南八仙油田下油砂山組砂巖成巖作用及孔隙演化

李建明，嚴鈺童，吳銀萍 （長江大學地球科學學院，湖北武漢430100）

通過大量的巖石薄片和鑄體薄片的鏡下鑒定，結合掃描電鏡、陰極發光、X－衍射等測試結果，發現南八仙油田儲層砂巖在埋藏過程中成巖作用十分豐富，經歷了壓實壓溶作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用和破裂作用。

1.1 壓實壓溶作用

機械壓實作用總體特征明顯，其壓實強度為中等至弱，主要表現為：碎屑顆粒的重新排列，顆粒普遍以點～線接觸、部分碎屑顆粒呈凹凸接觸，塑性巖屑擠壓變形 （如云母和泥巖巖屑）且具較明顯的定向排列，剛性碎屑礦物壓碎或壓裂。

壓實和壓溶是2個連續進行階段，隨著成巖作用強度的加大，碎屑顆粒間接觸的緊密程度不斷提高，由機械壓實作用逐漸過渡到壓溶作用［5］。鑄體薄片下觀察，可見石英壓溶現象，石英顆粒之間相互穿插，形成顆粒之間線接觸、凹凸接觸甚至是縫合接觸，從而降低巖石的孔隙度。此外，石英壓溶后產生的Si4＋為硅質膠結提供了物質來源，亦能降低儲層的孔隙度。

1.2 膠結作用

膠結作用是影響南八仙油田儲層物性好壞的重要因素之一，這在很大程度上控制了儲層儲集物性在平面上和縱向上的分布。膠結作用發生在成巖作用的各個時期［6］。南八仙油田最常見的膠結物是碳酸鹽類膠結物和硅質膠結物，其次是自生粘土礦物，還有少量的黃鐵礦和天青石。

石英加大邊的寬窄常是不均一的，可能與生長時受周圍空間的限制或者是由于壓溶作用造成的。一般石英次生加大較弱，僅使孔隙度降低3%～5%，孔喉及滲透率降低并不很大［5］。研究區石英次生加大較弱可能與雜基支撐和石英碎屑含量少有關。

2）碳酸鹽膠結作用 碳酸鹽膠結作用可分為早期碳酸鹽膠結及晚期碳酸鹽膠結，早期碳酸鹽膠結物以泥晶及亮晶方解石為主，均為無鐵方解石，主要形成于沉積早期及壓實作用較弱的早成巖期，早期碳酸鹽膠結物多以充填原生孔隙的方式出現，還可見世代膠結的櫛殼狀結構［7］。

南八仙油田碳酸鹽膠結物為方解石和白云石類，多以顆粒方式充填于孔隙中，有的甚至交代了其他碎屑顆粒，使得巖石變得致密，從而影響了儲層的物性。分析資料表明，儲層中早期碳酸鹽膠結物含量在1.1%～13.5%之間，低于15%，故其存在反而減弱了壓實作用對儲層物性的影響，為成巖作用后期的溶解作用提供物質基礎［6］。

3）粘土礦物膠結作用 粘土礦物以伊利石、伊／蒙混層為主，綠泥石和高嶺石次之。在掃描電鏡中可見伊利石常呈不規則的片狀或絲縷狀，一般附著于顆粒表面，部分填充于粒間孔隙中。伊／蒙混層呈似 “蜂窩”狀或片狀，一般以襯墊式包裹顆粒。此外，局部可見書頁狀自生高嶺石充填于長石溶蝕后形成的次生孔隙內。在掃描電鏡中綠泥石常呈葉片狀分布于粒間，在薄片下可見綠泥石膠結物以膜狀分布于碎屑顆粒表面。

綠泥石薄膜能起到一定的抗壓實作用，并形成粘土水膜促進溶蝕作用發育。而伊利石、伊／蒙混層和高嶺石遇水膨脹或分散、運移，不僅堵塞了喉道，還將原始粒間孔隙分割成微細孔隙，降低了砂巖的物性。

4）其他膠結作用 其他膠結物有長石、黃鐵礦、赤鐵礦、燧石、硬石膏和石鹽。長石質膠結物少見，以長石加大邊或晶形較好的自生鈉長石晶體產出，但含量很低，通常小于1%。次生加大邊被溶蝕呈鋸齒狀、港灣狀。黃鐵礦膠結物多呈規則的正方體晶生長于泥質巖屑中。砂巖基質中可見少量的云霧狀燧石。赤鐵礦、硬石膏和石鹽分別也是砂巖的一類膠結物，但含量較少，僅在個別薄片中觀察到。

1.3 交代作用

交代作用的實質是被交代礦物的溶解和交代礦物的沉淀同時進行并逐步替代的過程。南八仙油田下油砂山組地層中交代作用較明顯，主要分為2種類型：

1）碎屑顆粒的碳酸鹽巖化作用 包括方解石對碎屑顆粒石英、長石、巖屑和粘土礦物的交代作用。鏡下觀察發現，交代作用往往是從顆粒邊部向中心開始。

2）碎屑顆粒的粘土化作用 包括火山玻璃、巖屑、長石、鐵鎂礦物發生絹云母化、水云母化、高嶺石化、伊利石化等作用。鏡下觀察發現，交代作用往往是從顆粒邊部向中心開始，被交代顆粒邊緣呈纖維狀、顆粒狀或侵染狀。粘土化作用與砂巖類型有關。一般長石砂巖中易于形成伊利石、高嶺石，巖屑砂巖和雜砂巖中以形成伊利石為主。

