操應(yīng)長(zhǎng)，陳 林，2，王艷忠，隋風(fēng)貴，2

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555;2.中國(guó)石化勝利油田 西部新區(qū)研究中心，山東東營(yíng) 257015)

東營(yíng)凹陷民豐北帶古近系沙三段成巖演化及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

操應(yīng)長(zhǎng)1，陳 林1，2，王艷忠1，隋風(fēng)貴1，2

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555;2.中國(guó)石化勝利油田 西部新區(qū)研究中心，山東東營(yíng) 257015)

綜合利用巖石薄片、埋藏史及流體包裹體等資料，對(duì)民豐北帶古近系沙三段成巖演化及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明:沙三段沉積初期至距今38 Ma成巖作用主要為壓實(shí)作用，距今38～32 Ma發(fā)生第一期酸性溶解，距今32～25 Ma發(fā)生石英溶解、碳酸鹽膠結(jié)及第一期油氣充注，距今25～2 Ma發(fā)生第二期酸性溶解及第二期油氣充注，距今約2 Ma發(fā)生晚期碳酸鹽膠結(jié)，距今2 Ma至現(xiàn)今發(fā)生第三期酸性溶解及第三期油氣充注;對(duì)儲(chǔ)層物性演化影響較大的主要有壓實(shí)作用、碳酸鹽膠結(jié)、酸性溶解及油氣充注;第一期油氣充注發(fā)生在碳酸鹽膠結(jié)的早中期，抑制了碳酸鹽繼續(xù)膠結(jié)，使孔隙得以保存，未發(fā)生油氣充注或充注弱的儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)烈，孔隙多大量損失，現(xiàn)今物性較差。

成巖演化;沙三段;民豐北帶;東營(yíng)凹陷

1 地質(zhì)概況

民豐北帶位于東營(yíng)凹陷北部陡坡帶東段，西與勝坨油田相鄰，東到青坨子凸起，南鄰民豐洼陷，北至陳家莊凸起，是由陳南鏟式扇形邊界斷層所控制的陡斜坡構(gòu)造帶(圖1)，具有斷坡陡峭、山高谷深、溝梁相間的古地貌特征［1］，自西向東發(fā)育鹽16、鹽18兩大古沖溝，古沖溝內(nèi)廣泛發(fā)育近岸水下扇砂礫巖扇體，緊鄰烴源巖分布，成藏條件優(yōu)越，勘探潛力大［2］，并已獲得較好的工業(yè)油流，如豐深1井已取得重大突破［3］。由于民豐洼陷古近系儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖環(huán)境，儲(chǔ)層成巖演化及物性演化較為復(fù)雜。目前針對(duì)民豐北部地區(qū)成巖演化及物性演化方面的研究不夠具體，多是針對(duì)整個(gè)東營(yíng)凹陷或東營(yíng)北帶［4-8］，且對(duì)成巖演化序列的判斷也沒有給出足夠的證據(jù)。筆者以民豐北帶沙三段為例，從儲(chǔ)層微觀分析入手，結(jié)合流體包裹體資料、埋藏史及熱史分析，恢復(fù)沙三段儲(chǔ)層流體演化、成巖演化過程，并探討各成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性演化的影響。

圖1 東營(yíng)凹陷民豐洼陷北帶位置Fig.1 Location of northern Minfeng sub-sag of Dongying sag

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

本文研究主要針對(duì)民豐北帶砂礫巖中的細(xì)礫巖、含礫砂巖及砂巖儲(chǔ)層。對(duì)100多塊巖石薄片資料的觀察分析表明，沙三段儲(chǔ)層以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主(圖2)，其中石英體積分?jǐn)?shù)為18% ～45%，平均34.34%;長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為23% ～70%，平均38.95%;巖屑體積分?jǐn)?shù)為3% ～43%，平均24.86%，且?guī)r屑成分復(fù)雜，類型多樣，主要為變質(zhì)巖巖屑。填隙物中雜基體積分?jǐn)?shù)為0.5%～14%，平均4.11%;膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為0～27%，平均4.43%。整體上分選中等—差，磨圓以次棱角狀為主，支撐方式以顆粒支撐為主，顆粒之間主要呈點(diǎn)—線接觸;膠結(jié)物可見鈣質(zhì)、硅質(zhì)和泥質(zhì)，以鈣質(zhì)為主，膠結(jié)類型以孔隙－接觸式膠結(jié)為主，常見基底式膠結(jié)。以上分析表明民豐北帶沙三段儲(chǔ)層成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)較低，膠結(jié)作用中等偏強(qiáng)。

