乌石凹陷东区流沙港组成岩作用及次生孔隙发育特征

袁凌荣，孔令辉，商建霞，刘东华，侍文芳，饶 资

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

乌石凹陷是南海西部北部湾盆地南部坳陷的一个次级构造单元，位于北部湾盆地南部坳陷的东北部[1]。近年来，乌石凹陷的勘探主要集中在凹陷东区，并取得了较大的突破，涠洲组和流沙港组都具有良好的油气发现，其中具有商业性价值的油气主要位于流沙港组。截至目前，前人针对乌石凹陷东区流沙港组的研究主要集中在沉积相[2-3]和储层物性[4-6]等方面，对成岩作用及孔隙演化的研究极少[7]，且未涉及储层次生孔隙发育带。因此，本文运用岩石薄片、扫描电镜和X 射线分析等手段对乌石凹陷东区成岩作用和次生孔隙发育特征及形成机制进行研究。

1 区域地质概况

乌石凹陷是新生代形成的具有“南断北超”结构特征的箕状凹陷，北邻企西隆起，南靠流沙凸起，总面积约2 600 km2[8-9]。作为北部湾盆地的一部分，乌石凹陷经历了断陷（张裂）、断坳、坳陷（裂后）三个阶段，自下而上发育古近系长流组、流沙港组、涠洲组和新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组及第四系地层。乌石凹陷的烃源岩是流沙港组中深湖泥岩，主力烃源层位于流沙港组二段下部[10]。

研究区位于乌石凹陷东区，主要含油层位为流沙港组二段（以下简称流二段）和流沙港组三段（以下简称流三段），储层埋深1 800 ～3 200 m，属于中深埋藏。流三段沉积时期，研究区处在盆地快速张裂初期，水体较浅，发育扇三角洲-湖泊沉积体系，沉积物岩性较粗。随后水体加深，在流二段发育三角洲-湖泊沉积体系，沉积物岩性变细。

2 储层岩石学特征

流二段储层以细砂岩、中细砂岩为主，岩石碎屑成分成熟度中等，分选中等、中等-好，呈次棱角状-次圆状，颗粒之间以点接触、点-线接触为主，杂基平均含量为4.4%，胶结类型以孔隙式胶结为主，其次为孔隙-接触胶结、接触胶结。流三段以粗砂岩为主，其次为中细砂岩，岩石碎屑成分成熟度中等，分选中等-差，呈次棱角状-次圆状，颗粒之间以线接触、线-凹凸接触为主，杂基平均含量为5.1%，胶结类型以孔隙-接触胶结为主，其次为孔隙式胶结、接触胶结。纵向上，流二段的杂基含量低于流三段；平面上，离物源越远，胶结物的含量越多，杂基含量越少。

3 成岩作用

成岩作用是指沉积物在沉积后到变质作用之前所发生的各种物理、化学及生物变化[11]。乌石凹陷东区流二段和流三段储层的成岩作用主要包括压实压溶作用、胶结作用以及溶解作用。

3.1 压实压溶作用

压实作用属于破坏性成岩作用[12-16]。研究区目的层由于地层埋深跨度大，造成了压实作用的差异。埋藏深度小的地层，上覆岩层的压力较小，机械压实作用较弱，颗粒接触关系以点接触为主（图1a）。随着埋藏深度加大，压实作用逐渐增强，颗粒接触关系由点接触逐渐过渡到线接触（图1b），表现为韧性颗粒变形、刚性颗粒破裂，颗粒接触关系以线接触为主（图1c）。当埋深进一步加大后，颗粒接触点处晶格发生变形和溶解，形成溶解作用，颗粒呈凹凸接触（图1d）。

