乌石凹陷流沙港组成岩作用及其孔隙演化

刘 冲，朱定军，苏文辉，陈金定

（1.中海油能源发展钻采工程研究院湛江实验中心，广东湛江524057；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

乌石凹陷流沙港组成岩作用及其孔隙演化

刘 冲1，朱定军2，苏文辉1，陈金定1

（1.中海油能源发展钻采工程研究院湛江实验中心，广东湛江524057；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

通过铸体薄片鉴定、X射线衍射、扫描电镜以及镜煤等多种实验手段对乌石凹陷流沙港组砂岩成岩作用及孔隙演化做了详细研究.结果表明：乌石凹陷流沙港组二段、三段岩石类型主要为石英砂岩，少量长石石英砂岩，粒级分选中等偏差.砂岩的成岩强度均已达到中成岩阶段A期.孔隙类型以原生粒间孔和次生溶蚀孔隙为主，压实作用、胶结作用等减少原生粒间孔隙，溶蚀作用产生大量的次生溶孔，改善储集层物性.

乌石凹陷；流沙港组；成岩作用；成岩阶段；孔隙演化

1 地质概况

乌石凹陷位于北部湾盆地南部拗陷的东北部，通过对凹陷进行盆地模拟研究，认为乌石凹陷具有良好的生烃潜力，流沙港组是该凹陷主力烃源岩［1］.目前该凹陷仍处于勘探初期阶段，前人的研究认为乌石凹陷发育流三段、流二段、流一段、涠洲组、新近系5套成藏层系，油气主要聚集在凹陷东区的中央反转构造带［2］.近年来，在乌石凹陷已发现的含油气构造有乌石16-1、22-1，已成功完成钻探的有乌石17-1和17-2构造.目前已开发的乌石16-1油田又发现了新的含油层系，预示着乌石凹陷将掀起勘探开发的新高潮［3-6］. 本文针对乌石凹陷流二段、流三段，从储层岩石学特征、成岩作用、孔隙演化等角度进行综合研究，以揭示储层的发育规律.

2 碎屑成分特征

通过岩石薄片鉴定，乌石凹陷的岩石类型主要为石英砂岩，以及少量长石石英砂岩（见图1）.碎屑颗粒一般具次棱角—次圆状，分选中等偏差.粒级以细粒、中粒和巨粒占优势，部分粗粒和砾石.

图1 碎屑组分三角图Fig.1 Triangular diagram of petroclastic components

碎屑组分中石英含量高，一般为72%～96%，平均含量89.33%，少量石英具次生加大边.岩屑含量较低，一般低于5%，平均含量3.53%.长石主要为钾长石，部分长石已溶蚀形成长石溶孔，含量在1.41%～19.14%之间，平均含量 7.13%.

3 成岩作用

根据文献资料，成岩作用的研究主要是为了查明储层从沉积到成藏之前所经历的一系列成岩事件及其发生过程、先后次序以及每个成岩阶段对储层形成的影响，最终弄清楚储层在沉积－成岩过程中孔隙的形成、演化和分布规律.本文通过铸体薄片鉴定、X射线衍射、扫描电镜以及镜煤等多种实验手段对乌石凹陷流沙港组砂岩成岩作用及孔隙演化做详细研究［7］.

3.1 压实作用

通过镜下薄片观察，乌石凹陷压实作用较强，颗粒排列紧密，云母片状矿物压实后呈定向排列（图2A），同时部分云母片、软性岩屑和粒间泥质受压弯曲变形（图2B），少量岩屑似泥质杂基.粒间泥质阻止了石英颗粒的次生加大，降低了砂岩的成岩强度.

3.2 胶结作用

3.2.1 硅质胶结

硅质沉淀会降低孔隙，减小孔喉，造成孔隙的局部封堵，当压实作用较强时，硅质沉淀也会促使砂岩致密化.该区硅质胶结主要是石英次生加大（图2C），多发生在泥质含量低的部分.铁方解石交代石英次生加大边（图2D），表明铁方解石是在石英次生加大之后或近乎同一时期沉淀的.

3.2.2 碳酸盐胶结

碳酸盐胶结是乌石凹陷储层砂岩中最主要的胶结作用，胶结物主要有铁方解石、白云石、铁白云石，菱铁矿少见.铁方解石以中、粗晶形式产出，见铁方解石交代石英次生加大边（图2D），表明铁方解石是在石英次生加大之后或近乎同一时期析出的.白云石晶格中进入部分Fe2+，常被铁白云石交代，茜素红－S溶液染色后局部呈蓝色（图2E）.碳酸盐胶结物析出的顺序为：菱铁矿—铁方解石—白云石—铁白云石.碳酸盐胶结占据大量的原生粒间孔，阻止压实作用的进一步增强，同时为后期的溶解作用提供物质基础，并释放大量的次生溶孔.

