低渗储集层成岩孔隙演化与“甜点”分布——以南海北部珠江口盆地文昌A凹陷渐新统珠海组为例

尤丽 ，徐守立，李才，张迎朝，招湛杰，朱沛苑

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

0 引言

随着勘探程度的加深，低渗透油气藏已成为中国油气勘探的重要领域[1-2]。低渗储集层的形成与沉积、成岩和构造作用密切相关[2-4]，可分为原生低渗储集层、次生低渗储集层（成岩型）和裂缝性低渗储集层。“甜点”为一相对概念[5]，指在普遍低渗条件下存在的相对高孔、高渗储集层。加强低渗储集层特征认识，明确低渗储集层的成因，确定“甜点”控制因素[6-7]，对于寻找有利储集层具有重要意义。低渗储集层的成因机制除物性这个主控因素以外，孔隙演化史与油气成藏之间的匹配关系尤为重要[7-9]，先充注后致密与先致密后充注的低渗储集层，会导致“甜点”在形成与分布上存在较大差异。

文昌A凹陷是南海北部珠江口盆地天然气勘探的主要区域[10]，渐新统珠海组发育的扇三角洲前缘—潮坪相沉积储集层是主要勘探层系，储集层砂体发育，埋深大于2 500 m，成岩作用较强，以低渗为主，局部中渗，为典型次生型低渗储集层[11-12]。本文在岩心观察和薄片分析基础上，运用X衍射、扫描电镜、包裹体分析等手段，对文昌A凹陷珠海组储集层岩石学特征与储集性能进行研究，确定孔隙、成岩演化与油气充注的匹配关系，恢复成藏关键时刻储集层物性特征，明确低渗成因，剖析“甜点”主控因素，预测“甜点”分布，为文昌A凹陷有利区带评价提供地质依据。

1 地质背景

文昌A凹陷是南海北部珠江口盆地珠三坳陷的二级构造单元，北邻阳江低凸起，西南与文昌B、C凹陷相接，东邻神狐隆起（见图1）。珠三坳陷经历了断陷、断拗和拗陷 3个阶段[10]：古新世—渐新世早期为断陷阶段，沉积了神狐组、文昌组、恩平组，是坳陷的主要烃源岩层系；渐新世晚期—中新世中晚期为断拗转换阶段，渐新世晚期沉积的珠海组和中新世早期沉积的珠江组是主要储集层；珠江组沉积晚期—万山组沉积期为开阔浅海环境，以泥质沉积为主，是良好的区域盖层（见图1）。珠海组沉积期，文昌A凹陷处于半封闭的海湾—潮坪环境，在南断裂带下降盘发育神狐隆起供源的近源扇三角洲沉积[13]，沉积物粒度较粗，凹陷中心处于潮坪沉积环境，发育潮道-潮汐砂坪等有利储集体，岩性较细。自20世纪80年代，在南断裂带—六号断裂带间相继钻探发现多个气田和含气构造。

图1 文昌A凹陷构造位置与地层综合柱状图

2 储集层岩石学特征与储集性能

珠三南断裂下降盘珠海组发育近源扇三角洲沉积，储集层以厚层中、粗砂岩为主，局部发育含砾砂岩；凹陷中心发育潮坪相的潮道、砂坪、混合坪、泥坪沉积，砂、泥岩互层，以中、细砂岩为主。珠海组粗砂岩岩石类型主要为长石岩屑砂岩，中、细砂岩主要为岩屑砂岩（见图2），纵向上变化不大，显示沉积物源继承性供给特点。碎屑颗粒呈次棱—次圆状，分选中等，以单晶石英为主，其次为长石和岩屑，岩屑以多晶石英为主（见图3a）。

珠海组储集层物性具有明显的分区、分带特点（见表1）。纵向上，埋深3 200 m以浅以高—中渗为主、3 200～3 900 m层段以中—低渗为主、3 900～4 200 m层段以低—特低渗为主、埋深4 200 m以深以特低渗为主；横向上，由南断裂带往凹陷中心六号断裂带，储集层物性呈变差趋势，位于南断裂带的A-6a井珠二段为中孔、高—中渗，珠三段为中孔、中渗；位于南断裂带与六号断裂带之间的A-1c井珠二段为中—低孔、中—低渗，珠三段为中低孔、中—低渗；位于六号断裂带的A-2a井珠二段为低—特低孔、特低渗，珠三段为特低孔、低—特低渗。

