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    饒陽凹陷古近系成巖作用特征

    2010-01-11 04:06:02許麗麗國景星襲著綱
    沉積與特提斯地質(zhì) 2010年2期
    關(guān)鍵詞:長石方解石成巖

    許麗麗,國景星,張 健,襲著綱,2,張 勇

    (1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555;2.中海油研究中心,北京100027)

    饒陽凹陷古近系成巖作用特征

    許麗麗1,國景星1,張 健1,襲著綱1,2,張 勇1

    (1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555;2.中海油研究中心,北京100027)

    通過 26口井巖石薄片和鑄體薄片的鏡下觀察及 14口井掃描電鏡等資料的分析,對饒陽凹陷古近系碎屑巖儲層的巖石學(xué)特征、成巖作用及成巖相進(jìn)行了研究。研究區(qū)儲層砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低,巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主,磨圓中等,多呈次棱-次圓狀,分選中等偏差。成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用、溶解作用等。中深部儲層的成巖相組合可劃分為膠結(jié)-溶解成巖相、膠結(jié)成巖相、壓實(shí)-膠結(jié)成巖相、膠結(jié)-溶解-交代成巖相 4種類型。

    饒陽凹陷;古近系;巖石學(xué)特征;成巖作用;成巖相

    1 研究區(qū)概況

    饒陽凹陷位于渤海灣裂谷盆地內(nèi)的冀中坳陷中部,是在中國東部中-新生代斷陷盆地背景上發(fā)育起來的單段式箕狀含油凹陷,屬于冀中坳陷一個(gè)次級構(gòu)造單元。該凹陷北接霸縣凹陷,南臨新河凸起,東與獻(xiàn)縣凸起相鄰,西到高陽低凸起,面積約6300km2(圖 1)[1,2]。本文研究的主要是古近系始新統(tǒng)與漸新統(tǒng),包括孔店組、沙河街組、東營組,沉積總厚度達(dá)5000m,根據(jù)沉積環(huán)境可分為辮狀河三角洲相、河流相、湖泊相、沖積扇相等。沉積相與成巖作用是控制油氣儲層物性的兩個(gè)基本因素,儲層物性的好壞最終取決于這兩個(gè)因素之間的組合關(guān)系。

    2 儲層巖石學(xué)特征

    本區(qū) 104個(gè)巖石薄片、147個(gè)掃描電鏡照片的統(tǒng)計(jì)資料表明,研究區(qū)儲層巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主,偶見亞長石砂巖和長石巖屑砂巖 (圖 2)[3~5]。砂巖中石英含量較低,一般在30%~60%之間;長石含量較高,一般在25%~45%之間;巖屑含量普遍較高,平均在10%~20%左右,且?guī)r屑成分復(fù)雜,主要是酸性噴出巖,少量中基性噴出巖、碳酸鹽巖及板巖、千枚巖等變質(zhì)巖;膠結(jié)物主要為碳酸鹽巖,還有少量的硅酸鹽、粘土礦物等。說明研究區(qū)砂巖不穩(wěn)定成分較高,具有較低的成分成熟度。儲層巖石顆粒多呈次棱-次圓狀,磨圓度中等,分選中等偏差,以孔隙式-基底式膠結(jié)為主,顆粒接觸關(guān)系多呈點(diǎn)-線式接觸,孔隙類型主要為粒間孔、溶蝕孔,由此可見研究區(qū)砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度不高。

    3 成巖作用類型

    通過研究區(qū) 26口井的普通薄片和鑄體薄片的鏡下觀察及對 14口井掃描電鏡等資料的分析,認(rèn)為該區(qū)砂巖儲層成巖作用復(fù)雜,成巖現(xiàn)象豐富。常見的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用、溶蝕作用等類型。

    3.1 壓實(shí)作用

    圖 1 饒陽凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐质疽鈭D1.主要斷層;2.次級斷層;3.油田Fig.1 Structural division of the Raoyang depression1=major fault;2=secondary fault;3=oil field

    圖 2 饒陽凹陷古近系儲層巖石類型三角圖解1.東營組;2.沙河街組;3.孔店組Fig.2 Triangular diagram of the Palaeogene reservoir types in the Raoyang depression1=Dongying Formation;2=Shahejie Fo rmation;3=Kongdian Formation

