濟(jì)陽坳陷古近系深部?jī)?chǔ)層成巖演化模式

袁 靜 袁凌榮 楊學(xué)君 李春堂

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)海洋石油(中國(guó))湛江分公司研究院 廣東湛江 524057; 3.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆庫爾勒 841000)

濟(jì)陽坳陷古近系深部?jī)?chǔ)層成巖演化模式

袁 靜1袁凌榮2楊學(xué)君3李春堂1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)海洋石油(中國(guó))湛江分公司研究院 廣東湛江 524057; 3.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆庫爾勒 841000)

運(yùn)用巖石薄片鑒定、掃描電鏡分析、鏡質(zhì)體反射率分析、X-衍射分析和油層物性分析等手段,結(jié)合區(qū)域油氣地質(zhì)研究成果,以揭示濟(jì)陽坳陷古近系深部碎屑巖儲(chǔ)層的成巖演化模式和物性演化規(guī)律為目的開展工作。結(jié)果表明,濟(jì)陽坳陷古近系深部碎屑巖儲(chǔ)層主要受其所處構(gòu)造背景、地層壓力和流體環(huán)境的影響,發(fā)育6種成巖演化模式。弱陡坡/緩坡構(gòu)造背景條件下發(fā)育早期中強(qiáng)超壓-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式和晚期中強(qiáng)超壓-(較)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-酸性介質(zhì)成巖演化模式,超壓形成的早晚是影響儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)弱的主要因素,而流體環(huán)境的差異與構(gòu)造背景的差異有關(guān)。深洼陷發(fā)育弱超壓/常壓-(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式和中弱超壓-較強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式,熱液活動(dòng)加強(qiáng)了成巖流體對(duì)酸溶性組分的溶解,是該類成巖演化模式的主要影響因素。處于陡坡常壓條件下的深層碎屑巖發(fā)育(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-弱溶蝕-熱液酸性介質(zhì)和強(qiáng)膠結(jié)-中弱溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式,早期沉積水體、后期成巖水體以及兩者混合造成的多重介質(zhì)是其主要影響因素。綜合分析認(rèn)為,層位和埋深是深部?jī)?chǔ)層遭受成巖改造程度強(qiáng)弱的首要控制因素;構(gòu)造位置是影響成巖壓力場(chǎng)和流體場(chǎng)的基本前提;在不同的流體場(chǎng)背景中,深部熱液對(duì)儲(chǔ)層演化會(huì)不同影響;酸堿交替的多重成巖環(huán)境增加了次生孔隙帶發(fā)育個(gè)數(shù)和次生孔隙垂向分布,但原始孔隙度保存率比以酸性介質(zhì)為主的成巖環(huán)境低5%以上。

成巖演化模式 次生孔隙 影響因素 深層 古近系 濟(jì)陽坳陷

濟(jì)陽坳陷位于渤海灣盆地東南緣、郯廬大斷裂西側(cè),呈北東走向,東西長(zhǎng)230 km,南北寬120 km,面積29 000 km2,是在晚白堊世末期開始的上地幔上隆所引起的伸展裂陷作用的構(gòu)造背景上發(fā)育起來的斷陷盆地,屬于渤海灣盆地構(gòu)造的二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。濟(jì)陽坳陷第三系沉積厚度逾6 000 m,主要由湖相成因的砂巖與泥巖組成,油氣資源極其豐富。隨著勘探程度不斷加深,濟(jì)陽坳陷古近系深層成為新的重要勘探目標(biāo),對(duì)其儲(chǔ)層物性和儲(chǔ)集空間特征的研究業(yè)已開展[1～3],針對(duì)深層成巖演化和次生孔隙演化特征的研究也取得了豐碩的成果[4～13]。本文選取濟(jì)陽坳陷內(nèi)鉆井揭示較多的東營(yíng)凹陷北部陡坡帶(以下簡(jiǎn)稱東營(yíng)北帶)、沾化凹陷渤南洼陷和車鎮(zhèn)凹陷埋藏深度在3 500 m以下或?qū)游粚偕澈咏纸M四段和孔店組地層(埋藏深度均在2 800 m以下)為主要研究對(duì)象,結(jié)合區(qū)域油氣地質(zhì)研究成果,觀察巖石薄片1 000余片,并進(jìn)行了大量的掃描電鏡、鏡質(zhì)體反射率、X-衍射和油層物性分析測(cè)試,系統(tǒng)研究了濟(jì)陽坳陷古近系深層碎屑巖儲(chǔ)層成巖演化模式。

1 基本參數(shù)的求取

本次研究充分利用巖石鑄體薄片鑒定和物性分析資料,對(duì)濟(jì)陽坳陷古近系深層1 000余塊巖石樣品依據(jù)Scherer提出的濕砂原始孔隙度計(jì)算公式[14]:

原始孔隙度=20.91+(22.9/Trask分選系數(shù))

計(jì)算了濟(jì)陽坳陷沙三、沙四段各構(gòu)造區(qū)塊儲(chǔ)層原始孔隙度。

在此基礎(chǔ)上,修正Housknecht(1987)提供的公式計(jì)算出視壓實(shí)率、視膠結(jié)率。

視壓實(shí)率=[(原始孔隙度-粒間體積)/原始孔隙度]X100% (1)

壓實(shí)作用后孔隙度=粒間體積=粒間孔隙體積+膠結(jié)物體積,單位:%。

式中數(shù)據(jù)來源于巖石薄片分析:粒間孔隙體積膠結(jié)物體積分別以原生孔隙面孔率和膠結(jié)物含量表征。在此過程中需將膠結(jié)物從填隙物中準(zhǔn)確區(qū)分出來。同雜基相比,膠結(jié)物是碎屑巖中以化學(xué)沉淀方式形成于粒間孔隙的自生礦物,其成分主要為碳酸鹽礦物,也有呈加大邊狀的石英和長(zhǎng)石等,在單偏光下一般透光性較好,正交光下干涉色連片,具有高級(jí)干涉色;而雜基是分布于碎屑顆粒之間、與碎屑同時(shí)沉積的細(xì)小的碎屑組分,最常見的是高嶺石、水云母、蒙脫石等粘土礦物,有時(shí)可見灰泥和云泥以及石英、長(zhǎng)石等細(xì)粉砂碎屑,在單偏光下透光性差且污濁,正交光下干涉色呈星點(diǎn)狀,即使重結(jié)晶為正雜基也不具有高級(jí)干涉色。

圖1 濟(jì)陽坳陷構(gòu)造略圖[15]Fig.1 The tectonicmap of Jinyang sub-basin,Paleogene

膠結(jié)作用后孔隙度=粒間孔隙體積,單位:%。

溶蝕產(chǎn)生的孔隙度=現(xiàn)今孔隙度-膠結(jié)作用之后孔隙度,單位:%。

式(1)～(3)中數(shù)據(jù)分別來自鑄體薄片報(bào)告和油層物性分析報(bào)告。視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和視溶蝕率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相同:

表1 濟(jì)陽坳陷主要區(qū)塊古近系深層孔隙演化與成巖背景統(tǒng)計(jì)Table1 Table of porosity evolution histories of deep formations in Jiyang sub-basin,Paleogene

計(jì)算結(jié)果表明(表1),濟(jì)陽坳陷深層不同層位、不同構(gòu)造區(qū)塊儲(chǔ)層物性演化歷史差異較大。沙三段儲(chǔ)層原始孔隙度介于31.2%～35.94%之間,現(xiàn)今孔隙度為4.4%～14.5%;沙四段儲(chǔ)層原始孔隙度為32.7%～36.6%,現(xiàn)今孔隙度一般為 4.1%～ 11.9%。

2 儲(chǔ)層成巖演化模式

以儲(chǔ)層成巖作用研究、物性特征研究及孔隙演化史研究為基礎(chǔ),結(jié)合地層壓力研究成果(表1),將濟(jì)陽坳陷深部碎屑巖儲(chǔ)層總結(jié)為以下成巖演化模式。

2.1 弱陡坡/緩坡-中強(qiáng)超壓成巖演化模式

2.1.1 早期中強(qiáng)超壓-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式

勝坨地區(qū)沙三-沙四段、渤南斷裂帶沙三-沙四段和車鎮(zhèn)緩坡帶沙三段所處的古地形均為坡度較緩的陡坡或緩坡帶,地層壓力為中-強(qiáng)超壓,具有酸性和堿性多重溶解作用[9,12],鏡下可見碳酸鹽組分和石英質(zhì)組分不同程度的溶解,原始孔隙度34.1%～ 35.94%,視壓實(shí)率45.2%～56.4%,平均為49.8%,視膠結(jié)率41.7%～69.9%,平均為57.2%,視溶蝕率介于35.2%～68.5%,平均值為44.3%,盡管埋深達(dá)4 000 m以上,但現(xiàn)今孔隙度10.1%～14.5%,屬濟(jì)陽坳陷古近系深部碎屑巖儲(chǔ)層中物性最好的一類,可總結(jié)為“早期中強(qiáng)超壓-弱陡坡/緩坡-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式”(圖2)。