图2 文昌A凹陷珠海组储集层岩石类型三角图

图3 文昌A凹陷珠海组储集层显微照片

表1 文昌A凹陷珠海组储集层物性统计表

3 储集层成岩与孔隙演化

3.1 成岩作用

3.1.1 压实作用

珠海组埋深为2 800～4 500 m，泥岩黏土矿物伊蒙混层中蒙脱石的含量为 5%～20%，镜质体反射率Ro值为0.7%～1.3%，碎屑颗粒以线接触为主（见图3a），局部呈凹凸接触，成岩作用阶段处于中成岩A—B期，表明经受了较强的压实作用。由南断裂带至六号断裂带，随着埋深增加，泥岩伊蒙混层中蒙脱石含量变少，镜质体反射率增大，碎屑颗粒接触关系呈线接触—凹凸接触—线接触的变化规律，成岩作用阶段由中成岩A1—A2—B期变化为中成岩A2—B—晚成岩期（见图4）。根据 Houseknecht提出的评价法[14]，评价压实、胶结作用对南断裂带下降盘文昌A凹陷B区珠三段储集层的影响程度，计算被压实作用所减少的孔隙占原始孔隙的 40%以上，被胶结作用减少的孔隙占原始孔隙的23.6%～30.9%，压实作用损失的孔隙较胶结作用损失的孔隙明显偏多，说明压实作用是储集层孔隙减少的主要原因。以B-2a、B-3a井为例，细—中砂岩被压实作用所减少的孔隙占原始孔隙的百分比分别为59.8%、49.5%，明显较粗砂岩的47.6%、41.4%偏大（见表2），反映细—中砂岩的抗压程度较粗砂岩弱。

图4 文昌A凹陷南断裂带—六号断裂带珠海组储集层成岩演化模式图（剖面位置见图1）

表2 文昌A凹陷B区珠三段储集层压实、胶结作用对孔隙度影响评价表

3.1.2 胶结作用

将岩石薄片进行茜素红染色，观察与鉴定结果显示，珠海组储集层以碳酸盐胶结为主，次为石英加大。碳酸盐胶结物以中—晚期（铁）方解石、（铁）白云石充填于原生粒间孔和次生孔隙中，局部发育较早期菱铁矿胶结。（铁）方解石呈连晶式胶结，方解石单偏光镜下呈红色，铁方解石由于含铁原因呈紫红色（见图3b）；白云石和铁白云石呈菱形充填于粒间孔或溶孔内，含交代石英加大和铁方解石（见图3c），说明为较晚期成岩产物；菱铁矿以包裹碎屑颗粒生长为主，说明其形成早于压实作用，为同生阶段产物。

胶结强度与胶结类型在横向及纵向上存在显著差别（见图4）。南断裂带在纵向上，珠一段以方解石和铁方解石胶结为主，珠二段、珠三段为铁方解石和（铁）白云石胶结。横向上，近断裂区胶结作用最强，胶结物含量局部可高达 25%；凹陷中心胶结作用较弱，以白云石、铁白云石和石英加大（见图 3c）充填孔隙为主，局部发育早期菱铁矿胶结。此外，研究区也发育自生黏土矿物胶结，包括早期包裹颗粒生长的自生绿泥石，晚期搭桥、发丝状伊利石（见图3d）和充填孔隙的绒球状绿泥石等。

3.1.3 溶蚀作用

岩石薄片观察与孔隙定量分析结果显示，珠海组已进入次生孔发育阶段，溶蚀作用较强，次生孔占比33.8%～78.4%[12]，珠一段—珠三段次生孔呈逐渐增加的趋势。珠一段孔隙空间呈粒间孔与粒内溶孔并存的孔隙组合特征。珠二段、珠三段孔隙空间呈粒内溶孔和粒间溶孔为主、粒间孔为辅的组合特征，且以长石、岩屑粒内溶孔为主，呈港湾状（见图3b）。

