歧口凹陷歧北斜坡沙三段成巖作用及其對儲層影響分析

張 晶，李 勇，張自力，張 威，王 偉，錢 賡，蒲秀剛，劉 剛

(1.成都理工大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室，四川 成都 610059;2.中國石油大港油田公司勘探開發研究院，天津 300280;3.中國石油大港油田公司采油二廠，天津 300280)

歧口凹陷歧北斜坡沙三段成巖作用及其對儲層影響分析

張 晶1，李 勇1，張自力1，張 威1，王 偉1，錢 賡1，蒲秀剛2，劉 剛3

(1.成都理工大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室，四川 成都 610059;2.中國石油大港油田公司勘探開發研究院，天津 300280;3.中國石油大港油田公司采油二廠，天津 300280)

根據常規薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射、陰極發光等資料分析，對歧口凹陷歧北斜坡沙三段巖石學特征、成巖作用類型、成巖階段劃分及其對孔隙的影響進行了研究。結果表明，研究區沙三段儲層巖石類型為長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖。現今主要處于早成巖B期、中成巖期，部分埋深較大的地區進入晚成巖期。經歷的成巖作用有壓實作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用、破裂作用。其中，壓實作用、膠結作用是主要的破壞性成巖作用，溶蝕作用是主要的建設性成巖作用，特別對長石、巖屑和碳酸鹽膠結物的溶蝕是儲層物性變好的重要的成巖控制因素。關鍵詞：歧北斜坡;沙三段;成巖作用;壓實作用;膠結作用;渤海灣盆地

0 引言

隨著油氣勘探程度的深入，陸相斷陷盆地正向構造區構造油氣藏的勘探已逐步成熟，勘探潛力逐漸降低，而斜坡等負向構造區業已引起了勘探家們的高度重視，已成為全球油氣勘探的重要領域之一。歧口凹陷沙三段是黃驊凹陷油氣勘探的重要層系，近幾年已在該區發現了高產油氣流。油氣勘探的實踐使石油地質學家認識到儲層在油氣成藏中的重要作用，特別是優質或相對優質砂巖儲層的時空分布規律對指導油氣勘探的重要意義。歧口凹陷歷經多年勘探，鉆遇中深層的鉆井達300多口，基礎資料及前期成果認識豐富，從宏觀上為整體研究本區深層儲層砂巖的成巖作用特征和儲集空間特征研究奠定了有利的基礎(玉志海等，1997;《大港石油地質志》編輯委員會，1991;《大港油田科技叢書》編委會，1999)。

1 工區地質概況

黃驊坳陷歧口凹陷在新生代伸展裂陷過程中，由于同沉積斷裂、斷塊翹傾和差異沉降活動的疊加，歧口凹陷形成了1個主凹、4個次凹，在此背景上發育了多個自沉降中心向正向構造單元過渡的大型斜坡，占凹陷區總面積的65%以上，是油氣勘探的廣闊領域。歧北斜坡位于歧口凹陷西南，南北分別被濱海斷層與南大港斷層夾持，西至孔店—羊三木凸起，東達歧口主凹(圖1點線范圍)，區內地質結構較簡單，大型斷裂不發育。斜坡在中生界基底上依次沉積了古近系沙河街組三段、二段、一段，東營組與新近系(蒲秀剛等，2011;玉志海等，1997)。

2 儲層巖石學特征

根據研究區120余張巖石薄片鑒定，歧北斜坡沙三段儲層巖石類型為長石砂巖、巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖等(圖2)。其組分特征為：石英含量為13% ～77.3%，平均為28.8%，以單晶石英為主;長石含量為16.2% ～66.1%，平均為46.5%，以斜長石為主，鉀長石次之;研究區巖屑含量為5.9% ～53.5%，巖屑類型多，變化復雜，其類型一般以巖漿

圖1 歧口凹陷三維地震覆蓋區古近系底界立體顯示與歧北斜坡位置圖

巖巖屑為主，見少量變質巖巖屑和沉積巖巖屑;填隙物含量平均為15.04%，主要以方解石、泥質和白云石為主，含有少量的硅質和鐵白云石、鐵白云石;碎屑顆粒以次圓狀、次圓狀—次棱角狀為主;顆粒之間以線接觸和凹凸接觸為主，膠結類型主要為孔隙式膠結。總體看來，研究區砂巖分選性中等，磨圓度中等，結構成熟度中等—較低。

