松遼盆地梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組成巖作用及對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制

韓志艷

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

低滲透油氣藏在中國(guó)油氣勘探開發(fā)中的地位日益突出，是儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要領(lǐng)域[1-2]。松遼盆地梨樹斷陷儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層特征、形成因素及分布規(guī)律至今尚不明確。前人研究表明，梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組砂巖儲(chǔ)層具有特低孔、特低滲的特征[3-8]，沉積環(huán)境、沉積相帶和成巖作用導(dǎo)致特低孔、特低滲儲(chǔ)集層孔隙類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜[9-11]。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是控制油氣高產(chǎn)富集的重要因素之一，本文通過對(duì)該地區(qū)東南斜坡帶和北部斜坡帶儲(chǔ)層巖性特征、成巖作用和孔隙組合樣式的研究及對(duì)比分析，重點(diǎn)解剖成巖作用與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)系，以期為梨樹斷陷下一步油氣勘探提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

梨樹斷陷是在古生代淺變質(zhì)巖基底上發(fā)育而成，受桑樹臺(tái)邊界斷裂的控制，其總體呈“西斷東超”的箕狀結(jié)構(gòu)；由“兩坡一隆一洼”4個(gè)構(gòu)造單元構(gòu)成，分別為北部斜坡帶、中央構(gòu)造帶、東南斜坡帶和桑樹臺(tái)深洼帶[12-14](圖1)。區(qū)內(nèi)發(fā)育斷陷層和拗陷層2套層系。斷陷層自下而上發(fā)育上侏羅統(tǒng)火石嶺組、下白堊統(tǒng)沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫組；沙河子組自下而上可劃分為沙一段和沙二段，營(yíng)城組自下而上可劃分為營(yíng)一段、營(yíng)二段、營(yíng)三段、營(yíng)四段。拗陷構(gòu)造層較薄，此處不做研究。梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組主要為小—中型箕狀斷陷湖盆發(fā)育時(shí)期沉積的地層，北部斜坡和東南斜坡主要發(fā)育扇三角洲—湖泊沉積體系[13,15]。

圖1 松遼盆地梨樹斷陷位置與構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

2 優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

巖性觀察、薄片鑒定分析和礦物成分統(tǒng)計(jì)表明，東南斜坡帶優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層巖性以砂礫巖、含礫細(xì)砂巖為主，少量含礫中—粗砂巖，主要粒度級(jí)別為0.5 mm，粒度區(qū)間在0.25～6.8 mm，分選較差。在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中，主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖屑長(zhǎng)石砂巖含量一般，同時(shí)，含有少量的巖屑砂巖(圖2a)。碎屑結(jié)構(gòu)以砂礫、細(xì)砂為主，粗砂、中砂次之，巖屑顆粒分選中等—差，呈次棱角狀—次圓狀，長(zhǎng)石風(fēng)化程度中等，成分成熟度較低，可溶性組分含量較高，有利于次生孔隙的形成。對(duì)比該區(qū)普通儲(chǔ)層巖石類型，優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層中巖屑含量大大降低，膠結(jié)物大多為方解石，少量泥質(zhì)和硅質(zhì)，膠結(jié)類型以壓嵌和孔隙式為主，顆粒間以凹凸?fàn)?、線狀接觸為主。

北部地區(qū)優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層巖性以含礫細(xì)砂巖和細(xì)砂巖為主，少量含礫中—粗砂巖，主要粒度級(jí)別為0.25 mm，粒度區(qū)間在0.125～2 mm，分選相對(duì)較好。在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中含有相對(duì)較多的巖屑長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石巖屑砂巖次之，同時(shí)，含有少量長(zhǎng)石砂巖(圖2b)。

整體而言，梨樹斷陷東南斜坡帶和北部斜坡帶優(yōu)質(zhì)砂巖巖石學(xué)特征差異較大。巖石組構(gòu)的不同，表明其處于不同的沉積環(huán)境。東南斜坡帶多發(fā)育扇三角洲平原或前緣等沉積亞相[14]；北部地區(qū)則多發(fā)育扇三角洲前緣的水下分流河道、河口壩等沉積亞相。但是2個(gè)地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層均表現(xiàn)出膠結(jié)物含量低的特點(diǎn)，因此具有相對(duì)較好的孔、滲性。

圖2 松遼盆地梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層巖石類型

3 成巖作用及其對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制

3.1 成巖作用

梨樹斷陷東南斜坡帶和北部斜坡帶營(yíng)城組—沙河子組砂巖地層相變快、成巖類型多樣，鏡下薄片研究表明，其主要成巖作用有壓實(shí)、膠結(jié)充填(泥質(zhì)、方解石、石英加大、瀝青等)、溶蝕和構(gòu)造裂隙等類型。

