车西洼陷浊积扇沉积体系对储层成岩作用影响

于永朋，董春梅,2，任丽华,2，田 淼

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.山东省油藏地质重点实验室，山东青岛266580；3.中国石油大学（北京）地球科学与技术学院，北京昌平102249）

车西洼陷是车镇凹陷西部的一个次级负向构造单元[1-5]，近年来，车西地区沙河街组勘探开发工作不断取得进展，通过部署探井，在沙二段构造油藏、沙三段砂砾岩油藏和沙四段构造岩性油藏新增石油地质储量600多万t，并先后在车142-6、车40-31-斜35、车407-1等区块开展产能建设，动用含油面积5.4 km2，动用储量419×104t，取得了较好的勘探开发效果，展示了该区较大的勘探潜力，但目前探明资源比仍低于胜利油区整体水平，继续勘探开发的潜力较大。其中沙三上亚段浊积扇沉积体系较为典型，砂体较厚，展布较广，整体粒度较细，压实较强，具有低渗致密的特点，但前人对车西地区沙三上亚段浊积扇沉积体系对储层物性影响研究较少。而我国大多数陆相油田已进入以非常规油气藏为主要目标的勘探阶段，低渗致密油气藏在我国非常规油气资源中的战略地位日益重要[6]。因此，弥补前人研究不足，开展车西地区沙三上亚段浊积扇沉积体系对储层物性影响研究的需求更加迫切。

成岩作用与沉积相具有密切关系，沉积物沉积时水平面变化以及沉积环境的不同会引起早期孔隙水化学性质及沉积物供应速率的差异，进而影响成岩作用发生和成岩序列[7-8]。随着成岩作用研究的深入，将成岩作用研究成果与沉积相相结合已成为一种重要理念[9]。本文着重探讨了沉积微相通过成岩作用对储层物性的间接影响，并结合浊积扇体展布和成岩作用预测了有利储层区块。

1 储层沉积特征

1.1 岩性特征

沙三上亚段储层主要埋藏深度为2 000～2 800 m，岩性以粉、细砂岩为主，分别占分析样本的37.5%和34.0%。下部见棕褐色油页岩或油泥岩，局部发育白云岩，是较典型的细粒沉积储层。薄片统计资料表明，研究区沙三上亚段岩石类型主要为岩屑质长石砂岩和长石质岩屑砂岩（见图1），杂基含量多（体积分数约11.8%），致密程度较高。通过对研究区296块样本的岩心物性测试结果统计分析，沙三上亚段砂岩平均孔隙度为14.85%，平均渗透率为46.64×10-3μm2，总体呈现低孔低渗储层的特征。

图1 储层砂岩分类图Fig.1 The classification of sandstone

1.2 层序地层特征

综合分析地震、测井、岩芯、录井等资料，沙三上亚段是一个整体向上变浅的三级基准面旋回，其中划分出4个四级基准面旋回即4个砂组：Es31为基准面下降旋回，Es32为基准面上升旋回，Es33和Es34均为基准面下降旋回（见图2）。

1.3 沉积相模式及沉积微相类型

在车西洼陷沉积特征研究中，通过岩心观察，并利用测井曲线资料综合研究，得出研究区沙三上亚段主要发育以补给水道供给为主的陆相断陷湖盆缓坡断阶型浊积扇沉积体系（见图3），可划分为扇根、扇中和扇端三个亚相。其中扇中亚相中的辫状水道、辫状水道间、滑塌浊积扇（朵叶体）3种微相类型在研究区分布最广（见图4）。

1.3.1 辫状水道微相 其是浊积扇最重要的沉积类型，沉积物整体上从南部或东南部进入研究区，由于受沉积物供给方式的影响，研究区沙三上亚段单期浊积扇发育多个辨状水道。

1.3.2 辫状水道间微相 其是位于扇中辫状水道间的细粒沉积，由水流溢出辫状水道后沉积而成，是浊积扇体的主要组成部分，沉积物粒度相对河道较细。1.3.3滑塌浊积扇（朵叶体）微相 其主要分布在扇中无水道的部分，岩石粒度变化大，沉积厚度较大，主要由无水道的沉积物的重力滑塌作用形成。

