摘要：

珠江口盆地白云凹陷是深水勘探的重要目標，具有高變地溫梯度特征，單井地溫梯度高達66.4 ℃/km。高地溫場對儲層成巖具有重要的控制作用，影響孔隙的演化和孔滲關(guān)系的變化趨勢；然而，高地溫梯度背景下地溫梯度對儲層質(zhì)量的影響機理尚不清楚，嚴重制約了下一步的勘探部署。通過分析研究區(qū)始新統(tǒng)下中新統(tǒng)的巖石樣品，采用對比研究的方法，綜合分析了深水區(qū)地溫場、地層溫度、巖石學組成和儲層演化之間的關(guān)系。珠江組和珠海組的滲透率隨著埋深和地層溫度的增加迅速下降，在現(xiàn)今地溫高于140 ℃的情況下，滲透率通常小于1 mD①，砂巖孔隙以次生孔隙為主，孔隙內(nèi)部充填碳酸鹽膠結(jié)物和自生黏土礦物；恩平組由于巖石學組分差異而表現(xiàn)出不同的演化特征，即使在孔隙度快速降低的情況下仍能保持較好的滲透率，可高達200 mD，恩平組砂巖為一套粗砂巖，顆粒以石英為主，原生孔隙保存，孔隙結(jié)構(gòu)好，粒間充填少量膠結(jié)物，具有良好的孔滲關(guān)系。研究認為儲層孔隙度、滲透率下降速率不僅受地溫場的影響，同時也受砂巖原始組分的控制。

①毫達西（mD）為非法定計量單位，1 mD= 0.987×10-3 μm2，下同。

馬永坤，徐樂意，孫輝，等. 珠江口盆地白云凹陷儲層成巖特征及中深層儲層勘探潛力. 吉林大學學報（地球科學版），2024，54（6）：19401950. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240240.

Ma Yongkun， Xu Leyi， Sun Hui， et al. Diagenetic Characteristics of Reservoirs and Middle-Deep Reservoirs Exploration Potential in" Baiyun Sag， Pearl River Mouth Basin. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）， 2024， 54 （6）： 19401950. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240240.

關(guān)鍵詞：

儲層；成巖作用；高地溫場；儲層孔隙演化；白云凹陷；珠江口盆地

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240240

中圖分類號：P618.13

文獻標志碼：A

收稿日期：20240930

作者簡介：馬永坤（1986—），男，工程師，主要從事沉積儲層與石油地質(zhì)研究，E-mail：mayk4@cnooc.com.cn

基金項目：中國海洋石油有限公司“十四五”重大科技項目（KJGG20210100）

Supported by the

Major Science and Technology Project of CNOOC During the 14th Five-Year Plan Period （KJGG20210100）

Diagenetic Characteristics of Reservoirs and Middle-Deep Reservoirs Exploration Potential in" Baiyun Sag， Pearl River Mouth Basin

Ma Yongkun1， 2， Xu Leyi1， 2， Sun Hui1， 2， Wang Xiaomeng1， 2， Li Xiaoyan1， 2， Zhou Fengjuan1， 2

1. CNOOC China Limited， Shenzhen Branch，" Shenzhen 518054， Guangdong， China

2. CNOOC Deepwater Development Limited， Shenzhen 518054， Guangdong， China

Abstract：

Baiyun sag in the Pearl River Mouth basin is an important target for deepwater exploration， which has a highly variable geothermal gradient. The geothermal gradient of a single well is as high as 66.4 ℃/km. The high geothermal field has an important control effect on the diagenesis of the reservoir， affecting the evolution of pores and the changing trend of the relationship between porosity and permeability.

However， the influence mechanism of geothermal gradient on reservoir quality under the background of high geothermal gradient is still unclear， which seriously restricts the further exploration deployment.

By analyzing" rock samples from" Eocene to the Early Miocene in the study area，

the relationship among genthermal field， formation temperature，

petrological composition and reservoir evolution in deepwater area is comprehensively analyzed by means of comparative study.

The permeability of" Zhujiang Formation and Zhuhai Formation decreases rapidly

with the increase of" formation temperature and burial depth. When the formation" temperature exceeds 140 ℃， the permeability is usually less than 1 mD. The sandstone pores are mainly secondary pores with carbonate cement and authigenic clay minerals inside. However，" Enping Formation exhibits different characteristics， maintaining a high permeability up to 200 mD， even with a rapid decrease in porosity. The sandstone of" Enping Formation is a set of coarse-grained sandstone， mainly composed of quartz， with preserved primary pores， good pore structure， less intergranular filling with cement， and good porosity-permeability relationship. It could be concluded that the decreasing rate of porosity and permeability in the reservoir was controlled by the geothermal field as well as the primary composition of sandstone.

