东沙隆起珠江组礁滩相储层主要成岩作用及演化模式

吴婷婷 周小康 张丽丽

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518054)

东沙隆起位于珠江口盆地中央隆起带东段，自北向西顺时针方向依次与珠一坳陷、揭阳凹陷、靖海-兴宁凹陷、云荔低隆起、珠二坳陷及番禺低隆起相邻，整体为NE—SW向的大型鼻状隆起(图1)。研究表明，古新世末期—始新世，区域性沉降导致东沙隆起区演化为局部发育小型断陷盆地的剥蚀物源区；渐新世—中中新世，东沙隆起区逐渐由断陷向拗陷转化，持续的沉降导致海水自西向东侵入，使得其西段被淹没在水下；至晚中新世，整个东沙隆起区被温暖浅水所覆盖，从而形成油气富集的有利场所——碳酸盐岩台地[1-3]。

图1 珠江口盆地东沙隆起地理位置图Fig .1 Geographic location of Dongsha uplift in Pearl River Mouth Basin

1987年，H11亿吨级生物礁滩油田的发现开启了东沙隆起生物礁滩油田的勘探征程，该油田与H4、F15、F22等生物礁滩油田一起为珠江口盆地(东部)贡献了可观储量。截至目前，珠江口盆地(东部)共计44口井钻遇碳酸盐岩，其中油流井20口，油层井10口，地质成功率达68%。但勘探实践证实，在东沙隆起上并非所有的生物礁滩都能形成良好储层，礁滩相沉积体是否能够形成优质储层的关键在于其是否受到强烈溶解作用改造[4]，而且生物礁滩储层的展布与特征、储集空间结构等均受成岩作用控制[5]，因此，十分有必要对东沙隆起珠江组礁滩相储层主要成岩作用及演化模式进行深入研究。本文主要针对东沙隆起所有已钻碳酸盐岩井的珠江组岩心和镜下薄片资料进行了统计分析，识别出积极、消极两种不同类型的成岩作用，并对其主要成岩作用进行了详细阐述，明确了礁滩相储层成岩演化过程，从而为该地区珠江组礁滩有利目标的搜索与评价提供了重要指标。

1 不同成岩阶段的成岩标志识别

图2 东沙隆起珠江组礁滩相储层成岩阶段划分标志Fig .2 Diagenetic stage mark of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2 主要成岩作用类型划分及影响分析

东沙隆起珠江组储层的储集空间类型较多，以次生的孔、洞、缝为主，并发育粒间孔、生物体腔孔、生物骨架孔等原生孔隙。在不同阶段成岩标志识别的基础上，根据成岩作用对礁滩相储层的影响，可将东沙隆起珠江组礁滩相储层主要成岩作用划分为两大类(表1)：①积极成岩作用，即有利于储集空间形成或保留的成岩作用，如包壳作用、藻类-生物相互穿插、生物钻孔、溶解作用等；②消极成岩作用，即不利于储集空间形成或保留的成岩作用，如胶结作用、泥晶化作用和压实-压溶作用等。

表1 东沙隆起珠江组礁滩相储层成岩阶段-主要成岩作用简表Table 1 Diagenetic stages and main diageneses of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2.1 溶解作用是礁滩相储层次生孔隙形成的关键因素

溶解作用是珠江组礁滩灰岩储集空间中十分常见的成岩作用，是次生孔隙形成的关键影响因素，可形成大量粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔等次生孔隙，主要包括早成岩阶段溶解作用和中—晚成岩阶段溶解作用。统计分析表明，珠江组礁滩灰岩早成岩阶段溶解作用可使储层孔隙度增至10%～15%，而中—晚成岩阶段溶解作用可使储层孔隙度增至20%左右[7]。

1) 早成岩阶段溶解作用。

早成岩阶段有淡水潜流和淡水渗流两种成岩环境。其中，淡水潜流环境中的溶解作用可使珠江组礁滩灰岩粒间孔、礁骨架孔和生物体腔孔等得以溶蚀扩大(图3中①)，储层孔隙度可增至10%左右；同时，该时期的溶解作用往往具有组构选择性(图3中②)，即原始矿物成分为文石质的仙掌藻等生物被优先溶蚀，从而形成粒内溶孔甚至铸模孔(有时仅剩由泥晶化边勾勒出的颗粒轮廓)。

