文 靜，趙靖舟，李 軍 ，耳 闖

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

0 引 言

珠江口盆地白云凹陷處于中生代俯沖帶的構(gòu)造軟弱帶和新生代盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，因此，其地質(zhì)特征與國(guó)內(nèi)常見的大型含油氣盆地差異較大，與國(guó)外許多深水油氣區(qū)相比也有其特殊性[1]。該地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)一直是中國(guó)南海北部油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)之一，“十三五”之前，白云凹陷油氣勘探重點(diǎn)集中在以珠江組為主的中淺層內(nèi)[2]，整體資源探明量不足10%，隨著對(duì)白云凹陷深水輕質(zhì)油田群的發(fā)現(xiàn)，向中深層古近系儲(chǔ)層的拓展已經(jīng)成為白云凹陷油氣勘探的必然趨勢(shì)[3-4]。

迄今為止，已探明的天然氣儲(chǔ)量一半以上仍然為低產(chǎn)氣藏[5]。因此，白云凹陷油氣勘探需要在儲(chǔ)層整體物性較差的背景中尋找局部的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)白云凹陷地區(qū)中淺層儲(chǔ)層特征及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素等方面開展過大量的研究工作。陳國(guó)俊等[6]、杜貴超等[7]、呂成福等[8]提出白云凹陷地區(qū)孔滲條件在恩平組上部較好，恩平組下部的儲(chǔ)層物性條件較差等觀點(diǎn)；馬明等[9]認(rèn)為白云凹陷恩平組的成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的后期改造作用是影響儲(chǔ)層物性最為顯著的因素；羅靜蘭等[10]發(fā)現(xiàn)珠江口盆地古近系儲(chǔ)層內(nèi)的易被溶蝕礦物形成的次生孔隙可有效改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，同時(shí)，還可以提高流體的流通性；謝曉軍[11]等認(rèn)為在白云凹陷中深層儲(chǔ)層中，次生孔隙發(fā)育區(qū)所在的潛在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是有利的勘探對(duì)象。鑒于勘探難度大、鉆井資料少的原因，前人的研究大多僅確定了溶蝕作用形成的次生孔隙對(duì)儲(chǔ)層的影響，但未能明確指出白云凹陷地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布規(guī)律，無(wú)法為油田的勘探開發(fā)提供有利方向。為此，以珠江口盆地白云凹陷中深層儲(chǔ)層為研究對(duì)象，以白云凹陷儲(chǔ)層特征為基礎(chǔ)，綜合利用中深—深水區(qū)較新鉆井?dāng)?shù)據(jù)和多種分析技術(shù)手段，結(jié)合盆地的沉積背景以及地層演化過程，明確溶蝕發(fā)育帶，揭示溶蝕作用對(duì)白云凹陷中深層砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用，不斷深化對(duì)該區(qū)的油氣地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)，為下一步油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

白云凹陷位于中國(guó)南海北部珠江口盆地的珠二坳陷內(nèi)[12]，面積近2×104km2，現(xiàn)今最大水深可達(dá)2 000.0 m[2]，其南北兩側(cè)分別與南部隆起帶和番禺低隆起相接，西南側(cè)以云開低凸起和開平凹陷為界，東鄰東沙隆起[13]?？傮w上呈NEE向展布，主要分為白云北坡、白云西洼、白云主洼、白云東洼和白云南洼等次一級(jí)構(gòu)造單元[14](圖1)。珠江口盆地白云凹陷歷史上經(jīng)歷了3個(gè)較重要的構(gòu)造演化階段，分別是斷陷期、斷拗過渡期以及拗陷期，從而形成了“南北分帶、東西分塊”的地貌特征。白云凹陷古近紀(jì)時(shí)期主要沉積了分別以湖相、三角洲—河流沼澤相為主的文昌組、恩平組以及以淺海三角洲和濱岸相為主的珠海組(圖1)，形成了較厚的沉積層，具有油氣兼生、以氣為主的油氣成藏特征。目前，白云東洼的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層以深水扇朵葉體砂巖和局部的重力流水道復(fù)合體砂巖為主；白云北坡則主要為薄層粉砂巖與泥巖互層的天然堤和水道復(fù)合體內(nèi)的水道砂巖[15]。

