珠一坳陷陸豐地區(qū)文昌組成巖作用特征及孔隙發(fā)育成因

呂正祥，文 藝，趙 福，曹勤明，張 琴

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059;2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059;3.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

0 引 言

珠江口盆地陸豐凹陷屬于富烴凹陷，遠(yuǎn)景石油儲量豐富[1]。近50 a以來，隨著對古近系油氣勘探的重視，先后發(fā)現(xiàn)LF14、LF13、LF8等油田和含油構(gòu)造，顯示了陸豐凹陷古近系文昌組巨大的油氣勘探潛力[2-3]。研究區(qū)文昌組的儲層類型主要為孔隙型儲層，對于孔隙組成及其成因進(jìn)行分析，將有助于指導(dǎo)該地區(qū)文昌組的儲層預(yù)測。目前，對孔隙成因的研究主要集中于分析致密儲層次生孔隙的成因機(jī)理，前人認(rèn)識到文昌組砂巖的孔隙發(fā)育由沉積壞境、埋藏背景、構(gòu)造活動、成巖作用及流體性質(zhì)等多種因素綜合作用形成[4-9]。不同類型孔隙的成因機(jī)理不同，對優(yōu)質(zhì)儲層的預(yù)測方向也大相徑庭，因此，研究儲層的孔隙組成特征,分析不同孔隙的成因類型及其控制因素，對預(yù)測未知區(qū)域的儲層有著重要的意義[10-11]。對陸豐凹陷文昌組孔隙主要類型及其發(fā)育成因進(jìn)行分析，有助于指導(dǎo)陸豐凹陷古近系文昌組的儲層預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地是中國南海最大的產(chǎn)油氣區(qū)之一，面積約為17.5×104km2，是在古生代及中生代復(fù)雜褶皺基底上形成的新生代含油氣盆地[12-13]。珠一坳陷是珠江口盆地北部坳陷帶的一個負(fù)向構(gòu)造單元，坳陷內(nèi)部次級凹陷分布格局具有東西分塊的特征。陸豐凹陷位于珠一坳陷的東部，面積為7 760 km2(圖1)。陸豐凹陷古近系自下而上為文昌組、恩平組和珠海組。

研究目的層為文昌組，由于陸豐凹陷缺失神狐組，文昌組不整合或假整合于前古近系基底之上[14]，埋深普遍大于3 000 m，厚度為300～2 600 m。文昌組沉積期湖盆經(jīng)歷了初始形成、鼎盛、萎縮3個階段，組成一個完整的裂陷旋回[15]，其中，湖盆初始形成期沉積主要為辮狀河三角洲水下分流河道砂巖夾薄層泥巖，湖盆鼎盛期沉積主要為半深湖厚層泥巖，湖盆萎縮期沉積主要以濱淺湖砂泥巖互層為主[16]。

圖1 陸豐凹陷構(gòu)造位置

2 儲層巖石學(xué)與儲集特征

2.1 巖石學(xué)特征

陸豐凹陷文昌組93個砂巖樣點(diǎn)顯微薄片分析結(jié)果表明，碎屑顆粒組成特征為：Q(石英碎屑、燧石和石英巖等其他硅質(zhì)巖巖屑)平均為82.33%，F(xiàn)(長石碎屑、花崗巖巖屑與花崗片麻巖巖屑等)平均為14.63%，R(除上述Q、F中的巖屑以外的其他巖屑和碎屑云母、碎屑綠泥石等)平均為3.04%，文昌組砂巖整體表現(xiàn)為高Q、低F、低R的特征。文昌組巖石類型主要為長石石英砂巖，少量長石砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖。砂巖填隙物含量低，粒度較粗，以中砂巖類和粗砂巖類為主，分選以中等為主，顆粒間接觸方式主要為點(diǎn)-線接觸，磨圓度主要為次棱—次圓狀。整體而言，陸豐凹陷文昌組砂巖的成分、結(jié)構(gòu)成熟度均較高。

