松遼盆地南部GD區(qū)泉四段儲層孔隙成因類型及控制因素分析

鄧永輝，陳開遠，林易兵，常春英，黃 鑫，肖 鵬

（1.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京100083；2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原138000）

松遼盆地南部GD區(qū)泉四段儲層孔隙成因類型及控制因素分析

鄧永輝1，陳開遠1，林易兵1，常春英2，黃 鑫1，肖 鵬1

（1.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京100083；2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原138000）

針對松遼盆地南部GD區(qū)泉四段儲層巖石學特征、微觀孔隙成因類型及控制因素認識不清等問題，綜合運用鑄體薄片、掃描電鏡、黏土礦物分析等資料，對泉四段砂巖儲層微觀孔隙類型及其成因控制因素進行了詳細研究。結(jié)果表明：泉四段儲層砂巖主要發(fā)育壓實剩余孔隙、膠結(jié)剩余孔隙、粒間溶蝕孔隙和粒內(nèi)溶蝕孔隙，其中粒間溶蝕孔主要由粒間雜基及膠結(jié)物、長石及巖屑邊緣溶蝕形成，粒內(nèi)溶蝕孔主要由長石粒內(nèi)溶蝕或巖屑內(nèi)部易溶組分溶蝕形成，局部層段發(fā)育的少量構(gòu)造裂縫對儲層儲集物性的改造具有一定作用?，F(xiàn)今儲層發(fā)育的孔隙類型受沉積和成巖作用雙重控制，低能淺水三角洲沉積環(huán)境決定了該區(qū)具有細粒、多泥質(zhì)的儲層巖石學特征及較差的原生孔隙發(fā)育特點；壓實作用決定了壓實剩余孔隙的大小和發(fā)育程度；膠結(jié)作用是破壞原生孔隙的主要因素，而碳酸鹽膠結(jié)作用為后期溶蝕孔隙的形成提供了物質(zhì)基礎；溶蝕作用極大地改善了該區(qū)儲層的孔隙性。系統(tǒng)分析大量薄片和掃描電鏡資料，首次明確GD區(qū)泉四段砂巖為混合成因孔隙類型儲層，孔隙以剩余粒間孔為主，后期形成的溶蝕孔對儲層物性的改善具有極其關(guān)鍵的作用，廣泛發(fā)育的雜基內(nèi)微孔對儲層物性貢獻不大。

孔隙成因類型；控制因素；泉四段；GD區(qū)；松遼盆地南部

0 引言

GD區(qū)位于松遼盆地南部、中央坳陷區(qū)華字井階地中部、孤店構(gòu)造西部，東為登婁庫背斜，西鄰長嶺凹陷。松遼盆地中、新生代構(gòu)造演化經(jīng)歷了伸展斷陷、坳陷、構(gòu)造反轉(zhuǎn)和新生代斷坳等4個階段［1-2］。發(fā)育于坳陷階段的泉四段地層自下而上經(jīng)歷了三角洲平原、三角洲前緣及濱淺湖沉積環(huán)境，整體為一個淺湖—三角洲沉積體系［3］（圖1）。泉四段地層沉積組合自下而上一直以“基準面相對上升”為基本特征，并在此基礎上發(fā)育了一系列的“水進型”沉積組合［3］。針對這一沉積演化特征，筆者采用分級控制、旋回對比的方法，自頂?shù)降讓⑵鋭澐譃?個砂組（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ）及12個小層（Ⅰ1，Ⅰ2，Ⅰ3，Ⅰ4，Ⅱ1，Ⅱ2，Ⅱ3，Ⅲ1，Ⅲ2，Ⅲ3，Ⅳ1，Ⅳ2）。

圖1 GD區(qū)第Ⅰ4小層沉積相圖及取樣井位分布圖Fig.1 Sedim entary faciesof theⅠ4sublayer and the sampledwelldistribution in GD area