2 成岩作用

2.1 压实压溶作用

研究区机械压实作用贯穿整个成岩作用过程，是沉积物原生孔隙减少的主要原因[10-11]。通过薄片观察、粒度测定数据分析可以看出，研究区沙三上亚段埋藏相对较深，可观察到云母颗粒塑性变形，砂岩颗粒随深度增加由点线接触逐渐变化为线接触，并出现线凹凸接触，体现了机械压实作用整体逐渐变强。

压溶作用发生在压实作用后期，表现为部分颗粒接触处在高压下溶解，呈镶嵌状凹凸接触，但沙三上亚段下部已开始向异常高压带过渡[12]，因此压溶作用被抑制，较少见。

2.2 胶结作用

本区沙三上亚段储层发育碳酸盐胶结、硅质胶结、自生黏土矿物胶结以及自生黄铁矿胶结四种胶结作用。

（1）碳酸盐胶结作用：碳酸盐胶结物以方解石和白云石为主，另有少量铁方解石及铁白云石胶结物。本段方解石胶结物多充填于粒间，主要有两期：第一期形成于2 200～2 400 m深度段，主要成因是有机酸脱羧作用释放CO2；第二期形成于3 000～3 200 m深度段，主要成因是硫酸盐热还原反应（TSR）产生，导致方解石的沉淀。储层中白云石粒度细，多呈微晶团状，大致2 400～2 700 m深度段产生，主要成因是黏土矿物转化释放Mg2+，使方解石被白云石化。铁方解石和铁白云石仅在埋深2 600 m左右（见图5），主要出现于辫状水道以及辫状水道间靠近辫状水道的部分，以交代方解石和白云石为主（见图 7（b）、（d））。

图2 车40-25-23井综合柱状图Fig.2 Synthetic histogr am of well C44-25-23

图3 研究区沙三上亚段浊积扇沉积模式图Fig.3 The sedimentary model of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

（2）自生黏土矿物：研究层段的沉积环境有利于高岭石形成，正常从早期大气降水淋溶到中晚成岩期有机酸溶蚀，高岭石应不断被溶蚀，但本区沙三上亚段埋深超过2 500 m后，伊利石和高岭石含量并未随深度增加而降低，甚至高岭石含量仍偏高（最高达70%强），与其正常变化趋势相反。其原因为储层初始的高岭石含量较高、异常流体高压对黏土矿物的保护作用[2,12-13]以及长石的溶蚀生成高岭石和伊利石，其深度与溶蚀带也基本吻合。

（3）硅质胶结：硅质胶结在研究区沙三上亚段常见，但整体发育弱，大部分以石英自生加大边的形式产出，少数以自生石英晶体的形式生长于孔隙中。其硅质来源主要是长石溶蚀提供的Si，也有少量来自石英压溶作用及周围泥岩的Si。硅质胶结开始出现于深度2 400 m左右，基本吻合溶蚀作用带（见图5、6）。

图4 研究区沙三上亚段浊积扇平面展布图Fig.4 The sedimentary distribution of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

图5 研究区沙三上亚段部分胶结物纵向分布散点图Fig.5 Scatter diagram of part of the contents in study area upper Es3 sub-member

（4）自生黄铁矿：沙三上亚段储层中黄铁矿含量少，但埋深2 500 m之后开始呈现一定增长（见图5），此时温度大于100℃，有机质已成熟，达到TSR反应的发生条件。烃类将储层中的SO42-还原为HS-，Fe3+还原为Fe2+，并进一步生成黄铁矿（FeS2）和HCO3

-。但此时储层已经历了压实和胶结作用，反应空间和反应物的供应受限，因此生成的黄铁矿个体较小，呈粒状于粒间孔隙中。

2.3 溶解作用

溶解作用是研究区次生孔隙的主要成因。结合薄片镜下观察、统计资料可以看出，沙三上亚段整体溶蚀作用较不强烈，但有两个溶蚀作用发育段，分别为2 400～2 500 m和2 700～2 800 m（见图6），与前人研究大体一致[14]。埋深在2 400～2 500 m时，储层进入中成岩期，有机质成熟过程中释放有机酸，导致长石和碳酸盐矿物溶蚀，之后有机酸脱羧作用又产生CO2，使部分已溶解的碳酸盐重新沉淀。埋深在2 700～2 800 m时，TSR反应基本结束，碳酸盐矿物重新开始溶蚀，使储层原生孔隙度反弹。