遵循該模式的儲(chǔ)層共同的成巖場(chǎng)特征是從沙三段下亞段開始發(fā)育的快速沉積逐漸形成中-強(qiáng)異常高壓力場(chǎng)[18,19],抑制了早期壓實(shí)作用,保留較大量原生孔隙,為膠結(jié)物的系統(tǒng)內(nèi)沉淀提供了空間,在后期成巖介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)又因溶解作用形成次生孔隙,極大地改善了儲(chǔ)層物性。中-強(qiáng)超壓的壓力背景有助于超壓裂縫的形成;在此背景下,酸溶性孔隙的主要貢獻(xiàn)者為長(zhǎng)石質(zhì)顆粒,碳酸鹽組分很少溶解,局部熱液活動(dòng)促進(jìn)了該類孔隙的進(jìn)一步發(fā)育[20]。堿性介質(zhì)對(duì)石英質(zhì)組分的溶解增添了新的次生儲(chǔ)集空間[9]。根據(jù)各區(qū)塊各層段具體成巖改造過程可將該成巖演化模式劃分為以車鎮(zhèn)緩坡帶沙三段儲(chǔ)層為代表的中壓實(shí)-較強(qiáng)膠結(jié)-酸性介質(zhì)較強(qiáng)溶蝕(圖2A)、以渤南斷裂帶沙三段儲(chǔ)層為代表的中壓實(shí)-中膠結(jié)-熱液酸性介質(zhì)中溶蝕(圖2B)和渤南斷裂帶沙四段(圖2C)、勝坨沙三、沙四段儲(chǔ)層為代表的中/較強(qiáng)壓實(shí)-較強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)中溶蝕(圖2D,E)等三個(gè)二級(jí)成巖演化模式。

圖2 弱陡坡/緩坡-早期中/強(qiáng)超壓-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.2 The diagenetic evolution modes of earlymoderatestrong overpressure,moderate-strong compaction, cementation and dissolution with themultiplemedium on the weak steep slopes or the gentle slopes

2.1.2 晚期中強(qiáng)超壓-(較)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-酸性介質(zhì)成巖演化模式

車鎮(zhèn)緩坡帶沙四段儲(chǔ)層屬晚期中/強(qiáng)超壓-緩坡/深洼陷-(較)強(qiáng)壓實(shí)-膠結(jié)-溶蝕-酸性介質(zhì)成巖演化模式(圖3)。砂巖儲(chǔ)層基本為長(zhǎng)石巖屑砂巖,雜基含量8.5%,膠結(jié)物平均含量為9.3%。原始孔隙度34.6%,現(xiàn)今孔隙度8%,保留23.1%的原始孔隙。薄片和掃描電鏡觀察表明,儲(chǔ)層粒內(nèi)破裂和溶蝕較為常見;粒間孔隙被大量自生高嶺石占據(jù),嚴(yán)重?fù)p害了儲(chǔ)層的滲透性,如車252井3 581.7 m,孔隙度為9.27%,滲透率僅有2.3 X10-3μm2。

圖3 緩坡-晚期中強(qiáng)超壓-(較)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-酸性介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.3 The diagenetic evolution mode of latemoderatestrong overpressure,little strong compaction,cementation and dissolution with the acidic medium on the gentle slope

根據(jù)計(jì)算,儲(chǔ)層現(xiàn)今地層壓力為中-強(qiáng)超壓(壓力系數(shù)1.4～1.8),成巖早期遭受強(qiáng)壓實(shí),表明超壓發(fā)生在成巖作用之后。由于超壓影響流體暢通,造成體系內(nèi)膠結(jié)物大量沉淀,并產(chǎn)生超壓裂縫。中成巖A期的酸性流體進(jìn)入儲(chǔ)層,促使長(zhǎng)石質(zhì)組分溶解,儲(chǔ)集空間以孔縫復(fù)合系統(tǒng)和粒內(nèi)孔為主。儲(chǔ)層埋深至3 550～3 650 m時(shí)粘土礦物中高嶺石含量減少,綠泥石和伊利石含量增加,伊/蒙混層比為20%,成巖介質(zhì)堿度增強(qiáng),儲(chǔ)層進(jìn)入中成巖A2亞期。埋深4 000 ～4 150 m處長(zhǎng)石組分再次蝕變,高嶺石含量增加,形成又一個(gè)次生孔隙發(fā)育帶。

2.2 深洼陷-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式

2.2.1 弱超壓/常壓-(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)模式

渤南深洼陷帶沙三段(圖4A)和孤西斷裂帶沙三段(圖4B)儲(chǔ)層可概括為深洼陷-弱超壓/常壓-(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-熱液酸性介質(zhì)強(qiáng)溶蝕成巖演化模式,其儲(chǔ)層以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,雜基含量7.7%,膠結(jié)物含量3.1%,原始孔隙度33.81%～35.31%,現(xiàn)今孔隙度13.43%～14.22%,保留39.7%～ 40.3%的原始孔隙。

