于永朋，董春梅,2，任麗華,2，田 淼

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266580；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京昌平102249）

車西洼陷是車鎮(zhèn)凹陷西部的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元[1-5]，近年來，車西地區(qū)沙河街組勘探開發(fā)工作不斷取得進(jìn)展，通過部署探井，在沙二段構(gòu)造油藏、沙三段砂礫巖油藏和沙四段構(gòu)造巖性油藏新增石油地質(zhì)儲(chǔ)量600多萬t，并先后在車142-6、車40-31-斜35、車407-1等區(qū)塊開展產(chǎn)能建設(shè)，動(dòng)用含油面積5.4 km2，動(dòng)用儲(chǔ)量419×104t，取得了較好的勘探開發(fā)效果，展示了該區(qū)較大的勘探潛力，但目前探明資源比仍低于勝利油區(qū)整體水平，繼續(xù)勘探開發(fā)的潛力較大。其中沙三上亞段濁積扇沉積體系較為典型，砂體較厚，展布較廣，整體粒度較細(xì)，壓實(shí)較強(qiáng)，具有低滲致密的特點(diǎn)，但前人對(duì)車西地區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積體系對(duì)儲(chǔ)層物性影響研究較少。而我國(guó)大多數(shù)陸相油田已進(jìn)入以非常規(guī)油氣藏為主要目標(biāo)的勘探階段，低滲致密油氣藏在我國(guó)非常規(guī)油氣資源中的戰(zhàn)略地位日益重要[6]。因此，彌補(bǔ)前人研究不足，開展車西地區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積體系對(duì)儲(chǔ)層物性影響研究的需求更加迫切。

成巖作用與沉積相具有密切關(guān)系，沉積物沉積時(shí)水平面變化以及沉積環(huán)境的不同會(huì)引起早期孔隙水化學(xué)性質(zhì)及沉積物供應(yīng)速率的差異，進(jìn)而影響成巖作用發(fā)生和成巖序列[7-8]。隨著成巖作用研究的深入，將成巖作用研究成果與沉積相相結(jié)合已成為一種重要理念[9]。本文著重探討了沉積微相通過成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的間接影響，并結(jié)合濁積扇體展布和成巖作用預(yù)測(cè)了有利儲(chǔ)層區(qū)塊。

1 儲(chǔ)層沉積特征

1.1 巖性特征

沙三上亞段儲(chǔ)層主要埋藏深度為2 000～2 800 m，巖性以粉、細(xì)砂巖為主，分別占分析樣本的37.5%和34.0%。下部見棕褐色油頁(yè)巖或油泥巖，局部發(fā)育白云巖，是較典型的細(xì)粒沉積儲(chǔ)層。薄片統(tǒng)計(jì)資料表明，研究區(qū)沙三上亞段巖石類型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖（見圖1），雜基含量多（體積分?jǐn)?shù)約11.8%），致密程度較高。通過對(duì)研究區(qū)296塊樣本的巖心物性測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，沙三上亞段砂巖平均孔隙度為14.85%，平均滲透率為46.64×10-3μm2，總體呈現(xiàn)低孔低滲儲(chǔ)層的特征。

圖1 儲(chǔ)層砂巖分類圖Fig.1 The classification of sandstone

1.2 層序地層特征

綜合分析地震、測(cè)井、巖芯、錄井等資料，沙三上亞段是一個(gè)整體向上變淺的三級(jí)基準(zhǔn)面旋回，其中劃分出4個(gè)四級(jí)基準(zhǔn)面旋回即4個(gè)砂組：Es31為基準(zhǔn)面下降旋回，Es32為基準(zhǔn)面上升旋回，Es33和Es34均為基準(zhǔn)面下降旋回（見圖2）。

1.3 沉積相模式及沉積微相類型

在車西洼陷沉積特征研究中，通過巖心觀察，并利用測(cè)井曲線資料綜合研究，得出研究區(qū)沙三上亞段主要發(fā)育以補(bǔ)給水道供給為主的陸相斷陷湖盆緩坡斷階型濁積扇沉積體系（見圖3），可劃分為扇根、扇中和扇端三個(gè)亞相。其中扇中亞相中的辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇（朵葉體）3種微相類型在研究區(qū)分布最廣（見圖4）。

