張 帆

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

南陽凹陷馬店地區(qū)核桃園組儲(chǔ)層成巖作用

張 帆

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

南陽凹陷馬店地區(qū)核桃園組發(fā)育辮狀河三角洲成因類型的砂體，地層埋藏深度大，成巖作用復(fù)雜，直接制約著深層異常孔隙帶的發(fā)育。通過鑄體薄片、巖石薄片以及掃描電鏡觀察等手段，研究了核桃園組成巖作用，進(jìn)而對(duì)成巖圈閉的形成機(jī)理和分布進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明，馬店地區(qū)核桃園組砂體經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和多期溶解作用，其中，膠結(jié)和壓實(shí)作用嚴(yán)重制約著原始孔隙的發(fā)育；早成巖階段B期至晚成巖階段A期，由于烴源巖生烴作用、壓實(shí)過程中黏土礦物轉(zhuǎn)化作用的影響，其產(chǎn)生的酸性水對(duì)碎屑組分及膠結(jié)物的溶蝕作用，形成一期次生孔隙發(fā)育帶。

南陽凹陷；馬店地區(qū)；古近系；核桃園組；沉積環(huán)境；辮狀河三角洲；成巖作用；次生孔隙

1 地質(zhì)概況

南陽凹陷面積約3 600 km2，其形成于中新生代，整體為一受南部邊界斷裂控制的斷陷湖盆[1]。根據(jù)沉積及構(gòu)造發(fā)育特征，南陽凹陷自南向北可分為南部陡坡帶、中央凹陷帶和北部斜坡帶。南陽凹陷地層自下而上為古近系玉皇頂組(Ey)、大倉房組(Ed)、核桃園組(Eh)、廖莊組(El)、新近系上寺組(Ns)及第四系(Q)，其中核桃園組是目前的主要勘探目的層,沉積厚度一般為2 000～3 000 m，可細(xì)分為核三段(H3)、核二段(H2)和核一段(H1)。

馬店區(qū)塊位于南陽凹陷張店油田東部，面積約60 km2，主要目的層為H2Ⅱ和H2Ⅲ。張店油田發(fā)現(xiàn)于1973年，截至2013年底，張店油田已累計(jì)探明含油面積16.30 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量1736.79×104t，2014至2015年，在馬店地區(qū)部署鉆探的南134井等10口井試獲工業(yè)油流，其中南144井全井見22層74 m的油氣顯示，最高日產(chǎn)油19.9 t。綜合評(píng)價(jià)后新增預(yù)測含油面積5.58 km2，新增預(yù)測石油地質(zhì)儲(chǔ)量565×104t。

馬店地區(qū)共識(shí)別出辮狀河三角洲和湖相兩種沉積相類型，辮狀河三角洲可分為水下分流河道、分流間灣、河口壩及席狀砂等沉積微相類型，而湖相沉積則主要以淺湖-半深湖沉積為主。該區(qū)巖石類型以碎屑巖占絕對(duì)優(yōu)勢，夾有少量碳酸鹽巖。馬店地區(qū)砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，巖性主要為長石砂巖、長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖。該區(qū)核桃園組埋藏深度變化大，成巖作用復(fù)雜。為了更精確地預(yù)測有效儲(chǔ)層的分布特征，對(duì)核桃園組進(jìn)行了儲(chǔ)層的成巖作用研究。

2 儲(chǔ)集空間

馬店地區(qū)核桃園組砂巖儲(chǔ)層空間類型可劃分為原生孔隙和次生孔隙2種類型。

2.1 原生孔隙

原生孔隙是馬店地區(qū)儲(chǔ)層中重要的儲(chǔ)集空間。橫向上，以H2Ⅰ和H2Ⅱ中上部砂巖儲(chǔ)層為代表，主要在馬店北部地區(qū)發(fā)育，原生孔隙度較高，介于8.6%～18%(圖1)。

2.2 次生孔隙

次生孔隙以粒內(nèi)溶孔為主，其次為粒間溶孔和剩余粒間孔，次生孔隙形成的主要成因是溶解作用。次生孔隙主要發(fā)育于H2Ⅱ～H3，孔隙度為4%～12%。

3 成巖作用

3.1 成巖作用類型

巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用是馬店地區(qū)核桃園組主要的儲(chǔ)層成巖作用類型[2]。

圖1 馬店地區(qū)砂巖儲(chǔ)層孔隙度與深度關(guān)系

3.1.1 壓實(shí)作用

薄片觀察結(jié)果顯示，研究區(qū)砂巖壓實(shí)程度總體上屬較弱-中等水平，一般而言，當(dāng)埋深小于1 900 m時(shí)，碎屑顆粒間以漂浮狀或點(diǎn)接觸為主，膠結(jié)類型主要為基底式和基底-孔隙式；當(dāng)埋深為1 900～2 300 m時(shí)，以線接觸為主，膠結(jié)類型主要為接觸式；而埋深增加到3 200 m以上時(shí)，則普遍為線-凹凸接觸，膠結(jié)類型主要為接觸-壓嵌式。

