西湖凹陷西部斜坡帶儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

舒 艷，胡明毅，蔣海軍，徐艷霞

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘察技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州 434023;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434023）

西湖凹陷西部斜坡帶儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

舒 艷1，2，胡明毅1，2，蔣海軍2，徐艷霞2

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘察技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州 434023;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434023）

以大量巖心觀察為基礎(chǔ)，結(jié)合室內(nèi)電鏡掃描和物性特征分析，對(duì)西部斜坡帶儲(chǔ)層成巖序列與孔隙演化進(jìn)行了研究，認(rèn)為儲(chǔ)層巖石類型主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖，儲(chǔ)集空間以粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，屬中孔中滲—低孔低滲型儲(chǔ)層。成巖作用及孔隙演化對(duì)儲(chǔ)層物性有重要影響，該區(qū)主要經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶解以及交代等多種成巖作用，其中壓實(shí)作用和交代作用對(duì)儲(chǔ)層起破壞作用，溶解作用對(duì)儲(chǔ)層改善起建設(shè)性作用。成巖階段可劃分為早成巖A期、B期和晚成巖A1期、A2期及B期，目前儲(chǔ)層處于晚成巖A2期，原生孔隙大部分被破壞，次生孔隙發(fā)育，并在2 900～3 200 m和3 600～4 000 m處形成兩個(gè)次生孔隙發(fā)育帶。

西湖凹陷;西部斜坡帶;成巖作用;成巖階段;孔隙演化

西部斜坡帶位于西湖凹陷的西部，其新生代沉積厚度達(dá)1萬米，是重要的油氣富集區(qū)。在前人研究成果的基礎(chǔ)上［1－3］，結(jié)合薄片鑒定、掃描電鏡、物性分析等測(cè)試資料對(duì)西部斜坡帶成巖作用和成巖階段及孔隙演化進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為該區(qū)已進(jìn)入到成巖作用晚期，在埋藏過程中，成巖過程復(fù)雜，大部分的原生孔隙已經(jīng)被破壞，因溶解作用而形成的次生孔隙發(fā)育廣泛，主要以溶蝕粒內(nèi)孔和粒間孔為主，為該區(qū)重要的儲(chǔ)集空間。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西部斜坡帶是東海陸架盆地浙東坳陷西湖凹陷西部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，西鄰海礁凸起，并與長(zhǎng)江凹陷、錢塘江凹陷溝通，東臨三潭深凹［4］。西部斜坡構(gòu)造帶包括北部的杭州斜坡、中部的海礁灣和平湖斜坡以及南部的天臺(tái)斜坡(圖1）。平面上呈北東向狹長(zhǎng)條帶狀展布，橫剖面上古地形西高東低，新生代地層西薄東厚;縱剖面上古地形蜿蜒起伏，總體呈南淺北深的趨勢(shì)，長(zhǎng)約400 km，寬約10～30 km，面積約10 000 km2，是西部凹陷具油氣勘探前景且油氣勘探程度最高的有利區(qū)帶。

圖1 西部斜坡帶構(gòu)造位置圖Fig.1 The structural location of Western Slope Zone

經(jīng)研究表明，西部斜坡帶要發(fā)育潮坪相、三角洲相、河流和濱湖相等砂巖，儲(chǔ)集層巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，少量長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖。砂巖粒度主要為細(xì)砂，膠結(jié)物主要為碳酸鹽膠結(jié)，其次為硅質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，顆粒分選中等，磨圓度多為次圓—次棱角狀，結(jié)構(gòu)和成分成熟度較低，為溶解作用發(fā)育提供了條件。

2 主要成巖作用及特征

西部斜坡帶在沉積物埋藏過程中，經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖階段［5－6］，其主要的成巖作用為壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用和交代作用。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用主要發(fā)生于早成巖階段A和B期，其影響的最大埋藏深度一般為2 500 m左右，經(jīng)薄片觀察估算由于壓實(shí)作用損失的原生孔隙高達(dá)2%～25%。在研究區(qū)主要表現(xiàn)為:含塑性火山巖屑細(xì)砂巖和塑性顆粒易被緊密壓實(shí)，導(dǎo)致原生孔隙迅速減少。碎屑顆粒間接觸關(guān)系隨壓實(shí)作用的增強(qiáng)表現(xiàn)為點(diǎn)—線—凹凸—縫合線接觸的變化，顆粒呈定向排列。隨著埋藏深度加大，研究區(qū)內(nèi)常見石英顆粒成縫合線接觸(圖2a），影響儲(chǔ)層的滲透能力。

