西湖凹陷YQ构造深部储层成岩作用与成藏关系

陈琳琳，李 昆，黄龙泽

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

西湖凹陷YQ构造深部储层成岩作用与成藏关系

陈琳琳，李 昆，黄龙泽

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

从龙井运动对地层成岩演化的影响，探讨了东海西湖凹陷YQ 构造花港组储层成岩环境酸碱性条件变化下溶蚀作用、胶结作用以及自生黏土矿物的转化。从流体势角度分析了YQ构造胶结强于溶蚀的成岩现状，从颗粒接触关系揭示了压实作用主导了花港组深层储层物性，认为龙井运动前酸性溶蚀不足造成次生孔隙较少，而石英次生加大较少造成抗压实能力较弱，龙井运动之后碱性胶结作用较强致使储层孔渗性进一步变差。

深部储层物性；成岩和成藏关系；花港组；西湖凹陷

1 西湖凹陷YQ构造勘探现状

东海陆架盆地西湖凹陷YQ构造位于凹陷中央背斜带（图1左），基本走向NNE，由断面东倾和断面西倾的两条逆断层（具有“下张上压”复合特点）以及晚期剪切断裂分割成东、南、西、北及东南五个高点，轴线变化明显扭成“S”形。背斜陡缓不对称的形态及断面的倾向，可以判断YQ构造形成于具有左旋雁列特点的走滑作用下，是一个具有压扭特点的正花状构造（图1右）。

YQ构造为西湖凹陷最大的背斜构造，目前钻井4口（钻井位置见图1右），首钻1984年，yq-1井测试略有成果，随后yq-2井失利；2013年YQ构造勘探再度上马，yq-3井上钻，在花港组测得两层气层，yq-4井随后再次失利。两上两下的勘探历程说明了YQ构造成藏的复杂性。

2 YQ构造成藏条件基本认识

成藏的基础是地层，是储层，但西湖凹陷花港组岩相问题目前多观点并存。尤其在花港组上、下段底部低位域巨厚砂体的沉积体系认识上，分歧较大[1-5]。但是，近年来YQ构造北面相邻G构造（图1）在低位域巨厚砂体的完整取心，使得早年即已提出的冲积扇概念[1-2]进一步具体到“湿地扇”[6]，而本文关于地层岩相的基本论述即采纳这一观点。

图1 西湖凹陷构造格局简图（左）及YQ构造花港组顶面（T24）深度图（右）

YQ构造主要勘探层渐新统花港组为内陆坳陷结构中充填的湿地扇、辫状河三角洲、湖泊相沉积体系，本文在三级层序四分法的层序框架下，建立了YQ构造花港组井间对比关系（图2）。

西湖凹陷物探资料及钻井揭示均已证实渐新世沉积中心大致位于YQ构造附近，厚度1 800 ～2 600 m之间。渐新统花港组的岩性由下部粗砂岩，上部灰色、杂色泥岩为特征的下粗上细两个旋回组成，地层上分别归入花港组下段和花港组上段。

2.1 成藏有利条件

2.1.1 烃源

从区域资料看，YQ构造所处位置是中下始新统—古新统、中上始新统、渐新统三套地层沉积最厚的位置。中下始新统—古新统沉积厚度5 000 ～7 000 m，中上始新统平湖组沉积厚度约2 500 m，渐新统花港组沉积约1 700 ～1 800 m，其中平湖组已经确认为主力烃源岩层系。最大沉积厚度带NNE向延伸，后期挤压抬升成为中央背斜带。

图2 YQ构造花港组地层对比及岩相分布

从YQ构造及周边6口钻井镜质体反射率（Ro）资料分析，渐新统花港组已经进入成熟窗口，2 000 m深度Ro达到0.5 %，3 300 m深度Ro达到1%。从烃源岩分布和成熟度看，无论构造自身，还是西侧深凹都处于生烃中心区，均可以汇聚大范围的油气充注。

2.1.2 盖层

花港组上下段分别为两个三级层序（图2），砂泥岩互层结构，无论是高水位体系域的深湖泥岩，还是水退体系域的三角洲前缘泥岩均是良好盖层。

2.1.3 深层圈闭

龙井运动形成的大型背斜圈闭形态基本完整，褶皱翼部挤压强烈，少量断裂分割，但挤压应力保证了断层封堵。唯有晚期近东西向剪切断裂切过花港组顶部，但对T24以下深部层圈闭大部分没有破坏（图1右）。