①溶解作用导致粒间孔溶蚀扩大， H1井，1 219.66～1 219.74 m，绿色铸体薄片，单偏光；②仙掌藻的组构选择性溶解，H2井，1 413.28 m，蓝色铸体薄片，单偏光；③孔隙以超大孔为特征，为非组构选择性溶解，可能叠加了埋藏期溶解作用，H3井，1 268.25 m，蓝色铸体薄片，单偏光；④溶蚀孔隙主要来源于珊瑚的溶解，H4井，1 256.00～1 256.05 m，绿色铸体薄片，单偏光；⑤强烈的溶解作用使得颗粒呈漂浮状，原始的被溶组分已难以识别，仅见少量溶解残余呈细小颗粒状，粒间溶蚀孔远大于颗粒的大小，H4井，1 282.80～1 282.85 m，绿色铸体薄片，单偏光；⑥孔隙以铸模孔为主，少量粒间溶蚀扩大孔，见溶蚀残余，推测铸模孔主要由仙掌藻的溶蚀产生，H5井，1 285.50 m，蓝色铸体薄片，单偏光；⑦粒间溶蚀扩大孔以及铸模孔发育，可见仙掌藻孢囊或节片的溶蚀残余，少量泥晶化边可大致看出原始仙掌藻的颗粒形态，H3井，1 254.75 m，蓝色铸体薄片，单偏光；⑧红藻和有孔虫被后期裂缝切断错位，并发育少量溶蚀孔隙，F15井，1 844.05 m，绿色铸体薄片，单偏光；⑨沿缝合线发育的溶蚀孔隙，具有超大孔特征，H3井，1 234.10 m，普通薄片，单偏光；⑩块状方解石的溶解作用，H3井，1 263.45 m，绿色铸体薄片，单偏光；珊瑚及其它生屑颗粒具有明显的断裂特征，孔隙壁无胶结物，溶解作用具有非组构选择性特征，受到埋藏期溶解作用的叠加改造，H3井，1 248.43 m，绿色铸体薄片，单偏光；珊瑚遭受强烈溶解作用，骨架结构解体，孔隙壁无胶结物，孔隙具有极好的连通性，推测叠加了埋藏期溶解作用，H3井，1 227.20 m，蓝色铸体薄片，单偏光。图3 东沙隆起珠江组礁滩相储层溶解作用特征Fig .3 Dissolution characteristics of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

而在淡水渗流环境中(即处在地表之下地下潜水面之上的地带)，珠江组礁滩灰岩孔隙中充满空气和大气水，流体更趋向于对碳酸盐不饱和，溶解作用非常发育，主要表现为粒间溶蚀扩大孔、粒内溶孔、铸模孔甚至超大孔的发育；同时，该时期的溶解作用往往具有非组构选择性，溶解作用更为强烈和彻底，甚至出现某些被溶组构已难以识别(图3中③～⑤)，储层孔隙度增至10%～15%；最主要的被溶矿物是文石质的珊瑚和仙掌藻，而且多数仙掌藻被强烈溶蚀后仅残余部分孢囊或者颗粒的轮廓(图3中⑥～⑦)，甚至仅残存少量泥晶或球粒状成分。

2) 中—晚成岩阶段溶解作用。

研究表明，烃源岩热演化成熟所产生的有机酸或与之有关的酸性地层水是产生埋藏溶解作用的重要推动因素[6]。东沙隆起北邻惠州凹陷，南接白云凹陷，珠江组礁滩相储集体形成时两个凹陷的烃源岩正处于主要排烃期，会生成大量有机酸。同时，东沙隆起上大量断裂穿透珠江组礁滩灰岩地层，下至岩浆岩基底，上至T10反射界面[8]，为酸性地层水的运移提供通道，促进了埋藏溶解作用的进行。另外，有关研究已证实，断裂越发育地区的溶解作用越强烈[9]；烃源岩热演化成熟阶段除了产生的酸性地层水以外，原油自身的生物降解作用也能为埋藏溶解作用提供可溶有机酸等腐蚀性流体[10]。在此基础上，提出了东沙隆起珠江组礁滩相储层中—晚成岩阶段埋藏溶解作用模式，如图4所示。

