烏石凹陷東區(qū)流沙港組成巖作用及次生孔隙發(fā)育特征

袁凌榮，孔令輝，商建霞，劉東華，侍文芳，饒 資

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

烏石凹陷是南海西部北部灣盆地南部坳陷的一個次級構(gòu)造單元，位于北部灣盆地南部坳陷的東北部[1]。近年來，烏石凹陷的勘探主要集中在凹陷東區(qū)，并取得了較大的突破，潿洲組和流沙港組都具有良好的油氣發(fā)現(xiàn)，其中具有商業(yè)性價值的油氣主要位于流沙港組。截至目前，前人針對烏石凹陷東區(qū)流沙港組的研究主要集中在沉積相[2-3]和儲層物性[4-6]等方面，對成巖作用及孔隙演化的研究極少[7]，且未涉及儲層次生孔隙發(fā)育帶。因此，本文運用巖石薄片、掃描電鏡和X 射線分析等手段對烏石凹陷東區(qū)成巖作用和次生孔隙發(fā)育特征及形成機制進行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏石凹陷是新生代形成的具有“南斷北超”結(jié)構(gòu)特征的箕狀凹陷，北鄰企西隆起，南靠流沙凸起，總面積約2 600 km2[8-9]。作為北部灣盆地的一部分，烏石凹陷經(jīng)歷了斷陷（張裂）、斷坳、坳陷（裂后）三個階段，自下而上發(fā)育古近系長流組、流沙港組、潿洲組和新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組及第四系地層。烏石凹陷的烴源巖是流沙港組中深湖泥巖，主力烴源層位于流沙港組二段下部[10]。

研究區(qū)位于烏石凹陷東區(qū)，主要含油層位為流沙港組二段（以下簡稱流二段）和流沙港組三段（以下簡稱流三段），儲層埋深1 800 ～3 200 m，屬于中深埋藏。流三段沉積時期，研究區(qū)處在盆地快速張裂初期，水體較淺，發(fā)育扇三角洲-湖泊沉積體系，沉積物巖性較粗。隨后水體加深，在流二段發(fā)育三角洲-湖泊沉積體系，沉積物巖性變細。

2 儲層巖石學特征

流二段儲層以細砂巖、中細砂巖為主，巖石碎屑成分成熟度中等，分選中等、中等-好，呈次棱角狀-次圓狀，顆粒之間以點接觸、點-線接觸為主，雜基平均含量為4.4%，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，其次為孔隙-接觸膠結(jié)、接觸膠結(jié)。流三段以粗砂巖為主，其次為中細砂巖，巖石碎屑成分成熟度中等，分選中等-差，呈次棱角狀-次圓狀，顆粒之間以線接觸、線-凹凸接觸為主，雜基平均含量為5.1%，膠結(jié)類型以孔隙-接觸膠結(jié)為主，其次為孔隙式膠結(jié)、接觸膠結(jié)?？v向上，流二段的雜基含量低于流三段；平面上，離物源越遠，膠結(jié)物的含量越多，雜基含量越少。

3 成巖作用

成巖作用是指沉積物在沉積后到變質(zhì)作用之前所發(fā)生的各種物理、化學及生物變化[11]。烏石凹陷東區(qū)流二段和流三段儲層的成巖作用主要包括壓實壓溶作用、膠結(jié)作用以及溶解作用。

3.1 壓實壓溶作用

壓實作用屬于破壞性成巖作用[12-16]。研究區(qū)目的層由于地層埋深跨度大，造成了壓實作用的差異。埋藏深度小的地層，上覆巖層的壓力較小，機械壓實作用較弱，顆粒接觸關(guān)系以點接觸為主（圖1a）。隨著埋藏深度加大，壓實作用逐漸增強，顆粒接觸關(guān)系由點接觸逐漸過渡到線接觸（圖1b），表現(xiàn)為韌性顆粒變形、剛性顆粒破裂，顆粒接觸關(guān)系以線接觸為主（圖1c）。當埋深進一步加大后，顆粒接觸點處晶格發(fā)生變形和溶解，形成溶解作用，顆粒呈凹凸接觸（圖1d）。

圖1 顯微鏡下顆粒接觸關(guān)系

3.2 膠結(jié)作用

烏石凹陷東區(qū)目的層砂巖膠結(jié)作用普遍，致使原生孔隙明顯減少。按照膠結(jié)物種類劃分，目的層砂巖膠結(jié)方式可以分為：碳酸鹽膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和硫酸鹽膠結(jié)。