3.2 成岩序列与孔隙演化

在成岩作用类型及特征研究的基础上，通过自生矿物形态、交代与溶解充填关系、包裹体均一温度等分析，结合区域埋藏史、孔隙演化史、油气充注史，建立珠海组储集层成岩、孔隙演化序列，确定不同成岩事件发生的时间及其对应的储集层孔隙发育特征（见图5）。

距今20～17 Ma时，珠海组埋深1 500～2 000 m，处于早成岩阶段B期，受沉积时水体控制地层水呈弱碱性，发育同生阶段或早成岩期形成的自生黏土包壳、菱铁矿胶结，受早期压实作用及该阶段晚期的溶蚀作用影响，孔隙度由初期的40%降低到后期的32%左右。

距今17～10 Ma时，珠海组埋深2 000～3 200 m，处于中成岩阶段A1期，有机质处于低成熟阶段，在南断裂带开始早期原油充注。B-8a井油样分析显示原油密度较轻（0.776～0.805 g/cm3），地球化学特征表现为全烃气相色谱以低碳数为主，主峰碳为 nC10—nC13，碳优势指数（CPI）值在1.1左右，生物标志化合物成熟度参数（Ts/Tm）值较高（3.91～10.70），为正常成熟原油特征[15]。B-8a井、B-3a井珠三段储集层烃类包裹体呈黄绿色荧光特征（见图3e）、均一温度主要分布在 90～100 ℃（见图 6a），结合区域埋藏史[16]，显示在晚渐新世—早中新世烃源岩开始成熟充注，此时珠海组以弱压实作用、弱溶蚀作用为主，储集空间以粒间孔为主，储集层物性较好，孔隙度为 28%，利于成熟原油充注。随着压实作用继续进行，在距今 10 Ma左右，孔隙度降低到18%左右，形成“先充注后致密”储集层演化模式，该模式主要分布在南断裂带下降盘及南断裂带—六号断裂带间珠三段，以文昌A凹陷B区最为典型，是研究区原油重要勘探领域。未发生早期油充注的储集层在距今15 Ma以后开始出现（铁）方解石胶结，其包裹体均一温度分布在 102～128 ℃（见图 6b、图 6c），高于早期油包裹体均一温度，说明（铁）方解石胶结晚于早期油充注，且铁方解石胶结晚于方解石胶结。在距今10 Ma左右，孔隙度由于压实、胶结作用减小到 15%左右，低于早期原油充注时的孔隙度。

图5 文昌A凹陷珠海组储集层成岩、孔隙演化共生序列图

图6 珠海组储集层包裹体均一温度分布图

距今10.0～6.2 Ma时，珠海组埋深3 200～3 850 m，处于中成岩阶段A2期，有机质热演化进入成熟阶段，期间排出大量有机酸溶蚀长石等不稳定组分，形成大量次生孔隙，产生的硅质在一定的温度、压力条件下沉淀形成石英加大，晚期铁白云石充填于原生粒间孔或次生孔隙中。前人研究认为[10,15]，恩平组烃源岩在晚中新世达到高成熟阶段，以生气为主，生排烃高峰期主要在上新世—现今。此阶段以天然气充注为主，表现为仅包裹体壁发荧光的气相包裹体（见图3f），包裹体均一温度主要分布于130～140 ℃，接近储集层成岩盐水包裹体均一温度（见图6b）。对应储集层孔隙演化特征，距今6.2 Ma左右，孔隙度减小到8%，为典型的“早期成岩演化致密、晚期天然气充注”演化模式，该模式在研究区广泛分布，以压实程度较弱或天然气强充注等因素形成的“甜点”区为主要天然气勘探领域。相比较该模式，早期油充注储集层此时埋深近4 000 m，中、粗砂岩孔隙度分别为10%、13%左右。

距今约6.2 Ma以来，珠海组埋深大于3 850 m，有机质达到高成熟—过成熟阶段，进入碱性成岩作用阶段。受到沿深大断裂活动的热流体影响，局部形成自生矿物沉淀或不稳定组分溶解，或见有游离CO2分布。

