超壓背景下中深層砂巖儲集層沉積—成巖演化差異性分析：以南海鶯歌海盆地中新統(tǒng)黃流組為例*

毛倩茹 范彩偉 羅靜蘭 曹江駿 尤 麗 符 勇 李珊珊 史肖凡 吳仕玖

1 西北大學大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安710069

2 中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057

隨著淺層常溫常壓領域勘探程度的日益增高，近年來中深層高溫高壓領域逐漸成為油氣勘探的新方向（童傳新等，2015；謝玉洪，2019）。位于南海西北部大陸邊緣的鶯歌海盆地是一個典型的高溫超壓盆地，大部分地區(qū)地溫梯度超過4℃／100m、壓力系數(shù)大于1.6（呂孝威等，2014）。在盆地中心的東方區(qū)和位于斜坡帶的樂東斜坡區(qū)（以下簡稱樂東區(qū)）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個含氣構造，是鶯歌海盆地天然氣成藏有利區(qū)的核心地帶（馮沖等，2013），也是當前南海西部天然氣勘探的主戰(zhàn)場之一（謝玉洪等，2015；張迎朝等，2017）。前人研究顯示，鶯歌海盆地內(nèi)存在熱流體活動，深部及淺部地層中沿熱流體上侵活動路徑及通道均可見許多熱流體活動殘留的痕跡和證據(jù)，尤以盆地中央凹陷底辟構造帶內(nèi)熱流體活動較為劇烈（Xie et al.，2001；何家雄等，2004；王翠麗等，2015）。由于東方區(qū)位于底辟帶中心，而樂東區(qū)靠近鶯東斜坡帶，兩地區(qū)的中新統(tǒng)黃流組儲集層在礦物組合、流體充注等方面均有不同（劉志杰等，2015；熊小峰等，2017）。前人研究認為，超壓背景能夠?qū)瘜拥膲簩嵠鸬揭欢ǖ牡挚棺饔?，并通過對黏土礦物的轉(zhuǎn)化、有機質(zhì)熱演化和生烴過程的抑制，起到減少膠結(jié)、增進溶蝕的作用（Hao et al.，2007；Tingay et al.，2013；張伙蘭等，2013；Duan et al.，2018）。但目前對于東方區(qū)、樂東區(qū)不同超壓背景對中深層儲集層成巖作用的影響差異、儲集層物性的主控因素等問題仍然存在爭論（孟凡晉等，2012；段威等，2013；張伙蘭等，2013；李緒深等，2017；李偉等，2020），二者間成巖演化的差異性及原因仍待討論。

本研究以鶯歌海盆地東方區(qū)和樂東區(qū)中新統(tǒng)黃流組為研究對象，通過鑄體薄片、熒光薄片、掃描電鏡、電子探針、含烴包裹體微束熒光分析、流體包裹體激光拉曼成分與均一溫度等分析測試研究方法，對比高溫高壓背景下2個區(qū)域黃流組砂巖儲集層的巖石學特征、物性特征及成巖作用特征，確定儲集層烴類充注期次及特征，最終還原東方區(qū)和樂東區(qū)黃流組儲集層埋藏—成巖—孔隙的差異性演化過程，總結(jié)其成巖—孔隙演化過程的主要影響因素及影響方式。

1 構造與沉積背景

鶯歌海盆地位于中國南海北部海域，面積約為1.1×105km2，是一個非常獨特的新生代走滑伸展型盆地，包含鶯東斜坡、鶯西斜坡和中央凹陷3個一級構造（馬勇新等，2015；段威等，2015）。在中央凹陷深部發(fā)育5排總體上沿NW-SE向呈雁列式排列的流體底辟（郝芳等，2003；馮沖等，2011；謝玉洪等，2015），俗稱“中央底辟帶”。研究區(qū)即位于該底辟構造帶西北部的東方區(qū)和東南部的樂東區(qū)（圖1）。盆內(nèi)新近系自下而上可分為中新統(tǒng)的三亞組、梅山組和黃流組以及上新統(tǒng)的鶯歌海組。前人研究表明，盆地快速沉積沉降導致的欠壓實作用是鶯歌海盆地地層壓力逐漸累積并形成超壓的主要原因（馮沖等，2013；謝玉洪等，2018）。根據(jù)勘探程度及深度差異，一般把上新統(tǒng)鶯歌海組一段及第四系樂東組的儲蓋組合劃分為淺層，屬于常壓（壓力系數(shù)小于1.20）和壓力過渡帶（壓力系數(shù)為1.20～1.70）；埋深較大的中新統(tǒng)中部梅山組、中新統(tǒng)上部黃流組及上新統(tǒng)鶯歌海組下部地層及儲蓋組合劃分為中深層，屬于超壓（壓力系數(shù)為1.70～1.95）及強超壓帶（壓力系數(shù)大于1.95）。中深層烴源供給主要來自梅山組—三亞組海相陸源烴源巖（劉志杰等，2015）。研究目的層東方區(qū)黃流組一段現(xiàn)今壓力系數(shù)為1.70～2.20（平均1.91），樂東區(qū)黃流組現(xiàn)今壓力系數(shù)為1.49～2.28（平均2.10）。

圖1 南海鶯歌海盆地構造單元劃分及地層綜合柱狀圖（據(jù)張伙蘭等，2013；李偉等，2020；有修改）Fig.1 Tectonic unit division and stratigraphic histogram of Yinggehai Basin，South China Sea（modified from Zhang et al.，2013；Li et al.，2020）

