龙凤山气田营城组浊沸石胶结物对储层的控制机理

胡鑫 ，丁晓琪 ，2，朱颖 ，刘璇

（1.成都理工大学能源学院，四川 成都 610059；2.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059）

0 引言

浊沸石是常见的沸石类矿物，在富火山岩和斜长石的碎屑岩地层中最为发育［1］。国内多个盆地的地层中发育浊沸石胶结物，如准噶尔盆地腹部和西北缘二叠系［2-4］，鄂尔多斯盆地上三叠统延长组［5］，四川盆地川中地区侏罗系下沙溪庙组［6-7］，松辽盆地北部白垩系泉头组、登娄库组和营城组［8］等。目前，关于浊沸石成因主要有5种观点：1）高岭石和方解石在一定条件下反应生成浊沸石［9］；2）斜长石的钠长石化过程中产生浊沸石［5，10-12］；3）中基性火山岩岩屑及凝灰岩岩屑蚀变形成浊沸石［2-4］；4）方沸石和片沸石转化为浊沸石［13-14］；5）通过低温变质作用形成浊沸石［9］。

营城组埋深为2 100～4 100 m，沉积厚度500～1 100 m。储层具有致密低渗、物性变化快、非均质性强的特征，局部浊沸石溶蚀砂岩物性好。应用铸体薄片、扫描电镜、X衍射等技术，分析了营城组浊沸石的分布规律及其控储机理，为下步勘探开发提供理论依据。

1 地质背景

长岭断陷是松辽盆地南部规模较大的断陷［15］，形成于晚侏罗世—早白垩世［16］，主要发育下白垩统火石岭组（K1h）、沙河子组（K1sh）、营城组（K1yc）、登娄库组（K1d）和泉头组（K1q）［17-18］。 长岭断陷经历了早期裂陷、中期坳陷、晚期褶皱三大构造演化阶段，断陷期伴随着强烈的火山活动，使该地区断陷层大面积发育火山岩体［19-21］。龙凤山气田位于长岭断陷最南部，西邻保康凸起，东南部受长岭鼻状构造带限制（见图1a），主要含气层位为营城组。根据电性、沉积旋回及火山岩发育特征，含气层自上而下可细分为营Ⅰ—Ⅶ7个段，其中营Ⅲ、营Ⅳ、营Ⅴ、营Ⅵ砂组为主力油气层段［17，22］。

图1 龙凤山区域位置及营城组沉积相分布

重矿物及岩屑资料研究表明，营城组沉积时期受到西南部、南部等多物源体系影响。南部物源以火山岩为主，含少量的变质岩（体积分数10%），西南部变质岩体积分数升高，可达20%。南部和西南部物源，火山岩均为安山岩和玄武岩。营城组碎屑岩中广泛发育的火山岩岩屑，为浊沸石胶结物形成提供了丰富物质来源。

营城组主要发育扇三角洲和辫状河三角洲沉积［22］（见图1）。其中：西南部发育辫状河三角洲，规模较大，以三角洲平原为主；南部发育扇三角洲，沉积范围比西南部辫状河三角洲明显小。总体上，营城组沉积时期表现为水动力较强的三角洲沉积环境，呈现出三角洲平原—三角洲前缘—半深湖的沉积序列，其中三角洲前缘为其沉积主体，分布范围最广。

三角洲内前缘主要发育在研究区南部及中部（见图1b），单层储层厚度较三角洲平原明显变薄，主要为砂岩、砾岩与泥岩的不等厚互层，由于离湖盆中心相对较近，湖浪和流水对其改造有限；三角洲外前缘主要发育在研究区中部 （见图1b），范围较内前缘有明显缩小，主要表现为砂岩（局部可达到砂砾岩）与泥岩不等厚互层，此处靠近湖盆中心，基本不受大气、淡水影响。

2 岩石学特征

2.1 碎屑结构特征与颗粒成分

营城组碎屑颗粒粒度较粗，岩石类型主要为中—细粒的砾岩、砂砾岩和粗砂岩（见图2）。碎屑颗粒以岩屑、长石为主，石英体积分数较低，平均约14%，岩屑体积分数最高，平均约67%。岩屑以火山岩岩屑为主，变质岩岩屑次之。整体分选磨圆较差，薄片下观察发现，营城组砂岩整体压实较强，为线接触到凹凸接触（见图2a），但方解石和浊沸石胶结的砂岩压实较弱，为点接触。

