珠江口盆地白云凹陷珠海組碎屑巖儲(chǔ)層特征及成因機(jī)制

呂成福，陳國(guó)俊，張功成，杜貴超, ，王琪，李超, ，李偉, ，陳吉,

(1. 中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州，730000；2. 中海石油(中國(guó))有限公司 北京研究中心，北京，100027；3. 中國(guó)科學(xué)院 研究生院，北京，100049)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地位于南海北部陸緣，是由于太平洋板塊向中國(guó)大陸的俯沖擠壓作用，在加里東、海西和燕山褶皺基底上發(fā)育的以新生代沉積為主的張性盆地[1]。白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷的深水區(qū)(圖1)，北接番禺低隆起，南至中部隆起，西連云開(kāi)低凸起，東鄰東沙隆起，總體上呈東西走向，包括白云東洼、主洼和西洼，面積約為2.55×104km2，是珠江口盆地面積最大、沉積最厚的凹陷，同時(shí)也是盆地的沉積和沉降中心，新生代沉積厚度超過(guò)11 km[2]。根據(jù)盆地淺水區(qū)勘探推測(cè)，白云凹陷存在始新統(tǒng)文昌組、始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)恩平組、上漸新統(tǒng)珠海組和下中新統(tǒng)珠江組4 套烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ和Ⅱ型為主[3]，同時(shí)，存在珠江組、珠海組和恩平組三套主要油氣儲(chǔ)集層系[4]。近年來(lái)，隨著我國(guó)南海東部深水區(qū)第一口探井(LW3-1-1井)在早中新世珠江組底部和晚漸新世珠海組獲得工業(yè)氣流，預(yù)測(cè)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為800～1 100億m3，白云凹陷深水區(qū)因具有巨大的油氣資源和勘探潛力越來(lái)越被人們所關(guān)注[4-7]。珠海組儲(chǔ)層主要為陸架邊緣三角洲前緣水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩砂體[5-8]。由于該區(qū)位于勘探程度低的深水區(qū)，鉆井?dāng)?shù)量較少，儲(chǔ)層物性特征及成因還缺乏細(xì)致的研究，這給該地區(qū)儲(chǔ)層物性的客觀預(yù)測(cè)和地質(zhì)儲(chǔ)量的準(zhǔn)確估算帶來(lái)較大的難度。在此，本文作者根據(jù)現(xiàn)有的鉆井資料，運(yùn)用儲(chǔ)層沉積學(xué)方法對(duì)白云凹陷珠海組儲(chǔ)層特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，查明深水區(qū)儲(chǔ)層物性特征及形成機(jī)制，以期對(duì)該地區(qū)天然氣勘探和開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)5口重點(diǎn)鉆井132個(gè)砂巖樣品的巖石薄片進(jìn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)表1)，并對(duì)本區(qū)砂巖巖石學(xué)類型進(jìn)行分類(見(jiàn)圖2)。碎屑巖儲(chǔ)層巖性主要為長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖，其次為巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖。石英大約 85.6%來(lái)源于花崗巖母巖的單晶石英，其余則來(lái)源于變質(zhì)巖的多晶石英；長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主，其次為變質(zhì)成因的斜長(zhǎng)石，同時(shí)含有少量條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石；巖屑成分較復(fù)雜，以變質(zhì)巖和火成巖成分為主，其中，發(fā)生輕微絹云母化的火成巖巖屑含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為 7.00%～25.00%，而燧石、石英片巖和千枚巖巖屑含量較少，一般為5.00%左右。整體上，泥質(zhì)雜基含量較少，一般為0.30%～8.90%，平均為3.27%，但在凹陷西斜坡珠海組下部局部層段鐵泥質(zhì)雜基較富集。結(jié)合掃描電鏡觀察和X線衍射分析得知，泥質(zhì)主要以高嶺石和伊利石礦物為主，而綠泥石含量較少，并且主要發(fā)育在西斜坡珠海組底部。雜基填隙物含量與沉積環(huán)境和砂巖分選性有關(guān)[9]，其平面分布明顯受沉積相帶控制。儲(chǔ)層膠結(jié)類型以接觸式和孔隙式膠結(jié)為主，膠結(jié)物主要為碳酸鹽膠結(jié)物，其次為硅質(zhì)膠結(jié)物和黏土礦物。其中，方解石碳酸鹽膠結(jié)物一般蝕變?yōu)殍F方解石和鐵白云石，偶爾可見(jiàn)少量的菱鐵礦。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Locations of studied area diagram

表1 白云凹陷珠海組砂巖主要碎屑成分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Content of clastic constituents in tertiary reservoir sandstones from Zhuhai Formation of Baiyun Sag

圖2 白云凹陷珠海組砂巖組分三角圖Fig.2 Components of sandstone triangle diagram in Zhuhai Formation of Baiyun Sag

