高航

（河南省濮阳县自然资源局，河南 濮阳 457100）

0 引言

碎屑岩储层成岩演化特征与含油气盆地勘探开发紧密相关，近年来在石油地质研究领域受到日益广泛的关注［1-5］。成岩作用在储层形成发育过程中是重要的控制因素，直接影响着储层孔隙的演化趋势。国内外学者在成岩作用及孔隙演化过程方面已经开展了大量研究工作［6-11］。与常规储层相比，致密砂岩储层具有低孔特低渗特点，成岩作用更为强烈，物性演化过程和有效储层成因非常复杂［12-15］，因此，定量评价致密砂岩储层成岩作用对孔隙演化过程的影响具有重要意义［16-18］。从钻探资料来看，东濮凹陷上古生界潜山具有巨大的勘探潜力和广阔的勘探空间，但油气藏埋藏深，勘探成本高，难度大，对有效储层成岩过程中孔隙的演化模式和孔隙定量演化表征的研究较为缺乏。笔者在前人研究基础上，利用铸体薄片、阴极发光、扫描电镜、包裹体测温及X衍射分析等实验测试结果，对东濮凹陷上古生界潜山致密砂岩储层的岩石学特征、成岩作用及其对储层孔隙演化规律的影响进行了研究，明确了研究区目的层的成岩特征与孔隙演化规律，以期为研究区致密砂岩油气勘探提供依据。

1 区域地质概况

东濮凹陷是我国环渤海湾断陷盆地群中富含盐、油气的沉积盆地，地处盆地群西南缘，横跨河南、山东两省，面积约 5 400 km2［19-20］。东濮凹陷上古生界纵向上主要发育上石炭系和二叠系海陆交互相、含煤地层和陆相碎屑岩地层，包括太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组，含煤地层主要在太原组和山西组发育。太原组发育碳酸盐台地相和碎屑滨岸沉积，以海相沉积为主；山西组和下石盒子组发育三角洲沉积，为海陆过渡相；上石盒子组和石千峰组主要发育以河流沉积体系为主的陆相沉积体系［21-22］。东濮凹陷上古生界储层经历了多期构造运动和复杂的成岩演化阶段，形成了当前典型的低孔低渗特征。

2 储层特征

2.1 岩石类型及组分特征

东濮凹陷上古生界致密砂岩储层岩石类型以细粒长石岩屑砂岩为主，含少量岩屑长石砂岩和岩屑砂岩。石英质量分数4%～80%，平均52.2%；长石质量分数10%～41%，平均20.3%；岩屑质量分数9%～94%，平均27.5%。砂岩中岩屑成分主要为变质岩岩屑和火成岩岩屑。变质岩岩屑主要为石英岩，火成岩岩屑主要为酸性喷出岩，见少量沉积岩岩屑和内碎屑。分选性较好，成分成熟度在1.0～1.6。填隙物以泥质、石灰质、白云质为主，局部见少量硅质及菱铁矿胶结；纵向上，泥质质量分数自太原组至石千峰组逐渐增加，碳酸盐胶结物质量分数逐渐减少。

2.2 物性特征

上古生界储层孔隙度0.2%～9.8%，平均3.9%，79.3%的样品孔隙度分布在6.0%以下；渗透率1.64×10-6～7.22×10-3μm2，平均 0.283×10-3μm2，93.4%的样品渗透率低于0.50×10-3μm2。致密砂岩储层结构致密，物性差，依据SY/T 6285—1997《中国石油天然气行业储层分级标准》［23］，研究区属于特低孔—超低孔、超低渗—非渗透储层。

2.3 孔隙类型

东濮凹陷上古生界致密砂岩储层储集空间类型丰富，纵向分带明显，发育3个孔隙带：1）原生孔隙发育带，以原生残余粒间孔隙为主（见图1a），主要分布在石千峰组；2）次生孔隙发育带，以次生溶蚀孔和次生晶间孔为主（见图1b—1d），主要分布在上、下石盒子组；3）含煤地层山西组—太原组为微裂缝发育带，受强压实作用影响，构造微裂缝发育（见图1e，1f）。

