松遼盆地梨樹斷陷營城組—沙河子組成巖作用及對優質儲層的控制

韓志艷

(中國石化 石油勘探開發研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126)

低滲透油氣藏在中國油氣勘探開發中的地位日益突出，是儲量增長的重要領域[1-2]。松遼盆地梨樹斷陷儲層非均質性強，優質砂巖儲層特征、形成因素及分布規律至今尚不明確。前人研究表明，梨樹斷陷營城組—沙河子組砂巖儲層具有特低孔、特低滲的特征[3-8]，沉積環境、沉積相帶和成巖作用導致特低孔、特低滲儲集層孔隙類型多樣、結構復雜[9-11]。優質儲層是控制油氣高產富集的重要因素之一，本文通過對該地區東南斜坡帶和北部斜坡帶儲層巖性特征、成巖作用和孔隙組合樣式的研究及對比分析，重點解剖成巖作用與優質儲層形成的關系，以期為梨樹斷陷下一步油氣勘探提供依據。

1 研究區地質概況

梨樹斷陷是在古生代淺變質巖基底上發育而成，受桑樹臺邊界斷裂的控制，其總體呈“西斷東超”的箕狀結構；由“兩坡一隆一洼”4個構造單元構成，分別為北部斜坡帶、中央構造帶、東南斜坡帶和桑樹臺深洼帶[12-14](圖1)。區內發育斷陷層和拗陷層2套層系。斷陷層自下而上發育上侏羅統火石嶺組、下白堊統沙河子組、營城組、登婁庫組；沙河子組自下而上可劃分為沙一段和沙二段，營城組自下而上可劃分為營一段、營二段、營三段、營四段。拗陷構造層較薄，此處不做研究。梨樹斷陷營城組—沙河子組主要為小—中型箕狀斷陷湖盆發育時期沉積的地層，北部斜坡和東南斜坡主要發育扇三角洲—湖泊沉積體系[13,15]。

圖1 松遼盆地梨樹斷陷位置與構造單元劃分

2 優質砂巖儲層巖石學特征

巖性觀察、薄片鑒定分析和礦物成分統計表明，東南斜坡帶優質碎屑巖儲層巖性以砂礫巖、含礫細砂巖為主，少量含礫中—粗砂巖，主要粒度級別為0.5 mm，粒度區間在0.25～6.8 mm，分選較差。在優質儲層中，主要為長石巖屑砂巖，巖屑長石砂巖含量一般，同時，含有少量的巖屑砂巖(圖2a)。碎屑結構以砂礫、細砂為主，粗砂、中砂次之，巖屑顆粒分選中等—差，呈次棱角狀—次圓狀，長石風化程度中等，成分成熟度較低，可溶性組分含量較高，有利于次生孔隙的形成。對比該區普通儲層巖石類型，優質砂巖儲層中巖屑含量大大降低，膠結物大多為方解石，少量泥質和硅質，膠結類型以壓嵌和孔隙式為主，顆粒間以凹凸狀、線狀接觸為主。

北部地區優質碎屑巖儲層巖性以含礫細砂巖和細砂巖為主，少量含礫中—粗砂巖，主要粒度級別為0.25 mm，粒度區間在0.125～2 mm，分選相對較好。在優質儲層中含有相對較多的巖屑長石砂巖，長石巖屑砂巖次之，同時，含有少量長石砂巖(圖2b)。

整體而言，梨樹斷陷東南斜坡帶和北部斜坡帶優質砂巖巖石學特征差異較大。巖石組構的不同，表明其處于不同的沉積環境。東南斜坡帶多發育扇三角洲平原或前緣等沉積亞相[14]；北部地區則多發育扇三角洲前緣的水下分流河道、河口壩等沉積亞相。但是2個地區優質儲層均表現出膠結物含量低的特點，因此具有相對較好的孔、滲性。