Key words：

reservoir；diagenesis; high geothermal field; reservoir pore evolution; Baiyun sag；Pearl River Mouth basin

0" 引言

珠江口盆地已發(fā)現(xiàn)一批大型氣田，在南海深水區(qū)顯示出良好的勘探前景。白云凹陷面積約為 2.0×104 km2，最大沉積厚度約為11 000 m，是珠江口盆地中面積最大、沉積厚度最厚的凹陷［1］。白云凹陷位于古珠江水系下游，含沙量大，運輸距離遠，因此，該地區(qū)具有巨大的油氣勘探潛力。然而，深水區(qū)深層儲層物性明顯變差，非均質(zhì)性增強?？傮w上，研究區(qū)儲層隨埋藏深度的增加而物性變差。當埋深超過2 300 ～2 400 m時，油氣顯示依然活躍，但由于孔隙度、特別是滲透率明顯降低，難以形成商業(yè)性油氣藏。多種重大構(gòu)造事件導致新生代白云凹陷經(jīng)歷了斷陷期文昌組河湖相沉積、斷坳期恩平組大型湖盆沉積、過渡期珠海組淺海陸架三角洲陸坡深水沉積、坳陷期珠江組及其以上地層陸坡內(nèi)盆地半深水—深水沉積等充填演化階段，形成了白云深水區(qū)獨特的弧前盆地斷陷盆地斷坳盆地陸坡內(nèi)盆地疊置的充填模式和斷陷斷坳坳陷的三層盆地結(jié)構(gòu)［2］。

與陸上油氣勘探相比，深海油氣勘探成本更高。因此，在海上油氣勘探過程中，盡可能降低風險和成本是必要的。雖然目前深水區(qū)鉆井較少，但了解成巖過程對于評價儲層質(zhì)量、部署進一步勘探和提高生產(chǎn)效率是必要的。溫度直接影響成巖作用和儲層質(zhì)量［34］，以往的研究表明，即使在相同的溫度下，不同地溫梯度區(qū)域的儲層性質(zhì)也存在差異［56］。在相同溫度下，砂巖壓實率和孔隙度降低率與地溫梯度正相關(guān)。對于具有相同成分和分選程度的砂巖樣品，應(yīng)用實驗?zāi)M方法證明地溫梯度與孔隙度和滲透率降低率之間存在正相關(guān)關(guān)系［7］。珠江口盆地白云凹陷和番禺低隆起不同地溫梯度區(qū)砂巖成巖演化也存在差異。然而，地溫梯度如何影響成巖作用仍不清楚。有學者認為，較高的溫度會增加巖石或礦物的內(nèi)能，降低顆粒之間的凝聚力，從而降低巖石的破裂強度［8］。因此，巖石或礦物更容易變形，并且壓實率增加。一般來說，埋深越大，砂巖儲層質(zhì)量越差。然而，即使在相同的埋深和溫度下，白云凹陷儲層質(zhì)量仍存在差異。

本文從地溫場和碎屑組分入手，探討造成這種顯著差異的控制因素及其形成機制，分析深層在巖石學特征改變情況下發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的條件。同時，初步探討高地溫場對砂巖儲層成巖和儲層孔隙演化的重要影響，通過分析現(xiàn)今埋深范圍為500～4 500 m的砂巖儲層，研究漸進埋藏過程中儲層演化和成巖特征。