總體上看，目前鉆井所揭示砂巖儲(chǔ)層的石英、長(zhǎng)石和巖屑的類型比較穩(wěn)定，剛性組分較多，巖屑等塑性組分較少，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高；碎屑顆粒以中-細(xì)粒徑為主，分選、磨圓中等，一般為次棱角狀-次圓狀，并且顆粒之間以點(diǎn)-線接觸為主，支撐方式多為顆粒支撐，但西斜坡上部鈣質(zhì)砂巖夾層內(nèi)碎屑顆粒之間呈懸浮式接觸，方解石膠結(jié)物以基底式膠結(jié)。

3 碎屑巖儲(chǔ)集特征

3.1 儲(chǔ)集空間類型

通過(guò)對(duì)白云凹陷主要探井儲(chǔ)層樣品的鑄體薄片和掃描電鏡觀察分析，研究區(qū)常見(jiàn)的孔隙類型有原生孔隙、不同程度粒間溶蝕孔隙和粒間溶蝕孔隙、長(zhǎng)石和巖屑粒內(nèi)溶蝕孔隙、生物體內(nèi)腔孔隙、膠結(jié)物晶間孔隙以及填隙物中微孔隙等。該套碎屑巖儲(chǔ)層中溶蝕作用非常強(qiáng)烈且十分普遍，致使各類溶蝕孔隙的面孔率一般占總孔隙的80%以上；所以，一般在粒間原生孔隙的基礎(chǔ)上，碳酸鹽膠結(jié)物和剛性顆粒邊緣發(fā)生溶蝕形成了粒間擴(kuò)大孔，原生孔隙很難識(shí)別。為了便于統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)將研究區(qū)孔隙歸納為以下4種類型。

(1) 原生孔隙。儲(chǔ)層中可見(jiàn)的有效原生孔隙主要為顆粒間壓實(shí)殘余孔隙，而早期基質(zhì)內(nèi)微孔隙、礦物解理縫及紋理縫基本上被后期膠結(jié)物充填，從而喪失了作為儲(chǔ)集空間和流體運(yùn)移通道的能力。這類孔隙主要分布于凹陷西斜坡的底部，該層段原生孔隙得以保存，其原因主要是成巖作用早期碎屑顆粒周圍形成了綠泥石黏土膜，從而抑制石英自生加大邊的產(chǎn)生和碳酸鹽膠結(jié)物充填孔隙(圖3(a))。

(2) 粒間擴(kuò)大孔。這是該層段儲(chǔ)層最主要的孔隙類型，由早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物及其交代礦物的局部或者全部溶蝕、溶解，或者是長(zhǎng)石和硅質(zhì)巖屑顆粒邊緣的溶蝕、溶解而形成，孔隙形態(tài)極不規(guī)則，常見(jiàn)港灣狀(圖 3(b))。由于儲(chǔ)層整體上結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較高，在成巖過(guò)程中，早期碳酸鹽膠結(jié)物廣泛發(fā)育并且充填于孔隙內(nèi)部，后期的地層流體首先對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕、溶解，然后對(duì)其周圍的碎屑顆粒進(jìn)一步溶蝕、溶解，形成了研究區(qū)廣泛發(fā)育的粒間擴(kuò)大溶蝕孔隙，孔隙內(nèi)部常見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕殘骸(圖3(b))。這類孔隙的形成必須具備2個(gè)條件：一是儲(chǔ)層內(nèi)部含有較多可溶的粒間膠結(jié)物和碎屑顆粒；二是外界流體必須進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)部從而改變儲(chǔ)層成巖環(huán)境。

(3) 粒內(nèi)溶孔。以長(zhǎng)石、硅質(zhì)巖屑顆粒內(nèi)部溶蝕孔隙最為常見(jiàn)。有些粒內(nèi)溶孔表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)物交代碎屑顆粒后再經(jīng)溶蝕而形成(圖3(c))，也可見(jiàn)到云母部分溶蝕形成粒內(nèi)孔隙。粒內(nèi)溶孔一般含有大量顆粒殘骸和自生高嶺石，孔隙喉道很窄，但在強(qiáng)溶蝕的情況下，某些粒內(nèi)溶蝕孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大，從而只留下礦物顆粒輪廓形成鑄模孔隙(圖 3(d))。通過(guò)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，這些鑄模孔隙也可以由不穩(wěn)定碎屑顆粒被碳酸鹽完全交代后再溶蝕而形成。碎屑顆粒和與之接觸的膠結(jié)物相繼被溶解形成超大孔隙，這種溶孔直徑大于視域內(nèi)顆粒平均粒徑1.5倍以上，一般是在粒間溶蝕孔隙的基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕而生成，這種超大孔隙的形成對(duì)于提高儲(chǔ)集空間影響很大。

