西湖凹陷平北地區平湖組儲層特征及主控因素研究

楊 慧，劉廣景，蔣 俊，湯 曼，王承紅，陳 全

（1.成都理工大學能源學院，四川成都 610059；2.中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西晉城 048000；3.四川省地質礦產勘查開發局106 地質隊，四川溫江 611130）

東海西湖凹陷平北地區由團結亭、寶云亭、武云亭、孔雀亭及來鶴亭五個構造組成，是西湖凹陷主要油氣聚集帶之一。現已在該區發現了武云亭油氣田、寶云亭油氣田以及孔雀亭含油氣構造[1]。據前人研究認為[2-5]，始新統平湖組是平北地區主要的含油氣層系，砂巖發育適中，經過成巖作用的改造，具備了氣藏勘探開發的良好條件。

根據平北地區125 塊巖心資料、240 片薄片資料和56 個掃描電鏡資料顯示，平湖組儲層物性主要以中孔低滲為主，局部為低孔低滲。深入研究該地區平湖組成巖作用特征及其對儲層物性的影響對儲層評價及儲層預測都有重要影響。

1 地質區域概況

西湖凹陷位于東海盆地的中部，北起虎皮礁凸起，南至基隆凹陷，西鄰海礁凸起和魚山凸起，東靠釣魚島斷陷隆褶帶。自西向東依次可分成保斜坡帶、三潭深凹、中央背斜帶、白堤深凹和東部斷階帶5 個二級構造單元。研究區平北地區位于東海西湖凹陷保斜坡平湖構造帶北部，是東海油氣勘探的重點區域之一。受構造作用和沉積作用的影響研究區平湖組地層自上而下可分為平上、平中、平下3 個明顯的巖性段[6]。

2 儲層巖石學特征及物性特征

2.1 巖石學特征

平北地區平湖組儲集巖巖性以石英砂巖、巖屑長石砂巖或長石巖屑砂巖為主（見圖1），砂巖中石英含量介于55.74 %～70 %，長石含量介于15 %～20 %，巖屑含量介于11.95 %～29.86 %。砂體粒度主要為中-細粒，顆粒之間的接觸方式主要為點接觸和線接觸，在平湖組下部可見少量的凹凸接觸和縫合線接觸；顆粒分選較好-中等，磨圓度為次棱角-次圓狀。儲集巖中膠結物主要是碳酸鹽膠結物和自生黏土礦物，硅質膠結物次之，膠結類型主要為孔隙式膠結，其總量大都小于10 %，局部最高可以達到20 %。碳酸鹽膠結物含量介于5 %～15 %，其成分主要包括（鐵）方解石、（鐵）白云石等；自生黏土礦物主要為高嶺石，含量約為8 %，其次為伊利石和伊/蒙混層。

圖1 西湖凹陷平北地區平湖組碎屑巖三角分類圖

2.2 儲層物性特征

平北地區平湖組儲集砂巖的孔隙度最高可達25.6 %，滲透率最高可達1 326.22×10-3μm2。其儲層物性主要以中孔低滲為主，局部為低孔低滲。主要目的層平上、平中、平下三個層段的物性展布具有以下特征（見表1）。

平北地區平湖組平上段儲層具有中孔低滲的特征，局部地區儲層發育為低孔低滲。其中，平上段寶云亭附近以西儲層物性最好，孔隙度一般在17.5 %以上。寶云亭以西至武云亭一帶和南部團結亭地區滲透性最好，均在60×10-3μm2，北部孔雀亭地區滲透性相對較低，一般只有25×10-3μm2。

表1 平北地區平湖組儲層物性特征表

平上段儲層具有中孔低滲的特征，局部地區表現為中孔高滲。平中段寶云亭附近以北至武云亭一帶儲層物性最好，其孔隙度普遍為15%～17.5%。中部武云亭至寶云亭2 井儲層滲透性最好，通常在40×10-3μm2以上，最高可以達到149.4×10-3μm2。

平下段儲層具有低孔特低滲的特征，局部地區表現為低孔低滲的特征。平下段總體孔隙度一般為10 %～12 %，其儲層的物性相對不好，以中部寶云亭以西和孔雀亭以北相對較好。中部寶云亭構造儲層滲透性最好，滲透率通常在20×10-3μm2以上，最高可以達到36.1×10-3μm2。

