李建明，嚴(yán)鈺童，吳銀萍 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100）

通過大量的巖石薄片和鑄體薄片的鏡下鑒定，結(jié)合掃描電鏡、陰極發(fā)光、X－衍射等測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)南八仙油田儲層砂巖在埋藏過程中成巖作用十分豐富，經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用和破裂作用。

1.1 壓實(shí)壓溶作用

機(jī)械壓實(shí)作用總體特征明顯，其壓實(shí)強(qiáng)度為中等至弱，主要表現(xiàn)為：碎屑顆粒的重新排列，顆粒普遍以點(diǎn)～線接觸、部分碎屑顆粒呈凹凸接觸，塑性巖屑擠壓變形 （如云母和泥巖巖屑）且具較明顯的定向排列，剛性碎屑礦物壓碎或壓裂。

壓實(shí)和壓溶是2個連續(xù)進(jìn)行階段，隨著成巖作用強(qiáng)度的加大，碎屑顆粒間接觸的緊密程度不斷提高，由機(jī)械壓實(shí)作用逐漸過渡到壓溶作用［5］。鑄體薄片下觀察，可見石英壓溶現(xiàn)象，石英顆粒之間相互穿插，形成顆粒之間線接觸、凹凸接觸甚至是縫合接觸，從而降低巖石的孔隙度。此外，石英壓溶后產(chǎn)生的Si4＋為硅質(zhì)膠結(jié)提供了物質(zhì)來源，亦能降低儲層的孔隙度。

1.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是影響南八仙油田儲層物性好壞的重要因素之一，這在很大程度上控制了儲層儲集物性在平面上和縱向上的分布。膠結(jié)作用發(fā)生在成巖作用的各個時期［6］。南八仙油田最常見的膠結(jié)物是碳酸鹽類膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物，其次是自生粘土礦物，還有少量的黃鐵礦和天青石。

石英加大邊的寬窄常是不均一的，可能與生長時受周圍空間的限制或者是由于壓溶作用造成的。一般石英次生加大較弱，僅使孔隙度降低3%～5%，孔喉及滲透率降低并不很大［5］。研究區(qū)石英次生加大較弱可能與雜基支撐和石英碎屑含量少有關(guān)。

2）碳酸鹽膠結(jié)作用 碳酸鹽膠結(jié)作用可分為早期碳酸鹽膠結(jié)及晚期碳酸鹽膠結(jié)，早期碳酸鹽膠結(jié)物以泥晶及亮晶方解石為主，均為無鐵方解石，主要形成于沉積早期及壓實(shí)作用較弱的早成巖期，早期碳酸鹽膠結(jié)物多以充填原生孔隙的方式出現(xiàn)，還可見世代膠結(jié)的櫛殼狀結(jié)構(gòu)［7］。

南八仙油田碳酸鹽膠結(jié)物為方解石和白云石類，多以顆粒方式充填于孔隙中，有的甚至交代了其他碎屑顆粒，使得巖石變得致密，從而影響了儲層的物性。分析資料表明，儲層中早期碳酸鹽膠結(jié)物含量在1.1%～13.5%之間，低于15%，故其存在反而減弱了壓實(shí)作用對儲層物性的影響，為成巖作用后期的溶解作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)［6］。

3）粘土礦物膠結(jié)作用 粘土礦物以伊利石、伊／蒙混層為主，綠泥石和高嶺石次之。在掃描電鏡中可見伊利石常呈不規(guī)則的片狀或絲縷狀，一般附著于顆粒表面，部分填充于粒間孔隙中。伊／蒙混層呈似 “蜂窩”狀或片狀，一般以襯墊式包裹顆粒。此外，局部可見書頁狀自生高嶺石充填于長石溶蝕后形成的次生孔隙內(nèi)。在掃描電鏡中綠泥石常呈葉片狀分布于粒間，在薄片下可見綠泥石膠結(jié)物以膜狀分布于碎屑顆粒表面。

綠泥石薄膜能起到一定的抗壓實(shí)作用，并形成粘土水膜促進(jìn)溶蝕作用發(fā)育。而伊利石、伊／蒙混層和高嶺石遇水膨脹或分散、運(yùn)移，不僅堵塞了喉道，還將原始粒間孔隙分割成微細(xì)孔隙，降低了砂巖的物性。