GD區(qū)泉四段儲層巖性主要為粉砂巖，其次為細砂巖和少量泥質(zhì)粉砂巖，孔隙度為5%～15%，平均為8.9%，滲透率為0.05～0.50mD，平均為0.17mD。參考中國中東部陸相油田儲層分類標準［4］，該區(qū)泉四段屬于典型的特低孔、特低滲儲層。目前，該區(qū)未進行過系統(tǒng)的儲層微觀特征研究，儲層孔隙成因認識不清，儲層特征與油水分布、產(chǎn)能的關(guān)系也不明確，嚴重制約了下一步油氣勘探開發(fā)方案的部署。因此，筆者在沉積相研究的基礎上，綜合運用鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞曲線和黏土礦物分析等資料，系統(tǒng)分析了泉四段儲層發(fā)育的微觀孔隙類型及其成因特征，按成因?qū)游⒂^孔隙進行分類，并分析其控制因素，進而明確該區(qū)儲層微觀孔隙的成因特征，為下一步油氣勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 儲層巖石學特征

通過對GD區(qū)18口井泉四段地層60個巖石樣品黏土礦物分析數(shù)據(jù)和87個樣品的鑄體薄片及40個樣品的掃描電鏡資料分析認為，泉四段儲層巖石類型為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，砂巖成分成熟度較低，長石類型以鉀長石為主，質(zhì)量分數(shù)為25%～40%，平均為23.8%；斜長石次之，質(zhì)量分數(shù)為5%～15%，平均為10.7%。巖屑類型主要為火成巖，沉積巖和變質(zhì)巖巖屑少見。黏土礦物主要為伊/蒙混層，質(zhì)量分數(shù)占總黏土礦物的39.3%，其次為綠/蒙混層，質(zhì)量分數(shù)為25.9%，伊利石、高嶺石和綠泥石含量較少（圖2、表1）。巖石粒度普遍較細，顆粒粒徑（Φ）主要為2.75～3.25，以細粒、極細粒砂巖為主，含少量中粒砂巖（圖2）；分選中等—好，磨圓度為次棱角狀；顆粒間以點—線接觸為主，少見凹凸接觸；膠結(jié)類型主要為孔隙式，其次為接觸式，少見基底式和鑲嵌式膠結(jié)?？傮w上，GD區(qū)泉四段儲層巖石表現(xiàn)為成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度中等的特征。

圖2 GD區(qū)泉四段儲層巖性三角圖Fig.2 Petrologic featuresof the fourthmember ofQuantou Formation in GD area

表1 GD區(qū)泉四段儲層黏土礦物質(zhì)量分數(shù)表Table1 C laym ineral content of the four thm ember of Quantou Formation in GD area

2 儲層微觀孔隙類型

筆者對研究區(qū)18口井87個樣品鑄體薄片和40個樣品的掃描電鏡分析資料進行統(tǒng)計分析，按成因?qū)⑷亩蝺涌紫斗譃樵痛紊鷥纱箢悾ū?）。其中原生孔隙主要為原始粒間孔經(jīng)過壓實作用和膠結(jié)作用保存下來的剩余粒間孔隙及雜基內(nèi)的微孔；次生孔隙包括長石、巖屑中的易溶組分及碳酸鹽膠結(jié)物受溶蝕作用形成的溶蝕孔隙、膠結(jié)和重結(jié)晶作用形成的晶間微孔及構(gòu)造應力成因的微裂縫。

表2 GD區(qū)泉四段儲層發(fā)育的孔隙類型及特征Table 2 The reservoir pore typesand featuresof the fou rthmem ber of Quantou Formation in GD area

2.1 原生孔隙

受沉積環(huán)境及成巖作用的影響，GD區(qū)泉四段儲層原生粒間孔不發(fā)育，壓實剩余孔和膠結(jié)剩余孔較發(fā)育。

壓實剩余孔隙顆粒邊緣輪廓清晰，顆粒表面沒有或者很少有雜基和膠結(jié)物充填，石英、長石顆粒未見明顯次生加大（圖版Ⅰ-1）。與壓實剩余孔相比，膠結(jié)剩余孔顆粒間存在碳酸鹽及黏土膠結(jié)物和自生石英顆粒（圖版Ⅰ-2），石英顆粒存在明顯的次生加大邊，顆粒邊緣平滑完整，未見溶蝕現(xiàn)象（圖版Ⅰ-1）。