4 储集层低渗成因及“甜点”分布

4.1 沉积环境的先决作用

沉积环境是影响储集层物性最基本的因素，其决定储集层演化的物质基础，由于沉积物的原始成分和结构不同，导致储集层抗压实能力和孔喉结构不同。有利储集层多形成于水动力条件强的高能环境，碎屑组分以刚性颗粒为主，分选性与磨圆度较好，抗压实能力较强[17]。研究区珠海组储集层埋深3 900 m以浅为沉积作用、成岩作用共同控制区，水下分流河道微相发育段是相对高孔、高渗带；埋深3 900 m以深各沉积微相储集层物性差别较小，进入以成岩作用为主要控制区，相对而言潮道微相储集层物性略偏好于混合坪储集层（见图7）。

图7 文昌A凹陷珠海组各沉积微相储集层物性

综合储集层物性、孔喉结构等参数，将研究区“甜点”划分为4大类、6小类（见表3）。埋深3 550 m以浅发育Ⅰ类“甜点”，为水下分流河道沉积的巨—粗砂岩，储集层为中渗特征；埋深3 550～3 850 m主要发育Ⅱ类“甜点”，为水下分流河道、砂坪等沉积的粗、中、细砂岩，储集层为低孔、低—中渗特征，粗砂岩的储集性优于中、细砂岩；埋深3 850～4 300 m主要发育Ⅲ类“甜点”，为水下分流河道、砂坪等沉积的中、细砂岩，储集层为特低—低渗特征；埋深4 300 m以深发育Ⅳ类“甜点”，为水下分流河道、砂坪等沉积的细砂岩，储集层为特低渗特征。水下分流河道、潮道、砂坪等沉积体由于储集岩厚度大、粒度粗，抗压实能力强，保存的喉道半径粗，连通性好，对“甜点”储集层的形成起着显著的先决作用，是有利储集相带。

表3 文昌A凹陷珠海组“甜点”特征与分布预测表

4.2 成岩作用的控制作用

4.2.1 压实作用

采用成岩相与成岩阶段来定量评价研究区成岩强度，以成岩期深度划分压实成岩相。埋深2 000～3 200 m处于中成岩阶段 A1期，属于中等压实相；埋深3 200～3 850 m处于中成岩阶段A2期，属于近强压实相；埋深3 850～4 300 m处于中成岩阶段B期，属于强压实相；埋深4 300 m以深进入晚成岩阶段，属于极强压实相。

研究区珠海组由南断裂带往六号断裂带随着埋深的增加，成岩期由中成岩阶段A1—A2—B期变化为中成岩阶段A2—B—晚成岩期（见图4），成岩相由中等压实相向强压实相变化，储集层物性由中—高渗向低—特低渗变化。压实强度对研究区“甜点”分布具有明显控制作用（见图8）。由南断裂带向六号断裂带，压实强度逐渐增强，“甜点”类型逐渐变差。中等压实区以Ⅰ2类、Ⅱ类“甜点”为主，部分Ⅰ1类、Ⅳ类；近强压实区以Ⅱ类、Ⅲ类“甜点”为主，部分Ⅳ类；强压实区以Ⅲ、Ⅳ类“甜点”为主。相同层位，近断裂带“甜点”类型明显好于远断裂带，如珠二段近强压实区，近六号断裂带的A-3Na井以Ⅲ类“甜点”为主、部分Ⅳ类，远离六号断裂带的 A-2Sa井以Ⅳ类为主、少部分Ⅲ、Ⅱ2类。