    通過對研究區(qū)砂巖儲層孔隙度隨埋深的變化情況研究發(fā)現(xiàn),由于研究區(qū)內(nèi)的巖石礦物成分含較多長石、巖屑、雜基等以塑性為主的碎屑,隨著埋深加大,壓實(shí)作用增強(qiáng),使砂巖儲層的原生孔隙大為減小。埋深從2000m至5000m,最大孔隙度由 32.9%降至2.17%,平均孔隙度下降率為1.02%/100m(圖3)。

    圖 3 砂巖儲層孔隙度隨深度變化圖Fig.3 Porosity vs.burial depth diagram of the sandstone reservoirs in the Raoyang depression

    機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用對碎屑巖儲層孔隙的破壞作用很強(qiáng)[6]。研究區(qū)機(jī)械壓實(shí)作用貫穿了整個(gè)成巖過程,但在成巖早期對儲層的影響遠(yuǎn)比其它時(shí)期大,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①碎屑顆粒間的接觸關(guān)系由點(diǎn)接觸發(fā)展為線接觸,并進(jìn)一步發(fā)展為呈縫合接觸;②發(fā)生壓實(shí)定向,使碎屑顆粒長軸近于水平方向定向排列 (圖 4a);③塑性顆粒的壓實(shí)變形,主要是云母、泥質(zhì)巖屑等受壓彎曲、伸長等(圖 4b);④石英、長石等剛性顆粒被壓裂,或顆粒表面出現(xiàn)裂縫等,長石一般沿其解理面破裂 (圖 4c);⑤構(gòu)造裂隙的產(chǎn)生 (圖 4d)。隨著深度的增加,壓實(shí)作用逐漸減弱,壓溶作用逐漸顯現(xiàn)。實(shí)際上壓溶作用是發(fā)生在碎屑顆粒接觸點(diǎn)的溶解作用,這些溶解物會在附近沉淀,使另一部分碎屑次生加大,因此,包括部分碎屑之間的鑲嵌接觸面、石英次生加大等均被視為壓溶作用的證據(jù)。

    圖 4 饒陽凹陷儲層巖石薄片壓實(shí)作用特征圖a.文 83井,3143.75m,沙三段,顆粒長軸近于水平定向排列;b.楚 28井,2743.9m,東三段,云母片彎曲變形;c.高 26井,2590.2m,沙一段,石英顆粒破裂;d.寧 202井,3838.4m,沙三段,構(gòu)造裂縫Fig.4 Compaction indicated by the thin sections of the clastic rocks in the Raoyang depressiona.Horizontally-oriented arrangements of the clastic grains from the third member of the Shahejie Formation,3143.75 m,Wen-83 well;b.Flexural defo rmation ofmica from the third member of the Dongying Formation,2743.9 m,Chu-28 well;c.Fracture of quartz grains from the firstmember of the Shahejie Fo rmation,2590.2 m,Gao-26 well;d.Structural cracks in the third member of the Shahejie Formation,3838.4 m,Ning-202 well

    3.2 膠結(jié)作用

    膠結(jié)作用在研究區(qū)十分發(fā)育,是影響儲層物性的重要因素之一。膠結(jié)物的礦物類型主要有碳酸鹽礦物、硅酸鹽礦物及自生粘土礦物,其中碳酸鹽礦物中的方解石、硅酸鹽礦物中的次生石英和粘土礦物中的高嶺石是研究區(qū)內(nèi)主要的充填礦物,對儲層物性起到明顯的破壞作用[7~10]。

    1.碳酸鹽膠結(jié)物

    碳酸鹽膠結(jié)物有方解石、白云石、鐵方解石等,并具有明顯的形成次序,造成了原生粒間孔隙的封閉或半封閉,使儲層的孔隙度大大減少 (圖 5)。碳酸鹽巖膠結(jié)物形成時(shí)間分為早、晚兩期,早期方解石膠結(jié)物以泥晶、微晶形式出現(xiàn),多為孔隙式膠結(jié),少量為基底式,形成于淺埋成巖壞境,深度范圍大致為1500~2500m。晚期形成的方解石多為嵌-連晶方解石 (圖 6a)、白云石及少量的鐵方解石,分布較零星,形成時(shí)間較晚,深度范圍大致為2500~3500m。碳酸鹽礦物的析出,一方面在很大程度上降低了原生孔隙度,另一方面也為溶蝕型次生孔隙的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

