吳婷婷 周小康 張麗麗

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

東沙隆起位于珠江口盆地中央隆起帶東段，自北向西順時(shí)針?lè)较蛞来闻c珠一坳陷、揭陽(yáng)凹陷、靖海-興寧凹陷、云荔低隆起、珠二坳陷及番禺低隆起相鄰，整體為NE—SW向的大型鼻狀隆起(圖1)。研究表明，古新世末期—始新世，區(qū)域性沉降導(dǎo)致東沙隆起區(qū)演化為局部發(fā)育小型斷陷盆地的剝蝕物源區(qū)；漸新世—中中新世，東沙隆起區(qū)逐漸由斷陷向拗陷轉(zhuǎn)化，持續(xù)的沉降導(dǎo)致海水自西向東侵入，使得其西段被淹沒(méi)在水下；至晚中新世，整個(gè)東沙隆起區(qū)被溫暖淺水所覆蓋，從而形成油氣富集的有利場(chǎng)所——碳酸鹽巖臺(tái)地[1-3]。

圖1 珠江口盆地東沙隆起地理位置圖Fig .1 Geographic location of Dongsha uplift in Pearl River Mouth Basin

1987年，H11億噸級(jí)生物礁灘油田的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了東沙隆起生物礁灘油田的勘探征程，該油田與H4、F15、F22等生物礁灘油田一起為珠江口盆地(東部)貢獻(xiàn)了可觀儲(chǔ)量。截至目前，珠江口盆地(東部)共計(jì)44口井鉆遇碳酸鹽巖，其中油流井20口，油層井10口，地質(zhì)成功率達(dá)68%。但勘探實(shí)踐證實(shí)，在東沙隆起上并非所有的生物礁灘都能形成良好儲(chǔ)層，礁灘相沉積體是否能夠形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的關(guān)鍵在于其是否受到強(qiáng)烈溶解作用改造[4]，而且生物礁灘儲(chǔ)層的展布與特征、儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)等均受成巖作用控制[5]，因此，十分有必要對(duì)東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層主要成巖作用及演化模式進(jìn)行深入研究。本文主要針對(duì)東沙隆起所有已鉆碳酸鹽巖井的珠江組巖心和鏡下薄片資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，識(shí)別出積極、消極兩種不同類型的成巖作用，并對(duì)其主要成巖作用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，明確了礁灘相儲(chǔ)層成巖演化過(guò)程，從而為該地區(qū)珠江組礁灘有利目標(biāo)的搜索與評(píng)價(jià)提供了重要指標(biāo)。

1 不同成巖階段的成巖標(biāo)志識(shí)別

圖2 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層成巖階段劃分標(biāo)志Fig .2 Diagenetic stage mark of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2 主要成巖作用類型劃分及影響分析

東沙隆起珠江組儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型較多，以次生的孔、洞、縫為主，并發(fā)育粒間孔、生物體腔孔、生物骨架孔等原生孔隙。在不同階段成巖標(biāo)志識(shí)別的基礎(chǔ)上，根據(jù)成巖作用對(duì)礁灘相儲(chǔ)層的影響，可將東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層主要成巖作用劃分為兩大類(表1)：①積極成巖作用，即有利于儲(chǔ)集空間形成或保留的成巖作用，如包殼作用、藻類-生物相互穿插、生物鉆孔、溶解作用等；②消極成巖作用，即不利于儲(chǔ)集空間形成或保留的成巖作用，如膠結(jié)作用、泥晶化作用和壓實(shí)-壓溶作用等。

表1 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層成巖階段-主要成巖作用簡(jiǎn)表Table 1 Diagenetic stages and main diageneses of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2.1 溶解作用是礁灘相儲(chǔ)層次生孔隙形成的關(guān)鍵因素

溶解作用是珠江組礁灘灰?guī)r儲(chǔ)集空間中十分常見(jiàn)的成巖作用，是次生孔隙形成的關(guān)鍵影響因素，可形成大量粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔等次生孔隙，主要包括早成巖階段溶解作用和中—晚成巖階段溶解作用。統(tǒng)計(jì)分析表明，珠江組礁灘灰?guī)r早成巖階段溶解作用可使儲(chǔ)層孔隙度增至10%～15%，而中—晚成巖階段溶解作用可使儲(chǔ)層孔隙度增至20%左右[7]。