圖3 白云凹陷珠海組儲(chǔ)層微觀特征Fig.3 Characteristics of diagenesis under microscope in Zhuhai Formation of Baiyun Sag

(4) 其他孔隙。包括剛性顆粒壓裂縫、生物體腔孔和白云石等膠結(jié)物晶間微孔隙等。研究區(qū)內(nèi)剛性顆粒壓裂縫比較常見(jiàn)，早期形成的壓裂縫被碳酸鹽膠結(jié)物充填后發(fā)生溶解，晚期出現(xiàn)的壓裂縫直接產(chǎn)生了孔隙，雖然壓裂縫對(duì)儲(chǔ)層孔隙度影響較小，但對(duì)提高儲(chǔ)層滲透率起著重要作用。局部層段砂巖儲(chǔ)層內(nèi)含有大量生物介殼，其內(nèi)部含有較多的體腔孔，但是，該儲(chǔ)層粒間孔隙發(fā)育較差，生物體腔孔往往孤立，很難形成有效孔隙。膠結(jié)物內(nèi)晶間孔隙表現(xiàn)為鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物和高嶺石等黏土礦物內(nèi)部的微孔隙，其直徑一般小于3 μm，這類孔隙一般發(fā)育在雜基含量較高或者碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育的地區(qū)。

3.2 儲(chǔ)集層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

儲(chǔ)層孔隙是油氣儲(chǔ)集的前提條件，但油氣能否運(yùn)移成藏并被有效開(kāi)采，則需要儲(chǔ)層有一定的滲透性[10]。孔隙結(jié)構(gòu)主要指孔隙與之連通孔喉的組合關(guān)系及特征，其是沉積環(huán)境和成巖演化史綜合作用的結(jié)果，其中，連通孔隙的直徑?jīng)Q定著儲(chǔ)層孔隙度，與孔隙連通的孔喉數(shù)量及孔喉半徑?jīng)Q定儲(chǔ)層滲透率。

3.2.1 孔隙結(jié)構(gòu)特征

碎屑巖儲(chǔ)層的孔隙系統(tǒng)極為復(fù)雜，可以看作是由一套不規(guī)則的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)組成。本文通過(guò)分析該區(qū) 4口鉆井27個(gè)樣品毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)及各特征參數(shù)，研究?jī)?chǔ)層的孔喉直徑、連通狀況、分布及相互配置關(guān)系，可將其孔隙結(jié)構(gòu)分為3種類型，并通過(guò)偏光顯微鏡和掃描電鏡觀測(cè)分析儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征的成因。

(1) 粗喉型。孔隙平均排驅(qū)壓力為0.04 MPa，汞飽和度中值壓力低，平均為0.35 MPa，最大汞飽和度大于76.25%；孔喉分選好，平均半徑為6.09 μm，高尖峰正偏態(tài)粗歪度，毛細(xì)管壓力曲線呈較寬的平臺(tái)特征。儲(chǔ)層碎屑顆粒分選較好，壓實(shí)較弱，顆粒之間呈點(diǎn)-線接觸，少量的黏土礦物和自生石英呈接觸式膠結(jié)，強(qiáng)烈的溶蝕溶解作用使得粒間孔隙內(nèi)的碳酸鹽膠結(jié)物零星分布，儲(chǔ)層連通性較好、滲透能力強(qiáng)，表現(xiàn)為中、低孔-中、高滲特征(圖4(a)和圖4(d))。

(2) 中喉型。孔隙平均排驅(qū)壓力為0.09 MPa，汞飽和度中值壓力低，平均為1.19 MPa，最大汞飽和度值大于 69.89%，孔喉分選較好至中等，平均半徑為2.49 μm，具有高尖峰正偏態(tài)中歪度或者尖峰正偏態(tài)中歪度，毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)較短或者不明顯。碎屑顆粒之間呈線接觸，膠結(jié)方式為黏土礦物、自生石英和碳酸鹽膠結(jié)物的接觸式膠結(jié)，膠結(jié)物部分充填孔喉使儲(chǔ)層滲透能力中等，整體表現(xiàn)為中、低孔至低滲特征(圖4(b)和4(e))。該類型是研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的典型特征。

(3) 細(xì)喉型。孔隙平均排驅(qū)壓力為0.60 MPa，汞飽和度中值壓力高，平均為 9.6 MPa，最大汞飽和度值大于66.86%，平均半徑為0.36 μm，具有緩峰負(fù)偏態(tài)較細(xì)歪度或者單峰正偏態(tài)較細(xì)歪度特征。前者毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)不發(fā)育，孔喉分選差，該類樣品中大量的黏土礦物膠結(jié)物堵塞了喉道；后者毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)略發(fā)育，孔喉分選較好，砂巖內(nèi)亮晶鐵方解石膠結(jié)物呈基底式膠結(jié)接觸，孔喉半徑較小，存在的少量自生石英進(jìn)一步縮小了儲(chǔ)層喉道。該類孔隙結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在西斜坡的鈣質(zhì)砂巖和鐵泥質(zhì)砂巖夾層內(nèi)，儲(chǔ)層連通性較差，滲透能力弱，表現(xiàn)為低，特低孔-特低滲特征(圖4(c)和4(f))。