2.2 成藏不利条件

不利因素也很突出，即储层物性较差。

由图2可见，花港组不缺储层，尤其是湿地扇砂体分布巨厚而稳定，但深部物性较差。

从取心实测样品垂向统计看（图3左），储层物性从3 100 m以下即进入低孔—特低孔，低渗—特低渗，大部分储层渗流条件很差。

图3 YQ构造物性实测统计（左）与颗粒接触关系分析（右）

从井间对比看（图2），同期砂体物性横向非均质性很强。

砂组a：为分布范围较广的湿地扇砂体，发育在碎屑供给充分的水进背景之下，加积特征明显。yq-1井测试为气水同层，四口钻井物性变化在低孔—中孔，低渗—高渗之间；渗透性井间差异很大致使深层储层的有效性存在不确定性。

砂组b：为低位域湿地扇砂体，分布广，井间层序构型变化较大。物性普遍很差，特低孔—低孔，特低渗—低渗，以构造高点yq-1井最差。

砂组c：为水进背景下的加积性湿地扇，砂体巨厚，具箱状特征，砂体在yq-2井尖灭。钻井之间物性变化均在特低孔、特低渗范围内。

砂组d：为低位域湿地扇，砂体巨厚，层序构型井间变化很大，频繁夹泥层。yq-3井测试为致密气层。

综上分析，花港组深部储层物性条件变化很大，非均质性特强，已经成为成藏组合中的短板因素。

3 储层物性与成岩作用的关系

深部储层物性受制于成岩作用影响：压实与抗压实，溶蚀与胶结。两对矛盾并非相互独立，而是相互支持、相互影响。压实作用影响孔渗性，从而影响溶蚀作用；胶结作用增强抗压实能力，保留了局部孔渗能力。压实作用是随着埋藏不可逆转的物理过程，溶蚀与胶结则反映了成岩环境酸碱性背景下动态化学过程。

3.1 压实作用

物性实测资料与薄片颗粒接触关系都是压实作用的反应。从物性变化（图3左）看对应深度的颗粒接触关系（图3右），可以看出：

（1）物性转折点出现在3 200 m，大量中孔、中渗在这一界面之下消失，而颗粒接触关系则相应出现大量凹凸—线接触。

（2）3 200 m之下，物性基本处于特低孔、特低渗状态，3 200～3 750 m之间还有少量低孔、低渗；对应到颗粒接触关系，则是3 200～3 750 m段到3 750 m以下层段，点、线—点接触关系迅速减少。

薄片资料与物性统计相互验证，表明压实作用的确导致向深部物性变差。

3.2 溶蚀与胶结

薄片、电镜资料显示，YQ构造花港组砂岩储层所发生的各种成岩现象分别来自于成岩中期的酸性溶蚀阶段，以及成岩晚期的碱性胶结阶段。

3.2.1 酸性溶蚀作用主要特征

（1）石英次生加大普遍

yq-3井阴极发光资料显示：2 022 ～ 4 223 m均见石英次生加大胶结，且无明显分期。而yq-3井石英次生加大边盐水包裹体资料可以推演三点认识（图4）：首先，大部分样品的温度段的高温端贴近现今温度梯度线，表明现今成岩环境仍有利于石英次生加大；其次，大部分样品的温度段的低温端连线平行现今温度梯度线，这是构造抬升后整体降温形成的石英次生加大现象，这一解释与龙井运动的地层挤压抬升反转较为匹配；第三，3 126 ～3 147 m包裹体温度段有最高温度146.5 ℃，3 968 ～ 3 990 m最高温度169.5 ℃，两段包裹体温度段最高端连线亦平行现今温度梯度线，但明显高于目前温度，考虑到龙井运动后地层经历了挤压抬升的构造变动，因此，该最高温度应是龙井运动前的地层温度。

图4 yq-3井石英次生加大盐水包裹体温度资料

（2）长石、岩屑溶蚀

结构疏松、化学性质不稳定长石、岩屑在酸性环境下极容易被溶蚀。溶蚀作用有利于改善储层物性，通过yq-3井和yq-4井X衍射资料分析，长石质量分数与孔渗性有明显的负相关关系（图5）。

长石在有机酸及CO2作用下会发生蚀变而生成高岭石，使长石体积减小，有利于孔隙增大[7]。长石溶蚀具普遍性，或边缘溶蚀，或节理溶蚀，或粒间孔扩大，或粒内溶蚀（图6a），颗粒未溶部位与粒内孔相间呈现栅状、窗格状、蜂巢状、残骸状、肋条状，形成铸模孔、粒内孔、粒间扩大孔。

理论上讲，长石溶解后可有3种情况[8]：

① 溶解物质全部进入溶液迁移到它处；

② K和Na等金属元素迁移出去，SiO2和Al2O3等在附近形成高岭石，或进一步溶蚀形成伊利石等黏土矿物；

③ 只剩下SiO2形成硅质填隙物、硅质骨架或硅球堆积。

图5 长石质量分数与孔渗关系（据2 870 ～ 4 430 m砂岩样品X衍射资料）

从YQ构造的情况分析，第1种情况较难出现，因为YQ构造地处构造高部位，是周边地层水汇聚中心。第2种情况中高岭石普遍出现，但K和Na等金属元素也没有迁移出去，而是后续参与了高岭石向伊利石、绿泥石的转化。第3种情况就是普遍出现的石英次生加大。