2.2 膠結(jié)作用

西部斜坡砂巖中?？捎^察到硅質(zhì)膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)、菱鐵礦膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)等現(xiàn)象，根據(jù)膠結(jié)物成分不同，可分為:硅質(zhì)膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)和黏土礦物膠結(jié)。

2.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)作用

硅質(zhì)膠結(jié)普遍發(fā)育，含量一般為3% ～12%。石英顆粒次生加大邊形式最為常見。薄片觀察表明，以雛晶狀分布于顆粒表面形成Ⅰ級(jí)加大，或在顆粒表面連接成較大晶面的Ⅱ級(jí)加大較多。常與自生高嶺石集合體共生，掃描電鏡下可觀察到草莓狀黃鐵礦疊置在石英次生加大和高嶺石集合體上(圖2b）。

2.2.2 碳酸鹽巖膠結(jié)作用

研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)作用(圖2c）較為發(fā)育，碳酸鹽膠結(jié)物含量一般為2% ～20%，最高可達(dá)30%。在成巖早期、中期和晚期，碳酸鹽膠結(jié)過程均有發(fā)育，其中成巖早期主要為泥晶方解石，晶形通常為泥晶和微晶，是直接從砂層孔隙水中沉淀形成的，主要為菱鐵礦;中期主要為粉、細(xì)晶方解石膠結(jié)物，成分主要為白云石;而成巖晚期在深埋藏、高溫缺氧環(huán)境下，主要形成含鐵的碳酸鹽礦物［7］。成巖早期的方解石膠結(jié)物一方面增強(qiáng)砂巖的抗壓實(shí)能力，同時(shí)也使得砂巖孔隙含量降低1% ～3%，晚期碳酸鹽膠結(jié)交代物形成于堿性成巖環(huán)境，屬破壞性成巖作用，對(duì)儲(chǔ)層不利。

2.2.3 黏土礦物的膠結(jié)作用

結(jié)晶高嶺石是砂巖中常見的自生黏土礦物膠結(jié)物，通常分布在分選好、粒度粗的長(zhǎng)石石英砂巖中。本區(qū)砂巖碎屑顆粒間的溶蝕孔內(nèi)常見到自生高嶺石充填(圖2d），粉晶級(jí)的高嶺石呈典型的書頁狀晶形，雖其集合體中含大量晶間微孔，但對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的總體提高并未起到顯著作用。是否能形成有效次生孔隙，主要取決于酸性流體的溶蝕能力、流動(dòng)速率和運(yùn)載能力。

2.3 溶解作用

溶解作用(圖2e）對(duì)改善本區(qū)儲(chǔ)層物性起著決定性作用，為深部?jī)?chǔ)層中次生孔隙形成的主要方式和途徑，屬于建設(shè)性成巖作用類型。區(qū)內(nèi)溶解作用可表現(xiàn)為對(duì)顆粒的溶蝕以及對(duì)雜基、膠結(jié)物的溶蝕作用等，對(duì)形成儲(chǔ)層十分有利。

圖2 西部斜坡帶儲(chǔ)層顯微鏡及掃描電鏡下照片F(xiàn)ig.2 Sandstone microphotos of reservoir in Western Slope Zone

(1）巖屑的溶解:研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)石類骨架顆粒或含長(zhǎng)石火山巖屑，在酸性環(huán)境下，極易發(fā)生溶蝕，形成次生溶蝕孔+自生高嶺石+自生石英組合，有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成。

(2）碳酸鹽膠結(jié)物、交代物的溶解:區(qū)內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)物以方解石為主，處于酸性成巖環(huán)境改造下，無論早期泥晶方解石，還是晚期鐵方解石都可發(fā)生溶解作用，有時(shí)可見方解石殘余。

(3）雜基的溶解:本區(qū)常見高嶺石被溶解形成晶內(nèi)微溶孔，而且很少被再充填，對(duì)改善儲(chǔ)層的滲透能力有一定作用。

2.4 交代作用

(1）碎屑顆粒的碳酸鹽化:包括方解石、鐵方解石、鐵白云石對(duì)碎屑顆粒石英、巖屑和黏土礦物的交代作用。偏光鏡下觀察，交代作用往往是從顆粒邊部開始，隨著深度加大，鐵方解石和鐵白云石的交代作用越明顯。

(2）碎屑顆粒的黏土化:火山巖巖屑普遍發(fā)生絹云母化(圖2f）、水云母化、高嶺石化等作用，研究區(qū)內(nèi)，不同巖性、火山巖屑類型的蝕變作用有所差別。在中粗粒砂巖中，中酸性噴出巖巖屑多發(fā)生高嶺石化，而在細(xì)砂巖中易發(fā)生絹云母化、水云母化。研究區(qū)在晚成巖早期孔隙水主要為酸性環(huán)境，其中的高嶺石化作用較明顯，高嶺石化可以產(chǎn)生一定的微孔隙，對(duì)于有效儲(chǔ)層的形成有一定的貢獻(xiàn)。