3.2.2 儲(chǔ)集層物性特征及演化規(guī)律

據(jù)鉆遇珠海組5口井412件樣品實(shí)測(cè)孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)及其交會(huì)圖(圖5)可以看出：孔隙度與滲透率具有較好的相關(guān)性，這可以從側(cè)面印證上述關(guān)于儲(chǔ)集空間和孔隙結(jié)構(gòu)的判斷。一般次生粒內(nèi)溶孔型儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率相關(guān)性較差[11]。這是因?yàn)榱?nèi)溶孔對(duì)儲(chǔ)集空間有貢獻(xiàn)，而孔喉半徑改變量仍然很小，所以，對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)明顯減小。粒間擴(kuò)大溶孔型碎屑巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間和孔喉半徑同時(shí)增大，其往往具有較好的孔隙度-滲透率相關(guān)性。

圖4 白云凹陷珠海組儲(chǔ)層毛管壓力曲線Fig.4 Capillary pressure curvers in Zhuhai Formation of Baiyun Sag

圖5 白云凹陷珠海組儲(chǔ)層孔隙度與滲透率關(guān)系Fig.5 Relationship between porosity and permeability from Zhuhai Formation of Baiyun Sag

根據(jù)中國(guó)石油天然氣總公司的儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以將研究區(qū)儲(chǔ)集層分為3種類型(圖5)，但整體上具有中低孔中低滲儲(chǔ)層特征，其孔隙度主要為10%～18%，滲透率主要為(20～640)×10-3μm2。孔隙類型主要為粒間溶蝕擴(kuò)大孔，其次為黏土膜保護(hù)的原生孔隙，喉道為分選好的中喉型或者粗喉型。這一類儲(chǔ)層一般分布在珠海組頂部、中部和底部，其中：珠海組頂部和中部?jī)?chǔ)層的儲(chǔ)集空間為粒間溶蝕擴(kuò)大孔隙，而西斜坡珠海組底部?jī)?chǔ)層的儲(chǔ)集空間為黏土膜保護(hù)的原生孔隙。需要說(shuō)明的是：該類儲(chǔ)層中也有少量中孔高滲儲(chǔ)層存在。在珠海組上部中低孔、中低滲儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)育一套10 m左右的鈣質(zhì)砂巖夾層，為特低孔特低滲儲(chǔ)層，其孔隙和喉道被大量的亮晶鐵質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)物所充填(圖3(e))，孔隙類型為孤立的粒內(nèi)溶孔和膠結(jié)物晶間微孔隙(圖3(f))，喉道類型為分選中等的細(xì)喉型，某些樣品的孔隙度和滲透率分別下降到2.4%和0.04×10-3μm2。

綠泥石黏土膜保護(hù)儲(chǔ)層的頂部，隨著儲(chǔ)層泥質(zhì)含量的升高和膠結(jié)作用的增強(qiáng)，較多的自生石英和黏土礦物膠結(jié)物堵塞了喉道(圖 3(g))，形成了中低孔特低滲儲(chǔ)層，孔隙度一般為10%～17%，滲透率分布區(qū)間為(0.21～9.6)×10-3μm2。孔隙類型為原生孔隙和少量粒間溶蝕孔隙，同時(shí)局部發(fā)育剛性顆粒壓裂縫，喉道為分選差的細(xì)喉型。這套中低孔特低滲儲(chǔ)層內(nèi)部夾著一套5 m左右的鐵泥質(zhì)砂巖夾層，為特低孔特低滲儲(chǔ)層，其儲(chǔ)層物性特征與鈣質(zhì)砂巖夾層相似，砂巖孔隙和喉道均被大量的鐵泥質(zhì)膠結(jié)物所充填(圖 3(h))，孔隙度為 6.5%～10.0%，滲透率為(0.15～8.5)×10-3μm2，喉道類型為分選極差的細(xì)喉型。可見(jiàn)該層段儲(chǔ)層雖然整體上為粒間溶蝕擴(kuò)大孔和中-粗孔喉組成的中低孔中低滲儲(chǔ)層，但是，具有一定的非均質(zhì)性，這與該區(qū)孔隙類型及成因有很大關(guān)系。