    2.硅酸鹽膠結(jié)物

    研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物主要表現(xiàn)為石英次生加大、自生石英小顆粒的形成及長石次生加大等,出現(xiàn)的深度范圍大致為2300~3500m。其中以石英次生加大為主,石英次生加大邊可環(huán)繞整個(gè)碎屑石英,也可分布于石英顆粒的局部 (圖 6b),其主要受控于可生長空間的限制。石英次生加大降低了儲層的孔滲性,也改變了其孔隙結(jié)構(gòu),使粒間管狀喉道變?yōu)槠瑺罨蚩p狀,破壞了儲層的儲集性能,但同時(shí)使壓實(shí)作用得到了緩沖,使得石英次生加大邊間的原生孔隙得以保存。自生石英的小晶體充填剩余粒間孔隙,使原生孔隙減少,并對次生孔隙產(chǎn)生不利 (圖 6c)。與石英次生加大相比,長石次生加大比較少見其主要產(chǎn)狀是在長石顆粒表面形成加大邊??傊?硅質(zhì)膠結(jié)物以各種不同的形式降低了砂巖孔隙度,同時(shí)又增加了骨架顆粒強(qiáng)度,抑制了壓實(shí)作用的進(jìn)行。

    圖 5 孔隙度-碳酸鹽含量關(guān)系圖Fig.5 Porosity vs. carbonate contents in the Raoyang depression

    3.粘土礦物膠結(jié)物

    本區(qū)粘土礦物膠結(jié)類型主要有綠泥石、高嶺石等,其中以高嶺石膠結(jié)物最為發(fā)育。綠泥石膠結(jié)物主要以綠泥石環(huán)邊形式存在,緊鄰碎屑顆粒,形成于成巖作用的早期,深度一般淺于2000m。掃描電鏡下,高嶺石呈書頁狀或蠕蟲狀集合體,在研究區(qū)多以假六方片狀充填粒間孔,單體輪廓清楚,厚度均勻,并和自生石英晶體共生 (圖 6d)。

    3.3 交代蝕變作用

    研究區(qū)的交代作用主要表現(xiàn)為碎屑顆粒的碳酸鹽化及碎屑顆粒的粘土化。其中,方解石對長石的交代最為常見,其一般沿解理縫、顆粒邊緣等薄弱處交代長石 (圖 7a)。在3200~3500m深度范圍內(nèi),出現(xiàn)方解石、白云石對石英顆粒的交代,其原因可能是由于溶解作用對酸性物質(zhì)進(jìn)行了大量的消耗,使得孔隙流體 pH值升高,硅質(zhì)易溶,方解石發(fā)生沉淀而趨于穩(wěn)定。碎屑顆粒的粘土化表現(xiàn)為絹云母化、綠泥石化、高嶺石化等作用,研究區(qū)長石顆粒的絹云母化、綠泥石化較為發(fā)育 (圖 7b)。

    3.4 溶解作用

    圖 6 饒陽凹陷儲層巖石薄片及掃描電鏡膠結(jié)作用特征圖a.任 107井,2891.2m,沙三段,方解石呈嵌-連晶膠結(jié);b.高 26井,2590.2m,沙一段,石英次生加大,加大邊清晰;c.高 28井,2323.1m,東三段,自生石英晶體;d.高 26井,2590.2m,沙一段,自生石英晶體與高嶺石共生Fig.6 Cementation indicated by thin-section and SEM examinations of the silicate minerals in the Raoyang depressiona.Poikilitic-intergrowth cementation of calcite from the third member of the Shahejie For mation,2891.2 m,Ren-107 well;b.Secondary enlargement of quartz from the first member of the Shahejie For mation,2590.2 m,Gao-26 well;c.Authigenic quartz from the third member of the Dongying Formation,2323.1 m,Gao-28 well;d.Paragenesis of authigenic quartz and gaolinite from the firstmember of the Shahejie For mation,2590.2 m,Gao-26 well

    圖 7 饒陽凹陷儲層巖石薄片交代蝕變作用及溶解作用特征圖a.高 20井,2619.32m,沙二段,方解石交代長石;b.寧 40井,3265.3m,沙一段,長石顆粒表面絹云母化;c.高 20井,2617.6m,沙二段,長石顆粒表面溶孔,強(qiáng)烈溶蝕;d.高 32井,2679.5m,沙二段,粒間溶孔,港灣狀溶孔Fig.7 Metasomatic alteration and dissolution indicated by thin-section examination of the clastic rocks in the Raoyang depression a.Metasomatis m of feldspar by calcite from the second member of the Shahejie Fo rmation,2619.32 m,Gao-20 well;b.Sericitization of feldspar grains from the firstmember of the Shahejie Formation,3265.3 m,Ning-40 well;c.Dissolution of feldspar grains from the second member of the Shahejie Formation,2617.6 m,Gao-20 well;d. Intergranular-embayed solution openings in the second member of the Shahejie Fo rmation,2679.5 m,Gao-32 well