交代作用服從體積保持定律及質量守恒定律，因而對儲層孔隙度和滲透率的影響相對較?。?］。

1.4 溶蝕作用

N12儲層的溶蝕作用主要表現為碳酸鹽膠結物、長石顆粒以及部分巖屑的溶蝕，另外還可見到雜基溶蝕。鏡下石英、長石、巖屑等碎屑邊緣微弱溶蝕成港灣狀；填隙物中雜基、綠泥石被溶蝕形成貼粒溶縫、粒間微孔和雜基內微孔；碳酸鹽膠結物溶蝕成鑄模孔、晶間溶孔和溶蝕縫，在掃描電鏡中觀察到碳酸鹽及溶蝕孔。

溶蝕作用促使了次生孔隙發育，可有效改善儲層的孔隙度和滲透率，是影響南八仙地區儲層物性好壞的又一重要因素。

2 砂巖成巖演化階段

成巖階段的劃分方案按石油天然氣行業標準 《碎屑巖成巖階段劃分》（SY／T5477－2003）進行。根據石英次生加大、自生方解石膠結物的結晶程度、泥質巖中I／S中S層的百分比、粘土礦物組合及轉化、有機質最高熱解溫度及孔隙類型等指標綜合判斷，N12儲層砂巖成巖演化階段達到早成巖B期向中成巖A期過渡階段，其主要特征為：

（1）石英次生加大以Ⅰ級為主，加大邊窄且不連續，偶見自形晶面。在鏡下可見自生方解石膠結物成亮晶方解石顆粒，部分解理清晰可見，還可見長石、巖屑及碳酸鹽巖的溶蝕作用。

圖1 儲層成巖演化和成巖階段分布圖

（2）泥質巖中I／S中S層的百分比為50%～70%范圍，為無序混層帶，從掃描電鏡中可見無序混層I／S為細絲發狀，并且分布較廣，如仙4井1130.12～1416.06m井段的泥巖I／S中S層百分比為60.00%。部分井的泥巖I／S中S層百分比＜30%～50%，I／S轉變為有序混層，從掃描電鏡中觀察可見I／S混層呈絲發狀，如仙9井856.74～1490.32m井段的泥巖I／S中S層百分比為27.48%。

（3）有機質最高熱解溫度約為450～480℃，有的有機質最高熱解溫度大于480℃。

（4）粉砂質泥巖中粘土礦物的X－衍射分析資料表明，自生粘土礦物以伊／蒙混層 （29.29%～48.00%）和伊利石 （27.40%～45.66%）為主、綠泥石 （7.00%～17.14%）和高嶺石 （4.67%～11.96%）。

（5）碎屑顆粒以點接觸為主，也見有線接觸或溶蝕邊的凸凹接觸?？紫兑栽紫逗腿芪g孔為主。

根據前述對成巖作用及自生礦物成因的分析，結合薄片觀察和掃描電鏡下各類成巖現象的分析，按照自生礦物或成巖事件首次出現的相對順序，歸納總結出研究區砂巖成巖作用序列：機械壓實→無鐵方解石和環邊綠泥石膠結→壓溶作用→石英I級次生加大→粘土礦物膠結→碎屑顆粒的交代→碳酸鹽溶蝕與碎屑顆粒的溶蝕 （見圖1）。

3 孔隙類型及演化特征

3.1 砂巖儲層孔隙類型

表1 南八仙研究區儲層孔隙分類及成因

1）原生孔隙 原生孔隙主要是巖石原始沉積下來就已經形成并保存至今的孔隙。這類孔隙又可細分為壓實剩余的原生粒間孔隙、膠結剩余的粒間孔和原生沉積下來保存的雜基微孔隙。在成巖作用過程中，經壓實、膠結及壓溶等作用，原生孔隙將逐漸減少。

2）次生孔隙 次生孔隙是巖石在埋藏過程中由于各種成巖作用或其他地質因素如構造作用、脫水收縮作用等形成的孔隙。在這類孔隙中，溶蝕作用產生的各種溶蝕孔隙 （如粒間溶孔、粒內溶孔、鑄?？准俺罂祝┖蜆嬙熳饔眯纬傻牧芽p是主要的［8］?？扇艿乃樾碱w粒和易膠結物隨著埋深的增加會發生溶解和交代作用，從而促成碎屑巖中次生孔隙的發育。

3.2 孔隙演化特征

通過成巖作用類型、成巖階段和成巖序列的研究，總結出N12儲層砂巖孔隙演化模式 （見圖1）。經過早成巖階段 （A期為主，可延續到B期）的強烈機械壓實作用，砂巖的孔隙度損失量在20%～23.3%，平均為21.7%，這時的原生粒間孔隙大致還有16.7%～20%，平均為18.4%。進入早成巖階段B期，環邊綠泥石、石英次生加大和碳酸鹽礦物膠結充填粒間孔隙，使原生粒間孔隙損失量在1%～7%之間變化，平均為4.1%。隨后壓溶作用使得原生粒間孔隙度進一步降低，損失量在1%～5%，平均為3.3%。進入中成巖階段A期，有機酸的產生溶解了儲層中的酸性不穩定組分，如長石、碳酸鹽巖屑、粘土礦物等，主要形成粒內溶孔、粒間溶孔、鑄?？准吧倭康娜芪g縫洞，從而增加次生面孔率可達3%～8%，平均為5.5%，個別可達到13%，也有極少量次生粒間孔 （面孔率達1%）。隨之伴生的雜基和長石等礦物高嶺石化、絹云母化，可形成部分溶蝕微孔，其面孔率為1%～2%，平均為1.6%。經過長時間的成巖演化，原生粒間孔隙損失了一半以上，次生孔隙開始大量出現，最終的平均孔隙度為18.1%。

4 結 論

（3）研究區砂巖儲層的孔隙演化主要經歷了原生孔隙的破壞和次生孔隙的形成2個階段。