南堡1号构造东营组储层成岩作用特征及演化序列

乔海波，王时林，张博明，李 亮，郭 颖

(1.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山 063004；2.中国石油冀东油田分公司油藏评价处)

南堡1号构造东营组储层成岩作用特征及演化序列

乔海波1，王时林1，张博明1，李 亮1，郭 颖2

(1.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山 063004；2.中国石油冀东油田分公司油藏评价处)

南堡凹陷1号构造东营组储层埋藏深，经历了复杂的成岩作用改造，导致储层物性平面上和纵向上分布不均匀。以岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜观察为基本手段，结合黏土矿物X-衍射分析、电子探针分析及阴极发光分析，研究了南堡1号构造东营组储层成岩作用类型及特征，划分了成岩演化阶段、成岩演化序列和成岩体系。结果表明，南堡1号构造东营组储层成岩作用包括压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用，主要处于中成岩A1亚期。研究结果为预测优质储层的分布提供了依据。

南堡凹陷；成岩作用；成岩序列

南堡1号构造东营组储层中低孔中低渗特征明显，非均质性严重，对油气的勘探开发带来了许多困难。通过前人对储层的研究认识到，沉积环境控制的岩石结构、成分变化和原生孔隙等成岩作用的影响，成为改变储层性质的外因[1-3]。因此，研究成岩作用对于孔隙成因、储层综合认识及储层评价等具有重要意义。南堡1号构造东营组储层在平面上和纵向上分布极不均匀；纵向上有利储层主要分布于砂体的中上部，横向上有利储层受沉积相、成岩作用和构造控制。对储层次生孔隙成因、有利储层的发育主控因素和分布的预测研究较少，认识不足。本文对该区成岩作用进行研究，旨在明确成岩作用对南堡1号构造东营组储层的影响，为优质储层分布规律的预测提供依据。

1 区域地质概况

南堡凹陷北靠西南庄断层，南邻沙北断层，东北以柏各庄断层为界，是渤海湾中-新生代盆地内部的一个亚一级构造单元，一级构造单元隶属于黄骅坳陷中新生代裂谷盆地[4-5](图1)。南堡1号构造位于整个南堡油田西南部，主要构造轴向为北东走向，是在潜山背景上发育并被多条断层切割成复杂断块的古近系及新近系背斜构造[6-7]。目前已发现明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组多套含油层系，主要的勘探层系为东营组。

2 成岩作用类型及特征

岩石样品镜下的研究表明，南堡1号构造古近系东营组储层成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用。

图1 南堡1号构造位置

2.1 压实作用

南堡1号构造东营组地层随着埋深增大，上覆压力不断增加，岩石压实程度不断增强，颗粒紧密堆积，孔隙空间逐渐减少。比如NP1井储层埋深为2 475～3 650 m，颗粒之间以线接触-凹凸接触为主(图2a)，镜下铸体薄片可见长石等脆性颗粒压实破碎现象以及部分云母等塑性颗粒的挠曲变形(图2b)。

对砂岩储层压实作用的影响因素有储层本身的碎屑组分、粒度、杂基含量、胶结物含量及地层压力等[8-9]，但对南堡1号构造东营组地层薄片的观察发现，粒间孔和包裹体中可见亮黄色至浅褐色的荧光(图2c、d)，表明南堡1号构造古近系东营组储层曾发生过烃类充注。烃类充注增加了孔隙流体压力，从而增加了岩石对压实作用的抵抗能力，抑制了压实作用。

2.2 胶结作用

南堡1号构造东营组储层胶结作用普遍，胶结物类型多样。主要发育的胶结作用有碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用、黏土矿物胶结作用及黄铁矿胶结作用等。其中，以碳酸盐胶结作用为主，硅质、高岭石/伊利石/绿泥石、黄铁矿胶结作用次之。

