超壓封存箱內堿性成巖作用的發現
——以車66扇體為例

滕建彬，謝忠懷，王偉慶

(中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營 257015)

超壓封存箱內堿性成巖作用的發現
——以車66扇體為例

滕建彬，謝忠懷，王偉慶

(中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營 257015)

對車鎮凹陷車66井區深部儲層巖石學研究發現，石英溶蝕顯著、碳酸鹽礦物穩定賦存，揭示了砂礫巖體超壓封存箱內處于典型的堿性成巖環境。石英溶蝕型孔隙占儲層總孔隙的50%左右，其形成機制分為三步：堿性環境的塑造、石英礦物的溶蝕、黏土礦物間的轉化。超壓封存箱內的堿性成巖環境對儲層的影響具有兩面性：一是形成石英溶蝕孔隙，對儲集性起建設作用；二是易于沉淀大量方解石膠結物，充填部分微裂縫和次生孔隙，起破壞性作用。粒緣縫和構造縫組成的裂縫系統作為早期超壓釋放和水-巖作用的流體通道，改善了深部儲層的儲集物性，利于油氣運聚，促使處于高壓封存箱內的車66沙三下砂礫巖儲層成為優質儲層。

車鎮凹陷;砂礫巖;堿性成巖作用;超壓封存箱

1 地質概況

車鎮凹陷北部陡坡帶發育多類型、多期次的砂礫巖扇體，處于油氣運移的路徑之上，蘊藏著巨大的勘探潛力。車66井區位于車鎮凹陷西部，車66井在沙三段的深水濁積扇體鉆遇含油砂礫巖體，埋深4 300～4 465 m，8 mm油嘴試油237 m3/d，氣2.5×104m3，是繼車古201、車古204、車571井后又一口百噸高產井，也是車西北帶碳酸鹽礫巖體首次突破百噸的高產井。

車66井區具備形成異常高壓的地質條件，多口井鉆遇異常高壓層，車66井出油井段壓力系數高達1. 72。生產勘探壓力測試證實，在研究區沙三段下亞段底部存在異常高壓流體封存箱(圖1)[1-3]，封存箱是沉積盆地發展演化過程中由于巖石非均質性，不平衡壓實作用和不均一成巖作用的產物[4-7]，具有復雜的成巖作用。

圖1 車西北帶車66井區超壓流體封存箱[3]

2 堿性成巖環境的證據

目前對酸堿性成巖環境的認定主要基于兩方面：一是參考地層水的分析資料[7]；二是基于埋藏成巖過程中水-巖作用生成礦物所體現的巖石學特征進行判識[8-10]。現今的地層水是水-巖反應后的殘液，大多已達化學平衡，故一般呈中性，不利于儲層成巖過程中酸堿環境的認定，有鑒于此，本文從研究區的巖石學特征方面揭示其堿性環境，發現主要存在三方面的證據。

2.1 石英溶蝕現象

石英是儲層中最穩定的組分之一，在堿性水的作用下，石英易于直接溶解形成次生孔隙已被眾多學者所認同[3,11]。車66井區石英等碎屑顆粒邊緣溶蝕非常顯著。主要溶蝕現象包括：①被明顯溶蝕的石英巖巖屑“懸浮”在碳酸鹽膠結物中；②石英巖巖屑粒內溶孔發育；③形成狹長狀溶蝕孔隙，后期多被方解石充填；④溶蝕型石英顆粒殘余、石英顆粒具有港灣狀或不規則狀溶蝕邊緣 。

假如這些溶蝕現象屬于石英的間接溶蝕，那么鄰近的碳酸鹽巖屑或膠結物也必然遭受強烈的改造。而在車66井區砂礫巖儲層中，即使在石英巖巖屑被明顯溶蝕的位置，仍然出現晶型保存完好的白云石自形晶粒，石英巖巖屑和溶蝕孔隙直接接觸，菱形晶白云石膠結物無明顯溶解痕跡，說明薄片中所見的溶解現象并不是石英間接溶解交代的結果[3]。

由于石英的化學穩定性較強，方解石一般從其顆粒邊緣進行溶蝕交代，形成鋸齒狀或港灣狀邊緣。從結構上看，石英顆粒“漂浮”于碳酸鹽膠結物中，這種“漂浮”結構部分歸因于方解石對石英碎屑的溶蝕交代。關于石英被方解石交代機理較一致的認識是：當孔隙水pH值由低變高，大于8.5時，石英呈不穩定狀態，發生溶蝕作用，如果此時Ca2+濃度適中，則進一步發生碳酸鹽交代石英的反應[12]。

2.2 長石未發生溶蝕

酸性環境中長石屬于不穩定組分，容易在酸性水的作用下發生溶蝕，傳統的酸性地層水的理論推測地層中酸性條件的塑造主要來源于四方面：①有機質成熟排除大量的有機酸；②有機質脫羧作用生成CO2，使流體呈酸性；③深部來源的CO2使流體呈酸性；④硫酸鹽熱分解效應。

