南陽凹陷馬店地區核桃園組儲層成巖作用

張 帆

(中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450046)

南陽凹陷馬店地區核桃園組儲層成巖作用

張 帆

(中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450046)

南陽凹陷馬店地區核桃園組發育辮狀河三角洲成因類型的砂體，地層埋藏深度大，成巖作用復雜，直接制約著深層異常孔隙帶的發育。通過鑄體薄片、巖石薄片以及掃描電鏡觀察等手段，研究了核桃園組成巖作用，進而對成巖圈閉的形成機理和分布進行了探討。研究結果表明，馬店地區核桃園組砂體經歷了壓實作用、膠結作用、交代作用和多期溶解作用，其中，膠結和壓實作用嚴重制約著原始孔隙的發育；早成巖階段B期至晚成巖階段A期，由于烴源巖生烴作用、壓實過程中黏土礦物轉化作用的影響，其產生的酸性水對碎屑組分及膠結物的溶蝕作用，形成一期次生孔隙發育帶。

南陽凹陷；馬店地區；古近系；核桃園組；沉積環境；辮狀河三角洲；成巖作用；次生孔隙

1 地質概況

南陽凹陷面積約3 600 km2，其形成于中新生代，整體為一受南部邊界斷裂控制的斷陷湖盆[1]。根據沉積及構造發育特征，南陽凹陷自南向北可分為南部陡坡帶、中央凹陷帶和北部斜坡帶。南陽凹陷地層自下而上為古近系玉皇頂組(Ey)、大倉房組(Ed)、核桃園組(Eh)、廖莊組(El)、新近系上寺組(Ns)及第四系(Q)，其中核桃園組是目前的主要勘探目的層,沉積厚度一般為2 000～3 000 m，可細分為核三段(H3)、核二段(H2)和核一段(H1)。

馬店區塊位于南陽凹陷張店油田東部，面積約60 km2，主要目的層為H2Ⅱ和H2Ⅲ。張店油田發現于1973年，截至2013年底，張店油田已累計探明含油面積16.30 km2，石油地質儲量1736.79×104t，2014至2015年，在馬店地區部署鉆探的南134井等10口井試獲工業油流，其中南144井全井見22層74 m的油氣顯示，最高日產油19.9 t。綜合評價后新增預測含油面積5.58 km2，新增預測石油地質儲量565×104t。

馬店地區共識別出辮狀河三角洲和湖相兩種沉積相類型，辮狀河三角洲可分為水下分流河道、分流間灣、河口壩及席狀砂等沉積微相類型，而湖相沉積則主要以淺湖-半深湖沉積為主。該區巖石類型以碎屑巖占絕對優勢，夾有少量碳酸鹽巖。馬店地區砂巖的成分成熟度和結構成熟度較低，巖性主要為長石砂巖、長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖。該區核桃園組埋藏深度變化大，成巖作用復雜。為了更精確地預測有效儲層的分布特征，對核桃園組進行了儲層的成巖作用研究。

2 儲集空間

馬店地區核桃園組砂巖儲層空間類型可劃分為原生孔隙和次生孔隙2種類型。

2.1 原生孔隙

原生孔隙是馬店地區儲層中重要的儲集空間。橫向上，以H2Ⅰ和H2Ⅱ中上部砂巖儲層為代表，主要在馬店北部地區發育，原生孔隙度較高，介于8.6%～18%(圖1)。

2.2 次生孔隙

次生孔隙以粒內溶孔為主，其次為粒間溶孔和剩余粒間孔，次生孔隙形成的主要成因是溶解作用。次生孔隙主要發育于H2Ⅱ～H3，孔隙度為4%～12%。

3 成巖作用

3.1 成巖作用類型

巖石學和地球化學研究表明，壓實作用、膠結作用和溶蝕作用是馬店地區核桃園組主要的儲層成巖作用類型[2]。

圖1 馬店地區砂巖儲層孔隙度與深度關系

3.1.1 壓實作用

薄片觀察結果顯示，研究區砂巖壓實程度總體上屬較弱-中等水平，一般而言，當埋深小于1 900 m時，碎屑顆粒間以漂浮狀或點接觸為主，膠結類型主要為基底式和基底-孔隙式；當埋深為1 900～2 300 m時，以線接觸為主，膠結類型主要為接觸式；而埋深增加到3 200 m以上時，則普遍為線-凹凸接觸，膠結類型主要為接觸-壓嵌式。