3.1.1 機(jī)械壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)主要對(duì)原生孔隙影響大。研究區(qū)營(yíng)城組和沙河子組壓實(shí)作用比較強(qiáng)，巖石相對(duì)致密，顆粒之間一般以點(diǎn)—線接觸及線接觸為主(圖3a,b)。總體上隨埋深增加儲(chǔ)層壓實(shí)作用增強(qiáng)，孔隙逐漸變小，一般2 500 m以下孔、滲性較差，特別是在無裂隙存在的情況下。此外，儲(chǔ)層受壓程度的差異還受巖石組構(gòu)的影響，含泥質(zhì)砂、礫巖更易被壓實(shí)、膠結(jié)。

3.1.2 膠結(jié)充填作用

研究區(qū)內(nèi)晚期碳酸鹽膠結(jié)是主要的膠結(jié)類型(圖3c,d)，在1 000～3 000 m的深度內(nèi)，方解石主要的產(chǎn)出方式有亮晶和連晶方式。方解石膠結(jié)常使儲(chǔ)層孔隙大量減少，碳酸鹽膠結(jié)物含量越高，孔隙度越低[15-18]。因此，晚期碳酸鹽膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層物性影響明顯。

薄片下見到石英次生加大作用，發(fā)育程度一般，主要發(fā)生在早期成巖階段及酸性流體大量進(jìn)入階段，出現(xiàn)的深度在1 500～3 000 m左右。由于硅質(zhì)膠結(jié)與酸性介質(zhì)的流體有關(guān)，石英的加大與長(zhǎng)石類鋁硅酸鹽礦物或碳酸鹽巖的溶蝕是同時(shí)發(fā)生的，因此對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育影響不大。

3.1.3 溶蝕作用

溶蝕孔隙指沉積過程及成巖后由于溶解作用所形成的孔隙[19-21]。研究區(qū)內(nèi)溶蝕作用是儲(chǔ)層次生孔隙產(chǎn)生的主要成巖作用。營(yíng)城組—沙河子組儲(chǔ)層的溶蝕作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖巖屑顆粒的溶解和不穩(wěn)定礦物鋁硅酸鹽大量溶蝕及晚期少量碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕(圖3e,f)，目前所觀察到的是以鋁硅酸鹽長(zhǎng)石選擇性溶蝕為主。這主要是組構(gòu)好、原生孔隙保留好的砂巖，在早期酸性流體大量進(jìn)入時(shí)，首先對(duì)砂巖中的碳酸鹽巖巖屑進(jìn)行“推土機(jī)式”的溶蝕，將少量存在的碳酸鹽巖巖屑幾乎溶蝕殆盡。同時(shí)，長(zhǎng)石、巖屑和填隙物中的鋁硅酸鹽礦物雖然也發(fā)生了較強(qiáng)烈的溶蝕，但其溶蝕大多在顆粒間及解理面、晶隙或沿碎屑邊緣發(fā)生不完全—完全溶蝕，形成粒間溶蝕擴(kuò)大孔及晶間或粒內(nèi)溶孔；第二期溶蝕作用較弱，主要發(fā)生在成巖晚期，部分膠結(jié)充填方解石產(chǎn)生局部溶蝕，如J2井2 867.5～2 870.25 m層段，晚期酸性流體對(duì)方解石膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕或部分溶蝕。

3.1.4 構(gòu)造裂隙作用

構(gòu)造作用主要是指營(yíng)城組—沙河子組砂巖固結(jié)成巖后由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層巖石所產(chǎn)生的構(gòu)造破裂作用[4,22-24]。研究區(qū)營(yíng)城組—沙河子組因構(gòu)造破裂作用產(chǎn)生了2期主要的裂隙(圖3g,h)。早期裂隙可能形成于登婁庫組沉積中—末期，在薄片中表現(xiàn)為不同程度的方解石膠結(jié)或?yàn)r青充填，或?yàn)楹笃诹严肚懈罨虔B加改造；晚期(嫩江組沉積末)構(gòu)造裂隙主要發(fā)生在構(gòu)造形變區(qū)帶，斷層是應(yīng)力釋放的主要場(chǎng)所。在褶皺形變帶，泥巖可能被擠壓發(fā)生滑移，并可產(chǎn)生近平行或垂直層面的裂縫，而砂巖可能破碎，產(chǎn)生一組或多組平直或網(wǎng)狀裂隙。圖3h為典型的晚期擠壓破裂或構(gòu)造揉皺形成的“網(wǎng)狀”裂隙，特點(diǎn)是多沿顆粒接觸部位破裂，形成包絡(luò)顆粒的縫隙。裂隙基本無膠結(jié)充填，且常伴有溶蝕作用，是晚期油氣的主要運(yùn)移通道和儲(chǔ)集場(chǎng)所。