1) 早成巖階段溶解作用。

早成巖階段有淡水潛流和淡水滲流兩種成巖環(huán)境。其中，淡水潛流環(huán)境中的溶解作用可使珠江組礁灘灰?guī)r粒間孔、礁骨架孔和生物體腔孔等得以溶蝕擴(kuò)大(圖3中①)，儲(chǔ)層孔隙度可增至10%左右；同時(shí)，該時(shí)期的溶解作用往往具有組構(gòu)選擇性(圖3中②)，即原始礦物成分為文石質(zhì)的仙掌藻等生物被優(yōu)先溶蝕，從而形成粒內(nèi)溶孔甚至鑄?？?有時(shí)僅剩由泥晶化邊勾勒出的顆粒輪廓)。

①溶解作用導(dǎo)致粒間孔溶蝕擴(kuò)大， H1井，1 219.66～1 219.74 m，綠色鑄體薄片，單偏光；②仙掌藻的組構(gòu)選擇性溶解，H2井，1 413.28 m，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；③孔隙以超大孔為特征，為非組構(gòu)選擇性溶解，可能疊加了埋藏期溶解作用，H3井，1 268.25 m，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；④溶蝕孔隙主要來(lái)源于珊瑚的溶解，H4井，1 256.00～1 256.05 m，綠色鑄體薄片，單偏光；⑤強(qiáng)烈的溶解作用使得顆粒呈漂浮狀，原始的被溶組分已難以識(shí)別，僅見(jiàn)少量溶解殘余呈細(xì)小顆粒狀，粒間溶蝕孔遠(yuǎn)大于顆粒的大小，H4井，1 282.80～1 282.85 m，綠色鑄體薄片，單偏光；⑥孔隙以鑄?？诪橹?，少量粒間溶蝕擴(kuò)大孔，見(jiàn)溶蝕殘余，推測(cè)鑄?？字饕上烧圃宓娜芪g產(chǎn)生，H5井，1 285.50 m，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；⑦粒間溶蝕擴(kuò)大孔以及鑄模孔發(fā)育，可見(jiàn)仙掌藻孢囊或節(jié)片的溶蝕殘余，少量泥晶化邊可大致看出原始仙掌藻的顆粒形態(tài)，H3井，1 254.75 m，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；⑧紅藻和有孔蟲(chóng)被后期裂縫切斷錯(cuò)位，并發(fā)育少量溶蝕孔隙，F(xiàn)15井，1 844.05 m，綠色鑄體薄片，單偏光；⑨沿縫合線發(fā)育的溶蝕孔隙，具有超大孔特征，H3井，1 234.10 m，普通薄片，單偏光；⑩塊狀方解石的溶解作用，H3井，1 263.45 m，綠色鑄體薄片，單偏光；珊瑚及其它生屑顆粒具有明顯的斷裂特征，孔隙壁無(wú)膠結(jié)物，溶解作用具有非組構(gòu)選擇性特征，受到埋藏期溶解作用的疊加改造，H3井，1 248.43 m，綠色鑄體薄片，單偏光；珊瑚遭受強(qiáng)烈溶解作用，骨架結(jié)構(gòu)解體，孔隙壁無(wú)膠結(jié)物，孔隙具有極好的連通性，推測(cè)疊加了埋藏期溶解作用，H3井，1 227.20 m，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光。圖3 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層溶解作用特征Fig .3 Dissolution characteristics of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