圖2 松遼盆地梨樹斷陷營城組—沙河子組優質砂巖儲層巖石類型

3 成巖作用及其對優質儲層的控制

3.1 成巖作用

梨樹斷陷東南斜坡帶和北部斜坡帶營城組—沙河子組砂巖地層相變快、成巖類型多樣，鏡下薄片研究表明，其主要成巖作用有壓實、膠結充填(泥質、方解石、石英加大、瀝青等)、溶蝕和構造裂隙等類型。

3.1.1 機械壓實作用

機械壓實主要對原生孔隙影響大。研究區營城組和沙河子組壓實作用比較強，巖石相對致密，顆粒之間一般以點—線接觸及線接觸為主(圖3a,b)。總體上隨埋深增加儲層壓實作用增強，孔隙逐漸變小，一般2 500 m以下孔、滲性較差，特別是在無裂隙存在的情況下。此外，儲層受壓程度的差異還受巖石組構的影響，含泥質砂、礫巖更易被壓實、膠結。

3.1.2 膠結充填作用

研究區內晚期碳酸鹽膠結是主要的膠結類型(圖3c,d)，在1 000～3 000 m的深度內，方解石主要的產出方式有亮晶和連晶方式。方解石膠結常使儲層孔隙大量減少，碳酸鹽膠結物含量越高，孔隙度越低[15-18]。因此，晚期碳酸鹽膠結對儲層物性影響明顯。

薄片下見到石英次生加大作用，發育程度一般，主要發生在早期成巖階段及酸性流體大量進入階段，出現的深度在1 500～3 000 m左右。由于硅質膠結與酸性介質的流體有關，石英的加大與長石類鋁硅酸鹽礦物或碳酸鹽巖的溶蝕是同時發生的，因此對優質儲層的發育影響不大。

3.1.3 溶蝕作用

溶蝕孔隙指沉積過程及成巖后由于溶解作用所形成的孔隙[19-21]。研究區內溶蝕作用是儲層次生孔隙產生的主要成巖作用。營城組—沙河子組儲層的溶蝕作用主要表現為碳酸鹽巖巖屑顆粒的溶解和不穩定礦物鋁硅酸鹽大量溶蝕及晚期少量碳酸鹽膠結物的溶蝕(圖3e,f)，目前所觀察到的是以鋁硅酸鹽長石選擇性溶蝕為主。這主要是組構好、原生孔隙保留好的砂巖，在早期酸性流體大量進入時，首先對砂巖中的碳酸鹽巖巖屑進行“推土機式”的溶蝕，將少量存在的碳酸鹽巖巖屑幾乎溶蝕殆盡。同時，長石、巖屑和填隙物中的鋁硅酸鹽礦物雖然也發生了較強烈的溶蝕，但其溶蝕大多在顆粒間及解理面、晶隙或沿碎屑邊緣發生不完全—完全溶蝕，形成粒間溶蝕擴大孔及晶間或粒內溶孔；第二期溶蝕作用較弱，主要發生在成巖晚期，部分膠結充填方解石產生局部溶蝕，如J2井2 867.5～2 870.25 m層段，晚期酸性流體對方解石膠結物進行溶蝕或部分溶蝕。

3.1.4 構造裂隙作用

構造作用主要是指營城組—沙河子組砂巖固結成巖后由于構造運動對儲層巖石所產生的構造破裂作用[4,22-24]。研究區營城組—沙河子組因構造破裂作用產生了2期主要的裂隙(圖3g,h)。早期裂隙可能形成于登婁庫組沉積中—末期，在薄片中表現為不同程度的方解石膠結或瀝青充填，或為后期裂隙切割或疊加改造；晚期(嫩江組沉積末)構造裂隙主要發生在構造形變區帶，斷層是應力釋放的主要場所。在褶皺形變帶，泥巖可能被擠壓發生滑移，并可產生近平行或垂直層面的裂縫，而砂巖可能破碎，產生一組或多組平直或網狀裂隙。圖3h為典型的晚期擠壓破裂或構造揉皺形成的“網狀”裂隙，特點是多沿顆粒接觸部位破裂，形成包絡顆粒的縫隙。裂隙基本無膠結充填，且常伴有溶蝕作用，是晚期油氣的主要運移通道和儲集場所。

