河控三角洲前緣鈣質(zhì)膠結(jié)分布規(guī)律及其成因——以東營(yíng)凹陷永安鎮(zhèn)油田為例

段冬平

中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京１０２２４９

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海） ２０００３０

侯加根 （中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京１０２２４９）

高建 （中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京１０００８６）

王禮常 （中化石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京１０００３１）

鈣質(zhì)膠結(jié)多由碳酸鹽膠結(jié)作用形成，碳酸鹽膠結(jié)是碎屑巖儲(chǔ)層中最為常見(jiàn)的膠結(jié)類型之一，其分布普遍、形成多期且成因多樣［1］，碳酸鹽膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層的影響之一就是占據(jù)儲(chǔ)層原生孔隙，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度起到破壞作用［2］，在儲(chǔ)層研究中一般將碳酸鹽膠結(jié)作用形成的鈣質(zhì)膠結(jié)作為鈣質(zhì)夾層或隔層，而隔夾層的分布正是造成儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致大量可動(dòng)油無(wú)法采出的主控地質(zhì)因素之一［3］。河控三角洲沉積是我國(guó)東部油田中最重要的儲(chǔ)集類型之一［4］，筆者以永安鎮(zhèn)油田沙河街組二段 （E2s2）5～7 砂組（E2s52～7）河控三角洲前緣儲(chǔ)層為例，基于測(cè)井資料和巖心分析化驗(yàn)資料對(duì)河控三角洲前緣儲(chǔ)層內(nèi)部鈣質(zhì)夾層分布規(guī)律及其成因開(kāi)展研究。永安鎮(zhèn)油田位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷的東北部，北鄰陳家莊凸起，東鄰青坨子凸起，西為民豐洼陷，南抵東營(yíng)凹陷中央隆起帶，是一個(gè)中高滲、稀油低飽和復(fù)雜斷塊油藏。永3斷塊E2s2為典型的進(jìn)積三角洲沉積，儲(chǔ)層以河口壩與水下分流河道沉積砂體為主［5，6］。

1 鈣質(zhì)膠結(jié)的電性及鏡下特征

1．1 電性特征

鈣質(zhì)膠結(jié)的巖石類型包括鈣質(zhì)砂巖和鈣質(zhì)泥巖。鈣質(zhì)砂巖自然電位表現(xiàn)為砂巖負(fù)異常，而微電極（微電位、微梯度）電阻率曲線則是高阻尖峰狀；鈣質(zhì)泥巖自然電位近似為泥巖正異常特征，微電極曲線表現(xiàn)為高阻尖峰狀，但峰值要低于鈣質(zhì)砂巖，與上下圍巖電阻率差別大 （圖1）。

1．2 鏡下特征

1）鈣質(zhì)砂巖 鈣質(zhì)砂巖鏡下粒間孔喉明顯較砂巖降低，粒間孔喉分布不均勻，除發(fā)育黏土礦物充填以及石英次生加大外，碳酸鹽膠結(jié)物亦較多。如圖2所示，2114．60m 的鈣質(zhì)砂巖掃描電鏡照片顯示，放大1500倍時(shí)，可見(jiàn)明顯的自形晶的黃鐵礦膠結(jié)物，放大3000倍時(shí)，可見(jiàn)粒間孔隙充填團(tuán)粒狀方解石，且石英顆粒表面不均勻發(fā)育碳酸鈣。

2）鈣質(zhì)泥巖 鈣質(zhì)泥巖在鏡下整體上粒間孔不發(fā)育，分布不均，喉道與微孔隙不發(fā)育，填隙物主要為伊－蒙混層、黃鐵礦、方解石。如圖3所示，2084．01m 鈣質(zhì)泥巖在放大3000倍時(shí)，可見(jiàn)片狀伊－蒙混層和許多大小不一的球狀黃鐵礦晶體，放大4000倍時(shí)，可見(jiàn)錐形的菱鐵礦，以及粒間充填的方解石，菱鐵礦呈蔟狀發(fā)育，有多個(gè)晶體。說(shuō)明泥巖中曾有含F(xiàn)e2＋，Co2－3，S2－的高濃度流體存在過(guò)，形成鈣質(zhì)膠結(jié)。