中新世早中期，鶯歌海盆地處于濱淺海—半深海沉積環(huán)境，在紅河斷裂活動的影響下，中新統(tǒng)下部三亞組和中新統(tǒng)中部梅山組快速沉積了一套海相巨厚泥巖烴源巖；中新世晚期，鶯歌海盆地海平面逐漸上升（Haq et al.，1988；于興河等，2016），在轉(zhuǎn)換擠壓作用的影響下，盆地沉積與沉降中心由北向南快速遷移（劉為等，2017；張建新等，2019）。此時，西部昆嵩隆起區(qū)物源是東方區(qū)黃流組的主要物源區(qū)（黃銀濤等，2016），來自藍江水系的三角洲沉積物受鶯西坡折帶的控制，在重力作用下被搬運、再沉積，形成東方區(qū)黃流組淺海重力流海底扇沉積體系（謝玉洪和范彩偉，2010）。東部海南隆起區(qū)物源是樂東斜坡帶黃流組的主要物源區(qū)，在相對海平面大幅下降的背景下，來自海南島方向的三角洲碎屑物源受盆地東部邊緣走滑轉(zhuǎn)換帶發(fā)育的大型溝谷的控制，沿水道搬運至研究區(qū)沉積，形成樂東區(qū)黃流組重力流峽谷水道及海底扇砂巖沉積體系（劉為等，2019；陳楊等，2020）。東方區(qū)和樂東區(qū)分別處于中新世中期以來鶯歌海盆地沉積與沉降中心自西北向東南方向遷移的北部和南部，由于北部沉積與沉降中心的形成早于南部，致使東方區(qū)早期沉積的三亞組和梅山組較厚，較晚期沉積的黃流組較薄（平均496m）且埋深較淺（2500～3500m）；而樂東區(qū)則相反，三亞組和梅山組沉積較薄，埋深相對較小，黃流組沉積厚度（平均616m）及埋深（3300～4400m）較大。

東方區(qū)與樂東區(qū)中深層高溫超壓地層具有類似的泥底辟發(fā)育演化特點及油氣成藏地質(zhì)條件（謝玉洪和范彩偉，2010；李緒深等，2013；張伙蘭等，2013；熊小峰等，2017）。中新世晚期以來，盆地內(nèi)部超壓逐漸形成，在區(qū)域轉(zhuǎn)換擠壓作用背景下，深部底辟攜帶巨大的能量沿中新世早中期形成的裂隙迅速上拱，刺穿上覆地層，并以流體的形式釋放至中淺部地層中。之后裂縫重新合攏，直到下次超壓形成后繼續(xù)上拱，或沿裂縫、微裂隙等以流體形式向外釋放能量（解習農(nóng)等，1999；李純?nèi)?000；韓光明等，2012）。盆地深部梅山組、三亞組烴源巖生成的天然氣沿著底辟、斷裂及微裂縫向上運移，于中深層黃流組砂巖和鶯歌海組二段區(qū)域性蓋層形成的儲蓋組合中聚集成藏，是鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)典型的成藏模式。因此，底辟活動和深部裂縫開啟波及的空間位置，控制著鶯歌海盆地底辟區(qū)天然氣成藏的期次與規(guī)模和上覆地層的成藏組合（馮沖等，2013；李緒深等，2017；熊小峰等，2017）。

2 研究材料與方法

本次研究采集到鶯歌海盆地東方區(qū)及樂東區(qū)11口取心井共345個黃流組砂巖樣品（東方區(qū)117個，樂東區(qū)228個），樣品主要用于鑄體薄片、熒光薄片、電子探針、包裹體成分及均一溫度等分析測試。并收集到中海石油（中國）有限公司湛江分公司提供的東方區(qū)和樂東區(qū)黃流組掃描電鏡照片、圖像粒度資料、地層實測溫壓記錄、埋藏熱史圖、巖心物性分析數(shù)據(jù)等資料。

（1）鑄體薄片分析。將樣品磨制為用茜素紅及鐵氰化鉀混合液染色的鑄體巖石薄片，用Carl Zeiss偏光顯微鏡對薄片中各組分含量進行觀察及定量統(tǒng)計。（2）熒光薄片分析。利用蔡司科研級正置顯微鏡（型號：Axio Scope A1）在紫外光激發(fā)下對薄片孔隙、裂縫及含烴包裹體的熒光顏色、分布進行觀察統(tǒng)計。（3）電子探針分析。采用JEOL電子探針顯微分析儀（型號JXA-8230，電子束加速電壓15 kV，電子束電流為10 nA，電子束直徑2μm）對黃流組砂巖樣品中的膠結(jié)物及自生礦物的主量元素進行分析。（4）流體包裹體成分測試。測試對象為黃流組儲集層氣液兩相次生含烴鹽水包裹體。利用顯微激光拉曼光譜儀（型號為Renishaw inVia，激光器波長514.5 nm，橫向空間分辨率1μm，縱向空間分辨率2μm，掃描范圍為100～4500 cm-1）分別測定單個包裹體氣相及液相成分的拉曼光譜。（5）流體包裹體溫度測試。測試對象為黃流組儲集層氣液兩相次生含烴鹽水包裹體。利用LINKAM THMS600型冷熱臺測定氣液兩相包裹體的均一溫度。

通過鑄體薄片的鏡下鑒定及掃描電鏡、電子探針等，分析對比高溫高壓背景下兩地區(qū)黃流組砂巖儲集層的巖石學特征、物性特征及成巖作用特征。通過對熒光薄片的鏡下觀察、含烴包裹體微束熒光分析、流體包裹體成分與均一溫度等分析測試，確定儲集層烴類充注期次、規(guī)模等特征。最終結(jié)合區(qū)域埋藏熱史，還原東方區(qū)和樂東區(qū)黃流組儲集層埋藏—成巖—孔隙的差異性演化過程，總結(jié)其成巖—孔隙演化過程的主要影響因素及影響方式。鑄體薄片、熒光薄片、電子探針、包裹體成分及均一溫度等分析測試均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。