2.2 次生孔隙

GD區(qū)泉四段砂巖儲層次生孔隙類型主要有粒間溶蝕孔隙、粒內(nèi)溶蝕孔隙、晶間微孔隙和微裂縫，其中粒間溶蝕孔隙和粒內(nèi)溶蝕孔隙所占比重較大，對儲層物性的改善具有重要作用（圖版Ⅰ）。

2.2.1 粒間溶蝕孔隙

粒間溶蝕孔隙主要由巖石顆粒邊緣被部分溶蝕、顆粒間填隙物被部分或者全部溶蝕而形成的孔隙空間［4］。薄片觀察和掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，GD區(qū)泉四段砂巖普遍見有長石顆粒邊緣被溶蝕（圖版Ⅰ-1）和長石淋濾溶蝕（圖版Ⅰ-3）形成的大量粒間溶蝕孔隙，偶見巖屑邊緣溶蝕，被溶蝕的顆粒邊緣凹凸不平，比未被溶蝕的顆粒邊緣粗糙（圖版Ⅰ-4）。顆粒間填隙物中的微晶碳酸鹽顆粒和片鈉鋁石被溶蝕后形成雜基內(nèi)微孔（圖版Ⅰ-4），在研究層段普遍發(fā)育，但單個孔隙直徑小，連通性差，對儲集物性貢獻不大。

2.2.2 粒內(nèi)溶蝕孔隙

GD區(qū)粒內(nèi)溶蝕孔隙主要包括長石顆粒的粒內(nèi)溶蝕孔和少量巖屑內(nèi)部不穩(wěn)定組分溶蝕形成的粒內(nèi)溶蝕孔。長石由于解理發(fā)育，容易形成沿解理面的溶蝕，從而形成較大規(guī)模的粒內(nèi)溶蝕孔隙［4］（圖版Ⅰ-5）?；鸪蓭r巖屑中的鉀長石等易溶組分在流體的作用下溶蝕形成粒內(nèi)溶蝕孔，其孔隙形狀及分布不規(guī)則［4］。

2.2.3 晶間微孔隙

GD區(qū)晶間微孔主要為粒間碳酸鹽膠結(jié)物和自生石英晶體間的孔隙，數(shù)目較少，且該類孔隙喉道較細，連通性差，對儲層物性貢獻較小（圖版Ⅰ-2）。

2.2.4 微裂縫

GD區(qū)泉四段發(fā)育少量微裂縫和大量因構(gòu)造作用形成的高角度裂縫。在部分鑄體薄片上見到的微裂縫，多順層發(fā)育，未見明顯切割巖石顆粒的現(xiàn)象，裂縫基本被黏土雜基充填，對儲層物性的改善不明顯（圖版Ⅰ-6）。成像測井顯示該區(qū)發(fā)育大量高角度裂縫，這些裂縫可以極大地改善低滲儲層的儲集物性（圖3）。

對GD區(qū)238塊鑄體薄片及巖石薄片進行觀察統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，泉四段儲層主要孔隙類型有殘余粒間孔隙和溶蝕孔隙（圖版Ⅰ-6～Ⅰ-8），雜基內(nèi)微孔雖然占有一定比重，但由于其孔隙直徑小，連通性差，對儲層物性的貢獻不大。

圖3 沉積微相與孔隙成因類型及物性、含油性對比Fig.3 Com parison of sedim entarym icrofacies,genetic typesof pores,physical propertiesand oiliness

3 儲層孔隙成因類型控制因素分析

儲層的微觀孔隙類型受多種因素影響，既決定于儲層形成的沉積環(huán)境，也受控于儲層巖石所經(jīng)歷的成巖作用類型［5-6］。大量巖心、鑄體薄片及掃描電鏡等資料分析表明，決定GD區(qū)泉四段儲層孔隙類型的主要因素是沉積作用和成巖作用，后期的構(gòu)造作用也對儲層微觀結(jié)構(gòu)具有一定影響。

