歧口凹陷扣村油田沙一下亚段湖相碳酸盐岩储层成岩作用分析

李广兵，苗建宇 孙立军，齐桂民，李智超

（大陆动力学国家重点实验室；西北大学地质学系，陕西西安710

近年来随着石油开发工作的逐步开展，许多油田都面临着提高采收率的问题，因而系统了解储层的成岩作用对提高勘探开发效益具有重要的作用［1－2］。笔者运用常规与铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、X－衍射等分析手段，以歧口凹陷扣村油田沙一下亚段为研究对象进行储层成岩作用系统研究，以期为研究区湖相碳酸盐岩储层开发方案调整及潜力评价提供依据。

1 区域地质概况

该研究区处于歧口凹陷西南斜坡的羊三木潜山构造带和扣村构造带向北东倾末端的复式地垒构造带，南北向主要受羊北、羊南、扣村、黄骅等断层控制，面积约150k m2［3］。区内下第三系沙一段残存厚度变化较大，一般为15～55 m，为滨浅湖、半深湖－深湖沉积，自上而下又划分为上、中、下3个亚段。下亚段以湖相碳酸盐岩与油页岩为主要特征，从上往下又可细分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个小层，第Ⅰ小层由泥岩和油页岩组成；第Ⅱ小层由泥灰岩、白云质灰岩和泥岩组成；第Ⅲ小层由灰色－灰褐色生物碎屑灰岩、颗粒灰岩组成。其中第Ⅱ、Ⅲ小层为研究目的层。

2 储层基本特征

2.1 岩石学特征

根据岩心资料和岩石薄片鉴定资料，研究区沙一下亚段目的层储集层岩石类型主要有灰色～灰褐色生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩等湖相碳酸盐岩，以生物碎屑灰岩为主。薄片分析表明，灰岩中生物组分约占50%左右，内碎屑为16.6%～22.0%，生物碎屑中主要为腹足类和介形虫碎片及个体，少量藻类和陆源碎屑。基质和胶结物约占岩石的10%～20%。

2.2 孔隙类型

根据Choquette等［4］提出的受组构控制及不受组构控制的划分方案，结合岩心观察、薄片鉴定、铸体薄片、扫描电镜等分析，认为研究区沙一下亚段湖相碳酸盐岩储集空间以次生孔隙和裂缝为主，主要微观孔隙类型有粒间孔、粒间粒内溶孔、晶间孔隙和裂隙等。

1）粒间孔 该孔隙是指颗粒含量在岩石中占主要地位时形成的颗粒支撑，其空间未被灰泥或胶结物充填部分即为粒间孔。扣17井的泥晶介壳灰岩中见孔径为20 mm的粒间孔 （见图1（a）和1（b））。

图1 沙一下亚段碳酸盐岩储层孔隙类型

2）粒内孔 该孔隙多为生物死亡后软体部分腐烂分解后遗留下生物体腔孔隙空间。这种组构性孔隙属于原生孔隙，不排除充填后重新溶蚀而复苏了原有的孔隙面貌。研究区这类孔隙较为发育，孔径一般为50～80 mm，最大可达300 mm，粒内孔的面孔率约占3%～9%，成为灰岩储层的主要储集空间 （见图1）。

3）晶间孔 一般情况下生物体腔均被泥晶方解石充填，充填方解石在重结晶作用下主要表现为泥晶转变为亮晶过程中形成的孔隙，孔隙比较规则。研究区储层中晶间孔一般以20 mm左右居多 （见图1 （a）和1 （b））。

4）溶蚀孔隙 该孔隙是指沉积过程或成岩后由于溶解作用而形成的孔隙，该研究区存在的溶蚀孔隙主要有粒间溶孔、晶间溶孔和扩溶缝等 （见图1 （b）、1 （c）和1 （d））。

5）裂隙 该孔隙一般是由于构造作用或成岩作用形成。该研究区多以构造缝和孔径20 mm左右的微裂 （隙）缝发育为特征 （见图1（d））。

3 成岩作用

3.1 压实作用

压实作用包括机械压实作用与压溶作用［5］。该研究区储层主要以机械压实作用为主，导致碳酸盐岩沉积厚度减小，孔隙度和渗透率普遍降低，碳酸盐颗粒趋向紧密排列，表现为一些塑性或半塑性颗粒的错断、破裂、弯曲变形 （见图1（c））。随着埋深的增加导致的压力增大，机械压实逐渐转为压溶作用。研究表明，压溶作用可以使已经被物理压实作用压实的碳酸盐层的厚度再被压实20%～25%，它使得原生粒间孔隙大量减少。

3.2 胶结作用

1）第1世代湖底胶结 研究区内第1期湖底的典型胶结物为杂乱针状微晶方解石形成的不连续“环边”。第1世代微粒状、针状方解石胶结作用在湖底阶段，颗粒表面生长了厚度为3～5μm、呈不规则状或放射状分布的针状方解石微晶。

2）第2世代湖底－混和水胶结 叶片状亮晶方解石形成于湖底潜流带－混和水成岩环境中，广泛见于研究区各类生物灰岩和鲕粒灰岩粒间孔中，多围绕第1期胶结物或颗粒边缘呈单环带生长或与第1期方解石胶结物共轴生长，以自形－半自形粉晶居多，大小一般0.03～0.05 mm，较为干净明亮，略带褐色，环边前缘具尖菱形，呈明显的偏三角面体形态 （见图2（a）和2（b）。该期胶结物可使颗粒灰岩中的原生粒间孔缩小50%左右，然而对于胶结程度较低的颗粒灰岩来说，由于其渗透性和孔隙度较高，易于后期各种成岩流体运移，也可以残余粒间孔和粒间缝的形式保留下来，为油气的储集和运移提供有利空间。