4 影響儲(chǔ)層物性的主要因素

影響碎屑巖儲(chǔ)層物性的因素有很多，諸如母巖性質(zhì)、氣候、沉積環(huán)境、巖石組分、結(jié)構(gòu)以及成巖作用等都對(duì)其有很大的影響[12-13]，其特征是沉積相帶宏觀控制下成巖作用改造的結(jié)果。本文從沉積環(huán)境和成巖作用角度，利用X線衍射、鑄體薄片、掃描電鏡和壓汞分析等手段對(duì)儲(chǔ)層物性的成因進(jìn)行分析。

4.1 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層的影響

母巖性質(zhì)、搬運(yùn)距離和水動(dòng)力條件共同決定著沉積物的碎屑成分及結(jié)構(gòu)，雜基含量少、分選好的砂巖具有較高的原生孔隙度，而且成巖過(guò)程中孔隙和孔喉的衰減速度較慢；塑性顆粒和雜基含量高的砂巖，機(jī)械壓實(shí)引起巖屑顆粒的塑性變形可以完全破壞顆粒之間的孔隙[7]。晚漸新世白云凹陷的沉積環(huán)境從西向東由三角洲前緣逐漸向前三角洲過(guò)渡，所以，該層段儲(chǔ)層主要為水下分流河道砂體和河口壩砂體，少量為席狀遠(yuǎn)砂壩砂體。沉積物經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離搬運(yùn)致使碎屑顆粒具有較高磨圓度。但是，不同沉積微相砂巖的顆粒粒度、泥質(zhì)雜基含量差異較大。水動(dòng)力較強(qiáng)的水下分流河道發(fā)育的中-粗砂巖，其剛性顆粒組分含量高且泥質(zhì)含量低；水動(dòng)力條件較弱的河口壩細(xì)-粉砂巖，其泥質(zhì)含量略高，而水動(dòng)力條件微弱的前三角洲席狀粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖的泥質(zhì)含量較高。

圖6 白云凹陷珠海組砂巖粒徑與物性的關(guān)系Fig.6 Relationship between sandstone porosity and permeability with grain size in Zhuhai Formation of Baiyun Sag

根據(jù)巖芯樣品的物性與粒度分析、X-RAD數(shù)據(jù)對(duì)比研究表明，在儲(chǔ)層同等成巖條件下，顆粒粒度與儲(chǔ)層的物性具有明顯的正相關(guān)性(圖6)。儲(chǔ)層物性隨著顆粒平均粒徑的增加而顯著增大，但是，當(dāng)平均粒徑大于0.25 mm時(shí)，隨著粒度的增加儲(chǔ)層物性并沒(méi)有明顯變化；另外，當(dāng)儲(chǔ)層黏土礦物含量大于5%時(shí)，物性與黏土雜基含量具有明顯的負(fù)相關(guān)性(圖7)。水下分流河道中-粗砂巖、砂巖顆粒的粒徑一般為 0.25～2.00 mm，分選較好且泥質(zhì)雜基含量低，孔隙度一般為13.7%～20.3%，滲透率介于(195.97～3 680.00)×10-3μm2。孔隙的吼道半徑在埋藏過(guò)程中減小的速度慢，一般為分選很好的粗喉型，儲(chǔ)層表現(xiàn)為中孔中滲透特征；河口壩細(xì)砂巖的粒徑一般為0.151～0.250 mm，泥質(zhì)雜基含量范圍為5.56%～8.81%，在埋藏過(guò)程中，孔隙和喉道半徑衰減速度與泥質(zhì)含量密切相關(guān)，孔隙度一般為 7.1%～16%，滲透率為(1.30～585.25)×10-3μm2，喉道為分選中等的中喉型或者細(xì)喉型，整體上表現(xiàn)為低孔低滲透儲(chǔ)層。遠(yuǎn)砂壩粉砂巖樣品的粒徑為 0.032 mm，由于泥質(zhì)雜基含量較高，在埋藏過(guò)程中孔隙和喉道迅速衰減，成巖后期物性改造也很困難，孔隙度小于10%，滲透率也小于10×10-3μm2，喉道為分選較差的細(xì)喉型，儲(chǔ)層表現(xiàn)為特低孔特低滲特征。

圖7 白云凹陷珠海組砂巖黏土雜基含量與物性的關(guān)系Fig.7 Relationship between sandstone porosity and permeability with content of clay mineral in Zhuhai Formation of Baiyun Sag

總體上，研究區(qū)珠海組儲(chǔ)層以中低孔中低滲為特征，這與該區(qū)三角洲前緣的沉積環(huán)境密切相關(guān)。儲(chǔ)層砂巖粒徑較大、分選較好且泥質(zhì)含量較低，所以，巖石粒間充填的泥質(zhì)雜基含量少，在成巖過(guò)程中，壓實(shí)作用下?lián)p失的粒間孔隙度也較小，并且碎屑顆粒之間黏土礦物膠結(jié)物也較少，很好地保存了孔喉，致使儲(chǔ)層具有較高的滲透率和喉道半徑。可以說(shuō)，沉積環(huán)境是儲(chǔ)層物性好壞的先決條件。