而在淡水滲流環(huán)境中(即處在地表之下地下潛水面之上的地帶)，珠江組礁灘灰?guī)r孔隙中充滿空氣和大氣水，流體更趨向于對(duì)碳酸鹽不飽和，溶解作用非常發(fā)育，主要表現(xiàn)為粒間溶蝕擴(kuò)大孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔甚至超大孔的發(fā)育；同時(shí)，該時(shí)期的溶解作用往往具有非組構(gòu)選擇性，溶解作用更為強(qiáng)烈和徹底，甚至出現(xiàn)某些被溶組構(gòu)已難以識(shí)別(圖3中③～⑤)，儲(chǔ)層孔隙度增至10%～15%；最主要的被溶礦物是文石質(zhì)的珊瑚和仙掌藻，而且多數(shù)仙掌藻被強(qiáng)烈溶蝕后僅殘余部分孢囊或者顆粒的輪廓(圖3中⑥～⑦)，甚至僅殘存少量泥晶或球粒狀成分。

2) 中—晚成巖階段溶解作用。

研究表明，烴源巖熱演化成熟所產(chǎn)生的有機(jī)酸或與之有關(guān)的酸性地層水是產(chǎn)生埋藏溶解作用的重要推動(dòng)因素[6]。東沙隆起北鄰惠州凹陷，南接白云凹陷，珠江組礁灘相儲(chǔ)集體形成時(shí)兩個(gè)凹陷的烴源巖正處于主要排烴期，會(huì)生成大量有機(jī)酸。同時(shí)，東沙隆起上大量斷裂穿透珠江組礁灘灰?guī)r地層，下至巖漿巖基底，上至T10反射界面[8]，為酸性地層水的運(yùn)移提供通道，促進(jìn)了埋藏溶解作用的進(jìn)行。另外，有關(guān)研究已證實(shí)，斷裂越發(fā)育地區(qū)的溶解作用越強(qiáng)烈[9]；烴源巖熱演化成熟階段除了產(chǎn)生的酸性地層水以外，原油自身的生物降解作用也能為埋藏溶解作用提供可溶有機(jī)酸等腐蝕性流體[10]。在此基礎(chǔ)上，提出了東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層中—晚成巖階段埋藏溶解作用模式，如圖4所示。

圖4 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層埋藏溶解作用模式Fig .4 Burial dissolution model of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

2.2 膠結(jié)作用是礁灘相儲(chǔ)層中孔隙減少的主要原因

膠結(jié)作用發(fā)育的主要區(qū)域?yàn)樗畡?dòng)力條件較強(qiáng)的珠江組礁灘相沉積體，成分以方解石和文石為主，其中臺(tái)地邊緣生物礁灘中膠結(jié)程度最高，相對(duì)較低的沉積速度有利于膠結(jié)作用的進(jìn)行。珠江組礁灘體在剛沉積時(shí)保留有大量原生粒間孔，其原生孔隙度可達(dá)30%以上。但隨著時(shí)間的推移，礁灘體中大多數(shù)原生粒間孔被膠結(jié)物填充以致消失，現(xiàn)今保存下來(lái)的孔隙中也發(fā)育不同程度的膠結(jié)物，導(dǎo)致孔隙度降低。統(tǒng)計(jì)分析表明，珠江組礁灘灰?guī)r同生—準(zhǔn)同生成巖階段膠結(jié)作用可使儲(chǔ)層原生孔隙度降至5%～10%，早成巖階段膠結(jié)作用可使儲(chǔ)層原生孔隙度降至5%以下，而中—晚成巖階段膠結(jié)作用可使儲(chǔ)層原生孔隙度最低降至零[7]。

1) 同生—準(zhǔn)同生成巖階段膠結(jié)作用。

珠江組礁灘灰?guī)r同生—準(zhǔn)同生成巖階段膠結(jié)作用可使儲(chǔ)層原生孔隙度降至5%～10%，其特征主要表現(xiàn)為：

①等厚纖維狀環(huán)邊膠結(jié)。等厚纖維狀環(huán)邊膠結(jié)物主要生長(zhǎng)于生物體腔孔和生物碎屑顆粒周圍(圖5中①)，完全不具陰極發(fā)光的特征(圖5中②)，說(shuō)明這些膠結(jié)物為早期海水膠結(jié)產(chǎn)物。

②刀刃狀或葉片狀膠結(jié)。刀刃狀或葉片狀膠結(jié)物往往生長(zhǎng)在顆粒邊緣(圖5中③)，代表原始鎂方解石膠結(jié)物，完全不具陰極發(fā)光的特征(圖5中④)。

