西湖凹陷西部斜坡带储层成岩作用及孔隙演化

舒 艳，胡明毅，蒋海军，徐艳霞

(1.长江大学油气资源与勘察技术教育部重点实验室，湖北荆州 434023;2.长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023）

西湖凹陷西部斜坡带储层成岩作用及孔隙演化

舒 艳1，2，胡明毅1，2，蒋海军2，徐艳霞2

(1.长江大学油气资源与勘察技术教育部重点实验室，湖北荆州 434023;2.长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023）

以大量岩心观察为基础，结合室内电镜扫描和物性特征分析，对西部斜坡带储层成岩序列与孔隙演化进行了研究，认为储层岩石类型主要为长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩，储集空间以粒间溶孔和粒内溶孔为主，属中孔中渗—低孔低渗型储层。成岩作用及孔隙演化对储层物性有重要影响，该区主要经历了压实、胶结、溶解以及交代等多种成岩作用，其中压实作用和交代作用对储层起破坏作用，溶解作用对储层改善起建设性作用。成岩阶段可划分为早成岩A期、B期和晚成岩A1期、A2期及B期，目前储层处于晚成岩A2期，原生孔隙大部分被破坏，次生孔隙发育，并在2 900～3 200 m和3 600～4 000 m处形成两个次生孔隙发育带。

西湖凹陷;西部斜坡带;成岩作用;成岩阶段;孔隙演化

西部斜坡带位于西湖凹陷的西部，其新生代沉积厚度达1万米，是重要的油气富集区。在前人研究成果的基础上［1－3］，结合薄片鉴定、扫描电镜、物性分析等测试资料对西部斜坡带成岩作用和成岩阶段及孔隙演化进行了初步研究，认为该区已进入到成岩作用晚期，在埋藏过程中，成岩过程复杂，大部分的原生孔隙已经被破坏，因溶解作用而形成的次生孔隙发育广泛，主要以溶蚀粒内孔和粒间孔为主，为该区重要的储集空间。

1 区域地质背景

西部斜坡带是东海陆架盆地浙东坳陷西湖凹陷西部的一个次级构造单元，西邻海礁凸起，并与长江凹陷、钱塘江凹陷沟通，东临三潭深凹［4］。西部斜坡构造带包括北部的杭州斜坡、中部的海礁湾和平湖斜坡以及南部的天台斜坡(图1）。平面上呈北东向狭长条带状展布，横剖面上古地形西高东低，新生代地层西薄东厚;纵剖面上古地形蜿蜒起伏，总体呈南浅北深的趋势，长约400 km，宽约10～30 km，面积约10 000 km2，是西部凹陷具油气勘探前景且油气勘探程度最高的有利区带。

图1 西部斜坡带构造位置图Fig.1 The structural location of Western Slope Zone

经研究表明，西部斜坡带要发育潮坪相、三角洲相、河流和滨湖相等砂岩，储集层岩性以长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主，少量长石质石英砂岩。砂岩粒度主要为细砂，胶结物主要为碳酸盐胶结，其次为硅质胶结和泥质胶结，胶结类型以孔隙式胶结为主，颗粒分选中等，磨圆度多为次圆—次棱角状，结构和成分成熟度较低，为溶解作用发育提供了条件。

2 主要成岩作用及特征

西部斜坡带在沉积物埋藏过程中，经历了复杂的成岩阶段［5－6］，其主要的成岩作用为压实作用、胶结作用、溶解作用和交代作用。

2.1 压实作用

压实作用主要发生于早成岩阶段A和B期，其影响的最大埋藏深度一般为2 500 m左右，经薄片观察估算由于压实作用损失的原生孔隙高达2%～25%。在研究区主要表现为:含塑性火山岩屑细砂岩和塑性颗粒易被紧密压实，导致原生孔隙迅速减少。碎屑颗粒间接触关系随压实作用的增强表现为点—线—凹凸—缝合线接触的变化，颗粒呈定向排列。随着埋藏深度加大，研究区内常见石英颗粒成缝合线接触(图2a），影响储层的渗透能力。

