早期碳酸鹽膠結作用對恩平凹陷珠江組砂巖孔隙演化模式的影響

禚喜準 王 琪 李 娟 張 瑞 杜玉春 趙 越

1．遼寧工程技術大學地質工程系 2．中國科學院油氣資源研究重點實驗室

國內外勘探實踐證實，小于1 500m的中淺層，儲集物性有可能很差，如鄂爾多斯盆地埋深1 000多米的砂巖，其孔隙度小于10%，滲透率小于10mD［1］；而大于5 000m的深部儲集層有可能物性很好，如南阿拉巴馬州的上侏羅統諾弗利特組砂巖，埋深6 090m，孔隙度大于20%，滲透率為1 000mD［2］，我國的塔里木盆地也發現深度超過5 400m的優質儲層［3］。此類現象與傳統的孔隙度—深度曲線差別很大，引起諸多學者對優質儲層成因機理的探討［3－8］。早期碳酸鹽膠結是硅質碎屑巖中比較普遍的一種現象，其存在對油氣的運移和儲集有重要意義，很多油氣田的碎屑巖儲層中都或多或少地存在早期碳酸鹽膠結［3］。

1 地質簡況

恩平凹陷屬于珠江口盆地珠一坳陷的次一級構造單元，古近紀開始發育斷陷—坳陷沉積。自下而上發育古近系文昌組、恩平組、珠海組和新近系珠江組、韓江組、粵海組、萬山組等地層。其中文昌組、恩平組為陸相沉積，文昌組是恩平凹陷主要的烴源巖；珠海組、珠江組下部為海陸交互相沉積；珠江組上部、韓江組、粵海組、萬山組為海相沉積［9］。恩平凹陷珠江組沉積期紅樹林成分較高，如三瓣費氏粉、半瓣費氏粉、光極費氏粉及柯氏雙溝粉很發育［9］，是典型的熱帶植物群落，反映了古氣候炎熱。由于強烈的蒸發，靠近陸地的后濱及澙湖等相帶局部發育薄層碳酸鹽巖。珠江組早期碳酸鹽膠結的砂巖，一般與薄層泥灰巖共生（圖1－e、f），含大量生物碎屑顆粒，垂直生物潛穴也很發育，與高鹽度、強蒸發的沉積環境密切相關。

2 早期碳酸鹽膠結砂巖的孔喉特征

恩平凹陷珠江組形成于海侵的過程，主要為一套分選、磨圓較好的石英細砂巖，局部地區發育薄層泥灰巖。石英細砂巖中石英顆粒含量普遍大于80%，膠結物類型隨沉積相帶變化較大?？拷懙胤较虻臑I岸相帶，碳酸鹽膠結物含量平均在15%左右，顆粒之間被早期碳酸鹽膠結物充填，部分碳酸鹽含量很高，為基底式膠結的“懸浮砂”結構。向海洋方向的下臨濱—淺海亞相，膠結物主要為綠泥石和硅質膠結物，碳酸鹽膠結物含量較少。

圖1 早期碳酸鹽膠結砂巖孔喉特征分析圖

早期碳酸鹽膠結具有很強的非均質性，即使差1 m，碳酸鹽膠結物的含量差別也會很大（圖1－a2、c2）。從巖石的鑄體薄片、壓汞曲線分析也可以看出，孔喉半徑與面孔率隨碳酸鹽含量變化很大（圖1－a1、c1、a2、c2）。根據碳酸鹽膠結強度，可以分為以下2類：

1）基底式膠結的鈣質砂巖，表現為“懸浮砂”結構。由于孔喉連通性差，酸性流體難以進入，次生溶蝕孔隙不發育，僅在巖屑顆粒內部見孤立的粒內溶孔，溶孔內部見大量溶蝕殘?。▓D1－a2、b2）。壓汞分析表明，此類巖石為細歪度，曲線平臺不明顯，孔喉分選比較差（圖1－a1、b1）。該砂巖滲透率一般低于10mD，排驅壓力大于0．65MPa，平均孔喉半徑小于0．44μm，主要為低孔、低滲儲層（圖1－a1、b1）。

2）孔隙式膠結的鈣質砂巖，顆粒主要為點接觸，顆粒之間仍有大量空隙（圖1－c2、d2）。該砂巖為粗歪度，曲線平臺較明顯，孔喉分選較好（圖1－c1、d1）。由于孔喉粗大、連通性好，有利于酸性流體的滲流。在酸性流體溶蝕作用下，顆粒之間的早期碳酸鹽膠結物被溶蝕帶走，經常出現“特大溶孔”（圖1－c2、d2）?？紫妒侥z結的鈣質砂巖滲透率一般超過100mD，排驅壓力一般小于0．05MPa，平均孔喉半徑大于15μm，為高孔、高滲儲層（圖1－c1、d1）。

3 碳酸鹽膠結強度對砂巖孔隙演化模式的影響

3．1 主要成巖作用類型

3．1．1 壓實作用

珠江組沉積物由于埋深較淺（1 500～2 500m），壓實作用較弱，碎屑顆粒主要以點接觸為主，部分以漂浮—點接觸，觀察到的壓實現象有塑性巖屑變形（圖1）。

3．1．2 早期碳酸鹽膠結

珠江組砂巖中的石英、長石等碎屑在鈣質膠結物中呈“懸浮砂”結構，說明早期碳酸鹽膠結物形成于同沉積期（圖1－a2、b2）。膠結物的存在有利于防止壓實過程中的顆?；瑒优c重新排列。砂巖中的早期碳酸鹽膠結物可以起到承壓的作用，有利于原生孔隙的保存［3，7］。