碳酸盐胶结物是最主要的胶结物类型，主要以方解石、白云石为主，平均含量为14.8%。

硅质胶结主要的表现形式为石英次生加大边。南堡1号构造东营组石英的次生加大可见两期。

黏土矿物胶结物包含高岭石、伊利石和绿泥石等，其中主要为高岭石(图2e)。自生高岭石主要是在酸性环境下，伴随着长石溶蚀作用而形成[10-12]。镜下研究结果统计表明，南堡1号构造东营组储层中自生高岭石的含量与长石的溶蚀孔隙含量具有较好的正相关关系，并且随着埋藏深度的增加，储层中高岭石逐渐向伊利石转化。自生高岭石的充填作用可以将部分原生孔隙转化成晶间微孔，黏土矿物附着可以使颗粒的比表面增加，吸附性增强，使岩石的孔隙度、渗透率降低。

南堡1号构造东营组储层中黄铁矿胶结物普遍发育(图2f)，但含量较低。黄铁矿胶结物的出现表明储层经历了较封闭还原的成岩环境。

2.3 交代作用

自生矿物之间的交代作用通常作为判断成岩作用发生先后顺序的主要依据[13-15]。南堡1号构造东营组交代作用普遍发育，不仅有自生矿物对岩石颗粒的交代，例如方解石、白云石沿着长石的各种缝面对长石颗粒、石英颗粒以及石英加大边的交代(图2g)；还有自生矿物之间的交代，例如铁方解石和铁白云石分别交代方解石和白云石等。除此之外，还存在碳酸盐矿物对黏土矿物的交代以及黏土矿物(例如高岭石)对长石的交代等。

2.4 溶解作用

南堡1号构造东营组储层溶解作用也普遍发育，颗粒、颗粒加大边以及胶结物等都可发生不同程度的溶解，整体表现出以酸溶为主、碱溶为辅的特征。岩屑颗粒溶解和长石溶解十分发育，可见岩屑及长石颗粒边缘溶蚀、粒内溶解，甚至可见长石铸模孔隙。碳酸盐岩屑颗粒和胶结物溶蚀常见(图2h)，石英颗粒和加大边溶蚀作用偶见，溶解后的石英呈现不规则边缘。

3 成岩阶段划分

基于南堡1号构造古近系东营组镜质体反射率(R0)分布、生油岩热解分析的最大热解峰温(Tmax)及泥岩中黏土矿物的演化、成岩作用演化、孔隙度演化剖面等的研究，将古近系成岩作用阶段划分为早成岩B期、中成岩A1亚期、中成岩A2亚期、中成岩B期四个阶段。

3.1 早成岩B期

该期古地温小于85 ℃，镜质体反射率R0小于0.5%，Tmax小于435 ℃，泥岩中混层矿物为无序混层，I/S混层矿物中S层质量分数在50%以上。在这个时期内发生的成岩作用主要为压实作用以及少量的早期黄铁矿胶结。

3.2 中成岩期A1亚期

古地温为85 ℃～120 ℃，R0为0.5%～0.7%，Tmax为435 ℃～440 ℃，泥岩中混层矿物为有序混层，I/S混层矿物中S层质量分数为20%～50%。此期内发生的成岩作用主要是压实作用和溶蚀作用。溶蚀作用与有机质大量转化时释放出来的大量有机酸、二氧化碳有关，在此温度范围内有机酸稳定保存，使长石、岩屑等颗粒发生溶蚀，并且石英加大和自生高岭石普遍出现。

3.3 中成岩期A2亚期

该期古地温为120 ℃～140 ℃，R0为0.7%～1.3%，Tmax为440 ℃～460 ℃，泥岩中混层矿物为有序混层，I/S混层矿物中S层质量分数为20%～50%。该时期内主要发生方解石、白云石、铁方解石、铁白云石等胶结作用。

3.4 中成岩B期

古地温大于140 ℃，R0大于1.3%，Tmax大于460 ℃。泥岩中混层矿物为超点阵有序混层，I/S混层矿物中S层质量分数小于20%。压实作用继续发育。

南堡1号构造带古近系埋深2 620 m以上处于早成岩B期，2 620～3 600 m处于中成岩A1亚期，3 600～4 900 m处于中成岩A2亚期，4 900 m以下处于中成岩B期。南堡1号构造东营组埋深跨度较大，分布为2200～3400m，主要处于中成岩A1亚期(图3)。

