油氣充注對(duì)儲(chǔ)集層的影響。Marchand 等通過(guò)研究Miller油田Brae組砂巖埋藏史，得出其石英次生加大開(kāi)始溫度為70 ℃，對(duì)應(yīng)時(shí)間為70 Ma，油氣充注時(shí)間為40 Ma，則自生石英持續(xù)生長(zhǎng)了30 Ma，油氣充注前已經(jīng)發(fā)生大量的石英膠結(jié)作用，油氣充注后膠結(jié)作用得到一定程度抑制[1]。

Walderhaug提出了一種動(dòng)力學(xué)方程用于定量計(jì)算油氣充注對(duì)石英膠結(jié)率的影響[6]。其計(jì)算公式為

lnr=lnB-Ea/(RT)

(1)

式中：r為石英膠結(jié)率；B為頻率因子；Ea為活化能；R為氣體常數(shù)；T為開(kāi)爾文溫度。

圖4 早期連生的方解石膠結(jié)物Fig.4 Early Continuous Growth Calcite Cements

圖5 低含油飽和度條件下石英次生加大Fig.5 Secondary Growth of Quartz Under Low Oil Saturation Conditions

圖件引自文獻(xiàn)[1]圖6 Miller油田孔隙度和石英膠結(jié)率隨深度變化趨勢(shì)對(duì)比Fig.6 Comparison of the Variation Trends Between Porosity and Quartz Cementation Rate with Depth in Miller Oilfield

式(1)中的常數(shù)通常采用挪威大陸架的數(shù)據(jù)，即Ea=58 J·mol-1，B=5×10-12。Marchand等將該公式進(jìn)行了修正，認(rèn)為B=2.8×10-12更為合適Miller油田Brae組砂巖，并對(duì)該儲(chǔ)集層進(jìn)行了模擬計(jì)算，得出其石英膠結(jié)率的理論預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值相關(guān)關(guān)系(圖7)[1]。結(jié)果顯示，該儲(chǔ)集層的油氣充注使得油層的石英膠結(jié)率實(shí)測(cè)值比理論預(yù)測(cè)值降低最高為15%，而水層的石英膠結(jié)率實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值基本相當(dāng)(圖7)。根據(jù)上述研究成果可以判斷油氣充注優(yōu)先通過(guò)的區(qū)域，其石英膠結(jié)率較小，孔隙度較好。因此，通過(guò)對(duì)自生石英的定量化計(jì)算，根據(jù)其含量分布特征可判斷油氣的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑。

圖件引自文獻(xiàn)[1]圖7 Miller油田Brae組砂巖石英膠結(jié)率的理論預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值相關(guān)關(guān)系Fig.7 Correlation Between the Theoretical Predicted and Measured Values of Quartz Cementation Rate in Brae Formation Sandstones of Miller Oilfield

石英膠結(jié)物的形成主要涉及到硅質(zhì)來(lái)源、硅質(zhì)運(yùn)移和硅質(zhì)沉淀。任何環(huán)節(jié)被減緩、阻礙或抑制都能影響自生石英的生長(zhǎng)，早期油氣充注可以通過(guò)改變孔隙水從而阻斷硅質(zhì)來(lái)源，但對(duì)于硅質(zhì)運(yùn)移和硅質(zhì)沉淀的控制在后續(xù)研究中也不容忽視。

