高邮凹陷阜宁组三段储层成岩演化序列

2013-03-03卢黎霞陈长征于雯泉

石油天然气学报 2013年11期

卢黎霞，陈长征，于雯泉

朱煜，毕建福（中石化江苏油田分公司地质科学研究院，江苏扬州 225009）

高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部，古新统阜宁组三段（E1fn3）是其最重要的勘探层系之一，随着近几年对北斜坡内坡带的探索，E1fn3更是成为主力勘探层系。但该区E1fn3储层埋深大、成岩时间长、物性差，多为低渗透储层，受成岩作用的影响较大［1～3］，对其演化过程认识尚不完善。因此，加强成岩演化序列的研究对进一步勘探具有重要意义。

1 岩石学特征

研究区E1fn3的泥岩颜色主要为深灰色、黑色，反映了还原相的水下三角洲沉积。沉积砂体主要为三角洲前缘砂体，岩性为长石砂岩和长石岩屑砂岩（表1）。石英体积分数介于50%～82%之间，平均为60.6%；长石体积分数介于9%～25.8%之间，平均为18.1%；钾长石含量高于斜长石；岩屑体积分数介于10%～30%之间，平均为21.3%；岩屑主要成分是石英岩、硅质岩、砂泥岩、酸性火山岩、片岩和花岗岩等。碎屑颗粒分选较好，磨圆中等，多呈次圆－次棱角状，结构成熟度相对好，一般为颗粒支撑，孔隙－接触式胶结。

表1 研究区E1fn3砂岩矿物成分统计表

2 成岩作用类型

高邮凹陷E1fn3储层的成岩作用主要有2大类：破坏性成岩作用，主要是压实作用与胶结作用；建设性成岩作用，主要是溶蚀作用，也包括产生晶间微孔隙的交代作用。储层整体低渗主要是压实作用与方解石胶结作用的结果，局部储层物性较好则与溶蚀作用关系密切。

2.1 压实作用

压实作用是原生粒间孔隙损失的主要因素，随埋深增加压实强度逐渐增大，对碎屑岩储层孔隙的破坏作用也增强［4，5］。在成岩过程中，压实作用在研究区E1fn3普遍发育且具有一定持续性，尤其是埋深较大时。通过机械压实，E1fn3砂岩中的碎屑颗粒重新排列，孔隙中液体被挤出，粒间孔隙变小并持续减少、孔隙度降低，渗透率变差。在镜下表现为塑性颗粒塑性变形，刚性颗粒受压发生破裂，颗粒间的接触关系多为线状或线－凹凸状（图1（a）、（b））。强烈的压实作用是造成深部E1fn3储层低渗透率的主要原因。

2.2 胶结作用

碳酸盐胶结是研究区最重要的一种胶结作用，严重影响了储层的结构及物性。该区碳酸盐胶结物包括（泥晶）方解石、白云石、铁方解石及铁白云石等，其中分布最广的是方解石。部分颗粒在嵌晶碳酸盐中呈 “漂浮”状，颗粒周围无其他类型胶结物，说明该类碳酸盐胶结物形成于压实作用较弱的浅埋藏阶段。另有部分碳酸盐具有明显世代性，对颗粒和杂基进行交代。研究区E1fn3碳酸盐胶结虽广泛存在，但受到溶蚀作用影响，胶结物含量相对较低，而铁质碳酸盐含量更低（图1（c））。石英胶结在E1fn3不普遍，一般小于0.5%，但次生加大边较宽（0.02～0.3mm），可见其溶蚀状加大边。

2.3 溶蚀作用

高邮凹陷E1fn3储层的矿物成熟度不高，碎屑颗粒中长石和岩屑的含量较高，经过多次酸碱流体交替的影响，研究区内溶蚀作用普遍发育，形成大量次生孔隙。溶蚀作用主要发育于碎屑颗粒粒度相对较粗、筛选充分、杂基含量相对较低的沉积相带中，如水下分流河道、河口坝、砂岩沉积的层理面（图1 （d）、（e））。

图1 高邮凹陷E1fn3储层成岩作用特征

2.4 交代作用

研究区E1fn3交代作用主要表现为（泥晶）方解石对石英、长石的交代（图1（f）），方解石对黏土矿物的交代，铁白云石对石英、方解石的交代，黏土矿物对石英、长石的交代。含铁碳酸盐对矿物的交代可能与辉绿岩的侵入有关［6，7］。

2.5 黏土矿物

研究区黏土矿物体积分数在2%～26.6%之间，根据X－衍射分析，主要有伊－蒙混层（φ（I/S））、伊利石（φ（I））、高岭石（φ（K））、绿泥石（φ（C））。根据黏土矿物的纵向分布图显示，在埋深2500m左右有个转换带，小于2500m，黏土矿物胶结物主要为伊－蒙混层、高岭石，少量伊利石、绿泥石；大于2500m深度，绿泥石含量增高，黏土矿物胶结物转为以高岭石、绿泥石为主。在3300m左右也有一个转换带，表现为绿泥石含量开始增加。由此得出，无论埋藏深浅，E1fn3砂岩中的黏土矿物都是以高岭石的高含量为特征，占到了黏土矿物平均体积分数的30%～40%，最高达61%，而绿泥石含量与高岭石呈负相关（图2）。黏土矿物的含量较高也是导致储层低渗的原因之一。

