松辽盆地彰武断陷九佛堂组碎屑岩储层特征研究

洪 雪，周卓明，刘福春

(1.中国石化 东北油气分公司 勘探开发研究院，长春 130062；2.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

松辽盆地彰武断陷九佛堂组碎屑岩储层特征研究

洪 雪1，周卓明2，刘福春1

(1.中国石化 东北油气分公司 勘探开发研究院，长春 130062；2.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

通过岩心观察、显微镜下常规及铸体薄片鉴定、扫描电镜、X-衍射等分析，对彰武断陷九佛堂组储层成岩作用、孔隙特征及其对储集物性的影响进行了研究。九佛堂组储层成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用和溶蚀作用，其成岩作用主要为中成岩阶段A期；黏土矿物成岩作用顺序为黏土包壳—压实作用—早期溶蚀作用—绿泥石—伊利石—次生石英加大—微晶石英—钠长石—方解石—晚期溶蚀作用；孔隙类型主要包括原生孔隙和次生孔隙，次生孔隙包括溶蚀粒间孔隙、超大孔、溶蚀粒内孔隙、铸模孔、裂缝孔；储层主要为一套扇三角洲前缘沉积，岩石类型、黏土含量、成岩作用以及沉积微相是影响优质储层分布的主要因素。

成岩作用；孔隙结构；储层物性；九佛堂组；彰武断陷；松辽盆地

彰武断陷位于松辽盆地西南隆起区，呈北北东向展布，为东断西超的箕状断陷结构，是一个叠置于中朝地台内蒙地轴之上的早白垩纪沉积盆地[1]，面积150 km2(图1)，断陷期地层发育下白垩统义县组、九佛堂组和沙海组。

2010年，以改造型盆地勘探理论为指导，彰武断陷彰武1井首获油流[2-3]，揭开了松南新区勘探突破的序幕。随后，相继实施的多口探井获得了工业油流，发现了彰武油田，并确定了其主力含油层系为九佛堂组和沙海组，因此，研究断陷层九佛堂组储层成岩作用特征具有重要意义[4-5]。

1 岩石类型

通过岩心观察及薄片显微镜下鉴定，确定九佛堂组储层岩石类型主要为砂岩和含砾砂岩，砾石成分主要为安山岩、花岗岩和凝灰岩。64个砂岩样品岩石类型主要以长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主，其中彰武2井主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩，彰武3井主要为岩屑砂岩(图2，图版a)。

图1 研究区位置

图2 彰武断陷九佛堂组砂岩岩石三角图

2 成岩作用类型

通过扫描电镜、铸体薄片以及黏土矿物X-衍射综合分析，确定九佛堂组发育的成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用和溶蚀作用[6]。

2.1 压实作用

该区压实作用主要发生在成岩作用早期,埋深小于1 700 m。彰武2、彰武3井岩石碎屑颗粒显微镜下表现为颗粒间主要以点、线接触为主,磨圆多为棱角状—次棱角状—次圆状,碎屑颗粒间的凹凸接触并不常见,表明该时期主要以压实作用为主。

2.2 胶结作用

2.2.1 微晶石英及石英次生加大

硅质胶结作用是导致砂质沉积物形成砂岩的重要作用[7-9]。本区硅质胶结物主要为石英次生加大和自生微晶石英;自生石英外缘晶面平直、棱角分明,且普遍未受磨损,晶形完好,主要充填在孔隙中生长(图版b),少数包裹颗粒生长。

2.2.2 自生钠长石

彰武2井扫描电镜下可见自生钠长石,主要呈板柱状与石英次生加大或自生石英相伴生长[10](图版c)。

2.2.3 自生黏土

目的层自生黏土矿物包括伊/蒙混层、伊利石、绿泥石、硅质和膏质胶结物。

伊/蒙混层扫描电镜下呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状(图版d)，稳定性较差，它是蒙皂石向伊利石转化的生成物，是砂岩中一种主要的胶结剂，降低了砂岩的孔隙度；但同时，转化的过程中产生大量的水，有利于次生孔隙带的发育，是油气运移的载体和动力。

伊利石在彰武2、3井均较为发育，电镜下伊利石呈搭桥状和发丝状产出(图版e)。同时，研究区还发育绒线球状的绿泥石，它们以孔隙衬边方式产出(图版f)，其大量存在的晶间孔为流体提供了通道。

2.2.4 凝灰质和膏质胶结

扫描电镜下，凝灰质和膏质胶结物贴附颗粒表面并充填在孔隙颗粒之间，对储层物性起破坏作用(图版g)。

2.3 溶蚀作用

铸体薄片中可见溶蚀现象有2种表现形式：一种表现为长石和岩屑颗粒的溶蚀，镜下可见长石颗粒聚片双晶溶蚀现象明显(图版h)，此外还有岩屑颗粒内部易溶物质被溶蚀成孔隙(图版i)；另一种为颗粒与颗粒之间的扩大溶蚀，镜下表现为颗粒边缘呈溶蚀港湾状(图版j)。