圖2 東營(yíng)凹陷民豐北帶沙三段巖石組分三角圖Fig.2 Ditrital composition of Es3sandstone in northern Minfeng sub-sag of Dongying sag

2.2 儲(chǔ)集特征

總體上，沙三段儲(chǔ)集物性較好，以中—高孔、中—高滲儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)集空間類型主要可見原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔。次生溶孔以長(zhǎng)石顆粒及碳酸鹽膠結(jié)物的溶解孔為主。邱隆偉等［2］對(duì)民豐洼陷沙三段4 599個(gè)樣品的孔隙類型統(tǒng)計(jì)顯示，沙三段儲(chǔ)集空間類型以次生孔為主，且主要為粒間溶蝕孔。

3 成巖作用特征

沙三段壓實(shí)作用中等偏弱，顆粒以點(diǎn)－線接觸為主;膠結(jié)作用主要為碳酸鹽膠結(jié)，其次為石英的次生加大，并可見兩期，少量的自生高嶺石及黃鐵礦膠結(jié)(圖3，圖中Ka為高嶺石，CA為方解石，P為黃鐵礦)。膠結(jié)物不僅充填原生粒間孔，也會(huì)充填在前期次生溶孔之中(圖4(a)、(e)、(f))，導(dǎo)致孔隙大量損失;交代作用普遍存在，類型多樣(圖3(a)、(d)、(e)、(f));溶解作用主要為長(zhǎng)石顆粒溶解、碳酸鹽膠結(jié)物溶解、少量石英顆粒及其加大邊的溶解及巖屑的溶解等(圖4，圖中R為巖屑，F(xiàn)為長(zhǎng)石，Q為石英)?？傮w上沙三段成巖作用呈壓實(shí)中等、膠結(jié)及交代作用中等偏強(qiáng)、溶解作用較為強(qiáng)烈的特征。

4 成巖演化序列

首先根據(jù)巖石薄片中自生礦物之間的交代關(guān)系及溶解－充填等現(xiàn)象，分析各成巖作用發(fā)生的先后順序，其次通過對(duì)烴源巖及膏巖層的埋藏?zé)嵫莼治?，確定各期流體形成的時(shí)間，進(jìn)而確定各期成巖作用形成的時(shí)間，然后利用流體包裹體均一溫度確定成巖作用發(fā)生的精確時(shí)間對(duì)上述分析進(jìn)行驗(yàn)證，并確定油氣充注期次，最終使各分析結(jié)果相互補(bǔ)充，綜合建立成巖演化序列。

圖3 民豐北帶沙三段主要膠結(jié)、交代作用類型Fig.3 Main kinds of cementation and metasomatism in Es3of Northern Minfeng-sub sag

圖4 民豐北帶沙三段主要溶解作用及溶解充填現(xiàn)象Fig.4 Main kinds of dissolution and filling role of dissolution of Es3in northern Minfeng sub-sag

4.1 巖石薄片資料分析

首先，根據(jù)溶解作用及溶解－充填關(guān)系，可見長(zhǎng)石溶孔被碳酸鹽膠結(jié)物充填，且碳酸鹽膠結(jié)物也發(fā)生了溶解(圖4(d)、(e))，推斷長(zhǎng)石溶解早于碳酸鹽膠結(jié)，早于碳酸鹽膠結(jié)物溶解;亦可見長(zhǎng)石的溶解空間部分被石英加大邊充填(圖4(a))，石英顆粒及其加大邊也發(fā)生了溶解且溶解空間被碳酸鹽膠結(jié)物充填(圖4(c)、(f))，推斷長(zhǎng)石溶解早于石英加大，早于石英溶解，早于碳酸鹽膠結(jié)。其次，根據(jù)各自生礦物之間的相互交代關(guān)系，可見碳酸鹽膠結(jié)物交代石英加大邊(圖3(a))，且碳酸鹽膠結(jié)物被黃鐵礦交代(圖3(f))，說明石英加大早于碳酸鹽膠結(jié)，早于黃鐵礦膠結(jié)。各碳酸鹽膠結(jié)物之間，主要可見鐵白云石及鐵方解石交代白云石(圖3(e))，說明鐵白云石和鐵方解石形成較晚。另外，長(zhǎng)石的溶解產(chǎn)物在適當(dāng)條件下以自生高嶺石和石英加大邊的形式沉淀［9］，也可見自生高嶺石被鐵白云石膠結(jié)物交代(圖3(d))，說明自生高嶺石形成較早。