圖1 永3斷塊E2s5～72 構(gòu)型界面處不同巖性隔夾層的電性特征

2 鈣質(zhì)膠結(jié)的分布規(guī)律

圖2 鈣質(zhì)砂巖掃描電鏡照片 （YAA3J1井，2114．60m）

鈣質(zhì)膠結(jié)多是后期成巖過(guò)程中形成的，其分布規(guī)律復(fù)雜，因此要總結(jié)鈣質(zhì)膠結(jié)的垂向分布特點(diǎn)和空間分布規(guī)律。

2．1 鈣質(zhì)膠結(jié)垂向分布特點(diǎn)

根據(jù)單井巖性測(cè)井解釋發(fā)現(xiàn)，鈣質(zhì)膠結(jié)的發(fā)育與相帶及砂厚存在一定關(guān)系，依據(jù)分布位置將其劃分為以下幾種特征：頂部膠結(jié)、底部膠結(jié)、中部膠結(jié)以及薄砂體整體膠結(jié)。

1）砂巖頂部鈣質(zhì)膠結(jié)該類型鈣質(zhì)砂巖最易發(fā)育在漏斗狀反韻律河口壩砂體頂部以及均質(zhì)韻律河口壩砂體頂部（圖4 （a））。通過(guò)對(duì)全區(qū)所有井E2s5～72內(nèi)不同韻律砂體的統(tǒng)計(jì)（表1）發(fā)現(xiàn)，復(fù)合反正韻律砂體頂部不易發(fā)生膠結(jié)，鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)生概率只有10%；而在漏斗狀反韻律河口壩砂體中，其頂部大約有30．2%的概率發(fā)育鈣質(zhì)膠結(jié)；均質(zhì)韻律河口壩砂體頂部膠結(jié)概率為23．5%?？梢?jiàn)反韻律的河口壩砂體頂部最易發(fā)生鈣質(zhì)膠結(jié)。

圖3 鈣質(zhì)泥巖掃描電鏡照片 （YAA3J1井，2084．01m）

2）砂巖底部鈣質(zhì)膠結(jié) 在均質(zhì)韻律河口壩砂體的底部，與下伏泥巖接觸的部位常發(fā)育被鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖 （圖4 （b））。由表1可知，正韻律底部出現(xiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)概率達(dá)18%，但單純的正韻律河道沉積在研究區(qū)較少見(jiàn)，反韻律河口壩與復(fù)合反正韻律的河壩組合發(fā)生底部膠結(jié)概率較低，分別為10．1%、9．2%，均質(zhì)韻律底部發(fā)生鈣質(zhì)膠結(jié)的概率較高，達(dá)到18．8%。

3）砂巖中部鈣質(zhì)膠結(jié) 在厚層河口壩砂體內(nèi)部，常發(fā)育有厚度只有幾十厘米的薄層鈣質(zhì)膠結(jié)，該處自然電位相對(duì)于上下砂巖的負(fù)異常有明顯的回返，微電極電阻率曲線明顯的異常高值 （圖4（a））。由表1可知，反韻律河口壩砂體中部膠結(jié)的概率為20．1%，均質(zhì)韻律河口壩砂體中部膠結(jié)的概率為11．8%，復(fù)合反正韻律發(fā)生中部膠結(jié)的概率為16．6%，發(fā)育概率的高低與河口壩沉積時(shí)水動(dòng)力變化的次數(shù)有關(guān)，水動(dòng)力變化越頻繁，相應(yīng)的變化界面處在后期成巖過(guò)程中越容易生成鈣質(zhì)膠結(jié)。

圖4 永3斷塊E2s5～72 鈣質(zhì)砂巖膠結(jié)的分布位置

表1 不同韻律不同厚度砂體鈣質(zhì)膠結(jié)概率統(tǒng)計(jì)表

4）薄層整體鈣質(zhì)膠結(jié) 在三角洲前緣席狀砂或遠(yuǎn)砂壩的前端，隨著三角洲前緣砂體厚度逐漸減薄、粒度逐漸變細(xì)，薄層的粉砂巖沉積常被整體膠結(jié)（圖5 （a））。由表1可以看出，研究區(qū)薄層砂巖整體鈣質(zhì)膠結(jié)的發(fā)生概率可達(dá)34．8%。且從順物源剖面上看，整體鈣質(zhì)膠結(jié)的薄層砂體表現(xiàn)為漸變過(guò)渡的特點(diǎn)，即向湖盆方向，薄層砂體首先被整體膠結(jié)為鈣質(zhì)砂巖，隨著碎屑顆粒粒度減小，泥質(zhì)含量的增加，鈣質(zhì)砂巖演變?yōu)殁}質(zhì)泥巖（圖5 （b）），再向湖盆方向，鈣質(zhì)泥巖最終過(guò)渡為泥巖。

