段冬平

中國石油大學（北京）地球科學學院，北京１０２２４９

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海） ２０００３０

侯加根 （中國石油大學（北京）地球科學學院，北京１０２２４９）

高建 （中國石油勘探開發(fā)研究院，北京１０００８６）

王禮常 （中化石油勘探開發(fā)有限公司，北京１０００３１）

鈣質膠結多由碳酸鹽膠結作用形成，碳酸鹽膠結是碎屑巖儲層中最為常見的膠結類型之一，其分布普遍、形成多期且成因多樣［1］，碳酸鹽膠結對儲層的影響之一就是占據(jù)儲層原生孔隙，對儲層孔隙度起到破壞作用［2］，在儲層研究中一般將碳酸鹽膠結作用形成的鈣質膠結作為鈣質夾層或隔層，而隔夾層的分布正是造成儲層內(nèi)部結構差異，導致大量可動油無法采出的主控地質因素之一［3］。河控三角洲沉積是我國東部油田中最重要的儲集類型之一［4］，筆者以永安鎮(zhèn)油田沙河街組二段 （E2s2）5～7 砂組（E2s52～7）河控三角洲前緣儲層為例，基于測井資料和巖心分析化驗資料對河控三角洲前緣儲層內(nèi)部鈣質夾層分布規(guī)律及其成因開展研究。永安鎮(zhèn)油田位于濟陽坳陷東營凹陷的東北部，北鄰陳家莊凸起，東鄰青坨子凸起，西為民豐洼陷，南抵東營凹陷中央隆起帶，是一個中高滲、稀油低飽和復雜斷塊油藏。永3斷塊E2s2為典型的進積三角洲沉積，儲層以河口壩與水下分流河道沉積砂體為主［5，6］。

1 鈣質膠結的電性及鏡下特征

1．1 電性特征

鈣質膠結的巖石類型包括鈣質砂巖和鈣質泥巖。鈣質砂巖自然電位表現(xiàn)為砂巖負異常，而微電極（微電位、微梯度）電阻率曲線則是高阻尖峰狀；鈣質泥巖自然電位近似為泥巖正異常特征，微電極曲線表現(xiàn)為高阻尖峰狀，但峰值要低于鈣質砂巖，與上下圍巖電阻率差別大 （圖1）。

1．2 鏡下特征

1）鈣質砂巖 鈣質砂巖鏡下粒間孔喉明顯較砂巖降低，粒間孔喉分布不均勻，除發(fā)育黏土礦物充填以及石英次生加大外，碳酸鹽膠結物亦較多。如圖2所示，2114．60m 的鈣質砂巖掃描電鏡照片顯示，放大1500倍時，可見明顯的自形晶的黃鐵礦膠結物，放大3000倍時，可見粒間孔隙充填團粒狀方解石，且石英顆粒表面不均勻發(fā)育碳酸鈣。

2）鈣質泥巖 鈣質泥巖在鏡下整體上粒間孔不發(fā)育，分布不均，喉道與微孔隙不發(fā)育，填隙物主要為伊－蒙混層、黃鐵礦、方解石。如圖3所示，2084．01m 鈣質泥巖在放大3000倍時，可見片狀伊－蒙混層和許多大小不一的球狀黃鐵礦晶體，放大4000倍時，可見錐形的菱鐵礦，以及粒間充填的方解石，菱鐵礦呈蔟狀發(fā)育，有多個晶體。說明泥巖中曾有含F(xiàn)e2＋，Co2－3，S2－的高濃度流體存在過，形成鈣質膠結。

圖1 永3斷塊E2s5～72 構型界面處不同巖性隔夾層的電性特征

2 鈣質膠結的分布規(guī)律

圖2 鈣質砂巖掃描電鏡照片 （YAA3J1井，2114．60m）

鈣質膠結多是后期成巖過程中形成的，其分布規(guī)律復雜，因此要總結鈣質膠結的垂向分布特點和空間分布規(guī)律。

2．1 鈣質膠結垂向分布特點

根據(jù)單井巖性測井解釋發(fā)現(xiàn)，鈣質膠結的發(fā)育與相帶及砂厚存在一定關系，依據(jù)分布位置將其劃分為以下幾種特征：頂部膠結、底部膠結、中部膠結以及薄砂體整體膠結。

1）砂巖頂部鈣質膠結該類型鈣質砂巖最易發(fā)育在漏斗狀反韻律河口壩砂體頂部以及均質韻律河口壩砂體頂部（圖4 （a））。通過對全區(qū)所有井E2s5～72內(nèi)不同韻律砂體的統(tǒng)計（表1）發(fā)現(xiàn)，復合反正韻律砂體頂部不易發(fā)生膠結，鈣質膠結發(fā)生概率只有10%；而在漏斗狀反韻律河口壩砂體中，其頂部大約有30．2%的概率發(fā)育鈣質膠結；均質韻律河口壩砂體頂部膠結概率為23．5%?？梢姺错嵚傻暮涌趬紊绑w頂部最易發(fā)生鈣質膠結。