圖2 歧口凹陷歧北斜坡沙三段巖石分類三角圖

3 成巖作用類型

通過鉆井巖芯的觀察和薄片鑒定、X衍射、掃描電鏡和陰極發光等方法(姜在興，2003;王允誠，2008;鄒海峰等，2002;鄭浚茂等，1989;王衍琦，1996;王英華，1990)，筆者系統研究了歧北斜坡地區沙三段的成巖作用類型及特征。研究區沙三段經歷了壓實作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用、破裂作用等。

3.1 壓實作用

壓實作用主要表現為原生孔隙的減少和顆粒接觸更加緊密。沙三段儲層碎屑顆粒以線接觸、凹凸接觸為主(圖3)，可見云母碎屑及泥質巖屑具有壓實形變現象(圖4)。根據薄片資料顯示，絕大部分樣品由于壓實作用而造成的孔隙度損失在5%～15%之間。隨埋深的增加，碎屑顆粒的接觸關系明顯發生變化，由點接觸變為線接觸，最后呈凹凸接觸，巖石密度隨埋深增加而增大。

3.2 膠結作用

膠結作用在歧北沙三段地層中非常普遍，隨著埋深的增加，膠結作用的發育情況及膠結類型各有不同。主要表現為硅質膠結、碳酸鹽膠結、黏土礦物膠結作用等，這些成巖作用對儲層起消極作用，使儲層儲集性能降低。

圖3 歧深1，4 660～4 667 m，Es23，顆粒長線、凹凸接觸，10×20(+)

圖4 歧北13，2 861.06 m，Es33，云母受壓變形，10×10(+)

(1)次生加大。次生加大歧北斜坡沙三段砂巖常見的膠結作用之一，主要是石英顆粒的次生加大(圖5)，而長石顆粒的次生加大較為少見。薄片資料顯示，在3 000～4 600 m的沙三段地層中石英增生現象普遍發育，含量平均在2%左右，當深度達到3 200～3 800 m時，石英增生豐度可達4% ～6%，由于石英加大而使顆粒呈凸凹接觸，這說明石英次生加大隨埋深的增加而增強。石英顆粒的次生加大多數為Ⅱ級加大，部分可見Ⅲ級加大。石英次生加大對儲層物性影響較大，堵塞了顆粒之間的孔隙。

(2)碳酸鹽膠結。研究區碳酸鹽膠結作用最為常見，主要表現為早期泥晶碳酸鹽沉淀、早期方解石沉淀、晚期方解石沉淀、白云石和鐵白云石的沉淀等。早期泥晶碳酸巖膠結物，形成與砂質沉積物沉積不久，是本區沙三段最早的膠結物，由湖水蒸發濃縮導致CaCO3過飽和而沉淀所致，常呈微晶或泥晶分布于顆粒間，或呈薄膜狀。

早期方解石膠結物，是繼泥晶碳酸鹽沉淀之后沉淀并充填孔隙，其晶粒大都為細晶級一般為0.1～0.15 mm。早期方解石有2種產出狀態：一是呈粒狀亮晶分布于顆粒之間，二是以連晶狀產出，把許多顆粒之間的孔隙均填滿(圖6)。當沉積物埋藏后，孔隙水與外界隔絕，在有機質沒有達到脫羧基階段，又無外來水的參與時，隨著深度增加，孔隙水的pH值增高，Eh值降低，使得碳酸鈣達到飽和，從而發生沉淀作用。

圖5 房29，2 923～2 939 m，Es23，石英Ⅲ級次生加大，10×10(+)

圖6 歧124，2 306.05 m，Es33，早期方解石連生膠結，10×10(-)

晚期方解石的沉淀比較常見，深部地層多于淺部，成分、產狀、礦物共生組合等與早期方解石有明顯的不同，晚期方解石在成分上含Fe2+，為含鐵方解石，陰極發光顯微鏡下由于其含鐵的有多有少而發光顏色不同，含鐵由少到多分別發暗橘黃色光、橙紅色光、暗橙紅色光(圖7)。常常以粒狀充填于碎屑顆粒間(圖8)，有的與硅質共生，在硅質加大邊外圍沉淀，周圍礦物常具有溶蝕現象，也常伴有碳酸鹽礦物交代石英和長石且周圍顆粒常具有溶蝕等現象。晚期方解石的沉淀使溶解作用形成的一些孔隙再次被充填，甚至充填所有的次生孔隙，使孔隙度和滲透率明顯降低。如果沉積作用繼續發生，當達到一定深度，物理化學條件適合晚期方解石溶解時，晚期方解石可為形成更深層的次生孔隙提供可溶物質，可以再次溶解而形成比較好的儲層。