图4 东沙隆起珠江组礁滩相储层埋藏溶解作用模式Fig .4 Burial dissolution model of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2.2 胶结作用是礁滩相储层中孔隙减少的主要原因

胶结作用发育的主要区域为水动力条件较强的珠江组礁滩相沉积体，成分以方解石和文石为主，其中台地边缘生物礁滩中胶结程度最高，相对较低的沉积速度有利于胶结作用的进行。珠江组礁滩体在刚沉积时保留有大量原生粒间孔，其原生孔隙度可达30%以上。但随着时间的推移，礁滩体中大多数原生粒间孔被胶结物填充以致消失，现今保存下来的孔隙中也发育不同程度的胶结物，导致孔隙度降低。统计分析表明，珠江组礁滩灰岩同生—准同生成岩阶段胶结作用可使储层原生孔隙度降至5%～10%，早成岩阶段胶结作用可使储层原生孔隙度降至5%以下，而中—晚成岩阶段胶结作用可使储层原生孔隙度最低降至零[7]。

1) 同生—准同生成岩阶段胶结作用。

珠江组礁滩灰岩同生—准同生成岩阶段胶结作用可使储层原生孔隙度降至5%～10%，其特征主要表现为：

①等厚纤维状环边胶结。等厚纤维状环边胶结物主要生长于生物体腔孔和生物碎屑颗粒周围(图5中①)，完全不具阴极发光的特征(图5中②)，说明这些胶结物为早期海水胶结产物。

②刀刃状或叶片状胶结。刀刃状或叶片状胶结物往往生长在颗粒边缘(图5中③)，代表原始镁方解石胶结物，完全不具阴极发光的特征(图5中④)。

③马牙状胶结。马牙状胶结物常常充填于生物碎屑颗粒周围或生物体腔中，围绕厚纤维状环边胶结物生长(图5中⑤)，显示环带状阴极发光特征，即不发光—极弱发光的核部和明亮的发光边缘(图5中⑥)。

④共轴生长胶结。共轴生长胶结物以棘皮动物的共轴加大为典型(图5中⑦)，常显示极弱或不发光的阴极发光特征(图5中⑧)。

①～②显示两个世代的方解石胶结物，第一期等厚纤维状环边方解石不具阴极发光，第二期马牙状方解石具有不发光的核部和发光边缘，H7井，1 308.20 m；③～④显示叶片状方解石胶结物不具阴极发光，H4井，1 244.70 m；⑤～⑥显示第一期等厚纤维状环边方解石不具阴极发光，第二期马牙状方解石具有不发光的核部和发光边缘，第三期充填孔隙中心的块状方解石不具阴极发光，H4井，1 273.80 m；⑦～⑧显示棘皮加大部分不具阴极发光，次生加大作用是在海水环境中发生；⑨～⑩显示向孔隙中心生长的等轴粒状方解石具有比孔隙边缘生长的纤维状和叶片状方解石更强的阴极发光，为淡水胶结物的特征，H7井，1 309.00 m；～显示仙掌藻及有孔虫颗粒下方悬挂的微型钟乳状胶结物，叠加了后期压实作用以及微裂缝发育等埋藏成岩作用，Z1井，2 178.50 m，普通薄片，单偏光；～显示红藻石颗粒破碎后发育的方解石胶结物，F13井，2 522.40 m，单偏光照片，埋藏方解石胶结物完全不具阴极发光；显示沿缝合线发育的粒状方解石胶结物，普通薄片，单偏光；显示沿缝合线分布的粒状—块状方解石胶结物，普通薄片，正交偏光，H3井，1 264.80 m。①、③、⑤、⑦、⑨、为蓝色铸体薄片(单偏光)，②、④、⑥、⑧、⑩、分别为与之相对应的阴极发光照片，阴极发光条件为束电流300 μA，束电压12 kV。图5 东沙隆起珠江组礁滩相储层胶结作用特征Fig .5 Cementation characteristics of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on the Dongsha uplift