    溶解作用對改善研究區(qū)儲層,尤其是深部儲層物性起著非常重要的作用,區(qū)內(nèi)溶解作用主要表現(xiàn)為長石、巖屑等不穩(wěn)定礦物及少量方解石膠結(jié)物的溶解。成巖作用早期,填隙物中的易溶組分 (以泥-微晶方解石膠結(jié)物為主)及少量長石顆粒發(fā)生不同程度的溶解,形成大量的溶蝕孔及組構(gòu)型溶孔,但大多數(shù)次生孔在成巖晚期被不同程度地充填,使得早成巖期形成的溶蝕孔常難以保存[11]。隨著深度加深,在成巖作用中晚期,溶解作用表現(xiàn)為長石的較強(qiáng)烈溶蝕、方解石的弱溶蝕及少量石英顆粒表面溶蝕(圖 7c)。該期溶蝕作用與泥巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化產(chǎn)生有機(jī)酸有關(guān),即在有機(jī)質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的富含羧酸、羥基的酸性溶液進(jìn)入碎屑巖中溶解長石、方解石膠結(jié)物,形成一定數(shù)量連通性較好的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、溶裂縫等 (圖 7d)。

    4 儲層成巖相類型及相帶劃分

    4.1 成巖相

    成巖相是成巖環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn),即反映成巖環(huán)境的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和巖石物理特征的總和;成巖相是反映各種成巖事件的相對強(qiáng)度、成巖環(huán)境與成巖產(chǎn)物的綜合表現(xiàn)。因此,成巖相包含兩方面的內(nèi)容,即成巖環(huán)境及該環(huán)境下的成巖產(chǎn)物。

    沉積巖中的成巖事件具有共存性和繼承性,所謂共存性是指同一巖石中可發(fā)生多個(gè)成巖事件,所謂繼承性是指不同成巖環(huán)境可連續(xù)發(fā)生同一成巖事件。不同成巖相組合控制不同的儲層孔隙發(fā)育特征和儲集物性,成巖相是反映巖石所經(jīng)歷的極其復(fù)雜的成巖史和多種成巖環(huán)境下多種成巖作用的疊加與改造。因此,它不可能是某種單一成巖環(huán)境的產(chǎn)物,其中必定有一種或兩種主要的成巖作用控制著孔隙的演化,并決定其目前的總貌,成巖相的劃分有助于儲層的區(qū)域評價(jià)和預(yù)測[11,12]。

    4.2 成巖相組合與儲層的關(guān)系

    研究區(qū)儲層成巖類型豐富,成巖相組合多樣。淺部儲層多以壓實(shí)作用為主,局部發(fā)育方解石膠結(jié),即成巖相組合主要為壓實(shí)成巖相,其次為壓實(shí)-膠結(jié)成巖相,研究層位以東營為組主。中-深部儲層深度范圍在2000~3500m左右,研究層位有東三段下部和沙河街組,其中沙一段、沙二段是其主要研究層位,該區(qū)重點(diǎn)研究對象就是中-深部儲層,其成巖相組合可劃分為 4種類型:膠結(jié)-溶解成巖相、膠結(jié)-溶解-交代成巖相、膠結(jié)成巖相、壓實(shí)-膠結(jié)成巖相。平面上各成巖相區(qū)分布如圖 8。

    1.膠結(jié)-溶解成巖相組合

    圖 8 饒陽凹陷中-深部儲層成巖相組合平面分布圖Fig.8 Planardistribution ofthe diagenetic facies associations from the sandstone reservoirs in the middle and deeper parts of the Raoyang depression

    該成巖相組合在饒陽凹陷沙一、沙二段砂巖儲層中最為常見,以大量方解石膠結(jié)少量長石膠結(jié)及早期環(huán)邊膠結(jié)作用,壓實(shí)作用中等為主要特點(diǎn)。原生粒間孔和剩余原生粒間孔保存較好,后期有機(jī)質(zhì)演化成熟,大量酸性溶液介入,不穩(wěn)定組分如長石、碳酸鹽巖礦物等發(fā)生較強(qiáng)烈的溶蝕作用而產(chǎn)生大量次生孔隙,提高了儲層的孔隙度和滲透率,為該區(qū)有利儲層發(fā)育的成巖相組合。平面上主要分布在饒陽凹陷西北部高 40井區(qū),西南部高 26井-高 28井-寧20井 -留 448井區(qū)及東部寧古 3井 -寧 57井-馬 17井區(qū)。主要發(fā)育辮狀河流相的河道、心灘,辮狀河三角洲相的分流河道等沉積。