2.2 胶结作用

西部斜坡砂岩中常可观察到硅质胶结、铁质胶结、菱铁矿胶结、碳酸盐胶结等现象，根据胶结物成分不同，可分为:硅质胶结、碳酸盐胶结和黏土矿物胶结。

2.2.1 硅质胶结作用

硅质胶结普遍发育，含量一般为3% ～12%。石英颗粒次生加大边形式最为常见。薄片观察表明，以雏晶状分布于颗粒表面形成Ⅰ级加大，或在颗粒表面连接成较大晶面的Ⅱ级加大较多。常与自生高岭石集合体共生，扫描电镜下可观察到草莓状黄铁矿叠置在石英次生加大和高岭石集合体上(图2b）。

2.2.2 碳酸盐岩胶结作用

研究区碳酸盐胶结作用(图2c）较为发育，碳酸盐胶结物含量一般为2% ～20%，最高可达30%。在成岩早期、中期和晚期，碳酸盐胶结过程均有发育，其中成岩早期主要为泥晶方解石，晶形通常为泥晶和微晶，是直接从砂层孔隙水中沉淀形成的，主要为菱铁矿;中期主要为粉、细晶方解石胶结物，成分主要为白云石;而成岩晚期在深埋藏、高温缺氧环境下，主要形成含铁的碳酸盐矿物［7］。成岩早期的方解石胶结物一方面增强砂岩的抗压实能力，同时也使得砂岩孔隙含量降低1% ～3%，晚期碳酸盐胶结交代物形成于碱性成岩环境，属破坏性成岩作用，对储层不利。

2.2.3 黏土矿物的胶结作用

结晶高岭石是砂岩中常见的自生黏土矿物胶结物，通常分布在分选好、粒度粗的长石石英砂岩中。本区砂岩碎屑颗粒间的溶蚀孔内常见到自生高岭石充填(图2d），粉晶级的高岭石呈典型的书页状晶形，虽其集合体中含大量晶间微孔，但对砂岩储层物性的总体提高并未起到显著作用。是否能形成有效次生孔隙，主要取决于酸性流体的溶蚀能力、流动速率和运载能力。

2.3 溶解作用

溶解作用(图2e）对改善本区储层物性起着决定性作用，为深部储层中次生孔隙形成的主要方式和途径，属于建设性成岩作用类型。区内溶解作用可表现为对颗粒的溶蚀以及对杂基、胶结物的溶蚀作用等，对形成储层十分有利。

图2 西部斜坡带储层显微镜及扫描电镜下照片Fig.2 Sandstone microphotos of reservoir in Western Slope Zone

(1）岩屑的溶解:研究区内长石类骨架颗粒或含长石火山岩屑，在酸性环境下，极易发生溶蚀，形成次生溶蚀孔+自生高岭石+自生石英组合，有利于优质储层的形成。

(2）碳酸盐胶结物、交代物的溶解:区内碳酸盐胶结物以方解石为主，处于酸性成岩环境改造下，无论早期泥晶方解石，还是晚期铁方解石都可发生溶解作用，有时可见方解石残余。

(3）杂基的溶解:本区常见高岭石被溶解形成晶内微溶孔，而且很少被再充填，对改善储层的渗透能力有一定作用。

2.4 交代作用

(1）碎屑颗粒的碳酸盐化:包括方解石、铁方解石、铁白云石对碎屑颗粒石英、岩屑和黏土矿物的交代作用。偏光镜下观察，交代作用往往是从颗粒边部开始，随着深度加大，铁方解石和铁白云石的交代作用越明显。