4）其他膠結(jié)作用 其他膠結(jié)物有長石、黃鐵礦、赤鐵礦、燧石、硬石膏和石鹽。長石質(zhì)膠結(jié)物少見，以長石加大邊或晶形較好的自生鈉長石晶體產(chǎn)出，但含量很低，通常小于1%。次生加大邊被溶蝕呈鋸齒狀、港灣狀。黃鐵礦膠結(jié)物多呈規(guī)則的正方體晶生長于泥質(zhì)巖屑中。砂巖基質(zhì)中可見少量的云霧狀燧石。赤鐵礦、硬石膏和石鹽分別也是砂巖的一類膠結(jié)物，但含量較少，僅在個別薄片中觀察到。

1.3 交代作用

交代作用的實(shí)質(zhì)是被交代礦物的溶解和交代礦物的沉淀同時進(jìn)行并逐步替代的過程。南八仙油田下油砂山組地層中交代作用較明顯，主要分為2種類型：

1）碎屑顆粒的碳酸鹽巖化作用 包括方解石對碎屑顆粒石英、長石、巖屑和粘土礦物的交代作用。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，交代作用往往是從顆粒邊部向中心開始。

2）碎屑顆粒的粘土化作用 包括火山玻璃、巖屑、長石、鐵鎂礦物發(fā)生絹云母化、水云母化、高嶺石化、伊利石化等作用。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，交代作用往往是從顆粒邊部向中心開始，被交代顆粒邊緣呈纖維狀、顆粒狀或侵染狀。粘土化作用與砂巖類型有關(guān)。一般長石砂巖中易于形成伊利石、高嶺石，巖屑砂巖和雜砂巖中以形成伊利石為主。

交代作用服從體積保持定律及質(zhì)量守恒定律，因而對儲層孔隙度和滲透率的影響相對較?。?］。

1.4 溶蝕作用

N12儲層的溶蝕作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)物、長石顆粒以及部分巖屑的溶蝕，另外還可見到雜基溶蝕。鏡下石英、長石、巖屑等碎屑邊緣微弱溶蝕成港灣狀；填隙物中雜基、綠泥石被溶蝕形成貼粒溶縫、粒間微孔和雜基內(nèi)微孔；碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕成鑄?？?、晶間溶孔和溶蝕縫，在掃描電鏡中觀察到碳酸鹽及溶蝕孔。

溶蝕作用促使了次生孔隙發(fā)育，可有效改善儲層的孔隙度和滲透率，是影響南八仙地區(qū)儲層物性好壞的又一重要因素。

2 砂巖成巖演化階段

成巖階段的劃分方案按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《碎屑巖成巖階段劃分》（SY／T5477－2003）進(jìn)行。根據(jù)石英次生加大、自生方解石膠結(jié)物的結(jié)晶程度、泥質(zhì)巖中I／S中S層的百分比、粘土礦物組合及轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)最高熱解溫度及孔隙類型等指標(biāo)綜合判斷，N12儲層砂巖成巖演化階段達(dá)到早成巖B期向中成巖A期過渡階段，其主要特征為：

（1）石英次生加大以Ⅰ級為主，加大邊窄且不連續(xù)，偶見自形晶面。在鏡下可見自生方解石膠結(jié)物成亮晶方解石顆粒，部分解理清晰可見，還可見長石、巖屑及碳酸鹽巖的溶蝕作用。

圖1 儲層成巖演化和成巖階段分布圖

（2）泥質(zhì)巖中I／S中S層的百分比為50%～70%范圍，為無序混層帶，從掃描電鏡中可見無序混層I／S為細(xì)絲發(fā)狀，并且分布較廣，如仙4井1130.12～1416.06m井段的泥巖I／S中S層百分比為60.00%。部分井的泥巖I／S中S層百分比＜30%～50%，I／S轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚧鞂?，從掃描電鏡中觀察可見I／S混層呈絲發(fā)狀，如仙9井856.74～1490.32m井段的泥巖I／S中S層百分比為27.48%。