圖3 鈣質泥巖掃描電鏡照片 （YAA3J1井，2084．01m）

2）砂巖底部鈣質膠結 在均質韻律河口壩砂體的底部，與下伏泥巖接觸的部位常發(fā)育被鈣質膠結的砂巖 （圖4 （b））。由表1可知，正韻律底部出現(xiàn)鈣質膠結概率達18%，但單純的正韻律河道沉積在研究區(qū)較少見，反韻律河口壩與復合反正韻律的河壩組合發(fā)生底部膠結概率較低，分別為10．1%、9．2%，均質韻律底部發(fā)生鈣質膠結的概率較高，達到18．8%。

3）砂巖中部鈣質膠結 在厚層河口壩砂體內(nèi)部，常發(fā)育有厚度只有幾十厘米的薄層鈣質膠結，該處自然電位相對于上下砂巖的負異常有明顯的回返，微電極電阻率曲線明顯的異常高值 （圖4（a））。由表1可知，反韻律河口壩砂體中部膠結的概率為20．1%，均質韻律河口壩砂體中部膠結的概率為11．8%，復合反正韻律發(fā)生中部膠結的概率為16．6%，發(fā)育概率的高低與河口壩沉積時水動力變化的次數(shù)有關，水動力變化越頻繁，相應的變化界面處在后期成巖過程中越容易生成鈣質膠結。

圖4 永3斷塊E2s5～72 鈣質砂巖膠結的分布位置

表1 不同韻律不同厚度砂體鈣質膠結概率統(tǒng)計表

4）薄層整體鈣質膠結 在三角洲前緣席狀砂或遠砂壩的前端，隨著三角洲前緣砂體厚度逐漸減薄、粒度逐漸變細，薄層的粉砂巖沉積常被整體膠結（圖5 （a））。由表1可以看出，研究區(qū)薄層砂巖整體鈣質膠結的發(fā)生概率可達34．8%。且從順物源剖面上看，整體鈣質膠結的薄層砂體表現(xiàn)為漸變過渡的特點，即向湖盆方向，薄層砂體首先被整體膠結為鈣質砂巖，隨著碎屑顆粒粒度減小，泥質含量的增加，鈣質砂巖演變?yōu)殁}質泥巖（圖5 （b）），再向湖盆方向，鈣質泥巖最終過渡為泥巖。

2．2 空間分布規(guī)律及指導意義

圖5 永3斷塊E2s5～72 薄層整體鈣質膠結

如圖6所示，永3斷塊沙河街組二段5砂組 （E2s52）物源方向自東向西，頂部為上粗下細的反韻律特征，鈣質膠結不發(fā)育。而沙河街組二段5砂組2小層 （E2s5－22）頂面為砂巖分布在工區(qū)東部，鈣質膠結分布在工區(qū)西部；沙河街組二段5砂組3小層 （E2s52－3）頂面處砂巖分布在工區(qū)東部，因分流河道的下切侵蝕作用，不存在泥巖隔層，鈣質巖性分布在工區(qū)中部，再向前界面處出現(xiàn)穩(wěn)定的泥巖隔層；沙河街組二段5砂組4小層 （E2s52－4）頂面處砂巖分布在工區(qū)東部，鈣質膠結分布在工區(qū)中東部。自下至上隨著三角洲的不斷進積，小層頂面處鈣質膠結的發(fā)育位置也持續(xù)向湖盆方向推進。而在薄層砂體發(fā)育的沙河街組二段5砂組5小層 （E2s52－5），自東向西其巖性明顯的表現(xiàn)出由砂巖向鈣質砂巖過渡的趨勢。在E2s52－5下部泥巖隔層中發(fā)育連續(xù)的鈣質膠結泥巖。

圖6 永3斷塊E2s52 順物源剖面巖性分布圖

在三角洲前緣儲層的一個等時沉積單元內(nèi)，根據(jù)鈣質砂巖的垂向分布特征，總結了巖性自陸地向湖盆方向存在由砂巖－鈣質膠結 （鈣質砂巖、鈣質泥巖）－泥巖的演化模式 （圖7）。即近陸地方向，多為相互切割的正韻律河道沉積，頂界面處為砂巖沉積，向湖盆方向坡度增大，三角洲前緣砂體沉積變厚，頂界面處開始出現(xiàn)鈣質砂巖，持續(xù)向湖盆方向三角洲前緣砂體厚度開始變薄直至尖滅，小層頂界面處巖性也由近陸地方向厚層砂體的頂部鈣質膠結變?yōu)楸由绑w的整體鈣質膠結，再向湖盆方向，隨著砂質含量的減少，小層頂界面處的巖性演變?yōu)殁}質泥巖，并最終過渡到泥巖。這種巖性演化規(guī)律受沉積微相、砂巖厚度、砂泥巖接觸關系及成巖作用等因素綜合控制，在順物源的地層對比中可以利用該規(guī)律指導等時地層單元對比。