圖3 松遼盆地梨樹斷陷東南和北部斜坡帶營(yíng)城組—沙河子組巖心薄片顯微鏡照片

a.L602井，2 366.5 m，營(yíng)四段，灰色含礫細(xì)砂巖，凹凸接觸;b.L3井，2 130 m，營(yíng)四段，含礫細(xì)砂巖，點(diǎn)—線接觸;c.SW1井,1 522 m，營(yíng)四段，方解石膠結(jié)；d.SW8井，1 698 m，營(yíng)三段，方解石膠結(jié);e.SW8井，1 931.8 m，沙二上，長(zhǎng)石溶蝕;f.SW10井，1 879 m，沙二上，晚期方解石溶蝕;g.HS2井,1 847.35 m，營(yíng)四段，含礫細(xì)砂巖，早期裂隙中見瀝青充填，并被后期裂隙切穿；h.HS8井，2 020.95 m，營(yíng)二段,淺灰色油跡砂礫巖，包絡(luò)貼?？紫?/p>

Fig.3 Microphotographs of core slices of Yingcheng-Shahezi formation in southeast and north ramps of Lishu Fault Depression, Songliao Basin

3.2 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙樣式及其發(fā)育的控制因素

孔隙樣式與孔隙類型不同，孔隙樣式常有2種及2種以上孔隙類型構(gòu)成，它反映的是一種差異式的孔隙形成、演化機(jī)制，具有一定量化概念?；趯?duì)梨樹斷陷成巖作用的研究，結(jié)合薄片鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層中的孔隙多為2種或2種以上的孔隙類型的組合，主要有“溶孔式、孔溶式、原孔式、裂隙式和裂溶式”5種孔隙樣式(表1)。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與可溶礦物產(chǎn)生溶蝕及沿微裂縫、裂隙產(chǎn)生的溶蝕密切相關(guān)。

從原孔式到孔溶式再到溶孔式，孔隙發(fā)育程度逐漸增強(qiáng)(圖4a-c)，其機(jī)理是儲(chǔ)層砂巖與烴源巖連通性好，酸性流體作用強(qiáng)，溶蝕性增加，組構(gòu)越好、壓實(shí)作用越弱，這種溶蝕性越明顯。從裂隙式到裂溶式，孔隙發(fā)育程度也逐漸增強(qiáng)(圖4d-e)。裂隙式多表示構(gòu)造裂隙作用相對(duì)較弱，且未發(fā)生大量的流體運(yùn)移；而裂溶式則明顯顯示其構(gòu)造裂隙作用相對(duì)較強(qiáng)，且酸性流體進(jìn)入并發(fā)生了一定的溶蝕。如果溶蝕作用進(jìn)一步加強(qiáng)，形成溶蝕孔隙含量大于裂隙，則可稱之為溶裂式，但形成主因仍是溶蝕作用，是沿裂隙發(fā)生的。

3.3 不同地區(qū)優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層主控因素分析

任何沉積儲(chǔ)層的形成和發(fā)育均受控于沉積作用、成巖作用和構(gòu)造改造作用,但這3種作用對(duì)不同地區(qū)、不同層位儲(chǔ)層的影響程度各不相同。

3.3.1 東南斜坡帶

東南斜坡帶金山地區(qū)儲(chǔ)層的孔隙樣式主要為孔溶式，而在J3井營(yíng)城組二段砂巖則為裂溶式。該區(qū)沙河子組砂巖多為多旋回的、單旋回厚0.3～4 m左右、含泥質(zhì)雜基較多、顆粒大小不一的含礫長(zhǎng)石巖屑細(xì)—粗砂巖或砂礫巖等，儲(chǔ)層中原生孔隙保留相對(duì)較少。L601井和L602井巖心觀察及測(cè)試表明，L602井砂巖組構(gòu)及孔隙要好于L601，表明L602井區(qū)水動(dòng)力強(qiáng)，沉積時(shí)雜基少，成巖后部分原生孔隙得以保存；同時(shí)酸性流體的進(jìn)入形成了部分溶蝕擴(kuò)大孔，形成相對(duì)有效的油氣儲(chǔ)層。因此，砂巖組構(gòu)較好、單層厚度大、微旋回少、具溶蝕擴(kuò)大孔及與烴源巖連通或鄰近的層段及區(qū)域是今后勘探的方向和目標(biāo)。

表1 松遼盆地梨樹斷陷優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層5種主要孔隙樣式及主控因素

圖4 松遼盆地梨樹斷陷優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層5種主要孔隙樣式薄片顯微鏡照片

