早期碳酸盐胶结作用对恩平凹陷珠江组砂岩孔隙演化模式的影响

禚喜准 王 琪 李 娟 张 瑞 杜玉春 赵 越

1．辽宁工程技术大学地质工程系 2．中国科学院油气资源研究重点实验室

国内外勘探实践证实，小于1 500m的中浅层，储集物性有可能很差，如鄂尔多斯盆地埋深1 000多米的砂岩，其孔隙度小于10%，渗透率小于10mD［1］；而大于5 000m的深部储集层有可能物性很好，如南阿拉巴马州的上侏罗统诺弗利特组砂岩，埋深6 090m，孔隙度大于20%，渗透率为1 000mD［2］，我国的塔里木盆地也发现深度超过5 400m的优质储层［3］。此类现象与传统的孔隙度—深度曲线差别很大，引起诸多学者对优质储层成因机理的探讨［3－8］。早期碳酸盐胶结是硅质碎屑岩中比较普遍的一种现象，其存在对油气的运移和储集有重要意义，很多油气田的碎屑岩储层中都或多或少地存在早期碳酸盐胶结［3］。

1 地质简况

恩平凹陷属于珠江口盆地珠一坳陷的次一级构造单元，古近纪开始发育断陷—坳陷沉积。自下而上发育古近系文昌组、恩平组、珠海组和新近系珠江组、韩江组、粤海组、万山组等地层。其中文昌组、恩平组为陆相沉积，文昌组是恩平凹陷主要的烃源岩；珠海组、珠江组下部为海陆交互相沉积；珠江组上部、韩江组、粤海组、万山组为海相沉积［9］。恩平凹陷珠江组沉积期红树林成分较高，如三瓣费氏粉、半瓣费氏粉、光极费氏粉及柯氏双沟粉很发育［9］，是典型的热带植物群落，反映了古气候炎热。由于强烈的蒸发，靠近陆地的后滨及澙湖等相带局部发育薄层碳酸盐岩。珠江组早期碳酸盐胶结的砂岩，一般与薄层泥灰岩共生（图1－e、f），含大量生物碎屑颗粒，垂直生物潜穴也很发育，与高盐度、强蒸发的沉积环境密切相关。

2 早期碳酸盐胶结砂岩的孔喉特征

恩平凹陷珠江组形成于海侵的过程，主要为一套分选、磨圆较好的石英细砂岩，局部地区发育薄层泥灰岩。石英细砂岩中石英颗粒含量普遍大于80%，胶结物类型随沉积相带变化较大。靠近陆地方向的滨岸相带，碳酸盐胶结物含量平均在15%左右，颗粒之间被早期碳酸盐胶结物充填，部分碳酸盐含量很高，为基底式胶结的“悬浮砂”结构。向海洋方向的下临滨—浅海亚相，胶结物主要为绿泥石和硅质胶结物，碳酸盐胶结物含量较少。

图1 早期碳酸盐胶结砂岩孔喉特征分析图

早期碳酸盐胶结具有很强的非均质性，即使差1 m，碳酸盐胶结物的含量差别也会很大（图1－a2、c2）。从岩石的铸体薄片、压汞曲线分析也可以看出，孔喉半径与面孔率随碳酸盐含量变化很大（图1－a1、c1、a2、c2）。根据碳酸盐胶结强度，可以分为以下2类：

1）基底式胶结的钙质砂岩，表现为“悬浮砂”结构。由于孔喉连通性差，酸性流体难以进入，次生溶蚀孔隙不发育，仅在岩屑颗粒内部见孤立的粒内溶孔，溶孔内部见大量溶蚀残骸（图1－a2、b2）。压汞分析表明，此类岩石为细歪度，曲线平台不明显，孔喉分选比较差（图1－a1、b1）。该砂岩渗透率一般低于10mD，排驱压力大于0．65MPa，平均孔喉半径小于0．44μm，主要为低孔、低渗储层（图1－a1、b1）。

2）孔隙式胶结的钙质砂岩，颗粒主要为点接触，颗粒之间仍有大量空隙（图1－c2、d2）。该砂岩为粗歪度，曲线平台较明显，孔喉分选较好（图1－c1、d1）。由于孔喉粗大、连通性好，有利于酸性流体的渗流。在酸性流体溶蚀作用下，颗粒之间的早期碳酸盐胶结物被溶蚀带走，经常出现“特大溶孔”（图1－c2、d2）。孔隙式胶结的钙质砂岩渗透率一般超过100mD，排驱压力一般小于0．05MPa，平均孔喉半径大于15μm，为高孔、高渗储层（图1－c1、d1）。

3 碳酸盐胶结强度对砂岩孔隙演化模式的影响

3．1 主要成岩作用类型

3．1．1 压实作用

珠江组沉积物由于埋深较浅（1 500～2 500m），压实作用较弱，碎屑颗粒主要以点接触为主，部分以漂浮—点接触，观察到的压实现象有塑性岩屑变形（图1）。

3．1．2 早期碳酸盐胶结

珠江组砂岩中的石英、长石等碎屑在钙质胶结物中呈“悬浮砂”结构，说明早期碳酸盐胶结物形成于同沉积期（图1－a2、b2）。胶结物的存在有利于防止压实过程中的颗粒滑动与重新排列。砂岩中的早期碳酸盐胶结物可以起到承压的作用，有利于原生孔隙的保存［3，7］。