圖7 歧深 6，4 982 ～4 986 m ，方解石(橘黃色)、鐵方解石(橘紅色)膠結

圖8 港深76，3 203 m ，鐵方解石呈粒狀膠結，10×10(+)

研究區白云石結晶形態有2種：一種為他形粒狀，另一種為菱形。粒級較小，透明度較好，分布不如方解石普遍(圖9)。從白云石的2種結晶形態來看，以其具有典型的菱形及較高的突起為特征。研究區白云石晶體多分布在3 000～4 200 m之間，常常含量很低，平均在5%左右。

鐵白云石可以充填次生孔隙，說明其形成比溶解作用要晚。由于受深度、巖石組分及水介質等因素的影響，鐵白云石在空間上分布不均一，多呈自形菱面體，呈粒狀分布于粒間(圖10)，掃描電鏡下觀察格外清晰，陰極發光顯微鏡下不發光。研究區鐵白云石多出現在3 500 m以下的地層中，分布不均，0% ～25%不等，平均約為3%。鐵白云石的沉淀主要充填孔隙，減小孔隙度和滲透率，是致使深部地層孔滲性變差的主要因素之一。

圖9 歧124，2 307.3 m，白云石膠結，4 ×10(+)

圖10 港深46，3 901.15 m，，鐵白云石充填溶孔

(3)黏土礦物膠結：通過對掃描電鏡、鑄體薄片、X射線衍射、陰極發光等資料的綜合分析，研究區黏土礦物主要有高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙脫石和伊/蒙混層等類型。掃描電鏡下常見高嶺石書頁狀或蠕蟲狀集合體充填于孔隙之間(圖11);伊/蒙混層主要呈蜂窩狀附著于顆粒的表面(圖12);伊利石在掃描電鏡下呈現片狀集合體或者呈絲帶或發絲狀沿顆粒表面向孔隙與喉道處伸展，或呈現搭橋狀充填孔喉(圖13);綠泥石主要發育片狀集合體或花瓣狀附著于顆粒表面(圖14)。

圖11 歧北13，2 861.16 m ，鉀長石溶蝕，高嶺石充填孔隙

圖12 歧北13，2 855.62 m ，伊/蒙混層呈蜂窩狀附著于顆粒表面

圖13 歧深6，4 533.04 m ，伊利石呈搭橋狀充填粒間孔喉

3.3 交代作用

交代作用是膠結物對顆粒或者不同的膠結物之間的交代。通過薄片觀察，研究區主要是碎屑顆粒的碳酸鹽化以及碳酸鹽顆粒之間的相互交代現象。

圖14 港2033，3 621.79 m，花瓣狀綠泥石附著于顆粒表面，充填孔隙

碎屑顆粒的碳酸鹽化包括方解石、白云石、鐵白云石對碎屑顆粒石英、長石及部分巖屑的交代。本區儲層中，方解石或鐵白云石交代長石是常見的現象(圖15、圖16)，方解石常沿著長石邊緣、解理縫或雙晶縫進行交代，甚至深入長石碎屑晶體內部。其次是對巖屑的交代。此外，還可以觀察到碳酸鹽礦物交代石英加大邊。

由于不同成巖期內形成的碳酸鹽礦物種類不同，其形成環境有所差異。在后期孔隙流體介質發生改變，從而先前形成的碳酸鹽礦物被后期碳酸鹽礦物交代。本區儲層內常見晚成巖期形成的鐵白云石交代早期形成的方解石現象。

