西湖凹陷平北地区平湖组储层特征及主控因素研究

杨 慧，刘广景，蒋 俊，汤 曼，王承红，陈 全

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000；3.四川省地质矿产勘查开发局106 地质队，四川温江 611130）

东海西湖凹陷平北地区由团结亭、宝云亭、武云亭、孔雀亭及来鹤亭五个构造组成，是西湖凹陷主要油气聚集带之一。现已在该区发现了武云亭油气田、宝云亭油气田以及孔雀亭含油气构造[1]。据前人研究认为[2-5]，始新统平湖组是平北地区主要的含油气层系，砂岩发育适中，经过成岩作用的改造，具备了气藏勘探开发的良好条件。

根据平北地区125 块岩心资料、240 片薄片资料和56 个扫描电镜资料显示，平湖组储层物性主要以中孔低渗为主，局部为低孔低渗。深入研究该地区平湖组成岩作用特征及其对储层物性的影响对储层评价及储层预测都有重要影响。

1 地质区域概况

西湖凹陷位于东海盆地的中部，北起虎皮礁凸起，南至基隆凹陷，西邻海礁凸起和鱼山凸起，东靠钓鱼岛断陷隆褶带。自西向东依次可分成保斜坡带、三潭深凹、中央背斜带、白堤深凹和东部断阶带5 个二级构造单元。研究区平北地区位于东海西湖凹陷保斜坡平湖构造带北部，是东海油气勘探的重点区域之一。受构造作用和沉积作用的影响研究区平湖组地层自上而下可分为平上、平中、平下3 个明显的岩性段[6]。

2 储层岩石学特征及物性特征

2.1 岩石学特征

平北地区平湖组储集岩岩性以石英砂岩、岩屑长石砂岩或长石岩屑砂岩为主（见图1），砂岩中石英含量介于55.74 %～70 %，长石含量介于15 %～20 %，岩屑含量介于11.95 %～29.86 %。砂体粒度主要为中-细粒，颗粒之间的接触方式主要为点接触和线接触，在平湖组下部可见少量的凹凸接触和缝合线接触；颗粒分选较好-中等，磨圆度为次棱角-次圆状。储集岩中胶结物主要是碳酸盐胶结物和自生黏土矿物，硅质胶结物次之，胶结类型主要为孔隙式胶结，其总量大都小于10 %，局部最高可以达到20 %。碳酸盐胶结物含量介于5 %～15 %，其成分主要包括（铁）方解石、（铁）白云石等；自生黏土矿物主要为高岭石，含量约为8 %，其次为伊利石和伊/蒙混层。

图1 西湖凹陷平北地区平湖组碎屑岩三角分类图

2.2 储层物性特征

平北地区平湖组储集砂岩的孔隙度最高可达25.6 %，渗透率最高可达1 326.22×10-3μm2。其储层物性主要以中孔低渗为主，局部为低孔低渗。主要目的层平上、平中、平下三个层段的物性展布具有以下特征（见表1）。

平北地区平湖组平上段储层具有中孔低渗的特征，局部地区储层发育为低孔低渗。其中，平上段宝云亭附近以西储层物性最好，孔隙度一般在17.5 %以上。宝云亭以西至武云亭一带和南部团结亭地区渗透性最好，均在60×10-3μm2，北部孔雀亭地区渗透性相对较低，一般只有25×10-3μm2。

表1 平北地区平湖组储层物性特征表

平上段储层具有中孔低渗的特征，局部地区表现为中孔高渗。平中段宝云亭附近以北至武云亭一带储层物性最好，其孔隙度普遍为15%～17.5%。中部武云亭至宝云亭2 井储层渗透性最好，通常在40×10-3μm2以上，最高可以达到149.4×10-3μm2。

平下段储层具有低孔特低渗的特征，局部地区表现为低孔低渗的特征。平下段总体孔隙度一般为10 %～12 %，其储层的物性相对不好，以中部宝云亭以西和孔雀亭以北相对较好。中部宝云亭构造储层渗透性最好，渗透率通常在20×10-3μm2以上，最高可以达到36.1×10-3μm2。

