王府凹陷储集层成岩作用及对储集性能的影响.pdf

第3 0 卷第1 期 中国矿业大学学报 v 0 1 ．3 0 N 。．1 2 0 0 1 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y J ．2 0 0 J 文章编号1 0 0 01 9 6 4 2 0 0 1 0 1 0 0 9 40 5 王府凹陷储集层成岩作用及对储集性能的影响 李壮福1 ，郭英海1 ，李熙哲2 ，冉启贵。 1 ．中国矿业大学资源与环境科学学院．江苏徐州2 2 1 0 0 8 2 ．石油勘探开发科学研究院廊坊分院．河北廊坊0 6 5 0 0 7 摘要详细分析了王府凹陷上侏罗统和下白垩统砂岩储层的成岩作用覆其对储层物性的影响． 成岩作用的主要类型包括机械压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用、破裂作用等．成岩阶段 属晚成岩A 期．其中，机械压实作用、化学肢结作用是导致砂岩孔隙度降低、储案性能变差的主 要因素．机械压实作用主要表现为软碎屑的塑性变形、颗粒问由点接触向凹凸接触演变；胶结作 用表现为石英和长石的次生加大、自生粘土矿物、碳酸盐和硬石膏胶结物的依挺形成并充填孔 隙．破裂作用及溶蚀作用在一定程度上提高和改善了砂岩储集性能．影响成岩作用的主要因素为 沉积环境、岩石结构、孔隙水性质． 关键词储集层；成岩作用；王府凹陷 中图分类号{ P 5 1 2 ．4文献标识码A 王府凹陷位于松辽盆地东南隆起区之西北部， 是在晚古生代变质岩、岩浆岩基底上于燕山期发展 定型的断凹陷盆地，面积2 4 0 0k m 2 ．其发育经历了 “断、褶、坳、隆”四个构造演化阶段 东北油气勘探 项目经理部，1 9 9 8 ，形成了下断上坳的双层沉积结 构．发育地层由老到新依次为上侏罗统火石岭组、 沙河子组、营城组和下白垩统泉头组、青山口组、姚 家组、嫩江组[ 1 ] ．其中，下部结构层 上侏罗统 是以 冲积扇、扇三角洲、湖泊沉积为主的裂陷充填；上部 结构层 下白垩统 为河流，湖 t l 沉积的凹陷充填 图1 ．营城组冲积扇、扇三角洲砂 砾 岩和泉头 组河道砂岩是主要的油气储集岩系，其储集性能主 要受沉积后的成岩作用影响． 1 储层岩石学特征 对王府凹陷城8 井营城组和泉头组砂岩取芯 样品进行了薄片鉴定、粒度分析以及阴极发光和 x 一衍射等研究并结合城4 和城5 井的研究成果，认 为泉头组以长石砂岩为主，岩屑长石砂岩和长石岩 屑砂岩次之 图2 ，碎屑粒度为细一中粒，次棱角 一次圆状，分选中一好．碎屑组分中，石英含量 1 0 ％～5 0 ％，一般2 5 ％～3 5 “，主要为花岗岩型单 晶石英．长石含量1 5 ％～7 0 蹦，一般4 0 ％～5 5 ％， 包括正长石、条纹长石、微斜长石及少量酸性斜长 石．其中，微斜长石和酸性斜长石较新鲜，正长石、 条纹长石多具高岭土化及弱绿泥石化．岩屑含量变 厚 沉积 沉积 统 组 段岩性剖面 度 环境 阶段 K h 2 7 0 湖泊 下 K 1 ， 1 0 4萱杠曲瀛河 K ， Ⅻ 型 湖泊 凹 白 耋 曲流河 垩 K 手 浅瑚 陷 中 滇瑚 沙墁 期 曲流河 K I q 是 孰辫状河 。。 统 K 上 q翠 扇三 裂 誉 侏 k h 角洲 罗 来 陪 统 见冲积赢 期 底 K I 。．嫩江组；K l ．兢家组；K 1 q ．青山口组 K 】q ．泉头组；J H ．营城组 图1王府凹陷地层综合柱状图 F i g ．1S y n t h e t i cs t r a t ac o l o m ni nW a n g { ud e p r e s s i o n 收■日期} 2 0 0 00 4 1 0 作者筒介。李壮福 19 6 5 一 ，男，山西省昔阳县人，中国矿业大学讲师．工学硕士。从事煤田、油气地质与勘探研究． 万方数据 第】期 李壮福等王府凹陷储集层成岩作用及对储集性能的影响 ．泉击组 第一趺取芯 石英 0 品长石 图2 岩石碎屑组分三角图 F i g 2 T ‘i 8 “g 山。m a pj “d i c a t i n g ‘h e c o m p o n e n t so ic l a s t l c s 化较大．