1" 地質(zhì)背景

位于南海北部的珠江口盆地是南海最具代表性的陸架坡折帶及深水沉積區(qū)域（圖1）。白云凹陷位于珠江口盆地南部深水區(qū)，是盆地內(nèi)面積最大、沉積地層最厚、油氣資源潛力最大的凹陷［9］。由于研究區(qū)處于減薄的洋陸過渡地殼和盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位置，巖石圈強烈的伸展拆離薄化作用導致深部地幔物質(zhì)異常活躍，熱流背景明顯增高，該過程對凹陷的沉積作用、生排烴產(chǎn)生了重要影響［10］。白云凹陷是一個典型的深水“熱”盆，單井現(xiàn)今地溫梯度可高達66.4 ℃/km。有學者已經(jīng)認識白云凹陷多期構(gòu)造運動及其熱動力學過程與機制的復雜性［1113］，但熱事件與高熱流背景下儲層的成巖響應(yīng)特征、成巖作用與儲層儲集性能演化的特殊性及其對有利儲層與油氣勘探目標的預測等研究依然十分薄弱。珠江口盆地是中生代末期以來在伸展斷陷基礎(chǔ)上發(fā)育起來的被動大陸邊緣型盆地，具有“下斷上坳、下陸上?！钡碾p層結(jié)構(gòu)，下構(gòu)造層主要包括文昌組、恩平組，上構(gòu)造層為珠海組、珠江組、韓江組及以上層系［1416］（圖2）。本文強調(diào)的中淺層為上構(gòu)造層系珠江組和上珠海組，其特征是埋深較淺（通常小于2 500 m）、地層溫度較低，中深層為恩平組和文昌組，其特征是埋深較大（通常為2 500～3 500 m）、地層溫度較高［17］。

2" 中淺層儲層成巖及演化特征

高地溫背景下中淺層成巖作用在珠江組和珠海組中表現(xiàn)為滲透率的顯著降低、孔隙結(jié)構(gòu)的改變，以及自生礦物的形成和轉(zhuǎn)化。這一過程受高地溫梯度的影響，壓實作用、自生礦物種類及體積分數(shù)、溶蝕作用強度等方面與中—低地溫梯度區(qū)存在明顯差異。這些因素共同作用導致儲層進入中成巖B階段的深度有所不同，成為儲層低滲的關(guān)鍵界面。在高溫背景下，原生孔隙的喪失和次生孔隙的形成成為孔隙演化的主要特征，影響了儲層的物性和儲集性能。

2.1" 巖石學特征

對研究區(qū)88個典型砂巖鑄體薄片的顯微鏡下觀察及定量統(tǒng)計結(jié)果表明，白云凹陷中淺層珠江組和珠海組砂巖的類型差別不大，以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主（少量長石砂巖和巖屑石英砂

巖）；但骨架礦物的體積分數(shù)有一定變化，表現(xiàn)出較強的非均質(zhì)性（圖3）。原始成分的差異為后期成巖和物性的演化奠定了基礎(chǔ)。

2.2" 熱壓實作用和黏土礦物快速轉(zhuǎn)化加快成巖演化

受熱作用影響，白云凹陷不同地溫梯度地區(qū)砂巖儲層的成巖演化過程存在一定差異［18］。中—低

據(jù)文獻［17］修編。

Zhuhai Formation in the Pearl River Mouth basin

地溫梯度區(qū)由于上覆沉積地層較厚，地層增溫速率較慢，砂巖儲層的壓實作用主要受靜巖壓實作用控制［19］;高地溫梯度區(qū)珠海組增溫速率較快，砂巖的壓實作用受熱壓實作用和靜巖壓實作用的共同控制［20］。低地溫梯度區(qū)（＜40 ℃/km），伊/蒙混層與高嶺石在從淺到深（500～4 000 m）的深度范圍內(nèi)均可見到，且伊/蒙混層黏土礦物隨深度增加體積分數(shù)明顯增高，最高可達50%（圖4）；中地溫梯度（40～ 50 ℃/km）區(qū)，伊/蒙混層與高嶺石發(fā)育于1 500～3 000 m，但隨深度增加體積分數(shù)減少（圖4）；高

地溫梯度（≥50 ℃/km）和受異常熱影響區(qū)，伊/蒙混層與

高嶺石在約1 500 m深度以下即消失（圖4）。

此外，在高熱流背景下，黏土礦物的轉(zhuǎn)化和自生黏土礦物的生成明顯受到影響，在埋藏成巖作用過

G. 地溫梯度，℃/km。樣品為白云凹陷不同地溫梯度區(qū)珠江組珠海組砂巖樣（n=120）。

程

中，高嶺石和鉀長石反應(yīng)生成伊利石，嚴重影響儲

層物性。在地溫梯度較高的地區(qū)，隨埋深的增加地層升溫速率較快，熱作用加速了砂巖中高嶺石向伊利石的轉(zhuǎn)化。

高地溫梯度區(qū)的成巖演化序列與中—低地溫梯度區(qū)基本一致，但由于受到深部熱流體的影響，壓實作用特征、自生礦物種類及體積分數(shù)、溶蝕作用強度等特征與中—低地溫梯度區(qū)存在差異［21］，最終導致進入中成巖B階段界面的深度明顯不同。該界面上下儲層特征發(fā)生明顯變化，也是導致儲層低滲的一個關(guān)鍵界面（圖5）。在低地溫梯度地區(qū)，中淺層珠江組珠海組砂巖強壓實界線以線壓實來界定，線接觸的門限埋深在3 000 m左右，而在高地溫梯度這一門限埋深上升到2 300 m以淺。