3 黃流組儲集層特征及差異

3.1 儲集層巖石學特征

對345個砂巖樣品的鑄體薄片分析顯示，東方區(qū)黃流組儲集層巖石類型主要為長石巖屑石英砂巖，次為巖屑砂巖；樂東區(qū)黃流組主要以長石巖屑石英砂巖、長石巖屑砂巖為主，含少量長石石英砂巖（圖2）。東方區(qū)黃流組砂巖中，碎屑成分以石英（含量35.50%～68.00%，平均52.31%）為主，其次為巖屑（含量12.00%～32.50%，平均19.38%），巖屑成分以變質(zhì)巖（占巖屑總量的59.54%）和火成巖為主（占巖屑總量的31.52%），長石含量2.50%～17.00%（平均7.46%），以鉀長石為主。樂東區(qū)黃流組砂巖中石英含量33.00%～86.50%（平均52.91%），其次為巖屑（含量3.80%～27.50%，平均14.65%）、長石（含量6.00%～20.00%，平均10.96%），其中巖屑以變質(zhì)巖巖屑（占總量89.32%）為主?？傮w上樂東區(qū)巖屑含量較少、長石含量較高。此外，東方區(qū)黃流組儲集層碎屑顆粒分選較好，以中、中—好為主（占總量91.45%），而樂東區(qū)黃流組儲集層碎屑顆粒分選較差，以中、中—差為主（占總量78.82%），部分分選差（占總量10.34%）。

圖2 南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層巖石類型Fig.2 Lithology of the Huangliu Formation reservoirs in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

3.2 儲集層物性特征

根據(jù)研究區(qū)黃流組426個巖心樣品物性數(shù)據(jù)，東方區(qū)整體物性較好。其中東方區(qū)儲集層孔隙度主要分布在15.00%～25.00%之間（平均17.68%），滲透率主要分布在（0.10～50.00）×10-3μm2之間（平均11.11×10-3μm2），儲集層以中孔低滲、低孔特低滲為主，部分達到中孔中滲（圖3-a，3-b）。樂東區(qū)黃流組儲集層孔隙度主要分布在1.00%～10.00%之間（平均8.94%），滲透率主要分布在（0.10～5.00）×10-3μm2之間（平均1.52×10-3μm2），儲集層以低孔特低滲、特低孔特低滲為主，部分儲集層為致密儲集層（圖3-a，3-b），整體物性較差。

4 黃流組儲集層成巖作用與烴類充注特征及差異性分析

4.1 壓實作用

對研究區(qū)黃流組共320個樣品進行統(tǒng)計分析可知，與東方區(qū)相比，樂東區(qū)黃流組整體壓實作用強度較高（圖3-c）。其中東方區(qū)黃流組砂巖碎屑顆粒接觸關系以點—線（占總量的47.86%）為主，其次為線接觸（占總量的31.62%），線—凹凸接觸較少（占總量的11.11%）；樂東區(qū)黃流組砂巖原生粒間孔較少，且碎屑顆粒接觸關系以線接觸為主（占總量的55.17%），其次為線—凹凸（占總量的17.73%）及點—線（占總量的17.24%）接觸。

圖3 南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層特征柱狀統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical histogram of the Huangliu Formation reservoirs features in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

4.2 膠結(jié)作用

東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層不同膠結(jié)物含量差別較大，但均以碳酸鹽膠結(jié)為主，且碳酸鹽膠結(jié)具有多期性。與東方區(qū)相比，樂東區(qū)整體膠結(jié)程度較高且碳酸鹽膠結(jié)物分布不均。

東方區(qū)與樂東區(qū)膠結(jié)均以碳酸鹽礦物為主，其中東方區(qū)黃流組儲集層膠結(jié)物平均含量6.33%，膠結(jié)作用較弱；樂東區(qū)黃流組儲集層膠結(jié)物平均含量10.42%，膠結(jié)作用較強。東方區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物平均含量4.29%，主要包括菱鐵礦、方解石、鐵方解石、白云石和鐵白云石，黃鐵礦含量較少（平均含量0.70%）；樂東區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物平均含量8.71%，主要包括方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石和少量菱鐵礦，黃鐵礦含量較多（平均含量1.05%）（圖3-d）。

鏡下觀察可見東方區(qū)碳酸鹽礦物大多充填于粒間孔、次生溶孔中，部分交代生物碎屑（圖4-a，4-b）。其中菱鐵礦多為泥粉晶狀，呈條帶狀、團塊狀充填孔隙（圖4-a）；含鐵方解石、白云石、鐵方解石和鐵白云石多以較粗粒晶體充填孔隙（圖4-a，4-b）。儲集層膠結(jié)物具有多期性，早期方解石、菱鐵礦充填于粒間孔中，晚期鐵方解石及少量白云石、鐵白云石充填于次生溶孔及粒間孔中，可見晚期白云石、鐵白云石交代早期菱鐵礦（圖4-a，4-c）。

樂東區(qū)儲集層微觀非均質(zhì)性強，碳酸鹽膠結(jié)物分布不均（圖4-d），充填于粒間孔、次生溶孔中，鏡下可見多處碳酸鹽交代生物碎屑現(xiàn)象（圖4-e）。其中，早、中期方解石與早期白云石多充填于粒間孔中并交代生物碎屑，晚期鐵方解石和晚期鐵白云石由于形成較晚，多分布于次生溶孔內(nèi)，并可見晚期碳酸鹽交代早期碳酸鹽現(xiàn)象（圖4-f）。儲集層中硅質(zhì)膠結(jié)整體較弱，部分樣品可見石英Ⅰ-Ⅱ級次生加大邊，且鐵方解石形成于次生加大邊之后（圖4-e，4-f）。