3.1 沉積作用對微觀孔隙成因類型的影響

沉積物源、水動力等因素決定巖石的礦物組成、粒度、分選和磨圓，進而決定儲層原始孔隙結(jié)構(gòu)特征［6］。GD區(qū)泉四段砂巖形成于淺水三角洲沉積環(huán)境，低能的淺水沉積環(huán)境決定了該區(qū)儲層細粒、富泥的巖石學特征［3］。泉四段Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ砂組的三角洲平原河道環(huán)境水動力條件相對較強，顆粒分選中等，淘洗干凈，泥質(zhì)含量較少，儲層原生粒間孔隙較發(fā)育；Ⅰ砂組的三角洲平原沉積環(huán)境由于水動力條件較弱，巖石粒度變細，泥質(zhì)含量增加，原生孔隙發(fā)育變差，主要發(fā)育雜基內(nèi)微孔隙（圖3）。

3.2 成巖作用對微觀孔隙成因類型的影響

巖石沉積以后所經(jīng)歷的成巖作用可以完全改變其原始孔隙結(jié)構(gòu)，對儲層孔隙類型具有決定性作用［7］。成巖作用對孔隙的影響可以分為破壞性和建設性2種［7-9］，如壓實和膠結(jié)作用可以減小孔隙和喉道的直徑，使儲層孔隙度減小，連通性變差［10］；溶蝕作用則可以大大增加儲層孔隙空間，改善儲層物性。對鑄體薄片觀察統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，GD區(qū)泉四段儲層處于早成巖B期—中成巖A期階段［3］，經(jīng)歷的成巖作用類型主要有壓實、膠結(jié)及溶蝕作用，其中壓實和膠結(jié)作用對該區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)具有破壞性作用，可以部分甚至完全破壞儲層原生孔隙；溶蝕作用則對儲層孔隙起建設性作用，是儲層次生孔隙形成的主要控制因素。

3.2.1 壓實作用

整體上GD區(qū)泉四段儲層巖石埋深較淺，壓實程度中等—弱，隨深度的增加壓實程度增強（圖版Ⅰ-7～Ⅰ-9）。泉四段Ⅰ，Ⅱ砂組壓實作用較弱，顆粒以點接觸為主，1 600m以下壓實作用增強（圖4），顆粒以點—線接觸為主，少數(shù)薄片可見顆粒半定向排列和云母塑性變形；由于Ⅰ砂組巖石粒度細，泥質(zhì)含量高，抗壓能力差，經(jīng)過壓實作用后，塑性雜基被大量擠入原生孔隙，致使原生孔隙破壞。泉四段Ⅲ，Ⅳ砂組三角洲平原河道砂巖粒度相對較粗，分選較好，剛性顆粒含量高，抗壓能力較Ⅰ砂組巖石明顯變強，經(jīng)過壓實后，原生孔隙直徑減小，形成較多殘余粒間孔隙。泉四段下部儲層雖然埋深大，但由于巖石組分差異的影響，使其較上部巖石受壓實作用的影響較小，粒間孔隙保存更好。

圖4 GD區(qū)泉四段儲層巖石顆粒接觸關(guān)系圖Fig.4 The rock particles contract typesof the fourth m ember of Quan tou Formation in GD area

3.2.2 膠結(jié)作用

GD區(qū)大量薄片鑒定結(jié)果和掃描電鏡資料分析表明，泉四段砂巖儲層發(fā)育碳酸鹽、硅質(zhì)、自生黏土礦物、濁沸石和長石膠結(jié)，但以黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)為主。該區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物質(zhì)量分數(shù)為0～30.1%，平均為11.1%，且主要為早期方解石膠結(jié)和少量白云石膠結(jié)，其膠結(jié)物結(jié)晶程度較差，主要為微晶方解石充填于原生粒間孔隙內(nèi)，大大減小了原生粒間孔隙，但也為后期的進一步溶蝕提供了物質(zhì)條件（圖版Ⅰ-10）。晚期鐵方解石和鐵白云石膠結(jié)較少見。