(2）碎屑颗粒的黏土化:火山岩岩屑普遍发生绢云母化(图2f）、水云母化、高岭石化等作用，研究区内，不同岩性、火山岩屑类型的蚀变作用有所差别。在中粗粒砂岩中，中酸性喷出岩岩屑多发生高岭石化，而在细砂岩中易发生绢云母化、水云母化。研究区在晚成岩早期孔隙水主要为酸性环境，其中的高岭石化作用较明显，高岭石化可以产生一定的微孔隙，对于有效储层的形成有一定的贡献。

3 成岩阶段划分

西湖凹陷西部斜坡带储层总体仍处于持续埋藏改造环境中，玉泉运动造成地层的小幅度抬升，导致晚成岩A期压实作用减弱，成岩系统为半封闭型，局部存在大气淡水的淋滤作用的改造和外来物质的加入。地温梯度总体呈北高南低的特点，储层物性在纵向上的演变速率受地温场高低所控制，地温梯度高的地区物性的递变速率快，反之则慢。西部斜坡带属于中等地温梯度区，总体上处于晚成岩A2期，其储集层埋深及次生孔隙发育带深度一般在2 000～4 000 m之间。

储层成岩阶段的划分主要根据:(1）古地温、流体包裹体的温度，自生矿物形成温度;(2）有机质成熟度;(3）黏土矿物组合及伊利石/蒙皂石(I/S）混层黏土矿物的转化;(4）岩石的结构、构造特征及孔隙类型。

根据西湖凹陷西部斜坡带地温梯度、镜质体反射率(Ro）和自生矿物组合等资料综合分析，认为本区储层大致经历了早成岩A、B期及晚生岩A1、A2、B期，各成岩阶段的特征主要表现如下:

(1）早成岩A期，埋深小于1 300 m，古地温低于70℃。在此阶段，有机质还未成熟，岩石处于弱固结状态，机械压实对孔隙度影响较大，孔隙以原生粒间孔为主，局部可见早期方解石和菱铁矿及绿泥石膜，成岩作用主要为压实作用和少量的方解石胶结和菱铁矿环边胶结;

(2）早成岩B期，埋深1 300～2 300 m，古地温为70～90 ℃，0.35% ＜Ro＜0.5%，有机质半成熟，成岩仍以机械压实为主，粒间孔明显减少，可见石英Ⅰ级加大，自生高岭石发育;

(3）晚成岩A1期，埋深2 300～3 300 m，古地温为90～110 ℃，0.5% ＜Ro＜0.7%，有机质低成熟，颗粒呈点、线接触，次生孔隙大量发育，可见石英Ⅱ级加大，自生高岭石发育;

(4）晚成岩A2期，埋深3 300～4 500 m，古地温为110 ～130 ℃，0.7% ＜Ro＜1.3%，有机质成熟，颗粒呈线接触，次生孔隙大量发育，见石英Ⅲ级加大，出现晚期含铁碳酸盐交代物;

(5）晚成岩B期，埋深大于4 500 m，古地温130～170 ℃，1.3% ＜ Ro＜2.0%，有机质高成熟，颗粒呈凹凸接触，次生孔隙压缩，石英加大边遭受溶蚀，连晶状晚期碳酸盐发育，交代作用强。

4 成岩序列及孔隙演化

砂岩埋藏过程中，随着埋藏深度不断加大，砂岩孔隙流体性质也由酸性向弱碱性—强碱性变化。在早成岩阶段，有机质由生化甲烷至凝析油湿气阶段这一成岩时期，烃源岩—储集岩成岩体系为酸性环境，各种流体—岩石相互作用对储层孔渗系统的产生、破坏和改造最为显著。在晚成岩阶段，有机质演化程度升高，形成大量凝析油和湿气，孔隙流体逐渐由酸性向碱性演变，伴生晚期含铁方解石交代物形成，石英次生加大边部分溶解，次生孔隙形成。

