伊川盆地上三叠统储层成岩作用与孔隙演化

侯 娟，李秋博，邓晓梅，常大宇，张 茹

（1．中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132；2．中国石化华北油气分公司第一采气厂）

伊川盆地上三叠统储层成岩作用与孔隙演化

侯 娟1，李秋博1，邓晓梅1，常大宇1，张 茹2

（1．中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132；2．中国石化华北油气分公司第一采气厂）

伊川盆地上三叠统砂岩致密，非均质性强，对成岩作用及其孔隙演化的认识不清，在一定程度上制约了油气勘探的部署。通过薄片、扫描电镜和X射线等分析结果的研究，结合埋藏史、热史等资料，认为伊川盆地上三叠统储层以岩屑细砂岩、长石细砂岩为主，物性总体较差，属于低孔、低渗砂岩储层。上三叠统成岩作用主要为中成岩A期，早成岩期的压实作用和胶结作用是孔隙度降低的主要原因，长石溶蚀作用形成的次生孔隙对砂岩的储集性能具有明显的改善作用；油气充注之前的早成岩期储层已经致密化。

伊川盆地；上三叠统；成岩作用；孔隙演化

1 地质概况

伊川盆地处于河南省洛阳市境内，横跨伊川、宜阳两县，构造上属于华北盆地南部豫西隆起区，是在大鄂尔多斯三叠纪盆地基础上，经历印支末期挤压回返、燕山期差异沉降–隆升剥蚀、喜山期伸展断陷等多个演化阶段而形成的中新生界叠合盆地，面积1 400 km2。盆地内上三叠统保存较完整，厚约1 500 m，是主要勘探目的层系之一[1]。

晚三叠世伊川盆地以三角洲前缘–前三角洲–半深湖相沉积为主；其中，上三叠统椿树腰组为三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道微相发育；谭庄组下段仍以三角洲前缘亚相沉积为主，主要发育水下分流河道微相，上段以浅湖–半深湖亚相沉积为主，浅湖砂坝及浊积砂微相发育。砂岩累计残余厚度388～709 m，砂体厚度大，分布较广。储层孔隙度 0.4%～12%，平均 2.76%，渗透率 0.001×10-3～1.38×10-3μm2，平均 0.066×10-3μm2，属致密砂岩储层。

2 储层岩石学特征

伊川盆地上三叠统储层为一套碎屑岩，岩性主要为岩屑砂岩和长石砂岩。其中谭庄组储层岩性主要为浅灰色、灰色细粒岩屑砂岩，碎屑以石英为主，其次为岩屑、长石及少量的重矿物（图1）；椿树腰组碎屑岩主要为浅灰色长石砂岩、长石岩屑细砂岩及岩屑质长石砂岩，尚有少量的岩屑砂岩（图2）。碎屑中谭庄组石英含量为12%～77%，平均40.9%，长石含量一般为0～36%，平均10.0%，岩屑含量为10%～78%，平均35.1%；椿树腰组石英含量为29%～67%，平均49.8%，长石含量一般为7%～58%，平均27.9%，岩屑含量为7%～44%，平均22.3%，上三叠统砂岩成分成熟度指数Q /（F +R）为0.65～1.03，偏低。谭庄组填隙物含量平均为 3.5%，椿树腰组含量平均为4.6%，最高可达13.5%，主要包括亮晶方解石、自生石英、伊/蒙混层、高岭石、伊利石、绿泥石等。砂岩粒径一般为0.062 5～0.25 mm，分选中等–好，磨圆度较差，以次棱状为主，砂岩中杂基含量少，结构成熟度中等[2]。储层孔隙类型主要包括粒间孔隙、粒内溶孔、铸模孔及微裂隙，以及次生溶蚀孔隙。

图1 伊川盆地上三叠统谭庄组砂岩分类三角图

图2 伊川盆地上三叠统椿树腰组砂岩分类三角图

3 成岩作用类型及特征

成岩作用指碎屑沉积物沉积后转变为沉积岩直至变质作用以前或因构造运动重新抬升到地表遭受风化以前所发生的一切作用[3]。伊川盆地上三叠统储层的成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用、溶蚀和交代作用，它们对砂岩储层的改造直接导致了现今的储层微观孔隙结构格局。