（3）高岭石充填

薄片中可见鳞片状高岭石胶结物（图6b），电镜中可见高岭石充填粒间孔（图6c）。

由于长石溶蚀后孔隙溶液流动不畅，导致粒间孔大量高岭石堵塞，这一现象较为普遍。

（4）蒙脱石转化

蒙脱石经由伊蒙混层向伊利石转换的过程，

发生在黏土矿物成岩至后生阶段。转化过程是一个脱水、加钾、加铝、去硅的反应过程[9]。

3.2.2 碱性胶结作用主要特征

（1）高岭石转化

大量碱金属、碱土金属水解必定是孔隙溶液转向碱性，酸性条件下稳定的高岭石在碱性条件下必定向伊利石、绿泥石转化[7]。

成岩中期充斥在粒间孔的高岭石，这一时期大量向伊利石、绿泥石转化，这些自生黏土堵塞孔喉（图6d，图6g，图6h），严重影响孔渗条件。

（2）钙质、云质胶结

方解石连晶胶结、白云石、铁白云石胶结是成岩晚期碱性条件下最重要的胶结作用（图6e，图6f），阴极发光资料显示呈“小丛状”“斑块状”分布。这些胶结作用提高了岩石抗压实能力，但也促使岩石渗流性变差。

云灰质交代作用较为普遍，yq-3井阴极发光资料显示：2 022～4 223 m均见灰质、云灰质交代长石现象。阴极发光灰质呈橙黄色，云质呈橙红色。长石溶蚀残孔中局部可见橙红色细小颗粒（图6e）。

4 储层物性与龙井运动的关系

以b砂组为例，YQ构造yq-1井、yq-4井、yq-2井埋深在3 100 m之下，yq-3井埋深至3 600 m，物性低孔-特低孔（4.2%～14.8%），低渗-特低渗（0.1×10-3～ 3.59×10-3μm2）。而同期砂体在北部G构造（图2）处于次生溶蚀带[10]，埋深3 700 ～3 900 m，储层孔渗性明显较好（孔隙度9.57%，渗透率14.8×10-3μm2），已有工业油气发现。对比YQ构造与G构造储层物性，渗透性差异尤其明显，可见，物性已是决定储层是否有效的关键。

储层物性取决于沉积砂体类型以及各种成岩事件的叠加效应，而YQ构造的成岩事件在龙井运动前后的演变，决定了YQ构造目前的储层物性条件。

4.1 龙井运动前

花下段泥岩进入脱水窗口；花下段砂岩储层短暂发生酸性溶蚀作用。

从岩性统计看，YQ构造花港组泥岩夹层占地层比很高，yq-1井粉砂质泥岩、泥岩累积占地层厚度47%，yq-4井占42%。yq-3井较低，也占35%，而yq-2井达到62%。 这类偏泥相地层往往出现欠压实现象。

龙井运动前，深凹地区花港组上覆地层中新统厚度大约1 000 ～1 200 m，YQ构造中新统虽遭受到剥蚀，但yq-1井残余中新统仍有千米。因此，龙井运动前，花港组下段高位域深湖相泥岩埋深基本达到2 000 m，Ro达到0.5%，根据yq-1井Ro资料推算地温大约100 ℃。

由于泥岩脱水与有机质热演化脱酸基本同步，因此，龙井运动前花港组下段原生状态下已经发生泥岩脱水以及砂岩酸性溶蚀作用。

地层脱水将富含有机酸、富含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Si4+的地层水向相邻砂岩充注，有机酸将有助于长石、岩屑溶蚀，增加次生孔隙；Si4+将有利于石英次生加大，有利于增强抗压实能力。

但是，yq-3井、yq-4井x衍射资料显示，长石石英虽有垂向变化互动，即长石强烈溶蚀与石英次生加大相互对应，但3 100 m之下，石英含量却呈减少趋势，长石呈增多趋势，显然，酸性溶蚀过程很短。

伊蒙混层转化过程中，混层比（%S）往往标志着转化程度。YQ构造3 000 ～ 4 000 m之间%S基本为20，而北侧G构造的同一深度的伊蒙混层转化%S已达到15，这一现象显然与YQ构造反转有关。

伊蒙混层转化是一个不可逆过程，%S可以与长石溶蚀相联系，长石溶蚀减少，导致溶液中K+、Al3+含量低，从而影响到伊蒙混层转化。因此，%S资料与长石溶蚀减弱现象共同指证了构造反转对成岩过程的影响。

