垦利10-4油田沙三上段成岩作用与油气充注耦合关系

赵汉卿，陈存良，陈晓明，张博，刘超

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

储层的成岩作用、成岩演化与油气的生成、运移和成藏有着密切关系，是国内外石油地质工作者的重点研究对象，该方面的研究也取得了很多成果［1-11］。渤海湾盆地重要目的层段之一——古近系沙河街组，油气资源极其丰富，发现了大量油气田，莱州湾凹陷南斜坡垦利10-4油田就是其中之一。该油田范围内沙三上段埋藏一般在2 000 m以下，属于典型的海上中深层油田。笔者利用铸体薄片、扫描电镜、镜质体反射率及流体包裹体等多种分析测试手段，结合区域沉积体系、埋藏史等前人研究成果，分析了沙三上段储层成岩作用与油气充注期次，明确了油田内沙三上段储层成因机制和油气充注耦合关系，对于后期盆地储层预测及油气勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

垦利10-4油田位于渤海湾盆地莱州湾凹陷南部斜坡（见图1），北邻生烃凹陷，油气成藏背景十分有利［12-13］。受多期构造运动的影响，发育近东西向、北东向断裂。凹陷内沉积地层直接披覆在火山岩基底之上，依次充填了古近系的沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。沙三上段为垦利10-4油田的主要含油气层段，发育近源辫状河三角洲前缘水下分流河道和河口坝沉积；岩石类型主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，颗粒分选好—中等，颗粒粒级以中、细砂为主，次为中粗砂及细粉砂。基于2口探井85块岩心常规薄片统计，沙三上段砂岩储层孔隙度平均为29.1%，渗透率平均为 1 117.7×10-3μm2（见图2），属于高孔、中高渗储层。

图1 垦利10-4油田区域位置

图2 垦利10-4油田沙三上段砂岩储层物性分布

2 成岩作用

通过铸体薄片及扫描电镜综合分析，垦利10-4油田沙三上段成岩阶段处于中成岩阶段A期，主要成岩作用有压实作用、胶结作用及溶蚀作用等3种（见图3。其中：Cal为方解石，Q为石英，F为长石，Aq为自生石英微晶，Qo为石英次生加大，K为高岭石，I/S为伊/蒙混层，I为伊利石，Ch为绿泥石，Py为黄铁矿，Ha为石盐）。

2.1 压实作用

沙三上段压实作用主要表现为塑性颗粒（如云母）的压实变形（见图3a），颗粒间以点-线接触为主，压实强度属于中—中强压实，整体上压实程度不大，使得粒间孔隙得以保存。

2.2 胶结作用

沙三上段总体胶结作用较弱，但胶结类型多样。根据微观镜下观察统计，沙三上段储层胶结物比例不超过10%，胶结类型以碳酸盐胶结、硅质胶结、自生黏土矿物胶结为主。

储层内碳酸盐胶结物主要发育方解石，蓝色铸体下，方解石茜素红染色显示为紫红色（见图3b）。方解石含铁，表明成岩阶段已进入中成岩阶段。方解石胶结类型以孔隙式胶结为主，胶结部位主要位于物性较差的小孔喉内部。方解石胶结物对储层早期具有抗压实作用，后期则溶蚀增孔作用明显。

储层内硅质胶结物以自生石英微晶为主，石英次生加大不明显（见图3c）。自生石英微晶的晶型完整程度取决于生长空间，可见典型的六方柱状。整体上，硅质胶结发育程度较低，自生石英微晶晶体较小，且未大量连片出现；次生加大边不明显，沙三上段石英次生加大级别总体属于Ⅰ—Ⅱ级。

储层内杂基含量低，其中黏土矿物以成岩自生为主。扫描电镜分析结果表明，储层自生黏土矿物以“富高岭石、贫绿泥石”为特征，含有一定量的伊/蒙混层和伊利石。高岭石以孔隙充填为主（见图3d），在自生黏土矿物中的比例超过60%，单晶体以假六方片状、板状为主，集合体主要呈书页状、蠕虫状。扫描电镜发现，高岭石结晶程度高，晶体完整，相对富集，储层内其来源主要为酸性条件下长石的溶解产物［14-18］。伊/蒙混层和伊利石也主要以孔隙充填状态出现（见图3e），以伊/蒙混层为主，其平均体积分数一般不超过30%。伊利石呈丝片状，伊/蒙混层形态介于蒙脱石及伊利石之间，是典型自生成因。绿泥石几乎不发育，平均体积分数低于10%，以孔隙充填和颗粒包壳形式出现（见图3f）。自生绿泥石单晶多以针叶状或针片状产出，集合体以绒球状充填于孔隙中，多发育在自生石英周边。

