西湖凹陷中上寒武統(tǒng)西湖凹陷中上寒武統(tǒng)西湖凹陷上震旦統(tǒng)西湖凹陷上震旦統(tǒng)西湖組碎屑巖儲層成巖環(huán)境及孔隙演化

西湖凹陷中上寒武統(tǒng)西湖凹陷中上寒武統(tǒng)西湖凹陷上震旦統(tǒng)西湖凹陷上震旦統(tǒng)西湖組碎屑巖儲層成巖環(huán)境及孔隙演化

0儲層發(fā)育規(guī)律經(jīng)過40多年的勘探，東海地幔盆地西湖凹陷已被挖掘。目前，已經(jīng)挖掘了90多個鉆探口，表明西湖油氣資源潛力巨大。65%以上的油氣來自平湖群的地層。大量專家和學者從沉積、成巖和成藏等不同角度定性探討了平湖組低滲儲層發(fā)育的原因，但對孔隙定量演化動態(tài)過程和低滲背景下優(yōu)質(zhì)儲層的形成規(guī)律缺乏系統(tǒng)性研究。本文在分析平湖組巖石學特征的基礎上，針對成巖產(chǎn)物，應用多種技術手段和地球化學測試方法，探討成巖環(huán)境的演變及其對孔隙演化的影響，以期為低孔低滲背景下優(yōu)質(zhì)儲層預測提供理論指導。1儲層巖石碎屑類型西湖凹陷位于東海陸架盆地東部坳陷帶的中部，面積為5.18×10根據(jù)對15口井414塊薄片的分析，平湖組儲層巖石類型以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主，見少量長石質(zhì)巖屑砂巖及巖屑砂巖。巖性主要為細砂巖，占比達到80%以上，含有少量中—粗砂巖、含礫中粗砂巖和粉砂巖。巖石碎屑成分主要包括石英、長石和巖屑，云母等其他礦物碎屑較少。其中石英碎屑含量在50%～75%之間，平均為65.3%；長石碎屑含量在6%～19%之間，平均為14.2%；巖屑碎屑含量在14%～40%之間，平均為20.5%。雜基以泥質(zhì)為主，平均含量為2.6%。膠結(jié)物類型主要為方解石、白云石、硅質(zhì)及高嶺石，含量均較低，平均含量均低于3.1%。巖石分選以中等—好為主，磨圓度以次棱—次圓為主，顆粒間主要為點—線、凹凸—線接觸，膠結(jié)方式以接觸、接觸—壓嵌膠結(jié)為主。對研究區(qū)663個巖心物性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表明：平湖組儲層孔隙度分布范圍介于4.3%～23.1%，平均為12.8%，集中分布在10%～15%之間；滲透率分布范圍為（0.03～542）×102巖環(huán)境的識別2.1巖屑的種類根據(jù)對研究區(qū)薄片、掃描電鏡等資料的分析可知，平湖組溶蝕現(xiàn)象普遍（圖2）。被溶蝕的成分主要為不穩(wěn)定礦物長石和巖屑：長石主要為鉀長石，次為鈉長石，鈣長石少見；巖屑則主要為火山巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑，沉積巖巖屑較少。礦物被溶蝕并產(chǎn)生次生孔隙需要存在酸性流體，且流體流動通暢，溶解的物質(zhì)如K因此，高嶺石含量和石英加大、自生石英發(fā)育程度從側(cè)面反映了流體介質(zhì)的酸性強弱平湖組酸性成巖環(huán)境代表礦物有自生高嶺石膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物，成巖現(xiàn)象有長石或巖屑等可溶組分的溶蝕和次生孔隙的發(fā)育（圖2）。2.2伊利石的充填礦物成巖環(huán)境的轉(zhuǎn)變，導致原先活躍的成巖事件受到抑制，新的成巖事件開始發(fā)生，最直接的反映就是成巖礦物的區(qū)別。由于黏土礦物轉(zhuǎn)變、層間水析出等作用，酸性成巖環(huán)境中主要富存H鉀長石與高嶺石反應生成自生伊利石，其反應式如下：在研究區(qū)儲層中，碳酸鹽膠結(jié)物是含量最高的填隙礦物，其含量為3.1%，常常直接占據(jù)孔隙（圖4a），對滲透率影響明顯。伊利石分布普遍但含量不超過1%，其主要形成于中成巖階段，呈片狀、絲發(fā)狀充填于孔隙中（圖4b），堵塞喉道使儲層滲透性降低（圖5）。其他的堿性礦物如綠泥石少見，只在掃描電鏡中偶見。另外可以觀察到長石加大、石英顆粒和加大邊發(fā)生溶蝕等現(xiàn)象。