4.2 龙井运动中

曾发生油气垂向运移；地层水垂向流动，欠压实泥岩带压力释放。

yq-1 井含气水层中的Ro达到1.33% ～ 1.38%，资料已经证实了垂向运移。并进一步推测同期地层水垂向运移使花港组整体进入酸性溶蚀阶段。因此，出现了yq-3井中浅层低温段石英次生加大现象。

yq-1 天然气成熟度资料同样表明：龙井运动发生时，花港组烃源岩尚未进入排烃窗口。从yq-1井龙井组1 942～2 027 m的低熟气（Ro= 0.52% ～ 0.67%）来源于花下段泥岩烃源岩，但花下段深湖相泥岩龙井运动前刚进入低熟窗口，而龙井运动使地层抬升，有机质热演化生烃和充注作用必然受到影响。

4.3 龙井运动后

YQ构造成为流体势低势区；成岩环境转向碱性，胶结作用主导成岩；作为背斜构造的核心地层，花港组处于挤压应力场中，颗粒凹凸—线接触增多，孔渗性因压实而变差；断鼻下降盘具有良好的封闭性。

埋藏再次进入有机质脱酸窗口，局部或有溶蚀作用，但碱性大环境已经确立。

龙井运动后，YQ构造以低势区优势成为周边地区地层水汇聚中心。

在YQ背斜区，事实上形成了孔隙溶液的流动停滞区，长石溶蚀作用所产生的K+、Si4+基本停留在粒间孔或喉道，形成石英次生加大和次生高岭石，从而导致流动性进一步变差。

而溶液中的碱金属、碱土金属离子水解将促使孔隙溶液转向碱性。从而有利于铁白云石胶结，方解石连生胶结以及重结晶。这些碱性成岩作用进一步封闭孔隙，堵塞喉道，使物性变差。

碱性环境还有利于高岭石向伊利石、绿泥石转化。

龙井运动后地层重新埋藏压实。薄片资料中，颗粒接触关系也揭示了地层压实情况（图3右）。向深部压实作用增强还应考虑作为背斜核部地层所承受的构造形变的挤压作用。而龙井运动前短暂的酸性溶蚀阶段微弱的石英次生加大也未能增强砂岩抗压实能力。

虽然YQ主断裂NNE向贯穿构造，但断裂上下盘确有封闭性差异。yq-3井所代表的下降盘花港组上段泥岩段仍可见欠压实现象，yq-4井所显示的平湖组欠压实现象，表明龙井运动后垂向运移通道关闭，与逆断层压性断面相互验证，与垂向运移未能形成充注的成藏现状相互验证。

5 储层物性机理探讨

YQ构造诸成藏要素中，储层才是成藏短板。而YQ构造储层物性形成机理归纳为3点：

（1）龙井运动前，酸性溶蚀阶段较短，既未能通过长石、岩屑溶蚀增多次生孔隙，也未能通过石英次生加大增强抗压实能力。

（2）龙井运动后由于处于低势区而成为周边孔隙流体汇聚中心，一方面高矿化度地层水中碱金属、碱土金属离子水解促使孔隙溶液转碱性，胶结作用主导成岩。

（3）龙井运动后，在渐新统—中新统构成的挤压褶皱中，渐新统花港组处于褶皱中和面之下，从褶皱理论上看，地层所承受的侧向挤压应力场促使储层压实增强。虽然这种构造应力场的挤压与埋深压实效应尚没有资料区别检验，但这一因素客观存在。

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Relationship between Diagenesis and Hydrocarbon Accumulation in Deep Reservoir of YQ Structure, Xihu Sag

CHEN Linlin, LI Kun, HUANG Longze
（Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

Based on the effect of Longjing Movement on the diagenesis evolution in the reservoirs of Huagang Formation in YQ structure, the authors discussed dissolution, cementation and transformation of clay minerals under different diagenetic environment of acid and alkaline, analyzed the cause of the current situation that the cementation is stronger than the dissolution from the point of fluid potential, and indicated that the compaction dominated the physical properties of deep reservoirs based on the analysis of particle contact relationship. It is concluded that Longjing Movement played an important role in the diagenesis evolution. Before Longjing Movement, there were scarce secondary pores developed because of insufficient acid dissolution and the less quartz secondary enlargement also lead to the weak ability to resist the compaction. After Longjing Movement, the physical properties of reservoirs were deteriorated by the strong cementation under alkaline environment.

Physical property of deep reservoir; diagenesis and hydrocarbon accumulation; Huagang Formation; Xihu Sag

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2016.04.014

1008-2336（2016）04-0014-07

2016-02-19；改回日期：2016-08-29

陈琳琳，男，1964年生，高级工程师，硕士，1998年毕业于成都地质学院石油系，从事石油地质研究。

E-mail：951530704@qq.com。