河控三角洲前缘钙质胶结分布规律及其成因——以东营凹陷永安镇油田为例

段冬平

中国石油大学（北京）地球科学学院，北京１０２２４９

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海） ２０００３０

侯加根 （中国石油大学（北京）地球科学学院，北京１０２２４９）

高建 （中国石油勘探开发研究院，北京１０００８６）

王礼常 （中化石油勘探开发有限公司，北京１０００３１）

钙质胶结多由碳酸盐胶结作用形成，碳酸盐胶结是碎屑岩储层中最为常见的胶结类型之一，其分布普遍、形成多期且成因多样［1］，碳酸盐胶结对储层的影响之一就是占据储层原生孔隙，对储层孔隙度起到破坏作用［2］，在储层研究中一般将碳酸盐胶结作用形成的钙质胶结作为钙质夹层或隔层，而隔夹层的分布正是造成储层内部结构差异，导致大量可动油无法采出的主控地质因素之一［3］。河控三角洲沉积是我国东部油田中最重要的储集类型之一［4］，笔者以永安镇油田沙河街组二段 （E2s2）5～7 砂组（E2s52～7）河控三角洲前缘储层为例，基于测井资料和岩心分析化验资料对河控三角洲前缘储层内部钙质夹层分布规律及其成因开展研究。永安镇油田位于济阳坳陷东营凹陷的东北部，北邻陈家庄凸起，东邻青坨子凸起，西为民丰洼陷，南抵东营凹陷中央隆起带，是一个中高渗、稀油低饱和复杂断块油藏。永3断块E2s2为典型的进积三角洲沉积，储层以河口坝与水下分流河道沉积砂体为主［5，6］。

1 钙质胶结的电性及镜下特征

1．1 电性特征

钙质胶结的岩石类型包括钙质砂岩和钙质泥岩。钙质砂岩自然电位表现为砂岩负异常，而微电极（微电位、微梯度）电阻率曲线则是高阻尖峰状；钙质泥岩自然电位近似为泥岩正异常特征，微电极曲线表现为高阻尖峰状，但峰值要低于钙质砂岩，与上下围岩电阻率差别大 （图1）。

1．2 镜下特征

1）钙质砂岩 钙质砂岩镜下粒间孔喉明显较砂岩降低，粒间孔喉分布不均匀，除发育黏土矿物充填以及石英次生加大外，碳酸盐胶结物亦较多。如图2所示，2114．60m 的钙质砂岩扫描电镜照片显示，放大1500倍时，可见明显的自形晶的黄铁矿胶结物，放大3000倍时，可见粒间孔隙充填团粒状方解石，且石英颗粒表面不均匀发育碳酸钙。

2）钙质泥岩 钙质泥岩在镜下整体上粒间孔不发育，分布不均，喉道与微孔隙不发育，填隙物主要为伊－蒙混层、黄铁矿、方解石。如图3所示，2084．01m 钙质泥岩在放大3000倍时，可见片状伊－蒙混层和许多大小不一的球状黄铁矿晶体，放大4000倍时，可见锥形的菱铁矿，以及粒间充填的方解石，菱铁矿呈蔟状发育，有多个晶体。说明泥岩中曾有含Fe2＋，Co2－3，S2－的高浓度流体存在过，形成钙质胶结。

图1 永3断块E2s5～72 构型界面处不同岩性隔夹层的电性特征

2 钙质胶结的分布规律

图2 钙质砂岩扫描电镜照片 （YAA3J1井，2114．60m）

钙质胶结多是后期成岩过程中形成的，其分布规律复杂，因此要总结钙质胶结的垂向分布特点和空间分布规律。

2．1 钙质胶结垂向分布特点

根据单井岩性测井解释发现，钙质胶结的发育与相带及砂厚存在一定关系，依据分布位置将其划分为以下几种特征：顶部胶结、底部胶结、中部胶结以及薄砂体整体胶结。

1）砂岩顶部钙质胶结该类型钙质砂岩最易发育在漏斗状反韵律河口坝砂体顶部以及均质韵律河口坝砂体顶部（图4 （a））。通过对全区所有井E2s5～72内不同韵律砂体的统计（表1）发现，复合反正韵律砂体顶部不易发生胶结，钙质胶结发生概率只有10%；而在漏斗状反韵律河口坝砂体中，其顶部大约有30．2%的概率发育钙质胶结；均质韵律河口坝砂体顶部胶结概率为23．5%。可见反韵律的河口坝砂体顶部最易发生钙质胶结。