由此看出堿性環(huán)境指示有碳酸鹽礦物、伊利石和綠泥石的自生膠結(jié)，成巖現(xiàn)象有石英顆?；蚣哟筮叺娜芪g。3巖流介質(zhì)的起源和環(huán)境的發(fā)展3.1碳氧同位素測試本文采用電子探針及激光微區(qū)碳氧同位素分析技術，對甄選的平湖組儲層樣品進行測試，初步認為平湖組儲層酸性流體來源以有機酸為主，大氣淡水和腐殖酸為輔。選送10個樣品由中國地質(zhì)科學研究院利用日本JEOL公司JXA8800R電子探針分析儀和牛津ISIS300X射線能譜儀進行電子探針成分測試。測試結(jié)果顯示：所有樣品均只含有微量TiO研究區(qū)平湖組儲層中方解石膠結(jié)物呈現(xiàn)局部富集的特點，具有進行激光微區(qū)碳氧同位素分析的良好基礎。碳氧同位素測試由西南石油大學采用ThermoFisherMAT252同位素質(zhì)譜儀完成。測試結(jié)果顯示：δ在碳氧同位素交會圖（圖7）上，數(shù)據(jù)點大多數(shù)落在Ⅲ區(qū)，說明碳酸鹽的形成主要與有機酸的脫羧基作用有關。脫羧基作用產(chǎn)生具有高負δ另外，一部分點落在Ⅱ區(qū)，說明部分方解石的成因與生物氣有關。平湖組煤系地層富含水生和陸生植物，沉積埋藏后，植物遺體在淺層受到微生物和熱力作用形成大量腐殖酸，如以下反應式所示：這導致地層中的流體介質(zhì)在沉積過程中和早成巖階段為酸性利用δZ值是判斷流體介質(zhì)來源的一種重要依據(jù)：當Z<120時，表明部分方解石為淡水成因3.2a/b期儲層成巖環(huán)境特征在淺埋藏階段，煤系地層腐殖酸的存在使得平湖組儲層流體介質(zhì)為弱酸性。后期隨著埋深的加大，細菌降解作用減弱，但隨著有機質(zhì)演化程度越來越高，鏡質(zhì)組反射率（R薄片和掃描電鏡下清晰可見平湖組儲層溶蝕孔隙十分發(fā)育，次生孔隙對總面孔率的貢獻率超過了70%，這說明平湖組在沉積埋藏過程中酸性流體來源充足，并對儲層進行了改造。通過對研究區(qū)部分包裹體的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：石英加大捕獲包裹體均一溫度的分布范圍為77.5～145.8℃，集中于130～140℃。據(jù)此推斷酸性流體最活躍的時期為中成巖A期。由平湖組X衍射黏土礦物含量分布（圖8）可以看出：在3000～4200m深度區(qū)間，高嶺石含量一直很高（圖8a），伊利石含量低且變化小，伊/蒙混層中蒙脫石含量大于等于20%（圖8b），說明地層整體處在中成巖A期穩(wěn)定的酸性環(huán)境之中；在埋深超過4200m之后，高嶺石開始向伊利石轉(zhuǎn)化，伊利石含量明顯增高，高嶺石含量急劇減少，伊/蒙混層中蒙脫石含量小于等于15%，這標志著儲層進入中成巖B期，成巖環(huán)境發(fā)生了由酸性到堿性的轉(zhuǎn)變。平湖構(gòu)造帶北部X3井平湖組油田水分析數(shù)據(jù)顯示：在4186.7～4202.5m井段，地層水pH值為6.85，呈弱酸性；到4231.7～4286.6m處，地層水pH值變?yōu)?.55，呈弱堿性。K平湖組儲層成巖作用特征在垂向上發(fā)生有規(guī)律的變化(圖9)：埋深在3100～3450m范圍內(nèi)，孔隙較為發(fā)育，在保留部分原生粒間孔的同時，由于長石普遍溶蝕而產(chǎn)生大量次生溶蝕孔，高嶺石發(fā)育；埋深在3450～4200m范圍內(nèi)，溶蝕作用仍然保持著主導作用，大量鋁硅酸鹽礦物被溶蝕，黏土礦物中以高嶺石為主，在原生孔隙被進一步壓實的情況下，隨著溶蝕的持續(xù)發(fā)生，孔隙開始以溶蝕孔為主；在埋深超過4200m以后，環(huán)境開始由酸性向堿性過渡，含鐵碳酸鹽礦物開始規(guī)模出現(xiàn)，且晶型較好，高嶺石和伊利石此消彼長，部分長石溶蝕孔被含鐵方解石、含鐵白云石充填，偶見長石加大邊，石英顆粒被溶蝕，儲層物性變差。通過對平湖組不同深度儲層成巖現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié)，認為平湖組儲層成巖環(huán)境由淺至深大致經(jīng)歷了弱酸性—酸性—酸堿過渡—堿性的演化過程。