歧口凹陷扣村油田沙一下亞段湖相碳酸鹽巖儲層成巖作用分析

李廣兵，苗建宇 孫立軍，齊桂民，李智超

（大陸動力學國家重點實驗室；西北大學地質學系，陜西西安710

近年來隨著石油開發工作的逐步開展，許多油田都面臨著提高采收率的問題，因而系統了解儲層的成巖作用對提高勘探開發效益具有重要的作用［1－2］。筆者運用常規與鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發光、X－衍射等分析手段，以歧口凹陷扣村油田沙一下亞段為研究對象進行儲層成巖作用系統研究，以期為研究區湖相碳酸鹽巖儲層開發方案調整及潛力評價提供依據。

1 區域地質概況

該研究區處于歧口凹陷西南斜坡的羊三木潛山構造帶和扣村構造帶向北東傾末端的復式地壘構造帶，南北向主要受羊北、羊南、扣村、黃驊等斷層控制，面積約150k m2［3］。區內下第三系沙一段殘存厚度變化較大，一般為15～55 m，為濱淺湖、半深湖－深湖沉積，自上而下又劃分為上、中、下3個亞段。下亞段以湖相碳酸鹽巖與油頁巖為主要特征，從上往下又可細分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3個小層，第Ⅰ小層由泥巖和油頁巖組成；第Ⅱ小層由泥灰巖、白云質灰巖和泥巖組成；第Ⅲ小層由灰色－灰褐色生物碎屑灰巖、顆?；規r組成。其中第Ⅱ、Ⅲ小層為研究目的層。

2 儲層基本特征

2.1 巖石學特征

根據巖心資料和巖石薄片鑒定資料，研究區沙一下亞段目的層儲集層巖石類型主要有灰色～灰褐色生物碎屑灰巖、鮞?；規r、泥灰巖等湖相碳酸鹽巖，以生物碎屑灰巖為主。薄片分析表明，灰巖中生物組分約占50%左右，內碎屑為16.6%～22.0%，生物碎屑中主要為腹足類和介形蟲碎片及個體，少量藻類和陸源碎屑。基質和膠結物約占巖石的10%～20%。

2.2 孔隙類型

根據Choquette等［4］提出的受組構控制及不受組構控制的劃分方案，結合巖心觀察、薄片鑒定、鑄體薄片、掃描電鏡等分析，認為研究區沙一下亞段湖相碳酸鹽巖儲集空間以次生孔隙和裂縫為主，主要微觀孔隙類型有粒間孔、粒間粒內溶孔、晶間孔隙和裂隙等。

1）粒間孔 該孔隙是指顆粒含量在巖石中占主要地位時形成的顆粒支撐，其空間未被灰泥或膠結物充填部分即為粒間孔?？?7井的泥晶介殼灰巖中見孔徑為20 mm的粒間孔 （見圖1（a）和1（b））。

圖1 沙一下亞段碳酸鹽巖儲層孔隙類型

2）粒內孔 該孔隙多為生物死亡后軟體部分腐爛分解后遺留下生物體腔孔隙空間。這種組構性孔隙屬于原生孔隙，不排除充填后重新溶蝕而復蘇了原有的孔隙面貌。研究區這類孔隙較為發育，孔徑一般為50～80 mm，最大可達300 mm，粒內孔的面孔率約占3%～9%，成為灰巖儲層的主要儲集空間 （見圖1）。

3）晶間孔 一般情況下生物體腔均被泥晶方解石充填，充填方解石在重結晶作用下主要表現為泥晶轉變為亮晶過程中形成的孔隙，孔隙比較規則。研究區儲層中晶間孔一般以20 mm左右居多 （見圖1 （a）和1 （b））。

4）溶蝕孔隙 該孔隙是指沉積過程或成巖后由于溶解作用而形成的孔隙，該研究區存在的溶蝕孔隙主要有粒間溶孔、晶間溶孔和擴溶縫等 （見圖1 （b）、1 （c）和1 （d））。

5）裂隙 該孔隙一般是由于構造作用或成巖作用形成。該研究區多以構造縫和孔徑20 mm左右的微裂 （隙）縫發育為特征 （見圖1（d））。

3 成巖作用

3.1 壓實作用

壓實作用包括機械壓實作用與壓溶作用［5］。該研究區儲層主要以機械壓實作用為主，導致碳酸鹽巖沉積厚度減小，孔隙度和滲透率普遍降低，碳酸鹽顆粒趨向緊密排列，表現為一些塑性或半塑性顆粒的錯斷、破裂、彎曲變形 （見圖1（c））。隨著埋深的增加導致的壓力增大，機械壓實逐漸轉為壓溶作用。研究表明，壓溶作用可以使已經被物理壓實作用壓實的碳酸鹽層的厚度再被壓實20%～25%，它使得原生粒間孔隙大量減少。

3.2 膠結作用

1）第1世代湖底膠結 研究區內第1期湖底的典型膠結物為雜亂針狀微晶方解石形成的不連續“環邊”。第1世代微粒狀、針狀方解石膠結作用在湖底階段，顆粒表面生長了厚度為3～5μm、呈不規則狀或放射狀分布的針狀方解石微晶。

2）第2世代湖底－混和水膠結 葉片狀亮晶方解石形成于湖底潛流帶－混和水成巖環境中，廣泛見于研究區各類生物灰巖和鮞?；規r粒間孔中，多圍繞第1期膠結物或顆粒邊緣呈單環帶生長或與第1期方解石膠結物共軸生長，以自形－半自形粉晶居多，大小一般0.03～0.05 mm，較為干凈明亮，略帶褐色，環邊前緣具尖菱形，呈明顯的偏三角面體形態 （見圖2（a）和2（b）。該期膠結物可使顆?；規r中的原生粒間孔縮小50%左右，然而對于膠結程度較低的顆粒灰巖來說，由于其滲透性和孔隙度較高，易于后期各種成巖流體運移，也可以殘余粒間孔和粒間縫的形式保留下來，為油氣的儲集和運移提供有利空間。