3.1 压实作用是储层孔隙度降低的主要因素

压实作用是指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。压实作用愈强，损失的孔隙度愈多[4–5]。该区上三叠统储层砂岩普遍受到较强的压实作用，致使刚性碎屑颗粒（石英、长石等）表面产生碎裂纹及微裂缝，泥岩岩屑及云母（以黑云母为主）等柔性组分受到挤压作用发生弯曲变形，呈假杂基状填塞于孔隙中或沿长轴方向定向紧密排列。颗粒间以线接触为主，占样品总数的60%以上，其次是线–凹凸接触，少数呈点接触、点–线接触或凹凸接触（图3）。根据薄片资料估算，机械压实作用使砂岩中原生孔隙减少多达75%以上，总体上呈现出随埋藏深度的增加而孔隙度逐渐降低的变化（图4）。

图3 伊川盆地上三叠统砂岩颗粒接触关系频率

图4 伊川盆地上三叠统孔隙度与深度关系

3.2 胶结作用是导致储层低孔低渗的重要因素

胶结作用并没有直接减少粒间体积，而是堵塞粒间体积，胶结物因占据了较多的粒间孔隙而明显减小了储层的原始孔隙度和渗透率[6–7]。扫描电镜下观察，胶结物主要有碳酸盐、黏土矿物、硅质三种。胶结类型以孔隙式胶结为主、其次是压嵌式胶结、孔隙–压嵌式胶结，类型相对单一。碳酸盐胶结最为普遍，含量在 1%～27%之间，平均 6.5%，主要有方解石、白云石，偶见铁方解石，其中以方解石胶结物为主，对储层致密化造成明显的影响。黏土矿物主要为伊/蒙混层、绿泥石，其次是伊利石和高岭石，分布普遍，伊/蒙混层一般以丝状、片状或蜂窝状分布于粒表、粒间，绿泥石一般以针叶状、叶状、片状分布于粒间、粒表，高岭石呈典型的书页状或蠕虫状充填于孔隙中。胶结作用致使该区砂岩中原生孔隙损失达15%左右。

3.3 溶蚀作用增加次生孔隙

溶蚀作用有早期胶结物的溶蚀和骨架颗粒的溶解形成的次生孔隙的现象，薄片和扫描电镜观察显示，本区早期方解石溶解较少见，骨架颗粒溶蚀现象较普遍，主要受中期酸性溶蚀作用的改造，多为长石、岩屑的粒内溶孔、铸模孔等[8]。另外，黑云母溶解也较为普遍。与长石溶解有关的自生矿物主要为高岭石，岩石中高岭石含量与孔隙度之间具有正相关关系（图5）。

综上所述，压实作用和碳酸盐胶结作用对储层物性起显著的破坏作用，降低了储层的孔隙度与渗透率；而溶蚀作用对改善储层物性起建设性作用，使得储层孔隙度增大，渗透性变好。

图5 伊川盆地上三叠统砂岩孔隙度与自生高岭石含量关系

4 成岩阶段划分与孔隙演化

碎屑沉积物的各种成岩作用和成岩阶段对碎屑孔隙的发育与演化起着重要的作用，不仅影响油气储集层孔隙的形成、增大和减小，而且还影响原生孔隙的保存、次生孔隙的分布以及孔隙的连通性与渗透性[9]。在已钻探井的成岩作用现象观察总结的基础上，利用黏土矿物X射线衍射分析、扫描电镜、有机质成熟度等资料，同时结合镜下观察的自生矿物特征、物性及孔隙结构类型等定量和定性数据，将上三叠统成岩演化阶段划分为同生阶段、早成岩阶段A期、B期和中成岩阶段A期3个阶段3个期次[10]。