3.4 溶蝕作用

研究區沙三段溶解作用與溶蝕作用較為發育。溶解現象在不穩定組分中比較普遍，但長石、巖屑、碳酸鹽膠結物及其交代物的溶解也較常見。由于沙三段地層埋藏深度大，原生孔隙保存差，大部分孔隙為經過成巖改造后而形成的剩余粒間孔和各類次生孔隙。此類孔隙形態不規則，其周圍顆粒均遭受不同程度的溶蝕，主要為與骨架顆粒長石、巖屑等溶蝕有關的顆粒溶孔(圖17、圖18)、粒間溶蝕擴大孔隙(圖19)及與方解石溶蝕有關的膠結物溶孔(圖20)，顆粒邊緣常呈港灣狀。所以溶蝕作用是改善深部沙三段儲層物性的關鍵因素。

圖17 港2033，3 680.8 m 長石溶模孔10×20(-)

圖18 港2033，3 680.8 m ，巖屑粒內溶孔10×20(-)

圖19 港深4，3 132.4 m ，粒間孔 10×10(-)

圖20 港2033，3 633 m s，方解石溶模孔，10×20(-)

3.5 破裂作用

鏡下觀察到研究層段裂縫主要為成巖裂縫，一般延伸短，不平直(圖21);構造裂縫相對較少，裂縫較平直，延伸距離長(圖22)。有時沿縫壁發生溶解作用，使縫壁變形、變寬。

圖21 房29井，3 012.3 m ，成巖裂縫，10×4(-)

圖22 歧深6，4 537.30 m ，構造裂縫，10 ×4(-)

4 成巖階段劃分

成巖作用過程中，隨埋藏深度增加，溫度、壓力加大，巖石隨之發生一系列變化，這些變化可以劃分出不同階段。根據研究區古地溫、自生礦物及演化、黏土礦物特征及鏡質體反射率(Ro)特征(表1)，研究區沙三段主要處于早成巖B期、中成巖期，部分埋深較大地區進入晚成巖期(高勇等，2001;肖麗華等，2005)。

5 成巖作用對儲層發育影響

5.1 壓實作用對儲層物性的影響

歧北斜坡沙三段儲層埋深由南西至北東向逐漸增大，壓實程度也逐漸增強。根據薄片觀察和統計，剛性碎屑顆粒之間的接觸關系隨埋深增加表現為：點、線接觸顆粒所占比例明顯降低，凹凸接觸和縫合接觸顆粒所占比例具有增加的趨勢;顆粒之間的接觸強度隨埋深具有增加趨勢。總體趨勢是隨深度增加，孔隙度和滲透率逐漸變小(圖23)，巖石密度逐漸升高。

5.2 膠結作用對儲層物性的影響

圖23 歧口凹陷歧北斜坡孔隙度、滲透率與深度關系圖

圖24 歧口凹陷歧北斜坡碳酸鹽含量與深度、孔隙度關系圖

薄片觀察表明，碳酸鹽膠結物高含量值出現各種鈣質砂巖中，它使儲層性能明顯變差。碳酸鹽膠結物的總含量隨埋深增加而增加(圖24)。3 000 m以上，碳酸鹽含量較少，一般在25%以下;3 500 m以下，部分碳酸鹽膠結物含量仍保持在30%以下，部分碳酸鹽含量有所增加，最高可達50%。但由于連生方解石的發育，對壓實作用有一定的屏蔽作用，對孔隙起到保護作用。所以，方解石在隨后的成巖作用中還可以溶解而產生孔隙。在縱向上，埋深3 000 m左右碳酸鹽膠結物含量為最高，顯示其含量都有降低。雖然研究區硅質膠結物含量低，石英次生加大邊發育的程度低，其對孔隙的發育是不利的。

5.3 溶蝕作用對儲層物性的影響

對于深部儲層來說，溶蝕作用對儲層發育至關重要。在研究區內沙三段儲層，溶解作用普遍發育，形成的次生孔隙有擴大粒間孔、粒內溶孔和膠結物溶解形成的次生孔隙。長石和巖屑等不穩定碎屑顆粒及碳酸鹽膠結物的溶解為次生孔隙的廣泛發育創造了必要的條件，是提高砂巖孔隙度的重要基礎。

對于溶蝕作用的機制問題，歧口凹陷沙三段儲層在不同成巖階段，所經歷的溶蝕過程有所差異，包括大氣水的淋濾、有機酸溶蝕、深部無機熱液溶蝕等。隨著有機質成熟度的不斷演化，砂巖的成巖階段進入到中成巖階段A期，即鏡質體反射率(Ro)范圍為0.5%～1.3%時，有機質處于低成熟—成熟階段。有機質在演化過程中會產生較多的有機酸。在有機酸的作用下，使長石這類鋁硅酸鹽骨架顆粒失去穩定性，引起長石、火山碎屑溶解作用，同時方解石膠結物也隨之發生強烈的溶解作用，成為歧北斜坡沙三段儲層砂巖發育次生孔隙的重要成因類型。