2.2 物性特征

陸豐凹陷文昌組砂巖孔隙度為1.50%～20.00%，平均為9.68%，主要分布為10.00%～15.00%；滲透率最高達(dá)271.45 mD，最低為0.01 mD，平均為15.24 mD，主要分布在0.01～10.00 mD，主要表現(xiàn)為低孔、特低滲—低滲特征。

2.3 孔隙類型

圖2為陸豐凹陷文昌組LF14井區(qū)不同孔隙類型。通過鏡下薄片及掃描電鏡分析，陸豐凹陷文昌組孔隙類型多樣，可見殘余原生孔、粒間溶蝕擴(kuò)大孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、鑄模孔等(圖2)。在上述孔隙類型中，殘余原生孔為原生孔，粒間溶蝕擴(kuò)大孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、鑄?？诪榇紊?，但粒間溶孔則含有殘余原生孔和粒間溶蝕擴(kuò)大孔兩部分。為分析孔隙發(fā)育成因，需進(jìn)一步明確砂巖中發(fā)育的原生孔、次生孔比例，特別需要明確粒間孔中殘余原生孔和粒間溶蝕擴(kuò)大孔各自的含量。通過薄片顯微點(diǎn)計法對各類孔隙進(jìn)行了定量統(tǒng)計，特別是統(tǒng)計出了粒間溶孔中的殘余原生孔和溶蝕擴(kuò)大孔部分。

為進(jìn)一步分析各類孔隙的形成原因，將上述幾種孔隙類型重新劃分為殘余原生孔、顆粒溶孔、膠結(jié)物溶孔及晶間孔等4類，其中，顆粒溶孔包括了鑄模孔、粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔的溶蝕擴(kuò)大孔部分。對文昌組砂巖中各類型孔隙含量進(jìn)行統(tǒng)計：殘余原生孔含量為2.37%，顆粒溶孔含量為3.35%，膠結(jié)物溶孔含量為2.75%，晶間孔極少，含量僅有0.17%。

圖2 陸豐凹陷文昌組LF14井區(qū)不同孔隙類型

3 成巖作用

3.1 壓實(shí)作用

陸豐地區(qū)文昌組砂巖壓實(shí)作用較強(qiáng)(圖3a、b)，主要表現(xiàn)為：①塑性巖屑如火山巖與沉積巖巖屑、云母等被擠壓發(fā)生彎曲，或呈假雜基狀；②顆粒間的線接觸，局部凹凸?fàn)罱佑|；③原生孔大量損失，部分砂巖或部分視域中原生孔隙損失殆盡。

3.2 膠結(jié)作用

陸豐地區(qū)文昌組儲層中膠結(jié)類型較多，但總量不高，常見的有方解石、鐵方解石、石英、高嶺石、伊利石等。

方解石是文昌組中最常見的膠結(jié)物(圖3c，茜素紅染色，紅色部分為方解石膠結(jié)物)，另見少量鐵方解石(圖3a，深紅色部分)，方解石主要有2種賦存狀態(tài)：早期主要呈孔隙式和連晶式產(chǎn)出；中晚期多呈分散狀孔充填于粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔中。

文昌組砂巖中還多見自生石英，主要以孔隙充填、次生加大邊的形式產(chǎn)出(圖3b)。

文昌組砂巖中還發(fā)育自生高嶺石和伊利石等黏土礦物。高嶺石有2種產(chǎn)出形式：一種占據(jù)粒間孔，晶體較臟、細(xì)小；另一種晶體干凈、粗大，呈假六方板狀，集合體呈書頁狀或蠕蟲狀(圖3d)，充填于粒間或粒內(nèi)孔中，并富晶間孔隙。而自生伊利石主要以網(wǎng)狀形式產(chǎn)出。