3.2.3 黏土矿物胶结

黏土矿物胶结对储层的物性会造成一定的影响.根据X射线衍射分析，该区黏土矿物组成主要为伊利石、伊/蒙混层，高岭石和少量的绿泥石.长石的大量溶解为蒙脱石向伊利石的转化提供丰富的钾离子，扫描电镜下伊利石呈不规则的鳞片状或毛发状（图2J）.

镜下薄片观察的高岭石基本为长石蚀变生成的自生高岭石，可见片状结构，产于粒间（图2F），晶体发育良好，少量沥青浸染，高岭石被铁白云石交代（图2I）.泥质中的高岭石是陆源风化成的硅屑高岭石，在扫描电镜下呈书页状或蠕虫状（图2K）.埋藏较深，温度升高，可转化成伊利石或绿泥石.

绿泥石在扫描电镜下呈片状或集合呈玫瑰花瓣状（图2L），依附于颗粒表面.

3.3 溶解作用

图2 矿物成分、成岩作用和孔隙类型照片Fig.2 Microphotographs of the sandstone

溶解作用在砂岩中较为普遍，碎屑颗粒、胶结物、交代矿物在一定的环境下会有不同程度的溶蚀，形成次生孔隙.乌石凹陷次生孔隙发育，长石颗粒以及碳酸盐胶结物易被溶蚀.长石通常沿着解理缝和破裂缝进行溶蚀形成长石溶孔或铸模孔（图2G），溶解作用可沿着粒间孔壁进行，如碳酸盐等胶结、交代矿物的溶解，形成港湾状、锯齿状等不规则溶孔（图2H）.

4 成岩序列及孔隙演化

4.1 成岩阶段的确定

成岩阶段划分的依据为：I/S混层黏土矿物的演变；自生矿物类型及其形成温度；有机质热成熟度有关指数；储集层物性、孔隙结构及类型的演化等多方面标志综合分析［8-9］.

乌石凹陷储集砂岩经历了同生期，早成岩阶段A期、B期，中成岩阶段A期等成岩演化，并且基本已处于中成岩A期.

4.1.1 黏土矿物组合

黏土矿物组合形式主要为伊利石和伊/蒙混层，伊利石含量 35.6%～54.2%，平均值 49.5%，伊/蒙混层含量 32.5%～44.5%，平均值 39.2%.高岭石和绿泥石的含量相对较低，平均值分别为11.5%和9.2%.伊/蒙混层中蒙脱石层最低为9%左右.以上表明成岩作用基本已处于中成岩A期，部分埋藏较深砂岩已开始进入中成岩B期.

4.1.2 有机质成熟度

沉积岩中普遍存在的干酪根等高分子有机化合物在成岩过程中随着温度的升高而表现为镜质体反射率增高.因此，应用镜质体反射率可以确定储层所经受的最高温度及有机质成熟度，以此来划分成岩阶段［10］.

通过以下几口井的实验结果（表1）可以看出，镜质体反射率 Ro值在 0.48%～1.06%之间，平均为0.69%.表明有机质大部分处于成熟阶段，从而可以确定乌石凹陷流二段、流三段砂岩的成岩阶段主要处于中成岩A期.

表1 乌石凹陷流二段、流三段镜质体反射率与最大热解峰Table 1 Vitrinite reflectance and pyrolysis parameter of the 2rd and 3rd members of Liushagang Fornation in Wushi Sag

4.2 储层物性特征

乌石凹陷储集砂岩主要的孔隙类型有原生粒间孔、次生溶蚀孔（长石溶孔、铸模孔、粒内溶孔、粒间溶孔等）和晶间孔.

通过对几口井样品的物性分析，结果表明，流二段孔隙度较好，主要在12.37%～20.2%之间，平均值为15.67%，属中等孔隙度.流三段孔隙度偏差.流二段、流三段不同井位的渗透率变化较大，位于0.1～669 mD之间（表 2）.

表2 乌石凹陷流二段、流三段砂岩孔隙度与渗透率Table 2 Porosity and permeability of the sandstone of the 2rd and 3rd members of Liushanang Formation in Wushi Sag

孔隙度较高，而渗透率高低相差较大，可能原因是次生孔隙为较主要的孔隙类型，渗透率受杂基、胶结物含量和黏土矿物的综合作用的影响.