图3 钙质泥岩扫描电镜照片 （YAA3J1井，2084．01m）

2）砂岩底部钙质胶结 在均质韵律河口坝砂体的底部，与下伏泥岩接触的部位常发育被钙质胶结的砂岩 （图4 （b））。由表1可知，正韵律底部出现钙质胶结概率达18%，但单纯的正韵律河道沉积在研究区较少见，反韵律河口坝与复合反正韵律的河坝组合发生底部胶结概率较低，分别为10．1%、9．2%，均质韵律底部发生钙质胶结的概率较高，达到18．8%。

3）砂岩中部钙质胶结 在厚层河口坝砂体内部，常发育有厚度只有几十厘米的薄层钙质胶结，该处自然电位相对于上下砂岩的负异常有明显的回返，微电极电阻率曲线明显的异常高值 （图4（a））。由表1可知，反韵律河口坝砂体中部胶结的概率为20．1%，均质韵律河口坝砂体中部胶结的概率为11．8%，复合反正韵律发生中部胶结的概率为16．6%，发育概率的高低与河口坝沉积时水动力变化的次数有关，水动力变化越频繁，相应的变化界面处在后期成岩过程中越容易生成钙质胶结。

图4 永3断块E2s5～72 钙质砂岩胶结的分布位置

表1 不同韵律不同厚度砂体钙质胶结概率统计表

4）薄层整体钙质胶结 在三角洲前缘席状砂或远砂坝的前端，随着三角洲前缘砂体厚度逐渐减薄、粒度逐渐变细，薄层的粉砂岩沉积常被整体胶结（图5 （a））。由表1可以看出，研究区薄层砂岩整体钙质胶结的发生概率可达34．8%。且从顺物源剖面上看，整体钙质胶结的薄层砂体表现为渐变过渡的特点，即向湖盆方向，薄层砂体首先被整体胶结为钙质砂岩，随着碎屑颗粒粒度减小，泥质含量的增加，钙质砂岩演变为钙质泥岩（图5 （b）），再向湖盆方向，钙质泥岩最终过渡为泥岩。

2．2 空间分布规律及指导意义

图5 永3断块E2s5～72 薄层整体钙质胶结

如图6所示，永3断块沙河街组二段5砂组 （E2s52）物源方向自东向西，顶部为上粗下细的反韵律特征，钙质胶结不发育。而沙河街组二段5砂组2小层 （E2s5－22）顶面为砂岩分布在工区东部，钙质胶结分布在工区西部；沙河街组二段5砂组3小层 （E2s52－3）顶面处砂岩分布在工区东部，因分流河道的下切侵蚀作用，不存在泥岩隔层，钙质岩性分布在工区中部，再向前界面处出现稳定的泥岩隔层；沙河街组二段5砂组4小层 （E2s52－4）顶面处砂岩分布在工区东部，钙质胶结分布在工区中东部。自下至上随着三角洲的不断进积，小层顶面处钙质胶结的发育位置也持续向湖盆方向推进。而在薄层砂体发育的沙河街组二段5砂组5小层 （E2s52－5），自东向西其岩性明显的表现出由砂岩向钙质砂岩过渡的趋势。在E2s52－5下部泥岩隔层中发育连续的钙质胶结泥岩。