1.3.1 辮狀水道微相 其是濁積扇最重要的沉積類型，沉積物整體上從南部或東南部進(jìn)入研究區(qū)，由于受沉積物供給方式的影響，研究區(qū)沙三上亞段單期濁積扇發(fā)育多個(gè)辨狀水道。

1.3.2 辮狀水道間微相 其是位于扇中辮狀水道間的細(xì)粒沉積，由水流溢出辮狀水道后沉積而成，是濁積扇體的主要組成部分，沉積物粒度相對(duì)河道較細(xì)。1.3.3滑塌濁積扇（朵葉體）微相 其主要分布在扇中無水道的部分，巖石粒度變化大，沉積厚度較大，主要由無水道的沉積物的重力滑塌作用形成。

2 成巖作用

2.1 壓實(shí)壓溶作用

研究區(qū)機(jī)械壓實(shí)作用貫穿整個(gè)成巖作用過程，是沉積物原生孔隙減少的主要原因[10-11]。通過薄片觀察、粒度測(cè)定數(shù)據(jù)分析可以看出，研究區(qū)沙三上亞段埋藏相對(duì)較深，可觀察到云母顆粒塑性變形，砂巖顆粒隨深度增加由點(diǎn)線接觸逐漸變化為線接觸，并出現(xiàn)線凹凸接觸，體現(xiàn)了機(jī)械壓實(shí)作用整體逐漸變強(qiáng)。

壓溶作用發(fā)生在壓實(shí)作用后期，表現(xiàn)為部分顆粒接觸處在高壓下溶解，呈鑲嵌狀凹凸接觸，但沙三上亞段下部已開始向異常高壓帶過渡[12]，因此壓溶作用被抑制，較少見。

2.2 膠結(jié)作用

本區(qū)沙三上亞段儲(chǔ)層發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)以及自生黃鐵礦膠結(jié)四種膠結(jié)作用。

（1）碳酸鹽膠結(jié)作用：碳酸鹽膠結(jié)物以方解石和白云石為主，另有少量鐵方解石及鐵白云石膠結(jié)物。本段方解石膠結(jié)物多充填于粒間，主要有兩期：第一期形成于2 200～2 400 m深度段，主要成因是有機(jī)酸脫羧作用釋放CO2；第二期形成于3 000～3 200 m深度段，主要成因是硫酸鹽熱還原反應(yīng)（TSR）產(chǎn)生，導(dǎo)致方解石的沉淀。儲(chǔ)層中白云石粒度細(xì)，多呈微晶團(tuán)狀，大致2 400～2 700 m深度段產(chǎn)生，主要成因是黏土礦物轉(zhuǎn)化釋放Mg2+，使方解石被白云石化。鐵方解石和鐵白云石僅在埋深2 600 m左右（見圖5），主要出現(xiàn)于辮狀水道以及辮狀水道間靠近辮狀水道的部分，以交代方解石和白云石為主（見圖 7（b）、（d））。

圖2 車40-25-23井綜合柱狀圖Fig.2 Synthetic histogr am of well C44-25-23

圖3 研究區(qū)沙三上亞段濁積扇沉積模式圖Fig.3 The sedimentary model of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

（2）自生黏土礦物：研究層段的沉積環(huán)境有利于高嶺石形成，正常從早期大氣降水淋溶到中晚成巖期有機(jī)酸溶蝕，高嶺石應(yīng)不斷被溶蝕，但本區(qū)沙三上亞段埋深超過2 500 m后，伊利石和高嶺石含量并未隨深度增加而降低，甚至高嶺石含量仍偏高（最高達(dá)70%強(qiáng)），與其正常變化趨勢(shì)相反。其原因?yàn)閮?chǔ)層初始的高嶺石含量較高、異常流體高壓對(duì)黏土礦物的保護(hù)作用[2,12-13]以及長(zhǎng)石的溶蝕生成高嶺石和伊利石，其深度與溶蝕帶也基本吻合。

（3）硅質(zhì)膠結(jié)：硅質(zhì)膠結(jié)在研究區(qū)沙三上亞段常見，但整體發(fā)育弱，大部分以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出，少數(shù)以自生石英晶體的形式生長(zhǎng)于孔隙中。其硅質(zhì)來源主要是長(zhǎng)石溶蝕提供的Si，也有少量來自石英壓溶作用及周圍泥巖的Si。硅質(zhì)膠結(jié)開始出現(xiàn)于深度2 400 m左右，基本吻合溶蝕作用帶（見圖5、6）。