图2 高邮凹陷E1fn3黏土矿物胶结物纵向分布特征

3 成岩阶段的划分

通过对研究区阜宁组成岩特征及储层物性分析表明，E1fn3成岩演化阶段已达到中成岩A期，局部深部储层达到中成岩B期（表2）。

表2 E1fn3成岩阶段划分实例

3.1 中成岩A1期

该成岩期的自生矿物主要有方解石、石英、铁方解石、铁白云石、伊利石、高岭石和绿泥石等。φ（I/S）开始向伊利石转化，混层中蒙皂石体积分数占25%～50%，烃类包裹体均一温度为85～120℃，有机质Ro一般小于0.8%。石英加大一般为Ⅰ～Ⅱ级。该成岩期下伏烃源岩产生了大量CO2和有机酸，溶蚀作用强烈，形成大量次生孔隙。由于孔隙内流体离子浓度的增加，析出新的矿物，从而又导致次生孔隙不断胶结。该阶段砂岩中碎屑颗粒多以点－线接触为主，孔隙度介于7%～26%之间。北斜坡埋深小于2500m的E1fn3储层基本处于该成岩演化阶段。

3.2 中成岩A2期

该期φ（I/S）属有序混层，混层中蒙皂石体积分数降低至20%～30%。地层古地温在120～140℃左右，有机质成熟，Ro一般在1%左右，孢粉颜色为桔黄（橙）一棕（褐）色。该阶段石英次生加大现象明显，多为Ⅱ～Ⅲ级。烃源岩排出的有机酸虽有减少，但仍伴有一定的溶蚀和溶解作用发生。碳酸盐胶结强烈，储层孔隙度开始下降，同时压实作用也使得渗透率下降，但E1fn3仍具备一定的储集性能，为油气的良好储层。一般埋深大于2500m的E1fn3储层处于该成岩演化期，储层多具低孔－低渗特征。

3.3 中成岩B期

该成岩期主要黏土矿物为绿泥石与伊利石，此外还有少量的高岭石和φ（I/S），混层中蒙皂石体积分数继续降低，约占15%～25%。石英加大一般为Ⅱ～Ⅲ级，局部达到Ⅳ级。地层古地温多超过140℃，Ro多在1%～1.3%。该阶段烃源岩排酸能力减弱，孔隙水酸性程度降低，开始向中性发展，甚至转化为弱碱性，导致晚期碳酸盐胶结大量产生，伴随强烈的压实作用，孔隙度、渗透率大大降低。埋深大于3300m的E1fn3储层（位于内坡及深凹带）处于该成岩期，储层的物性明显变差，具低孔－低渗、特低孔－特低渗特点。

4 成岩演化序列

研究区E1fn3沉积时期，硼含量低，湖泊蒸发量小于注入量，湖平面相对升高，气候湿润，原始水介质的pH值接近大气水［1］。因此，在同沉积时期至早成岩A期为弱酸性成岩环境。早成岩B前期，埋深大致为1200～1800m，古地温相对较高（65～85℃），由于黏土矿物脱出的层间水及H＋的酸性混合液，石英产生次生加大边，蒙脱石向伊/蒙混层转化，该阶段呈弱酸性。

随着埋深的增加，孔隙水中CO2分压降低，有利于提高孔隙水的pH值；另一方面，较高的古地温促使储层中钾长石向高岭石转化［8，9］，该过程释放出一定的K＋及OH－，也有利于提高孔隙水的pH值。早成岩B后期的水介质环境转变为弱碱性。

当埋深达到1800m，储层进入中成岩期，古地温较高（85～140℃）。初期继承了早成岩B期的孔隙水环境，但随着埋深加大，下伏阜宁组二段（E1fn2）烃源岩成熟，释放出大量的CO2和有机酸，蒙脱石向伊利石的转化也脱出层间水与H＋的酸性混合液，使储层整体处于酸性环境。但研究区有辉绿岩侵入，在辉绿岩侵入带附近会产生大量碱性离子，使储层局部呈碱性。

在局部地区，如花庄南部，埋深较大，已达到3300m，此时储层进入中成岩B期，古地温升高到140～175℃。有机酸在随油气运移的过程中，由于方解石、长石的溶蚀作用，H＋消耗殆尽，地层水酸性大大降低［10］，使该区储层整体处于中性环境。

综上，该区成岩演化的次序为：颗粒首先经受压实作用，脆性颗粒破碎，塑性颗粒变形；随后早期溶蚀作用导致部分长石溶解，石英颗粒自生加大形成次生加大边；后期由于地层水碱性增强，碳酸盐开始大规模胶结并交代石英加大边；随着烃源岩的成熟，酸性流体进入储层，对碳酸盐胶结物与酸溶性矿物产生溶蚀作用，形成次生孔隙，成为有效储层（图3）。