4.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

通過(guò)儲(chǔ)層孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)特征以及成巖礦物與孔隙之間關(guān)系等綜合分析可以得出：對(duì)儲(chǔ)層物性改造較大的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及綠泥石黏土膜和溶蝕、溶解作用。根據(jù)對(duì)孔隙的改善和破壞情況，可以將研究區(qū)成巖作用分為建設(shè)性和破壞性成巖作用。

4.2.1 破壞性成巖作用

為了定量、半定量地評(píng)價(jià)破壞性成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，針對(duì)主要儲(chǔ)層部位選取56個(gè)砂巖樣品，對(duì)白云凹陷珠海組砂巖原始孔隙度進(jìn)行恢復(fù)，計(jì)算的初始孔隙度區(qū)間為35.39%～39.17%，平均為37.31%。初始孔隙度與砂巖粒徑密切相關(guān)，一般粒徑較大的砂巖初始孔隙度也較大。

研究區(qū)破壞性成巖作用包括機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及粒間自生礦物充填，其對(duì)儲(chǔ)層物性改造較為明顯。珠海組砂巖在埋藏成巖過(guò)程中遭受中等強(qiáng)度的機(jī)械壓實(shí)作用，主要表現(xiàn)為塑性顆粒變形、重排及剛性顆粒斷裂，顆粒之間主要為點(diǎn)-線接觸(圖3(i))。壓實(shí)作用致使粒間孔隙衰減是不可逆轉(zhuǎn)的。珠海組儲(chǔ)層中普遍存在的膠結(jié)物為鐵方解石、鐵白云石、次生石英和黏土礦物，膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要表現(xiàn)在膠結(jié)物成分和膠結(jié)方式上。該區(qū)含量最高、分布最廣的鐵質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)物(主要為鐵方解石和鐵白云石)遭受強(qiáng)烈的溶蝕溶解作用，一般只留下少量的粒間碳酸鹽殘骸，黏土礦物和次生石英膠結(jié)物除對(duì)粒間孔隙有較小影響外，主要是充填于喉道中從而降低儲(chǔ)層的滲透性(圖3(j))。但是，凹陷西斜坡珠海組上部存在鈣質(zhì)砂巖夾層，其內(nèi)部大量的鐵質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)物保存良好，凹陷西斜坡珠海組下部發(fā)育鐵泥質(zhì)砂巖夾層，豐富的鐵泥質(zhì)膠結(jié)物不僅堵塞了喉道，而且充填了粒間孔隙。

研究表明：壓實(shí)和膠結(jié)作用對(duì)3種類型儲(chǔ)層物性的影響明顯不同(圖8)。白云凹陷珠海組主要儲(chǔ)集層的剛性顆粒較多而泥質(zhì)雜基含量較低，早期泥晶碳酸鹽膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物以孔隙式和接觸式膠結(jié)，這些因素使儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力增強(qiáng)，但晚上新世以來(lái)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使南海北部盆地快速沉降，較大埋深所形成的強(qiáng)烈壓實(shí)作用仍使粒間體積平均損失 15.5%，壓實(shí)損失孔隙的比率達(dá) 41.6%。膠結(jié)作用損失粒間孔隙主要來(lái)源于普遍發(fā)育的自生石英和鐵質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕殘骸，但這兩者含量較低，對(duì)粒間孔隙影響較小，另外，黏土礦物膠結(jié)物含量較低并且以接觸式膠結(jié)碎屑顆粒，所以，因膠結(jié)作用損失的孔隙度很小，儲(chǔ)層以粒間擴(kuò)大溶孔為特征，具有較高的孔隙度(表2)。早期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育的儲(chǔ)層經(jīng)溶蝕后，表現(xiàn)為分選好的中-粗型孔喉，儲(chǔ)層滲透率較高，而硅質(zhì)膠結(jié)和黏土礦物接觸式膠結(jié)的儲(chǔ)層后期很難溶蝕改造，表現(xiàn)為分選較好的細(xì)-中型孔喉，儲(chǔ)層滲透率低至中等。

圖8 膠結(jié)作用和壓實(shí)作用與孔隙率的關(guān)系Fig.8 Relationship among squeezing action,cemention and porosity

表2 主要成巖過(guò)程中粒間孔隙演化數(shù)據(jù)Table 2 Date of porosity evolution in main diagenesis