圖4 南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層鏡下成巖作用與電子探針成分特征Fig.4 Diagenetic characteristics of the Huangliu Formation reservoirs underm icroscope and SEM and electron probe component in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

羅靜蘭等（2019）①羅靜蘭，劉小洪，李弛.2019.鶯—瓊盆地天然氣充注與儲層演化關系分析（內(nèi)部報告）.西安：西北大學.利用微區(qū)原位S、Fe同位素研究認為，鶯歌海盆地中深層黃流組及梅山組存在細菌硫酸鹽還原作用（BSR）和熱化學硫酸鹽還原作用（TSR）2種成因的黃鐵礦。其中，虧損34S及57Fe的草莓狀黃鐵礦（其δ34Sv-CDT值為-12.92‰～-47.21‰；δ57FeIRMM014值為-16.02‰～-19.71‰）主要生成于早期淺埋低溫（低于70℃）環(huán)境下，應為細菌硫酸鹽還原作用（BSR）的產(chǎn)物；具高δ34S及較高57Fe的膠狀—自形粒狀黃鐵礦（其δ34Sv-CDT值為31.89‰～78.05‰；δ57FeIRMM014值 為-0.87‰～1.24‰）形成于后期成巖環(huán)境中，主要出現(xiàn)在較深的層段，屬TSR成因。同時在黃流組多個深度段均可見黃鐵礦與金紅石共生，以及自生金紅石、磷灰石、菱鐵礦、黃鐵礦等熱液成因礦物組合充填于粒間孔隙中的現(xiàn)象（圖4-g至4-l）。

4.3 溶蝕作用

東方區(qū)與樂東區(qū)儲集層內(nèi)次生溶孔十分發(fā)育，長石多沿解理縫遭受溶蝕，可見超大溶孔、鑄模孔，鏡下可見長石、巖屑溶蝕后形成的蜂窩狀溶孔和港灣狀溶蝕邊（圖4-a，4-c，4-f）。

通過對研究區(qū)267個鑄體薄片的鏡下觀察統(tǒng)計可知，總體上東方區(qū)與樂東區(qū)儲集層內(nèi)溶蝕作用均較為強烈，東方區(qū)原生孔隙保存較好，而樂東區(qū)的面孔率主要源于次生溶孔的貢獻（圖5）。其中東方區(qū)黃流組儲集層面孔率在1.00%～27.50%，平均13.64%，以原生粒間孔為主（平均4.21%），其次為鑄模孔（平均2.90%）、粒間溶孔（平均2.60%）及粒內(nèi)溶孔（平均2.29%）（圖5）。樂東區(qū)黃流組儲集層面孔率在0.10%～15.10%，平均7.12%，原生粒間孔含量較少（平均0.68%），可見大量粒間溶孔（平均3.23%）、粒內(nèi)溶孔（平均1.64%）及少量長石鑄?？祝ㄆ骄?.05%）（圖5）。

圖5 南海鶯歌海盆地樂東區(qū)及東方區(qū)黃流組儲集層孔隙類型及面孔率Fig.5 Pore types and surface porosity of the Huangliu Formation reservoirs in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

4.4 東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組烴類充注特征

4.4.1 含油氣砂巖及含烴包裹體巖相學與熒光分析

東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組砂巖薄片鏡下觀察可見，烴類熒光主要分布在石英次生加大邊、孔隙及微裂縫中。次生流體包裹體主要分布在石英顆粒愈合裂縫、石英顆粒內(nèi)部與石英顆粒邊緣，其中氣、液兩相包裹體多與其他氣態(tài)單相包裹體呈串珠狀、集群狀分布。

對研究區(qū)黃流組熒光薄片及含烴包裹體熒光分析統(tǒng)計表明，東方區(qū)與樂東區(qū)均經(jīng)歷了3期烴類充注，但兩地區(qū)的烴類充注及其充注規(guī)模存在一定差異。其中，東方區(qū)砂巖薄片中可見3種不同顏色的熒光：第1期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)黃白色熒光，充注規(guī)模僅次于第2期烴類充注（圖6-a）；第2期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)藍色熒光，充注規(guī)模最大（圖6-b）；第3期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)藍白色熒光，充注規(guī)模最?。▓D6-c）。樂東區(qū)黃流組砂巖薄片中可見3種不同顏色的熒光：第1期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)黃色熒光，充注規(guī)模最?。▓D6-d）；第2期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)藍白色熒光，充注規(guī)模最大（圖6-e）；第3期烴類充注及同期含烴包裹體發(fā)亮藍色熒光，發(fā)育規(guī)模僅次于第2期烴類充注（圖6-f）。

圖6 南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組熒光薄片及含烴包裹體熒光特征Fig.6 Characteristics of fluorescence of hydrocarbon-bearing thin sections and fluid inclusions in the Huangliu Formation reservoirs in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

4.4.2 包裹體成分及均一溫度特征分析

研究區(qū)黃流組儲集層內(nèi)氣、液兩相包裹體成分及均一溫度分析顯示，東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組包裹體氣相、液相成分及對應的均一溫度范圍均有較大差別（圖7）。

圖7 南海鶯歌海盆地東方區(qū)（a）與樂東區(qū)（b）黃流組流體包裹體均一溫度直方圖Fig.7 Homogenization temperature histogram of fluid inclusions of the Huangliu Formation reservoirs in Dongfang（a）and Ledong（b）areas，Yinggehai Basin，South China Sea