圖4 研究區(qū)沙三上亞段濁積扇平面展布圖Fig.4 The sedimentary distribution of turbidite fan of upper sub-member of Es3 in study area

圖5 研究區(qū)沙三上亞段部分膠結(jié)物縱向分布散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter diagram of part of the contents in study area upper Es3 sub-member

（4）自生黃鐵礦：沙三上亞段儲(chǔ)層中黃鐵礦含量少，但埋深2 500 m之后開始呈現(xiàn)一定增長(zhǎng)（見圖5），此時(shí)溫度大于100℃，有機(jī)質(zhì)已成熟，達(dá)到TSR反應(yīng)的發(fā)生條件。烴類將儲(chǔ)層中的SO42-還原為HS-，F(xiàn)e3+還原為Fe2+，并進(jìn)一步生成黃鐵礦（FeS2）和HCO3

-。但此時(shí)儲(chǔ)層已經(jīng)歷了壓實(shí)和膠結(jié)作用，反應(yīng)空間和反應(yīng)物的供應(yīng)受限，因此生成的黃鐵礦個(gè)體較小，呈粒狀于粒間孔隙中。

2.3 溶解作用

溶解作用是研究區(qū)次生孔隙的主要成因。結(jié)合薄片鏡下觀察、統(tǒng)計(jì)資料可以看出，沙三上亞段整體溶蝕作用較不強(qiáng)烈，但有兩個(gè)溶蝕作用發(fā)育段，分別為2 400～2 500 m和2 700～2 800 m（見圖6），與前人研究大體一致[14]。埋深在2 400～2 500 m時(shí)，儲(chǔ)層進(jìn)入中成巖期，有機(jī)質(zhì)成熟過程中釋放有機(jī)酸，導(dǎo)致長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物溶蝕，之后有機(jī)酸脫羧作用又產(chǎn)生CO2，使部分已溶解的碳酸鹽重新沉淀。埋深在2 700～2 800 m時(shí)，TSR反應(yīng)基本結(jié)束，碳酸鹽礦物重新開始溶蝕，使儲(chǔ)層原生孔隙度反彈。

2.4 交代作用

研究區(qū)沙三上亞段交代作用主要為有碳酸鹽礦物交代長(zhǎng)石和巖屑（見圖7（a）），黏土礦物交代碎屑顆粒（見圖7（c）），以及白云石交代方解石，鐵方解石交代白云石和方解石等不同碳酸鹽礦物之間的轉(zhuǎn)化。

圖6 研究區(qū)沙三上亞段孔隙度-深度變化散點(diǎn)圖Fig.6 Corr elogr am of por osity-depth in study area upper Es3 sub-member

圖7 研究區(qū)沙三上亞段砂巖顯微照片F(xiàn)ig.7 Optic microscope photographs of sandstones in study area

3 濁積扇沉積對(duì)成巖作用的影響及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

3.1 沉積相對(duì)儲(chǔ)層初始物性的控制作用

儲(chǔ)層初始物性能影響成巖作用的物質(zhì)供給和反應(yīng)空間，沉積相對(duì)于儲(chǔ)層初始物性的控制作用表現(xiàn)在不同的沉積微相。由于沉積物沉積時(shí)的水流流速、穩(wěn)定性等差異，直接導(dǎo)致了儲(chǔ)層砂巖物性的不同。整體而言，辮狀水道微相水流較為平穩(wěn)，顆粒分選好，物性較好；辮狀水道間微相的分選較好，但粒度偏細(xì)，主要為粉砂質(zhì)，物性一般；滑塌濁積扇微相的顆粒泥砂混雜，雜基較多（約為23%），巖屑含量多，物性最差（見表1）。但需要注意的是，滑塌濁積扇雖整體物性差，但非均質(zhì)性很強(qiáng)，內(nèi)部仍有較多物性較好的砂體存在。

表1 不同沉積微相的孔隙度和滲透率Table1 porosities and permeabilities of differ ent micr o-facies