2．2 空間分布規(guī)律及指導(dǎo)意義

圖5 永3斷塊E2s5～72 薄層整體鈣質(zhì)膠結(jié)

如圖6所示，永3斷塊沙河街組二段5砂組 （E2s52）物源方向自東向西，頂部為上粗下細(xì)的反韻律特征，鈣質(zhì)膠結(jié)不發(fā)育。而沙河街組二段5砂組2小層 （E2s5－22）頂面為砂巖分布在工區(qū)東部，鈣質(zhì)膠結(jié)分布在工區(qū)西部；沙河街組二段5砂組3小層 （E2s52－3）頂面處砂巖分布在工區(qū)東部，因分流河道的下切侵蝕作用，不存在泥巖隔層，鈣質(zhì)巖性分布在工區(qū)中部，再向前界面處出現(xiàn)穩(wěn)定的泥巖隔層；沙河街組二段5砂組4小層 （E2s52－4）頂面處砂巖分布在工區(qū)東部，鈣質(zhì)膠結(jié)分布在工區(qū)中東部。自下至上隨著三角洲的不斷進(jìn)積，小層頂面處鈣質(zhì)膠結(jié)的發(fā)育位置也持續(xù)向湖盆方向推進(jìn)。而在薄層砂體發(fā)育的沙河街組二段5砂組5小層 （E2s52－5），自東向西其巖性明顯的表現(xiàn)出由砂巖向鈣質(zhì)砂巖過(guò)渡的趨勢(shì)。在E2s52－5下部泥巖隔層中發(fā)育連續(xù)的鈣質(zhì)膠結(jié)泥巖。

圖6 永3斷塊E2s52 順物源剖面巖性分布圖

在三角洲前緣儲(chǔ)層的一個(gè)等時(shí)沉積單元內(nèi)，根據(jù)鈣質(zhì)砂巖的垂向分布特征，總結(jié)了巖性自陸地向湖盆方向存在由砂巖－鈣質(zhì)膠結(jié) （鈣質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)泥巖）－泥巖的演化模式 （圖7）。即近陸地方向，多為相互切割的正韻律河道沉積，頂界面處為砂巖沉積，向湖盆方向坡度增大，三角洲前緣砂體沉積變厚，頂界面處開(kāi)始出現(xiàn)鈣質(zhì)砂巖，持續(xù)向湖盆方向三角洲前緣砂體厚度開(kāi)始變薄直至尖滅，小層頂界面處巖性也由近陸地方向厚層砂體的頂部鈣質(zhì)膠結(jié)變?yōu)楸由绑w的整體鈣質(zhì)膠結(jié)，再向湖盆方向，隨著砂質(zhì)含量的減少，小層頂界面處的巖性演變?yōu)殁}質(zhì)泥巖，并最終過(guò)渡到泥巖。這種巖性演化規(guī)律受沉積微相、砂巖厚度、砂泥巖接觸關(guān)系及成巖作用等因素綜合控制，在順物源的地層對(duì)比中可以利用該規(guī)律指導(dǎo)等時(shí)地層單元對(duì)比。