③馬牙狀膠結(jié)。馬牙狀膠結(jié)物常常充填于生物碎屑顆粒周圍或生物體腔中，圍繞厚纖維狀環(huán)邊膠結(jié)物生長(zhǎng)(圖5中⑤)，顯示環(huán)帶狀陰極發(fā)光特征，即不發(fā)光—極弱發(fā)光的核部和明亮的發(fā)光邊緣(圖5中⑥)。

④共軸生長(zhǎng)膠結(jié)。共軸生長(zhǎng)膠結(jié)物以棘皮動(dòng)物的共軸加大為典型(圖5中⑦)，常顯示極弱或不發(fā)光的陰極發(fā)光特征(圖5中⑧)。

①～②顯示兩個(gè)世代的方解石膠結(jié)物，第一期等厚纖維狀環(huán)邊方解石不具陰極發(fā)光，第二期馬牙狀方解石具有不發(fā)光的核部和發(fā)光邊緣，H7井，1 308.20 m；③～④顯示葉片狀方解石膠結(jié)物不具陰極發(fā)光，H4井，1 244.70 m；⑤～⑥顯示第一期等厚纖維狀環(huán)邊方解石不具陰極發(fā)光，第二期馬牙狀方解石具有不發(fā)光的核部和發(fā)光邊緣，第三期充填孔隙中心的塊狀方解石不具陰極發(fā)光，H4井，1 273.80 m；⑦～⑧顯示棘皮加大部分不具陰極發(fā)光，次生加大作用是在海水環(huán)境中發(fā)生；⑨～⑩顯示向孔隙中心生長(zhǎng)的等軸粒狀方解石具有比孔隙邊緣生長(zhǎng)的纖維狀和葉片狀方解石更強(qiáng)的陰極發(fā)光，為淡水膠結(jié)物的特征，H7井，1 309.00 m；～顯示仙掌藻及有孔蟲(chóng)顆粒下方懸掛的微型鐘乳狀膠結(jié)物，疊加了后期壓實(shí)作用以及微裂縫發(fā)育等埋藏成巖作用，Z1井，2 178.50 m，普通薄片，單偏光；～顯示紅藻石顆粒破碎后發(fā)育的方解石膠結(jié)物，F(xiàn)13井，2 522.40 m，單偏光照片，埋藏方解石膠結(jié)物完全不具陰極發(fā)光；顯示沿縫合線發(fā)育的粒狀方解石膠結(jié)物，普通薄片，單偏光；顯示沿縫合線分布的粒狀—塊狀方解石膠結(jié)物，普通薄片，正交偏光，H3井，1 264.80 m。①、③、⑤、⑦、⑨、為藍(lán)色鑄體薄片(單偏光)，②、④、⑥、⑧、⑩、分別為與之相對(duì)應(yīng)的陰極發(fā)光照片，陰極發(fā)光條件為束電流300 μA，束電壓12 kV。圖5 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層膠結(jié)作用特征Fig .5 Cementation characteristics of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on the Dongsha uplift

2) 早成巖階段膠結(jié)作用。

珠江組礁灘灰?guī)r早成巖階段膠結(jié)作用可使儲(chǔ)層原生孔隙度降至5%以下，其特征主要表現(xiàn)為：

①粒狀亮晶方解石膠結(jié)。粒狀方解石是淡水潛流環(huán)境中最常見(jiàn)的膠結(jié)物類型，由于該環(huán)境鐵錳含量較高，因此粒狀亮晶方解石膠結(jié)物比纖維狀或葉片狀膠結(jié)物具有更強(qiáng)的環(huán)帶狀陰極發(fā)光(圖5中⑨～⑩)。近于等軸的粒狀晶體從孔隙邊緣向孔隙中心變大，在經(jīng)歷淡水潛流環(huán)境的膠結(jié)作用后，巖石中僅保留很少的原生孔隙，造成巖石孔隙度大大降低。

