0.   引言

随着油气勘探程度的不断深入, 非常规油气成为全球油气勘探的重点, 其中低渗碎屑岩储层因其巨大的油气资源潜力, 近年来受到了广泛的关注.低渗储层的形成及发育过程与沉积环境、成岩作用及构造作用等诸多因素关系密切, 其中成岩作用对储层质量的影响至关重要(Higgs et al., 2007; Morad et al., 2010; 于兴河等, 2015; 阳孝法等, 2016).低渗砂岩储层的演化和改造是地质历史过程中多类型、多期次成岩作用叠加的结果(Dixon et al., 1989; Schmid et al., 2004; Dutton and Loucks, 2010; Henares et al., 2016).与常规油气储层研究相比, 低渗透砂岩储层勘探开发的难点在于储层预测, 准确预测优质储层分布是确保高效稳定开发的重要前提.

文昌A凹陷作为珠江口盆地低渗油气储层研究的重要靶区, 低渗油气资源量占整个盆地的32%, 主要分布在北部斜坡带和南断裂带中段, 其中渐新统珠海组是文昌A凹陷主要的储集层段(季洪泉和王新海, 2004; 甘军等, 2009).文昌A凹陷珠海组发育了一系列南北向展布的扇三角洲朵体, 并且这些三角洲沉积受波浪-潮汐作用明显; 而且由于此类储层埋深大、成岩作用如压实和胶结作用强烈, 平均孔隙度11.5%、平均渗透率24.18×10^-3 μm², 是典型的深埋藏低孔、低渗储层(潘光超等, 2016; 袁晓蔷等, 2019).通过对储层成岩作用、孔喉结构特征及储层发育主控因素分析等方面的研究认为, 压实作用是造成珠海组储层低渗的最主要因素, 多期流体活动造成的多期溶蚀使得低渗储层物性明显改善, 成为深部有利储层的寻找方向(尤丽等, 2012; 谢玉洪等, 2016; 徐守立等, 2016).尽管前人对研究区珠海组砂岩储层成岩作用的研究较多, 但对于成岩相识别及储层预测的研究仍显不足, 低渗储层孔隙演化的研究有待加强.因此, 本文以文昌A凹陷古近系珠海组砂岩为主要研究对象, 利用铸体薄片、扫描电镜、物性资料、X射线衍射、碳氧同位素等分析测试资料, 探讨该区古近系珠海组低渗透砂岩的成岩特征, 定量评价成岩作用强度, 探索低孔渗储层预测与评价的技术方法, 明确研究区低渗储层孔隙演化模式.

1.   区域地质概况

文昌A凹陷位于南海北部珠江口盆地珠三坳陷东南, 走向近北东-南西向.凹陷北临阳江低凸起, 西部与琼海凸起、琼海凹陷相接, 东南以珠三南断裂为界, 与神狐隆起相邻(图 1a).在前古近系变质岩、侵入岩、喷出岩基底之上, 自下而上发育了古近系神狐组、文昌组、恩平组、珠海组及新近系珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系琼海组地层(图 1b).研究区经历了断陷期、断拗期、拗陷期3个演化阶段, 其中古新世-早渐新世的为断陷期, 神狐组及文昌组早-中期发育河流相和中深湖沉积, 文昌组晚期及恩平组以河沼-滨浅湖相为主, 为烃源岩发育层段; 晚渐新世-早中新世为断拗期, 珠海组以浅水-潮坪沉积为主, 珠江组以滨海-潮坪沉积为主, 该时期是储层发育的主要阶段; 中中新世以后为拗陷期, 沉积环境以浅海为主, 发育大量厚层泥岩, 可作为良好的区域盖层(尤丽等, 2018).自20世纪80年代以来, 研究区相继发现WC10-2、WC10-3、WC9-2、WC9-3等多个气田及WC9-6、WC11-2、WC5-1等多个含气构造(范洪军等, 2013; 陆江等, 2016).