該演化模式的現(xiàn)今壓力背景為常壓或弱超壓,儲(chǔ)層早期壓實(shí)作用較強(qiáng)。由于埋深較淺,加之地層壓力基本正常,體系相對(duì)開放,利于流體暢通,膠結(jié)作用中等,溶解作用發(fā)育。配合有機(jī)質(zhì)成烴釋放的有機(jī)酸,深部酸性含礦熱液進(jìn)入儲(chǔ)層后溶解碳酸鹽、長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物形成次生孔隙[5],同時(shí)形成粒緣裂縫和顆粒碎裂,最終構(gòu)成以原生和次生孔隙為主的孔縫復(fù)合儲(chǔ)集空間系統(tǒng)。

圖4 深洼陷-弱超/常壓-較強(qiáng)壓實(shí)-中膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.4 The diagenetic evolutionmodes ofweak overpressure or normal pressure,little strong compaction,moderate cementation and strong dissolution with thermal fluid medium in the deep sags

2.2.2 中/弱超壓-較強(qiáng)壓實(shí)-較強(qiáng)膠結(jié)模式

渤南深洼陷沙四段儲(chǔ)層屬于深洼陷-中/弱超壓-較強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式(圖5),其砂巖屬于長(zhǎng)石巖屑砂巖,雜基8.8%,膠結(jié)物8.5%。原始孔隙度32.59%,現(xiàn)今孔隙度9.76%,保留了30%的原始孔隙。

圖5 深洼陷-中/弱超壓-較強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.5 The diagenetic evolution mode ofweakmoderate overpressure,little strong compaction and cementation and strong dissolution with the thermal fluid medium in the deep sag

由于儲(chǔ)層原始組分結(jié)構(gòu)成熟度較低,且有較多的塑性顆粒,成巖早期遭受較強(qiáng)的壓實(shí)作用。隨后局部嵌晶式方解石、晶粒鐵白云石、粘土礦物和石英次生加大、伊利石等膠結(jié)作用使儲(chǔ)層遭受較強(qiáng)膠結(jié)作用。由于深洼陷砂礫巖緊鄰烴源巖,富含有機(jī)酸和二氧化碳的酸性流體侵入該層段,特別是深部熱液進(jìn)入儲(chǔ)層[5],造成顆粒碎裂的同時(shí),強(qiáng)化了酸性成巖環(huán)境,使長(zhǎng)石質(zhì)組分、碳酸鹽膠結(jié)物和不穩(wěn)定巖屑、云母等都受到了較強(qiáng)的溶蝕作用。如儲(chǔ)層埋深3 250~ 3 600 m深度段方解石和白云石含量明顯減少,自生石英從無到有,含量顯著增加,綠泥石含量顯著增加,反映成巖環(huán)境酸性增強(qiáng)的變化過程。鏡下觀察表明,該區(qū)塊連通性較好的粒間、粒內(nèi)孔隙和裂縫同時(shí)對(duì)物性產(chǎn)生積極影響,構(gòu)成了以孔隙為主,裂縫為輔的儲(chǔ)集系統(tǒng)。如渤深4井埋深4 116.77 m處儲(chǔ)層粒間溶孔、伸長(zhǎng)狀孔隙和粒內(nèi)裂縫均較發(fā)育,有效地改善了儲(chǔ)層物性。

2.3 陡坡-常壓-(中)弱溶蝕-成巖演化模式

2.3.1 中(強(qiáng))壓實(shí)/膠結(jié)-熱液酸性介質(zhì)弱溶蝕模式

埕南斷裂帶沙三段儲(chǔ)層為陡坡-常壓-中壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-熱液酸性介質(zhì)弱溶蝕成巖演化模式(圖6)。砂巖儲(chǔ)層屬長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖,雜基含量?jī)H2%,膠結(jié)物含量高達(dá)20%。原始孔隙度34.3%,現(xiàn)今孔隙度8.78%,保留25.6%的原始孔隙。成巖早期由于儲(chǔ)層雜基含量低,僅遭受中等壓實(shí)作用,保留大量原生孔隙。在隨后的成巖過程中,伴隨有機(jī)質(zhì)的成熟和深部熱流活動(dòng),沿?cái)嗔焉嫌康臒崃黧w與沿?cái)嗔严聺B的大氣淡水在斷層附近的儲(chǔ)層中交匯,造成方解石、鐵白云石、黃鐵礦等膠結(jié)物大量沉淀。在深部熱液的參與下,在酸性環(huán)境中長(zhǎng)石類組分的弱溶蝕增加了部分孔隙空間。