圖7 三角洲前緣小層界面處巖性演化模式圖

3 鈣質膠結的成因

巖心樣品的黏土礦物X衍射分析表明，研究區(qū)黏土礦物以高嶺石和伊－蒙混層為主，伊利石和綠泥石含量較低，其中伊－蒙混層主要分布在40%～70%之間，屬于無序列混層帶填隙物主要是次生加大石英、泥質及碳酸鹽礦物。結合前人研究成果，綜合判斷研究區(qū)E2s5～72成巖階段為早成巖B期，成巖作用以壓實、壓溶作用以及膠結作用為主［7～11］。伴隨著壓實作用的增強，長石開始溶蝕，在弱酸性孔隙水沉積環(huán)境下，高嶺石大量生成［12～14］。隨著長石的不斷溶蝕，孔隙水開始由弱酸性向弱堿性變化，伴隨著地層水pH值的增加，高嶺石和蒙脫石開始向伊利石、伊－蒙混層和綠泥石轉化，黏土礦物的轉化則可以形成大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等及水［15～17］。因此，在處于早成巖B期的三角洲前緣儲層中，砂巖與泥巖內(nèi)部碎屑礦物的溶蝕、黏土礦物的轉化以及生物化石局部富集可以提供大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等。在砂泥巖接觸部位，隨著壓實作用的增強，泥巖孔隙壓力增高，碳酸鹽溶解度增大，當排出的大量高濃度碳酸鹽流體進入鄰近的砂巖時，由于流體壓力降低而沉淀，地層水攜帶上述離子進入物性較好的砂巖中，最終在厚層砂體物性好的地方形成鈣質膠結，由于三角洲前緣河口壩砂體主要表現(xiàn)為上粗下細的反韻律以及粒度均勻的均質韻律特征，故碳酸鹽膠結物易富集在物性較好的反韻律河口壩頂部及均質韻律河口壩的頂?shù)?；而向湖盆方向，薄層砂體因為上下皆為泥巖，泥巖中黏土礦物演化形成的高濃度碳酸鹽離子流體進入薄層砂體，從而形成高碳酸鹽含量的整體膠結，將整個薄層砂體膠結成致密的鈣質砂巖（圖8）；再向前，砂質含量更低，就形成了鈣質泥巖沉積。

圖8 碳酸鹽膠結的成因模式圖

而砂體中部鈣質膠結與砂巖中間所見的泥質巖性有關，在黏土礦物演化過程中所產(chǎn)生一定的碳酸鹽離子，因其厚度較薄導致碳酸鹽離子濃度較低，得不到足夠的壓力流入上下充滿流體的砂巖中，導致自身被鈣質膠結，形成內(nèi)部的夾層。

最終，在早成巖B期，研究區(qū)河控三角洲前緣儲層不同位置處的微相類型、砂泥巖接觸關系、砂巖粒度以及砂地比等方面差異，導致了不同位置處碳酸鹽膠結作用的差異。

4 結論與認識

1）在研究區(qū)河控三角洲前緣沉積環(huán)境中，垂向上鈣質膠結主要分布在反韻律砂體的頂部和中部，均質韻律砂體的頂?shù)撞?，正韻律砂體的底部，而薄層砂巖易被整體膠結，其中薄層砂體整體膠結和反韻律厚砂體頂部膠結的概率最高，超過30%。

2）在三角洲前緣儲層的一個等時沉積單元內(nèi)，順物源自陸地向湖盆方向，存在由砂巖－鈣質砂巖－鈣質泥巖－泥巖的演化模式，這種巖性演化規(guī)律受沉積微相、砂巖厚度、砂泥巖接觸關系及成巖作用等因素綜合控制，在順物源的地層對比中可以利用這一巖性變化規(guī)律指導等時地層單元對比。

3）在早成巖B 期，砂泥巖內(nèi)部碎屑礦物的溶蝕和黏土礦物的轉化提供了大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等，由于河控三角洲前緣不同位置處微相類型、砂泥巖接觸關系、粒度以及砂地比的差異，最終控制了不同位置處的碳酸鹽膠結作用發(fā)生、強弱及膠結概率高低。

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