图1 显微镜下颗粒接触关系

3.2 胶结作用

乌石凹陷东区目的层砂岩胶结作用普遍，致使原生孔隙明显减少。按照胶结物种类划分，目的层砂岩胶结方式可以分为：碳酸盐胶结、自生黏土矿物胶结、硅质胶结和硫酸盐胶结。

3.2.1 碳酸盐胶结

碳酸盐胶结在研究区流二段较常见，其中矿物类型主要为方解石、铁方解石和少量白云石，呈星散状分布于粒间孔中，局部呈连晶胶结，常交代长石和岩屑（图2a）。碳酸盐的物质基础主要来源于长石、火山碎屑及黏土矿物的溶解，析出大量Ca2+，从而引起方解石的沉淀。该反应同时使地层流体的pH值升高，方解石的溶解度降低，进一步促进方解石的沉淀。

3.2.2 黏土矿物胶结

黏土矿物是研究区主要的胶结物，自生黏土矿物主要有高岭石、伊利石、绿泥石及伊蒙混层等（图2b～f）。黏土矿物的形成条件多样，取决于砂岩中矿物的成分、孔隙流体性质及温压条件。在目的层砂岩中，早期沉积的长石在生烃早期产生的酸性流体作用下，形成大量高岭石、伊利石及蒙皂石，随着埋深加大，温压条件发生变化，黏土矿物开始转化，形成绿泥石和伊蒙混层。

研究区流三段比流二段黏土矿物胶结严重，可能与埋深有较密切的关系，随着埋深的加大，温压升高，致使更多的矿物向黏土矿物转化。近物源地区黏土矿物胶结百分含量要比远物源地区低，这是因为顺物源方向埋藏深度不断增加，有利于黏土矿物的形成。

3.2.3 硅质胶结

研究区目的层硅质胶结较少。硅质胶结最常见为氧化硅矿物，主要有隐晶质与显晶质两种形式，常见的矿物有蛋白石、玉髓及微晶石英等（图2g）。石英可以呈微粒状、细粒状充填于孔隙中，也可以石英加大边形式出现。

3.2.4 硫酸盐胶结

研究区目的层还可见少量硫酸盐胶结，呈放射状充填于粒间孔隙（图2h），严重堵塞孔隙和喉道。

图2 镜下观察矿物类型

3.3 溶解作用

颗粒及不稳定组分的溶解是次生孔隙发育的直接途径，可极大地改善储层的储集性能[17]。研究区目的层砂岩溶解作用较为普遍，主要表现为颗粒间泥质杂基的溶解、长石或岩屑颗粒的溶解以及自生矿物的溶解。①颗粒间泥质杂基的溶解（图3a）：指生烃早期形成的有机酸溶液对泥质杂基的溶解，形成次生孔隙；②长石或岩屑颗粒的溶解或部分溶解（图3b）：主要是有机酸溶液对硅铝酸盐的选择性溶解，通常伴随交代作用的发生，因为长石风化作用使其转化为高岭石及方解石等自生矿物，而方解石不易被有机酸所溶解，这就导致烃类充注过程中，孔隙中大量析出方解石，甚至出现连晶胶结；③自生矿物的溶解（图3c）：表现为成岩后期无机酸溶液对方解石矿物的溶解，溶液主要来自地层水或大气淡水，形成的次生孔隙也是很好的储集空间。

图3 显微镜下溶解作用照片

研究区目的层砂岩储层以填隙物和部分岩屑、长石溶蚀形成的粒间溶孔为主，颗粒溶蚀形成的粒内溶孔较少。岩石的杂基或胶结物溶解、溶蚀之后，在颗粒边缘溶蚀而形成孔隙，被溶蚀的颗粒边缘多呈不规则状，流体的流动困难，但可使原生孔隙部分溶蚀孔隙空间得以恢复或形成新的次生孔隙，对孔隙度的贡献很大。同时，岩屑、长石颗粒内部被局部溶蚀也可产生孔隙，这类孔隙的孔径小，连通性差，不能作为有效的储集空间。但如果颗粒发生进一步溶蚀，孔隙逐渐增大，直至整个颗粒被溶蚀，则形成铸模孔。该类孔隙孔径大，且易与其他孔隙相连通，能在一定程度上改善岩石的储集性能。自生黏土矿物（如高岭石、伊利石、绿泥石等）在结晶的过程中形成晶间微孔，孔径一般小于0.01 mm。研究区黏土矿物普遍发育，该类孔隙对储层物性能起到一定的建设作用，也是一类较为重要的孔隙类型。