東南斜坡帶秦家屯—七棵樹南部地區(qū)晚期構(gòu)造“貼粒隙”發(fā)育，產(chǎn)生了裂溶式或裂隙式砂巖儲(chǔ)層。HS2井營(yíng)城組三段砂巖裂溶式儲(chǔ)層(圖4e)表明，裂隙形成期較晚，甚至晚于晚期方解石膠結(jié)。裂隙的形成，一方面使流體進(jìn)入，對(duì)原本致密的巖石中可溶礦物產(chǎn)生溶蝕，形成溶蝕孔隙，使之成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；另一方面可以連通烴源巖與儲(chǔ)層，為油氣運(yùn)移提供通道。本區(qū)其他井(如HS8井、SN106井、SN143井等)營(yíng)城組二段取樣巖心觀察結(jié)果基本與HS2井相同，其主要砂巖都具以裂隙式為主的儲(chǔ)層特征。而HS8井2 020.95 m處顯示為裂溶式儲(chǔ)層特征，說明這種裂隙發(fā)育在一定的區(qū)域上具有橫向連續(xù)展布特征。由此可以認(rèn)為，秦家屯地區(qū)演化程度較高的天然氣，很可能是晚期裂隙形成后由深部運(yùn)移過來的。所以，晚期構(gòu)造裂隙作用及溶蝕作用是形成新的儲(chǔ)集空間、油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)鍵。

3.3.2 北部斜坡帶

與東南斜坡帶不同，北部斜坡帶儲(chǔ)層主要為營(yíng)城組含礫巖屑長(zhǎng)石或長(zhǎng)石巖屑細(xì)—中粗粒砂巖，砂巖組構(gòu)要好于金山地區(qū)沙河子組。此外，因整體埋深較淺，成巖壓實(shí)作用較弱，儲(chǔ)層孔隙樣式主要為溶孔式及孔溶式。如SW32和SW34井營(yíng)二段砂巖組構(gòu)好、單旋回厚度大、溶蝕作用強(qiáng)、砂/儲(chǔ)比值高，以溶孔式為主，部分孔溶式，孔隙度高達(dá)10%～15%。L3井取心段營(yíng)城組主要砂巖儲(chǔ)層特征介于SW32與SW34井之間，其微旋回頻率比SW32井要低，相應(yīng)的單個(gè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度要大，儲(chǔ)層孔隙以孔溶式為主，孔隙度6%～8%；L5井營(yíng)城組組構(gòu)較差，以含礫、含泥質(zhì)細(xì)—中砂巖為主，壓實(shí)作用比較強(qiáng)，巖石顆粒多以線接觸為主，孔溶式儲(chǔ)層段孔隙度較低，一般5%～7%。

上述分析表明，組構(gòu)相同、深度相當(dāng)?shù)纳皫r，溶蝕孔隙發(fā)育程度的差異，反映了酸性流體作用程度的不同，間接說明了其與烴源巖之間的關(guān)系：即從“原孔式”到“孔溶式”再到“溶孔式”，其溶蝕孔隙、連通性越好，距離烴源巖越近。因此，溶蝕作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的重要控制因素。

4 結(jié)論

(1)梨樹斷陷營(yíng)城組—沙河子組儲(chǔ)層的成巖作用類型有機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)充填作用、溶蝕作用及構(gòu)造破裂作用等。溶蝕和構(gòu)造破裂作用對(duì)儲(chǔ)層物性具建設(shè)性作用，機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等具破壞性作用。

(2)機(jī)械壓實(shí)作用主要發(fā)生在早期和中晚期，對(duì)原生孔隙影響大；膠結(jié)作用中碳酸鹽膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)充填作用強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響大，硅質(zhì)膠結(jié)影響要小。溶蝕作用是研究區(qū)儲(chǔ)層次生孔隙產(chǎn)生的主要成巖作用，其主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖巖屑顆粒的溶解和長(zhǎng)石的大量溶蝕及晚期少量碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕。構(gòu)造裂隙(破裂)作用既增加了孔隙空間，又增加了滲透性和連通性，為酸性流體進(jìn)入并發(fā)生溶蝕作用創(chuàng)造了有利條件。

(3)梨樹斷陷優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層孔隙樣式有5種：即溶孔式、孔溶式、原孔式、裂隙式和裂溶式。影響東南斜坡帶和北部斜坡帶砂巖儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的成巖作用主要為溶蝕作用和晚期構(gòu)造裂隙作用, 它們是產(chǎn)生新的儲(chǔ)集空間及油氣運(yùn)移、聚集的關(guān)鍵。溶蝕作用控制的溶孔式、孔溶式儲(chǔ)層，以及由裂隙和溶蝕共同作用的裂溶式儲(chǔ)層，是今后勘探的方向和目標(biāo)。

致謝：本文在完成過程中得到了中國(guó)石化石勘院無錫石油地質(zhì)研究所陸建林教授和周卓明高級(jí)工程師的指導(dǎo)，在此致以衷心的感謝！