达5 ％～2 5 ％，多为喷出岩岩屑．砂岩孔隙 中杂基填隙与胶结物充填共存，胶结物包括碳酸 盐、硫酸盐和自生的石英、长石及牯土矿物等．营城 组碎屑岩以分选差的细一粗粒岩屑砂岩和泥质砂 岩为主，岩屑含量变化较大、类型丰富，见中酸性喷 出岩岩屑以及花岗岩、干枚岩、云母片岩、绿泥石片 岩、板岩、石英岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、石灰岩 等岩屑，填隙物以泥质为主． 2 成岩作用 2 ．1 机械压实作用 上侏罗统一下白垩统碎屑岩储层在埋藏成岩 过程中发生了较强烈的机械压实作用，其强度主要 取决于碎屑岩的原始组分．根据薄片及铸体薄片观 察结果，压实作用主要表现为1 碎屑颗粒呈定向 一半定向分布，多呈线接触乃至凹凸接触．2 部分 质地较软的碎屑颗粒发生塑性变形．如云母片常发 生弯曲，部分泥岩、砂质泥岩及板岩岩屑发生假杂 基化．3 营城组泥质砂岩中的石灰岩砾屑颗粒边 缘因压实而呈锯齿状，并有铁质薄膜出现，灰岩砾 屑呈明显定向排列，周围纹层随颗粒边缘形态而呈 现波状起伏 图版1 ． 2 ．2 胶结作用 主要见于泉头组，胶结物成分包括碳酸盐、自 生石英和自生长石、硬石膏、自生粘土矿物等． 2 ．2 ．1白生石英和t t 生长石胶结 自生石英以次生加大边形式存在，次生加大边 厚0 ．0 2 ～0 ．0 8m m ．石英次生加大边与碎屑石英 间以很薄的粘土膜相分开 图版2 ．自生长石则以 其干净明亮区别于因高岭石化而显污浊的碎屑正 长石 图版3 ．在孔隙空间较大时，次生加大后的 石英和长石的边缘形态趋于规则平直。石英胶结物 含量o ～1 5 ％，一般2 ％～8 蹦，自生长石含量较少 0 ～2 ％． t J 生石英的S i O 主要来源于沉积物中的孔隙 水．在压实作用阶段，砂岩层上覆的泥质沉积物中 的蒙脱石在温度、压力升高的条件下失去层间水和 吸附离子、晶格重新排列形成伊／蒙混层粘土矿物 并且进而转变为伊利石，在上述过程中提供了丰富 的S i O 。E ”“．另外，一些长石发生高岭土化，也导致 S i O z 的析出，是其另一个来源[ 2 “] ． 自生加大长石为N a O 含量很低的纯净钾长 石，其形成需要较高的温度和压力以及孔隙溶液中 高的K ／H 离子活度比值条件，由稳定性差的中 间组分长石的溶解和再沉淀形成“’3 ] ．泉头组砂岩 多为长石砂岩，长石含量高且多具绢云母化、高岭 土化，为白生长石的形成提供了物质来源． 2 ．2 ．2 碳酸盐胶结 碳酸盐胶结物含量一般3 ％～1 0 ％，个别高达 4 0 ％，矿物成分主要为方解石和铁方解石．碳酸盐 胶结物多具晶粒结构、呈斑块状分布于碎屑颗粒之 间，局部集中以具连晶结构的亮晶出现 图版4 ． 随着深度增加，方解石的结晶程度变好．另外，结晶 程度与岩石中的杂基含量有关，杂基含量高则结晶 程度低；反之较高．从结构上判断，方解石胶结物为 两期胶结，早期形成分散状细粉晶。晚期形成较大 的晶粒及连晶状胶结． 2 ．2 ．3 自生粘土矿物胶结 自生粘土矿物在砂岩储层中分布较普遍．含量 5 ％～2 0 ％．据薄片鉴定、电镜扫描和x 一射线衍射 分析 表1 结果，自生粘土矿物包括有伊利石I ，绿 泥石C ，伊蒙混层l ／S ，绿蒙混层c ／s 以及少量的 高岭石、绢云母等矿物． 衰1C H 一8 井帖土矿栩x 一射蛙衍射分析垴果 T a b l e1 X r a yd i f f r a c t i o nr e s u l to fc l a y m i n e r a lo fC h - 8w e l l 注，实验由石油勘探开发科学研究院霹坊分院中心实验室完成． 伊利石具鳞片结构充填于粒问或呈薄膜状沿 颗粒边缘分布 图版5 ．绿泥石在显微镜下叶片 状，扫描电镜下似绒球状或菊花瓣状，以泉头组一 菰 氟第 。玑、J o 组组 头城 厨 泉营 岩 万方数据 中国矿业大学学报第3 0 卷 段含量较高．伊蒙混层粘土主要以杂基形式存在， 尤其是在营城组最高 达9 0 ％ ．白生粘土矿物来 源于孔隙水的沉淀作用，碎屑岩中不稳定组分的蚀 变作用以及上覆粘土岩中粘土转化提供了物质来 源．伊利石、伊蒙混层粘土则是在富K 的碱性条 件下形成的o 。] ． 2 ．