图2 龙凤山营城组砂岩微观特征

2.2 填隙物特征

营城组填隙物以自生黏土矿物和胶结物为主。X衍射结果表明：黏土平均体积分数为14.40%，方解石为3.40%，浊沸石为10.00%。浊沸石主要发育在靠近湖盆一侧。根据X衍射分析可知，黏土矿物主要有伊蒙混层和伊利石，而绿泥石和高岭石体积分数较小。

3 浊沸石的形成与溶蚀

3.1 浊沸石的形成与分布

浊沸石作为碎屑岩地层中的常见矿物，是龙凤山营城组不容忽视的胶结物类型之一［23-24］。前人研究表明，浊沸石通常形成于SiO2和Ca2+富集程度相对较高的环境中，且水体碱性较强（pH 值 9～10）［3，25-27］。

研究区火山岩屑体积分数高而长石体积分数低，早期火山物质蚀变使水体呈较强的碱性，并释放大量的Fe2+，Mg2+和Ca2+等。形成的浊沸石胶结物充填于粒间孔隙中，这一方面使储层孔隙度急剧降低，另一方面浊沸石胶结物可以承受一部分上覆岩层压力，减弱了上覆地层对碎屑颗粒的压实作用。薄片下观察到碎屑颗粒主要为点-线接触，这是成岩后期浊沸石被溶蚀后，该类砂岩能够形成优质储层的重要原因。

营城组浊沸石分布主要受成岩阶段水体性质和沉积相带的控制，其发育情况不同区域存在较大差异，主要分布在三角洲外前缘及滨—浅湖的含砾中—细砂岩中，体积分数0～21%，平均为10%。通过薄片观察发现，该区浊沸石主要有斑块状、补丁状和大片连晶状3种分布形态（见图2b）。

本次研究分别统计了扇三角洲平原、扇三角洲内前缘及外前缘浊沸石与绿泥石的发育情况（见表1）。由表1可以看出：绿泥石与浊沸石的分布呈负相关，绿泥石发育的地方，浊沸石往往不发育；反之，浊沸石大量分布的区域，绿泥石体积分数极低或不发育。从湖盆边缘到湖盆中心，浊沸石体积分数越来越高。

表1 营城组不同沉积相带浊沸石和绿泥石分布规律

研究区浊沸石发育分带主要受控于水体性质，而水体pH值受火山物质蚀变和大气淡水注入共同控制，前者增加pH值，后者降低pH值。在扇三角洲平原，虽然火山岩岩屑蚀变使水体呈弱碱性，但受大气和淡水注入的影响，水体不能达到浊沸石的形成条件，只能在颗粒间形成一些黏土矿物，如蒙脱石和绿泥石。在扇三角洲内前缘，火山岩岩屑继续蚀变，水体中Mg2+，Fe2＋，Ca2+和SiO2富集程度较高，且该区域受大气、淡水的影响很弱，水体达到浊沸石的形成条件，绿泥石与浊沸石共同发育。通过观察绿泥石与浊沸石的接触关系可知，浊沸石的形成时间同步或略晚于绿泥石的形成时间（见图2d）。在靠近湖盆中心的三角洲外前缘，由于水体碱性较强，开始发育较多的浊沸石胶结物，为后期溶蚀作用提供了物质条件。

3.2 浊沸石的溶蚀

研究表明，在含有机酸的水体中，浊沸石的溶解度远远高于碳酸盐矿物的溶解度［28］。在中成岩阶段A期，有机质在演化过程中会产生大量有机酸并释放CO2，使地层水的pH值降低。这些酸性流体会沿着浊沸石解理缝溶解浊沸石。溶蚀过程中，由于溶蚀产物随地层水带出反应体系，从而在浊沸石发育的地区形成大量胶结物内溶蚀孔（见图2e），大大改善了储层的物性。