該區(qū)塊沙三段儲(chǔ)層滲透率與孔隙度相關(guān)性不明顯,且滲透率較低,結(jié)合鏡下鑒定和掃描電鏡觀察,認(rèn)為殘留原生粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔和連通性較差的微孔隙是該區(qū)塊主要的儲(chǔ)集空間類型。

圖6 陡坡-常壓-中壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-弱溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.6 The diagenetic evolution mode of normal pressure, moderate compaction,strong cementation and weak dissolution with the thermal fluid medium on the steep slope

2.3.2 強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)中弱溶蝕模式

埕南斷裂帶沙四段、車鎮(zhèn)凹陷沙三-沙四段和民豐地區(qū)沙四下亞段所處的古地形均為陡坡帶,地層壓力為常壓,具有酸性和堿性多重溶解作用,原始孔隙度31.2%~36.6%,視壓實(shí)率24%~63.7%,視膠結(jié)率75.4%~98.4%,視溶蝕率介于14.6%~41.4%,現(xiàn)今孔隙度4.1%~6.51%,屬濟(jì)陽坳陷古近系深部碎屑巖儲(chǔ)層中物性最差的一類,可歸納為陡坡-常壓-強(qiáng)膠結(jié)-中/弱溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式(圖7)。

圖7 陡坡-常壓-強(qiáng)膠結(jié)-中/弱溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式圖Fig.7 The diagenetic evolution modes of normal pressure,strong cementation and moderate or weak dissolution with themultiplemedium on the steep slopes

遵循該模式的儲(chǔ)層共同的成巖場(chǎng)特征是常壓,受巖石組分的影響,早期壓實(shí)作用程度差別較大,如埕南斷裂帶沙四段儲(chǔ)層雜基平均含量13.5%,為各區(qū)塊中最高的,壓實(shí)作用較強(qiáng)。儲(chǔ)層附近的深大斷裂一方面作為深部烴類等熱流體的主要垂向運(yùn)移通道,同時(shí)又為大氣淡水下滲創(chuàng)造了有利條件,兩種性質(zhì)不同的流體沿?cái)鄬用嫦嘞蜻\(yùn)移而發(fā)生混合,由于流體溫壓條件和化學(xué)性質(zhì)的突然改變,必然導(dǎo)致膠結(jié)物的大規(guī)模沉淀,使儲(chǔ)層遭受強(qiáng)烈的膠結(jié)作用。同時(shí)構(gòu)造活動(dòng)造成脆性組分的破裂,形成裂縫,溝通了儲(chǔ)集空間。另外沙四段鹽度較高的沉積水體為后期的堿性成巖介質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ),也成為該類儲(chǔ)層普遍遭受強(qiáng)烈膠結(jié)作用和多重介質(zhì)溶解作用的原因之一。

根據(jù)各區(qū)塊各層段具體成巖改造過程可將埕南斷裂帶沙四段、民豐沙四下亞段儲(chǔ)層和車鎮(zhèn)陡坡帶沙三-沙四段可分別歸納為較強(qiáng)壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)中溶蝕(圖7A)、較強(qiáng)壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)弱溶蝕(圖7B)和弱/中壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)弱溶蝕二級(jí)成巖演化模式(圖7C,D)。

3 影響儲(chǔ)層孔隙-成巖演化的主要因素

3.1 層位和埋深

3.1.1 沙三段

濟(jì)陽坳陷沙三段儲(chǔ)層埋深較淺,成巖演化程度也較淺,具有原始物性好,現(xiàn)今孔隙度高的特點(diǎn)(表1)。例如各重點(diǎn)區(qū)塊原始孔隙度由高到低排序?yàn)?渤南斷裂帶-孤西斷裂帶-車鎮(zhèn)緩坡帶-勝坨地區(qū)-埕南斷裂帶-渤南深洼陷-車鎮(zhèn)陡坡帶,現(xiàn)今孔隙度由高到低排序?yàn)?車鎮(zhèn)緩坡帶-孤西斷裂帶-渤南斷裂帶-渤南深洼陷-勝坨地區(qū)-埕南斷裂帶-車鎮(zhèn)陡坡帶。兩者排序具有相對(duì)的統(tǒng)一性,表明現(xiàn)今物性明顯主要受原始物性控制,即沉積作用對(duì)沙三段儲(chǔ)層物性具有主導(dǎo)控制作用。