    2.膠結(jié)-溶解-交代成巖相組合

    該成巖相組合在饒陽凹陷沙一、沙二段砂巖儲層中較為常見,其特征與膠結(jié)-溶解成巖相相似,局部地區(qū)出現(xiàn)碎屑顆粒的交代蝕變作用。孔隙類型主要為剩余粒間孔隙、次生溶蝕孔隙及部分原生孔隙,有機(jī)質(zhì)成熟期產(chǎn)生大量的溶蝕孔,使得儲層物性得到了很大改變,為該區(qū)較有利儲層發(fā)育的成巖相組合。平面上主要分布在凹陷東北部任107井-文 83井-任西 1井-西 40井區(qū) ,東南部楚 28井-楚 37井區(qū)。

    3.膠結(jié)成巖相組合

    該成巖相組合在饒陽凹陷中深部砂巖儲層中較為常見,膠結(jié)作用強(qiáng)烈,以方解石膠結(jié)、石英次生加大為主要表現(xiàn)形式,使得儲層的原生粒間孔隙大為減少及經(jīng)次生變化的剩余粒間孔隙大為減小,孔隙度和滲透率大大降低,為該區(qū)較不利儲層發(fā)育的成巖相組合。平面上主要分布在凹陷中西部高 50井-寧 202井-楚 11井區(qū)及西 26井-間 9井區(qū) ,主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相沉積。

    4.壓實(shí)-膠結(jié)成巖相組合

    該成巖相組合在饒陽凹陷沙一、沙二段砂巖儲層中也較為常見,壓實(shí)作用強(qiáng)烈為其主要特征。壓實(shí)作用使得原生粒間孔隙急劇減少,膠結(jié)作用使經(jīng)次生變化的剩余粒間孔、溶蝕孔減小,甚至完全填滿整個(gè)孔隙,儲層孔隙度、滲透率特別低,多為無效儲層,即為該區(qū)最不利儲層發(fā)育的成巖相組合。平面上主要分布在凹陷的中部任 96井-寧 52井-楚 40井區(qū),主要發(fā)育辮狀河三角洲前三角洲亞相、淺湖相及半深湖相沉積。

    5 結(jié) 論

    (1)研究區(qū)儲層具有較低的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度,巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主,偶見亞長石砂巖和長石巖屑砂巖,巖石顆粒多呈次棱-次圓狀,磨圓度中等,分選中等偏差。

    (2)研究區(qū)砂巖儲層成巖作用復(fù)雜,成巖現(xiàn)象豐富,常見的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用、溶蝕作用等類型,其中前三者一般表現(xiàn)為降低儲層的儲集性能,后者在一定程度上可改善儲層尤其是深部儲層的儲集性能。

    (3)中深部儲層是該區(qū)研究的重點(diǎn)儲層。沙一段、沙二段可劃分為膠結(jié)-溶解成巖相、膠結(jié)-溶解-交代成巖相、膠結(jié)成巖相、壓實(shí)-膠結(jié)成巖相 4種成巖相組合類型。

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    D iagenesis of the Palaeogene clastic rocks in the Raoyang depression

    XU L I-li1,GUO Jing-Xing1,ZHANG Jian1,XI Zhu-gang1,2,ZHANG Yong1
    (1.College of Geo-resources and Infor m ation,China University of Petroleum,Q ingdao266555,Shandong,China;
    2.Research Center,CNOOC,B eijing100027,China)

    The present paper deals,in the light of thin-section and SEM examinations,with lithology,diagenesis and diagenetic facies of the Palaeogene clastic rocks in the Raoyang depression.The sandstone reservoirs have low compositional and textural maturity and moderate roundness and sorting,and consist dominantly of feldspar sandstone and lithic feldspar sandstone.The diagenesis comprises compaction,cementation,metasomatic alteration and dissolution.The diagenetic facies associations from the sandstone reservoirs in the middle and deeperpartsmay be grouped into four types:cementation-dissolution,cementation,compaction-cementation and cementationdissolution-metasomatism.

    Raoyang depression;Palaeogene;lithology;diagenesis;diagenetic facies

    1009-3850(2010)02-0026-06

    2010-06-02;改回日期2010-08-04

    許麗麗 (1984—),女,碩士研究生,主要從事儲層與沉積研究。E-mail:xuziyan123@yahoo.cn

    TE122.2+21

    A

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