图8 文昌A凹陷珠海组沉积成岩-储集相分布与“甜点”预测

4.2.2 胶结作用

远离南断裂带根部地区或凹陷中心弱钙质胶结区为“甜点”发育区。南断裂带珠一段、珠二段储集层物性与碳酸盐胶结物含量呈明显的负相关关系（见图9），碳酸盐胶结物含量小于 10%的储集层表现为中—低渗特征，碳酸盐胶结物含量大于 20%的储集层表现为特低渗特征。碳酸盐胶结物碳、氧同位素组成特征显示[11]，B-3a井和 B-2a井（铁）方解石的δ13C值分布范围分别为-8.5‰～-6.1‰和-2.6‰～-2.0‰，形成碳酸盐胶结物的碳元素主要来源于幔源 CO2，推测与沿珠三南断裂的深部热流体活动有关。通过对单井有效储集层厚度、干层厚度与断层活动速率对比发现，钙质胶结对储集层发育的影响程度受断层活动性控制，靠近南断裂带的Y-3a、Y-1a、B-9b等井断层活动速率较大，受深部热流体的影响较强，钙质胶结作用对有效储集层发育影响较强，储集层物性差，有效储集层厚度薄；远离南断裂带的A-6a、B-2a、B-3a等井断层活动速率较小，受深部热流体的影响较弱，钙质胶结作用对有效储集层发育影响较弱，有效储集层厚度大。断层活动较强的南断裂带根部，钙质胶结作用对有效储集层发育影响强。

图9 文昌A凹陷南断裂带珠海组储集层物性与碳酸盐胶结物含量关系图

表4 文昌A凹陷珠海组储集层黏土矿物与重矿物含量统计表

六号断裂带附近绿泥石包壳保护形成“甜点”发育区。储集层黏土X衍射分析表明（见表4），紧邻六号断裂带的A-2a、A-2c、A-3a等井珠二段、珠三段与紧邻南断裂带的B-3a井珠三段均发育绿泥石，绿泥石的相对含量大于40%，结合岩石薄片与扫描电镜观察，其包裹碎屑颗粒生长（见图3g）早于自生石英，显示为成岩早期产物，碎屑颗粒呈点-线接触，粒间孔发育。局部存在如B-3a井珠一段绿泥石呈绒线球状充填于次生孔隙（见图3h），为晚期成岩产物，此类储集层粒间孔不发育。早期自生绿泥石包壳的大量发育是“甜点”形成的重要原因。早期自生绿泥石包壳状产出，可阻止自生石英沉淀，同时绿泥石包壳自身性质稳定，可抑制压实作用，有效保存原生孔隙[18-19]，利于后期溶蚀流体顺利通过，促进溶蚀作用[18]。珠海组储集层渗透率、粒间孔隙度与绿泥石包壳含量呈正相关性（见图10），证实了早期绿泥石包壳是“甜点”发育的原因之一。

前人研究认为，绿泥石包壳主要有 2种成因[20]，一种是早期富铁黏土包壳成岩转化的结果，另一种是孔隙水新生沉淀。研究区珠海组中未见绿泥石/蒙皂石混层矿物，且未发现黏土矿物转化过程中残留的蜂窝状特征，认为本区包壳主要是孔隙水新生沉淀形成。绿泥石为富铁、镁矿物，其形成需要大量的铁离子，来源主要包括孔隙水溶解的铁离子沉淀、同沉积期富铁镁的火山碎屑溶蚀、泥岩成岩过程中排出的铁离子[20-22]。通过薄片观察，绿泥石也发育在碎屑颗粒间，认为是在未被压实阶段形成，加上发育绿泥石的储集层并不靠近泥岩段，且碎屑中未见火山碎屑物质，认为其成因主要与孔隙水中溶解母岩的铁离子再沉淀有关。结合对母岩具有指示意义的重矿物组合特征（见表 4），发现六号断裂带发育大量富铁、镁的不稳定矿物如橄榄石、辉石、角闪石等，这些重矿物含量沿 6号断裂带向南呈减小的趋势，对应储集层自生绿泥石相对含量呈变少的趋势。六号断裂带北部钻井揭示前古近系基底岩性为蚀变黑云闪长岩（见图3i），进一步证实母岩富铁的特点。综合上述分析认为，六号断裂带北部更接近富铁母岩区，绿泥石包壳更加发育，可形成深埋藏“甜点”，是下一步天然气勘探重要地区。