3 成岩序列

3.1 成岩阶段划分

本文主要借助于镜质体反射率(Ro)和岩石最高热解峰温(Tmax)进行成岩阶段划分。彰武2、3井镜质体反射率(Ro)显示九佛堂组早期进入低成熟演化阶段，Ro分布在0.56%～1.3%，集中分布在0.6%～0.9%(图3)；最高热解峰温主要分布在435～460 ℃(图4)，平均为441 ℃。此外，彰武2、3井烃类性质为原油，黏土矿物表现为伊/蒙混层+伊利石+绿泥石组合，同时该时期溶蚀作用较为发育，按碎屑岩成岩作用阶段划分标准[11]，判断目的层成岩作用主要为中成岩阶段A期(图5)。

图3 彰武断陷九佛堂组镜质体反射率随埋深变化

图4 彰武断陷九佛堂组最高热解峰温随埋深变化

图5 彰武断陷九佛堂组成岩阶段划分

3.2 成岩序列划分

通过扫描电镜和铸体薄片观察，根据成岩作用过程中自生矿物之间的共生关系，结合共生序列判断原则，确定彰武地区九佛堂组黏土矿物成岩作用顺序为黏土包壳—压实作用—早期溶蚀作用—绿泥石—伊利石—次生石英加大—微晶石英—钠长石—方解石—晚期溶蚀作用，具体表现关系为：

(1)压实作用及黏土矿物包壳在成岩过程中形成最早。部分铸体薄片镜下可见，黏土矿物包壳分布在颗粒接触紧密处(图版k)，说明黏土矿物包壳的形成时间早于压实作用。

(2)绿泥石、伊利石早于微晶石英形成。扫描电镜下可见微晶石英充填在绿泥石、伊利石充填后的孔隙中，因此微晶石英晚于绿泥石(图版l)和伊利石形成。

(3)次生石英加大早于钠长石和微晶石英形成。微晶石英充填在次生石英形成后的孔隙中，因此微晶石英晚于次生石英形成。钠长石贴伏微晶石英生长，因此钠长石晚于微晶石英形成(图版c)。

(4)关于溶蚀作用：①早期溶蚀作用后形成自生成岩矿物。与压实作用同时发生，碎屑颗粒形成港湾状溶蚀，这些溶蚀使得地层水或流体中离子成分及流体酸碱性发生变化，从而形成自生矿物；②第二期溶蚀作用在方解石之后发生。主要表现为溶蚀方解石，在晚期形成的方解石内部可见溶蚀孔隙，说明在方解石形成之后发生的流体溶蚀作用，是第二期溶蚀作用(图版m)。

图6 彰武断陷九佛堂组砂岩典型毛管压力曲线

4 储集空间

4.1 孔隙类型

根据铸体薄片鉴定和扫描电镜分析，九佛堂组发育的孔隙类型主要包括原生孔隙和次生孔隙。次生孔隙包括溶蚀粒间孔隙、超大孔、溶蚀粒内孔隙、铸模孔、裂缝孔[12-13]。

4.1.1 原生孔隙

九佛堂组的成岩阶段主要处于中成岩阶段A期，粒间孔隙不发育，仅在个别薄片中可见三角形或四边形存在的原生粒间孔(图版n)。

4.1.2 次生孔隙

①溶蚀粒间孔隙。粒间溶孔表现为颗粒的边部被溶蚀呈港湾状、锯齿状等(图版j)，形状极不规则，是本区较为发育的一种孔隙类型，有时溶蚀作用较强，形成超大孔(图版o)。

②溶蚀粒内孔隙。九佛堂组岩屑和长石颗粒粒内溶蚀孔隙较为普遍，长石颗粒聚片双晶被溶蚀(图版h)，岩屑颗粒内部易溶组分发生溶蚀作用(图版i)。

③铸模孔。次生孔隙的一种，镜下可见发生溶蚀作用时原来存在的颗粒被完全溶蚀，只剩颗粒边缘存在(图版p)。

④裂缝孔隙。裂缝孔通常切穿岩石或切穿碎屑颗粒，主要受压实作用所致，一般较为平直，边部无溶蚀，起到连通孔隙、改善储层渗透性的作用(图版q)。

4.2 孔隙结构

根据压汞资料统计，九佛堂组砂岩储层排驱压力低，普遍分布范围为0.01～2.0 MPa，主要分布区间为0.01～0.5 MPa，平均值0.18 MPa。

九佛堂组主力油层毛管压力曲线形态以粗歪度为主，歪度(Skp)分布在0.6～1.67之间；分选系数(Sp)分布在0.12～0.64之间，大部分样品具平台特征，分选性较好；毛管压力曲线斜率小，向左下坐标轴靠拢，并且凹向右方，表明排驱压力及饱和度中值压力低(图6)。