長石的溶蝕實驗表明：長石溶蝕速度受控于所處水體的離子濃度和礦物化學平衡，隨反應趨于平衡而減慢，最終達到溶解與沉淀的動態平衡[13]。若使礦物繼續溶解，則必須改變溫壓條件，打破此平衡。相較于常壓儲層，超壓封存箱內具有更大的壓力，相對更有利于長石的溶解，這也是其他洼陷深部儲層長石溶蝕發育的主要原因。而研究區深部砂礫巖儲層內充填的斜長石邊緣未見被溶蝕的現象，斜長石的破裂縫邊緣也未發生溶蝕，說明研究區儲層中地層水的性質與酸性地層水作用理論格格不入，而應該是堿性地層水。

2.3 碳酸鹽膠結物無溶蝕現象

一般認為溫壓增大有利于碳酸鹽的溶解[14]，但在車66井區深部砂礫巖儲層的勘探實踐中發現：碳酸鹽的溶蝕作用并沒有因為深部儲層溫壓條件的增大而加強，主要有兩方面的原因：其一，以堿性地層水為主的強烈改造，導致未見碳酸鹽溶蝕現象；常見白云巖巖屑保存完好，而與之對應的石英顆粒及石英質巖屑被強烈溶蝕交代，表明儲層必然經過以堿性水為主的地層水的強烈改造；其二，由于處于異常高壓的壓力封存箱內，流體與外界交換能力減弱，碳酸鹽礦物的溶解速率大幅降低。

碳酸鹽膠結物溶解現象不明顯，特別是與油氣等地層流體直接接觸的碳酸鹽晶體晶型完好(圖2)，表明其處于堿性流體環境。劉寶珺(1992)[15]認為方解石的沉淀需要pH值較高的堿性環境，一般pH值大于8～9。埋深的加大及環境溫度的升高促進了水-巖反應的進行，白云質成分中的堿金屬離子和堿土金屬離子活度加大并隨礦物水解進入地層水中，使溶液的pH值進一步升高，堿性程度進一步增強，這極可能是研究區碳酸鹽膠結物非常發育的主要原因之一。

圖2 碳酸鹽晶型完好

3 堿性成巖機制探討

車66井區的深層砂礫巖在沉積期遭受堿湖水的改造，堿湖沉積的泡堿類(Na2CO3·10H2O)，芒硝(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)等礦物塑造了強堿性的地層流體，在后期中和了烴類有機質生成的有機酸，導致地層中地層流體的冷凝液堿性十分強。參考史宏才等(1998)[16]的水巖作用實驗，推測研究區石英溶蝕作用主要分以下三步：

第一步：碳酸氫鹽在100～150℃發生熱分解：

HCO3-→CO32-+ CO2↑+ H2O

(1)

H2O + CO32-→OH-+ CO2

(2)

(1)和(2)疊加HCO3-→OH-+ CO2↑(堿性環境的塑造)。

第二步：SiO2+Ca2++2H2O+HCO3-→

CaCO3+H4SiO4+H+

(3)

W.D.Gunter、G.W.Bird、Z.Zhou等人研究[17]證明:

M++高嶺石+ H2O+SiO2(石英)→蒙脫石+ H++ H2O

高嶺石+白云石+石英→蒙脫石+方解石+H2O+CO2↑

第三步：蒙脫石向伊利石轉化，造成儲層內伊利石含量高，而蒙脫石和高嶺石含量低(表1)，該脫水反應可以引起地層增壓。

5K++8Al3++蒙脫石→伊利石+Na++Ca2++Mg2++Fe3++Si4++H2O

表1 車660井沙三段巖樣X衍射黏土礦物分析數據

Ca2+、Mg2+、Fe3+與前述過程產生的CO2一起在晚成巖期形成(含鐵)白云石或(含鐵)方解石(方解石脈體)，在研究區的儲層中發現的大量方解石脈體也是堿性環境對埋藏期的成巖起到決定性作用的極好證據。CO2過量時進而生成碳酸氫鹽，使得反應持續進行，由于堿性環境的存在，Si4+一般不能形成次生石英，多被黏土化，而Fe3+和Mg2+則形成自生綠泥石，這些成巖效應在薄片中已被發現。

綜上，巖石學特征分析表明車66井區的沙三下砂礫巖體所處的地層流體環境總體上呈堿性，經歷的是強堿性成巖作用改造。研究區砂礫巖儲層中含有較多的灰巖和白云巖，在埋藏成巖過程中，伴隨著有機質鹽化程度的升高產生有機酸和CO2，使地層水pH值降低，但堿性地層水及堿性礦物的存在使得有機質演化產生的有機酸和CO2迅速被中和，趨于并保持堿性成巖環境。