3.1.2 膠結作用

馬店地區砂巖儲層膠結物的類型以碳酸鹽膠結和硫酸鹽膠結為主，硅質膠結和泥質膠結較少。

(1)碳酸鹽膠結作用：本區碳酸鹽膠結物以方解石和白云石為主。其最大含量在30%以上，平均為8.4%，其膠結方式主要是孔隙式膠結。

(2)硫酸鹽膠結作用：本區硫酸鹽膠結物主要為硬石膏，其次為石膏，其平均含量為3.3%。經統計，硫酸鹽膠結物含量和碳酸鹽膠結物含量呈反比關系。

3.1.3 溶蝕作用

壓實作用和膠結作用導致孔隙度較低，而溶蝕作用產生次生孔隙能夠改善儲層的性能[3]。骨架顆粒溶解、碳酸巖膠結物溶解、黏土礦物溶解和交代物溶解是溶蝕作用表現的4種類型，其中前兩種最為普遍。在不同部位，溶蝕作用發育的深度和強度以不同，自北向南，南41井、南139井、南137井和南137-1井在2 150 m、2 200 m、2 300 m和2 350 m左右(均相當于H2Ⅱ中下部)出現高孔隙帶；在東西方向上，自西向東，南137井、南143井和南66井則在2 300 m(H2Ⅱ中下部)、2 000 m(H2Ⅱ上部)和2 128 m(H2Ⅱ上部)出現高孔帶(圖2、圖3)。通過應用泥巖最大壓力計算法，計算出高孔隙帶壓力系數在1.05～1.14，有利于油氣在該區的聚集與運移。

圖2 馬店地區南北向南41井-南83井泥巖聲波時差與深度關系

3.2 成巖階段

以自生礦物組合、分布、形成順序以及有機質成熟度、經歷的最高古地溫作為馬店地區核桃園組砂巖儲層成巖階段的劃分依據，可以將本地區的砂巖成巖階段劃分為早成巖A期、早成巖B期和晚成巖A期三個成巖期次[4](圖4)。

(1)早成巖A期：地層埋深小于1 900 m，古地溫低于89 ℃，Ro小于0.55%。此階段的成巖作用主要為機械壓實和膠結作用。壓實作用導致砂巖顆粒重排，儲層孔隙度隨埋深迅速減小。砂巖膠結作用發生較早，該階段析出的膠結物有泥晶碳酸鹽、菱鐵礦和石膏。壓實作用的影響因早期的碳酸鹽充填而減弱，顆粒之間以點接觸為主，砂巖弱固結，孔隙類型主要為原生孔隙。

圖3 馬店地區東西向龍16井-南87井泥巖聲波時差與深度關系

圖4 馬店地區核桃園組砂巖儲層成巖階段演化

(2)早成巖B期：儲層埋深1 900～2 300 m，古地溫89～110 ℃，Ro值0.55%～0.7%。該階段成巖作用以膠結作用為主，壓實作用次之。析出的膠結物有粉晶碳酸鹽、碳酸鹽巖屑次生加大，同時，本階段還伴隨有方解石向鐵方解石，白云石向鐵白云石，石膏向硬石膏的轉換。砂巖弱固結-固結，顆粒之間以點接觸、點-線接觸為主，孔隙仍以原生孔隙為主，發育有少量的次生孔隙。

(3)晚成巖A期：儲層埋深2 300～3 200 m，古地溫110～129 ℃，Ro值0.7%～1.0%。該階段成巖作用以溶蝕作用為主。泥巖中有機質成熟過程中形成的大量有機酸對砂巖儲層中的碳酸鹽礦物及長石產生溶蝕作用，石英和重礦物也有部分被溶蝕。后期溶蝕作用逐漸減弱，隨著有機酸的消耗，晚期碳酸鹽開始大量沉淀。砂巖固結-強固結，顆粒之間以線接觸為主，次生孔隙十分發育。