图  1  文昌凹陷构造单元划分(a)及地层系统(b)

Fig.  1.  Structural units (a) and stratum system (b) of Wenchang depression

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2.   岩石学及储集特征

2.1   低渗透储层岩石学特征

对研究区12口井共计709块铸体薄片分析表明, 珠海组细-砾级砂岩均有发育, 其中珠三南断裂带以中、粗砂岩为主, 6号断裂带以细砂岩为主, 其次为中、粗砂岩(图 2a).根据Folk(1968)砂岩分类方案进行投图(图 3), 发现研究区珠海组主要发育了长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩3种岩石类型.其中, 靠近凹陷中心的6号断裂带以长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主, 其单晶石英平均相对含量36.48%~67.22%;长石平均相对含量普遍大于10%, 最多可达19.65%, 且以钾长石为主; 岩屑平均相对含量18.98%~42.15%, 主要为多晶石英, 花岗岩、变质岩及喷出岩岩屑含量相当(附表 1).靠近物源的南断裂带岩石类型主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩, 单晶石英平均相对含量29.26%~69.83%;相对于6号断裂带长石相对含量变化大, 介于4.85%~13.88%, 主要为钾长石, 斜长石含量极低; 岩屑平均相对含量较前者高, 介于21.32%~59.02%, 主要为多晶石英, 其次为变质岩和喷出岩岩屑, 花岗岩岩屑含量较低.碎屑结构分析统计显示(图 2), 研究区砂岩分选中等, 磨圆以次棱-次圆状为主, 磨圆度较高, 颗粒间主要呈线接触, 其次为点-线接触, 较高的结构成熟度指示了潮汐作用对沉积物的改造作用.

图  2  文昌A凹陷珠海组储层碎屑结构统计特征

Fig.  2.  Reservoir clastic structure characteristics of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

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图  3  文昌A凹陷珠海组砂岩组分三角图

Fig.  3.  The Q-F-R diagram of E₃z sandstone of Wenchang A sag

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2.2   低渗透砂岩物性分布

通过对研究区1568个样品的物性分析, 珠海组平均孔隙度11.5%、平均渗透率24.18×10^-3 μm², 其中孔隙度 < 15%的样品占74.33%, 渗透率 < 50×10^-3 μm²的样品占91.82%, 总体表现为低-特低孔、渗的特征.物性分布具有明显的分带性.纵向上, 由珠海一段向珠海三段孔、渗逐渐减小, 其中埋深3 000~3 900 m孔隙度普遍介于5%~15%, 渗透率0.1×10^-3 ~50×10^-3 μm², 以低-特低孔、渗为主, 局部孔隙度15%~20%, 渗透率50×10^-3 ~100×10^-3 μm², 为中孔中渗储层; 埋深超过3 900 m则以特低孔、渗为主(图 4a).横向上, 6号断裂带孔、渗主要分布于5%~15%、0.1×10^-3 ~10×10^-3 μm², 珠三南断裂带物性分布则以10%~20%、1×10^-3 ~10×10^-3 μm²为主(图 4b、4c), 即由凹陷边缘向凹陷中心储层物性逐渐变差.

图  4  文昌A凹陷珠海组砂岩孔、渗分布特征

Fig.  4.  Porosity and permeability distribution of sandstones in Wenchang A sag

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2.3   孔隙类型

研究区珠海组孔隙类型以次生孔隙为主, 约占面孔率的74%.研究区主要发育粒间溶蚀扩大孔、长石粒内溶孔、铸模孔等次生孔隙(图 5a~5c), 主要由长石、岩屑及早期胶结物的溶蚀而成, 其中长石溶蚀最为多见.此外, 由于文昌凹陷珠海组沉积时期为海陆过渡相, 生物化石较丰富, 可见有孔虫体腔孔、体腔溶孔(图 5d、5e).由于珠海组埋深普遍超过3 000 m, 压实作用强烈, 原生粒间孔大量损失, 仅见少量残余原生粒间孔(如5f).微裂缝在珠海组发育较少, 主要见于粗砂岩、含砾粗砂岩等粗粒级砂岩中(图 5a).