3.3 溶蝕作用

陸豐凹陷文昌組溶蝕作用可分為2種類型：一種為顆粒溶孔，主要為長石的溶蝕(圖3e)，常見長石沿解理縫和雙晶面溶解呈蜂窩狀溶孔，形成長石粒內(nèi)溶孔，且可完全溶解形成鑄?？?圖2f)，其次能見到一定量的巖屑溶蝕，主要為花崗巖巖屑溶蝕；另一種溶蝕作用類型為早期膠結(jié)物的溶蝕，主要是方解石的溶蝕，在鏡下能見到明顯的方解石溶蝕殘余(圖2c)。

3.4 烴類充注

在顯微薄片及熒光薄片下，陸豐凹陷文昌組可見明顯的油氣充注痕跡和瀝青殘余，賦存狀態(tài)包括：①充填孔隙空間，有的以瀝青形式分布在粒間，有的則以液態(tài)形式充填于粒間，在熒光照片下發(fā)綠色光，有的可見明顯的多期熒光，較早一期發(fā)綠色光，較晚一期發(fā)黃綠色光，主要分布在孔隙中間(圖3f、g)；②以瀝青形式產(chǎn)出于粒間孔隙外圍，主要為瀝青襯墊形式出現(xiàn)(圖3h)，也屬于早期充注烴類演化形成。此外，還有一種烴類產(chǎn)出形式是以瀝青沿著裂縫、裂紋等進(jìn)行分布，應(yīng)該屬于儲層較為致密后充注形成。

4 儲層孔隙發(fā)育成因

4.1 殘余原生孔成因

4.1.1 遠(yuǎn)源高能沉積

物源往往控制著碎屑巖的初始成分，進(jìn)而對其后的成巖作用產(chǎn)生重要影響。由陸豐凹陷文昌組砂巖ZTR指數(shù)與儲層孔隙度關(guān)系可知(圖4)，二者呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，隨著ZTR指數(shù)的變大，儲層物性逐漸變好，顯示了物源通過控制儲層巖石的成分，進(jìn)而控制儲層埋藏期后的壓實(shí)、膠結(jié)以及溶蝕作用等，從而對儲層物性產(chǎn)生了明顯控制作用。陸豐凹陷文昌組沉積微相主要為分流河道、河口壩等遠(yuǎn)源高能環(huán)境沉積，砂巖的成分、結(jié)構(gòu)成熟度均較高，初始粒間孔好；Q含量高、雜基少，砂巖抗壓實(shí)性能強(qiáng)，利于原生孔保存。

圖3 LF14井區(qū)成巖作用鏡下特征

圖4 文昌組砂巖ZTR指數(shù)與孔隙度關(guān)系

4.1.2 壓實(shí)作用

在陸豐凹陷文昌組砂巖的負(fù)膠結(jié)物孔隙度投點(diǎn)圖中，絕大多數(shù)樣品都投在圖的左下區(qū)域(圖5)，說明壓實(shí)作用是造成孔隙度降低的最重要因素。陸豐地區(qū)在文昌組沉積末期有一次明顯的抬升剝蝕，其后，進(jìn)入較為緩慢的埋深階段，該埋藏方式有效地降低了壓實(shí)作用對原生孔隙的破壞。

圖5 陸豐凹陷文昌組負(fù)膠結(jié)物孔隙度投點(diǎn)圖

4.1.3 烴類充注

在生烴洼陷中，文昌組沉積末期發(fā)生構(gòu)造抬升形成古斜坡，下伏富烴洼陷的烴源巖Ro值最高達(dá)到0.681，已開始排烴，烴類早期注入上覆文昌組砂巖儲層，注入后形成的異常壓力減弱了進(jìn)一步的壓實(shí)作用，使得文昌組的原生粒間孔得以較好保存。文昌組原生孔發(fā)育的砂巖中，常有明顯的早期烴類充注現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為有瀝青襯墊，充填瀝青最高可以達(dá)到4%，反映了早期烴類注入對孔隙的保護(hù)作用。