圖3 松遼盆地梨樹斷陷東南和北部斜坡帶營城組—沙河子組巖心薄片顯微鏡照片

a.L602井，2 366.5 m，營四段，灰色含礫細砂巖，凹凸接觸;b.L3井，2 130 m，營四段，含礫細砂巖，點—線接觸;c.SW1井,1 522 m，營四段，方解石膠結；d.SW8井，1 698 m，營三段，方解石膠結;e.SW8井，1 931.8 m，沙二上，長石溶蝕;f.SW10井，1 879 m，沙二上，晚期方解石溶蝕;g.HS2井,1 847.35 m，營四段，含礫細砂巖，早期裂隙中見瀝青充填，并被后期裂隙切穿；h.HS8井，2 020.95 m，營二段,淺灰色油跡砂礫巖，包絡貼?？紫?/p>

Fig.3 Microphotographs of core slices of Yingcheng-Shahezi formation in southeast and north ramps of Lishu Fault Depression, Songliao Basin

3.2 優質儲層孔隙樣式及其發育的控制因素

孔隙樣式與孔隙類型不同，孔隙樣式常有2種及2種以上孔隙類型構成，它反映的是一種差異式的孔隙形成、演化機制，具有一定量化概念?；趯鏄鋽嘞莩蓭r作用的研究，結合薄片鏡下觀察，發現梨樹斷陷營城組—沙河子組優質砂巖儲層中的孔隙多為2種或2種以上的孔隙類型的組合，主要有“溶孔式、孔溶式、原孔式、裂隙式和裂溶式”5種孔隙樣式(表1)。優質儲層與可溶礦物產生溶蝕及沿微裂縫、裂隙產生的溶蝕密切相關。

從原孔式到孔溶式再到溶孔式，孔隙發育程度逐漸增強(圖4a-c)，其機理是儲層砂巖與烴源巖連通性好，酸性流體作用強，溶蝕性增加，組構越好、壓實作用越弱，這種溶蝕性越明顯。從裂隙式到裂溶式，孔隙發育程度也逐漸增強(圖4d-e)。裂隙式多表示構造裂隙作用相對較弱，且未發生大量的流體運移；而裂溶式則明顯顯示其構造裂隙作用相對較強，且酸性流體進入并發生了一定的溶蝕。如果溶蝕作用進一步加強，形成溶蝕孔隙含量大于裂隙，則可稱之為溶裂式，但形成主因仍是溶蝕作用，是沿裂隙發生的。

3.3 不同地區優質砂巖儲層主控因素分析

任何沉積儲層的形成和發育均受控于沉積作用、成巖作用和構造改造作用,但這3種作用對不同地區、不同層位儲層的影響程度各不相同。

3.3.1 東南斜坡帶

東南斜坡帶金山地區儲層的孔隙樣式主要為孔溶式，而在J3井營城組二段砂巖則為裂溶式。該區沙河子組砂巖多為多旋回的、單旋回厚0.3～4 m左右、含泥質雜基較多、顆粒大小不一的含礫長石巖屑細—粗砂巖或砂礫巖等，儲層中原生孔隙保留相對較少。L601井和L602井巖心觀察及測試表明，L602井砂巖組構及孔隙要好于L601，表明L602井區水動力強，沉積時雜基少，成巖后部分原生孔隙得以保存；同時酸性流體的進入形成了部分溶蝕擴大孔，形成相對有效的油氣儲層。因此，砂巖組構較好、單層厚度大、微旋回少、具溶蝕擴大孔及與烴源巖連通或鄰近的層段及區域是今后勘探的方向和目標。