区内上三叠统砂岩储集层椿树腰组一般厚 800 m，谭庄组残存厚度700～800 m，累计厚度在1 500 m以上。以上三叠统椿树腰组为例，结合埋藏史和热演化史[11]，对上三叠统砂岩储层的孔隙演化进行了分析（图6）：在谭庄组沉积初期，椿树腰组砂岩储集层最大埋深小于1 000 m，Ro小于0.35%，古温度小于 65 ℃，有机质未成熟，砂岩储集层埋藏较浅，成岩作用处于早成岩A期，以机械压实作用为主，孔隙类型以原生孔隙为主，骨架颗粒以点接触为主。孔隙度由原始的40%急剧减少至20%左右。

燕山早期，由于椿树腰组被上覆谭庄组和中下侏罗统下部地层所覆盖，椿树腰组砂岩储层埋深将近2 000 m，古温度相应达到65 ℃～85 ℃，Ro由0.35%演化增进至0.5%，成岩作用进入早成岩B期。该时期成岩作用仍以机械压实为主，原生孔隙急剧减少至12%左右。同时，由于有机质刚开始成熟生烃，排出少量的有机酸和无机酸，使储层环境发生变化，形成方解石晶体，导致原生孔隙进一步减小[12]。且碳酸盐胶结物主要为本期形成，压实作用和胶结作用对孔隙损失呈互补关系，即方解石含量高的地方，颗粒之间多以点接触，而方解石含量低的地方多以线～凹凸接触，说明了方解石的形成早于或与大规模压实作用同时发生，故大规模压实作用和胶结作用在早成岩B期以前已经基本结束。

随着进一步埋深，在中侏罗末期，椿树腰组砂岩储集层最大埋深达到3 700 m，古温度达到85 ℃以上，Ro由0.5%演化增进至1.12%左右，成岩作用进入中成岩A早期。在此过程中，有机质进入成熟生烃阶段，烃类大量生成。与此同时，伴随着强烈的生排烃作用，排出大量的酸性物质，改变了储层的成岩环境，长石和早期结晶的方解石等酸性易溶物质开始溶解，形成大量的次生孔隙，油气进入。中成岩A晚期，有机酸大幅度降低，溶蚀作用减弱；同时黏土矿物、碳酸盐胶结物大量生成并胶结沉淀，胶结作用占主导地位，次生孔隙不断减少[12–13]。

上三叠统砂岩储集层到中侏罗末达到最大古埋深，成岩作用仍以机械压实为主，此后，成岩作用虽继续进行，但不会超过中成岩阶段A期，压实作用及胶结作用进一步加强，储层进一步致密化。总体上，伊川盆地上三叠统储层孔隙演化经历了原生孔隙急剧减少—次生孔隙产生—再到减少的全过程，最终形成了储层现今的面貌[14]。

图6 伊川盆地上三叠统孔隙演化模式

5 结论

（1）伊川盆地上三叠统储层岩石骨架颗粒主要为石英、长石、岩屑和少量的陆源重矿物；岩石类型多样，其中，椿树腰组以细粒长石砂岩、次岩屑长石砂岩为主，谭庄组砂岩以细粒岩屑砂岩为主；整体上成分成熟度较低，结构成熟度中等。储层砂岩颗粒较均一，分选中等–好，以细粒–极细粒为主，含少量中砂岩、粗粉砂岩及细粉砂岩。岩性致密，物性较差，属致密砂岩储层。

（2）机械压实是导致伊川盆地上三叠统储层原生孔隙度消失的主要原因，其次是胶结作用，但长石溶蚀、岩屑溶解产生的次生孔隙使储层变好。

（3）伊川盆地上三叠统储层经历了同生成岩阶段，早成岩阶段及中成岩阶段A期，现今处于中成岩的A期。储层在压实、压溶及胶结作用下损失90%以上的孔隙度，致使该区上三叠统砂岩储层在早成岩期就已经致密化。

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1673–8217（2017）06–0041–05

TE112.21

A

2017–02–08

侯娟，助理工程师，1985年生，2011年毕业于西安石油大学矿产普查与勘探专业，主要从事石油地质方面研究工作。

2012年中国石化股份有限公司项目“洛伊地区油气藏形成条件与勘探目标优选”（P12019）。

蒲洪果