2) 早成岩阶段胶结作用。

珠江组礁滩灰岩早成岩阶段胶结作用可使储层原生孔隙度降至5%以下，其特征主要表现为：

①粒状亮晶方解石胶结。粒状方解石是淡水潜流环境中最常见的胶结物类型，由于该环境铁锰含量较高，因此粒状亮晶方解石胶结物比纤维状或叶片状胶结物具有更强的环带状阴极发光(图5中⑨～⑩)。近于等轴的粒状晶体从孔隙边缘向孔隙中心变大，在经历淡水潜流环境的胶结作用后，岩石中仅保留很少的原生孔隙，造成岩石孔隙度大大降低。

3) 中—晚成岩阶段胶结作用。

3 储层演化模式

在早中新世湿热气候条件下，大量珊瑚藻等造礁生物在干净、温暖的东沙隆起浅水台地上形成生物礁，这些礁体接受波浪和潮汐的冲洗，部分被打碎形成生屑滩。台地边缘礁滩是珠江组优质储层主要分布相带，其形成和演化过程如下(图6)。

1) 生物礁滩刚沉积时可形成大量粒内孔、粒间孔等原生孔隙，其孔隙度可达30%以上。此后，伴随着藻类的包壳作用、生物钻孔和泥晶化作用发生，这些礁滩体进入同生—准同生阶段，发生第一期等厚纤维状环边胶结、刀刃状或叶片状胶结、马牙状胶结或共轴生长胶结，储层原生孔隙度减少至5%～10%(图6a)。

2) 随着礁滩体进入早成岩阶段，第二期粒状亮晶方解石胶结和微型钟乳状胶结开始出现，粒状亮晶方解石胶结对储层孔隙的破坏非常强烈，导致孔隙度降低至5%以下。与此同时，溶解作用也在发挥非常重要的作用，产生粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔甚至超大孔，使礁滩相储层孔隙度又恢复至10%～15%(图6b)。

图6 东沙隆起珠江组礁滩相储层演化模式图 Fig .6 Evolution model of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

3) 当礁滩体进入中—晚成岩阶段后，由于上覆地层压力增加，压实-压溶作用逐渐凸显影响力，表现为颗粒的转动、变形破裂以及微裂缝和缝合线的产生。该时期的胶结作用同样对储集空间破坏程度很强，形成块状—粒状方解石胶结，晶体由孔隙、裂缝边缘至中心逐渐变大，孔隙度甚至降低至零。在这一阶段，埋藏溶解作用会产生新的孔隙或者改造之前已经存在的孔隙，切穿碳酸盐岩颗粒和微裂缝，或沿缝合线附近发育，或连晶方解石被溶蚀，部分台地边缘礁滩相储层孔隙度可增至20%左右，从而形成良好储层(图6c)。

4) 最终，基底抬升导致地层产生断层和较大裂缝，进一步增加了地层流体的运移通道和储集空间(图6d)，并为溶解作用的产生提供了优良场所。

4 结论

1) 根据岩心观察和镜下薄片分析资料，对东沙隆起珠江组礁滩相储层主要成岩作用进行了深入研究，结果表明该地区珠江组礁滩相储层成岩阶段可划分为同生—准同生、早成岩以及中—晚成岩等3个阶段，主要成岩作用划分为积极成岩作用和消极成岩作用两大类，其中溶解作用是礁滩相储层中次生孔隙形成的关键因素，而胶结作用是礁滩相储层中孔隙减少的主要原因。

2) 在不同阶段成岩标志识别的基础上，分析了成岩作用对礁滩相储层的影响，建立了东沙隆起珠江组礁滩相储层演化模式，认为只有那些经历过成岩阶段强烈溶解作用改造的礁滩才能形成良好储层，从而为该地区珠江组礁滩有利目标的搜索与评价提供了重要指标。