3．1．3 溶蝕作用與烴類侵位

恩平凹陷油氣成藏期發生在距今10Ma左右，該時期珠江組的古埋深為1 000～2 000m（圖2）。根據地層埋藏史、成巖序列可以推斷，10Ma時珠海組的古孔隙度介于20%～35%（圖2）。烴源巖成熟過程中產生大量有機酸性流體，溶蝕碳酸鹽膠結物和碎屑顆粒，可以形成大量的次生孔隙（圖1－d2、圖3－d2），具備形成優質儲層的潛能。油氣的早期注入，有利于抑制后期膠結，保護原生孔隙［10］。

3．2 碳酸鹽膠結強度對孔隙演化模式的影響

恩平凹陷珠江組砂巖，成巖序列與孔隙演化如下：早期碳酸鹽膠結物形成→早期快速壓實（孔隙度驟降）→機械穩定壓實（孔隙度穩定下降）→有機酸進入→長石、巖屑顆粒溶蝕→自生高嶺石形成與石英次生加大→烴類侵位→晚期碳酸鹽重結晶交代石英顆粒（圖2）。單旋回的伸展盆地，孔隙演化常表現為“三段式”，壓實作用是碎屑巖孔隙度變小的主控因素［11］。珠江組現今埋深為1 500～2 500m，巖石未發生強烈壓實，正處于“三段式”的孔隙度穩定下降段（圖2）。由于酸性流體的改造作用，導致珠江組的孔隙度明顯回返（圖2）。珠江組早期碳酸鹽膠結物，形成于孔隙度驟降段之前的同沉積期（圖2），參與了孔隙的早期演化。但碳酸鹽含量的不同，對孔隙的演化具雙重性。

3．2．1 孔隙式膠結利于原生孔隙保存和次生孔隙形成

未早期膠結的砂巖，在埋藏壓實過程中，顆粒接觸逐漸緊密，孔隙度迅速減縮（圖3－a1和圖3－a2）?？紫妒侥z結的鈣質砂巖，少量的碳酸鹽膠結物可以固結碎屑顆粒，防止顆粒的滑動與重新排列（圖3－c1、c2）。

碳酸鹽膠結物通常比碎屑顆?；瘜W活動性更強，容易發生溶蝕，且溶蝕后不產生殘骸。在文昌組烴源巖熱降解產生的酸性流體溶蝕下，粒間的早期碳酸鹽膠結物被溶蝕帶走，溶蝕比較徹底，形成“特大孔隙”（圖1－c2、d2）；長石顆粒與巖屑顆粒也遭受溶蝕，部分長石顆粒沿解理縫被溶蝕僅剩殘骸（圖1－c2、d2），形成粒內溶孔。

早期碳酸鹽膠結的砂巖，碳酸鹽普遍交代石英顆粒，被交代的石英顆粒邊緣常呈“犬嚙狀”（圖3－d1）。假如后期存在酸性流體的溶蝕作用，交代部位將形成“凹槽狀”的孔隙（圖1－d2、圖3－d2）。因此，石英顆粒雖然是碎屑巖中的穩定組分，不易被有機酸溶蝕，但由于早期碳酸鹽膠結物的交代作用，也可形成次生孔隙。

3．2．2 基底式膠結砂巖難以被溶蝕改造

基底式膠結的鈣質砂巖，膠結物可以起到承壓作用，顆粒的接觸方式隨埋深增大幾乎不變（圖3－b1和圖3－b2）。但由于顆粒之間的孔隙被方解石膠結物充填，巖石致密，原生孔隙不發育。初始孔隙度很低，因而酸性流體難以進入，后期的溶蝕作用較弱。珠江組的該類砂巖為低孔低滲儲層，僅在巖屑或長石顆粒內部發育孤立的粒內溶孔（圖1－a2、圖1－b2）。

圖2 恩平凹陷珠江組成巖序列與孔隙度演化模式圖

圖3 早期碳酸鹽膠結與儲層發育特征示意圖

3．2．3 基底式膠結對下伏儲層的遮擋保護

鈣質膠結作用非均質性很強，同一環境中基底式膠結和孔隙式膠結的砂巖共同存在［12］。基底式膠結的鈣質砂巖，滲透能力很差，但一般堅硬致密，可以遮擋保護孔隙式膠結砂巖（圖3－c1、c2）。即使經受深埋藏壓實作用，“孔隙式”膠結砂巖的顆粒接觸程度較低（圖1－c2、d2）。因此，“基底式”膠結砂巖有利于下伏砂巖原生孔隙的保存，早期碳酸鹽膠結的層位高滲與低滲儲層共生。

4 結論

1）早期碳酸鹽膠結對珠江組儲層的孔隙演化具有雙重性，基底式膠結的砂巖難以被溶蝕改造，低孔低滲；孔隙式膠結的砂巖因酸性液體溶蝕，可以形成“特大孔隙”，表現為高孔高滲特征。

2）早期碳酸鹽膠結物參與了孔隙演化的全過程，少量早期碳酸鹽膠結物對儲層的孔隙演化模式具有如下影響：承壓保護作用、為后期溶蝕提供物質基礎、交代溶蝕石英顆粒。因此，早期碳酸鹽膠結可以為中淺層形成高孔高滲儲層以及深部形成優質儲層創造條件。

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