图1 东濮凹陷上古生界致密砂岩储层孔隙类型

3 储层成岩作用特征

运用铸体薄片、扫描电镜等方法对研究区致密砂岩储层经历的成岩作用进行定性分析，结果显示，东濮凹陷上古生界致密砂岩储层经历了多期构造运动和复杂的成岩作用，主要包括压实、胶结、溶蚀和交代作用。

3.1 压实作用

压实作用作为主要的成岩作用，贯穿储层演化的整个过程。随着埋深的增加，压实作用变强。深层的山西组—太原组压实作用最强，以线接触为主，具定向性排列，部分塑性颗粒受压变形；石千峰组—上石盒子组以点-线接触为主，石千峰组部分为点接触，压实作用逐渐变弱。压实作用虽然是导致储层致密的主要因素，但是对后期储层裂缝的产生也起到一定积极作用（见图 2a，2b）。

3.2 胶结作用

胶结作用是造成储层孔隙损失的重要因素，同时对孔隙也有一定的建设性作用。上古生界胶结作用以泥质胶结和碳酸盐胶结为主，局部井段见少量硅质、石膏、黄铁矿等胶结物。

石千峰组多见同沉积期泥质转化形成的绿泥石膜。一方面充填了孔隙，阻塞了部分喉道；另一方面也抑制了石英次生加大，起到部分抗压实作用，保护了部分原始孔隙。上、下石盒子组多见高岭石及伊利石胶结，黏土矿物胶结占据了部分粒间孔隙，破坏了原始孔隙结构，也阻止了晚期碳酸盐胶结作用，保留了晶间微孔隙。山西组—太原组以晚期碳酸盐胶结作用为主，是储层致密的主要因素之一（见图2c—2h）。

3.3 溶蚀作用

溶蚀作用是改善上古生界储层物性的主要作用。研究区以酸性溶蚀为主：1）同沉积期植物腐殖酸性水溶蚀主要发生在含煤地层的山西组—太原组；2）中成岩早期生排烃期的烃类充注有机酸溶蚀，主要发生在上、下石盒子组，表现为早期方解石胶结及长石溶蚀。碱性溶蚀作用少见，主要表现为上石盒子组局部自生高岭石溶蚀（见图 2i—2k）。

3.4 交代作用

交代作用较弱，主要见于太原组，表现为铁方解石、铁白云石交代长石颗粒（见图2l）。

图2 东濮凹陷上古生界致密砂岩储层特征成岩作用

4 成岩阶段及孔隙演化

4.1 成岩阶段划分

石千峰组和上、下石盒子组均一温度主要分布在85～140℃，太原组主要分布在140～175℃。根据SY/T 5477—2003《碎屑岩成岩阶段划分标准》［24］，认为上古生界经历了早成岩期，目前处于中成岩A期，与镜质组反射率 Ro（0.9%～1.3%）及伊/蒙混层（I/S）中蒙皂石质量分数（15%～50%）指示的成岩阶段一致。

4.2 成岩演化序列

对上古生界致密砂岩储层不同沉积背景及典型成岩作用分析后认为，东濮凹陷上古生界具有2种不同的成岩环境：1）石千峰组和上、下石盒子组是三角洲平原-前缘沉积背景下的非含煤地层，为碱性成岩环境；2）山西组和太原组为潮坪-沼泽亚相沉积背景下的含煤地层，为酸性成岩环境。结合研究区上古生界致密砂岩储层埋藏热演化史（见图3），通过包裹体测温、扫描电镜、阴极发光等手段可确定成岩作用的先后顺序。