東方區(qū)黃流組儲集層存在3期烴類充注。其中，第1期烴類充注對應均一溫度為100～130℃，包裹體成分氣相以SO2、CH4為主，液相以CH4、H2O為主，充注規(guī)模較大。第2期烴類充注對應均一溫度為150～180℃，氣相以SO2、CH4、C4H6為主，液相以CH4、H2O為主，本期充注規(guī)模最大、分布最廣。第3期烴類充注對應均一溫度為200～210℃，包裹體成分氣相以SO2、CH4、CO2為主，液相以CH4、H2O為主，充注規(guī)模較小。

樂東區(qū)黃流組儲集層也經(jīng)歷了3期烴類充注過程。其中，第1期烴類充注對應均一溫度為80～100℃，包裹體成分氣相以SO2、CH4、C3H8為主，液相以CH4、H2O為主，充注規(guī)模較小。第2期烴類充注對應均一溫度為100～120℃，包裹體成分氣相以SO2、CH4為主，液相以CH4、H2O為主。第3期烴類充注對應均一溫度為150～180℃，氣相以SO2、C2H6為主，含少量CO2，液相以CH4、H2O為主，整體規(guī)模較大、分布較廣。

此外，研究區(qū)黃流組現(xiàn)今地層溫度約為160～180℃，而東方區(qū)與樂東區(qū)可見均一溫度為180～230℃的流體包裹體（圖7），這些均一溫度高于地層現(xiàn)今最高溫度的次生流體包裹體很可能是深部超壓熱流體釋放至中淺部地層（Xie et al.，2001）。

綜上，東方區(qū)于早成巖B期及中成巖A期早期發(fā)生規(guī)模較大的第1、2期烴類充注，之后于中成巖A期晚期發(fā)生含大量CO2的第3期烴類充注，規(guī)模較小。樂東區(qū)于早成巖B期發(fā)生規(guī)模較小的第1期烴類充注，之后分別于中成巖A期、中成巖A、B期發(fā)生規(guī)模較大的第2、3期烴類充注，其中第3期烴類流體中含CO2氣體。

4.5 東方區(qū)與樂東區(qū)成巖演化序列

結(jié)合研究區(qū)成巖作用及烴類充注特征，東方區(qū)與樂東區(qū)成巖演化序列可總結(jié)如下：

東方區(qū)成巖演化序列：壓實作用—BSR黃鐵礦（草莓狀）—第1期溶蝕作用—第1期烴類充注—菱鐵礦—硅質(zhì)—第2期烴類充注—第2期溶蝕作用—鐵方解石—白云石—鐵白云石—金紅石—TSR黃鐵礦（膠狀—自形粒狀）—第3期烴類充注—第3期溶蝕作用。

樂東區(qū)成巖演化序列：壓實作用—BSR黃鐵礦（草莓狀）—微晶方解石—第1期溶蝕作用—第1期烴類充注—硅質(zhì)—第2期烴類充注—第2期溶蝕作用—鐵方解石—白云石—鐵白云石—金紅石／磷灰石—TSR黃鐵礦（膠狀—自形粒狀）—第3期烴類充注—第3期溶蝕作用。

5 超壓背景下黃流組儲集層差異性沉積—成巖演化對比

5.1 東方區(qū)與樂東區(qū)物源和沉積充填作用之差異

東方區(qū)黃流組主要以西部昆嵩隆起區(qū)的三角洲沉積物及少量紅河物源為主要物源，是在鶯西坡折帶控制下搬運、再沉積形成的重力流海底扇砂巖（謝玉洪和范彩偉，2010；黃銀濤等，2016）。樂東區(qū)則是在盆地東部邊緣走滑轉(zhuǎn)換帶發(fā)育的大型溝谷的控制下，來自東部海南隆起區(qū)的物源搬運卸載形成的重力流峽谷水道砂巖及少量海底扇砂巖。由于兩者來自不同的物源，盡管東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層中石英含量接近（東方區(qū)52.31%，樂東區(qū)52.91%），但東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組砂巖中的巖屑含量（平均分別為19.38%和14.65%）、巖屑中變質(zhì)巖平均占比（平均分別為 59.54%和89.32%）均有明顯差異，砂巖中長石含量也有差別，東方區(qū)與樂東區(qū)平均分別為 7.46% 和10.96%。與東方區(qū)相比，樂東區(qū)黃流組沉積位置距離源區(qū)較近（黃銀濤等，2016；劉為等，2019），儲集層以中—粗粒砂巖為主，東方區(qū)則以極細—細粒砂巖為主。距物源區(qū)距離的遠近也體現(xiàn)在砂巖結(jié)構成熟度方面，如樂東區(qū)黃流組儲集層整體分選性較差，以中、中—差為主（占總量78.82%），而東方區(qū)黃流組砂巖顆粒分選較好，以中、中—好為主（占總量91.45%）。此外，在海平面逐漸升高的背景下，從中新世晚期開始，鶯歌海盆地沉積中心與沉降中心自西北（東方區(qū)）逐漸向東南（樂東區(qū)）遷移（張建新等，2019），致使西北部東方區(qū)黃流組埋深較?。?600～3900m），而東南部樂東區(qū)黃流組埋深較大（3300～4400m）。

在沉積作用的控制下，東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層粒度、分選、碎屑成分等均有較大差別。前人研究表明，儲集層粒度及雜基含量能夠控制儲微觀孔喉特征，且儲集層分選性與物性間具有明顯的正相關性，分選性越好，孔隙度、滲透率越高（Beard and Weyl，1973；馬劍等，2015）。因此沉積作用能夠通過控制儲集層粒度、分選、碎屑成分等控制儲集層物性。

除此之外，在沉積作用控制下，東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層不同的砂體厚度、分選性及填隙物含量、碎屑成分等導致儲集層原始孔隙度及滲透率不同，從而導致后期的成巖作用類型及強度不同（楊曉萍等，2007）。與樂東區(qū)相比，東方區(qū)砂巖整體分選性較好、埋深較小，這些條件有利于減弱壓實作用、保存原生粒間孔（趙艷等，2010），不同的粒徑能夠通過控制成巖流體的流動性影響儲集層膠結(jié)作用的強度，儲集層中長石等易溶礦物含量的不同則會影響溶蝕作用的強度（張伙蘭等，2013）。