X衍射及掃描電鏡資料分析表明：GD區(qū)發(fā)育伊利石、綠泥石、高嶺石、蒙脫石及混層黏土礦物膠結(jié)物，以伊/蒙混層膠結(jié)為主；黏土礦物大量附著于顆粒表面或者充填于孔隙內(nèi)，減小了儲層巖石孔隙空間，堵塞了喉道，對儲層物性具有破壞作用（圖版Ⅰ-2）；粒間高嶺石等亮晶膠結(jié)物之間形成的許多晶間微孔，對儲層孔隙具有一定的建設性?？傮w上黏土礦物膠結(jié)對GD區(qū)泉四段儲層孔隙起破壞性作用。

硅質(zhì)膠結(jié)和長石膠結(jié)的主要表現(xiàn)形式為石英和長石的次生加大。GD區(qū)長石加大少見，石英加大多發(fā)育Ⅰ期自生加大，少見Ⅱ期以上加大現(xiàn)象（圖版Ⅰ-11），主要存在于下部的Ⅲ，Ⅳ砂組中，這主要是因為Ⅲ，Ⅳ砂組壓實作用相對較強，且綠泥石不發(fā)育，未能在石英顆粒表面形成綠泥石薄膜來阻斷石英次生加大現(xiàn)象的發(fā)生。雖然該區(qū)石英自生加大不強烈，但對于低孔隙度儲層來說，其對孔隙結(jié)構(gòu)的影響仍然不容忽視。

3.2.3 溶蝕作用

溶蝕作用對GD區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)的后期改造起到了至關(guān)重要的作用。該區(qū)儲層巖石雜基含量高，原始粒間孔隙和儲集性能都較差，后期的溶蝕作用大大改善了其儲集性能。該區(qū)的溶蝕作用類型有長石溶蝕、巖屑和碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕（圖版Ⅰ-12）。其中長石溶蝕對儲層次生孔隙的形成貢獻最大，巖屑和膠結(jié)物溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙數(shù)量有限，對儲層孔隙貢獻較小。

長石溶蝕在該區(qū)普遍發(fā)育，并主要沿解理面溶蝕。鑄體薄片上常見有長石顆粒部分或全部溶蝕形成鑄?？紫叮▓D版Ⅰ-4），大大增加了儲層的有效儲集空間。

GD區(qū)火成巖巖屑中的易溶碳酸鹽組分被溶蝕形成粒內(nèi)溶蝕孔隙，其孔隙分布不均，形狀不規(guī)則。由于巖屑的溶蝕量遠比長石低，其對儲層孔隙的貢獻遠不及長石溶蝕作用。

膠結(jié)物溶蝕多見于顆粒間微晶方解石的溶蝕。由于GD區(qū)泉四段儲層雜基含量高，方解石膠結(jié)物多為微晶結(jié)構(gòu)，與泥質(zhì)混雜在一起，溶蝕后形成大量微孔隙，孔隙直徑小，連通性差，可增加儲層孔隙度，但對于儲層滲透率的改善并不明顯。

3.3 構(gòu)造作用對微觀孔隙成因類型的影響

對鑄體薄片進行觀察發(fā)現(xiàn)，GD區(qū)泉四段見有因構(gòu)造應力和壓實作用形成的微裂縫（參見圖3）。構(gòu)造成因微裂縫主要發(fā)育在Ⅱ，Ⅲ砂組中，該類裂縫發(fā)育數(shù)量較少（其占孔隙比例如表2所列），主要為晚期成巖以后受構(gòu)造擠壓而形成。Ⅱ，Ⅲ砂組時期該區(qū)為三角洲平原沉積環(huán)境，地層泥質(zhì)含量較Ⅰ砂組少，巖石脆性較好，有利于構(gòu)造裂縫的發(fā)育。對于超低滲儲層而言，即使非常少量的裂縫對于儲層滲透率的改善仍然具有非常重要的意義。