表1 松遼盆地梨樹斷陷優質砂巖儲層5種主要孔隙樣式及主控因素

圖4 松遼盆地梨樹斷陷優質砂巖儲層5種主要孔隙樣式薄片顯微鏡照片

東南斜坡帶秦家屯—七棵樹南部地區晚期構造“貼粒隙”發育，產生了裂溶式或裂隙式砂巖儲層。HS2井營城組三段砂巖裂溶式儲層(圖4e)表明，裂隙形成期較晚，甚至晚于晚期方解石膠結。裂隙的形成，一方面使流體進入，對原本致密的巖石中可溶礦物產生溶蝕，形成溶蝕孔隙，使之成為優質儲層；另一方面可以連通烴源巖與儲層，為油氣運移提供通道。本區其他井(如HS8井、SN106井、SN143井等)營城組二段取樣巖心觀察結果基本與HS2井相同，其主要砂巖都具以裂隙式為主的儲層特征。而HS8井2 020.95 m處顯示為裂溶式儲層特征，說明這種裂隙發育在一定的區域上具有橫向連續展布特征。由此可以認為，秦家屯地區演化程度較高的天然氣，很可能是晚期裂隙形成后由深部運移過來的。所以，晚期構造裂隙作用及溶蝕作用是形成新的儲集空間、油氣運移和聚集的關鍵。

3.3.2 北部斜坡帶

與東南斜坡帶不同，北部斜坡帶儲層主要為營城組含礫巖屑長石或長石巖屑細—中粗粒砂巖，砂巖組構要好于金山地區沙河子組。此外，因整體埋深較淺，成巖壓實作用較弱，儲層孔隙樣式主要為溶孔式及孔溶式。如SW32和SW34井營二段砂巖組構好、單旋回厚度大、溶蝕作用強、砂/儲比值高，以溶孔式為主，部分孔溶式，孔隙度高達10%～15%。L3井取心段營城組主要砂巖儲層特征介于SW32與SW34井之間，其微旋回頻率比SW32井要低，相應的單個優質儲層厚度要大，儲層孔隙以孔溶式為主，孔隙度6%～8%；L5井營城組組構較差，以含礫、含泥質細—中砂巖為主，壓實作用比較強，巖石顆粒多以線接觸為主，孔溶式儲層段孔隙度較低，一般5%～7%。

上述分析表明，組構相同、深度相當的砂巖，溶蝕孔隙發育程度的差異，反映了酸性流體作用程度的不同，間接說明了其與烴源巖之間的關系：即從“原孔式”到“孔溶式”再到“溶孔式”，其溶蝕孔隙、連通性越好，距離烴源巖越近。因此，溶蝕作用是優質儲層發育的重要控制因素。

4 結論

(1)梨樹斷陷營城組—沙河子組儲層的成巖作用類型有機械壓實作用、膠結充填作用、溶蝕作用及構造破裂作用等。溶蝕和構造破裂作用對儲層物性具建設性作用，機械壓實作用、膠結作用等具破壞性作用。

(2)機械壓實作用主要發生在早期和中晚期，對原生孔隙影響大；膠結作用中碳酸鹽膠結和泥質膠結充填作用強，對儲層孔隙影響大，硅質膠結影響要小。溶蝕作用是研究區儲層次生孔隙產生的主要成巖作用，其主要表現為碳酸鹽巖巖屑顆粒的溶解和長石的大量溶蝕及晚期少量碳酸鹽膠結物的溶蝕。構造裂隙(破裂)作用既增加了孔隙空間，又增加了滲透性和連通性，為酸性流體進入并發生溶蝕作用創造了有利條件。

(3)梨樹斷陷優質砂巖儲層孔隙樣式有5種：即溶孔式、孔溶式、原孔式、裂隙式和裂溶式。影響東南斜坡帶和北部斜坡帶砂巖儲層孔隙發育的成巖作用主要為溶蝕作用和晚期構造裂隙作用, 它們是產生新的儲集空間及油氣運移、聚集的關鍵。溶蝕作用控制的溶孔式、孔溶式儲層，以及由裂隙和溶蝕共同作用的裂溶式儲層，是今后勘探的方向和目標。

致謝：本文在完成過程中得到了中國石化石勘院無錫石油地質研究所陸建林教授和周卓明高級工程師的指導，在此致以衷心的感謝！