南阳凹陷马店地区核桃园组储层成岩作用

张 帆

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046)

南阳凹陷马店地区核桃园组储层成岩作用

张 帆

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046)

南阳凹陷马店地区核桃园组发育辫状河三角洲成因类型的砂体，地层埋藏深度大，成岩作用复杂，直接制约着深层异常孔隙带的发育。通过铸体薄片、岩石薄片以及扫描电镜观察等手段，研究了核桃园组成岩作用，进而对成岩圈闭的形成机理和分布进行了探讨。研究结果表明，马店地区核桃园组砂体经历了压实作用、胶结作用、交代作用和多期溶解作用，其中，胶结和压实作用严重制约着原始孔隙的发育；早成岩阶段B期至晚成岩阶段A期，由于烃源岩生烃作用、压实过程中黏土矿物转化作用的影响，其产生的酸性水对碎屑组分及胶结物的溶蚀作用，形成一期次生孔隙发育带。

南阳凹陷；马店地区；古近系；核桃园组；沉积环境；辫状河三角洲；成岩作用；次生孔隙

1 地质概况

南阳凹陷面积约3 600 km2，其形成于中新生代，整体为一受南部边界断裂控制的断陷湖盆[1]。根据沉积及构造发育特征，南阳凹陷自南向北可分为南部陡坡带、中央凹陷带和北部斜坡带。南阳凹陷地层自下而上为古近系玉皇顶组(Ey)、大仓房组(Ed)、核桃园组(Eh)、廖庄组(El)、新近系上寺组(Ns)及第四系(Q)，其中核桃园组是目前的主要勘探目的层,沉积厚度一般为2 000～3 000 m，可细分为核三段(H3)、核二段(H2)和核一段(H1)。

马店区块位于南阳凹陷张店油田东部，面积约60 km2，主要目的层为H2Ⅱ和H2Ⅲ。张店油田发现于1973年，截至2013年底，张店油田已累计探明含油面积16.30 km2，石油地质储量1736.79×104t，2014至2015年，在马店地区部署钻探的南134井等10口井试获工业油流，其中南144井全井见22层74 m的油气显示，最高日产油19.9 t。综合评价后新增预测含油面积5.58 km2，新增预测石油地质储量565×104t。

马店地区共识别出辫状河三角洲和湖相两种沉积相类型，辫状河三角洲可分为水下分流河道、分流间湾、河口坝及席状砂等沉积微相类型，而湖相沉积则主要以浅湖-半深湖沉积为主。该区岩石类型以碎屑岩占绝对优势，夹有少量碳酸盐岩。马店地区砂岩的成分成熟度和结构成熟度较低，岩性主要为长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩。该区核桃园组埋藏深度变化大，成岩作用复杂。为了更精确地预测有效储层的分布特征，对核桃园组进行了储层的成岩作用研究。

2 储集空间

马店地区核桃园组砂岩储层空间类型可划分为原生孔隙和次生孔隙2种类型。

2.1 原生孔隙

原生孔隙是马店地区储层中重要的储集空间。横向上，以H2Ⅰ和H2Ⅱ中上部砂岩储层为代表，主要在马店北部地区发育，原生孔隙度较高，介于8.6%～18%(图1)。

2.2 次生孔隙

次生孔隙以粒内溶孔为主，其次为粒间溶孔和剩余粒间孔，次生孔隙形成的主要成因是溶解作用。次生孔隙主要发育于H2Ⅱ～H3，孔隙度为4%～12%。

3 成岩作用

3.1 成岩作用类型

岩石学和地球化学研究表明，压实作用、胶结作用和溶蚀作用是马店地区核桃园组主要的储层成岩作用类型[2]。

图1 马店地区砂岩储层孔隙度与深度关系

3.1.1 压实作用

薄片观察结果显示，研究区砂岩压实程度总体上属较弱-中等水平，一般而言，当埋深小于1 900 m时，碎屑颗粒间以漂浮状或点接触为主，胶结类型主要为基底式和基底-孔隙式；当埋深为1 900～2 300 m时，以线接触为主，胶结类型主要为接触式；而埋深增加到3 200 m以上时，则普遍为线-凹凸接触，胶结类型主要为接触-压嵌式。