4.2 碳酸鹽膠結(jié)物

油氣充注對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①油氣注入會(huì)抑制碳酸鹽礦物的沉淀；②有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中釋放的有機(jī)酸和高溫時(shí)油氣裂解釋放的有機(jī)酸均對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物具有一定的溶蝕作用[45-46]。烴類(lèi)在壓差作用下運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層時(shí)，伴隨著大量有機(jī)酸和源巖中的溶解物，在儲(chǔ)集層/源巖的界面附近受界面效應(yīng)的影響，形成早期的碳酸鹽包殼，完全運(yùn)移至儲(chǔ)集層后，早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物和長(zhǎng)石等易溶組分會(huì)發(fā)生部分溶蝕，生成富含Ca2+、Si4+、Fe2+流體和高嶺石等礦物，局部沉淀出微晶含鐵碳酸鹽膠結(jié)物和自生石英。隨著油氣充注過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，儲(chǔ)集層內(nèi)部出現(xiàn)局部油、水分異活動(dòng)，含鐵碳酸鹽膠結(jié)物變細(xì)晶—中晶。油氣充注晚期，油、水分異完成，在油-水界面附近形成連晶含鐵碳酸鹽膠結(jié)物。油-水兩相流體運(yùn)移時(shí)，由壓力降低引起的流體內(nèi)部CO2分壓降低，導(dǎo)致在流動(dòng)界面上碳酸鹽礦物沉淀，但在油氣充注儲(chǔ)集層的增壓過(guò)程中，隨著儲(chǔ)集層內(nèi)部壓力的增高，部分碳酸鹽礦物會(huì)逐漸發(fā)生溶解，使得砂體邊緣的碳酸鹽包殼反復(fù)置換，構(gòu)成復(fù)雜的儲(chǔ)集空間面貌。

油氣充注對(duì)碳酸鹽沉淀或溶解的影響受溫度-壓力條件和含油飽和度控制。葛云錦等通過(guò)人工合成碳酸鹽烴類(lèi)包裹體實(shí)驗(yàn)證明了油氣充注不會(huì)使方解石停止生長(zhǎng)，且油水質(zhì)量比大于70%時(shí)，方解石的沉淀明顯受到抑制(圖8)；同時(shí)認(rèn)為油成熟度越高，對(duì)自生礦物生長(zhǎng)的抑制作用越強(qiáng)[13]，當(dāng)?shù)貙訙囟仍?00 ℃以上時(shí)，方解石發(fā)生明顯的溶蝕作用[47]。陳勇等通過(guò)實(shí)驗(yàn)室人工合成了包裹體，并對(duì)儲(chǔ)集層包裹體形成機(jī)制和分布特征的主控因素進(jìn)行了研究[48]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方解石中的包裹體明顯多于石英中的包裹體，石油更易進(jìn)入親油礦物裂隙，使得裂隙被浸染而未愈合，親水礦物外部的水膜易將石油與礦物分隔開(kāi)，裂隙中的水可不斷提供晶體生長(zhǎng)所需要的物質(zhì)，從而使之持續(xù)生長(zhǎng)。

圖件引自文獻(xiàn)[13]圖8 實(shí)驗(yàn)?zāi)M的烴類(lèi)包裹體數(shù)量變化Fig.8 Quantitative Variation of Hydrocarbon Inclusions Based on Experimental Simulation

4.3 黏土礦物

前人研究結(jié)果顯示，油氣充注對(duì)伊利石和綠泥石兩種黏土礦物的生長(zhǎng)具有較為明顯的抑制作用[42,49]，含油飽和度和自生黏土礦物含量成反相關(guān)關(guān)系。段云歌等統(tǒng)計(jì)了臨南洼陷沙河街組儲(chǔ)集層中的黏土礦物含量，干層中伊利石含量較高，最高可達(dá)45%，隨著含油飽和度增加，伊利石含量逐漸下降，油浸儲(chǔ)集層的伊利石含量(體積分?jǐn)?shù)，下同)僅為10%[42]。

在微觀形貌上，油氣充注也會(huì)影響?zhàn)ね恋V物晶體的生長(zhǎng)。Friis等通過(guò)研究Faroe-Shetland盆地西南部Vaila組砂巖儲(chǔ)集層得出，開(kāi)放孔隙中油接觸顆粒表面的綠泥石膜較平滑，少見(jiàn)葉片狀綠泥石晶型，而顆粒接觸部位附近生長(zhǎng)的綠泥石晶型較好，因?yàn)槊?xì)管束縛水作用，油氣充注時(shí)未附著在該部位，使綠泥石可以繼續(xù)生長(zhǎng)出較好的晶型(圖9)[14]。