4 成岩阶段及次生孔隙发育特征

根据中华人民共和国能源部行业标准“碎屑岩成岩阶段划分规范”[18]，结合研究区成岩作用特征，确定流二段和流三段成岩阶段已进入中成岩阶段 A期，并可进一步划分为A1、A2 两个亚期（图4）。

4.1 中成岩A1 亚期及次生孔隙发育特征

中成岩A1 亚期古地温为85～140 ℃，有机质处于低成熟阶段，镜质体反射率（Ro）为0.5%～0.7%。砂岩次生孔隙发育，也保留部分原生孔隙，接触类型主要为点-线接触为主，胶结方式以孔隙式胶结为主，伊蒙混层中蒙皂石百分含量为15%～50%。此阶段主要发育3 类次生孔隙发育带，自上向下分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类。

Ⅰ类次生孔隙发育带：埋深约为 1 800～2 040 m。由于埋藏较浅，压实作用相对较弱，孔隙类型以原生孔隙为主。次生孔隙类型主要为云母、杂基和岩屑溶蚀形成的粒间溶孔。此次生孔隙发育带的发育可使孔隙度由18.0%～19.0%增至24.0%～28.0%。

Ⅱ类次生孔隙发育带：埋深约为 2 230～2 480 m。该次生孔隙发育带次生孔隙发育最好，主要为长石颗粒、泥质杂基和碳酸盐胶结物溶蚀形成的粒间溶孔和填隙物溶孔，以及长石颗粒溶蚀形成粒内溶孔和铸模孔。此次生孔隙发育带的发育可使孔隙度由15.0%～17.0%增至23.5%～27.5%。

Ⅲ类次生孔隙发育带：埋深约2 600～2 820 m。随着埋藏深度增加，压实作用进一步增强，胶结物大量形成，次生孔隙减少。次生孔隙类型主要为长石颗粒溶蚀形成的粒内溶孔、粒间溶孔及方解石溶解形成的粒间孔。此次生孔隙发育带的发育可使孔隙度由14.0%～15.0%增至20.5%～24.0%。

图4 乌石凹陷东区流二段、流三段成岩阶段划分

4.2 中成岩A2 亚期及次生孔隙发育特征

中成岩A2 亚期古地温为85～140 ℃，有机质处于成熟阶段，Ro为0.7%～1.3%。砂岩发育大量次生孔隙，接触类型主要为线接触，少量点-线接触，胶结方式主要为孔隙式胶结，少量镶嵌式胶结，石英次生加大属于Ⅲ级，伊蒙混层中蒙皂石百分含量小于50%。

此阶段主要在流三段发育Ⅳ类次生孔隙发育带：埋深约为3 100～3 180 m。由于埋深大，原生孔隙几乎没有保留，次生孔隙也有所减少。次生孔隙类型主要为长石颗粒溶蚀形成的粒内溶孔为主。此次生孔隙发育带的发育可使孔隙度由 12.0%～13.0%增至15.0%～17.0%。

5 结论

（1）乌石凹陷东区流二段和流三段砂岩主要经历了压实作用、胶结作用和溶解作用等复杂成岩作用。溶解作用产生的次生孔隙极大地改善了储层的储集性能，主要表现在杂基或胶结物溶解、溶蚀之后，在颗粒边缘形成不规则状，使原生孔隙部分溶蚀孔隙空间得以恢复或形成新的次生孔隙。

（2）乌石凹陷东区目的层储层整体处于中成岩阶段A 期：流二段处于中成岩A1 亚期，保留部分原生孔隙，次生孔隙发育，接触类型主要为点-线接触为主；流三段处于中成岩A2 亚期，发育大量次生孔隙，接触类型主要为线接触。

（3）乌石凹陷东区目的层储层发育4 类次生孔隙发育带。Ⅱ类次生孔隙发育带次生孔隙发育最好，空间上与生油层相邻，是油气勘探开发的有利方向。