東濮凹陷潛山致密砂巖儲層成巖演化特征

高航

（河南省濮陽縣自然資源局，河南 濮陽 457100）

0 引言

碎屑巖儲層成巖演化特征與含油氣盆地勘探開發緊密相關，近年來在石油地質研究領域受到日益廣泛的關注［1-5］。成巖作用在儲層形成發育過程中是重要的控制因素，直接影響著儲層孔隙的演化趨勢。國內外學者在成巖作用及孔隙演化過程方面已經開展了大量研究工作［6-11］。與常規儲層相比，致密砂巖儲層具有低孔特低滲特點，成巖作用更為強烈，物性演化過程和有效儲層成因非常復雜［12-15］，因此，定量評價致密砂巖儲層成巖作用對孔隙演化過程的影響具有重要意義［16-18］。從鉆探資料來看，東濮凹陷上古生界潛山具有巨大的勘探潛力和廣闊的勘探空間，但油氣藏埋藏深，勘探成本高，難度大，對有效儲層成巖過程中孔隙的演化模式和孔隙定量演化表征的研究較為缺乏。筆者在前人研究基礎上，利用鑄體薄片、陰極發光、掃描電鏡、包裹體測溫及X衍射分析等實驗測試結果，對東濮凹陷上古生界潛山致密砂巖儲層的巖石學特征、成巖作用及其對儲層孔隙演化規律的影響進行了研究，明確了研究區目的層的成巖特征與孔隙演化規律，以期為研究區致密砂巖油氣勘探提供依據。

1 區域地質概況

東濮凹陷是我國環渤海灣斷陷盆地群中富含鹽、油氣的沉積盆地，地處盆地群西南緣，橫跨河南、山東兩省，面積約 5 400 km2［19-20］。東濮凹陷上古生界縱向上主要發育上石炭系和二疊系海陸交互相、含煤地層和陸相碎屑巖地層，包括太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千峰組，含煤地層主要在太原組和山西組發育。太原組發育碳酸鹽臺地相和碎屑濱岸沉積，以海相沉積為主；山西組和下石盒子組發育三角洲沉積，為海陸過渡相；上石盒子組和石千峰組主要發育以河流沉積體系為主的陸相沉積體系［21-22］。東濮凹陷上古生界儲層經歷了多期構造運動和復雜的成巖演化階段，形成了當前典型的低孔低滲特征。

2 儲層特征

2.1 巖石類型及組分特征

東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層巖石類型以細粒長石巖屑砂巖為主，含少量巖屑長石砂巖和巖屑砂巖。石英質量分數4%～80%，平均52.2%；長石質量分數10%～41%，平均20.3%；巖屑質量分數9%～94%，平均27.5%。砂巖中巖屑成分主要為變質巖巖屑和火成巖巖屑。變質巖巖屑主要為石英巖，火成巖巖屑主要為酸性噴出巖，見少量沉積巖巖屑和內碎屑。分選性較好，成分成熟度在1.0～1.6。填隙物以泥質、石灰質、白云質為主，局部見少量硅質及菱鐵礦膠結；縱向上，泥質質量分數自太原組至石千峰組逐漸增加，碳酸鹽膠結物質量分數逐漸減少。

2.2 物性特征

上古生界儲層孔隙度0.2%～9.8%，平均3.9%，79.3%的樣品孔隙度分布在6.0%以下；滲透率1.64×10-6～7.22×10-3μm2，平均 0.283×10-3μm2，93.4%的樣品滲透率低于0.50×10-3μm2。致密砂巖儲層結構致密，物性差，依據SY/T 6285—1997《中國石油天然氣行業儲層分級標準》［23］，研究區屬于特低孔—超低孔、超低滲—非滲透儲層。

2.3 孔隙類型

東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層儲集空間類型豐富，縱向分帶明顯，發育3個孔隙帶：1）原生孔隙發育帶，以原生殘余粒間孔隙為主（見圖1a），主要分布在石千峰組；2）次生孔隙發育帶，以次生溶蝕孔和次生晶間孔為主（見圖1b—1d），主要分布在上、下石盒子組；3）含煤地層山西組—太原組為微裂縫發育帶，受強壓實作用影響，構造微裂縫發育（見圖1e，1f）。