3）第3世代粒状亮晶方解石胶结 粒状亮晶方解石胶结物主要形成于同生成岩阶段的大气成岩环境，其中的大气淡水主要来自港西凸起和孔店凸起。胶结物主要位于经早期胶结之后的残余粒间孔内部，自孔隙中心向边缘依次生长细晶、粉晶，具有明显的充填组织结构特征。晶体干净明亮，它形－半自形，晶粒大小一般0.05～0.1 mm。根据鲕粒灰岩和生物灰岩的阴极发光分析 （见图2），从图2可以看出，沉积颗粒因水介质微量元素的变化和不同期次胶结物而分别显示出不同的发光特征。

3.3 溶蚀作用

图2 研究区阴极发光镜下的胶结物特征

1）第1期溶蚀作用 该研究区馆陶组、沙河街组灰岩第1期溶蚀作用的强度较大，特点是选择性地溶蚀颗粒，形成粒内溶孔。滨湖相的生物灰岩以及其他颗粒灰岩，随着湖进湖退不时的暴露在大气淡水条件下，从而导致了部分颗粒的溶蚀，成岩初始阶段形成的胶结物也遭受了部分的溶蚀。

2）第2期溶蚀作用 该研究区明化镇组早期与晚期间的区域性构造抬升［6］，使得明上段与明下段之间存在一个不整合面，这次抬升导致了第2期溶蚀作用在区内不同程度地发生，溶蚀发生于浅－深埋藏环境，规模较大。其中有利于储层孔隙形成的埋藏溶蚀作用现象常见于生物、鲕粒和基块，形成总量3%～20%不等的生物溶孔 （见图1（c）和1（d））、扩溶缝与基块溶孔，孔径为0.1～0.8 mm，以0.2～0.4 mm居多。

3.4 白云石化作用

该研究区的颗粒白云岩与泥晶白云岩基本都呈微晶结构。X－衍射分析结果表明，该研究区所有13个样品的白云石有序度为0.42～0.68，平均0.54；镁元素含量为39.60%～46.90%，平均44.30%；钙元素含量为53.16%～60.40%，平均55.70%；Mg／Ca值位于0.66～0.88，平均0.80。其地球化学与结晶学特征表现为两低两高的特点，即有序度、Mg／Ca低，镁、钙含量高。其中约有36%的样品有序度小于0.5，28%的样品为0.5～0.6，36%的样品大于0.6。因此，这种白云石应为同生－准同生白云石化作用产物，对储层形成具有建设性作用。

图3 研究区沙一下亚段碳酸盐岩成岩演化划分

4 成岩序列与阶段划分

沙河街组碳酸盐岩与其同期沉积的砂岩在成岩时段上是一致的，不过碳酸盐岩具有成岩固结快的基本特征，因而坚硬致密得多，表明经历了漫长的成岩过程。X－衍射分析结果表明，该研究区混层粘土及其间层比与其同期的砂岩基本一致，根据石油行业碳酸盐岩成岩阶段划分规范（SY／T5487－2003）可知，研究区沙一段下部的碳酸盐岩已由早成岩阶段进入了中成岩阶段门限。同时，该研究区成岩作用发生次序大致为准同生成岩阶段的多世代方解石胶结作用、白云石化作用→早成岩A、B阶段的溶蚀作用→中成岩阶段的充填作用、溶蚀作用和构造成缝作用；压实作用则从早到晚都不同程度的影响储层，早期使原生孔隙迅速减少，后期则产生缝合线等为储层流体运移提供通道 （见图3）。

5 结 论

1）该研究区沙一下亚段湖相碳酸盐岩储集层类型为主要灰色、灰褐色生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩等；储集空间以次生孔隙和裂缝为主。

2）成岩作用对研究区储层的形成起着决定性的作用。机械压实、压溶作用、多世代的方解石和白云石胶结作用，使得原生孔隙和次生孔隙几乎全部消失，而早成岩阶段的两期溶蚀作用对储层的储集空间改善起决定性作用。此外，该研究区内湖相碳酸盐岩已由早成岩阶段进入了中成岩阶段门限。

［1］郭洪金，李勇，钟建华，等 .山东东辛油田古近系沙河街组一段碳酸盐岩储集特征 ［J］.吉林大学学报 （地球科学版），2006，36 （3）：351－357.

［2］曾德铭，赵敏，石新，等 .黄骅坳陷古近系沙一段下部碳酸盐岩成岩作用 ［J］.中国地质，2010，37（1）：110－116.

［3］魏晓敏，彭飞飞，刘进文，等 .扣村油田沙河街组碳酸盐岩沉积相分析 ［J］.西部探矿工程，2010，12（3）：94－96.

［4］Choquette P W，Pray L C.Geologic no menclat ure and classification of por osity in sedi mentary car bonates ［J］.AAPG Bulletin，1970，54 （2）：207－250.

［5］Choquette P W，Ja mes N P.Li mestones t he meteoric diagenetic envir on ment［J］.Geoscience Cananda，1987，54 （2）：16－195.

［6］周立宏，卢异，肖敦清，等 .渤海湾盆地歧口凹陷盆地结构构造及演化 ［J］.天然气地球科学，2011，22（3）：373－382.