图3 东濮凹陷上古生界致密砂岩储层孔隙演化模式

非含煤地层以石千峰组为例，其成岩演化序列为上古生界沉积期机械压实—绿泥石等黏土矿物胶结—古近纪方解石胶结—古近纪埋藏压实—强生烃区酸性溶蚀/弱生烃区晚期碳酸盐胶结（见图4a—4d）。含煤地层的山西组—太原组以酸性成岩环境为主，经历了同沉积期碱性环境、含煤地层早期腐殖酸溶蚀酸性环境及后期碱性成岩环境。分析成岩作用先后顺序认为，成岩演化序列为上古生界同沉积期方解石胶结—同生成岩期方解石、长石腐殖酸溶蚀—上古生界沉积期机械压实—古近纪埋藏二次压实—生排烃有机酸二次溶蚀—晚期碳酸盐胶结（强）（见图4e—4h）。

图4 东濮凹陷上古生界成岩演化过程中的典型成岩现象

4.3 孔隙演化

研究区致密砂岩储层成岩演化过程复杂，以“反演回剥法”为基础，参考前人研究成果［25-27］，建立了适用于研究区不同成岩阶段孔隙度的计算方法（见表1），定量恢复了2种成岩类型储层的孔隙演化过程。

表1 东濮上古生界储层不同成岩阶段砂岩孔隙度计算方法

恢复结果表明：1）石千峰组—上石盒子组非含煤地层早期黏土矿物胶结损失孔隙度3.50百分点，方解石胶结作用发生在古近纪浅埋藏期，损失孔隙度6.92百分点，在晚期受中生界烃源岩排烃有机酸溶蚀作用，增加孔隙度3.90百分点；2）山西组—太原组含煤地层早期方解石沉淀发生在同沉积期，早成岩阶段就被植物腐殖酸溶蚀，在古近纪埋藏压实过程中，抗压实能力弱，晚期碳酸盐胶结损失孔隙度5.70百分点。石千峰组—上石盒子组非含煤地层压实损失的孔隙度比含煤地层压实损失的孔隙度低4.78百分点。

综合分析埋藏热演化史及成岩过程，认为石千峰组—上石盒子组非含煤地层孔隙演化过程为：上古生界沉积期机械压实（孔隙度损失14.15百分点）—绿泥石等黏土矿物沉淀（孔隙度损失3.50百分点）—古近纪方解石胶结（孔隙度损失6.92百分点）—古近纪埋藏压实（孔隙度损失7.07百分点）—排烃期酸性溶蚀（孔隙度增加3.90百分点）—晚期碳酸盐胶结 （孔隙度损失0.50百分点）（见图3a）。山西组—太原组含煤地层孔隙演化过程为：上古生界同沉积期泥晶方解石胶结（孔隙度损失5.90百分点）—上古生界沉积期机械压实（孔隙度损失20.30百分点）—长石、早期方解石溶蚀（孔隙度增加8.10百分点）—古近纪压实（孔隙度损失5.70百分点）—晚期碳酸盐胶结（孔隙度损失5.70百分点）（见图3b）。

5 结论

1）东濮凹陷上古生界岩性以细粒长石岩屑砂岩为主，整体分选性一般。庆古3井储层平均孔隙度3.9%，平均渗透率0.28×10-3μm2，为典型的低孔低渗储层，孔隙类型以原生残余粒间孔和次生溶蚀孔为主，底部太原组见微裂缝发育。

2）东濮凹陷上古生界成岩作用类型丰富，成岩演化阶段整体处于中成岩A期。石千峰组—上石盒子组非含煤储层具有早胶结、晚溶蚀的特点，发育次生孔隙；山西组—太原组含煤储层具有早溶蚀、后压实、晚胶结、储层快速致密的特点。

3）古近系沉积前，东濮凹陷上古生界埋藏浅，喜山期构造活动造成古近系差异埋深，致使不同地区压实作用差异。石千峰组—上石盒子组非含煤储层早期方解石胶结增加了抗压实能力，为后期溶蚀作用提供物质基础，使得石千峰组—上石盒子组在3 500～4 800 m的深层孔隙度仍可大于8%，与上古生界二次生烃高峰深度匹配，在总体致密化背景下成为相对有利的油气勘探目标，具备较大的油气勘探前景。