4儲層成巖環(huán)境：儲層成巖體系內(nèi)的流體-巖石相互作用平湖組儲層在沉積埋藏過程中所經(jīng)歷的成巖環(huán)境，直接控制了發(fā)生在碎屑巖成巖體系中的流體-巖石相互作用，從而決定了儲層成巖演化及孔隙演化特征4.1未固結(jié)砂巖孔隙度現(xiàn)今砂巖儲層的孔隙是在原始孔隙的基礎上經(jīng)歷多種成巖作用改造后的結(jié)果。根據(jù)Scherer實驗室按不同分選等級人工排練研究的砂巖原始孔隙度與原始孔隙度Trask分選系數(shù)的關系式中：Φ利用西湖凹陷14口井451個數(shù)據(jù)點的粒度資料計算，平湖組儲層平均原始孔隙度為38.50%。4.2膠結(jié)物孔隙度壓實后的孔隙主要為早期膠結(jié)物所占孔隙、現(xiàn)今保留的原生孔隙以及部分膠結(jié)物溶蝕孔隙，其孔隙度以Φ式中：w為膠結(jié)物的質(zhì)量分數(shù)，%；Φ對8口井335個鑄體薄片數(shù)據(jù)計算后，可知平湖組未固結(jié)砂巖在經(jīng)歷機械壓實后，保留下來的孔隙度為0.50%～28.51%，平均值為7.85%，這說明壓實作用是減孔的主要因素，導致至少78%的孔隙被破壞。4.3儲層膠結(jié)物孔隙度經(jīng)膠結(jié)、壓實后的孔隙即為殘余原生粒間孔隙，其孔隙度表示為Φ將鑄體薄片統(tǒng)計數(shù)據(jù)代入計算，膠結(jié)、壓實后的孔隙度范圍為0～6.33%，平均值為2.75%。從研究區(qū)儲層膠結(jié)物含量與負膠結(jié)物孔隙度交會圖（圖10）可以看出，絕大多數(shù)點集中在左下部的壓實作用區(qū)間，僅有少量樣品點落在右上部的膠結(jié)作用區(qū)間。這說明壓實作用是儲層減孔的最主要因素，但膠結(jié)作用也不容忽視，在局部可能是孔隙減少的主導因素。4.4溶蝕孔有限的儲藏溶蝕作用產(chǎn)生的孔隙度（Φ式中：Φ平湖組儲層溶蝕孔隙主要來源于酸性流體的溶蝕，堿性溶蝕雖然存在，但產(chǎn)生的溶蝕孔有限。通過計算可知，溶蝕產(chǎn)生的孔隙度范圍為3.87%～21.78%，平均值為10.11%?？紫堆莼淖罱K平均孔隙度為Φ4.5早成巖b期到中成巖a期西湖凹陷平湖組煤系地層埋藏早期，因植物的快速腐爛分解釋放酸性流體，加上存在大氣淡水的影響，使得流體介質(zhì)在同生、準同生成巖階段（深度<1000m）為弱酸性，弱酸性環(huán)境抑制了早期碳酸鹽膠結(jié)物、部分硅質(zhì)膠結(jié)物的生成，導致儲層抗壓實能力較弱。弱酸性環(huán)境一直持續(xù)到早成巖B期，埋深接近2000m左右。之后，由于開始生成有機酸，流體性質(zhì)逐漸由弱酸性過渡到酸性。此階段壓實減孔約18.86%，膠結(jié)減孔0.95%，溶蝕增孔2.03%，總孔隙度約為20.72%（圖11）。進入中成巖A期（埋深大約2000～4200m），有機質(zhì)逐步成熟，有機酸大量生成。該階段壓實減孔9.07%，硅質(zhì)膠結(jié)和高嶺石膠結(jié)等膠結(jié)作用減孔2.79%，溶蝕增孔6.46%，總孔隙度降為15.32%（圖11）。進入中成巖A—B期過渡階段（埋深4200m左右），烴源巖中有機質(zhì)演化程度升高，大量生成凝析油和濕氣，有機酸被破壞，脫羧基作用減弱，CO5酸性成巖環(huán)境(1）西湖凹陷平湖組巖石類型以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主，巖性80%以上為細砂巖，具有石英含量高、雜基和膠結(jié)物含量低的特點，發(fā)育中—低孔低滲儲層。平湖組經(jīng)歷了酸性和堿性兩種成巖環(huán)境：酸性成巖環(huán)境以長石或巖屑等可溶組分的溶蝕、次生孔隙的發(fā)育、自生高嶺石和硅質(zhì)的膠結(jié)為標志；堿性環(huán)境以碳酸鹽礦物、伊利石和綠泥石的自生膠結(jié)和石英顆?；蚣哟筮叺娜芪g為標志。(2）平湖組儲層由淺至深大致經(jīng)歷了弱酸性—酸性—酸堿過渡—堿性的多重成巖環(huán)境演化過程，酸性成巖環(huán)境總體有利于儲層孔隙的形成，堿性成巖環(huán)境一般對儲