3 成巖階段劃分

西湖凹陷西部斜坡帶儲(chǔ)層總體仍處于持續(xù)埋藏改造環(huán)境中，玉泉運(yùn)動(dòng)造成地層的小幅度抬升，導(dǎo)致晚成巖A期壓實(shí)作用減弱，成巖系統(tǒng)為半封閉型，局部存在大氣淡水的淋濾作用的改造和外來物質(zhì)的加入。地溫梯度總體呈北高南低的特點(diǎn)，儲(chǔ)層物性在縱向上的演變速率受地溫場(chǎng)高低所控制，地溫梯度高的地區(qū)物性的遞變速率快，反之則慢。西部斜坡帶屬于中等地溫梯度區(qū)，總體上處于晚成巖A2期，其儲(chǔ)集層埋深及次生孔隙發(fā)育帶深度一般在2 000～4 000 m之間。

儲(chǔ)層成巖階段的劃分主要根據(jù):(1）古地溫、流體包裹體的溫度，自生礦物形成溫度;(2）有機(jī)質(zhì)成熟度;(3）黏土礦物組合及伊利石/蒙皂石(I/S）混層黏土礦物的轉(zhuǎn)化;(4）巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及孔隙類型。

根據(jù)西湖凹陷西部斜坡帶地溫梯度、鏡質(zhì)體反射率(Ro）和自生礦物組合等資料綜合分析，認(rèn)為本區(qū)儲(chǔ)層大致經(jīng)歷了早成巖A、B期及晚生巖A1、A2、B期，各成巖階段的特征主要表現(xiàn)如下:

(1）早成巖A期，埋深小于1 300 m，古地溫低于70℃。在此階段，有機(jī)質(zhì)還未成熟，巖石處于弱固結(jié)狀態(tài)，機(jī)械壓實(shí)對(duì)孔隙度影響較大，孔隙以原生粒間孔為主，局部可見早期方解石和菱鐵礦及綠泥石膜，成巖作用主要為壓實(shí)作用和少量的方解石膠結(jié)和菱鐵礦環(huán)邊膠結(jié);

(2）早成巖B期，埋深1 300～2 300 m，古地溫為70～90 ℃，0.35% ＜Ro＜0.5%，有機(jī)質(zhì)半成熟，成巖仍以機(jī)械壓實(shí)為主，粒間孔明顯減少，可見石英Ⅰ級(jí)加大，自生高嶺石發(fā)育;

(3）晚成巖A1期，埋深2 300～3 300 m，古地溫為90～110 ℃，0.5% ＜Ro＜0.7%，有機(jī)質(zhì)低成熟，顆粒呈點(diǎn)、線接觸，次生孔隙大量發(fā)育，可見石英Ⅱ級(jí)加大，自生高嶺石發(fā)育;

(4）晚成巖A2期，埋深3 300～4 500 m，古地溫為110 ～130 ℃，0.7% ＜Ro＜1.3%，有機(jī)質(zhì)成熟，顆粒呈線接觸，次生孔隙大量發(fā)育，見石英Ⅲ級(jí)加大，出現(xiàn)晚期含鐵碳酸鹽交代物;

(5）晚成巖B期，埋深大于4 500 m，古地溫130～170 ℃，1.3% ＜ Ro＜2.0%，有機(jī)質(zhì)高成熟，顆粒呈凹凸接觸，次生孔隙壓縮，石英加大邊遭受溶蝕，連晶狀晚期碳酸鹽發(fā)育，交代作用強(qiáng)。

4 成巖序列及孔隙演化

砂巖埋藏過程中，隨著埋藏深度不斷加大，砂巖孔隙流體性質(zhì)也由酸性向弱堿性—強(qiáng)堿性變化。在早成巖階段，有機(jī)質(zhì)由生化甲烷至凝析油濕氣階段這一成巖時(shí)期，烴源巖—儲(chǔ)集巖成巖體系為酸性環(huán)境，各種流體—巖石相互作用對(duì)儲(chǔ)層孔滲系統(tǒng)的產(chǎn)生、破壞和改造最為顯著。在晚成巖階段，有機(jī)質(zhì)演化程度升高，形成大量凝析油和濕氣，孔隙流體逐漸由酸性向堿性演變，伴生晚期含鐵方解石交代物形成，石英次生加大邊部分溶解，次生孔隙形成。