2.3" 中淺層長石砂巖物性演化特征

在高地溫背景下，壓實作用對儲層孔隙演化顯示出重要的作用，原生孔隙受靜巖壓實與熱壓實作用的共同控制，孔隙度快速穩(wěn)定下降，從沉積時的平均40%降低到地層地溫160 ℃時的10.1%（圖6a），滲透率快速降至0.1 mD（圖6b）。巖石學研究表明，研究區(qū)砂巖在淺埋條件下，砂巖孔隙類型以原生孔為主，僅存在少量次生孔和微孔，地層高溫條件下變?yōu)橐源紊缀臀⒖诪橹鞯目紫督M合。

高加溫速率加快成巖演化進程。在埋深較淺處由于溫度較高，已經(jīng)達到高嶺石消失及蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化所需要的門檻溫度［22］。當溫度為120～130 ℃時，大多數(shù)原生孔隙已因機械壓實作用而喪失或被膠結(jié)物充填（石英、含鐵碳酸鹽、伊利石等），此時埋深大約在2 500 m。在更大埋深和更高溫度下，荔灣地區(qū)珠海組砂巖表現(xiàn)出強烈的伊利石化特征，顯微鏡下照片可見長石類的溶解形成次生孔隙，總孔隙度通常并沒有增加，而是被晚期沉淀的鐵白云石、伊利石、石英膠結(jié)物等所抵消（圖7）；同時孔隙結(jié)構(gòu)變差導致滲透率進一步降低，沒有被膠結(jié)物充填的砂巖儲層成為了有利的儲集體，次生孔隙和微孔成為主要的孔隙類型。當?shù)販爻^140 ℃時，滲透率普遍降至1 mD以下，砂巖孔隙主要由次生孔隙構(gòu)成，內(nèi)部充填有碳酸鹽膠結(jié)物和自生黏土礦物。

3" 中深層儲層特征及勘探潛力

針對中深層（3 000～4 000 m）層系開展了沉積成巖綜合研究，認識到中深層恩平組文昌組石英砂巖具有發(fā)育甜點儲層的條件，具有很好的勘探潛力。

3.1" 巖石學特征

物源和沉積體系的差異直接導致了白云凹陷恩平組和珠海組砂巖結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度的差異，進而影響儲層成巖作用類型和成巖演化過程，最終導致了恩平組和珠海組的儲層物性差異。白云凹陷深層井（B5、P26、P27等）儲層巖石學特征（圖8）顯示，恩平組砂巖為巖屑石英砂巖和長石石英砂巖（圖8a），具有成分成熟度高、結(jié)構(gòu)成熟度中等的

a. 地溫梯度≥55 ℃/km條件下，中成巖B界面埋深約2 300 m；b. 地溫梯度為50 ℃/km條件下，中成巖B界面埋深約2 500 m；c. 地溫梯度＜40 ℃/km條件下，中成巖B界面埋深約3 000 m。

n=120。

特點（圖8b）。從成分成熟度來看，恩平組石英體積分數(shù)為75.5%～89.5%，平均為79.87%，石英體積

分數(shù)較

高，珠海組明顯低于恩平組。恩平組成分成熟度指數(shù)（Q/（F+R））為3.95，高于珠海組的3.34。從結(jié)構(gòu)成熟度上來看，恩平組以中粗砂巖到礫巖為主，砂巖顆粒粗，泥質(zhì)體積分數(shù)平均為2.6%，砂巖分選以中等為主，磨圓以次棱次圓為主（圖8c）；珠海組以極細細砂巖為主，顆粒較細，泥質(zhì)體積分數(shù)平均為9.3%（B5井），砂巖分選中等。

3.2" 差異成巖演化是深部儲層孔滲保存的關(guān)鍵

中深層恩平組砂巖與中淺層珠江組珠海組砂

巖在結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度上存在顯著差異。這種差異直接導致了各自的成巖演化路徑不同，從而影響了最終的孔滲物性。具體而言，從典型井P26和P27的觀察可以明顯看出，中深層恩平組儲層在較大埋深條件下，受到壓實作用的顯著影響，孔隙度明顯降低圖9a）；這一現(xiàn)象可以歸因于強壓實作用對孔隙結(jié)構(gòu)的改變。雖然孔隙度有所降低，但由于其孔隙結(jié)構(gòu)依然保留較為良好，這些儲層仍保持了