图  5  文昌A凹陷珠海组储层储集空间类型

a.WC9-2-1井, 3 668.30 m, 长石溶孔, 粒内缝(箭头所示), ×50(-); b.WC9-2-1井, 3 787.40 m, 长石溶孔, ×25(-); c.WC10-2-1井, 3 341.70 m, 长石溶孔, ×50(-); d.WC10-3-1井, 3 333.70 m, 生物壳溶孔, ×50(-); e.WC14-3-1井, 2 247.59 m, 粒间孔、有孔虫体腔孔, ×200(-); f.WC10-3-1井, 3 761.75 m, 粒间孔, 颗粒表面附着片状绿泥石(SEM)

Fig.  5.  Storage space types of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

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3.   低渗透储层成岩特征

通过分析大量薄片资料, 同时利用扫描电镜、阴极发光、X衍射、碳氧同位素等测试手段对文昌A凹陷珠海组低渗储层成岩特征进行系统研究, 认为研究区经历了典型的破坏性成岩作用和建设性成岩作用, 其中前者以压实作用、碳酸盐胶结、自生伊利石、硅质胶结作用为主, 后者包括溶蚀作用、早期绿泥石包壳和微裂缝等.

3.1   破坏性成岩作用

(1) 压实作用

机械压实作用是造成珠海组储层致密化的主要原因.储层在持续埋藏过程中, 受上覆地层压力逐渐增大, 颗粒间发生由点-线-凹凸接触的变化, 使得粒间孔隙大量丧失, 孔喉连通性变差, 渗流能力急剧降低.机械压实对珠海组储层的破坏作用主要表现为：(1)云母、海绿石等塑性矿物变形、假杂基化(图 6a、6d); (2)早期沉淀的大量基质在埋藏过程中受压实作用发生塑性流变, 充填粒间使得孔隙几乎丧失殆尽(图 6c); (3)碎屑颗粒间接触关系由点-线-凹凸逐渐变紧密(图 6e、6f);

图  6  文昌A凹陷珠海组压实作用特征

a.WC9-2-1井, 3 667.10 m, 凹凸-线接触, 云母弯曲变形, ×100(-); b.WC9-2-3井, 3 787.40 m, 线接触, 颗粒破裂发育粒内缝, ×50(-); c.WC14-3-1井, 2 385.6 m, 基质充填, ×50(-); d.WC9-3-1井, 3 829 m, 云母等变形、海绿石化, ×100(-); e.WC9-2-3井, 3 994.20 m, 碎屑颗粒凹凸接触, ×50(-); f.WC9-2-1井, 3 668.16 m, 碎屑颗粒凹凸接触, 石英次生加大, ×500(+)

Fig.  6.  Compaction characteristics of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

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成岩中、晚期, 随着埋深的增大, 地层温度、压力也不断增大, 此时发生化学压溶作用.此外, 钾长石溶蚀作用也伴随着SiO₂的释放, 这些SiO₂或在颗粒边缘形成次生加大边, 或形成自生石英晶体充填孔隙, 使得储集性能进一步变差(图 6f).

(2) 碳酸盐胶结

晚期的碳酸盐胶结作用导致了储层的进一步致密化.镜下观察发现, 研究区以中-晚期成岩阶段铁白云石和铁方解石为主, 局部发育早期菱铁矿及方解石.铁白云石镜下多以分散的粒状、块状集合体沉淀于碎屑颗粒之间, 或交代碎屑颗粒及前期的碳酸盐胶结物, 晶体呈格子状或菱面体, 晶粒较粗(图 7a); 铁方解石镜下染色后呈紫红色, 阴极发光下为橘红色, 多交代早期沉淀的方解石或碎屑颗粒(图 7b、7c); 菱铁矿呈环边状包裹碎屑颗粒(图 7d), 表明其发育时期早于压实作用; 早期沉淀的方解石胶结物多呈基底式充填于碎屑颗粒之间, 阴极光下多呈橘黄色(图 7b), 部分方解石在后期深埋阶段发生重结晶作用, 或被晚期铁方解石交代.珠海组碳酸盐胶结物含量较高, 介于0%~39.5%, 平均含量5.83%, 砂岩中碳酸盐胶结物高于10%时, 会造成孔喉的严重损失, 严重时甚至使储层丧失储集性能.