凹陷西斜坡珠海組上部鈣質(zhì)砂巖夾層內(nèi)發(fā)育大量亮晶-連晶鐵方解石膠結(jié)物，其基底式和孔隙式的膠結(jié)方式極大地增強(qiáng)了儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力，并且有效保存了顆粒間的粒間體積，使得壓實(shí)后剩余粒間體積平均高達(dá) 29.5%；同樣地，由壓實(shí)損失的孔隙度很小；而膠結(jié)作用造成較大的孔隙度損失，其損失粒間孔隙率為 67.7%。凹陷西斜坡珠海組下部鐵泥質(zhì)砂巖夾層分選差-中等，泥質(zhì)含量高，導(dǎo)致儲(chǔ)層抗壓試能力較弱，并且大量塑性鐵泥質(zhì)礦物充填于孔隙內(nèi)部和膠結(jié)于顆粒之間，占據(jù)大量的儲(chǔ)集空間，所以，壓實(shí)和膠結(jié)作用兩者損失粒間孔隙都很大，損失率基本相當(dāng)。這 2種類型儲(chǔ)層孔隙度都很低，主要為少量的粒間膠結(jié)物內(nèi)微孔隙和溶蝕孔隙，大量碳酸鹽膠結(jié)物和黏土礦物充填于喉道內(nèi)部，分別形成分選較好和未分選的細(xì)喉型喉道，致使儲(chǔ)層滲透率也很低。

4.2.2 建設(shè)性成巖作用

該區(qū)廣泛發(fā)育的建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕、溶解作用，其產(chǎn)生的大量次生孔隙是珠海組孔隙度和滲透率較高的主要原因；另外，西斜坡珠海組底部形成對(duì)儲(chǔ)層物性有利的綠泥石黏土膜，使原生孔隙有效保存下來(lái)。

(1) 溶蝕、溶解作用。通過(guò)鑄體薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，大量長(zhǎng)石顆粒與硅質(zhì)巖屑顆粒被強(qiáng)烈溶蝕，有的僅剩殘骸(圖3(k))，這說(shuō)明地層水是一種pH較小的酸性流體。因?yàn)槊擅撌瑞ね恋V物成巖演化產(chǎn)生的酸性水或有機(jī)質(zhì)過(guò)成熟產(chǎn)生的CO2都難以產(chǎn)生這樣的溶蝕效應(yīng)[9]。珠江口盆地存在4 套烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ和Ⅱ型為主[14]，從白云凹陷中部LW3-1-1井所揭示的烴源巖來(lái)看，珠海組烴源巖的有機(jī)質(zhì)熱演化程度Ro為0.43%～0.53%，處于低成熟階段[15]，正處于有機(jī)酸生成的鼎盛時(shí)期，可以為儲(chǔ)層溶蝕溶解作用的發(fā)生提供大量酸性流體。凹陷深部的恩平組和文昌組 2套烴源巖目前處于成熟和過(guò)成熟階段[14]，其有機(jī)酸生成能力正逐漸減弱，但早期大量生成的有機(jī)酸可能已運(yùn)移至珠海組儲(chǔ)層內(nèi)部。

充足的有機(jī)酸供給是儲(chǔ)層發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕溶解作用的必要條件[16]，除此之外，碎屑巖自身還必須具備大量的可溶組分和暢通的酸性流體運(yùn)移通道。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)該地區(qū)溶蝕或溶解的對(duì)象主要為碳酸鹽膠結(jié)物、長(zhǎng)石和硅質(zhì)巖屑，其中以鐵質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕形成的次生孔隙對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)最大。水下分流河道和河口壩砂體含有一定數(shù)量的長(zhǎng)石和硅質(zhì)巖屑組分，而自生高嶺石是長(zhǎng)石在酸性條件下溶蝕的產(chǎn)物，其過(guò)程為：

所以，在溶蝕強(qiáng)烈的樣品中，掃描電鏡觀測(cè)到長(zhǎng)石殘骸內(nèi)發(fā)育較多高嶺石(圖3(l))；同時(shí)，X線衍射也檢測(cè)出該樣品高嶺石含量明顯增高。儲(chǔ)層成分成熟度較高、分選好且泥質(zhì)含量很低，這無(wú)疑為碳酸鹽膠結(jié)物的廣泛發(fā)育提供了條件。但珠海組大部分儲(chǔ)層的孔隙內(nèi)碳酸鹽含量較低，這主要是酸性流體溶蝕溶解造成的。因?yàn)榘l(fā)生溶蝕的儲(chǔ)層內(nèi)部基本都?xì)埩袅辆цF方解石和鐵白云石，這是儲(chǔ)層孔隙內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)曾經(jīng)發(fā)育的有力證據(jù)。