圖1 白云凹陷構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)Fig.1 The tectonic location and comprehensive stratigraphic histogram of Baiyun Sag (modified according to Reference [4])

研究井位于白云東洼以及白云北坡，目的層主要為古近系(文昌組、恩平組和珠海組)的砂巖儲(chǔ)層。該區(qū)的沉積物主要來(lái)源于古珠江三角洲，且沉積物具有厚度較大、砂泥互層頻繁的特征[13]，埋深為2 500.0～5 000.0 m。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

砂巖樣品多選取于白云東洼的恩平組(E3e)、文昌組(E2w)以及白云北坡的珠海組(E3z)、恩平組(E3e)。以白云凹陷中深層古近系內(nèi)重點(diǎn)鉆井的砂巖巖石薄片觀測(cè)和常規(guī)礦物組分統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，劃分了白云東洼、白云北坡中深層砂巖儲(chǔ)層的巖石學(xué)類型(圖2)。

由圖2可知：白云東洼、白云北坡砂巖儲(chǔ)層碎屑成分中石英含量均最多，其次是巖屑和長(zhǎng)石。結(jié)合前人的研究結(jié)果可知：石英主要來(lái)源于花崗巖母巖的單晶石英；長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主；巖屑成分較為復(fù)雜，以變質(zhì)巖和火成巖成分為主[16]。白云東洼砂巖主要以長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖為主(圖2a)，石英平均含量為73.58%，長(zhǎng)石平均含量為14.1%，巖屑平均含量為10.65%。白云北坡砂巖類型較為復(fù)雜，主要以長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖為主，含少量長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖(圖2b)，石英平均含量為76.18%，長(zhǎng)石平均含量為9.75%，巖屑平均含量為16.68%。

圖2 白云凹陷古近系儲(chǔ)層砂巖分類Fig.2 The classification of sandstones in the Paleocene reservoirs, Baiyun Sag

2.2 儲(chǔ)集空間特征

砂巖儲(chǔ)層中常見的孔隙類型包括粒間溶孔、鑄模孔、粒內(nèi)溶孔以及黏土礦物的晶間孔和微裂縫。由部分重點(diǎn)探井儲(chǔ)層樣品的鑄體薄片和掃描電鏡結(jié)果分析可知，白云東洼儲(chǔ)層發(fā)育較為普遍的是粒間溶孔，可見少量的鑄模孔、粒內(nèi)溶孔、黏土礦物和黃鐵礦的晶間孔以及微裂縫(圖3a)；白云北坡儲(chǔ)層主要發(fā)育粒間溶孔、鑄?？准熬чg孔，孔隙發(fā)育程度較白云東洼略高，更利于儲(chǔ)層中流體的流通(圖3b)。

圖3 白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層次生孔隙平均面孔率分布Fig.3 The distribution of average porosity of secondary pores in Paleogene sandstone reservoirs, Baiyun Sag

通過薄片觀察，可以直觀地發(fā)現(xiàn)大量的鑄模孔(圖4a)、粒內(nèi)溶孔(圖4b)、粒間溶孔及少量發(fā)育的微裂隙，孔隙對(duì)改善砂巖儲(chǔ)層的物性具有積極作用，特別是次生溶孔的存在，對(duì)于儲(chǔ)層的連通性具有一定程度上的積極作用，可促進(jìn)束縛于孔隙、孔喉內(nèi)流體的通過[17]。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)部分孔隙中充填了不同類型的雜基和膠結(jié)物，如較為常見的泥質(zhì)、方解石、白云石等(圖4c、d)。

圖4 白云凹陷古近系儲(chǔ)層孔隙鏡下照片F(xiàn)ig.4 The microscopic image of pores in Paleogene reservoirs, Baiyun Sag

2.3 儲(chǔ)層物性特征

根據(jù)主要探井的巖心物性測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合測(cè)井解釋成果可知：白云北坡儲(chǔ)層孔隙度為4.60%～18.70%，平均孔隙度為10.36%，滲透率為0.030～3.545 mD，平均滲透率為0.530 mD；白云東洼儲(chǔ)層孔隙度為4.90%～24.20%，平均孔隙度為12.49%，滲透率為0.027～2.685 mD，平均滲透率為0.320 mD。