3.1.2 胶结作用

马店地区砂岩储层胶结物的类型以碳酸盐胶结和硫酸盐胶结为主，硅质胶结和泥质胶结较少。

(1)碳酸盐胶结作用：本区碳酸盐胶结物以方解石和白云石为主。其最大含量在30%以上，平均为8.4%，其胶结方式主要是孔隙式胶结。

(2)硫酸盐胶结作用：本区硫酸盐胶结物主要为硬石膏，其次为石膏，其平均含量为3.3%。经统计，硫酸盐胶结物含量和碳酸盐胶结物含量呈反比关系。

3.1.3 溶蚀作用

压实作用和胶结作用导致孔隙度较低，而溶蚀作用产生次生孔隙能够改善储层的性能[3]。骨架颗粒溶解、碳酸岩胶结物溶解、黏土矿物溶解和交代物溶解是溶蚀作用表现的4种类型，其中前两种最为普遍。在不同部位，溶蚀作用发育的深度和强度以不同，自北向南，南41井、南139井、南137井和南137-1井在2 150 m、2 200 m、2 300 m和2 350 m左右(均相当于H2Ⅱ中下部)出现高孔隙带；在东西方向上，自西向东，南137井、南143井和南66井则在2 300 m(H2Ⅱ中下部)、2 000 m(H2Ⅱ上部)和2 128 m(H2Ⅱ上部)出现高孔带(图2、图3)。通过应用泥岩最大压力计算法，计算出高孔隙带压力系数在1.05～1.14，有利于油气在该区的聚集与运移。

图2 马店地区南北向南41井-南83井泥岩声波时差与深度关系

3.2 成岩阶段

以自生矿物组合、分布、形成顺序以及有机质成熟度、经历的最高古地温作为马店地区核桃园组砂岩储层成岩阶段的划分依据，可以将本地区的砂岩成岩阶段划分为早成岩A期、早成岩B期和晚成岩A期三个成岩期次[4](图4)。

(1)早成岩A期：地层埋深小于1 900 m，古地温低于89 ℃，Ro小于0.55%。此阶段的成岩作用主要为机械压实和胶结作用。压实作用导致砂岩颗粒重排，储层孔隙度随埋深迅速减小。砂岩胶结作用发生较早，该阶段析出的胶结物有泥晶碳酸盐、菱铁矿和石膏。压实作用的影响因早期的碳酸盐充填而减弱，颗粒之间以点接触为主，砂岩弱固结，孔隙类型主要为原生孔隙。

图3 马店地区东西向龙16井-南87井泥岩声波时差与深度关系

图4 马店地区核桃园组砂岩储层成岩阶段演化

(2)早成岩B期：储层埋深1 900～2 300 m，古地温89～110 ℃，Ro值0.55%～0.7%。该阶段成岩作用以胶结作用为主，压实作用次之。析出的胶结物有粉晶碳酸盐、碳酸盐岩屑次生加大，同时，本阶段还伴随有方解石向铁方解石，白云石向铁白云石，石膏向硬石膏的转换。砂岩弱固结-固结，颗粒之间以点接触、点-线接触为主，孔隙仍以原生孔隙为主，发育有少量的次生孔隙。

(3)晚成岩A期：储层埋深2 300～3 200 m，古地温110～129 ℃，Ro值0.7%～1.0%。该阶段成岩作用以溶蚀作用为主。泥岩中有机质成熟过程中形成的大量有机酸对砂岩储层中的碳酸盐矿物及长石产生溶蚀作用，石英和重矿物也有部分被溶蚀。后期溶蚀作用逐渐减弱，随着有机酸的消耗，晚期碳酸盐开始大量沉淀。砂岩固结-强固结，颗粒之间以线接触为主，次生孔隙十分发育。