图10 文昌A凹陷珠海组储集层物性与绿泥石包壳含量关系图

4.2.3 溶蚀作用

研究区珠海组处于中成岩 A—B期，次生孔隙发育，溶蚀作用对储集层的改善显著。埋深2 000～3 200 m层段主要处于中成岩阶段 A1期（见图 4），古地温为85～120 ℃，Ro值为0.5%～0.6%，有机质处于低成熟向成熟转化，产生的有机酸使早期碳酸盐胶结物及长石等不稳定矿物开始溶蚀形成次生孔隙。埋深3 200～3 850 m层段主要处于中成岩阶段 A2期，Ro值为0.6%～1.2%，古地温大于120 ℃，有机质成熟产生大量有机酸有利于长石等不稳定矿物溶蚀[23-24]。文昌 A井区在埋深3 550～3 850 m层段出现相对高孔隙带，次生溶蚀孔隙发育，地层水矿化度、有机酸浓度均较高[12]，认为相对高孔、高渗带的形成与有机酸溶蚀作用有关。邻近南断裂带的B-2a井自生黏土的演化较远离南断裂带的B-8a井快，推测与南断裂带热流体活动有关，深部热流体活动引起的溶蚀作用明显改善了B-2a井储集层物性，在埋深3 900 m附近表现出中孔、中渗特征。因此，有机酸与深部热流体引起的强溶蚀作用，是文昌A凹陷深层“甜点”储集层形成的重要因素。

4.3 早期烃类充注

早期烃类充注孔隙，抑制石英、碳酸盐矿物胶结，同时孔隙内烃类可减缓压实作用[25-27]，利于原生孔隙的保存，形成碎屑岩储集层深埋藏“甜点”。

区域成藏综合研究认为，文昌A凹陷主要经历 2期成藏，即距今15～10 Ma的较早期油充注和距今约5 Ma以来大规模天然气充注[10]。发生早期烃类充注的B-3a和B-8a井珠三段碳酸盐胶结物含量较低，碎屑颗粒呈线接触，溶蚀作用较强，埋深3 800～4 000 m层段在区域低孔、低渗背景下发育中孔、中渗“甜点”储集层，说明早期烃类充注保护是深埋藏“甜点”储集层形成的重要原因。而未发生早期烃类充注的 B-3a井珠一段与B-2a井储集层的碳酸盐胶结物含量整体较高，储集层物性整体偏差。

4.4 “甜点”分布特征

综上分析，文昌A凹陷珠海组埋深大，“甜点”分布受沉积相带、成岩作用类型及强度、早期烃类充注等因素共同影响与控制。

预测Ⅰ类“甜点”发育在潮坪—扇三角洲沉积、中等压实区，Ⅱ类“甜点”发育在潮坪—扇三角洲沉积、近强压实区，A-1S、A-1E、A-3S构造的珠二段是下一步首选勘探目标；预测Ⅲ类“甜点”发育在潮坪—扇三角洲沉积、近强—强压实、发生早期烃类充注区，A-8、A-2E构造的珠二段以及A-1S、A-1E、A-3S构造的珠海组三段为有利目标，如A-3S-1井钻探揭示珠三段 3 670～4 195 m 层段发育储集层，孔隙度为5%～15%，渗透率为（0.5～14.7）×10-3μm2，平均渗透率为1.7×10-3μm2；预测Ⅳ类“甜点”发育在潮坪沉积、强压实、自生绿泥石包壳保护区，A-2N构造珠二段为有利目标。

5 结论

南海北部珠江口盆地文昌A凹陷渐新统珠海组发育潮坪—扇三角洲相细、中、粗砂岩储集层，储集层以低渗为主，局部中渗。受油气充注影响，存在“先油充注、后演化致密”与“先演化致密、后天然气充注”2种孔隙演化模式，前者主要分布在南断裂带—六号断裂带珠三段，后者在研究区广泛分布，是重要的油气勘探领域。

压实作用和局部强钙质胶结是造成珠海组储集层低渗的主要原因，厚层、粗粒沉积体是“甜点”形成的前提，弱压实胶结、早期自生绿泥石包壳保护、溶蚀及早期烃类充注是“甜点”形成的主控因素。

预测南断裂带—六号断裂带中等压实区发育Ⅰ类“甜点”、近强压实区发育Ⅱ类“甜点”、近强—强压实且早期油充注区发育Ⅲ类“甜点”，六号断裂带强压实、自生绿泥石包壳保护区发育Ⅳ类“甜点”。

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