影響儲(chǔ)層中流體流動(dòng)性的主要因素是滲透率和孔隙度，并且孔隙度和滲透率也會(huì)相互影響。白云北坡(圖5a)和白云東洼(圖5b)儲(chǔ)層樣品的孔滲交會(huì)圖顯示兩者均具有低孔低滲的特點(diǎn)。隨著孔隙度的增大，滲透率呈增加趨勢(shì)，具有良好的相關(guān)性，推測(cè)這與砂巖儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)育大量的粒間溶孔有直接的關(guān)系。溶蝕作用不僅作用于砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的易溶礦物，同時(shí)儲(chǔ)層內(nèi)的孔隙和喉道也受到一定影響?？诐B交會(huì)圖中(圖5)擬合線周圍的點(diǎn)也具有一定的地質(zhì)意義，處于擬合線左上的點(diǎn)，表明該區(qū)孔隙類型多為粒內(nèi)溶孔，雖然砂巖儲(chǔ)層內(nèi)較多的粒內(nèi)溶孔增大了儲(chǔ)層的孔隙度，但對(duì)儲(chǔ)層的連通性改善能力較微弱。

圖5 白云凹陷古近系儲(chǔ)層物性關(guān)系Fig.5 The physical relationship of Paleogene reservoirs, Baiyun Sag

2.4 成巖作用類型及特征

2.4.1 壓實(shí)作用

白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的塑性顆粒受到較強(qiáng)的壓實(shí)作用從而發(fā)生壓實(shí)變形，少量剛性顆粒受外力作用產(chǎn)生壓裂縫(圖6a)。儲(chǔ)層內(nèi)顆粒之間接觸方式主要以線-凹凸接觸為主，可見大量云母顆粒及巖屑受壓實(shí)而發(fā)生形變(圖6b)。由于白云凹陷地區(qū)沉積物主要來(lái)源于古珠江三角洲，搬運(yùn)距離較短，分選程度較差，多數(shù)礦物成熟度低，儲(chǔ)層中塑性顆粒含量高，在受到早期埋藏壓實(shí)作用后，部分火山巖巖屑和黏土雜基等容易受力從而相互緊密接觸[11]。白云凹陷古近系儲(chǔ)層砂巖的壓實(shí)強(qiáng)度均屬于中—強(qiáng)強(qiáng)度，其所受壓實(shí)作用的強(qiáng)度與深度呈正相關(guān)趨勢(shì)，其中，恩平組受壓實(shí)作用的影響較文昌、珠海組更顯著。

2.4.2 膠結(jié)作用

早期的膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要是根據(jù)膠結(jié)物填充情況來(lái)判斷。填隙物的含量越多，儲(chǔ)層物性受到的破壞越大，這是由于填隙物多是一些細(xì)碎屑顆粒，粒度較小，充填在砂巖孔隙中，對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞性更強(qiáng)。

研究區(qū)儲(chǔ)層黏土膠結(jié)物中占主體的是伊利石，可見少量高嶺石、綠泥石呈膠結(jié)顆粒產(chǎn)出。伊利石以接觸式膠結(jié)為主，由于其嚴(yán)重堵塞喉道，在一定程度上對(duì)古近系砂巖儲(chǔ)層的物性起到消極作用。在掃描電鏡下，觀察到伊利石以絲縷狀充填于粒間孔隙，常與自生石英晶體共生(圖6c)[11]。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物以鐵白云石、鐵方解石為主(圖6d、e)，見少量菱鐵礦和黃鐵礦產(chǎn)出。

圖6 白云凹陷古近系儲(chǔ)層鏡下及掃描電鏡照片F(xiàn)ig.6 The microscopic and SEM images of Paleogene reservoirs, Baiyun Sag