此外，超壓流體使得巖石易于形成礫緣縫和微裂縫，加之堿性環境下石英溶蝕孔的發育，形成了孔縫系統發育的優質儲層(圖3)。車66井區沙三、沙四段儲層中，石英顆粒、石英巖巖屑的溶蝕作用提高了孔隙度和滲透率，80塊薄片孔隙圖像分析的平均總面孔率為10.5%，石英溶蝕型孔隙約為5%，角礫間孔、顆粒間孔及晶間約為3%，礫緣縫等占2.5%。

4 結論

(1)通過對車66井區超壓儲層的巖石學特征研究，首次認定了車66井區深部砂礫巖儲層經歷了堿性流體成巖作用的改造，主要證據包括：石英礦物具有顯著的溶蝕邊緣、長石礦物未發生溶蝕、碳酸鹽礦物自形晶賦存等。

(2)高壓封存箱內超壓流體泄壓過程的多次幕式釋放使得巖石易于形成礫緣縫、微裂縫，而堿性成巖作用利于形成石英溶蝕孔，孔縫系統發育是車66沙三下砂礫巖儲層成為優質儲層主要原因，這也是對車西深部超壓砂礫巖儲層成巖作用及儲層評價的最新認識。

(3)車西北帶深部砂礫巖尋找優質儲層的重要方向和突破口之一是：加大對埋深大于3 600 m深層碳酸鹽礫石為主的深水濁積扇、近岸水下扇勘探力度，因為這些砂礫巖沉積體在超壓堿性成巖環境中易于形成油氣優質儲層。

[1] 范振峰，畢彩芹，丁俊俠.車鎮凹陷北部陡坡帶砂礫巖體成藏機理-以車66扇體為例[J].油氣地質與采收率，2007，14(6)：39-42.

圖3 車66井區堿性成巖作用與酸性成巖作用主要特征對比

[2] 隋風貴.斷陷湖盆陡坡帶砂礫巖體成藏動力學特征-以東營凹陷為例[J].石油與天然氣地質，2003，24(4)：335-340.

[3] 鮮本忠，吳采西，佘源琦.山東東營車鎮凹陷古近系流體異常高壓及其對深層碎屑巖儲集層的影響[J].古地理學報，2011，13(3)：309-316.

[4] 邱隆偉，姜在興，陳文學,等.一種新的儲層孔隙成因類型-石英溶解型次生孔隙[J].沉積學報，2002，20(4)：621-627.

[5] 傅強.成巖作用對儲層孔隙的影響-以遼河盆地榮37塊氣田下第三系為例[J].沉積學報，1998，16(3): 92-96.

[6] 錢會，李云峰.遼河曙光油田蒸氣吞吐開采過程中水巖作用的研究[J].西安工程學院學報，2001，23(1):33-37.

[7] 袁靜，張善文，喬俊,等. 東營凹陷深層溶蝕孔隙的多重介質成因機理和動力機制[J].沉積學報，2007，25(6)：840-846.

[8] 王宏亮，韓朝陽，李春霞，等.泌陽凹陷古近系核三下段儲層成巖作用[J].石油地質與工程，2008，22(4)：7-9.

[9] 卜軍，李文厚，曾明，等.鄂爾多斯盆地隴東地區中侏羅統延9油層組儲層成巖作用及對孔隙的影響[J].石油地質與工程，2010，24(3)：24-27．

[10] 陳保柱，于海波，于喜通.萊州灣凹陷墾利6-A構造深部儲層成巖作用研究[J].石油地質與工程，2014，28(1)：33-36．

[11] 謝春安，賈秀容，胡明毅，等.潛江凹陷馬王廟地區新溝嘴組下段儲層成巖作用[J].石油地質與工程，2014，28(2)：20-23.

[12] 田繼軍，姜在興，陳振林，等.江陵凹陷新溝嘴組下段砂巖成巖作用及孔隙演化[J].石油地質與工程，2007，21(4)：1-4.

[13] 王成，邵紅梅.大慶長垣以西地區中部油層組合次生孔隙研究[J].大慶石油地質與開發，1999，18(5)：5-8.

[14] 肖林萍，黃思靜.方解石和白云石溶蝕實驗熱力學模型及地質意義[J].礦物巖石，2003，23(1)：113-116.

[15] 劉寶珺，張錦泉.沉積成巖作用[M].北京：科學出版社，1992:138.

[16] 史宏才，朱江慶，王詩中，等.高溫下礦物-水反應的研究[J].石油學報，1998，19(2)：73-79.

[17] Perkins E H, Young B K,Gunter W D,et al.Rock-steam reactions at a south midway-sunset heavy oil reservoir[A].American Chemical Society San Francisco Meeting，April，1992.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)01-0004-04

2014-08-22

滕建彬,工程師，碩士，1980年生，2004年畢業于中國地質大學(武漢)石油工程專業，2007年畢業于中科院研究生院石油地質專業，現主要從事石油儲層綜合研究工作。

中石化科技重點攻關項目“致密砂礫巖儲層傷害機理與保護改造措施研究”(P14019)和“斷陷湖盆碎屑巖儲層成巖演化與評價-以濟陽坳陷為例”(P06010)聯合資助。

TE111.3

A