图6 永3断块E2s52 顺物源剖面岩性分布图

在三角洲前缘储层的一个等时沉积单元内，根据钙质砂岩的垂向分布特征，总结了岩性自陆地向湖盆方向存在由砂岩－钙质胶结 （钙质砂岩、钙质泥岩）－泥岩的演化模式 （图7）。即近陆地方向，多为相互切割的正韵律河道沉积，顶界面处为砂岩沉积，向湖盆方向坡度增大，三角洲前缘砂体沉积变厚，顶界面处开始出现钙质砂岩，持续向湖盆方向三角洲前缘砂体厚度开始变薄直至尖灭，小层顶界面处岩性也由近陆地方向厚层砂体的顶部钙质胶结变为薄层砂体的整体钙质胶结，再向湖盆方向，随着砂质含量的减少，小层顶界面处的岩性演变为钙质泥岩，并最终过渡到泥岩。这种岩性演化规律受沉积微相、砂岩厚度、砂泥岩接触关系及成岩作用等因素综合控制，在顺物源的地层对比中可以利用该规律指导等时地层单元对比。

图7 三角洲前缘小层界面处岩性演化模式图

3 钙质胶结的成因

岩心样品的黏土矿物X衍射分析表明，研究区黏土矿物以高岭石和伊－蒙混层为主，伊利石和绿泥石含量较低，其中伊－蒙混层主要分布在40%～70%之间，属于无序列混层带填隙物主要是次生加大石英、泥质及碳酸盐矿物。结合前人研究成果，综合判断研究区E2s5～72成岩阶段为早成岩B期，成岩作用以压实、压溶作用以及胶结作用为主［7～11］。伴随着压实作用的增强，长石开始溶蚀，在弱酸性孔隙水沉积环境下，高岭石大量生成［12～14］。随着长石的不断溶蚀，孔隙水开始由弱酸性向弱碱性变化，伴随着地层水pH值的增加，高岭石和蒙脱石开始向伊利石、伊－蒙混层和绿泥石转化，黏土矿物的转化则可以形成大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等及水［15～17］。因此，在处于早成岩B期的三角洲前缘储层中，砂岩与泥岩内部碎屑矿物的溶蚀、黏土矿物的转化以及生物化石局部富集可以提供大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等。在砂泥岩接触部位，随着压实作用的增强，泥岩孔隙压力增高，碳酸盐溶解度增大，当排出的大量高浓度碳酸盐流体进入邻近的砂岩时，由于流体压力降低而沉淀，地层水携带上述离子进入物性较好的砂岩中，最终在厚层砂体物性好的地方形成钙质胶结，由于三角洲前缘河口坝砂体主要表现为上粗下细的反韵律以及粒度均匀的均质韵律特征，故碳酸盐胶结物易富集在物性较好的反韵律河口坝顶部及均质韵律河口坝的顶底；而向湖盆方向，薄层砂体因为上下皆为泥岩，泥岩中黏土矿物演化形成的高浓度碳酸盐离子流体进入薄层砂体，从而形成高碳酸盐含量的整体胶结，将整个薄层砂体胶结成致密的钙质砂岩（图8）；再向前，砂质含量更低，就形成了钙质泥岩沉积。

图8 碳酸盐胶结的成因模式图

而砂体中部钙质胶结与砂岩中间所见的泥质岩性有关，在黏土矿物演化过程中所产生一定的碳酸盐离子，因其厚度较薄导致碳酸盐离子浓度较低，得不到足够的压力流入上下充满流体的砂岩中，导致自身被钙质胶结，形成内部的夹层。

最终，在早成岩B期，研究区河控三角洲前缘储层不同位置处的微相类型、砂泥岩接触关系、砂岩粒度以及砂地比等方面差异，导致了不同位置处碳酸盐胶结作用的差异。

4 结论与认识

1）在研究区河控三角洲前缘沉积环境中，垂向上钙质胶结主要分布在反韵律砂体的顶部和中部，均质韵律砂体的顶底部，正韵律砂体的底部，而薄层砂岩易被整体胶结，其中薄层砂体整体胶结和反韵律厚砂体顶部胶结的概率最高，超过30%。