2 ．4 硬石膏胶结 硬石膏胶结物含量o ～9 ％，个别高达2 0 ％，一 般1 ％～3 ％，呈柱状及长条板柱状，粒度0 ．0 1 ～ 0 ．5 0r a m ．在砂岩中分布不均，局部集中呈斑块状， 多呈粉晶结构、连晶胶结结构 图版6 ，有时交代 石英及长石颗粒．一般认为硬石膏是原生石膏在成 岩期经脱水作用形成，原生石膏在4 2 ℃以上、上覆 6 1 0m 的相应压力下脱水变成硬石膏[ “．碳酸盐及 硬石膏胶结物主要来源于河道相砂岩层之间的洪 泛平原相褐红色泥岩及粉砂岩． 2 ．3 交代作用 砂岩储层的交代作用较为发育，如粘土矿物、 方解石、硬石膏交代碎屑石英和碎屑长石，使碎屑 颗粒边缘呈锯齿状、港湾状甚至形成假象．这种交 代作用发生在p H i 8 的碱性孔隙水的条件下． 2 ．4 溶蚀作用 常见长石碎屑因酸性孔隙水的溶蚀作用，沿解 理缝发育有溶蚀孔 图版7 ． 2 ．5 破裂作用 在成岩后生阶段，矿物、岩石在构造应力作用 下发生破裂并形成裂缝．王府凹陷在发育过程中经 历了燕山期和喜山期的改造，砂岩内微裂隙发育， 包括充填裂隙、半充填裂隙和未充填裂隙的 图版 8 ，宽度一般在o ．1 ～o ．4m m ．它们可以在孔隙之 间起连通作用。 3 成岩作用的控制因素 3 ．1 沉积环境 营城组形成于盆地的断陷阶段，为一套冲积扇 一扇三角洲沉积，其沉积速率较快且常受重力流影 响，故碎屑岩的成分成熟度和结构成熟度较低，填 隙物为泥质及少量粉砂，被埋藏后主要受压实作用 影响．胶结作用很弱．泉头组形成于盆地的凹陷阶 段，主要为河流相沉积，储层为辫状河道和曲流河 道砂岩．由于河流水动力条件较强，故岩石的结构 成熟度相对较高，分选中一好，杂基含量低，原始孔 隙较为发育，埋藏后利于孔隙水的流通，故成岩作 用以胶结作用为主，压实作用相对次要． 3 ．2 孔隙流体性质 在晚成岩阶段，青山口组、泉头组及营城组上 部的泥质烃源岩中的有机质在低一中成熟阶段可 释放出大量的有机酸和C O 。[ 6 。] ，在压实作用影响 下，随孔隙水流动而进人砂岩孔隙．在受有机酸影 响较强的部位，砂岩处于酸性成岩环境，长石受溶 蚀形成粒内孔隙，早期形成的泥粉晶方解石胶结物 也受到溶蚀作用的影响．有机酸与碱性原生孔隙水 中和形成弱酸性一弱碱性环境的部位，S i O 缓慢 结晶形成石英次生加大边．在存在石英加大边及长 石粒内溶孔的砂岩中也可见到少量方解石及硬石 膏胶结物．这似乎与酸性成岩环境相矛盾．对此，朱 国华 19 9 2 曾提出“在一定温度压力条件下，有机 酸对硅酸盐易溶，对碳酸盐难溶”的观点[ 8 ] ，通过对 城8 井的研究和相邻盆地的分析，这种作用发生的 温度范围为l o o ～1 3 0 ℃，这在我国东部油田中可 以得到证实“] ．而在受有机酸影响较弱的部位，方 解石和硬石膏从具较强碱性的孔隙水中沉淀出来． 3 ．3 岩石结构 当砂岩中碎屑分选较好且泥质含量较低时，原 生孔隙度较高、孔隙水流动较为畅通且易受有机酸 的影响．易形成酸性成岩环境，对长石、方解石溶蚀 形成次生溶孔，S i O 。过饱和时缓慢结晶形成石英 次生加大边} 当杂基含量较高时，孔隙水流动不畅， 原生孔隙水带来的C a C O 。和C a S O ；过饱和结晶而 堵塞粒间孔隙，使得酸性孔隙水对其影响弱，很少 形成次生孔隙． 4 成岩阶段特征 沉积成岩作用阶段划分方案较多o ] ．本文根据 中国石油天然气总公司标准，结合城8 井镜质体反 射率的测定结果、粘土矿物组合、成岩作用类型及 其动力学特征，下白垩统～上侏罗统地层特别是泉 一段到营城组砂岩成岩作用主要为晚成岩A 期， 期间经历了早成岩A 期、B 期． 在早成岩期成岩作用阶段中，镜质组反射率 R o o ．5 0 ％，古地温 7 0 。C ，有机质处于未成 熟阶段．成岩作用包括压实作用、浅埋溶蚀作用、浅 埋胶结作用及粘土矿物转化作用． 随埋深进一步加大至生油门限以下，温度、压 力不断升高，镜质组反射率 R 升高至 2 0 ％ 则几乎堵塞全部孔隙．