綜上分析，各成巖作用的先后順序?yàn)殚L(zhǎng)石溶解→石英加大/自生高嶺石→石英溶解→碳酸鹽膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)物溶解/少量黃鐵礦膠結(jié)。

4.2 埋藏史及熱史分析

儲(chǔ)層中自生礦物的沉淀及組分的溶解均是對(duì)地層流體性質(zhì)變化的響應(yīng)，所以研究地層流體的演化對(duì)于成巖演化研究至關(guān)重要。民豐洼陷古近系發(fā)育多套有效烴源巖［10－12］，并發(fā)育厚層的膏鹽層，烴源巖在埋藏?zé)嵫莼^程中會(huì)釋放大量有機(jī)酸，而膏鹽層在演化過程中可釋放大量富含Ca2+的堿性水。可見，烴源巖和膏鹽層的熱演化會(huì)影響孔隙流體的酸堿性，進(jìn)而影響成巖作用及儲(chǔ)層物性的演化。

豐深1井位于民豐洼陷北帶斜坡部位(圖1)，發(fā)育兩套烴源巖及厚層膏鹽層。通過分析其烴源巖及膏鹽層熱演化來研究地層流體性質(zhì)的演化，并結(jié)合上述分析結(jié)果，根據(jù)各成巖作用發(fā)生所需要的流體環(huán)境來確定各期流體所對(duì)應(yīng)的成巖作用類型。

根據(jù)豐深1井埋藏史(圖5)，沙三段沉積后至距今38 Ma，底界溫度小于80℃，烴源巖尚未成熟，地層水pH值基本受沉積水體控制，由于沙三段沉積時(shí)期總體上為凹陷擴(kuò)張期［13］，沉積水體基本呈中性，成巖作用主要為壓實(shí)排水;距今38～32 Ma沙四上亞段烴源巖成熟，生成大量有機(jī)酸［14］，且沙三下亞段部分烴源巖溫度也達(dá)到75～80℃，也可產(chǎn)生部分有機(jī)酸，使沙三段地層水呈酸性，這一時(shí)期可發(fā)生長(zhǎng)石的溶解及石英的加大;距今32～25 Ma地層溫度達(dá)到97℃，由于沙四上亞段有機(jī)酸發(fā)生脫羧，同時(shí)沙四下亞段石膏開始脫水［14］，生成大量堿性水，控制了沙三段地層水呈堿性，這一時(shí)期可發(fā)生石英溶解、碳酸鹽礦物膠結(jié);距今25～2 Ma沙三段經(jīng)歷了抬升和再沉降，有機(jī)酸生成量降低，但由于沙四上亞段因抬升再次進(jìn)入大量生酸階段，使沙三段pH值基本呈酸性，這一時(shí)期的酸性流體環(huán)境則對(duì)應(yīng)于第二期酸性溶解(碳酸鹽膠結(jié)物的溶解);距今約2 Ma，由于沙四上亞段石膏脫水［14］，使地層水呈堿性，由于沙四上亞段膏巖層不甚發(fā)育，脫出的堿性水有限，地層流體呈堿性的時(shí)間短，故在這一期堿性流體環(huán)境中可形成少量碳酸鹽膠結(jié)物;距今約2 Ma至現(xiàn)今，沙三段持續(xù)沉降，底界溫度由110℃升至大于120℃，進(jìn)入有機(jī)酸大量生成階段，且這一溫度范圍處于有機(jī)酸的有利保存區(qū)，地層水重新受有機(jī)酸控制，至現(xiàn)今地層水仍呈弱酸性，這一階段可發(fā)生第三期酸性溶解，部分原油發(fā)生裂解生成少量瀝青質(zhì)和H2S，H2S與地層中的Fe3+反應(yīng)，可生成少量黃鐵礦。

圖5 豐深1井埋藏史(據(jù)宋國(guó)奇，修改)Fig.5 Burial history of well Fengshen1(After Song Guoqi，modified)