（3）有機(jī)質(zhì)最高熱解溫度約為450～480℃，有的有機(jī)質(zhì)最高熱解溫度大于480℃。

（4）粉砂質(zhì)泥巖中粘土礦物的X－衍射分析資料表明，自生粘土礦物以伊／蒙混層 （29.29%～48.00%）和伊利石 （27.40%～45.66%）為主、綠泥石 （7.00%～17.14%）和高嶺石 （4.67%～11.96%）。

（5）碎屑顆粒以點(diǎn)接觸為主，也見有線接觸或溶蝕邊的凸凹接觸?？紫兑栽紫逗腿芪g孔為主。

根據(jù)前述對成巖作用及自生礦物成因的分析，結(jié)合薄片觀察和掃描電鏡下各類成巖現(xiàn)象的分析，按照自生礦物或成巖事件首次出現(xiàn)的相對順序，歸納總結(jié)出研究區(qū)砂巖成巖作用序列：機(jī)械壓實(shí)→無鐵方解石和環(huán)邊綠泥石膠結(jié)→壓溶作用→石英I級次生加大→粘土礦物膠結(jié)→碎屑顆粒的交代→碳酸鹽溶蝕與碎屑顆粒的溶蝕 （見圖1）。

3 孔隙類型及演化特征

3.1 砂巖儲層孔隙類型

表1 南八仙研究區(qū)儲層孔隙分類及成因

1）原生孔隙 原生孔隙主要是巖石原始沉積下來就已經(jīng)形成并保存至今的孔隙。這類孔隙又可細(xì)分為壓實(shí)剩余的原生粒間孔隙、膠結(jié)剩余的粒間孔和原生沉積下來保存的雜基微孔隙。在成巖作用過程中，經(jīng)壓實(shí)、膠結(jié)及壓溶等作用，原生孔隙將逐漸減少。

2）次生孔隙 次生孔隙是巖石在埋藏過程中由于各種成巖作用或其他地質(zhì)因素如構(gòu)造作用、脫水收縮作用等形成的孔隙。在這類孔隙中，溶蝕作用產(chǎn)生的各種溶蝕孔隙 （如粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔及超大孔）和構(gòu)造作用形成的裂縫是主要的［8］?？扇艿乃樾碱w粒和易膠結(jié)物隨著埋深的增加會發(fā)生溶解和交代作用，從而促成碎屑巖中次生孔隙的發(fā)育。

3.2 孔隙演化特征

通過成巖作用類型、成巖階段和成巖序列的研究，總結(jié)出N12儲層砂巖孔隙演化模式 （見圖1）。經(jīng)過早成巖階段 （A期為主，可延續(xù)到B期）的強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)作用，砂巖的孔隙度損失量在20%～23.3%，平均為21.7%，這時的原生粒間孔隙大致還有16.7%～20%，平均為18.4%。進(jìn)入早成巖階段B期，環(huán)邊綠泥石、石英次生加大和碳酸鹽礦物膠結(jié)充填粒間孔隙，使原生粒間孔隙損失量在1%～7%之間變化，平均為4.1%。隨后壓溶作用使得原生粒間孔隙度進(jìn)一步降低，損失量在1%～5%，平均為3.3%。進(jìn)入中成巖階段A期，有機(jī)酸的產(chǎn)生溶解了儲層中的酸性不穩(wěn)定組分，如長石、碳酸鹽巖屑、粘土礦物等，主要形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？准吧倭康娜芪g縫洞，從而增加次生面孔率可達(dá)3%～8%，平均為5.5%，個別可達(dá)到13%，也有極少量次生粒間孔 （面孔率達(dá)1%）。隨之伴生的雜基和長石等礦物高嶺石化、絹云母化，可形成部分溶蝕微孔，其面孔率為1%～2%，平均為1.6%。經(jīng)過長時間的成巖演化，原生粒間孔隙損失了一半以上，次生孔隙開始大量出現(xiàn)，最終的平均孔隙度為18.1%。

4 結(jié) 論

（3）研究區(qū)砂巖儲層的孔隙演化主要經(jīng)歷了原生孔隙的破壞和次生孔隙的形成2個階段。