圖件引自文獻(xiàn)[14]圖9 Faroe-Shetland盆地西南部Vaila組砂巖儲(chǔ)集層中油氣充注對(duì)綠泥石晶型的影響Fig.9 Influence of Hydrocarbon Charging on the Growth of Chlorite from Vaila Formation Sandstones in the Southwest of Faroe-Shetland Basin

埋藏環(huán)境下的自生高嶺石主要來(lái)自于長(zhǎng)石的溶蝕，溶蝕長(zhǎng)石的酸性流體主要為與烴類(lèi)活動(dòng)相伴生的有機(jī)酸。因此，儲(chǔ)集層中的高嶺石含量多與其含油飽和度成正相關(guān)關(guān)系[50]。油水同層中的高嶺石含量最高，當(dāng)油水同層中H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%，酸性流體活動(dòng)性增強(qiáng)，長(zhǎng)石的溶解也隨之增強(qiáng)，從而促進(jìn)了高嶺石的生成。值得注意的是，大氣淡水溶蝕作用形成的高嶺石含量與油氣充注無(wú)關(guān)。

5 油氣充注與儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性的相互影響

巖石中碎屑顆粒和自生礦物的種類(lèi)、成分、含量以及排列方式?jīng)Q定著儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性，進(jìn)而影響著油氣充注阻力。尤其是黏土礦物充填在孔隙中或者附著在顆粒表面，直接影響著孔隙壁對(duì)液體的吸附力、界面張力、毛管壓力以及潤(rùn)濕性[51]，進(jìn)而影響著油氣運(yùn)移和成藏。當(dāng)砂巖顆粒緊密接觸時(shí)，薄膜狀黏土礦物末端的纖維狀物質(zhì)相互交叉形成黏土橋，增加孔隙的復(fù)雜程度，將較大直徑的孔隙和喉道分割為數(shù)個(gè)較小直徑的孔隙和喉道，從而增加了流體的運(yùn)移阻力。

陳勇等研究得出碎屑巖中的石英、長(zhǎng)石是親水礦物，但在油氣成藏過(guò)程中，油氣充注使其活性物質(zhì)的極性端被吸附在顆粒表面，形成油膜，從而使得儲(chǔ)集層變?yōu)橛H油性質(zhì)[48,51]。儲(chǔ)集層由親水變?yōu)橛H油可減小后期油氣充注的阻力，如鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長(zhǎng)81段低滲儲(chǔ)集層的成藏中，第一次油氣充注發(fā)生在晚白堊世，其形成的原生油氣藏雖被后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造和破壞，但該期的油氣充注改變了儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性，凡是儲(chǔ)集或者運(yùn)移過(guò)原油的儲(chǔ)集層均變?yōu)橹行浴跤H油性，使毛細(xì)管力成為油氣充注的主要?jiǎng)恿52]。方解石礦物的親油和親水特征不明顯，但先進(jìn)入的流體運(yùn)移較為容易，后進(jìn)入的流體則很難將先進(jìn)入的流體驅(qū)替出來(lái)。固體有機(jī)質(zhì)和硫化物為憎水礦物[48]。