4.3 流體包裹體均一溫度分析

東營(yíng)凹陷沙三段流體包裹體數(shù)據(jù)(表1，據(jù)勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院)表明，豐深1井2.865 4 km處長(zhǎng)石表面溶蝕孔洞中的鹽水包裹體平均均一溫度有83.7、102.7及113.6℃三組，通過在埋藏史圖上投影可知，均一溫度為83.7℃的溶解處于第二期酸性溶解時(shí)期(距今25～2 Ma)，而均一溫度為102.7、113.6℃的溶解均發(fā)生在距今2 Ma之后，證明存在第三期酸性溶解。另外豐深1井2.8656 km處石英加大邊里的油包裹體均一溫度為120.5℃，說明該石英加大形成時(shí)的溫度應(yīng)大于120.5℃，根據(jù)埋藏史圖(圖5)，這一溫度應(yīng)在距今2 Ma之后，即第三期酸性溶解時(shí)期，證明第三期酸性溶解時(shí)期也發(fā)生了石英的加大。

在利用流體包裹體均一溫度確定民豐洼陷沙三段油氣充注的期次及時(shí)間上，很多學(xué)者觀點(diǎn)大體一致［15-16］，認(rèn)為發(fā)生了三期充注，如劉惠民［16］根據(jù)油包裹體同期的鹽水包裹體均一溫度分析認(rèn)為，民豐洼陷沙三段第一期油氣充注的時(shí)間為距今28～25 Ma，第二期為距今7.1～3.4 Ma，第三期為距今1.1 Ma至現(xiàn)今。

表1 豐深1井流體包裹體測(cè)試數(shù)據(jù)Table 1 Test data of fluid inclusions of well Fengshen1

4.4 成巖演化序列的綜合建立

通過對(duì)各種分析結(jié)果的相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，沙三段成巖演化可確定為:開始沉積至距今38 Ma，地層流體呈中性，成巖作用以壓實(shí)為主;距今38～32 Ma，地層流體呈酸性，發(fā)生長(zhǎng)石溶解、石英加大及自生高嶺石沉淀;距今32～25 Ma，地層流體呈堿性，發(fā)生石英溶解、碳酸鹽膠結(jié)，期間距今28～25 Ma發(fā)生第一期油氣充注;距今25～2 Ma，地層流體為酸性，發(fā)生第二期酸性溶解、石英加大，期間距今7.1～3.4 Ma發(fā)生第二期油氣充注;距今約為2 Ma時(shí)，地層流體為堿性，發(fā)生晚期碳酸鹽膠結(jié);距今2 Ma至現(xiàn)今，地層流體為酸性，發(fā)生第三期酸性溶解及石英加大，形成少量黃鐵礦及瀝青質(zhì)，其中距今1.1Ma至現(xiàn)今發(fā)生第三期油氣充注。

5 成巖演化對(duì)物性演化的影響

以成巖演化序列為約束，選取沙三段油、水層鑄體薄片，利用反演回剝法，對(duì)面孔率演化進(jìn)行定量恢復(fù)，分析各成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。油層以鹽182井2.263 85 km為例，水層以鹽18井1.958 71 km為例進(jìn)行說明。通過反演回剝計(jì)算可知(圖6)，對(duì)沙三段儲(chǔ)層物性演化起到重要影響的有壓實(shí)作用、碳酸鹽膠結(jié)及溶解作用。另外油、水層面孔率演化也具有較大的差異性:水層的碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)于油層，而后期溶解明顯弱于油層，導(dǎo)致油層現(xiàn)今面孔率高于水層，說明油氣充注對(duì)儲(chǔ)層成巖作用及物性演化也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

圖6 民豐北帶沙三段油、水層面孔率演化反演回剝結(jié)果Fig.6 Inversion results of physical property of oil and water reservoir of Es3 in northern Minfeng sub-sag

前人研究認(rèn)為油氣充注對(duì)成巖作用具有重要影響［9，17-19］:它一方面可提供一定量的有機(jī)酸，改變孔隙水化學(xué)組成，使地層流體pH值降低;另一方面會(huì)限制流體活動(dòng)，阻礙離子間的傳遞?？梢娪蜌獬渥⒁环矫婵纱龠M(jìn)酸溶性礦物的溶解甚至強(qiáng)烈溶解，另一方面會(huì)抑制自生礦物的形成以及礦物間的交代和轉(zhuǎn)化。薄片觀察中也可見油層中的碳酸鹽膠結(jié)物含量明顯低于水層或干層。根據(jù)上述分析，第一期油氣充注時(shí)(距今28～25 Ma)地層流體為堿性，正處于碳酸鹽礦物的沉淀時(shí)期，故油氣充注強(qiáng)烈的儲(chǔ)層中，由于pH值的降低和流體活動(dòng)被限制，碳酸鹽的繼續(xù)膠結(jié)受到抑制，孔隙得以保存，演化至今成為有效儲(chǔ)層，而油氣充注微弱或未充注的儲(chǔ)層，碳酸鹽膠結(jié)繼續(xù)進(jìn)行，膠結(jié)相對(duì)強(qiáng)烈，大量孔隙被充填，導(dǎo)致儲(chǔ)層流體活動(dòng)困難，物性很難再被較大改造，演化到現(xiàn)今仍較差。