3.2 沉積微相對(duì)成巖作用的控制作用

3.2.1 沉積微相對(duì)壓實(shí)作用的影響 壓實(shí)作用使儲(chǔ)層產(chǎn)生不可逆的孔隙損失。顯微鏡下統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)沙三上亞段辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇的原生粒間孔隙度損失分別為50%、54%、61%，而機(jī)械壓實(shí)作用是最主要的影響因素，滑塌濁積扇微相雜基含量大、粒級(jí)變化大、分選差，壓實(shí)過程中細(xì)粒泥質(zhì)易被壓入砂巖粒間孔隙，抗壓實(shí)能力弱，因而壓實(shí)導(dǎo)致的孔隙損失明顯高于另外兩個(gè)微相。

3.2.2 沉積微相對(duì)膠結(jié)作用的影響 膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層粒間孔隙被膠結(jié)，從而喪失儲(chǔ)集性能，但一定程度上也能夠抵抗壓實(shí)，保留一部分原生孔隙，沉積微相通過控制膠結(jié)物的物質(zhì)來源影響膠結(jié)作用的分布，進(jìn)而影響儲(chǔ)層的孔隙度。

對(duì)于碳酸鹽膠結(jié)作用，由于碳酸鹽膠結(jié)物形成所需的部分物質(zhì)來源于泥巖，而滑塌濁積扇與辮狀水道間泥砂混雜，故碳酸鹽膠結(jié)在滑塌濁積扇和辮狀水道間中分布相對(duì)較廣，而在辮狀水道則多集中在砂體周圍與泥巖相交處。但含鐵質(zhì)的碳酸鹽膠結(jié)物只出現(xiàn)在辮狀水道和辮狀水道間微相，這是由于本區(qū)沙三上時(shí)期處于湖侵體系域，河流攜帶大量陸源風(fēng)化產(chǎn)物和Fe3+、Mg2+，在三角洲前緣入湖口附近與湖水混合，因鹽度、密度等差異發(fā)生鐵質(zhì)凝絮，形成富鐵黏土礦物[15-17]，成為鐵的氧化物/氫氧化物的重要載體[18]，為后續(xù)成巖作用提供了Fe。

對(duì)于硅質(zhì)膠結(jié)作用，辮狀水道微相中長(zhǎng)石溶蝕釋放的Si最多，因此硅質(zhì)膠結(jié)最發(fā)育，平均含量約1%；辮狀水道間次之，約0.6%；滑塌濁積扇石英、長(zhǎng)石含量低，硅質(zhì)膠結(jié)少，約0.3%。

對(duì)于其它自生礦物來說，自生黃鐵礦含量在研究區(qū)三種沉積微相儲(chǔ)層中的都較低，辮狀水道間微相黃鐵礦含量為0.5%、辮狀水道含量為2%、滑塌濁積扇含量為0.92%，辮狀水道微相黃鐵礦含量稍高的原因可能是相對(duì)更有利的反應(yīng)空間，以及來自黏土礦物的Fe更豐富。此外，不同沉積相對(duì)自生黏土礦物的影響不明顯。

3.2.3 沉積微相對(duì)溶解作用的影響 溶解作用是儲(chǔ)層次生孔隙形成的主要原因，并且能釋放一部分被膠結(jié)作用封存的原生孔隙，沉積微相通過儲(chǔ)層的成熟度差異來影響溶解作用，進(jìn)而影響儲(chǔ)層物性。

研究區(qū)沙三上亞段溶蝕作用整體不強(qiáng)。不過由于各微相在沉積體系中分布不同，砂巖沉積物的礦物成分經(jīng)搬運(yùn)而分異。成分成熟度越低，長(zhǎng)石和巖屑等不穩(wěn)定組分相對(duì)含量越多，越利于溶蝕作用發(fā)生；而結(jié)構(gòu)成熟度高的砂巖滲透性好，利于溶解物質(zhì)的遷移。因此，辮狀水道微相的滲透性最好，溶解作用最發(fā)育；滑塌濁積扇微相石英含量較低，整體上雖成熟度低，但砂體內(nèi)部非均質(zhì)性強(qiáng)，雜基溶蝕和巖屑溶蝕較發(fā)育；辮狀水道間微相較致密，成分成熟度較高，但結(jié)構(gòu)成熟度低，溶解作用相對(duì)發(fā)育弱。