5.2 超壓背景下東方區(qū)與樂東區(qū)差異性成巖演化

鶯歌海盆地內(nèi)普遍發(fā)育超壓，其中東方區(qū)黃流組現(xiàn)今平均壓力系數(shù)為1.91，樂東區(qū)黃流組現(xiàn)今平均壓力系數(shù)為2.10。對東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組共320個薄片的顆粒接觸關系統(tǒng)計顯示，東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組以點—線及線接觸為主，線—凹凸接觸較少（圖8）。其中，東方區(qū)黃流組儲集層碎屑顆粒接觸關系以點—線（占總量47.86%）為主，原生粒間孔保存較好，平均面孔率4.21%；樂東區(qū)碎屑顆粒接觸關系以線接觸為主（占總量55.17%），原生粒間孔平均面孔率僅0.68%。與東方區(qū)相比，樂東區(qū)黃流組儲集層整體壓實作用強度較高，這與2個地區(qū)所處構造位置、超壓形成時間不同有關。

圖8 南海鶯歌海盆地東方區(qū)（a）與樂東區(qū)（b）黃流組儲集層碎屑顆粒接觸關系Fig.8 Contacts of clastic grains of the Huangliu Formation reservoirs in Dongfang（a）and Ledong（b）areas，Yinggehai Basin，South China Sea

東方區(qū)位于鶯歌海盆地中央底辟帶，超壓形成時間較早，黃流組底部在9～5Ma開始出現(xiàn)超壓（馮沖等，2013），此階段黃流組儲集層處在早成巖A期的中晚期，超壓在很大程度上抵抗了壓實作用強度。而樂東區(qū)位于斜坡帶，超壓形成時間較晚（約為5～2Ma），該時期黃流組儲集層處于早成巖B期—中成巖A期，超壓形成時儲集層壓實程度已經(jīng)較高，因此超壓背景對壓實作用的抵抗及原生孔隙的保存有限，這也是盡管樂東區(qū)超壓程度較高，但壓實強度仍明顯高于東方區(qū)的原因之一。此外，樂東區(qū)黃流組同生—早成巖A期形成的充填于粒間孔隙的早期方解石、菱鐵礦等碳酸鹽膠結(jié)物，也在一定程度上起到了抵抗壓實作用強度的效果。

東方區(qū)黃流組儲集層整體膠結(jié)作用較弱，膠結(jié)物平均含量6.33%；樂東區(qū)膠結(jié)作用較強，膠結(jié)物平均含量10.42%。兩地區(qū)黃流組儲集層均以碳酸鹽膠結(jié)為主，部分層位可見鐵方解石基底式膠結(jié)，其次是黏土礦物膠結(jié)。東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層中碳酸鹽膠結(jié)物與黏土礦物平均含量分別為4.99%和9.19%。碳酸鹽和黏土礦物不僅充填孔隙，還會堵塞喉道、降低孔隙連通性，從而使孔隙孤立分布，使儲集層滲透率大幅降低。含量較高的碳酸鹽、黏土礦物等填隙物是樂東區(qū)黃流組儲集層孔喉間的連通性變差、整體物性較差的一個重要原因。對東方區(qū)（n=109）與樂東區(qū)（n=228）黃流組共337個鑄體薄片統(tǒng)計結(jié)果顯示，隨著深度增加，儲集層中碳酸鹽膠結(jié)物含量均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢（圖9-a）。由于超壓的形成會使碳酸鹽在水中的溶解度增大（于志超等，2012），自生石英的生成及黏土礦物的轉(zhuǎn)化在一定程度上受到抑制（Duan et al.，2018；羅靜蘭等，2020），內(nèi)部流體的流動變緩，膠結(jié)物更難沉淀（Jeans，1994；Ajdukiewicz et al.，2010）。因此超壓背景在一定程度上抑制了黃流組儲集層中的膠結(jié)作用。

研究區(qū)儲集層內(nèi)可見碳酸鹽膠結(jié)物充填粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔的現(xiàn)象。據(jù)此推測，在碳酸鹽膠結(jié)之前儲集層內(nèi)已經(jīng)發(fā)育較為強烈的溶蝕作用。此外，儲集層內(nèi)發(fā)育的碳酸鹽溶孔及碳酸鹽膠結(jié)孔隙后形成的長石鑄膜孔證明，在碳酸鹽膠結(jié)作用之后儲集層經(jīng)歷了又一次強烈的溶蝕作用。對東方區(qū)、樂東區(qū)儲集層267個砂巖樣品的鏡下孔隙類型統(tǒng)計結(jié)果顯示，東方區(qū)黃流組儲集層中溶蝕孔平均含量9.18%，樂東區(qū)黃流組儲集層中溶蝕孔平均含量6.44%，除粒間溶孔外，常見長石遭受溶蝕形成的長石溶孔、鑄膜孔，研究區(qū)黃流組儲集層溶蝕作用均較為強烈。東方區(qū)、樂東區(qū)黃流組儲集層溶蝕孔含量隨壓力系數(shù)變化統(tǒng)計結(jié)果表明，隨壓力系數(shù)的增加，儲集層溶蝕孔含量整體呈現(xiàn)增加的趨勢（圖9-b）。前人研究表明，超壓環(huán)境對有機質(zhì)熱演化和生烴過程的抑制作用增加了烴源巖生烴作用生成的酸性流體的排出時間，能增強相鄰砂巖儲集層的溶蝕作用，有利于次生孔隙生成（Hao et al.，2007；Tingay et al.，2013；段威等，2015）。東方區(qū)與樂東區(qū)隨深度的增加、壓力系數(shù)的增大，溶蝕作用更加強烈，超壓是深部儲集層仍能保持較高的面孔率的主要因素。