4.2 顆粒溶孔成因

文昌組砂巖中的溶蝕顆粒主要為長石和花崗巖巖屑中的長石斑晶；電子探針顯示溶蝕的長石主要為鈉長石(表1)，在陰極發(fā)光分析中還可見發(fā)天藍(lán)色光的鉀長石溶蝕殘余(圖3)。導(dǎo)致文昌組顆粒溶蝕的主要流體為生烴洼陷內(nèi)烴源巖生烴過程中所生成的有機(jī)酸，有機(jī)酸沿著運(yùn)移輸導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)移至低勢區(qū)(如斜坡帶、隆起部位等)，對砂巖中的易溶顆粒進(jìn)行溶蝕而形成大量顆粒溶孔。文昌組砂巖中顆粒溶蝕常見，但現(xiàn)今殘留的長石含量較低，亦反映了文昌組砂巖中長石溶蝕較發(fā)育。

4.3 膠結(jié)物溶孔成因

陸豐凹陷文昌組砂巖存在較多含量的早期方解石膠結(jié)物，為后期大氣酸性水溶蝕提供了基礎(chǔ)，同時減弱了進(jìn)一步的機(jī)械壓實(shí)作用；砂巖埋藏后經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動，特別是在珠海組沉積前，經(jīng)歷的裂陷活動形成了較多的斷裂裂縫，溝通了大氣淡水和文昌組砂巖，為砂巖中的碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶蝕作用提供了良好酸性流體運(yùn)移通道和充足的酸性流體，造成文昌組砂巖中的方解石膠結(jié)物溶孔較為發(fā)育，其在面孔率中的含量達(dá)到32%。

4.4 晶間孔成因

陸豐凹陷文昌組的晶間孔主要發(fā)育在長石顆粒溶蝕所產(chǎn)生的高嶺石中，主要分布在顆粒溶孔和粒間孔隙中(圖3d)。高嶺石晶體間孔隙較為發(fā)育，陰極發(fā)光下為靛藍(lán)色，掃描電鏡下清晰可見書頁狀的高嶺石及其晶片間的孔隙。此外，在自生的伊利石、綠泥石中也發(fā)育晶間孔。

5 結(jié) 論

(1) 陸豐凹陷文昌組砂巖經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和烴類充注等復(fù)雜的成巖作用，造就了儲層中復(fù)雜的孔隙構(gòu)成。

表1 陸豐凹陷文昌組碎屑顆粒含量電子探針分析結(jié)果

(2) 砂巖中主要發(fā)育殘余原生孔、顆粒溶孔和膠結(jié)物溶孔，三者的面孔率含量各自為：殘余原生孔為2.37%，顆粒溶孔為3.35%，膠結(jié)物溶孔為2.75%，晶間孔極少，含量僅為0.17%。

(3) 陸豐凹陷文昌組砂巖多沉積于遠(yuǎn)源高能環(huán)境，成分、結(jié)構(gòu)成熟度較高，初始粒間孔好；Q含量高、雜基少，砂巖抗壓實(shí)性能強(qiáng)，利于原生孔保存；早期烴類注入后形成的異常壓力有利于減弱壓實(shí)作用對已有孔隙的破壞，使得文昌組的原生粒間孔得以較好保存。

(4) 文昌組生烴洼陷中的烴源巖在成熟過程中有機(jī)酸大量生成，文昌組沉積末期形成的古構(gòu)造提供了有利于有機(jī)酸運(yùn)移進(jìn)入砂巖中的斜坡帶、隆起部位等低勢區(qū)，對文昌組砂巖中的長石、花崗巖巖屑等易溶顆粒進(jìn)行溶蝕形成了大量的顆粒溶孔。

(5) 恩平組—珠海組沉積時發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動形成了溝通大氣淡水和文昌組砂巖的古斷裂，為砂巖中的碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶蝕作用提供了良好酸性流體運(yùn)移通道和充足的酸性流體，形成大量膠結(jié)物溶孔。