3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)在研究區(qū)流二段較常見，其中礦物類型主要為方解石、鐵方解石和少量白云石，呈星散狀分布于粒間孔中，局部呈連晶膠結(jié)，常交代長石和巖屑（圖2a）。碳酸鹽的物質(zhì)基礎(chǔ)主要來源于長石、火山碎屑及黏土礦物的溶解，析出大量Ca2+，從而引起方解石的沉淀。該反應同時使地層流體的pH值升高，方解石的溶解度降低，進一步促進方解石的沉淀。

3.2.2 黏土礦物膠結(jié)

黏土礦物是研究區(qū)主要的膠結(jié)物，自生黏土礦物主要有高嶺石、伊利石、綠泥石及伊蒙混層等（圖2b～f）。黏土礦物的形成條件多樣，取決于砂巖中礦物的成分、孔隙流體性質(zhì)及溫壓條件。在目的層砂巖中，早期沉積的長石在生烴早期產(chǎn)生的酸性流體作用下，形成大量高嶺石、伊利石及蒙皂石，隨著埋深加大，溫壓條件發(fā)生變化，黏土礦物開始轉(zhuǎn)化，形成綠泥石和伊蒙混層。

研究區(qū)流三段比流二段黏土礦物膠結(jié)嚴重，可能與埋深有較密切的關(guān)系，隨著埋深的加大，溫壓升高，致使更多的礦物向黏土礦物轉(zhuǎn)化。近物源地區(qū)黏土礦物膠結(jié)百分含量要比遠物源地區(qū)低，這是因為順物源方向埋藏深度不斷增加，有利于黏土礦物的形成。

3.2.3 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)目的層硅質(zhì)膠結(jié)較少。硅質(zhì)膠結(jié)最常見為氧化硅礦物，主要有隱晶質(zhì)與顯晶質(zhì)兩種形式，常見的礦物有蛋白石、玉髓及微晶石英等（圖2g）。石英可以呈微粒狀、細粒狀充填于孔隙中，也可以石英加大邊形式出現(xiàn)。

3.2.4 硫酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)目的層還可見少量硫酸鹽膠結(jié)，呈放射狀充填于粒間孔隙（圖2h），嚴重堵塞孔隙和喉道。

圖2 鏡下觀察礦物類型

3.3 溶解作用

顆粒及不穩(wěn)定組分的溶解是次生孔隙發(fā)育的直接途徑，可極大地改善儲層的儲集性能[17]。研究區(qū)目的層砂巖溶解作用較為普遍，主要表現(xiàn)為顆粒間泥質(zhì)雜基的溶解、長石或巖屑顆粒的溶解以及自生礦物的溶解。①顆粒間泥質(zhì)雜基的溶解（圖3a）：指生烴早期形成的有機酸溶液對泥質(zhì)雜基的溶解，形成次生孔隙；②長石或巖屑顆粒的溶解或部分溶解（圖3b）：主要是有機酸溶液對硅鋁酸鹽的選擇性溶解，通常伴隨交代作用的發(fā)生，因為長石風化作用使其轉(zhuǎn)化為高嶺石及方解石等自生礦物，而方解石不易被有機酸所溶解，這就導致烴類充注過程中，孔隙中大量析出方解石，甚至出現(xiàn)連晶膠結(jié)；③自生礦物的溶解（圖3c）：表現(xiàn)為成巖后期無機酸溶液對方解石礦物的溶解，溶液主要來自地層水或大氣淡水，形成的次生孔隙也是很好的儲集空間。

圖3 顯微鏡下溶解作用照片

研究區(qū)目的層砂巖儲層以填隙物和部分巖屑、長石溶蝕形成的粒間溶孔為主，顆粒溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔較少。巖石的雜基或膠結(jié)物溶解、溶蝕之后，在顆粒邊緣溶蝕而形成孔隙，被溶蝕的顆粒邊緣多呈不規(guī)則狀，流體的流動困難，但可使原生孔隙部分溶蝕孔隙空間得以恢復或形成新的次生孔隙，對孔隙度的貢獻很大。同時，巖屑、長石顆粒內(nèi)部被局部溶蝕也可產(chǎn)生孔隙，這類孔隙的孔徑小，連通性差，不能作為有效的儲集空間。但如果顆粒發(fā)生進一步溶蝕，孔隙逐漸增大，直至整個顆粒被溶蝕，則形成鑄模孔。該類孔隙孔徑大，且易與其他孔隙相連通，能在一定程度上改善巖石的儲集性能。自生黏土礦物（如高嶺石、伊利石、綠泥石等）在結(jié)晶的過程中形成晶間微孔，孔徑一般小于0.01 mm。研究區(qū)黏土礦物普遍發(fā)育，該類孔隙對儲層物性能起到一定的建設(shè)作用，也是一類較為重要的孔隙類型。