使物性变 得极差，而成为非储集岩． E 』 魁 鞋 孔隙度，％ 图3 砂岩孔隙度与埋深的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e np o r o s i t ya n d b u r i a ld e p t hi nW a n g f ud e p r e s s i o n 芝 蓉 晶 胶结物，％ 图4 胶结物含量与砂岩孔隙度的关系 F i g ．4 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n t e n to fc e m e n t a n dp o r o s i t yi nW a n g l ud e p r e s s i o n 破裂作用、溶解作用是王府凹陷下白垩统一上 侏罗统砂岩中改善储层储集性能的重要因素．尤其 构造应力作用下的矿物和岩石破裂形成的裂缝可 形成一定的孔隙空间，并提高粒间孔的连通性． 参考文献 [ 1 ] 吉林油田石油地质志编写组．中国石油地质志 下 册 吉林油田[ M ] ．北京石油工业出版社，1 9 9 3 ． [ 2 ] 郑浚茂，庞明．华北某些地区石炭二叠系成岩作 用阶段的研究[ J ] ．现代地质，1 9 8 7 ，】 3 ～4 4 6 7 3 7 5 ． [ 3 ] 宋志敏．阴极发光地质学基础[ M ] ．武汉中国地质大 学出版社．1 9 9 5 ．1 0 6 1 0 8 ． [ 4 ]地质矿产部情报研究所编译．国外沉积成岩作用 [ M ] ．北京地质出版社，1 9 6 8 ．8 48 8 ． [ 5 ]张瑛．湘赣石炭纪膏岩盆地沉积相及成盐条件 [ M ] ．北京地震出版社，1 9 9 2 ．5 4 ． [ 6 ] 于兴河，张道建．李胜利，等．辽河油m 东、西部凹陷深 层沙河街组成岩演化规律口] ．石油实验地质，1 9 9 9 ， 2 l 4 2 9 1 2 9 5 ． [ 7 ] 王琪，史基安，辞莲花，等．碎屑储集岩成岩演化过 程中流体岩石相互作用特征[ J ] ．沉积学报， 1 9 9 9 ，1 7 4 3 8 4 5 9 0 ． 万方数据 中国矿业大学学报第3 0 卷 E 8 ] 朱国华．碎屑岩储集层孔隙的形成、演化和预测[ J ] 沉积学报，1 9 9 2 ．1 0 3 1 1 4 1 2 3 ． [ 9 ] 夏文杰．事秀华．沉积成岩作用阶段划分的有关问题 D ] ．地质论评，1 9 9 5 ，4 l 5 4 4 4 4 5 1 ． D i a g e n e s i sa n di t sI n f l u e n c eO nP r o p e r t yo f R e s e r v o i r si nW a n g f uD e p r e s s i o n L IZ h u a n g f u l ，G U OY i n g h a i ltL IX iz h e 2 ．R A NQ i g u i 2 1 ．C o l l e g eo fM i n e r a lR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n tS c i e n c e s ，C U M T ．X u z h o u ．J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ．C h i n a 2 ．L a n g f a n gB r a n c h ，S c i e n t i f i cR e s e a r c hI n s t i t u t eo fP e t r o l e u mE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t 。 C N P C ，L a n g f a n g ，H e b e i0 6 5 0 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h ed i a g e n e s i so ft h es a n d s t o n er e s e r v o i r so ft h eu p p e rJ u r a s s i c - - l o w e rC r e t a c e o u ss e r i e si nW a n g f ud e p r e s s i o nw a sa n a l y s e ds y s t e m a t i c a l l y ．