图  7  文昌A凹陷珠海组胶结作用特征

a.WC9-2-1井, 3 201.70 m, 白云石胶结、交代碎屑颗粒, ×100(-); b.WC10-3-1井, 3 340.93 m, 橘黄色方解石、橘红色含铁方解石充填孔隙, ×50(CL); c.WC10-3-1井, 3 366 m, 含铁方解石基底式胶结, ×100(-); d.WC9-3-1井, 3 852 m, 薄膜状菱铁矿环边, ×200(+); e.WC9-3-1井, 3 852.0 m, 多期次石英次生加大, ×50(+); f.WC11-2E-1井, 3 082.7 m, 丝片状伊利石充填粒间孔隙, ×1630(SEM); g.WC9-2-3井, 3 991.00 m, 颗粒边缘绿泥石膜, ×400(-); h.WC11-2E-1井, 3 339.8 m, 粒表针状绿泥石, ×800(SEM); i.WC10-3-1井, 3 333.80 m, 绒球状绿泥石填充孔隙, ×2080(SEM)

Fig.  7.  Characteristics of cementations in Zhuhai Formation of Wenchang A sag

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对研究区9个样品进行碳酸盐胶结物碳氧同位素分析, 结果显示(附表 2), 珠海组碳酸盐胶结物δ¹³C值为-2.18‰~-9.18‰, δ¹⁸O值为-8.29‰~-13.77‰, 两者均表现为负值, 表明研究区受有机碳来源更明显, 且形成温度较高(吴仕玖等, 2019).根据基恩-韦伯计算公式, 研究区古盐度Z值分布范围为101.78~119.31, 均小于120, 说明珠海组碳酸盐胶结物最初的C、O来源与陆源淡水有关(张秀莲, 1985).从碳酸盐成因图可以发现(图 8), 研究区碳酸盐胶结物主要与有机酸脱羧作用有关, 反映碳酸盐胶结作用主要发生于成岩中-晚期, 这与镜下薄片鉴定结果所显示的铁方解石、铁白云石含量高具有一致性.此外, 全岩X射线衍射测试分析显示(附表 3), 靠近珠三南断裂带碳酸盐胶结物平均含量较凹陷中心及6号断裂带附近高, 且凹陷中心远离6号断裂带的WC10-1-1碳酸盐含量极低, 说明大型断裂带的发育为成岩流体提供了运移通道, 导致沿断裂带胶结物格外发育.

图  8  文昌A凹陷碳酸盐胶结物碳氧同位素相关性

Fig.  8.  Carbon and oxygen isotope correlation of carbonate cement of Wenchang A sag

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(3) 自生伊利石

粘土矿物X射线衍射测试分析显示(附表 3), 研究区自生粘土矿物以伊利石、伊蒙混层和绿泥石为主, 高岭石仅在WC9-1-3井较发育.伊利石多覆盖于粒表硅质胶结物之上或填充孔隙之间, 并呈丝片状产出(图 7f), 表明研究区的伊利石主要为晚期伊利石.多数研究认为(罗蛰潭等, 1991; Bjørkum et al., 1993)深部储层伊利石的发育对储层物性的破坏作用明显, 尤其是丝状伊利石使得孔喉的弯曲度变大, 连通性变差, 对储层孔隙结构的破坏显著降低了储层渗透率.

(4) 硅质胶结

硅质胶结物在珠海组也较为发育, 主要集中于六号断裂带.通过薄片分析及扫描电镜观察, 珠海组硅质胶结物含量0%~7.5%, 平均值1.11%, 主要以石英次生加大边(图 7e)和粒间自生石英颗粒(图 7i)两种形式产出.尽管研究区硅质胶结物含量不高, 但前人研究发现少量的石英次生加大不仅会造成大量的孔隙损失, 还会缩小喉道, 严重降低储层的渗流能力, 造成储层低-特低渗(Pittman and Larese, 1991).

3.2   建设性成岩作用

(1) 溶蚀作用

研究区广泛发育粒内溶孔、粒间溶孔、铸模孔等次生溶蚀孔隙.通过镜下微观现象观察, 长石及岩屑中的不稳定组份溶蚀产生的次生孔隙, 是珠海组深部储层物性改善的主要原因.由于研究区早期经历快速埋藏, 大气淡水淋滤作用较弱, 主要为有机酸溶蚀和晚期深部热液流体溶蚀作用.