巖石中大量存在的黏土礦物也影響著巖石的潤(rùn)濕性。黏土礦物因晶格組成的差異而具有不同的潤(rùn)濕性：蒙脫石和伊利石為親水礦物，蒙脫石具有較強(qiáng)的離子交換能力，大量吸附水附著在顆粒表面使之具有親水性；高嶺石的離子交換能力較差，吸水性較弱，容易在其表面形成油膜使之具有親油性。因此，油氣充注過(guò)程中，長(zhǎng)石的溶蝕及其高嶺石化作用不僅能產(chǎn)生次生孔隙，增大儲(chǔ)集空間，而且還能改變儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性，使其變?yōu)槿跤H油性質(zhì)，有利于油氣充注。深究其機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，黏土礦物的潤(rùn)濕性主要受控于其分子結(jié)構(gòu)[52]。蒙脫石(Al2Mg2Si4O10(OH)2·nH2O)為2∶1型層狀結(jié)構(gòu)含水鋁硅酸鹽，具有強(qiáng)膨脹性，由兩片(Si,Al)-O四面體片中間夾一片Al(Mg,Fe)-(O,OH)八面體片組成，該晶體的每一單元層的兩面都是(O)層，層與層之間通過(guò)分子吸力維持，遇水易分散，同時(shí)吸附可交換的陽(yáng)離子(如Na+、Ca2+)，用以平衡置換引起的正電荷虧損，蒙脫石的晶間距相對(duì)較大，為1.4 nm。高嶺石(Al2Si2O5(OH)4)為1∶1型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，由一片(Si,Al)-O四面體片和一片Al-(O,OH)八面體片組成，該晶體的每一單元層的兩面分別為 (OH)層和(O)層，其中(OH)層具有很強(qiáng)的極性，在片與片之間容易形成氫鍵，引力很強(qiáng)，晶間距僅為0.72 nm，晶格中幾乎沒(méi)有離子交換能力，水不易進(jìn)入，因而這類(lèi)黏土礦物比較穩(wěn)定，不易分散。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)烴源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟自中成巖階段A期開(kāi)始，低成熟或成熟有機(jī)質(zhì)生成的油氣開(kāi)始充注到儲(chǔ)集層中，后期隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)集層的改造，可能發(fā)生二次或多次油氣充注和運(yùn)移聚集，形成次生油氣藏。不同地區(qū)儲(chǔ)集層中油氣充注情況存在較大的差異性，多數(shù)區(qū)塊存在多期充注，并最終形成現(xiàn)今的油氣富集格局。因此，油氣充注的時(shí)間可從中成巖階段A期到晚成巖階段，期間可持續(xù)充注，亦可間歇性充注。

(2)早期油氣充注可一定程度上增加儲(chǔ)集層的抗壓實(shí)作用，有利于孔隙的保存。其成因機(jī)制包括兩種情況：一種為原始有機(jī)質(zhì)的生烴增壓；另一種為流體排出受阻而在儲(chǔ)集層中形成地層超壓。

(3)有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中，干酪根的含氧側(cè)鏈在熱演化早期階段大量斷裂產(chǎn)生有機(jī)酸，且微生物代謝也會(huì)產(chǎn)生一定量的有機(jī)酸，這些有機(jī)酸隨著油氣充注進(jìn)入儲(chǔ)集層之后會(huì)對(duì)方解石、長(zhǎng)石等易溶礦物進(jìn)行溶蝕，同時(shí)為石英次生加大提供SiO2來(lái)源。因此，油氣充注會(huì)帶來(lái)一系列溶蝕和沉淀作用，從而改變巖石的物性和孔隙結(jié)構(gòu)。

(4)油氣充注可改變儲(chǔ)集層中孔隙水的化學(xué)組成，從而導(dǎo)致孔隙水中無(wú)機(jī)離子濃度的降低，并通過(guò)改變孔隙水的pH值或通過(guò)烴類(lèi)流體部分替換孔隙水而阻礙了礦物-離子之間的物質(zhì)交換，從而抑制了新的自生礦物的形成和礦物的交代與轉(zhuǎn)化?？傮w上，油氣充注可抑制石英次生加大，促進(jìn)碳酸鹽礦物的溶蝕作用以及改變黏土礦物的晶型和含量等。

(5)早期油氣充注使其活性物質(zhì)的極性端被吸附在顆粒表面，形成油膜，從而使得儲(chǔ)集層變?yōu)橛H油性質(zhì)，儲(chǔ)集層由親水變?yōu)橛H油又可減小后期油氣充注的阻力。