3 主要成岩作用及其特征

西湖凹陷平北地区平湖组储集砂岩沉积之后，在埋藏过程中经历了压实压溶作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用等多种成岩作用。根据各种成岩作用对储层的影响，可将它们划分为建设性成岩作用、破坏性成岩作用以及保持性成岩作用。建设性成岩作用主要是指溶蚀作用，破坏性成岩作用通常包括压实及压溶作用、胶结作用，保持性成岩作用常为交代作用。

3.1 破坏性成岩作用

3.1.1 压实压溶作用 平北地区平湖组埋深普遍超过3 400 m，随着埋深不断增加，当颗粒接触点上所承受的来自上覆地层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流体压力的2.5 倍时[8]，晶格间将发生压溶作用，其主要对象是石英。成岩作用早期[7]（本文采用姜在兴的早、晚期成岩划分标准）石英颗粒间呈点接触，随压实作用增强，石英颗粒由于受到挤压体积减小，颗粒之间由线接触到缝合接触，压溶出的SiO2等组分在颗粒周围沉淀下来，充填于粒间孔隙，使孔隙空间减小[8]。经沉积-埋藏-压实过程后，由压实压溶作用所造成的孔隙度减少26 %左右。

研究区砂岩储层中石英次生加大现象普遍，在颗粒间也常可看到自生石英充填于粒间孔隙，这是造成石英砂岩中石英含量高而孔隙度却不高的重要原因之一。笔者根据镜下观察，认为平北地区平湖组压实作用强烈，主要表现在以下几个方面：（1）颗粒边缘呈锯齿状缝合线接触（见图4a），随深度加大，颗粒接触由点接触到线接触-凹凸接触，偶尔可见缝合线接触；（2）云母等片状矿物弯曲变形甚至断裂（见图4b）；（3）长石等刚性颗粒发生弯曲变形。

3.1.2 胶结作用 研究区平湖组胶结作用对储层的储集空间产生强烈的破坏作用，胶结物含量与储层孔隙度之间呈明显的负相关性（见图2）。根据对该地区240个岩石薄片观察鉴定，平北地区平湖组储层砂岩中胶结物以碳酸盐岩胶结物及黏土矿物胶结物为主，硅质胶结物次之。

图2 胶结物总含量与孔隙度关系图

（1）硅质胶结作用，平北地区平湖组硅质胶结物主要以石英次生加大形式存在（见图4c），其厚度一般为0.01 m～0.04 m。经薄片鉴定，研究区可看到有两期石英次生加大。该区石英次生加大和长石溶蚀具有一定的相关性，也总是和高岭石、伊利石等次生黏土矿物密切共生[9，10]，可以推断本区石英次生加大的硅质胶结物主要来源为长石的溶解和黏土层中蒙脱石向伊利石转化产生SiO2[11]。加大边占据了孔隙空间，减少了储层的储集空间，堵塞喉道，使砂岩孔隙结构发生变化，减小孔隙度和渗透率，影响了流体的渗流能力，使储集物性变差。成为研究区储层物性变差的主要因素之一。

（2）碳酸盐胶结作用，研究区常见的碳酸盐胶结物有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿。研究表明在成岩阶段的各个时期皆有碳酸盐胶结发育（见图3），早成岩期的碳酸盐胶结物主要是充填于孔隙间的方解石；随着埋深不断加深，晚成岩期的碳酸盐胶结物以铁白云石和铁方解石为主[12]，铁方解石胶结物呈镶嵌状（见图4d）或连晶状（见图4e）产出，充填于砂岩颗粒孔隙内，对储层有强烈破坏作用。

图3 平北地区平湖组成岩阶段自生矿物与孔隙演化模式图

碳酸盐胶结物的存在对储层发育有着双重影响，一方面，颗粒间碳酸盐胶结物会堵塞孔隙，大幅度降低砂岩中的孔隙度和渗透率；另一方面，胶结物在储层中形成沉淀，产生支撑的效果，可以在一定程度上抵抗砂岩的压实作用，并且在此后有酸性流体流经时这些碳酸盐岩胶结物会遭到部分溶蚀产生一定量的次生粒间溶蚀孔隙，对储层的最终物性起到一定的积极作用。