依据Surdam et al.(1989)有机-无机成岩反应理论(图 9a), 分析研究区珠海组溶蚀作用特征.埋深3 000~3 500 m对应于上成岩窗, 该阶段有机质成熟热演化释放大量有机酸, 大量H⁺伴随地层水进入骨架颗粒, 与长石中的K⁺、Na⁺等离子交换, 导致长石发生溶蚀并产生高岭石.成岩过程中长石易顺解理方向发生风化溶蚀, 形成网格状、蜂窝状次生溶孔(图 5a、5b).埋深3 500~4 000 m对应下成岩窗, 有机酸浓度有所降低, 该深度范围地温已超过130 ℃, 沟通基底的珠三南断裂带和六号断裂带为深部热液流体提供了有利的运移通道, 与晚期烃类充注相关的酸性热液流体对前期碳酸盐胶结物和长石等不稳定矿物的溶蚀形成大量次生孔隙.当深度超过4 000 m后, 由于晚期粘土矿物和碳酸盐的沉淀, 储层逐渐致密化.研究区珠海组储层在3 350~3 400 m、3 700~3 800 m发育两个次生孔隙带(图 9b), 与Surdam et al.(1989)提出的模式能够很好的对应.

图  9  砂岩储层有机-无机反应与次生孔隙成岩综合图

Ⅰ.生物成气带; Ⅱ.热流体强化生烃带; Ⅲ.主成油Ⅰ带; Ⅳ.主成油Ⅱ带; Ⅴ.深层成气带; 据Surdam et al.(1989)

Fig.  9.  Organic-inorganic reactions and secondary pore diagenesis in sandstone reservoirs

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(2) 早期绿泥石包壳

绿泥石在文昌A凹陷深部储层广泛发育是相对优质储层发育的重要原因之一.扫描电镜下可见研究区发育有三期绿泥石, 分别为附着于颗粒表面生长的薄膜状绿泥石(图 7g)、颗粒表面生长的针状绿泥石(图 7h)和充填于孔隙的绒球状绿泥石(图 7i), 一期、二期绿泥石主要形成于成岩早-中期, 能够抑制石英次生加大, 对储层物性有利; 第三期绿泥石则为晚成岩期的产物, 对储层物性有破坏作用.

绿泥石主要发育于六号断裂带珠海组中、细砂岩中, 且多呈早期薄膜状、针叶状包裹于颗粒表面, 通过抑制石英次生加大, 保护了原生孔隙, 是优质储层发育的重要控制因素.原生孔隙的保存为后期酸性流体进入及次生溶蚀作用的发生提供了通道, 有利于与有机质热演化相关的酸性流体活动.

(3) 微裂缝

尽管机械压实作用造成了珠海组储层原生孔隙的大量损失, 但强烈的压实作用也使长石、岩屑等脆性矿物发生破裂, 形成粒内微裂缝(图 6b、6d), 此外, 研究区还发育了构造穿粒缝、贴粒缝等, 这些微裂缝为酸性流体活动提供了良好的运移通道, 有利于溶蚀作用的进行, 是深部储层物性改善的重要因素.

3.3   成岩演化序列

珠海组R_o值介于0.7%~1.1%, S值介于0%~50%, 平均伊蒙混层比为11.47%, 为有序度较高的混层类型, 指示珠海组成岩演化已进入中成岩B期.

根据前述成岩作用研究, 压实作用是造成储层致密化的最主要因素, 它贯穿成岩演化的各个阶段, 且成岩早期对储层的影响最为显著.铁方解石和铁白云石沉淀晚于长石类矿物溶蚀; 见铁方解石/铁白云石交代石英加大边, 指示硅质沉淀早于晚期碳酸盐胶结; 薄膜状、针叶状绿泥石主要分布在碎屑颗粒表面, 包膜不连续处见石英颗粒加大边生长, 形成时间应早于石英次生加大; 绒球状绿泥石充填粒间, 是成岩晚期产物; 高岭石为长石类铝硅酸盐矿物溶蚀的伴生产物; 伊利石丝化严重, 是成岩晚期产物.综合以上分析, 珠海组低渗砂岩储层的成岩序列大致如下：机械压实-薄膜状绿泥石-早期方解石胶结-针叶状绿泥石-石英次生加大-有机酸溶蚀-石英加大-热液溶蚀作用-晚期绒球状绿泥石、粘土矿物的伊利石化-铁方解石、铁方解石沉淀.