2.4.3 溶蝕作用

研究表明，溶蝕作用是白云凹陷中深層砂巖儲(chǔ)層質(zhì)量改善的重要因素，白云凹陷地區(qū)次生孔隙中最重要的成因類型是長(zhǎng)石溶蝕所形成的孔隙(圖6f、g、h、i)。一直以來(lái)，評(píng)定溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性是否有建設(shè)性作用的原則是溶蝕副產(chǎn)物是否被有效帶出。對(duì)于研究區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)石骨架顆粒，溶蝕副產(chǎn)物被流體帶出時(shí)，砂巖儲(chǔ)層的孔隙度才能提高。大量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：白云北坡和白云東洼的溶蝕孔的面孔率在5.0%以下時(shí)，砂巖孔隙度主要由粒間孔貢獻(xiàn)，長(zhǎng)石等溶蝕作用產(chǎn)生的溶蝕孔對(duì)孔隙度貢獻(xiàn)小，表明溶蝕作用較弱；而當(dāng)溶蝕孔的面孔率超過5.0%時(shí)，溶蝕孔對(duì)儲(chǔ)層孔隙度貢獻(xiàn)加大，表明溶蝕作用較強(qiáng)[3]。研究區(qū)內(nèi)溶蝕孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，次生溶孔的面孔率約占1.9%～10.8%，平均面孔率為6.4%，說(shuō)明次生溶孔對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性具有較好的貢獻(xiàn)作用。

3 溶蝕作用對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用

3.1 可溶組分類型及含量

通過巖石薄片、掃描電鏡及X-射線衍射等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石顆粒易受儲(chǔ)層內(nèi)有機(jī)酸等流體溶蝕，形成的溶蝕孔隙占研究區(qū)次生孔隙的最主要位置，含量為8%～20%。鏡下可觀察到長(zhǎng)石顆粒主要沿解理縫溶蝕從而局部形成蜂窩狀的粒內(nèi)溶孔。白云東洼和白云北坡均可以觀察到，長(zhǎng)石顆粒的溶蝕主要經(jīng)歷中淺層的長(zhǎng)石高嶺石化階段和中深層的高嶺石伊利石化2個(gè)階段，存在部分長(zhǎng)石顆粒完全溶解從而形成鑄?？?。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)石含量與白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)(表1)。

表1 白云凹陷古近系儲(chǔ)層長(zhǎng)石含量與孔滲的關(guān)系Table 1 The relationship between feldspar content and pore permeability of Paleogene reservoirs in Baiyun Sag

白云凹陷中深層古近系砂巖儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石在經(jīng)歷長(zhǎng)石高嶺石化階段后，大量的長(zhǎng)石在酸性流體或有機(jī)質(zhì)流體的作用下發(fā)生溶蝕，部分產(chǎn)物為沉淀在溶蝕孔隙附近的高嶺石；除此之外，部分硅質(zhì)可能受溶蝕作用形成石英次生加大；長(zhǎng)石高嶺石化階段形成的高嶺石將進(jìn)一步完成伊利石化的轉(zhuǎn)化，這一階段高嶺石和長(zhǎng)石不斷消耗，從而形成伊利石和硅質(zhì)(圖7)。

圖7 白云凹陷古近系儲(chǔ)層高嶺石、伊利石含量隨埋深變化規(guī)律Fig.7 The variation of kaolinite and illite contents with burial depth in Paleogene reservoirs, Baiyun Sag

白云東洼古近系儲(chǔ)層內(nèi)的現(xiàn)今長(zhǎng)石含量與高嶺石絕對(duì)含量具有正相關(guān)性(圖8a)，但根據(jù)長(zhǎng)石高嶺石化的相關(guān)轉(zhuǎn)換式，恢復(fù)后的長(zhǎng)石含量與高嶺石的相對(duì)含量之間的正相關(guān)性更加明顯(圖8b)。研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石受酸性流體的溶蝕作用，并轉(zhuǎn)化為高嶺石，形成了石英加大邊周圍的溶蝕孔隙(圖8c)，同時(shí)可見蒙皂石等在該環(huán)境下轉(zhuǎn)化為伊利石，其也在一定程度上形成了與長(zhǎng)石溶解有關(guān)的次生孔隙。根據(jù)計(jì)算可知，長(zhǎng)石高嶺石化可增加的溶蝕孔隙度范圍為2.16%～9.32%。

圖8 白云凹陷古近系儲(chǔ)層長(zhǎng)石含量與高嶺石含量相關(guān)性Fig.8 The correlation between feldspar content and kaolinite content in Paleogene reservoirs, Baiyun Sag

長(zhǎng)石高嶺石化的轉(zhuǎn)換式為：

2KALSi3O8(鉀長(zhǎng)石)+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+4SiO2+2K+