3.2.4 沉積微相對(duì)交代作用的影響 新礦物交代舊礦物后體積變化不大，對(duì)儲(chǔ)層的孔隙度基本沒有影響。本區(qū)沙三上亞段儲(chǔ)層中鐵方解石主要在埋深2 600 m左右出現(xiàn)于辮狀水道微相，F(xiàn)e2+主要源于生烴階段TSR反應(yīng)還原孔隙流體中的Fe3+，少量來源于黏土礦物轉(zhuǎn)化，因此鐵方解石多出現(xiàn)于更利于TSR反應(yīng)發(fā)生的辮狀河道微相。而長(zhǎng)石高嶺土化在泥質(zhì)雜基較多的滑塌濁積扇和辮狀水道間中更常見。

3.3 有利儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)

研究區(qū)沙三上亞段發(fā)育的辮狀河道微相，原始孔隙度較高，反應(yīng)空間和反應(yīng)物供應(yīng)充足，溶蝕相發(fā)育較多，儲(chǔ)集性能最優(yōu)；辮狀水道間微相碎屑顆粒較細(xì)，孔隙度較低，對(duì)物性有利的溶蝕相和對(duì)物性不利的膠結(jié)相都發(fā)育較弱，但砂體較厚，儲(chǔ)集性能次于辮狀河道微相；滑塌濁積扇微相雖然整體上壓實(shí)相和膠結(jié)相發(fā)育較多，但泥砂礫混雜，各種成巖作用分布不均，物性變化多樣，其中仍包含有利砂體，且泥質(zhì)夾層也可作為良好的封閉層，仍有一定的儲(chǔ)集性能。

綜合沙三上亞段濁積扇沉積微相的分布及對(duì)儲(chǔ)層物性的直接和間接影響，預(yù)測(cè)有以下3個(gè)有利儲(chǔ)層區(qū)塊：

（1）車15-車253井區(qū)：該區(qū)塊位于深凹區(qū)，三種沉積微相在該區(qū)域均有明顯的砂體發(fā)育，砂體較厚，反應(yīng)物較充足，利于發(fā)育早期膠結(jié)保留原生孔隙，且早期膠結(jié)物在后期易溶蝕釋放形成次生孔隙。

（2）車55井區(qū)：該區(qū)塊水道沉積較為發(fā)育，整體物性好，砂泥膠結(jié)處的碳酸鹽膠結(jié)一定程度構(gòu)成了封閉，阻止了油氣的散失，易形成有利圈閉。

（3）車44井西部地區(qū)：該區(qū)塊鄰近含油性較好的車44井區(qū)，雖然濁積扇辨狀水道擺動(dòng)頻繁，砂體單層厚度較薄，但多期薄層扇體垂向?qū)訉盈B置，具有一定的連續(xù)性，有利于溶蝕作用發(fā)育。取心資料證實(shí)該區(qū)目的層段含油性較好，為有利勘探區(qū)塊。

4 結(jié) 論

（1）車西洼陷沙三上亞段發(fā)育補(bǔ)給水道供給為主的陸相斷陷湖盆緩坡斷階型濁積扇沉積體系，其中主要發(fā)育扇中亞相的辮狀水道、辮狀水道間、滑塌濁積扇（朵葉體）3種微相類型，壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶解作用、交代作用4種成巖作用。

（2）車西洼陷沙三上亞段濁積扇沉積體系能直接影響儲(chǔ)層物性，并通過控制成巖作用分布間接影響儲(chǔ)層物性。其中，辮狀水道微相物性最好，反應(yīng)空間和反應(yīng)物供應(yīng)較足，各種成巖作用均有發(fā)生，是最有利的儲(chǔ)集砂體。辮狀水道間微相碎屑顆粒較細(xì)，孔隙度較低，缺乏反應(yīng)空間，各種成巖作用均有發(fā)育但都不強(qiáng)烈，有一定的儲(chǔ)集性能。滑塌濁積扇微相砂體厚度大，物性變化也大，主要發(fā)育壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，其中包括有良好的儲(chǔ)層。

（3）綜合考慮沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性的直接間接影響，研究區(qū)沙三上亞段存在3個(gè)含油有利區(qū)塊：車15-車253井區(qū)、車55井區(qū)和車44井西部。