壓實作用產(chǎn)生的裂縫多順層發(fā)育，延伸規(guī)模較小，形成于成巖作用階段，大多被方解石和黏土礦物充填，對儲層貢獻不大（圖版Ⅰ-6）。

4 結(jié)論

（1）GD區(qū)泉四段儲層發(fā)育的孔隙類型有剩余粒間孔、溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔及雜基內(nèi)微孔。其中以剩余粒間孔、溶蝕粒間孔和溶蝕粒內(nèi)孔為主，雜基內(nèi)微孔對儲層儲集空間貢獻不大。

（2）GD區(qū)儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型受沉積和成巖作用雙重控制，低能淺水三角洲沉積環(huán)境決定了該區(qū)儲層原生粒間孔隙發(fā)育極差，后期的溶蝕作用極大地改善了儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)和儲層物性。

（3）受沉積環(huán)境及儲層巖石組分差異的影響，泉四段Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ砂組儲層微觀孔隙受壓實作用影響較Ⅰ砂組弱，Ⅰ砂組由于雜基含量高，抗壓能力差，壓實作用對其原生孔隙結(jié)構(gòu)破壞更嚴重。

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圖版Ⅰ

（本文編輯：楊琦）

Reservoir pore typesand controlling factorsof the fourthmem ber of Quantou Form ation in GD area,southern Songliao Basin

DENG Yonghui1，CHEN Kaiyuan1，LIN Yibing1，CHANGChunying2，HUANG Xin1，XIAO Peng1
（1.Schoolof Energy Resources，China University ofGeosciences，Beijing100083，China；2.Research Instituteof Exploration and Development，PetroChina Jilin Oilfield Company，Songyuan 138000，Jilin，China）

In the view ofproblems that reservoir petrologic characteristics,microscopic pore genetic typesand their controlling factorshavenotbeen researched clearly in the fourthmember of Lower CretaceousQuantou Formation in GD area,southern Songliao Basin,by comprehensive application of the data of thin section,scanning electron microscopeand claymineral,thispaper studied the reservoir pore types and controlling factors.The poresofQuan 4 member in GD areaaremainly post compaction residualpores,postcementation residualpores,dissolved intergranular pores and dissolved intragranular pores.The dissolved intergranular pores are formed by the dissolution of intergranularmatrix,cements,feldspar and debris,and the dissolved intragranular pores are formed by internal corrosion of feldsparand eutectic part in debris.Tectonic fractures developed locally are quite important to reservoir physical properties.The present pores genetic types are closely correlative with the depositional environment anddiagenesis.The sedimentary conditions determine its petrologic feature of fine-grained and mud-rich,and further control the reservoir featuresofpore primary pores in thisarea.Compaction isdecisive for the remainingprimary pores sizeand volume,cementation is themain factors for destroying the primary pores,and carbonate cementation provides material base for later dissolution.Dissolved pores formed by dissolution are of very important contribution in enhancing the porosity.Based on theanalysisof rock thin section and scanning electronmicroscope,it is considered that the Quan 4 member belongs to reservoir with mixed pores,remaining primary intergranular pores are the dominated reservoir space,later dissolved pores have a crucial role in improving the reservoir properties,and microporesinmatrixareof little importance for reservoirproperties.

genetic typesofpores；controlling factors；the fourthmember ofQuantou Formation；GD area；southern Songliao Basin

P618.130.2 < class="emphasis_bold">文獻標志碼：A

A

1673-8926（2014）01-0086-06

2013-08-25；

2013-09-22

鄧永輝（1987-），男，中國地質(zhì)大學（北京）在讀碩士研究生，研究方向為沉積學及儲層地質(zhì)學。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學院路29號中國地質(zhì)大學能源學院。E-mail：dengyonghui2011@sina.com。

文章編號：1673-8926（2014）01-0092-04