T h er e s u l ts h o w st h a tt h ed i a g e n e s i si n c l u d e sc o m p a c t i o n ，c e m e n t a t i o n ，r e p l a c e m e n t ，d i s s o l v i n g ，a n dc r a c k i n g ，e t c ．T h ec o m p a c t i o na n dc e m e n t a t i o na r et h em a i nf a c t o r s c a u s i n gt h er e d u c t i o no fp o r o s i t ya n dm a k i n gt h ep h y s i e a lp r o p e r t y0 fr e s e r v o i r sb e c o m ep o o r ．T h em a i nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m p a c t i o na r et h ep l a s t i cd e f o r m a t i o no fs o f t c l a s t i c sa n dt h ed e v e l o p m e n tf r o mp o i n t - - c o n - - t a c tt oc o n c a v e c o n v e xc o n t a c tb e t w e e ng r a i n s ．C e m e n t a t i o ni ss h o w e db yt h es e c o n d a r ye n l a r g e m e n to f q u a r t za n df e l d s p a r ，t h es u c c e s f i v ef o r m a t i o na n dp o r e sf i l l i n go fc e m e n t i n gm a t e r i a lo fa u t h i g e n i cc l a ym i n e r - a l ，c a l c i t ea n da n h y d r i t e ，e t c ．C r a c k i n ga n dd i s s o l v i n gc o u l di m p r o v et h ep h y s i c a lp r o p e r t yo fs a n d s t o n e r e s e r v o i r ．T h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ed i a g e n e s i so fs a n d s t o n er e s e r v o i ra r es e d i m e n t a r ye l l v i r o n m e n t s n a t u r eo fp o r ef l u i d ，a n dt e x t u r e so fs a n d s t o n e ． K e yw o r d s r e s e r v o i r } d i a g e n e s i s ；W a n g f ud e p r e s s i o n 图版 圈版说明 石灰岩砾属边缘参差不齐，并包有快质薄膜t 石灰岩砾屑明显定向泉头组单偏光5 0 X 石英加大边，碎屑石英与加大边之间存在帖土膜，采头组正变偏光5 0 长石加大边，于净明亮癣屑长石■粒因高峙石化而表面艿浊，泉头组正交犏光2 0 0 X 其连晶 晶粒 结构的方■石胶结物．泉头组正空编光8 0 具薄膜状结构的白生牯土矿物胶结物，臂城组正交偏光8 0 硬石膏胶结物．晶粒结构．泉头组正交俯光8 0 粒问孔及长石因淋滤溶解沿■理发育的次生溶蚀孔，泉头组单偏光8 0 X t 曩羹盈粒阃孔■，蕾麓蛆单■光5 0 X i l 7 ●口 万方数据