圖9 南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層碳酸鹽膠結(jié)物（a）及溶蝕孔（b）含量散點圖Fig.9 Carbonate（a）and dissolution pore（b）content scatter diagram of Huangliu reservoirs in Dongfang and Ledong areas，Yinggehai Basin，South China Sea

6 東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層成巖演化模式

6.1 東方區(qū)黃流組儲集層成巖演化模式

東方區(qū)中新統(tǒng)黃流組埋深約為2600～3900m。儲集層整體壓實作用較弱，顆粒間以點—線接觸為主，原生孔與次生孔隙共存，膠結(jié)物主要為鐵方解石，X射線衍射黏土礦物相對含量分析結(jié)果表明，儲集層黏土礦物主要為伊利石，伊／蒙混層中蒙皂石層含量主要分布在10.00%～25.00%，平均16.25%。烴源巖熱解實驗分析結(jié)果表明，其有機質(zhì)成熟度較高，RO值為0.62%～0.89%，平均0.75%。根據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標準（紀友亮，2009），結(jié)合巖石孔隙結(jié)構特征、顆粒接觸關系、自生黏土礦物類型及自生礦物形成順序，綜合判斷研究區(qū)中新統(tǒng)黃流組儲集層處于中成巖A期晚期（圖10-a）。結(jié)合東方區(qū)埋藏演化史，對區(qū)內(nèi)黃流組儲集層成巖—孔隙演化分析如下。

1）同生—早成巖A期。此時成巖環(huán)境為弱堿性，地溫小于65℃。成巖作用主要為壓實作用，早期靜巖壓實作用下原生孔隙不斷減少。早成巖A期中晚期（9～5 Ma）超壓作用開始形成，在很大程度上抑制了壓實作用對原生孔隙的破壞?？紫额愋鸵栽紫稙橹?，部分早期泥晶碳酸鹽和少量草莓狀黃鐵礦膠結(jié)物填充粒間孔隙。早期淡—海水的混合水環(huán)境中，部分長石發(fā)生溶蝕。

2）早成巖B期。地溫約65～90℃。穩(wěn)定的超壓背景下，壓實作用對原生孔隙的破壞作用有限。第1期烴類充注下發(fā)生少量溶蝕，儲集層中發(fā)育少量次生孔隙，孔隙類型仍以原生孔隙為主。早期菱鐵礦膠結(jié)并充填粒間孔隙，晚期石英次生加大開始發(fā)育。

3）中成巖A期。地溫約90～160℃。該時期研究區(qū)發(fā)育來自深部的富含CO2熱流體活動（何家雄等，2004；范彩偉等，2021），同時也是第2期與第3期烴類充注時期，規(guī)模較大。深部熱流體及有機酸的充注使得黃流組處于高溫酸性環(huán)境中，長石等易溶礦物大量溶蝕，大量粒間溶孔與長石、巖屑及膠結(jié)物溶蝕孔共同組成次生孔隙。次生溶孔增加，原生孔與次生孔共存。之后介質(zhì)向弱酸性演變，石英次生加大開始發(fā)育。晚期成巖環(huán)境逐漸變?yōu)閴A性環(huán)境，形成晚期鐵方解石、白云石、鐵白云石等自生亮晶碳酸鹽及金紅石、膠狀—粒狀黃鐵礦等自生礦物，且白云石、鐵白云石等大量交代早期菱鐵礦及鐵方解石。

6.2 樂東區(qū)黃流組儲集層成巖演化模式

樂東區(qū)中新統(tǒng)黃流組埋深約為3400～4400m。儲集層整體壓實作用較強，顆粒間以線—凹凸接觸為主，膠結(jié)物主要為鐵方解石，黏土礦物主要為伊利石，伊／蒙混層中蒙皂石層含量主要分布在5.00%～15.00%，平均8.79%，孔隙類型主要為次生溶孔。儲集層整體有機質(zhì)成熟度較高，RO值主要分布在0.75%～1.02%，平均0.87%，熱解最高溫度（Tmax）為425～465℃。結(jié)合巖石孔隙結(jié)構特征、顆粒接觸關系、自生黏土礦物類型及自生礦物形成順序，根據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標準（紀友亮，2009），綜合判斷樂東區(qū)中新統(tǒng)黃流組儲集層處于中成巖B期（圖10-b）。結(jié)合樂東區(qū)埋藏演化史，對區(qū)內(nèi)黃流組儲集層成巖—孔隙演化分析如下：

1）同生—早成巖A期。此時地溫小于65℃，成巖環(huán)境為堿性。成巖作用主要為壓實作用，原生孔隙發(fā)育。早期的泥晶、微晶碳酸鹽及少量草莓狀黃鐵礦沉淀于顆粒表面及粒間孔隙。早期混合水環(huán)境中，部分長石發(fā)生少量溶蝕。

2）早成巖B期。地溫約65～95℃。超壓作用開始形成，一定程度上抑制了壓實作用的強度，部分原生孔隙被保存。儲集層內(nèi)發(fā)育第1期烴類充注，規(guī)模較小，砂巖中少量易溶礦物發(fā)生溶蝕，儲集層中發(fā)育一部分次生孔隙，原生孔隙與次生孔隙共存。晚期開始發(fā)育少量硅質(zhì)膠結(jié)。