3 主要成巖作用及其特征

西湖凹陷平北地區平湖組儲集砂巖沉積之后，在埋藏過程中經歷了壓實壓溶作用、膠結作用、溶蝕作用、交代作用等多種成巖作用。根據各種成巖作用對儲層的影響，可將它們劃分為建設性成巖作用、破壞性成巖作用以及保持性成巖作用。建設性成巖作用主要是指溶蝕作用，破壞性成巖作用通常包括壓實及壓溶作用、膠結作用，保持性成巖作用常為交代作用。

3.1 破壞性成巖作用

3.1.1 壓實壓溶作用 平北地區平湖組埋深普遍超過3 400 m，隨著埋深不斷增加，當顆粒接觸點上所承受的來自上覆地層的壓力或來自構造作用的側向應力超過正常孔隙流體壓力的2.5 倍時[8]，晶格間將發生壓溶作用，其主要對象是石英。成巖作用早期[7]（本文采用姜在興的早、晚期成巖劃分標準）石英顆粒間呈點接觸，隨壓實作用增強，石英顆粒由于受到擠壓體積減小，顆粒之間由線接觸到縫合接觸，壓溶出的SiO2等組分在顆粒周圍沉淀下來，充填于粒間孔隙，使孔隙空間減小[8]。經沉積-埋藏-壓實過程后，由壓實壓溶作用所造成的孔隙度減少26 %左右。

研究區砂巖儲層中石英次生加大現象普遍，在顆粒間也常可看到自生石英充填于粒間孔隙，這是造成石英砂巖中石英含量高而孔隙度卻不高的重要原因之一。筆者根據鏡下觀察，認為平北地區平湖組壓實作用強烈，主要表現在以下幾個方面：（1）顆粒邊緣呈鋸齒狀縫合線接觸（見圖4a），隨深度加大，顆粒接觸由點接觸到線接觸-凹凸接觸，偶爾可見縫合線接觸；（2）云母等片狀礦物彎曲變形甚至斷裂（見圖4b）；（3）長石等剛性顆粒發生彎曲變形。

3.1.2 膠結作用 研究區平湖組膠結作用對儲層的儲集空間產生強烈的破壞作用，膠結物含量與儲層孔隙度之間呈明顯的負相關性（見圖2）。根據對該地區240個巖石薄片觀察鑒定，平北地區平湖組儲層砂巖中膠結物以碳酸鹽巖膠結物及黏土礦物膠結物為主，硅質膠結物次之。

圖2 膠結物總含量與孔隙度關系圖

（1）硅質膠結作用，平北地區平湖組硅質膠結物主要以石英次生加大形式存在（見圖4c），其厚度一般為0.01 m～0.04 m。經薄片鑒定，研究區可看到有兩期石英次生加大。該區石英次生加大和長石溶蝕具有一定的相關性，也總是和高嶺石、伊利石等次生黏土礦物密切共生[9，10]，可以推斷本區石英次生加大的硅質膠結物主要來源為長石的溶解和黏土層中蒙脫石向伊利石轉化產生SiO2[11]。加大邊占據了孔隙空間，減少了儲層的儲集空間，堵塞喉道，使砂巖孔隙結構發生變化，減小孔隙度和滲透率，影響了流體的滲流能力，使儲集物性變差。成為研究區儲層物性變差的主要因素之一。

（2）碳酸鹽膠結作用，研究區常見的碳酸鹽膠結物有方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石、菱鐵礦。研究表明在成巖階段的各個時期皆有碳酸鹽膠結發育（見圖3），早成巖期的碳酸鹽膠結物主要是充填于孔隙間的方解石；隨著埋深不斷加深，晚成巖期的碳酸鹽膠結物以鐵白云石和鐵方解石為主[12]，鐵方解石膠結物呈鑲嵌狀（見圖4d）或連晶狀（見圖4e）產出，充填于砂巖顆粒孔隙內，對儲層有強烈破壞作用。