6 結論

(1)歧北斜坡沙三段巖石類型為長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖。

(2)研究區上古生界主要的成巖作用壓實作用、膠結作用、交代作用和溶蝕作用。其中壓實作用、碳酸鹽膠結作用是儲層物性變差的主要因素。烴類及深部熱液對沙三段巖屑、碳酸鹽膠結物的溶蝕是改善深部儲層儲集物性的關鍵因素。

(3)研究區沙三段主要處于早成巖B期、中成巖期，部分埋深較大地區進入晚成巖期。

《大港石油地質志》編輯委員會.1991.中國石油地質志：卷4［M］.北京：石油工業出版社.

《大港油田科技叢書》編委會.1999.第三系石油地質基礎［M］.北京：石油工業出版社.

高勇，張連雪.2001.板橋—北大港地區深層碎屑巖儲集層特征及影響因素研究［J］.石油勘探與開發，28(2)：36-39.

姜在興.2003.沉積學［M］.北京：石油工業出版社.

蒲秀剛，陳長偉，柳颯，等.2011.歧口凹陷歧北斜坡沙三段撓曲坡折體系與巖性油氣藏勘探［J］.成都理工大學報：自然科學版，38(6)：611-618.

王衍琦.1996.陰極發光顯微鏡在儲層研究中的應用［M］.北京：石油工業出版社.

王英華.1990.陰極發光技術在地質學研究中的應用［M］.北京：地質出版社.

王允誠.2008.油氣儲層地質學［M］.北京：地質出版社.

肖麗華，孟元林，牛嘉玉，等.2005.歧口凹陷沙河街組成巖史分析和成巖階段預測［J］.地質科學，40(3)：346-362.

玉志海，楊池銀，廖前進，等.1997.黃驊坳陷天然氣地質［M］.北京：石油工業出版社.

鄒海峰，高福紅，徐學純，等.2002.大港探區中區下第三系砂巖碳酸鹽巖膠結物與填隙物的成因機理［J］.吉林大學學報：地球科學版，32(1)：34-38.

鄭浚茂，龐明.1989.碎屑儲集巖的成巖作用研究［M］.武漢：中國地質大學出版社.

Diagenesis and reservoir characteristics analysis at Es3in Qibei Ramp of Qikou Sag

ZHANG Jing1，LI Yong1，ZHANG Zi-li1，ZHANG Wei1，WANG Wei1，QIAN Geng1，PU Xiu-gang2，LIU Gang3

(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China;2.Institute of Exploration and Development of Dagang Oilfield，Tianjin 300280，China)

The authors carried out the studies on the lithological characteristics，the types of diagenesis，the division of digenetic stages and the influence on pore based on the analysis results on the routine thin sections，the cast thin sections，SEM，X-ray，cathode luminescence at Es3in Qibei Ramp of Qikou Sag.The study showed the types of diagenesis included both feldspathic litharenite and lithic arkose in the reservoirs at Es3.The reservoirs at present were developed in the early-diagenesis B stage to the middle-diagenesis stage but a part of those was under the late-diagenesis stage.Compaction，cementation，metasomatism，denudation，cataclasis were all found in these reservoirs.And compaction and cementation were the major destructive constructional diagenesis，while metasomatism contributed to the favorable reservoir quality，especially for the cementing material of feldspar，debris，and carbonate metasomatism played an important constructive role to the favorable reservoir quality.

Qibei Ramp;Es3;Diagenesis;Compaction;Cementation;Bohai Bay Basin

P618.130.21

A

1674-3636(2012)01-0008-09

2011-11-16;編輯：陸李萍

中石油大港油田分公司科技項目“歧口凹陷沙三段成巖演化動力機制與儲層時空分布研究”;國家自然科學基金項目(40972083，49803013，40372084，40841010)、中國地質調查局應急項目和中石化前瞻性項目資助

張晶(1984— )，女，碩士，研究生，沉積盆地分析方向，E-mail：Zhangzl727@126.com

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.01.8