圖7 三角洲前緣小層界面處巖性演化模式圖

3 鈣質(zhì)膠結(jié)的成因

巖心樣品的黏土礦物X衍射分析表明，研究區(qū)黏土礦物以高嶺石和伊－蒙混層為主，伊利石和綠泥石含量較低，其中伊－蒙混層主要分布在40%～70%之間，屬于無(wú)序列混層帶填隙物主要是次生加大石英、泥質(zhì)及碳酸鹽礦物。結(jié)合前人研究成果，綜合判斷研究區(qū)E2s5～72成巖階段為早成巖B期，成巖作用以壓實(shí)、壓溶作用以及膠結(jié)作用為主［7～11］。伴隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，長(zhǎng)石開(kāi)始溶蝕，在弱酸性孔隙水沉積環(huán)境下，高嶺石大量生成［12～14］。隨著長(zhǎng)石的不斷溶蝕，孔隙水開(kāi)始由弱酸性向弱堿性變化，伴隨著地層水pH值的增加，高嶺石和蒙脫石開(kāi)始向伊利石、伊－蒙混層和綠泥石轉(zhuǎn)化，黏土礦物的轉(zhuǎn)化則可以形成大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等及水［15～17］。因此，在處于早成巖B期的三角洲前緣儲(chǔ)層中，砂巖與泥巖內(nèi)部碎屑礦物的溶蝕、黏土礦物的轉(zhuǎn)化以及生物化石局部富集可以提供大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等。在砂泥巖接觸部位，隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，泥巖孔隙壓力增高，碳酸鹽溶解度增大，當(dāng)排出的大量高濃度碳酸鹽流體進(jìn)入鄰近的砂巖時(shí)，由于流體壓力降低而沉淀，地層水?dāng)y帶上述離子進(jìn)入物性較好的砂巖中，最終在厚層砂體物性好的地方形成鈣質(zhì)膠結(jié)，由于三角洲前緣河口壩砂體主要表現(xiàn)為上粗下細(xì)的反韻律以及粒度均勻的均質(zhì)韻律特征，故碳酸鹽膠結(jié)物易富集在物性較好的反韻律河口壩頂部及均質(zhì)韻律河口壩的頂?shù)祝欢蚝璺较?，薄層砂體因?yàn)樯舷陆詾槟鄮r，泥巖中黏土礦物演化形成的高濃度碳酸鹽離子流體進(jìn)入薄層砂體，從而形成高碳酸鹽含量的整體膠結(jié)，將整個(gè)薄層砂體膠結(jié)成致密的鈣質(zhì)砂巖（圖8）；再向前，砂質(zhì)含量更低，就形成了鈣質(zhì)泥巖沉積。

圖8 碳酸鹽膠結(jié)的成因模式圖

而砂體中部鈣質(zhì)膠結(jié)與砂巖中間所見(jiàn)的泥質(zhì)巖性有關(guān)，在黏土礦物演化過(guò)程中所產(chǎn)生一定的碳酸鹽離子，因其厚度較薄導(dǎo)致碳酸鹽離子濃度較低，得不到足夠的壓力流入上下充滿流體的砂巖中，導(dǎo)致自身被鈣質(zhì)膠結(jié)，形成內(nèi)部的夾層。

最終，在早成巖B期，研究區(qū)河控三角洲前緣儲(chǔ)層不同位置處的微相類型、砂泥巖接觸關(guān)系、砂巖粒度以及砂地比等方面差異，導(dǎo)致了不同位置處碳酸鹽膠結(jié)作用的差異。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）在研究區(qū)河控三角洲前緣沉積環(huán)境中，垂向上鈣質(zhì)膠結(jié)主要分布在反韻律砂體的頂部和中部，均質(zhì)韻律砂體的頂?shù)撞?，正韻律砂體的底部，而薄層砂巖易被整體膠結(jié)，其中薄層砂體整體膠結(jié)和反韻律厚砂體頂部膠結(jié)的概率最高，超過(guò)30%。

2）在三角洲前緣儲(chǔ)層的一個(gè)等時(shí)沉積單元內(nèi)，順物源自陸地向湖盆方向，存在由砂巖－鈣質(zhì)砂巖－鈣質(zhì)泥巖－泥巖的演化模式，這種巖性演化規(guī)律受沉積微相、砂巖厚度、砂泥巖接觸關(guān)系及成巖作用等因素綜合控制，在順物源的地層對(duì)比中可以利用這一巖性變化規(guī)律指導(dǎo)等時(shí)地層單元對(duì)比。

3）在早成巖B 期，砂泥巖內(nèi)部碎屑礦物的溶蝕和黏土礦物的轉(zhuǎn)化提供了大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、CO2－3等，由于河控三角洲前緣不同位置處微相類型、砂泥巖接觸關(guān)系、粒度以及砂地比的差異，最終控制了不同位置處的碳酸鹽膠結(jié)作用發(fā)生、強(qiáng)弱及膠結(jié)概率高低。

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