2）在三角洲前缘储层的一个等时沉积单元内，顺物源自陆地向湖盆方向，存在由砂岩－钙质砂岩－钙质泥岩－泥岩的演化模式，这种岩性演化规律受沉积微相、砂岩厚度、砂泥岩接触关系及成岩作用等因素综合控制，在顺物源的地层对比中可以利用这一岩性变化规律指导等时地层单元对比。

3）在早成岩B 期，砂泥岩内部碎屑矿物的溶蚀和黏土矿物的转化提供了大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等，由于河控三角洲前缘不同位置处微相类型、砂泥岩接触关系、粒度以及砂地比的差异，最终控制了不同位置处的碳酸盐胶结作用发生、强弱及胶结概率高低。

［1］Carlos R，Rafaela M，Karl R，et al．Facies－related diagenesis andmultiphase siderite cementation and dissolution in the reservoir sandstonesof the Khatatba Formation，Egypt western desert［J］．Journal of Sedimentary Research，2001，71 （3）：459～472．

［2］吕成福，李晓燕，陈国俊，等．酒东坳陷下白垩统砂岩中碳酸盐胶结物特征与储层物性 ［J］．沉积学报，2011，29 （6）：1138～1144．

［3］焦养泉，李思田，杨士恭，等．湖泊三角洲前缘砂体内部构成及不均一性露头研究 ［J］．地球科学 （中国地质大学学报），1993，18 （4）：441～451．

［4］李丕龙．陆相断陷盆地油气地质与勘探．卷二：陆相断陷盆地沉积体系与油气分布 ［M］．北京：石油工业出版社，2003．

［5］段冬平，侯加根，刘钰铭，等．多点地质统计学方法在三角洲前缘微相模拟中的应用 ［J］．中国石油大学学报 （自然科学版），2012，36 （2）：51～55．

［6］杨勇．东营凹陷永安镇油田永3断块沙二段进积三角洲沉积体系 ［J］．油气地质与采收率，2009，16 （2）：27～29．

［7］钱峥，李淳，李跃，等．济阳坳陷深层砂岩储层成岩作用及其阶段划分 ［J］．石油大学学报 （自然科学版），1996，20 （2）：6～11．

［8］谭先锋，田景春，陈兰，等．陆相断陷湖盆层序对成岩演化控制作用探讨——以东营箕状断陷湖盆古近系沙河街组为例 ［J］．中国地质，2010，37 （5）：1257～1270．

［9］张永旺，曾溅辉，高霞，等．东营凹陷古近系储层碳酸盐胶结物分布特征及主控因素 ［J］．吉林大学学报 （地球科学版），2009，39 （1）：16～22．

［10］孙海涛，钟大康，刘洛夫，等．沾化凹陷沙河街组砂岩透镜体表面与内部碳酸盐胶结作用的差异及其成因 ［J］．石油学报，2010，31 （2）：246～252．

［11］游国庆，潘家华，刘淑琴，等．东营凹陷古近系砂岩成岩作用与孔隙演化 ［J］．岩石矿物学杂志，2006，25 （3）：237～242．

［12］陈中红，查明，刘太勋．东营凹陷古近系古湖盆演化与水化学场响应 ［J］．湖泊科学，2008，20 （6）：705～714．

［13］查明，陈中红．山东东营凹陷前古近系水化学场、水动力场与油气成藏 ［J］．现代地质，2008，22 （4）：567～575．

［14］楼章华，朱蓉，金爱民，等．东营凹陷地下水动力场的形成与演化 ［J］．地质科学，2003，38 （1）：86～96．

［15］张汝藩．扫描电镜在矿物变化研究中的应用——长石的粘土矿物转化 ［J］．地质科学，1992，1 （1）：66～70．

［16］张立飞，王启明，任磊夫．陕北鄂尔多斯盆地三叠系泥岩中粘土矿物在埋藏变质过程中的转化 ［J］．中国科学 （B辑），1992，12（7）：759～767．

［17］程晓玲．粘土矿物转化与储层孔隙演化的规律性研究——以苏北盆地台兴油田阜三段储层为例 ［J］．大庆石油地质与开发，2006，25 （1）：43～45．