3．1．3 溶蚀作用与烃类侵位

恩平凹陷油气成藏期发生在距今10Ma左右，该时期珠江组的古埋深为1 000～2 000m（图2）。根据地层埋藏史、成岩序列可以推断，10Ma时珠海组的古孔隙度介于20%～35%（图2）。烃源岩成熟过程中产生大量有机酸性流体，溶蚀碳酸盐胶结物和碎屑颗粒，可以形成大量的次生孔隙（图1－d2、图3－d2），具备形成优质储层的潜能。油气的早期注入，有利于抑制后期胶结，保护原生孔隙［10］。

3．2 碳酸盐胶结强度对孔隙演化模式的影响

恩平凹陷珠江组砂岩，成岩序列与孔隙演化如下：早期碳酸盐胶结物形成→早期快速压实（孔隙度骤降）→机械稳定压实（孔隙度稳定下降）→有机酸进入→长石、岩屑颗粒溶蚀→自生高岭石形成与石英次生加大→烃类侵位→晚期碳酸盐重结晶交代石英颗粒（图2）。单旋回的伸展盆地，孔隙演化常表现为“三段式”，压实作用是碎屑岩孔隙度变小的主控因素［11］。珠江组现今埋深为1 500～2 500m，岩石未发生强烈压实，正处于“三段式”的孔隙度稳定下降段（图2）。由于酸性流体的改造作用，导致珠江组的孔隙度明显回返（图2）。珠江组早期碳酸盐胶结物，形成于孔隙度骤降段之前的同沉积期（图2），参与了孔隙的早期演化。但碳酸盐含量的不同，对孔隙的演化具双重性。

3．2．1 孔隙式胶结利于原生孔隙保存和次生孔隙形成

未早期胶结的砂岩，在埋藏压实过程中，颗粒接触逐渐紧密，孔隙度迅速减缩（图3－a1和图3－a2）。孔隙式胶结的钙质砂岩，少量的碳酸盐胶结物可以固结碎屑颗粒，防止颗粒的滑动与重新排列（图3－c1、c2）。

碳酸盐胶结物通常比碎屑颗粒化学活动性更强，容易发生溶蚀，且溶蚀后不产生残骸。在文昌组烃源岩热降解产生的酸性流体溶蚀下，粒间的早期碳酸盐胶结物被溶蚀带走，溶蚀比较彻底，形成“特大孔隙”（图1－c2、d2）；长石颗粒与岩屑颗粒也遭受溶蚀，部分长石颗粒沿解理缝被溶蚀仅剩残骸（图1－c2、d2），形成粒内溶孔。

早期碳酸盐胶结的砂岩，碳酸盐普遍交代石英颗粒，被交代的石英颗粒边缘常呈“犬啮状”（图3－d1）。假如后期存在酸性流体的溶蚀作用，交代部位将形成“凹槽状”的孔隙（图1－d2、图3－d2）。因此，石英颗粒虽然是碎屑岩中的稳定组分，不易被有机酸溶蚀，但由于早期碳酸盐胶结物的交代作用，也可形成次生孔隙。

3．2．2 基底式胶结砂岩难以被溶蚀改造

基底式胶结的钙质砂岩，胶结物可以起到承压作用，颗粒的接触方式随埋深增大几乎不变（图3－b1和图3－b2）。但由于颗粒之间的孔隙被方解石胶结物充填，岩石致密，原生孔隙不发育。初始孔隙度很低，因而酸性流体难以进入，后期的溶蚀作用较弱。珠江组的该类砂岩为低孔低渗储层，仅在岩屑或长石颗粒内部发育孤立的粒内溶孔（图1－a2、图1－b2）。

图2 恩平凹陷珠江组成岩序列与孔隙度演化模式图

图3 早期碳酸盐胶结与储层发育特征示意图

3．2．3 基底式胶结对下伏储层的遮挡保护

钙质胶结作用非均质性很强，同一环境中基底式胶结和孔隙式胶结的砂岩共同存在［12］。基底式胶结的钙质砂岩，渗透能力很差，但一般坚硬致密，可以遮挡保护孔隙式胶结砂岩（图3－c1、c2）。即使经受深埋藏压实作用，“孔隙式”胶结砂岩的颗粒接触程度较低（图1－c2、d2）。因此，“基底式”胶结砂岩有利于下伏砂岩原生孔隙的保存，早期碳酸盐胶结的层位高渗与低渗储层共生。

4 结论

1）早期碳酸盐胶结对珠江组储层的孔隙演化具有双重性，基底式胶结的砂岩难以被溶蚀改造，低孔低渗；孔隙式胶结的砂岩因酸性液体溶蚀，可以形成“特大孔隙”，表现为高孔高渗特征。

2）早期碳酸盐胶结物参与了孔隙演化的全过程，少量早期碳酸盐胶结物对储层的孔隙演化模式具有如下影响：承压保护作用、为后期溶蚀提供物质基础、交代溶蚀石英颗粒。因此，早期碳酸盐胶结可以为中浅层形成高孔高渗储层以及深部形成优质储层创造条件。

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