4 储集条件

4.1 影响因素

综合研究表明，马店地区砂岩储层的储集条件主要受沉积环境、储层展布、储层成岩作用多种因素的影响，其中成岩作用影响最大。

(1)沉积环境：马店地区核桃园组储层的沉积成因类型主要有水下分流河道、分流间湾、河口坝及席状砂滨浅湖滩坝等微相，其中水下分支河道微相砂体的物性、粒度和分选性最好，河口坝微相物性次之。马店地区自北东向西南方向发育两支砂体，一支沿龙7-1-南144-张16井发育，一支沿南41-南139-南137-南137-1-南83井发育，处于水下分流河道微相上的南137、南137-1井以及南144井核桃园组砂体发育，物性较好，取得了较好的钻探效果(图5、图6)。

(2)成岩作用：马店地区的成岩作用类型有压实作用、胶结作用和溶蚀作用三种。压实作用和胶结作用使储层孔隙度减小，对储层性能起破坏作用。溶蚀作用(主要是碳酸盐胶结物、长石等溶解)对层性能起建设性作用。H1-H2Ⅱ中上部储层主要为压实和胶结作用，H2Ⅱ中下部～H3储层，马店地区南部和西南部地区溶蚀作用较强，北部地区以胶结作用和压实作用为主。

图5 马店地区H2Ⅱ4砂岩厚度平面分布

图6 马店地区H2Ⅱ7砂岩厚度平面分布

4.2 成岩作用对储层孔隙的影响

早成岩阶段A期，由于压实作用导致储层的原始孔隙度减小至8%左右[5]。早成岩阶段B期至晚成岩阶段A期，随着有机酸浓度增加，碳酸盐胶结物和部分硅质组分开始发生强烈溶解，次生溶孔大量形成，储层孔隙度平均增加8%～10%；同时由于胶结作用和各种自生矿物的充填作用，部分区带原生孔隙减少了2%～5%。

4.3 储集条件评价

根据储集砂体的沉积环境、成岩作用特征及构造特征等综合分析，南阳凹陷马店地区核桃园组砂岩储层物性变化总体上具有一致性，自H3、H2Ⅲ、H2Ⅱ和H1，砂岩储层孔隙度与渗透率逐渐变大，即自老到新，储层物性逐渐变好，但是由于在H3和H2Ⅱ中下部出现异常孔隙带，导致物性相对变好，于是在马店地区南部和东部地区(自北向南，南41-南139-南137-南83井；自西向东，南137-南66)存在一异常孔隙带发育区，该区也是油气的富集区。

5 结论

南阳凹陷马店地区核桃园组储层岩屑长石砂岩和长石砂岩发育，富含碳酸盐胶结物。储层主要的成岩作用包括压实作用、胶结作用、交代作用及多期溶解作用，其中压实作用和胶结作用制约孔隙的发育。研究区核桃园组经历了早成岩A、B期和晚成岩A期三个成岩阶段，在成岩过程中，随着地层埋藏深度的增加，烃源岩生烃及黏土矿物转化等生成的酸性水对碎屑组分及胶结物具有溶蚀作用，特别是在早成岩阶段B期-晚成岩阶段A期，由于长石、富铝硅酸盐组分的岩屑及碳酸盐胶结物被强烈溶蚀，形成一期次生孔隙发育带，也是该区寻找隐蔽油气藏的有利区带。

[1] 王定一，车自成，张树田，等．南襄盆地构造发育特征及形成机制[J].石油与天然气地质，1987，8(4)：22-25.

[2] 李海燕．南阳凹陷古近系核桃园组沉积微相研究[J].沉积与特提斯地质，2008，28(4)：44-49.

[3] 郑浚茂，庞明．碎屑储集岩的成岩作用研究[M].武汉：中国地质大学出版社，1989：53-56.

[4] 马超．杨楼油田储层成岩作用与孔隙演化测算[J].石油地质与工程，2007，21(3)：18-19.

[5] 赵追，赵全民，孙冲，等．陆相断陷湖盆的成岩圈闭-以泌阳凹陷下第三系核桃园组三段为例[J].石油与天然气地质，2001，22(2)：154-157.

编辑：吴官生

1673-8217(2015)06-0029-04

2015-06-15

张帆，工程师，硕士，1981年生，2008年毕业于中国地质大学(武汉)能源地质工程专业，现主要从事油气地质构造、沉积、成藏方面工作。

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