圖1 東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層孔隙類型

3 儲層成巖作用特征

運用鑄體薄片、掃描電鏡等方法對研究區致密砂巖儲層經歷的成巖作用進行定性分析，結果顯示，東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層經歷了多期構造運動和復雜的成巖作用，主要包括壓實、膠結、溶蝕和交代作用。

3.1 壓實作用

壓實作用作為主要的成巖作用，貫穿儲層演化的整個過程。隨著埋深的增加，壓實作用變強。深層的山西組—太原組壓實作用最強，以線接觸為主，具定向性排列，部分塑性顆粒受壓變形；石千峰組—上石盒子組以點-線接觸為主，石千峰組部分為點接觸，壓實作用逐漸變弱。壓實作用雖然是導致儲層致密的主要因素，但是對后期儲層裂縫的產生也起到一定積極作用（見圖 2a，2b）。

3.2 膠結作用

膠結作用是造成儲層孔隙損失的重要因素，同時對孔隙也有一定的建設性作用。上古生界膠結作用以泥質膠結和碳酸鹽膠結為主，局部井段見少量硅質、石膏、黃鐵礦等膠結物。

石千峰組多見同沉積期泥質轉化形成的綠泥石膜。一方面充填了孔隙，阻塞了部分喉道；另一方面也抑制了石英次生加大，起到部分抗壓實作用，保護了部分原始孔隙。上、下石盒子組多見高嶺石及伊利石膠結，黏土礦物膠結占據了部分粒間孔隙，破壞了原始孔隙結構，也阻止了晚期碳酸鹽膠結作用，保留了晶間微孔隙。山西組—太原組以晚期碳酸鹽膠結作用為主，是儲層致密的主要因素之一（見圖2c—2h）。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是改善上古生界儲層物性的主要作用。研究區以酸性溶蝕為主：1）同沉積期植物腐殖酸性水溶蝕主要發生在含煤地層的山西組—太原組；2）中成巖早期生排烴期的烴類充注有機酸溶蝕，主要發生在上、下石盒子組，表現為早期方解石膠結及長石溶蝕。堿性溶蝕作用少見，主要表現為上石盒子組局部自生高嶺石溶蝕（見圖 2i—2k）。

3.4 交代作用

交代作用較弱，主要見于太原組，表現為鐵方解石、鐵白云石交代長石顆粒（見圖2l）。

圖2 東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層特征成巖作用

4 成巖階段及孔隙演化

4.1 成巖階段劃分

石千峰組和上、下石盒子組均一溫度主要分布在85～140℃，太原組主要分布在140～175℃。根據SY/T 5477—2003《碎屑巖成巖階段劃分標準》［24］，認為上古生界經歷了早成巖期，目前處于中成巖A期，與鏡質組反射率 Ro（0.9%～1.3%）及伊/蒙混層（I/S）中蒙皂石質量分數（15%～50%）指示的成巖階段一致。

4.2 成巖演化序列

對上古生界致密砂巖儲層不同沉積背景及典型成巖作用分析后認為，東濮凹陷上古生界具有2種不同的成巖環境：1）石千峰組和上、下石盒子組是三角洲平原-前緣沉積背景下的非含煤地層，為堿性成巖環境；2）山西組和太原組為潮坪-沼澤亞相沉積背景下的含煤地層，為酸性成巖環境。結合研究區上古生界致密砂巖儲層埋藏熱演化史（見圖3），通過包裹體測溫、掃描電鏡、陰極發光等手段可確定成巖作用的先后順序。