4.3 孔隙演化

4.3.1 原始孔隙度的恢复

原始孔隙度的恢复计算公式为：Ф=20.91+22.90/S0（Ф为初始孔隙度，S0为分选系数）.

通过对该区砂岩粒度分析，得出分选系数S0为

4.15.经计算，原始孔隙度为 26.42%.

4.3.2 成岩序列与孔隙演化

早成岩A期→B期的底界深度位于1300m左右，主要是涠洲组.该时期有机质镜质体反射率Ro＜0.50%，最大热解峰温Tmax＜435℃，伊/蒙混层中的蒙脱石层减少至50%左右，有机质处于半成熟状态.

该阶段流二段、流三段由于上覆地层的压力，成岩作用主要表现为压实作用，孔隙水大量排出，颗粒排列紧密，粒间泥质挤压变形.此外胶结作用明显，亮晶方解石充填粒间孔，少量石英次生加大边向孔隙延伸.岩石由半固结到固结，孔隙结构主要表现为原生粒间孔的大幅减少.

中成岩阶段A期，粒间原生孔隙进一步减少，最大热解峰温435℃＜Tmax＜460℃，伊/蒙混层为有序混层，伊/蒙混层中蒙脱石含量递减至15%左右.

当埋深在1600～3000m左右，为中成岩阶段A1亚期，镜质体反射率Ro在0.5%～0.7%之间，有机质趋于成熟，有机酸大量释放，使大量的长石、岩屑以及早期形成的胶结溶蚀，形成大量的次生孔隙，是次生孔隙形成的主要阶段.

当埋深3000～3900m左右，为中成岩阶段A2亚期，镜质体反射率 Ro在 0.7%～1.3%之间，有机质成熟并进入生油高峰，该埋深为成油主带.有机酸浓度降低，仍发育次生孔隙.长石溶解释放出的K+有利于促进蒙脱石向伊利石转化.溶解组分SiO2以石英自生加大的形式向孔隙空间扩展（图3）.

5 结论

（1）乌石凹陷储层砂岩主要为石英砂岩，少量长石石英砂岩.长石、岩屑含量较低，成熟度偏高.岩石粒度以细粒、中粒和巨粒较多，分选中等偏差.

（2）乌石凹陷储层砂岩均处于中成岩A期.中成岩阶段A1亚期为有机酸排出高峰期，溶蚀长石、岩屑等易溶组分，产生大量次生孔隙.中成岩阶段A2亚期有机质成熟，进入生油高峰期.

（3）破坏性成岩作用的压实和胶结作用使砂岩的原生粒间孔隙明显减少，同时胶结作用又相对阻止了前期压实作用的增强，为后期溶解作用产生的次生溶孔提供有效空间.建设性成岩作用的溶解作用增加次生孔隙，改善了孔渗通道.

图3 乌石凹陷成岩作用及孔隙演化模式Fig.3 Diagenesis and pore evolution of Wushi Sag

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DIAGENESIS AND PORE EVOLUTION OF THE LIUSHAGANG FORMATION IN WUSHI SAG

LIU Chong1,ZHU Ding-jun2,SU Wen-hui1,CHEN Jin-ding1

（1.Zhanjiang Central Laboratory,Research Institute of Energy Technology and Oilfield Engineering,CNOOC,Zhanjiang 524057,Guangdong Province,China;2.Zhanjiang Branch,CNOOC,Zhanjiang 524057,Guangdong Province,China）

A detailed study is carried out on the diagenesis and pore evolution with thin section observation,X-ray diffraction,scanning transmission electron microscope and vitrinite reflectance.The results show that the rock type of the 2nd and 3rd members of Liushagang Formation in the Wushi Sag is dominated by quartz sandstone,with minor feldspathic quartz sandstone.The size fraction of grains is moderate to poor.The diagenesis of the sandstone has reached to Stage A of the middle diagenetic period.The pores are mainly primary intergranular and secondary dissolution types.The primary intergranular pores decrease with the compaction and cementation of sandstone,while the secondary pores increase with dissolution,which improve the physical property of reservoir.

Wushi Sag;Liushagang Formation;diagenesis;diagenetic stage;pore evolution

1671-1947（2013）05-0426-05

P588.2

A

2012－10－08；

2012-11-06.编辑：李兰英.

刘冲（1 9 8 2—），女，硕士，主要从事岩矿薄片分析工作，通信地址广东省湛江市坡头区南油二区地质楼3 0 4室，E-m a i l//o n l y 1 0 2 9@1 2 6.c om