I/S+K++Al3+→伊利石+Na++Ca2++Fe3++Mg2++Si4+

3.2 溶蝕作用對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用

溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層中的礦物具有溶蝕、溶解的作用，在一定程度上改善了儲(chǔ)層內(nèi)部的孔隙空間，提高了儲(chǔ)層的連通性及物性。研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)生的溶蝕作用主要指的是烴源巖形成的有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石顆粒和部分火山巖巖屑的溶蝕作用，以及包括處在未成熟階段的烴源巖產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)石英加大邊、石英顆粒內(nèi)外部的溶蝕、溶解作用等。

研究區(qū)白云北坡和白云東洼的次生孔面孔率與儲(chǔ)層物性參數(shù)之間具有較好的正相關(guān)性(圖9)，由此證明了次生孔隙對(duì)改善白云凹陷深層砂巖儲(chǔ)層的物性具有顯著的作用。根據(jù)前人的研究可知，白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層至今為止已經(jīng)歷了3次對(duì)儲(chǔ)層影響較大的溶蝕作用，研究區(qū)內(nèi)文昌組、恩平組、珠海組在烴源巖形成過程中所產(chǎn)生的有機(jī)酸是具有溶蝕作用的酸性流體的主要來(lái)源[15]，除此之外，部分學(xué)者認(rèn)為，深部熱流體及巖漿成因的CO2對(duì)白云凹陷局部地區(qū)的溶蝕作用具有至關(guān)重要的影響[10]。

圖9 次生面孔率與孔隙度和滲透率關(guān)系(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)Fig.9 The relationship between secondary porosity and porosity & permeability (modified according to Reference [4])

4 白云凹陷中深層儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”特征

白云東洼埋深較白云北坡淺，物性較白云北坡更優(yōu)良。白云北坡優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在3 500.0 m以淺的范圍，與恩平組相比，珠海組的物性整體更有優(yōu)勢(shì)(圖10a、b)。白云東洼優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在2 000.0 m以淺(圖10c、d)。結(jié)合薄片觀察和長(zhǎng)石溶蝕后高嶺石的主要形成層位(圖7)，發(fā)現(xiàn)白云北坡的長(zhǎng)石溶蝕孔隙主要發(fā)育于珠海組中下段及恩平組的上段(圖10)。

圖10 白云北坡與白云東洼中深層砂巖儲(chǔ)層物性縱向發(fā)育特征 Fig.10 The longitudinal development characteristics of physical properties of middle-deep sandstone reservoirs in the North Slope and East Sub-sag of Baiyun Sag

5 結(jié) 論

(1) 白云東洼儲(chǔ)層砂巖類型主要以長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，白云北坡的儲(chǔ)層砂巖類型主要以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，砂巖儲(chǔ)層碎屑成分主要以石英為主。白云東洼儲(chǔ)層發(fā)育較為普遍的是粒間溶孔，白云北坡儲(chǔ)層孔隙類型較白云東地區(qū)豐富，多發(fā)育粒間溶孔、鑄?？准傲?nèi)溶孔。

(2) 儲(chǔ)層總體具有低孔低滲特征，白云北坡儲(chǔ)層孔隙度為4.60%～18.70%，平均孔隙度為10.36%，滲透率為0.030～3.545 mD，平均滲透率為0.530 mD；白云東洼儲(chǔ)層孔隙度為4.90%～24.20%，平均孔隙度為12.49%，滲透率為0.027～2.685 mD，平均滲透率約0.320 mD。

(3) 白云凹陷古近系砂巖儲(chǔ)層在受到壓實(shí)作用后，孔隙度的降低是儲(chǔ)層物性被破壞的主要因素。膠結(jié)作用下形成的產(chǎn)物對(duì)儲(chǔ)層的物性、連通性以及儲(chǔ)集性能產(chǎn)生有害的影響。

(4) 白云凹陷古近系致密砂巖儲(chǔ)層在受到溶蝕作用時(shí)期內(nèi)，烴源巖所生成的有機(jī)質(zhì)酸，為研究區(qū)儲(chǔ)層中長(zhǎng)石及火山巖碎屑發(fā)生強(qiáng)烈的溶蝕作用提供了必要的條件，從而形成了次生孔隙。白云凹陷古近系的優(yōu)勢(shì)溶蝕帶發(fā)育于白云北坡的珠海組的中下段，包括恩平組的上段。