3.4   成岩相识别与储层预测

成岩相研究能够有效地将微观成岩现象和宏观沉积环境结合起来, 为优质储层预测提供有力支持.根据镜下微观成岩现象, 本文主要考虑成岩作用的类型、强度, 将文昌凹陷砂岩储层划分为弱压实、中等压实中-强溶蚀、强压实强溶蚀、早期压实-充填和碳酸盐致密胶结5类成岩相, 对应镜下微观现象, 表现为不同的接触关系、填隙物类型、孔隙发育程度等(附表 4, 图 10).

图  10  文昌A凹陷珠海组成岩相微观特征

a.弱压实相, WC14-3-1井, 2 245.61 m, ×100(-); b.中等压实中-强溶蚀相, WC9-2-3井, 3 787.40 m, ×25(-); c.中等压实中-强溶蚀相, WC10-2-1井, 3 687.22 m, ×150(SEM); d.强压实强溶蚀相, WC9-2-3井, 3 994.20 m, ×50(-); e.压实-充填相, WC14-3-1井, 2 250.11 m, ×50(-); f.碳酸盐致密胶结相, WC10-3-1井, 3 340.93 m, ×100(CL)

Fig.  10.  Microscopic characteristics of diagenetic facies in Zhuhai Formation, Wenchang A sag

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分析发现这5类成岩相物性明显不同(图 11a), 说明该成岩相划分方案对储层成岩特征和储集性能有识别意义.成岩强度计算公式如下：

图  11  文昌A凹陷珠海组成岩相交会图

Fig.  11.  Crossplots for diagenetic facies in Zhuhai Formation, Wenchang A sag

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式(1)中, 粒间体积=胶结物体积+杂基体积+粒间孔隙体积.

原始孔隙度采用Beard and Weyl(1973)提出的计算公式进行恢复：

式(4)中, S_o为Track分选系数, 粒度累积曲线25%和75%处的粒径大小比值, $ {S_{\rm{o}}} = \sqrt {{P_{25}}/{P_{75}}} $

成岩作用造成的岩石物理性质的差异, 在测井曲线上具有不同的响应特征.声波时差、密度曲线反映储层致密程度, 伽马曲线反映泥质含量, 而电阻率对碳酸盐胶结物敏感度较高, 因此, 利用常规测井参数进行成岩相识别, 是实现宏观储层预测的重要手段.统计分析发现, 研究区5类成岩相自然伽马、声波时差和电阻率测井响应存在一定差异(图 11b、11c; 附表 4), 因此可利用这些测井曲线, 实现全井段的成岩相单井预测, 进而结合沉积相砂体展布得到成岩相平面分布规律(图 12).

图  12  文昌A凹陷珠海组成岩相平面分布

Ⅰ类.弱压实相; Ⅱ类.中等压实中-强溶蚀相; Ⅲ类.强压实强溶蚀相; Ⅳ类.压实充填相+碳酸盐致密胶结相

Fig.  12.  Horizontal distribution of diagenetic facies in Zhuhai Formation, Wenchang A sag

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根据成岩相预测结果, 综合薄片鉴定分析、物性资料等, 总结了文昌凹陷4类储层类型(图 13)：(1)Ⅰ类储层成岩相预测以弱压实相为主; 砂体以厚层块状砂砾岩、含砾粗砂岩为主, 测井自然伽马值介于60~90 API, 声波时差介于80~95 μs/ft, GR曲线表现为中-高幅的齿状箱形, 为扇三角洲水下分流河道沉积砂体; 孔隙度普遍15%~25%, 渗透率 > 10×10^-3 μm², 为中-高孔、中-低渗储层, 是研究区相对优质储层.(2)Ⅱ类储层成岩相以中等压实中-强溶蚀相为主; 砂体以中厚层中粗砂岩为特征, 测井自然伽马值介于80~120 API, 声波时差介于75~80 μs/ft, GR曲线表现为漏斗形、钟形, 为扇三角洲水下分流河道侧翼砂体及潮汐水道; 孔隙度10%~20%, 渗透率1~100×10^-3 μm², 为中-低孔、低渗储层.(3)Ⅲ类储层成岩相预测以强压实强溶蚀相为主, 薄片下可见碎屑颗粒线-凹凸接触, 原生孔隙较不发育, 长石溶蚀强烈, 脆性颗粒发育微裂缝沟通孔隙; 砂体以中、厚层中-粗砂岩、含砾粗砂岩为主, 测井自然伽马值介于80~140 API, 声波时差60~75 μs/ft, GR曲线表现为低幅的箱形、钟形、漏斗形, 分布于河口坝、潮汐水道、砂坪等微相; 孔隙度 < 15%, 渗透率 < 50×10^-3 μm², 为低孔、低渗储层.(4)Ⅳ类储层成岩相以压实-充填相为主, 局部发育碳酸盐致密胶结相; 砂体以薄层粉、细砂岩为主, 测井响应GR曲线表现为指状, 主要分布于分流河道间、远砂坝、混合坪等沉积砂体; 孔隙极不发育, 孔隙度普遍 < 10%, 渗透率普遍 < 10×10^-3 μm², 为特低孔、渗储层.