3.1.2 沙四段

同沙三段相比,沙四段儲(chǔ)層埋藏較深,成巖作用程度較強(qiáng)(表1)。沙四段儲(chǔ)層原始孔隙度由高到低排序?yàn)?民豐地區(qū)-渤南斷裂帶-車鎮(zhèn)緩坡帶-勝坨地區(qū)-埕南斷裂帶-車鎮(zhèn)陡坡帶-渤南深洼陷;現(xiàn)今孔隙度由高到低排序?yàn)?勝坨地區(qū)-渤南斷裂帶-渤南深洼陷-車鎮(zhèn)緩坡帶-埕南斷裂帶-民豐地區(qū)-車鎮(zhèn)陡坡帶,原始孔隙度和現(xiàn)今孔隙度高低排序沒有呈現(xiàn)出相對(duì)的同一性,表明沉積作用對(duì)研究區(qū)沙四段儲(chǔ)層的現(xiàn)今物性影響不大。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),同為沙四段儲(chǔ)層,在同樣的構(gòu)造位置和壓力背景下,由于埋深差異,成巖改造歷史會(huì)有明顯差別。如民豐洼陷和車鎮(zhèn)凹陷沙四段儲(chǔ)層,同為陡坡帶,同為正常地層壓力背景,但由于埋深差異,遭受的壓實(shí)作用程度不同,進(jìn)而影響到其它成巖事件,最終對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生影響。具體來說,民豐洼陷沙四下亞段儲(chǔ)層底部埋深超過5 600 m,盡管原始孔隙度高達(dá)36.6%,但持續(xù)的深埋使其遭受較強(qiáng)壓實(shí)的作用;同一層位的車鎮(zhèn)凹陷沙四段儲(chǔ)層,原始孔隙度僅有32.7%,最大埋深在4 700～4 800 m,僅遭受中等強(qiáng)度的壓實(shí)作用;壓實(shí)作用后兩者后者的孔隙度反超前者。

3.2 構(gòu)造

對(duì)濟(jì)陽坳陷深層主力層位沙三-沙四段各主要構(gòu)造區(qū)塊儲(chǔ)層的孔隙發(fā)育和成巖改造歷史進(jìn)行定量計(jì)算的結(jié)果表明,東營(yíng)凹陷陡坡帶勝坨地區(qū)沙三-沙四段、渤南斷裂帶沙三-沙四段和車鎮(zhèn)緩坡(洼陷)帶沙三段具有類似的孔隙發(fā)育和成巖改造歷史,同為弱陡坡/緩坡-中/強(qiáng)超壓-中/較強(qiáng)壓實(shí)-較強(qiáng)膠結(jié)-多重介質(zhì)中溶蝕成巖演化模式;東營(yíng)北帶民豐洼陷、埕南斷裂帶及車鎮(zhèn)陡坡帶沙四段孔隙演化史與成巖改造史較為接近,遭受陡坡-常壓-較強(qiáng)壓實(shí)-強(qiáng)膠結(jié)-中/弱溶蝕成巖改造作用,現(xiàn)今孔隙度在研究區(qū)各構(gòu)造區(qū)帶中最低。上述孔隙發(fā)育與成巖演化模式具有構(gòu)造位置上的相對(duì)統(tǒng)一性,反映了構(gòu)造對(duì)地層壓力和儲(chǔ)層成巖改造的主導(dǎo)性影響。

3.3 地層壓力

從表1可以看出,同為沙三段儲(chǔ)層,具有超壓條件的東營(yíng)北帶勝坨地區(qū)、渤南斷裂帶和車鎮(zhèn)緩坡(洼陷)帶儲(chǔ)層物性比常壓條件下的埕南斷裂帶和車鎮(zhèn)陡坡帶好,表明異常高地層壓力對(duì)儲(chǔ)層成巖改造具有積極影響。

同為沙四段儲(chǔ)層,具有中等超壓條件的渤南斷裂帶和勝坨地區(qū)物性條件最好;其次為中弱超壓條件的渤南深洼陷帶;車鎮(zhèn)緩坡(洼陷)帶目前為中/強(qiáng)超壓,但早期遭受了強(qiáng)壓實(shí)作用,盡管后期溶蝕作用強(qiáng)烈,目前孔隙度僅為8%,結(jié)合前人對(duì)該凹陷壓力史研究成果,認(rèn)為晚期超壓對(duì)儲(chǔ)層物性原始孔隙度保存和物性改善影響不明顯。民豐洼陷、埕南斷裂帶和車鎮(zhèn)陡坡帶沙四段儲(chǔ)層為正常地層壓力,壓實(shí)作用和膠結(jié)作用強(qiáng)烈,溶解作用中等-弱,現(xiàn)今孔隙度在各區(qū)帶中最低。

綜上所述,中等異常高地層壓力對(duì)儲(chǔ)層原始物性保存和進(jìn)一步改造意義較大。早期超壓對(duì)儲(chǔ)層原始物性的保存和改善具有積極影響;晚期超壓對(duì)儲(chǔ)層物性的成巖改造作用不大。