2.4 交代作用

研究区沙三上亚段交代作用主要为有碳酸盐矿物交代长石和岩屑（见图7（a）），黏土矿物交代碎屑颗粒（见图7（c）），以及白云石交代方解石，铁方解石交代白云石和方解石等不同碳酸盐矿物之间的转化。

图6 研究区沙三上亚段孔隙度-深度变化散点图Fig.6 Corr elogr am of por osity-depth in study area upper Es3 sub-member

图7 研究区沙三上亚段砂岩显微照片Fig.7 Optic microscope photographs of sandstones in study area

3 浊积扇沉积对成岩作用的影响及有利储层预测

3.1 沉积相对储层初始物性的控制作用

储层初始物性能影响成岩作用的物质供给和反应空间，沉积相对于储层初始物性的控制作用表现在不同的沉积微相。由于沉积物沉积时的水流流速、稳定性等差异，直接导致了储层砂岩物性的不同。整体而言，辫状水道微相水流较为平稳，颗粒分选好，物性较好；辫状水道间微相的分选较好，但粒度偏细，主要为粉砂质，物性一般；滑塌浊积扇微相的颗粒泥砂混杂，杂基较多（约为23%），岩屑含量多，物性最差（见表1）。但需要注意的是，滑塌浊积扇虽整体物性差，但非均质性很强，内部仍有较多物性较好的砂体存在。

表1 不同沉积微相的孔隙度和渗透率Table1 porosities and permeabilities of differ ent micr o-facies

3.2 沉积微相对成岩作用的控制作用

3.2.1 沉积微相对压实作用的影响 压实作用使储层产生不可逆的孔隙损失。显微镜下统计数据表明，研究区沙三上亚段辫状水道、辫状水道间、滑塌浊积扇的原生粒间孔隙度损失分别为50%、54%、61%，而机械压实作用是最主要的影响因素，滑塌浊积扇微相杂基含量大、粒级变化大、分选差，压实过程中细粒泥质易被压入砂岩粒间孔隙，抗压实能力弱，因而压实导致的孔隙损失明显高于另外两个微相。

3.2.2 沉积微相对胶结作用的影响 胶结作用导致储层粒间孔隙被胶结，从而丧失储集性能，但一定程度上也能够抵抗压实，保留一部分原生孔隙，沉积微相通过控制胶结物的物质来源影响胶结作用的分布，进而影响储层的孔隙度。

对于碳酸盐胶结作用，由于碳酸盐胶结物形成所需的部分物质来源于泥岩，而滑塌浊积扇与辫状水道间泥砂混杂，故碳酸盐胶结在滑塌浊积扇和辫状水道间中分布相对较广，而在辫状水道则多集中在砂体周围与泥岩相交处。但含铁质的碳酸盐胶结物只出现在辫状水道和辫状水道间微相，这是由于本区沙三上时期处于湖侵体系域，河流携带大量陆源风化产物和Fe3+、Mg2+，在三角洲前缘入湖口附近与湖水混合，因盐度、密度等差异发生铁质凝絮，形成富铁黏土矿物[15-17]，成为铁的氧化物/氢氧化物的重要载体[18]，为后续成岩作用提供了Fe。

对于硅质胶结作用，辫状水道微相中长石溶蚀释放的Si最多，因此硅质胶结最发育，平均含量约1%；辫状水道间次之，约0.6%；滑塌浊积扇石英、长石含量低，硅质胶结少，约0.3%。

对于其它自生矿物来说，自生黄铁矿含量在研究区三种沉积微相储层中的都较低，辫状水道间微相黄铁矿含量为0.5%、辫状水道含量为2%、滑塌浊积扇含量为0.92%，辫状水道微相黄铁矿含量稍高的原因可能是相对更有利的反应空间，以及来自黏土矿物的Fe更丰富。此外，不同沉积相对自生黏土矿物的影响不明显。