图  13  文昌A凹陷珠海组储层综合分析图

Fig.  13.  Reservoir analysis of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

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因此, 综合岩相、沉积微相和成岩相可实现珠海组储层预测.南断裂带埋深 < 3 000 m, 弱压实区的水下分流河道厚层砂砾岩、含砾粗砂岩, 为中-高孔渗的Ⅰ类“甜点”储层; 埋深超过3 000 m, 中等压实中-强溶蚀的分流河道侧翼、潮汐水道中-厚层的粗砂岩, 为中-低孔、低渗的Ⅱ类储层; 强压实强溶蚀的砂坪、河口坝中-细砂岩为Ⅲ类低孔低渗储层.相对而言, 六号断裂带储层质量较差, 但中等压实的水下分流河道由于绿泥石膜的发育, 为中孔、中-低渗的Ⅱ类“甜点”储层; 强压实区潮汐水道及砂坪等粗粒砂岩由于强溶蚀作用及压裂作用, 发育中-低孔渗的Ⅲ类储层; 分流河道间、混合坪等薄层细砂岩则为Ⅳ类特低孔渗储层.即：扇三角洲水下分流河道是“甜点”储层发育的有利相带, 潮汐水道、砂坪发育相对较好储层; 厚层、粗粒、弱压实是深部“甜点”储层发育的主要控制因素, 强溶蚀作用、绿泥石膜及微裂缝则是深部低渗储层物性改善的主要原因.

4.   低渗储层孔隙度演化

地层沉积之后的孔隙演化是各类成岩作用综合叠加的结果, 通过定量分析不同成岩作用对储层孔隙度的影响, 结合埋藏史可以恢复储层的孔隙演化过程.

4.1   孔隙演化特征

利用式(3~4)恢复储层的原始孔隙度.统计分析计算发现, 不同构造部位、不同粒度砂岩原始孔隙度存在差异.总体上, 细-中砂岩分选性较好, 原始孔隙度较高(附表 5).

尽管细粒砂岩的原始孔隙度较高, 但其视孔隙度普遍低于粗粒砂岩.利用铸体薄片鉴定及图像分析统计胶结物减孔量和溶蚀增孔量, 定量分析不同成岩作用对储层孔隙度演化的影响(附表 5).通过统计计算发现不同粒度砂岩的孔隙度演化存在差异, 如下.

(1) 压实作用造成的6号断裂带和南断裂带珠海组一段至珠海组三段粗砂岩孔隙度损失分别为为16.1%~22.3%和18.9%~20%, 细-中砂岩孔隙损失分别为17.9%~22.6%和19.3%~21.5%.可见, 压实减孔量随着与埋深呈正相关关系, 且同一构造带内相近深度粗砂岩压实损失孔隙度较细-中砂岩低, 反映出粗粒砂岩具有更强的抗压实能力.压实作用造成的孔隙度损失约占总减孔量的70%, 是导致研究区珠海组储层物性变差的最主要原因.

(2) 6号断裂带和南断裂带粗砂岩的胶结减孔量分别为8.6%~11.6%和10.4%~12.1%, 胶结率25.8%~35.7%, 为弱-中等胶结; 细-中砂岩的胶结减孔量分别为10.6%~16.8%和7.8%~15.4%, 胶结率分布范围27.9%~63.5%, 表现出较强的胶结强度.不难发现, 粗粒砂岩的胶结作用强度整体较细-中砂岩弱.