4 成巖階段及次生孔隙發(fā)育特征

根據(jù)中華人民共和國能源部行業(yè)標準“碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范”[18]，結(jié)合研究區(qū)成巖作用特征，確定流二段和流三段成巖階段已進入中成巖階段 A期，并可進一步劃分為A1、A2 兩個亞期（圖4）。

4.1 中成巖A1 亞期及次生孔隙發(fā)育特征

中成巖A1 亞期古地溫為85～140 ℃，有機質(zhì)處于低成熟階段，鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.5%～0.7%。砂巖次生孔隙發(fā)育，也保留部分原生孔隙，接觸類型主要為點-線接觸為主，膠結(jié)方式以孔隙式膠結(jié)為主，伊蒙混層中蒙皂石百分含量為15%～50%。此階段主要發(fā)育3 類次生孔隙發(fā)育帶，自上向下分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類。

Ⅰ類次生孔隙發(fā)育帶：埋深約為 1 800～2 040 m。由于埋藏較淺，壓實作用相對較弱，孔隙類型以原生孔隙為主。次生孔隙類型主要為云母、雜基和巖屑溶蝕形成的粒間溶孔。此次生孔隙發(fā)育帶的發(fā)育可使孔隙度由18.0%～19.0%增至24.0%～28.0%。

Ⅱ類次生孔隙發(fā)育帶：埋深約為 2 230～2 480 m。該次生孔隙發(fā)育帶次生孔隙發(fā)育最好，主要為長石顆粒、泥質(zhì)雜基和碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕形成的粒間溶孔和填隙物溶孔，以及長石顆粒溶蝕形成粒內(nèi)溶孔和鑄?？?。此次生孔隙發(fā)育帶的發(fā)育可使孔隙度由15.0%～17.0%增至23.5%～27.5%。

Ⅲ類次生孔隙發(fā)育帶：埋深約2 600～2 820 m。隨著埋藏深度增加，壓實作用進一步增強，膠結(jié)物大量形成，次生孔隙減少。次生孔隙類型主要為長石顆粒溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔及方解石溶解形成的粒間孔。此次生孔隙發(fā)育帶的發(fā)育可使孔隙度由14.0%～15.0%增至20.5%～24.0%。

圖4 烏石凹陷東區(qū)流二段、流三段成巖階段劃分

4.2 中成巖A2 亞期及次生孔隙發(fā)育特征

中成巖A2 亞期古地溫為85～140 ℃，有機質(zhì)處于成熟階段，Ro為0.7%～1.3%。砂巖發(fā)育大量次生孔隙，接觸類型主要為線接觸，少量點-線接觸，膠結(jié)方式主要為孔隙式膠結(jié)，少量鑲嵌式膠結(jié)，石英次生加大屬于Ⅲ級，伊蒙混層中蒙皂石百分含量小于50%。

此階段主要在流三段發(fā)育Ⅳ類次生孔隙發(fā)育帶：埋深約為3 100～3 180 m。由于埋深大，原生孔隙幾乎沒有保留，次生孔隙也有所減少。次生孔隙類型主要為長石顆粒溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔為主。此次生孔隙發(fā)育帶的發(fā)育可使孔隙度由 12.0%～13.0%增至15.0%～17.0%。

5 結(jié)論

（1）烏石凹陷東區(qū)流二段和流三段砂巖主要經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用和溶解作用等復雜成巖作用。溶解作用產(chǎn)生的次生孔隙極大地改善了儲層的儲集性能，主要表現(xiàn)在雜基或膠結(jié)物溶解、溶蝕之后，在顆粒邊緣形成不規(guī)則狀，使原生孔隙部分溶蝕孔隙空間得以恢復或形成新的次生孔隙。

（2）烏石凹陷東區(qū)目的層儲層整體處于中成巖階段A 期：流二段處于中成巖A1 亞期，保留部分原生孔隙，次生孔隙發(fā)育，接觸類型主要為點-線接觸為主；流三段處于中成巖A2 亞期，發(fā)育大量次生孔隙，接觸類型主要為線接觸。

（3）烏石凹陷東區(qū)目的層儲層發(fā)育4 類次生孔隙發(fā)育帶。Ⅱ類次生孔隙發(fā)育帶次生孔隙發(fā)育最好，空間上與生油層相鄰，是油氣勘探開發(fā)的有利方向。