3) 中—晚成巖階段膠結(jié)作用。

3 儲(chǔ)層演化模式

在早中新世濕熱氣候條件下，大量珊瑚藻等造礁生物在干凈、溫暖的東沙隆起淺水臺(tái)地上形成生物礁，這些礁體接受波浪和潮汐的沖洗，部分被打碎形成生屑灘。臺(tái)地邊緣礁灘是珠江組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要分布相帶，其形成和演化過(guò)程如下(圖6)。

1) 生物礁灘剛沉積時(shí)可形成大量粒內(nèi)孔、粒間孔等原生孔隙，其孔隙度可達(dá)30%以上。此后，伴隨著藻類的包殼作用、生物鉆孔和泥晶化作用發(fā)生，這些礁灘體進(jìn)入同生—準(zhǔn)同生階段，發(fā)生第一期等厚纖維狀環(huán)邊膠結(jié)、刀刃狀或葉片狀膠結(jié)、馬牙狀膠結(jié)或共軸生長(zhǎng)膠結(jié)，儲(chǔ)層原生孔隙度減少至5%～10%(圖6a)。

2) 隨著礁灘體進(jìn)入早成巖階段，第二期粒狀亮晶方解石膠結(jié)和微型鐘乳狀膠結(jié)開(kāi)始出現(xiàn)，粒狀亮晶方解石膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞非常強(qiáng)烈，導(dǎo)致孔隙度降低至5%以下。與此同時(shí)，溶解作用也在發(fā)揮非常重要的作用，產(chǎn)生粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？咨踔脸罂?，使礁灘相儲(chǔ)層孔隙度又恢復(fù)至10%～15%(圖6b)。

圖6 東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層演化模式圖 Fig .6 Evolution model of reef-beach reservoirs in Zhujiang Formation on Dongsha uplift

3) 當(dāng)礁灘體進(jìn)入中—晚成巖階段后，由于上覆地層壓力增加，壓實(shí)-壓溶作用逐漸凸顯影響力，表現(xiàn)為顆粒的轉(zhuǎn)動(dòng)、變形破裂以及微裂縫和縫合線的產(chǎn)生。該時(shí)期的膠結(jié)作用同樣對(duì)儲(chǔ)集空間破壞程度很強(qiáng)，形成塊狀—粒狀方解石膠結(jié)，晶體由孔隙、裂縫邊緣至中心逐漸變大，孔隙度甚至降低至零。在這一階段，埋藏溶解作用會(huì)產(chǎn)生新的孔隙或者改造之前已經(jīng)存在的孔隙，切穿碳酸鹽巖顆粒和微裂縫，或沿縫合線附近發(fā)育，或連晶方解石被溶蝕，部分臺(tái)地邊緣礁灘相儲(chǔ)層孔隙度可增至20%左右，從而形成良好儲(chǔ)層(圖6c)。

4) 最終，基底抬升導(dǎo)致地層產(chǎn)生斷層和較大裂縫，進(jìn)一步增加了地層流體的運(yùn)移通道和儲(chǔ)集空間(圖6d)，并為溶解作用的產(chǎn)生提供了優(yōu)良場(chǎng)所。

4 結(jié)論

1) 根據(jù)巖心觀察和鏡下薄片分析資料，對(duì)東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層主要成巖作用進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明該地區(qū)珠江組礁灘相儲(chǔ)層成巖階段可劃分為同生—準(zhǔn)同生、早成巖以及中—晚成巖等3個(gè)階段，主要成巖作用劃分為積極成巖作用和消極成巖作用兩大類，其中溶解作用是礁灘相儲(chǔ)層中次生孔隙形成的關(guān)鍵因素，而膠結(jié)作用是礁灘相儲(chǔ)層中孔隙減少的主要原因。

2) 在不同階段成巖標(biāo)志識(shí)別的基礎(chǔ)上，分析了成巖作用對(duì)礁灘相儲(chǔ)層的影響，建立了東沙隆起珠江組礁灘相儲(chǔ)層演化模式，認(rèn)為只有那些經(jīng)歷過(guò)成巖階段強(qiáng)烈溶解作用改造的礁灘才能形成良好儲(chǔ)層，從而為該地區(qū)珠江組礁灘有利目標(biāo)的搜索與評(píng)價(jià)提供了重要指標(biāo)。