图2 南堡1号构造东营组成岩现象

4 成岩演化序列

通过南堡1号构造东营组储层薄片观察，根据自生矿物之间交代切割关系及溶解充填关系分析结果，石英次生加大可见两期。石英加大边中的盐水包裹体均一温度存在一个主众数范围，为85 ℃～90 ℃，推断硅质来源为长石溶蚀及后期石英压溶作用。通过碳酸盐胶结物充填长石溶解孔隙及少量充填物的溶解现象，结合包裹体均一温度分布特征，可推断储层经历了至少一期酸性溶解。由碳酸盐交代石英颗粒次生加大边，可推断碳酸盐胶结物的形成时间要晚于石英次生加大。碳酸盐胶结物的形成以及石英溶解均需碱性环境。部分呈团块状及立方体形态存在的黄铁矿，常对碳酸盐胶结物形成交代现象，可推断黄铁矿胶结物形成的时间要晚于碳酸盐胶结物形成的时间。荧光薄片观察可以发现，长石溶孔中发出亮黄色或者是蓝色荧光，可推断油气充注发生在长石溶蚀之后。

图3 南堡1号构造东营组成岩序列

南堡1号构造南堡1井埋藏史及热演化史研究表明(图4)，成岩环境演化过程为：距今27.3～10.7 Ma，东营组地层温度小于75 ℃，成岩环境开放，地层水呈弱酸性；距今10.7～2 Ma，东营组地层温度为80 ℃～108 ℃，该时期东营组地层中是有机酸，尤其是短链羧酸大量生成并保存的最佳温度范围，有机酸溶于水后地层酸性浓度增加，地层变为酸性；距今2 Ma～现今，东营组地层温度108 ℃～112 ℃，羧酸阴离子热脱羧，膏盐开始脱水。东营组地层中发生蒙皂石的伊利石化、伊利石的绿泥石化，并在转化过程中产生Fe2+、Mg2+、Ca2+等碱金属离子，这些碱性金属离子进入地层水后，地层水向中性转变。从石英加大边中的油气包裹体均一温度在埋藏史图上投点可以发现，油气充注发生在明化镇组晚期(距今6～2 Ma)，在此之前成岩流体有机酸对长石等铝硅酸盐矿物颗粒进行了溶解，进一步说明油气充注发生在有机酸溶解长石颗粒之后。

图4 南堡1号构造东一段埋藏史及热演化史

5 成岩体系

成岩体系是指同一岩石、同一成岩演化体系控制的、成因上有联系的成岩相，在时间上有规律的组合[10-15]。在成岩作用研究的基础之上，以成岩演化序列为约束，确定了南堡1号构造东营组主要的成岩体系：即强压实—石英弱加大/黏土弱胶结/酸溶骨架颗粒中强溶解—碳酸盐弱胶结—碳酸盐胶结物弱溶解成岩体系。

6 结论

(1)根据有机质成熟度、黏土矿物演化、成岩矿物等标志，认为南堡1号构造东营组储层主要处于中成岩A1亚期，经历了早成岩B期-中成岩A1期-中成岩A2期成岩环境演化过程。

(2)南堡1号构造东营组储层成岩环境演化过程主要经历三个阶段，分别距今27.3～10.7 Ma，东营组地层温度小于75 ℃；距今 10.7～2 Ma，东营组地层温度为80℃～108 ℃；距今 2 Ma～今，东营组地层温度108 ℃～112 ℃。

(3)南堡1号构造东营组储层成岩体系类型为：强压实—石英弱加大/黏土弱胶结/酸溶骨架颗粒中强溶解—碳酸盐弱胶结—碳酸盐胶结物弱溶解。

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编辑：赵川喜

1673-8217(2017)02-0033-05

2016-09-28

乔海波，硕士， 工程师，1981年生，2007年毕业于西南石油大学，现从事石油地质综合研究工作。

国家科技重大专项“南堡凹陷油气富集规律与增储领域”(2011ZX05006-06)，中石油股份公司科技重大专项“南堡凹陷及外围第四次油气资源评价”(2014E-050211)资助。

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