成岩作用对储层物性的改造，主要以压实作用、胶结作用、溶解作用以及破裂作用对孔隙的影响最为明显。西部斜坡带地层经历中等压实成岩作用，孔隙度损失10% ～15%，是造成低渗透性储层的主要因素;胶结作用也起破坏作用，使得原生粒间孔不断被充填。溶解作用则改善物性，并在2 500～3 100 m和3 000～3 600 m处形成了两个次生孔隙发育带(图3）。研究区次生孔隙的形成主要受控于有机酸浓度演化，其次受控于构造抬升及大气淡水淋滤作用的影响和自生高岭石的显著增加。两个次生孔隙发育带主要形成于晚成岩阶段A1和A2亚期，形成粒间和粒内溶孔。

图3 西部斜坡带地区孔隙度垂向演化Fig.3 Vertical porosity evolution in Western Slope Zone

在薄片观察的基础上，分析统计了各期成岩作用对孔隙的破坏和贡献，该区地温梯度较低，镜质体反射率Ro最大在1.3%左右，以晚成岩A2阶段为主，孔隙流体以酸性为主，次生孔隙发育。建立了西湖凹陷西部斜坡带典型成岩作用序列:早期机械压实→早期方解石沉淀→岩屑绢云母化→有机酸流体进入→长石、岩屑溶蚀→次生孔隙+自生高岭石+自生石英→液态烃类侵位→伊利石沉淀→晚期气态烃充注→晚期亚铁碳酸盐充填交代(图4）。

5 结论

(1）潮坪相、三角洲相、河流和滨湖相砂体构成西部斜坡带主要的碎屑岩储集体，主要以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，砂岩结构和成分成熟度较低，为中孔中渗—低孔低渗型储层。

(2）在孔隙演化过程中，西部斜坡带主要经历了压实作用、胶结作用、溶解作用、交代作用等成岩作用，其中压实作用和胶结作用起破坏作用，交代作用在一定程度上起保护保用，而溶解作用对储层改善起重要作用。

图4 西部斜坡带成岩序列及孔隙演化特征Fig.4 Characteristics of diagenetic sequence and pore evolution in Western Slope Zone

(3）古地温和镜质体反射率分析表明，该区现阶段主要处于晚成岩A2期，演化程度高，储层的次生孔隙发育带一般在2 000～4 000 m之间，两个次生孔隙发育带分别对应于晚成岩A1期和晚成岩A2期。

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Diagenesis and reservoir porosity evolution of Western Slope Zone of Xihu Sag

SHU Yan1，2，HU Mingyi1，2，JIANG Haijun2，XU Yanxia2
(1.MOE Key Laboratory of Oil and Gas Resources and Exploration Technique，Yangtze University，Jingzhou 434023，China;2.School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，China）

The main types of reservoir rocks in the Western Slope Zone are feldspathic lithic sandstone and lithic arkose sandstone，and reservoir space is dominated by the intergranular and intragranular dissolution pores.Bases on core observation，combining with scanning transmission electron microscope and physical property analysis，it is realized that diagenesis and pore evolution have exerted great effects on the properties of reservoir.Study results showed that the reservoir has experienced complex diagenetic events，including compaction，cementation，dissolution and replacement.The diagenetis stage can be divided into early diagenetic A and B stage and lately diagenetic A1，A2 and B，and now reservoir has entered into A2 stage.Most primary pores were destroyed after diagenetic evolution，and it is mainly secondary pores now.The two secondary dissolved porous belts have formed，one between 2 900 and 3 200 meters deep，and the other between 3 600 and 4 000 meters deep.

Xihu Sag;Western Slope Zone;diagenesis;diagenetic stage;pore evolution

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.063

1008－2336(2011）04－0063－05

国家重大专项《东海盆地西湖凹陷深层油气资源战略选区》(2008ZX05023－001－003）和中海石油(中国）有限公司项目《东海盆地西湖凹陷古近系沉积体系和盆地充填演化特征研究》(CNOOCRC－2008－KTYJ－014）联合资助成果。

2011－06－27;改回日期:2011－07－15

舒艳，女，1988年生，长江大学在读硕士研究生，矿产普查与勘探专业。E-mail:smile200811@126.com。