图3 垦利10-4油田沙三上段砂岩储层成岩作用特征

2.3 溶蚀作用

储层中溶蚀作用发育，溶蚀作用对储层物性有明显改善作用。沙三上段储层溶蚀作用可以分为早期碱性溶蚀和后期酸性溶蚀2类，后期酸性溶蚀改造增孔对储层物性改善作用明显。

利用铸体薄片和扫描电镜观察发现，储层中石英颗粒存在明显溶蚀作用，石英颗粒局部被溶蚀而形成晶体内部孔隙，并被伊/蒙混层充填（见图3g）。石英一般发育稳定，普遍认为pH值大于8.5的碱性环境下，石英才会发生明显的溶蚀作用［19-21］。石英的溶蚀作用主要发生在成岩早期，碱性流体主要因岩浆岩岩屑早成岩的蚀变释放大量Na+，K+等碱性阳离子，使流体逐渐变为碱性流体，并导致石英等硅质的溶蚀。

酸性溶蚀作用对物性的改造更强烈，沙三上段储层酸性溶蚀主要是对碳酸盐胶结物和长石的溶蚀。碳酸盐胶结物溶蚀后，一定程度上重新恢复了孔隙空间；长石被酸性流体溶蚀后，颗粒呈不规则状，扫描电镜下呈骨架状（见图3h）或形成铸模孔（见图3i）。储层内酸性成岩环境一般源自有机质成熟前的有机酸排放［22-23］，沙三上段有机质镜质体反射率（Ro）测定值和热解峰温（Tmax）（见表1）表明，Ro介于 0.4%～0.6%，热解峰温介于432～449°C，有机质仍处于半成熟—低成熟阶段，是有机酸大量排出的阶段。

表1 垦利10-4油田沙三上段Ro和Tmax测定值

3 油气充注特征

通过镜下观察沙三上段储层内流体包裹体（见图4），发现其一般发育在石英颗粒裂纹中，是酸性流体环境下石英加大或形成微晶所捕获的，主要为盐水包裹体（蓝色箭头所指），可见烃类包裹体（透射光下（见图4a）呈褐色，荧光下（见图4b）呈黄色。红色箭头所指）。

图4 沙三上段储层流体包裹体发育特征

通过分析流体包裹体均一温度统计数据（见图5），沙三上段油气充注温度介于61～85℃，盐水包裹体温度介于61～93℃，油气初次充注温度为60℃，而充注高峰在80℃左右。

图5 沙三上段储层流体包裹体均一温度分布

4 酸性溶蚀与油气充注耦合

结合有机质演化特征、孔隙发育特征、流体包裹体均一温度及研究区埋藏史（见图6），可以看出垦利10-4油田储层成岩作用与油气充注存在耦合关系。储层孔隙度的增加是因为有机酸的排出，有机酸酸性溶蚀碳酸盐胶结物及长石，有效增加了储层孔隙空间；而此时盆地凹陷中心的成熟烃源岩开始排烃，并在明化镇末期达到生油高峰。成岩作用的及时溶蚀增孔，为盆地内部运移而来的油气提供了大量优质储集空间。

图6 垦利10-4油田成岩作用与油气充注耦合关系

5 结论

1）垦利10-4油田沙三上段储层属于高孔、中高渗储层，目前成岩作用阶段处于中成岩阶段A期，成岩作用具有“中压实、强溶蚀、弱胶结”的特征，颗粒以点-线接触为主。溶蚀作用分为早期碱性溶蚀和后期酸性溶蚀；胶结作用弱，但类型多样，包括碳酸盐胶结、硅质胶结和自生黏土矿物胶结。

2）垦利10-4油田泥岩有机质仍处于半成熟—低成熟阶段，是有机酸大量排出的阶段，沙三上段储层流体性质变为酸性，并大量溶蚀碳酸盐胶结物及长石，有效增加了储层储集空间。

3）垦利10-4油田流体包裹体数据显示，油气充注作用发生于明化镇组时期，有机酸酸性溶蚀作用恰好为油气的充注提供了储集空间。