圖3 平北地區平湖組成巖階段自生礦物與孔隙演化模式圖

碳酸鹽膠結物的存在對儲層發育有著雙重影響，一方面，顆粒間碳酸鹽膠結物會堵塞孔隙，大幅度降低砂巖中的孔隙度和滲透率；另一方面，膠結物在儲層中形成沉淀，產生支撐的效果，可以在一定程度上抵抗砂巖的壓實作用，并且在此后有酸性流體流經時這些碳酸鹽巖膠結物會遭到部分溶蝕產生一定量的次生粒間溶蝕孔隙，對儲層的最終物性起到一定的積極作用。

（3）黏土礦物膠結作用，該區見到的黏土礦物有高嶺石、伊利石、綠泥石，其中以高嶺石（見圖4f）最為常見，其次為伊利石和伊/蒙混層。經顯微鏡及掃描電鏡觀察發現，研究區平湖組自生高嶺石主要有兩種賦存形式：①以孔隙充填的形式存在于綠泥石留下的剩余粒間孔內；②以蝕變高嶺石存在于碎屑顆粒間，并保留了原巖泥質殘余物。掃描電鏡下觀察到自生高嶺石單晶呈假六邊形晶片，集合體普遍如“書頁”狀或蠕蟲狀分布于顆粒間。自生高嶺石對于砂巖儲層物性的影響并沒有顯著效果[13]，主要看能否形成有效的次生孔隙。

3.2 建設性成巖作用

溶蝕作用是儲集巖形成機制中一種建設性成巖作用，可以發生在整個成巖階段，是研究區形成次生孔隙、發育有效儲層的重要成巖作用類型。經巖石學鑒定，西湖凹陷平北地區平湖組砂巖儲層中的溶蝕作用主要發生在早成巖B 期（見圖3），以有機酸溶蝕為主，晚成巖期主要是熱液溶蝕。研究區內經歷了較為強烈的溶蝕作用，通過顯微鏡及掃描電鏡觀察，平湖組溶蝕對象主要為黏土雜基、長石（見圖4g）、火山巖屑、含云母變質巖屑等。在鏡下觀察，可見少量長石巖屑遭受溶蝕后其顆粒呈現麻點狀或者蜂窩狀，有些顆粒被溶蝕完全，形成殘余狀或鑄模孔；黏土雜基常形成貼粒縫和黏土雜基微孔，因此形成大量的溶蝕孔隙，有利于次生孔隙發育帶的形成，使得儲集物性能變好。

3.3 保持性成巖作用

3.3.1 交代作用 根據薄片資料觀察分析，平北地區平湖組砂巖儲層主要的交代作用類型有：（1）方解石交代長石；（2）方解石交代石英顆粒；（3）碳酸鹽交代碎屑。

圖4

其中，以方解石交代長石（見圖4h）為主，由于早成巖期含有大量方解石，流體中的Ca2+、CO32-破壞了原有的長石晶格，方解石便開始沿著長石解理縫進行交代，表現為長石交代的幻影和殘留結構；其次，方解石交代石英顆粒，使石英顆粒邊緣出現鋸齒狀、港灣狀等形態。到晚成巖期時，流體性質由酸性向堿性轉化，形成大量鐵方解石，主要產出形式為充填于粒間孔和交代早期沉積成巖組分，對儲層造成不利影響，同時，由于次生孔隙的發育為提高孔隙度起到有利的作用，所以交代作用在成巖作用過程中是保持性作用。

4 結論

（1）平北地區平湖組儲集砂巖巖性以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，砂體粒度主要為中-細粒，顆粒分選為較好-中等，磨圓度為次棱角-次圓狀，儲集空間通常為原生粒間孔、粒間溶孔、粒間溶蝕擴大孔、鑄模孔等。普遍具有中孔低滲的特征，儲層的這些特征主要受成巖作用的影響。

（2）根據各種成巖作用對儲層的影響，可將它們劃分為建設性成巖作用、破壞性成巖作用以及保持性成巖作用。建設性成巖作用主要是指溶蝕作用，破壞性成巖作用通常包括壓實及壓溶作用、膠結作用，保持性成巖作用常為交代作用。

（3）平北地區平湖組埋深普遍超過3 400 m，壓實壓溶作用是造成該地區儲集砂巖原生孔隙大量消失的主要原因；膠結作用形成的膠結物以碳酸鹽膠結物和自生黏土礦物為主要，其次是石英的次生加大；溶蝕作用是研究區次生孔隙發育的主要原因，增加了孔隙度；交代作用對于孔隙度影響不大。

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