另外，样品孔喉峰态(Kp)分布在1.67～2.92，尖峰特征明显，峰型单峰、双峰形态均有，这和该区发育溶蚀孔隙、裂缝孔隙等有关。

4.3 物性特征

纵向上九佛堂组存在孔隙度、渗透率偏离正常压实曲线的现象(图7,8)。彰武2井孔隙度分布在5.6%～25.6%之间，平均值为15.3%；渗透率分布在(0.021～228)×10-6μm2之间，平均为21.5×10-6μm2。彰武3井孔隙度分布在1.3%～13.3%之间，平均值为6.5%；渗透率分布在(0.009 ～4.05)×10-6μm2之间，平均为0.24×10-6μm2。物性以中孔低渗为主。

图7 彰武断陷彰武2井九佛堂组孔隙度随埋深变化

图8 彰武断陷彰武3井九佛堂组孔隙度随埋深变化

图9 彰武断陷彰武2井黏土矿物含量随埋深纵向变化

彰武2井1 210.0～1 223.6 m井段储层物性明显优于上下层段，剔除一个异常值(7.3%)，其孔隙度分布在14.8%～25.6%之间，平均值高达20.8%；渗透率平均值达到52×10-6μm2。彰武3井1 545.0～1 577.6 m井段剔除2个异常值，储层孔隙度6.4%～13.3%，平均值为9.7%。

4.4 优质储层影响因素

从不同岩石类型孔隙度随埋深纵向变化趋势来看(图7，8)，孔隙度受岩石类型控制作用明显。彰武2井含砾中砂岩及彰武3井中砂岩储层物性明显优于其他岩性，说明孔隙度受粒度影响较大。

从油气充注[14-16]与物性变化关系分析，彰武2井1 210.0～1 223.6 m井段(图7)和彰武3井1 545.0～1 577.6 m井段(图8)油气显示级别普遍达到油斑—油浸，油气充注程度较高的地方，其物性一般较好。

从黏土矿物含量随埋深纵向变化图上(图9)可以看出，彰武2井黏土矿物总量与孔隙度变化呈现负相关特征，即黏土矿物含量高，孔隙度低，反之亦然。

同时，优质储层段长石和岩屑颗粒溶蚀作用发育(图版h，p)，彰武2井的钾长石相对更为发育(图10)，这是使储层物性得到改善的主要原因[17]。

此外，根据测井曲线组合特征，结合岩心观察，对彰武2、3井进行了沉积微相划分，分析认为扇三角洲前缘水下分流河道微相储层物性好，起主要控制作用。

图10 彰武断陷彰武2井长石相对含量与井深关系

5 结论

(1)九佛堂组成岩作用主要有压实作用、胶结作用和溶蚀作用；成岩作用阶段主体处于中成岩作用阶段A期。

(2)溶蚀作用、胶结作用中的伊蒙混层和绒线球状绿泥石对孔隙起积极作用，而压实作用、胶结作用中的凝灰质和膏质胶结对孔隙保存起到破坏作用。

(3)储层孔隙类型主要为次生孔隙，包括溶蚀粒间孔、溶蚀粒内孔；物性以中孔低渗为主。孔隙结构以粗歪度为主，分选性好，排驱压力低。

(4)优质储层受溶蚀作用、岩石类型、黏土含量以及沉积微相控制，彰武2井1 210.0～1 223.6 m、彰武3井1 545.0～1 577.6 m井段储层发育，可结合地震相进行优质储层平面展布追踪。

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图版

(编辑 徐文明)

Characteristics of clastic rock reservoirs in Jiufotang Formation,Zhangwu Depression, Songliao Basin

Hong Xue1, Zhou Zhuoming2, Liu Fuchun1

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,SINOPECNortheastOilandGasBranch,Changchun,Jilin130062,China;2.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

The diagenetic effect, porosity and its influence on physical properties of clastic reservoirs in the Jiufotang Formation in the Zhangwu Depression were analyzed by means of core observation, ordinary and casting thin section microscopic identification, SEM and X-ray diffraction. Compaction, cementation and erosion effects are common in the Jiufotang Formation, and are mainly in stage A of the middle diagenetic phase. The diagenetic process of clay minerals was described as clay rim, compaction, early dissolution, chlorite, illite, secondary quartz overgrowth, micro quartz, sodium feldspar, calcite and late dissolution. Both primary and secondary pores were found. The secondary pores include intergranular dissolution pores, giant pores, intragranular dissolution pores, mold pores and fracture pores. A set of fan delta front sediments provided reservoirs. Rock type, clay content, diagenetic effect and sedimentary micro-facies influenced the distribution of high-quality reservoirs.

diagenetic effect; pore structure; reservoir physical property; Jiufotang Formation; Zhangwu Depression; Songliao Basin

1001-6112(2015)04-0445-07

10.11781/sysydz201504445

2014-08-08；

2015-06-08。

洪雪(1985—)，女，硕士，工程师，从事石油地质综合研究。E-mail:hongxue85@qq.com。

中国石化科技部项目“松南新区改造型盆地资源潜力分析及勘探方向研究”(P2011072)资助。

TE122.2+2

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