3）第3世代粒狀亮晶方解石膠結 粒狀亮晶方解石膠結物主要形成于同生成巖階段的大氣成巖環境，其中的大氣淡水主要來自港西凸起和孔店凸起。膠結物主要位于經早期膠結之后的殘余粒間孔內部，自孔隙中心向邊緣依次生長細晶、粉晶，具有明顯的充填組織結構特征。晶體干凈明亮，它形－半自形，晶粒大小一般0.05～0.1 mm。根據鮞?；規r和生物灰巖的陰極發光分析 （見圖2），從圖2可以看出，沉積顆粒因水介質微量元素的變化和不同期次膠結物而分別顯示出不同的發光特征。

3.3 溶蝕作用

圖2 研究區陰極發光鏡下的膠結物特征

1）第1期溶蝕作用 該研究區館陶組、沙河街組灰巖第1期溶蝕作用的強度較大，特點是選擇性地溶蝕顆粒，形成粒內溶孔。濱湖相的生物灰巖以及其他顆?；規r，隨著湖進湖退不時的暴露在大氣淡水條件下，從而導致了部分顆粒的溶蝕，成巖初始階段形成的膠結物也遭受了部分的溶蝕。

2）第2期溶蝕作用 該研究區明化鎮組早期與晚期間的區域性構造抬升［6］，使得明上段與明下段之間存在一個不整合面，這次抬升導致了第2期溶蝕作用在區內不同程度地發生，溶蝕發生于淺－深埋藏環境，規模較大。其中有利于儲層孔隙形成的埋藏溶蝕作用現象常見于生物、鮞粒和基塊，形成總量3%～20%不等的生物溶孔 （見圖1（c）和1（d））、擴溶縫與基塊溶孔，孔徑為0.1～0.8 mm，以0.2～0.4 mm居多。

3.4 白云石化作用

該研究區的顆粒白云巖與泥晶白云巖基本都呈微晶結構。X－衍射分析結果表明，該研究區所有13個樣品的白云石有序度為0.42～0.68，平均0.54；鎂元素含量為39.60%～46.90%，平均44.30%；鈣元素含量為53.16%～60.40%，平均55.70%；Mg／Ca值位于0.66～0.88，平均0.80。其地球化學與結晶學特征表現為兩低兩高的特點，即有序度、Mg／Ca低，鎂、鈣含量高。其中約有36%的樣品有序度小于0.5，28%的樣品為0.5～0.6，36%的樣品大于0.6。因此，這種白云石應為同生－準同生白云石化作用產物，對儲層形成具有建設性作用。

圖3 研究區沙一下亞段碳酸鹽巖成巖演化劃分

4 成巖序列與階段劃分

沙河街組碳酸鹽巖與其同期沉積的砂巖在成巖時段上是一致的，不過碳酸鹽巖具有成巖固結快的基本特征，因而堅硬致密得多，表明經歷了漫長的成巖過程。X－衍射分析結果表明，該研究區混層粘土及其間層比與其同期的砂巖基本一致，根據石油行業碳酸鹽巖成巖階段劃分規范（SY／T5487－2003）可知，研究區沙一段下部的碳酸鹽巖已由早成巖階段進入了中成巖階段門限。同時，該研究區成巖作用發生次序大致為準同生成巖階段的多世代方解石膠結作用、白云石化作用→早成巖A、B階段的溶蝕作用→中成巖階段的充填作用、溶蝕作用和構造成縫作用；壓實作用則從早到晚都不同程度的影響儲層，早期使原生孔隙迅速減少，后期則產生縫合線等為儲層流體運移提供通道 （見圖3）。

5 結 論

1）該研究區沙一下亞段湖相碳酸鹽巖儲集層類型為主要灰色、灰褐色生物碎屑灰巖、鮞?；規r、泥灰巖等；儲集空間以次生孔隙和裂縫為主。

2）成巖作用對研究區儲層的形成起著決定性的作用。機械壓實、壓溶作用、多世代的方解石和白云石膠結作用，使得原生孔隙和次生孔隙幾乎全部消失，而早成巖階段的兩期溶蝕作用對儲層的儲集空間改善起決定性作用。此外，該研究區內湖相碳酸鹽巖已由早成巖階段進入了中成巖階段門限。

［1］郭洪金，李勇，鐘建華，等 .山東東辛油田古近系沙河街組一段碳酸鹽巖儲集特征 ［J］.吉林大學學報 （地球科學版），2006，36 （3）：351－357.

［2］曾德銘，趙敏，石新，等 .黃驊坳陷古近系沙一段下部碳酸鹽巖成巖作用 ［J］.中國地質，2010，37（1）：110－116.

［3］魏曉敏，彭飛飛，劉進文，等 .扣村油田沙河街組碳酸鹽巖沉積相分析 ［J］.西部探礦工程，2010，12（3）：94－96.

［4］Choquette P W，Pray L C.Geologic no menclat ure and classification of por osity in sedi mentary car bonates ［J］.AAPG Bulletin，1970，54 （2）：207－250.

［5］Choquette P W，Ja mes N P.Li mestones t he meteoric diagenetic envir on ment［J］.Geoscience Cananda，1987，54 （2）：16－195.

［6］周立宏，盧異，肖敦清，等 .渤海灣盆地歧口凹陷盆地結構構造及演化 ［J］.天然氣地球科學，2011，22（3）：373－382.