3.2.3 沉积微相对溶解作用的影响 溶解作用是储层次生孔隙形成的主要原因，并且能释放一部分被胶结作用封存的原生孔隙，沉积微相通过储层的成熟度差异来影响溶解作用，进而影响储层物性。

研究区沙三上亚段溶蚀作用整体不强。不过由于各微相在沉积体系中分布不同，砂岩沉积物的矿物成分经搬运而分异。成分成熟度越低，长石和岩屑等不稳定组分相对含量越多，越利于溶蚀作用发生；而结构成熟度高的砂岩渗透性好，利于溶解物质的迁移。因此，辫状水道微相的渗透性最好，溶解作用最发育；滑塌浊积扇微相石英含量较低，整体上虽成熟度低，但砂体内部非均质性强，杂基溶蚀和岩屑溶蚀较发育；辫状水道间微相较致密，成分成熟度较高，但结构成熟度低，溶解作用相对发育弱。

3.2.4 沉积微相对交代作用的影响 新矿物交代旧矿物后体积变化不大，对储层的孔隙度基本没有影响。本区沙三上亚段储层中铁方解石主要在埋深2 600 m左右出现于辫状水道微相，Fe2+主要源于生烃阶段TSR反应还原孔隙流体中的Fe3+，少量来源于黏土矿物转化，因此铁方解石多出现于更利于TSR反应发生的辫状河道微相。而长石高岭土化在泥质杂基较多的滑塌浊积扇和辫状水道间中更常见。

3.3 有利储层分布预测

研究区沙三上亚段发育的辫状河道微相，原始孔隙度较高，反应空间和反应物供应充足，溶蚀相发育较多，储集性能最优；辫状水道间微相碎屑颗粒较细，孔隙度较低，对物性有利的溶蚀相和对物性不利的胶结相都发育较弱，但砂体较厚，储集性能次于辫状河道微相；滑塌浊积扇微相虽然整体上压实相和胶结相发育较多，但泥砂砾混杂，各种成岩作用分布不均，物性变化多样，其中仍包含有利砂体，且泥质夹层也可作为良好的封闭层，仍有一定的储集性能。

综合沙三上亚段浊积扇沉积微相的分布及对储层物性的直接和间接影响，预测有以下3个有利储层区块：

（1）车15-车253井区：该区块位于深凹区，三种沉积微相在该区域均有明显的砂体发育，砂体较厚，反应物较充足，利于发育早期胶结保留原生孔隙，且早期胶结物在后期易溶蚀释放形成次生孔隙。

（2）车55井区：该区块水道沉积较为发育，整体物性好，砂泥胶结处的碳酸盐胶结一定程度构成了封闭，阻止了油气的散失，易形成有利圈闭。

（3）车44井西部地区：该区块邻近含油性较好的车44井区，虽然浊积扇辨状水道摆动频繁，砂体单层厚度较薄，但多期薄层扇体垂向层层叠置，具有一定的连续性，有利于溶蚀作用发育。取心资料证实该区目的层段含油性较好，为有利勘探区块。

4 结 论

（1）车西洼陷沙三上亚段发育补给水道供给为主的陆相断陷湖盆缓坡断阶型浊积扇沉积体系，其中主要发育扇中亚相的辫状水道、辫状水道间、滑塌浊积扇（朵叶体）3种微相类型，压实压溶作用、胶结作用、溶解作用、交代作用4种成岩作用。

（2）车西洼陷沙三上亚段浊积扇沉积体系能直接影响储层物性，并通过控制成岩作用分布间接影响储层物性。其中，辫状水道微相物性最好，反应空间和反应物供应较足，各种成岩作用均有发生，是最有利的储集砂体。辫状水道间微相碎屑颗粒较细，孔隙度较低，缺乏反应空间，各种成岩作用均有发育但都不强烈，有一定的储集性能。滑塌浊积扇微相砂体厚度大，物性变化也大，主要发育压实作用、胶结作用和溶蚀作用，其中包括有良好的储层。

（3）综合考虑沉积微相对储层物性的直接间接影响，研究区沙三上亚段存在3个含油有利区块：车15-车253井区、车55井区和车44井西部。