营城组浊沸石溶蚀强度在不同沉积相带存在差异，从湖盆中心到湖盆边缘，溶蚀强度逐渐减弱。这是由于湖盆中心靠近生烃中心，有机质演化过程中产生的有机酸会就近先溶蚀扇三角洲外前缘的浊沸石胶结物，从而在靠近生烃中心的浊沸石胶结区（如北209井区）形成次生孔隙发育带。未被溶蚀的浊沸石胶结物可以起到支撑作用，抵消部分上覆地层压力，有利于已形成的浊沸石溶蚀孔的保存。

通过上述分析，建立了龙凤山地区营城组浊沸石胶结物与绿泥石环边分布和浊沸石溶蚀模式（见图3）。从扇三角洲平原到扇三角洲外前缘，浊沸石体积分数逐渐增加，绿泥石体积分数逐渐降低，浊沸石溶蚀强度增强。

4 浊沸石胶结砂岩物性特征

利用高压压汞、恒速压汞、CT扫描等手段分析了储层的物性特征，发现浊沸石胶结砂岩是物性最好的砂岩类型。早期成因的浊沸石大面积胶结原生粒间孔，孔隙度急剧降低，变得十分致密，基本丧失储集能力；中成岩早期由于酸性流体沿浊沸石解理进行溶蚀，使孔隙度增加，最终孔隙度保持在9%左右，进而使该类岩石变为研究区的优质储层。

4.1 物性特征

统计不同类型砂岩孔隙度分布发现：浊沸石胶结+溶蚀砂岩物性最好 （见图4a），孔隙度主要分布于8%～12%；绿泥石胶结砂岩物性比浊沸石胶结砂岩差，储层孔隙度主要在6%～10%。覆压（24.0 MPa）条件下（见图4b），浊沸石胶结砂岩渗透率下降幅度为60%～70%，相对较低；而相同覆压条件下，绿泥石胶结砂岩渗透率仅为地表渗透率的7%～20%，下降幅度较大。

图3 龙凤山营城组浊沸石与绿泥石分布及浊沸石溶蚀模式

图4 营城组不同类型砂岩孔隙度分布和覆压下渗透率变化

4.2 孔隙结构特征

对3种不同类型的砂岩进行高压压汞实验，对比各类砂岩的压汞曲线与孔喉半径分布（见图5）可知，浊沸石胶结砂岩的排驱压力与饱和中值压力较其他2种类型砂岩更低，最大孔喉半径更大，表明浊沸石胶结砂岩的渗滤性能更好，为研究区物性最好的砂岩类型。

图5 营城组不同类型砂岩毛细管压力曲线及孔喉半径分布

恒速压汞资料显示：浊沸石胶结砂岩孔隙半径相对较大，可达145.8 μm，大喉道半径所占比例较高，平均喉道半径为2.1 μm。这类砂岩主要发育孔喉溶孔及溶蚀裂缝。CT扫描显示其孔喉类型单一，连通性较好（见图2c）。绿泥石胶结砂岩平均孔隙半径为151.5 μm，喉道偏细，平均喉道半径仅为0.8 μm。这类砂岩孔隙类型主要为晶间孔与微孔。CT扫描显示其孔喉连通性较差（见图 2f）。

5 结论

1）浊沸石分布主要受水体性质控制，自扇三角洲平原至扇三角洲外前缘，浊沸石体积分数逐渐增加。浊沸石溶蚀主要与中成岩早期有机质生烃过程中产生的有机酸有关，从湖盆中心到湖盆边缘，溶蚀强度逐渐减弱。

2）浊沸石胶结砂岩物性最好。孔喉类型单一，孔隙类型主要为酸性水溶蚀形成的浊沸石胶结物内溶孔。孔喉连通性较好，而且该类砂岩中大孔喉所占比重较大，在覆压条件下，孔喉不闭合，其渗透率下降幅度相对绿泥石胶结砂岩较低。

3）早期浊沸石胶结虽然使储层孔隙度急剧降低，但浊沸石胶结物增加了岩石的抗压实强度，使浊沸石胶结砂岩在经后期酸性水溶蚀改造后成为营城组的优质储层，强浊沸石胶结+溶蚀的扇三角洲外前缘为后期勘探开发的重点区域。

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