成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的改造，主要以壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用以及破裂作用對(duì)孔隙的影響最為明顯。西部斜坡帶地層經(jīng)歷中等壓實(shí)成巖作用，孔隙度損失10% ～15%，是造成低滲透性儲(chǔ)層的主要因素;膠結(jié)作用也起破壞作用，使得原生粒間孔不斷被充填。溶解作用則改善物性，并在2 500～3 100 m和3 000～3 600 m處形成了兩個(gè)次生孔隙發(fā)育帶(圖3）。研究區(qū)次生孔隙的形成主要受控于有機(jī)酸濃度演化，其次受控于構(gòu)造抬升及大氣淡水淋濾作用的影響和自生高嶺石的顯著增加。兩個(gè)次生孔隙發(fā)育帶主要形成于晚成巖階段A1和A2亞期，形成粒間和粒內(nèi)溶孔。

圖3 西部斜坡帶地區(qū)孔隙度垂向演化Fig.3 Vertical porosity evolution in Western Slope Zone

在薄片觀察的基礎(chǔ)上，分析統(tǒng)計(jì)了各期成巖作用對(duì)孔隙的破壞和貢獻(xiàn)，該區(qū)地溫梯度較低，鏡質(zhì)體反射率Ro最大在1.3%左右，以晚成巖A2階段為主，孔隙流體以酸性為主，次生孔隙發(fā)育。建立了西湖凹陷西部斜坡帶典型成巖作用序列:早期機(jī)械壓實(shí)→早期方解石沉淀→巖屑絹云母化→有機(jī)酸流體進(jìn)入→長(zhǎng)石、巖屑溶蝕→次生孔隙+自生高嶺石+自生石英→液態(tài)烴類侵位→伊利石沉淀→晚期氣態(tài)烴充注→晚期亞鐵碳酸鹽充填交代(圖4）。

5 結(jié)論

(1）潮坪相、三角洲相、河流和濱湖相砂體構(gòu)成西部斜坡帶主要的碎屑巖儲(chǔ)集體，主要以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，砂巖結(jié)構(gòu)和成分成熟度較低，為中孔中滲—低孔低滲型儲(chǔ)層。

(2）在孔隙演化過程中，西部斜坡帶主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用、交代作用等成巖作用，其中壓實(shí)作用和膠結(jié)作用起破壞作用，交代作用在一定程度上起保護(hù)保用，而溶解作用對(duì)儲(chǔ)層改善起重要作用。

圖4 西部斜坡帶成巖序列及孔隙演化特征Fig.4 Characteristics of diagenetic sequence and pore evolution in Western Slope Zone

(3）古地溫和鏡質(zhì)體反射率分析表明，該區(qū)現(xiàn)階段主要處于晚成巖A2期，演化程度高，儲(chǔ)層的次生孔隙發(fā)育帶一般在2 000～4 000 m之間，兩個(gè)次生孔隙發(fā)育帶分別對(duì)應(yīng)于晚成巖A1期和晚成巖A2期。

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Diagenesis and reservoir porosity evolution of Western Slope Zone of Xihu Sag

SHU Yan1，2，HU Mingyi1，2，JIANG Haijun2，XU Yanxia2
(1.MOE Key Laboratory of Oil and Gas Resources and Exploration Technique，Yangtze University，Jingzhou 434023，China;2.School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，China）

The main types of reservoir rocks in the Western Slope Zone are feldspathic lithic sandstone and lithic arkose sandstone，and reservoir space is dominated by the intergranular and intragranular dissolution pores.Bases on core observation，combining with scanning transmission electron microscope and physical property analysis，it is realized that diagenesis and pore evolution have exerted great effects on the properties of reservoir.Study results showed that the reservoir has experienced complex diagenetic events，including compaction，cementation，dissolution and replacement.The diagenetis stage can be divided into early diagenetic A and B stage and lately diagenetic A1，A2 and B，and now reservoir has entered into A2 stage.Most primary pores were destroyed after diagenetic evolution，and it is mainly secondary pores now.The two secondary dissolved porous belts have formed，one between 2 900 and 3 200 meters deep，and the other between 3 600 and 4 000 meters deep.

Xihu Sag;Western Slope Zone;diagenesis;diagenetic stage;pore evolution

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.063

1008－2336(2011）04－0063－05

國(guó)家重大專項(xiàng)《東海盆地西湖凹陷深層油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)》(2008ZX05023－001－003）和中海石油(中國(guó)）有限公司項(xiàng)目《東海盆地西湖凹陷古近系沉積體系和盆地充填演化特征研究》(CNOOCRC－2008－KTYJ－014）聯(lián)合資助成果。

2011－06－27;改回日期:2011－07－15

舒艷，女，1988年生，長(zhǎng)江大學(xué)在讀碩士研究生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)。E-mail:smile200811@126.com。