3）中成巖A期—B期。地溫約95～180℃，超壓背景下，壓實作用于中成巖A期早期基本結(jié)束。中成巖A期—B期是規(guī)模較大的第2期與第3期烴類充注時期，伴隨烴類充注，攜帶有機酸的酸性流體進入儲集層，發(fā)育規(guī)模較大的第2、3期溶蝕作用，使得長石、巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等強烈溶蝕，顆粒邊緣在溶蝕作用下呈港灣狀。該階段儲集層內(nèi)發(fā)育金紅石、磷灰石、膠狀—自形粒狀黃鐵礦等多種自生礦物。晚期儲集層內(nèi)發(fā)育富含CO2熱流體活動，形成石英次生加大，之后地層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯄A性環(huán)境，鐵方解石、白云石、鐵白云石等晚期碳酸鹽膠結(jié)并交代早期方解石、中晚期鐵方解石?？紫额愋鸵源紊紫稙橹鳌?/p>

6.3 儲集層孔隙演化特征

結(jié)合研究區(qū)儲集層成巖作用過程，對研究區(qū)黃流組儲集層各個成巖階段的孔隙演化特征進行計算。根據(jù)Beard和Weyl（1973）提出的儲集層原始孔隙度（OP）與儲集層分選系數(shù)（S0）之間的關系式，可以得出研究區(qū)黃流組儲集層初始孔隙度。

其中儲集層分選系數(shù)（S0）可由砂巖粒度累積曲線上含量在25%和75%處所對應的顆粒直徑（P25、P75）計算。

前人研究認為，在壓實前后骨架顆粒體積不變，僅巖石表觀體積縮小的前提下，儲集層壓實減少孔隙度（COPL）、膠結(jié)減少孔隙度（CEPL）與溶蝕增加孔隙度（CRPI）可由以下公式計算（Ehrenberg，1989；張創(chuàng)等，2014）：

其中IGV為粒間體積百分比，即除巖石骨架顆粒體積（包括粒內(nèi)溶孔）外，粒間體積占現(xiàn)今巖石表觀體積的百分比；CEM 為膠結(jié)物含量；CRP為溶蝕孔含量。

結(jié)合計算結(jié)果，東方區(qū)黃流組原始孔隙度約35.40%，在早成巖A期中晚期開始形成超壓，穩(wěn)定的超壓背景在很大程度上抵抗了壓實作用對原生孔隙的破壞，壓實作用于早成巖B期中期基本結(jié)束，壓實平均減孔20.40%。在穩(wěn)定的超壓背景下，東方區(qū)黃流組整體膠結(jié)作用較弱，早成巖A期儲集層內(nèi)早期碳酸鹽的膠結(jié)受到抑制，中成巖A期CO2充注后晚期碳酸鹽大量膠結(jié)，膠結(jié)平均減孔7.40%。伴隨烴類充注的發(fā)生，研究區(qū)內(nèi)存在3期溶蝕作用，東方區(qū)黃流組儲集層由溶蝕作用增加了10.35%的溶蝕孔，溶蝕作用后儲集層孔隙度為17.95%。東方區(qū)黃流組儲集層現(xiàn)今平均面孔率為13.64%，平均實測孔隙度和滲透率分別為17.68%和11.11×10-3μm2。樂東區(qū)黃流組原始孔隙度約38.85%，超壓形成于早成巖B期—中成巖A期，其對壓實作用的抵抗能力有限，壓實作用持續(xù)到早成巖B期末，壓實減孔較高（平均減孔22.75%）。樂東區(qū)膠結(jié)作用較強，早成巖A期形成了較多的早期方解石，CO2充注后早期碳酸鹽被大量以鐵方解石為主的中晚期碳酸鹽膠結(jié)物交代，膠結(jié)作用平均減孔14.85%。伴隨烴類充注發(fā)生了規(guī)模不同的3期溶蝕作用，溶蝕平均增孔7.60%，溶蝕作用后儲集層孔隙度為8.85%。樂東區(qū)黃流組儲集層現(xiàn)今平均面孔率為7.12%，平均實測孔隙度和滲透率分別為8.94%和1.52×10-3μm2。

7 結(jié)論

1）南海鶯歌海盆地東方區(qū)與樂東區(qū)黃流組儲集層成巖作用特征、成巖—孔隙演化過程與儲集層物性具有較明顯的差異。東方區(qū)黃流組砂巖的壓實作用、膠結(jié)作用較弱，處于中成巖A期晚期，物性較好（平均孔隙度17.68%，平均滲透率11.11×10-3μm2）；樂東區(qū)黃流組砂巖整體壓實作用、膠結(jié)作用較強，處于中成巖B期，物性較差（平均孔隙度8.94%，平均滲透率1.52×10-3μm2）。

2）樂東區(qū)黃流組儲集層物性較差的原因歸納為：（1）距物源區(qū)較近和整體埋藏較深，致使儲集層的礦物成熟度與結(jié)構成熟度較差，靜巖壓實作用更強；（2）形成時間較晚的超壓對壓實作用的抵抗及對膠結(jié)作用的抑制有限，因而原生孔隙保留較少；（3）盡管儲集層孔隙分選較好，但喉道多被泥質(zhì)雜基、碳酸鹽膠結(jié)物堵塞，孔隙間的連通性較差，因而滲透率大大降低。

3）儲集層成巖—孔隙演化過程與儲集物性受物源、沉積中心與沉降中心及沉積相類型等沉積作用，超壓背景和成巖作用的共同控制。其中，物源與沉積作用控制了儲集層的埋深及砂巖的成分成熟度及結(jié)構成熟度，在一定程度上制約了壓實作用強度及膠結(jié)礦物類型，進而影響了儲集層的物性；超壓背景在成巖早期起到了抵抗壓實、保存原生孔隙的作用，在成巖中晚期則起到抑制膠結(jié)、促進溶蝕的作用。