(3) 6号断裂带和南断裂带粗砂岩的次生溶蚀增孔分别为3.4%~6.5%、4.2%~5.1%, 细-中砂岩的溶蚀增孔量则为0.5%~1.6%和2.6%~3.5%, 溶蚀作用对粗粒砂岩孔隙度的贡献更大.

4.2   孔隙演化模式

文昌A凹陷珠海组为连续性深埋藏方式, 早中新世末期埋深已达3 000 m, 现今最大埋深4 400 m左右, 储层早期经历快速埋藏, 持续时间较短, 深埋藏时间较长, 成岩作用较强.珠海组主要经历同生成岩阶段、早成岩阶段A期、早成岩阶段B期、中成岩阶段A期, 目前已进入中成岩阶段B期.孔隙演化模式见图 14.

图  14  文昌A凹陷珠海组埋藏史及孔隙演化图

Fig.  14.  Burial history and porosity evolution of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

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珠海组原生孔隙度34.27%, 自晚渐新世沉积以来珠海组经历了持续埋藏, 早期快速埋藏使得珠海组在早中新世初期埋藏深度已超过1 500 m, 进入早成岩阶段B期, 该成岩阶段以机械压实作用为主, 受波浪-潮汐作用的影响, 早成岩期弱碱性孔隙水饱和导致方解石沉淀; 随着埋深的增大, 机械压实进一步加强, 原生孔隙大量丧失, 至早中新世中期孔隙度19.02%(机械压实损失13.38%, 早期碳酸盐胶结作用损失约1.77%).早中新世中期下伏恩平组烃源岩有机质成熟释放的有机酸进入珠海组储层, 地层水中H⁺浓度增大转换为酸性, 长石及岩屑中的不稳定矿物发生溶蚀, 产生高岭石, 伴随硅质沉淀形成石英次生加大, 中中新世深部热液溶蚀作用, 再次对铝硅酸盐矿物及早期的碳酸盐胶结物进行溶解, 至中中新世末期, 实际孔隙度约15.67%(溶蚀增孔3.44%, 石英加大0.48%, 压实3.91%)晚中新世, 地层水过渡为富K⁺、Na⁺的碱性流体, 蒙脱石、高岭石等粘土矿物伊利石化, 黑云母等火山岩岩屑水解为绿泥石沉淀提供丰富的铁、镁离子, 铁方解石、铁白云石沉淀充填孔隙, 最终孔隙度约10.91%(碳酸盐胶结减孔3.49%、粘土矿物减孔0.86%, 压实减孔0.41%).

5.   结论

(1) 文昌A凹陷珠海组由凹陷边界珠三南断裂带向凹陷中心6号断裂带, 沉积相由扇三角洲过渡为潮汐水道, 前者砂岩粒度较粗, 分选中等, 结构成熟度相对较高.物性分布由凹陷边缘向中心逐渐变差, 具明显分带性.

(2) 珠海组经历了压实作用、碳酸盐胶结、晚期伊利石沉淀及硅质胶结等破坏性成岩作用, 其中压实作用是造成珠海组物性变差的主因; 溶蚀作用、早期绿泥石包壳和微裂缝对低渗储层物性起到建设性作用, 其中有机酸溶蚀作用是深部储层储集性能改善的主要因素, 早期绿泥石包壳和微裂缝则有利于相对优质储层的发育.

(3) 岩相、沉积微相、成岩相、物性相结合进行储层分布预测, 南断裂带水下分流河道厚层砂砾岩、含砾砂岩发育弱压实成岩相, 为Ⅰ类“甜点”储层; 分流河道侧翼、潮汐水道中-厚层的粗砂岩发育中压实中-强溶蚀成岩相, 为Ⅱ类“甜点”储层.六号断裂带储层中等压实的水下分流河道由于绿泥石膜的发育, 为Ⅱ类“甜点”储层; 强压实的河口坝、潮汐水道及砂坪等粗粒砂岩由于强溶蚀作用及压裂作用, 发育Ⅲ类相对较好储层.

(4) 孔隙演化分析表明, 珠海组储层在埋藏过程中因压实损失的孔隙度为17.7%, 胶结减孔6.6%, 中晚期溶蚀增孔3.44%, 多种成岩作用叠加造成了现今低孔、低渗的特征.

附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).