4 儲集條件

4.1 影響因素

綜合研究表明，馬店地區砂巖儲層的儲集條件主要受沉積環境、儲層展布、儲層成巖作用多種因素的影響，其中成巖作用影響最大。

(1)沉積環境：馬店地區核桃園組儲層的沉積成因類型主要有水下分流河道、分流間灣、河口壩及席狀砂濱淺湖灘壩等微相，其中水下分支河道微相砂體的物性、粒度和分選性最好，河口壩微相物性次之。馬店地區自北東向西南方向發育兩支砂體，一支沿龍7-1-南144-張16井發育，一支沿南41-南139-南137-南137-1-南83井發育，處于水下分流河道微相上的南137、南137-1井以及南144井核桃園組砂體發育，物性較好，取得了較好的鉆探效果(圖5、圖6)。

(2)成巖作用：馬店地區的成巖作用類型有壓實作用、膠結作用和溶蝕作用三種。壓實作用和膠結作用使儲層孔隙度減小，對儲層性能起破壞作用。溶蝕作用(主要是碳酸鹽膠結物、長石等溶解)對層性能起建設性作用。H1-H2Ⅱ中上部儲層主要為壓實和膠結作用，H2Ⅱ中下部～H3儲層，馬店地區南部和西南部地區溶蝕作用較強，北部地區以膠結作用和壓實作用為主。

圖5 馬店地區H2Ⅱ4砂巖厚度平面分布

圖6 馬店地區H2Ⅱ7砂巖厚度平面分布

4.2 成巖作用對儲層孔隙的影響

早成巖階段A期，由于壓實作用導致儲層的原始孔隙度減小至8%左右[5]。早成巖階段B期至晚成巖階段A期，隨著有機酸濃度增加，碳酸鹽膠結物和部分硅質組分開始發生強烈溶解，次生溶孔大量形成，儲層孔隙度平均增加8%～10%；同時由于膠結作用和各種自生礦物的充填作用，部分區帶原生孔隙減少了2%～5%。

4.3 儲集條件評價

根據儲集砂體的沉積環境、成巖作用特征及構造特征等綜合分析，南陽凹陷馬店地區核桃園組砂巖儲層物性變化總體上具有一致性，自H3、H2Ⅲ、H2Ⅱ和H1，砂巖儲層孔隙度與滲透率逐漸變大，即自老到新，儲層物性逐漸變好，但是由于在H3和H2Ⅱ中下部出現異常孔隙帶，導致物性相對變好，于是在馬店地區南部和東部地區(自北向南，南41-南139-南137-南83井；自西向東，南137-南66)存在一異常孔隙帶發育區，該區也是油氣的富集區。

5 結論

南陽凹陷馬店地區核桃園組儲層巖屑長石砂巖和長石砂巖發育，富含碳酸鹽膠結物。儲層主要的成巖作用包括壓實作用、膠結作用、交代作用及多期溶解作用，其中壓實作用和膠結作用制約孔隙的發育。研究區核桃園組經歷了早成巖A、B期和晚成巖A期三個成巖階段，在成巖過程中，隨著地層埋藏深度的增加，烴源巖生烴及黏土礦物轉化等生成的酸性水對碎屑組分及膠結物具有溶蝕作用，特別是在早成巖階段B期-晚成巖階段A期，由于長石、富鋁硅酸鹽組分的巖屑及碳酸鹽膠結物被強烈溶蝕，形成一期次生孔隙發育帶，也是該區尋找隱蔽油氣藏的有利區帶。

[1] 王定一，車自成，張樹田，等．南襄盆地構造發育特征及形成機制[J].石油與天然氣地質，1987，8(4)：22-25.

[2] 李海燕．南陽凹陷古近系核桃園組沉積微相研究[J].沉積與特提斯地質，2008，28(4)：44-49.

[3] 鄭浚茂，龐明．碎屑儲集巖的成巖作用研究[M].武漢：中國地質大學出版社，1989：53-56.

[4] 馬超．楊樓油田儲層成巖作用與孔隙演化測算[J].石油地質與工程，2007，21(3)：18-19.

[5] 趙追，趙全民，孫沖，等．陸相斷陷湖盆的成巖圈閉-以泌陽凹陷下第三系核桃園組三段為例[J].石油與天然氣地質，2001，22(2)：154-157.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)06-0029-04

2015-06-15

張帆，工程師，碩士，1981年生，2008年畢業于中國地質大學(武漢)能源地質工程專業，現主要從事油氣地質構造、沉積、成藏方面工作。

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