（3）黏土矿物胶结作用，该区见到的黏土矿物有高岭石、伊利石、绿泥石，其中以高岭石（见图4f）最为常见，其次为伊利石和伊/蒙混层。经显微镜及扫描电镜观察发现，研究区平湖组自生高岭石主要有两种赋存形式：①以孔隙充填的形式存在于绿泥石留下的剩余粒间孔内；②以蚀变高岭石存在于碎屑颗粒间，并保留了原岩泥质残余物。扫描电镜下观察到自生高岭石单晶呈假六边形晶片，集合体普遍如“书页”状或蠕虫状分布于颗粒间。自生高岭石对于砂岩储层物性的影响并没有显著效果[13]，主要看能否形成有效的次生孔隙。

3.2 建设性成岩作用

溶蚀作用是储集岩形成机制中一种建设性成岩作用，可以发生在整个成岩阶段，是研究区形成次生孔隙、发育有效储层的重要成岩作用类型。经岩石学鉴定，西湖凹陷平北地区平湖组砂岩储层中的溶蚀作用主要发生在早成岩B 期（见图3），以有机酸溶蚀为主，晚成岩期主要是热液溶蚀。研究区内经历了较为强烈的溶蚀作用，通过显微镜及扫描电镜观察，平湖组溶蚀对象主要为黏土杂基、长石（见图4g）、火山岩屑、含云母变质岩屑等。在镜下观察，可见少量长石岩屑遭受溶蚀后其颗粒呈现麻点状或者蜂窝状，有些颗粒被溶蚀完全，形成残余状或铸模孔；黏土杂基常形成贴粒缝和黏土杂基微孔，因此形成大量的溶蚀孔隙，有利于次生孔隙发育带的形成，使得储集物性能变好。

3.3 保持性成岩作用

3.3.1 交代作用 根据薄片资料观察分析，平北地区平湖组砂岩储层主要的交代作用类型有：（1）方解石交代长石；（2）方解石交代石英颗粒；（3）碳酸盐交代碎屑。

图4

其中，以方解石交代长石（见图4h）为主，由于早成岩期含有大量方解石，流体中的Ca2+、CO32-破坏了原有的长石晶格，方解石便开始沿着长石解理缝进行交代，表现为长石交代的幻影和残留结构；其次，方解石交代石英颗粒，使石英颗粒边缘出现锯齿状、港湾状等形态。到晚成岩期时，流体性质由酸性向碱性转化，形成大量铁方解石，主要产出形式为充填于粒间孔和交代早期沉积成岩组分，对储层造成不利影响，同时，由于次生孔隙的发育为提高孔隙度起到有利的作用，所以交代作用在成岩作用过程中是保持性作用。

4 结论

（1）平北地区平湖组储集砂岩岩性以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，砂体粒度主要为中-细粒，颗粒分选为较好-中等，磨圆度为次棱角-次圆状，储集空间通常为原生粒间孔、粒间溶孔、粒间溶蚀扩大孔、铸模孔等。普遍具有中孔低渗的特征，储层的这些特征主要受成岩作用的影响。

（2）根据各种成岩作用对储层的影响，可将它们划分为建设性成岩作用、破坏性成岩作用以及保持性成岩作用。建设性成岩作用主要是指溶蚀作用，破坏性成岩作用通常包括压实及压溶作用、胶结作用，保持性成岩作用常为交代作用。

（3）平北地区平湖组埋深普遍超过3 400 m，压实压溶作用是造成该地区储集砂岩原生孔隙大量消失的主要原因；胶结作用形成的胶结物以碳酸盐胶结物和自生黏土矿物为主要，其次是石英的次生加大；溶蚀作用是研究区次生孔隙发育的主要原因，增加了孔隙度；交代作用对于孔隙度影响不大。

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