3.1.2 膠結(jié)作用

馬店地區(qū)砂巖儲(chǔ)層膠結(jié)物的類型以碳酸鹽膠結(jié)和硫酸鹽膠結(jié)為主，硅質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)較少。

(1)碳酸鹽膠結(jié)作用：本區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物以方解石和白云石為主。其最大含量在30%以上，平均為8.4%，其膠結(jié)方式主要是孔隙式膠結(jié)。

(2)硫酸鹽膠結(jié)作用：本區(qū)硫酸鹽膠結(jié)物主要為硬石膏，其次為石膏，其平均含量為3.3%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，硫酸鹽膠結(jié)物含量和碳酸鹽膠結(jié)物含量呈反比關(guān)系。

3.1.3 溶蝕作用

壓實(shí)作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致孔隙度較低，而溶蝕作用產(chǎn)生次生孔隙能夠改善儲(chǔ)層的性能[3]。骨架顆粒溶解、碳酸巖膠結(jié)物溶解、黏土礦物溶解和交代物溶解是溶蝕作用表現(xiàn)的4種類型，其中前兩種最為普遍。在不同部位，溶蝕作用發(fā)育的深度和強(qiáng)度以不同，自北向南，南41井、南139井、南137井和南137-1井在2 150 m、2 200 m、2 300 m和2 350 m左右(均相當(dāng)于H2Ⅱ中下部)出現(xiàn)高孔隙帶；在東西方向上，自西向東，南137井、南143井和南66井則在2 300 m(H2Ⅱ中下部)、2 000 m(H2Ⅱ上部)和2 128 m(H2Ⅱ上部)出現(xiàn)高孔帶(圖2、圖3)。通過應(yīng)用泥巖最大壓力計(jì)算法，計(jì)算出高孔隙帶壓力系數(shù)在1.05～1.14，有利于油氣在該區(qū)的聚集與運(yùn)移。

圖2 馬店地區(qū)南北向南41井-南83井泥巖聲波時(shí)差與深度關(guān)系

3.2 成巖階段

以自生礦物組合、分布、形成順序以及有機(jī)質(zhì)成熟度、經(jīng)歷的最高古地溫作為馬店地區(qū)核桃園組砂巖儲(chǔ)層成巖階段的劃分依據(jù)，可以將本地區(qū)的砂巖成巖階段劃分為早成巖A期、早成巖B期和晚成巖A期三個(gè)成巖期次[4](圖4)。

(1)早成巖A期：地層埋深小于1 900 m，古地溫低于89 ℃，Ro小于0.55%。此階段的成巖作用主要為機(jī)械壓實(shí)和膠結(jié)作用。壓實(shí)作用導(dǎo)致砂巖顆粒重排，儲(chǔ)層孔隙度隨埋深迅速減小。砂巖膠結(jié)作用發(fā)生較早，該階段析出的膠結(jié)物有泥晶碳酸鹽、菱鐵礦和石膏。壓實(shí)作用的影響因早期的碳酸鹽充填而減弱，顆粒之間以點(diǎn)接觸為主，砂巖弱固結(jié)，孔隙類型主要為原生孔隙。

圖3 馬店地區(qū)東西向龍16井-南87井泥巖聲波時(shí)差與深度關(guān)系

圖4 馬店地區(qū)核桃園組砂巖儲(chǔ)層成巖階段演化

(2)早成巖B期：儲(chǔ)層埋深1 900～2 300 m，古地溫89～110 ℃，Ro值0.55%～0.7%。該階段成巖作用以膠結(jié)作用為主，壓實(shí)作用次之。析出的膠結(jié)物有粉晶碳酸鹽、碳酸鹽巖屑次生加大，同時(shí)，本階段還伴隨有方解石向鐵方解石，白云石向鐵白云石，石膏向硬石膏的轉(zhuǎn)換。砂巖弱固結(jié)-固結(jié)，顆粒之間以點(diǎn)接觸、點(diǎn)-線接觸為主，孔隙仍以原生孔隙為主，發(fā)育有少量的次生孔隙。

(3)晚成巖A期：儲(chǔ)層埋深2 300～3 200 m，古地溫110～129 ℃，Ro值0.7%～1.0%。該階段成巖作用以溶蝕作用為主。泥巖中有機(jī)質(zhì)成熟過程中形成的大量有機(jī)酸對(duì)砂巖儲(chǔ)層中的碳酸鹽礦物及長石產(chǎn)生溶蝕作用，石英和重礦物也有部分被溶蝕。后期溶蝕作用逐漸減弱，隨著有機(jī)酸的消耗，晚期碳酸鹽開始大量沉淀。砂巖固結(jié)-強(qiáng)固結(jié)，顆粒之間以線接觸為主，次生孔隙十分發(fā)育。

4 儲(chǔ)集條件

4.1 影響因素

綜合研究表明，馬店地區(qū)砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集條件主要受沉積環(huán)境、儲(chǔ)層展布、儲(chǔ)層成巖作用多種因素的影響，其中成巖作用影響最大。