3.4 深部熱液

深部熱液對(duì)儲(chǔ)層成巖改造的積極影響顯而易見,如渤南深洼陷帶沙三段和孤西斷裂帶沙三段儲(chǔ)層具有明顯的熱液活動(dòng)證據(jù)[5],這兩個(gè)區(qū)塊盡管地層壓力僅為弱/常壓,早期壓實(shí)作用較強(qiáng)-強(qiáng),但溶蝕作用非常強(qiáng)烈,儲(chǔ)層現(xiàn)今孔隙度均值高于同層段其他區(qū)塊。又如同為常壓地層,具有深部熱液活動(dòng)的埕南斷裂帶沙三段儲(chǔ)層膠結(jié)作用明顯弱于無熱液活動(dòng)的車鎮(zhèn)陡坡帶沙三段儲(chǔ)層,現(xiàn)今孔隙度明顯好于后者。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),深部熱液對(duì)儲(chǔ)層成巖演化是否具有積極影響與熱液進(jìn)入儲(chǔ)層時(shí)成巖介質(zhì)的酸堿性關(guān)系密切。儲(chǔ)層為酸性介質(zhì)環(huán)境時(shí)熱液侵入,不但可以產(chǎn)生碎裂紋,還可以促進(jìn)酸溶性礦物的進(jìn)一步溶解而擴(kuò)大孔隙空間,如上述渤南深洼陷帶沙三段和孤西斷裂帶沙三段儲(chǔ)層。儲(chǔ)層成巖介質(zhì)為堿性時(shí)熱液侵入,雖然能產(chǎn)生碎裂,但酸性熱液與堿性成巖介質(zhì)中和造成膠結(jié)物大量沉淀,不利于儲(chǔ)層成巖改造,如渤南斷裂帶和勝坨地區(qū)沙四段儲(chǔ)層同為中超壓地層壓力,前者原始孔隙度高于后者的條件下,在堿性環(huán)境下的熱液活動(dòng)使渤南斷裂帶現(xiàn)今孔隙度明顯低于無熱液活動(dòng),堿性成巖作用明顯的勝坨地區(qū)。

3.5 多重成巖環(huán)境

結(jié)合前文研究成果,并比較各類成巖演化模式的原始孔隙度保存率(現(xiàn)今孔隙度/原始孔隙度,以下簡(jiǎn)稱?？茁?可以發(fā)現(xiàn),具有酸堿交替的多重成巖環(huán)境的儲(chǔ)層盡管在垂向上發(fā)育多個(gè)次生孔隙帶,但性質(zhì)不同的流體混合也造成了膠結(jié)物的大量沉淀,儲(chǔ)層多為較強(qiáng)-強(qiáng)膠結(jié)和中-弱溶蝕,保孔率比相同構(gòu)造背景和溫壓條件下的酸性成巖環(huán)境低5%以上。如勝坨地區(qū)沙三-沙四段和渤南斷裂帶沙四段儲(chǔ)層經(jīng)歷多重成巖介質(zhì),膠結(jié)作用較強(qiáng),溶蝕作用中等,孔隙度保存率不超過35%;而類似構(gòu)造背景和超壓條件的車鎮(zhèn)緩坡帶沙三段和渤南斷裂帶沙三段儲(chǔ)層主要經(jīng)歷酸性成巖環(huán)境,溶蝕作用更為強(qiáng)烈,現(xiàn)今孔隙度均在14%以上,孔隙度保存率超過40%。埕南斷裂和民豐洼陷沙四段、車鎮(zhèn)陡坡沙三-沙四段儲(chǔ)層均經(jīng)歷多重成巖介質(zhì),不論早期壓實(shí)作用是否強(qiáng)烈,均遭受強(qiáng)膠結(jié)作用,溶蝕作用較弱,現(xiàn)今孔隙度在濟(jì)陽坳陷各區(qū)塊中最低,孔隙保存率也最低。

4 結(jié)論

濟(jì)陽坳陷古近系深部碎屑巖儲(chǔ)層主要受其所處構(gòu)造背景、地層壓力和流體環(huán)境的影響,發(fā)育6種成巖演化模式。弱陡坡/緩坡構(gòu)造背景條件下發(fā)育早期中強(qiáng)超壓-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式和晚期中強(qiáng)超壓-(較)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-酸性介質(zhì)成巖演化模式,超壓形成的早晚是影響儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)弱的主要因素,而流體環(huán)境的差異與構(gòu)造背景的差異有關(guān)。深洼陷發(fā)育弱超壓/常壓-(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式和中弱超壓-較強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式,熱液活動(dòng)加強(qiáng)了成巖流體對(duì)酸溶性組分的溶解,是該類孔隙-成巖演化模式的主要影響因素。處于陡坡常壓條件下的深層碎屑巖發(fā)育(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-弱溶蝕-熱液酸性介質(zhì)和強(qiáng)膠結(jié)-中弱溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式,早期沉積水體、后期成巖水體以及兩者混合造成的多重介質(zhì)是其主要影響因素。