綜合上述巖石薄片資料分析、埋藏史及熱史分析、流體包裹體均一溫度分析及成巖演化對(duì)物性演化影響的分析，東營(yíng)凹陷民豐北帶沙三段流體演化、成巖演化及物性演化過程可歸納為圖7。

圖7 民豐北帶沙三段儲(chǔ)層成巖演化及物性演化Fig.7 Reservoir diagenesis evolution and quality evolution of Es3in northern Minfeng sub-sag

6 結(jié)論

(1)民豐北帶沙三段經(jīng)歷了多期酸堿交替的流體演化，成巖演化呈多期溶解、多期膠結(jié)的特征，其成巖序列為:初始沉積至距今38 Ma成巖作用主要為壓實(shí)作用;距今38～32 Ma發(fā)生第一期酸性溶解;距今32～25 Ma發(fā)生石英的溶解、碳酸鹽膠結(jié)，期間發(fā)生第一期油氣充注;距今25～2 Ma發(fā)生第二期酸性溶解，期間發(fā)生第二期油氣充注;距今約2 Ma發(fā)生晚期碳酸鹽膠結(jié);距今2 Ma至現(xiàn)今發(fā)生第三期酸性溶解及第三期油氣充注。

(2)對(duì)研究區(qū)目的層儲(chǔ)層物性演化有重要影響的有壓實(shí)作用、碳酸鹽膠結(jié)、油氣充注以及酸性溶解作用。油氣充注發(fā)生在第一期碳酸鹽膠結(jié)的早中期，油氣充注強(qiáng)的儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物的繼續(xù)沉淀受到抑制甚至停止，孔隙得以保存，而油氣充注弱或未充注的儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)繼續(xù)進(jìn)行，使孔隙大量損失，后期很難再被較好改造，演化到現(xiàn)今物性較差。

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Diagenetic evolution of Es3reservoir and its influence on property in the northern Minfeng sub-sag of Dongying sag

CAO Ying-chang1，CHEN Lin1，2，WANG Yan-zhong1，SUI Feng-gui1，2
(1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266555，China;2.Western New Prospect Research Center，Shengli Oilfield，Dingying 257015，China)

Through the analysis of lots of rock thin sections of Es3formation in the northern Minfeng sub-sag of Dongying sag，combined with the homogenization temperature analysis of fluid-inclusion and burial history，the process of diagenetic evolution and its influence on the reservoir property were studied.The diagenetic sequence is:from the beginning of the deposition of Es3to 38 Ma ago，the main type of diagenesis is compaction;from 38 to 32 Ma ago，the first phase of acid dissolution;from 32 to 25 Ma ago，quartz dissolution/carbonate cementation and the first phase of hydrocarbon filling;from 25 to about 2 Ma ago，the second phase of acid dissolution and hydrocarbon filling;about 2 Ma ago，the later carbonate cementation;from 2 Ma ago until now，the third phase of acid dissolution and hydrocarbon filling.Among them，compaction，carbonate cementation，acid dissolution and former hydrocarbon filling exert the most important effect on the evolution of reservoir physical property.The first phase of hydrocarbon filling occurred in the early and medium stage of carbonate cementation，which hindered the carbonate cementation，and the porosity would be preserved.If hydrocarbon filling didn't occur or the hydrocarbon filling was not enough，carbonate cementation would be intensive，and the property would be poor.

diagenesis evolution;Es3;north of Minfeng sub-sag;Dongying sag

TE 122.2

A >

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.05.002

1673-5005(2011)05-0006-08

2011－01－26

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)課題(2008ZX05051－02);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(L40972080)

操應(yīng)長(zhǎng)(1969－)，男(漢族)，安徽潛山人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)、層序地層學(xué)等教學(xué)和科研工作。

(編輯 徐會(huì)永)