(1)沉積環(huán)境：馬店地區(qū)核桃園組儲(chǔ)層的沉積成因類型主要有水下分流河道、分流間灣、河口壩及席狀砂濱淺湖灘壩等微相，其中水下分支河道微相砂體的物性、粒度和分選性最好，河口壩微相物性次之。馬店地區(qū)自北東向西南方向發(fā)育兩支砂體，一支沿龍7-1-南144-張16井發(fā)育，一支沿南41-南139-南137-南137-1-南83井發(fā)育，處于水下分流河道微相上的南137、南137-1井以及南144井核桃園組砂體發(fā)育，物性較好，取得了較好的鉆探效果(圖5、圖6)。

(2)成巖作用：馬店地區(qū)的成巖作用類型有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用三種。壓實(shí)作用和膠結(jié)作用使儲(chǔ)層孔隙度減小，對(duì)儲(chǔ)層性能起破壞作用。溶蝕作用(主要是碳酸鹽膠結(jié)物、長石等溶解)對(duì)層性能起建設(shè)性作用。H1-H2Ⅱ中上部儲(chǔ)層主要為壓實(shí)和膠結(jié)作用，H2Ⅱ中下部～H3儲(chǔ)層，馬店地區(qū)南部和西南部地區(qū)溶蝕作用較強(qiáng)，北部地區(qū)以膠結(jié)作用和壓實(shí)作用為主。

圖5 馬店地區(qū)H2Ⅱ4砂巖厚度平面分布

圖6 馬店地區(qū)H2Ⅱ7砂巖厚度平面分布

4.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的影響

早成巖階段A期，由于壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層的原始孔隙度減小至8%左右[5]。早成巖階段B期至晚成巖階段A期，隨著有機(jī)酸濃度增加，碳酸鹽膠結(jié)物和部分硅質(zhì)組分開始發(fā)生強(qiáng)烈溶解，次生溶孔大量形成，儲(chǔ)層孔隙度平均增加8%～10%；同時(shí)由于膠結(jié)作用和各種自生礦物的充填作用，部分區(qū)帶原生孔隙減少了2%～5%。

4.3 儲(chǔ)集條件評(píng)價(jià)

根據(jù)儲(chǔ)集砂體的沉積環(huán)境、成巖作用特征及構(gòu)造特征等綜合分析，南陽凹陷馬店地區(qū)核桃園組砂巖儲(chǔ)層物性變化總體上具有一致性，自H3、H2Ⅲ、H2Ⅱ和H1，砂巖儲(chǔ)層孔隙度與滲透率逐漸變大，即自老到新，儲(chǔ)層物性逐漸變好，但是由于在H3和H2Ⅱ中下部出現(xiàn)異常孔隙帶，導(dǎo)致物性相對(duì)變好，于是在馬店地區(qū)南部和東部地區(qū)(自北向南，南41-南139-南137-南83井；自西向東，南137-南66)存在一異常孔隙帶發(fā)育區(qū)，該區(qū)也是油氣的富集區(qū)。

5 結(jié)論

南陽凹陷馬店地區(qū)核桃園組儲(chǔ)層巖屑長石砂巖和長石砂巖發(fā)育，富含碳酸鹽膠結(jié)物。儲(chǔ)層主要的成巖作用包括壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用及多期溶解作用，其中壓實(shí)作用和膠結(jié)作用制約孔隙的發(fā)育。研究區(qū)核桃園組經(jīng)歷了早成巖A、B期和晚成巖A期三個(gè)成巖階段，在成巖過程中，隨著地層埋藏深度的增加，烴源巖生烴及黏土礦物轉(zhuǎn)化等生成的酸性水對(duì)碎屑組分及膠結(jié)物具有溶蝕作用，特別是在早成巖階段B期-晚成巖階段A期，由于長石、富鋁硅酸鹽組分的巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物被強(qiáng)烈溶蝕，形成一期次生孔隙發(fā)育帶，也是該區(qū)尋找隱蔽油氣藏的有利區(qū)帶。

[1] 王定一，車自成，張樹田，等．南襄盆地構(gòu)造發(fā)育特征及形成機(jī)制[J].石油與天然氣地質(zhì)，1987，8(4)：22-25.

[2] 李海燕．南陽凹陷古近系核桃園組沉積微相研究[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2008，28(4)：44-49.

[3] 鄭浚茂，龐明．碎屑儲(chǔ)集巖的成巖作用研究[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1989：53-56.

[4] 馬超．楊樓油田儲(chǔ)層成巖作用與孔隙演化測算[J].石油地質(zhì)與工程，2007，21(3)：18-19.

[5] 趙追，趙全民，孫沖，等．陸相斷陷湖盆的成巖圈閉-以泌陽凹陷下第三系核桃園組三段為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2001，22(2)：154-157.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)06-0029-04

2015-06-15

張帆，工程師，碩士，1981年生，2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)能源地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)構(gòu)造、沉積、成藏方面工作。

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