綜合分析認(rèn)為,層位和埋深是深部?jī)?chǔ)層遭受成巖改造程度強(qiáng)弱的首要控制因素;構(gòu)造位置是影響成巖壓力場(chǎng)和流體場(chǎng)的基本前提;在不同的流體場(chǎng)背景中,深部熱液對(duì)儲(chǔ)層演化會(huì)不同影響:促進(jìn)酸性成巖場(chǎng)中酸溶性礦物的溶蝕,有利于次生孔隙發(fā)育,中和堿性成巖環(huán)境,造成大量膠結(jié)物沉淀,損害儲(chǔ)層物性;酸堿交替的多重成巖環(huán)境增加了次生孔隙帶個(gè)數(shù)和次生孔隙垂向分布,但原始孔隙度保存率比以酸性介質(zhì)為主的成巖環(huán)境低5%以上。計(jì)算結(jié)果表明,弱陡坡/緩坡-早期中強(qiáng)超壓-中強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)/溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式和深洼陷-弱超壓/常壓-(中)強(qiáng)壓實(shí)/膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕-熱液酸性介質(zhì)成巖演化模式儲(chǔ)層孔隙度保存率較其它成巖演化模式為高;陡坡-常壓-強(qiáng)膠結(jié)-中弱溶蝕-多重介質(zhì)成巖演化模式儲(chǔ)層孔隙度保存率在各成巖演化模式中最低。

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Diagenetic Evolution M odes of the Deep Formation of Jiyang Sub-basin,Paleogene

YUAN Jing1YUAN Ling-rong2YANG Xue-jun3LIChun-tang1
(1.China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555; 2.CNOOC Zhanjing Branch,Zhanjing,Guangdong 524057; 3.Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000)

The diagenetic evolution modes of clastic rocks in deep formation of Paleogene in themain areas of Jiyang sub-basin are researched through thin-section analysis,scan electricitymicroscope observation,Ro test,and reservoir physical parameters analyses,etc and combining histories of tectonic development.It is recognized that there are six types of diagenetic evolutionmodesmainly affected by tectonic setting,reservoir pressure and fluid environment in it.There are earlymoderate-strong overpressure,moderate-strong compaction,cementation and dissolution with themultiplemedium diagenetic evolutionmode and the diagenetic evolutionmode of latemoderate-strong overpressure,strong compaction,cementation and strong dissolution with acidic medium on the weak steep slopes or gentle slopes.The strength of reservoir compaction ismainly affected by the formation time of the overpressure and the fluid environments are controlled by different tectonic setting in these cases.There are diagenetic evolution mode of normal pressure or weak overpressure,moderate-strong compaction,cementation and strong dissolution with the acidic thermal fluid and diagenetic evolutionmode ofweak-moderate overpressure,little strong compaction and cementation and strong dissolution with the acidic thermal fluid in the deep sags.Thermal fluid which enhances the dissolution of acid soluble components is the main influencing factor of these diagenetic evolution modes.There are diagenetic evolution mode of moderate-strong compaction,cementation and weak dissolution with acdic medium and diagenetic evolution mode of strong cementation,weakmoderate dissolution withmultiplemedium in normal pressure condition on the steep slopes.Themultiplemedium which results from early deposition water,late diagenetic water and mixture of both is themain influencing factor in these cases.It's considered that the stratum and buried depth is the primary factor of the diagenetic alteration of the deep formation in Jiyang sub-basin,Paleogene,and the tectonic position is the basic premise of diagenetic pressure and fluid field characteristic.The deep thermal fluid has different effects on reservoir evolution in different fluid fields.Multiple diagenetic environment of acid-alkaline alternating increases the number of secondary porosity and affects vertical distribution of secondary porosity,but preservation rate of the original porosity inmultiple diagenetic environment ismore than 5%lower than that in acidic diagenetic environment.

diagenetic evolution mode;secondary pore;influencing factor;deep formation;Paleogene;Jiyang subbasin

袁靜 女 1972年出生 教授 儲(chǔ)層沉積學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué) E-mail:drjyuan@163.om

P558.2

A

1000-0550(2012)02-0231-09

2011-01-20;收修改稿日期:2011-03-22