(2) 綠泥石黏土膜保護(hù)作用。薄片觀測(cè)、X線衍射分析和能譜分析結(jié)果表明：綠泥石膠結(jié)物是珠海組儲(chǔ)層黏土礦物的主要類型，并且多為鐵綠泥石，其在珠海組底部碎屑顆粒周圍形成綠泥石黏土膜。自形程度較高綠泥石晶體垂直于顆粒表面向孔隙中心生長(zhǎng)，在顆粒表面形成一層環(huán)狀薄膜，其厚度通常為 2～6 μm，在綠泥石膜較薄或不連續(xù)處可以見(jiàn)到Ⅰ級(jí)自生石英加大(圖3(a))。儲(chǔ)層具有較高的孔隙度，一般為21%，孔隙類型主要為粒間原生孔隙，偶爾也見(jiàn)少量溶蝕孔隙和剛性顆粒壓裂縫，孔喉分選好的粗喉型，喉道平均半徑為5.64 μm，滲透率可達(dá)274.5×10-3μm2，以中孔中滲為特征。

薄片中可以看到剛性顆粒接觸處也發(fā)育綠泥石黏土膜，這說(shuō)明綠泥石黏土膜是早成巖期的產(chǎn)物，也早于儲(chǔ)層有效壓實(shí)作用，早期綠泥石黏土膜的發(fā)育和持續(xù)存在，對(duì)增強(qiáng)儲(chǔ)層的抗壓實(shí)能力起到一定效果，有利于粒間體積的保存，同時(shí)，也抑制了剛性顆粒之間發(fā)生壓溶作用[9-10]，避免硅質(zhì)膠結(jié)造成喉道縮小。但是，本研究中碎屑顆粒之間的綠泥石膜較薄，對(duì)儲(chǔ)層的滲透率影響有限。綠泥石膠結(jié)物包裹著碎屑顆粒，阻斷了地層流體與碎屑顆粒接觸，所以，顯微鏡下很少觀察到粒內(nèi)溶蝕現(xiàn)象。儲(chǔ)層自生石英的含量很低，其原因主要有2個(gè)方面：一是較厚綠泥石黏土膜阻止地層水中的SiO2在石英顆粒表面沉淀；二是上述壓溶作用和溶解作用弱致使提供SiO2較少。另外，該套儲(chǔ)層中未見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)物，這說(shuō)明綠泥石黏土膜的存在也抑制了碳酸鹽的沉淀。

5 結(jié)論

(1) 白云凹陷珠海組儲(chǔ)層主要為水下分流河道砂體和河口壩砂體，少量為席狀遠(yuǎn)砂壩砂體，巖石類型以長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖為主，砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高，碎屑顆粒多以顆粒方式支撐，并以碳酸鹽、自生石英和黏土礦物接觸式膠結(jié)。

(2) 儲(chǔ)層物性以中低孔中低滲特征，其孔隙度主要分布在 10%～18%，滲透率主要分布在(20～640)×10-3μm2，以粒間溶蝕擴(kuò)大孔為主；其次為珠海組底部黏土膜保護(hù)的原生孔隙，孔隙連通性好，喉道一般為分選好的中喉型或者粗喉型，局部硅質(zhì)和黏土膠結(jié)物較多的儲(chǔ)層喉道為細(xì)喉型；凹陷西斜坡珠海組上部發(fā)育厚度為10 m左右鈣質(zhì)砂巖夾層，孤立的粒內(nèi)溶孔、膠結(jié)物晶間微孔隙與分選中等的細(xì)孔喉組合使儲(chǔ)層表現(xiàn)為特低孔特低滲；受綠泥石黏土膜保護(hù)的儲(chǔ)層頂部，較多的黏土礦物膠結(jié)物堵塞了喉道，形成了中低孔特低滲儲(chǔ)層，在該套儲(chǔ)層內(nèi)部發(fā)育一套厚度為5 m左右的鐵泥質(zhì)砂巖夾層，其為基質(zhì)微孔隙、少量粒間溶孔與分選極差的細(xì)孔喉組成的特低孔特低滲儲(chǔ)層。

(3) 該層段儲(chǔ)層砂體在三角洲前緣環(huán)境沉積，砂巖的剛性顆粒多，粒徑較大，分選較好且泥質(zhì)含量較低，這是珠海組儲(chǔ)層具有良好物性的先決條件。酸性流體的溶蝕溶解作用和綠泥石黏土膜保護(hù)作用是珠海組儲(chǔ)層物性較好的根本原因。由于儲(chǔ)層埋深較大，壓實(shí)作用是儲(chǔ)集層粒間孔隙損失的主要原因，而部分儲(chǔ)層滲透率較低是由于自生石英和黏土礦物充填孔隙喉道；鈣質(zhì)砂巖夾層物性差是膠結(jié)作用所致，而鐵泥質(zhì)砂巖夾層物性差是壓實(shí)和膠結(jié)共同作用的結(jié)果。

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