圖3 東濮凹陷上古生界致密砂巖儲層孔隙演化模式

非含煤地層以石千峰組為例，其成巖演化序列為上古生界沉積期機械壓實—綠泥石等黏土礦物膠結—古近紀方解石膠結—古近紀埋藏壓實—強生烴區酸性溶蝕/弱生烴區晚期碳酸鹽膠結（見圖4a—4d）。含煤地層的山西組—太原組以酸性成巖環境為主，經歷了同沉積期堿性環境、含煤地層早期腐殖酸溶蝕酸性環境及后期堿性成巖環境。分析成巖作用先后順序認為，成巖演化序列為上古生界同沉積期方解石膠結—同生成巖期方解石、長石腐殖酸溶蝕—上古生界沉積期機械壓實—古近紀埋藏二次壓實—生排烴有機酸二次溶蝕—晚期碳酸鹽膠結（強）（見圖4e—4h）。

圖4 東濮凹陷上古生界成巖演化過程中的典型成巖現象

4.3 孔隙演化

研究區致密砂巖儲層成巖演化過程復雜，以“反演回剝法”為基礎，參考前人研究成果［25-27］，建立了適用于研究區不同成巖階段孔隙度的計算方法（見表1），定量恢復了2種成巖類型儲層的孔隙演化過程。

表1 東濮上古生界儲層不同成巖階段砂巖孔隙度計算方法

恢復結果表明：1）石千峰組—上石盒子組非含煤地層早期黏土礦物膠結損失孔隙度3.50百分點，方解石膠結作用發生在古近紀淺埋藏期，損失孔隙度6.92百分點，在晚期受中生界烴源巖排烴有機酸溶蝕作用，增加孔隙度3.90百分點；2）山西組—太原組含煤地層早期方解石沉淀發生在同沉積期，早成巖階段就被植物腐殖酸溶蝕，在古近紀埋藏壓實過程中，抗壓實能力弱，晚期碳酸鹽膠結損失孔隙度5.70百分點。石千峰組—上石盒子組非含煤地層壓實損失的孔隙度比含煤地層壓實損失的孔隙度低4.78百分點。

綜合分析埋藏熱演化史及成巖過程，認為石千峰組—上石盒子組非含煤地層孔隙演化過程為：上古生界沉積期機械壓實（孔隙度損失14.15百分點）—綠泥石等黏土礦物沉淀（孔隙度損失3.50百分點）—古近紀方解石膠結（孔隙度損失6.92百分點）—古近紀埋藏壓實（孔隙度損失7.07百分點）—排烴期酸性溶蝕（孔隙度增加3.90百分點）—晚期碳酸鹽膠結 （孔隙度損失0.50百分點）（見圖3a）。山西組—太原組含煤地層孔隙演化過程為：上古生界同沉積期泥晶方解石膠結（孔隙度損失5.90百分點）—上古生界沉積期機械壓實（孔隙度損失20.30百分點）—長石、早期方解石溶蝕（孔隙度增加8.10百分點）—古近紀壓實（孔隙度損失5.70百分點）—晚期碳酸鹽膠結（孔隙度損失5.70百分點）（見圖3b）。

5 結論

1）東濮凹陷上古生界巖性以細粒長石巖屑砂巖為主，整體分選性一般。慶古3井儲層平均孔隙度3.9%，平均滲透率0.28×10-3μm2，為典型的低孔低滲儲層，孔隙類型以原生殘余粒間孔和次生溶蝕孔為主，底部太原組見微裂縫發育。

2）東濮凹陷上古生界成巖作用類型豐富，成巖演化階段整體處于中成巖A期。石千峰組—上石盒子組非含煤儲層具有早膠結、晚溶蝕的特點，發育次生孔隙；山西組—太原組含煤儲層具有早溶蝕、后壓實、晚膠結、儲層快速致密的特點。

3）古近系沉積前，東濮凹陷上古生界埋藏淺，喜山期構造活動造成古近系差異埋深，致使不同地區壓實作用差異。石千峰組—上石盒子組非含煤儲層早期方解石膠結增加了抗壓實能力，為后期溶蝕作用提供物質基礎，使得石千峰組—上石盒子組在3 500～4 800 m的深層孔隙度仍可大于8%，與上古生界二次生烴高峰深度匹配，在總體致密化背景下成為相對有利的油氣勘探目標，具備較大的油氣勘探前景。