較好的滲透性（圖9b）。中深層文昌組和恩平組由于

具備更優(yōu)的孔隙結(jié)構(gòu)，最終的滲透性依然優(yōu)于中淺層珠江組和珠海組。這一結(jié)果表明，成巖演化路徑和儲層的物理特征在油氣勘探和開發(fā)中扮演著關(guān)鍵角色。

以中深層井P26、P27珠海組和恩平組典型成巖作用為特征建立成巖演化模式（圖10）。其中，珠海組以高泥質(zhì)體積分數(shù)細砂巖或者低泥質(zhì)體積分數(shù)

中細砂巖為主，黏土礦物體積分數(shù)普遍較高。在這一模式中，珠海組砂巖表現(xiàn)出兩種不同的成巖特征：首先，高泥質(zhì)體積分數(shù)細砂巖在強壓實作用下經(jīng)歷了巖石的塑性變形；此外，碳酸鹽礦物的膠結(jié)作用也顯著增強，這一過程共同導致了孔隙吼道的堵塞，形成了低孔滲物性。另一方面，低泥質(zhì)體積分數(shù)中細砂巖在較弱的壓實作用下發(fā)生了長石的溶蝕、高嶺石的沉淀以及石英膠結(jié)和伊利石化的作用［2325］，這些因素相互作用形成了中低孔滲物性。與之形成對比的是恩平組砂巖，主要由干凈的（含礫）粗砂巖構(gòu)成，黏土礦物體積分數(shù)較低。在大埋深條件下，恩平組砂巖的巖石抗壓實能力較強，而碳酸鹽膠結(jié)作用較弱，主要以石英膠結(jié)為主，這使得原生孔隙得以有效保留，從而形成了相對高滲的儲層。綜合而言，珠海組和恩平組的成巖演化模式在成分、壓力和黏土礦物等方面存在顯著差異，這些差異直接影響了儲層的物性特征，進而影響其在油氣勘探中的潛力。

在白云凹陷中深層，優(yōu)質(zhì)儲層的形成受到了沉積作用和成巖作用的共同控制。沉積作用提供了高結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度、粗粒以及低泥質(zhì)的砂巖，而成巖作用則通過控制弱膠結(jié)作用、弱壓實以及超壓改善物性等方面，進一步優(yōu)化了儲層的物性。因此，中深層儲層的發(fā)育不僅依賴于沉積環(huán)境的優(yōu)勢，還與成巖特征的獨特性密切相關(guān)。

4" 結(jié)論與啟示

不同熱流背景下儲層的差異性成巖孔隙演化路徑與演化過程，直接導致儲層孔隙結(jié)構(gòu)與儲集性能的明顯差別?；诎自瓢枷輰嶋H情況和自身的特殊性，得出如下認識：

1） 高熱流背景下的成巖影響。在白云深水區(qū)進行中淺層常規(guī)層系勘探時，應(yīng)充分重視高熱流對儲層成巖的影響。特別是在高地溫梯度區(qū)，隨著埋深的增加，儲層質(zhì)量風險顯著提高。研究表明，高地溫梯度區(qū)的孔隙度和滲透率降低速率始終大于低地溫梯度區(qū)，這一特征為勘探策略的制定提供了重要參考。

2） 成巖演化與物性變化。高地溫區(qū)域，砂巖儲集層的物性隨著埋藏深度的增加而迅速下降，成巖演化進程加快，導致成巖后期孔隙結(jié)構(gòu)的復雜化。地層溫度通過改變顆粒的抗壓強度、礦物的溶解度、黏土礦物的轉(zhuǎn)化及水巖反應(yīng)速率等多種途徑影響成巖作用過程，從而直接影響儲層的質(zhì)量和儲集能力。

3） 新層系的潛力。新層系勘探中需充分認識新層系砂巖在巖石學、沉積特征及成巖演化等方面與常規(guī)層系的顯著差異。盡管深層新層系砂巖面臨更大的埋藏壓力，但依然具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的潛力。因此，綜合考慮這些差異有助于優(yōu)化勘探策略，提高成功率。

4） 層系差異性的重視。在勘探過程中，必須區(qū)別對待并充分認識到兩套層系的差異性和特殊性。這不僅有助于準確預測有利儲集體的發(fā)育，也為明確風險儲層的存在和規(guī)避勘探風險提供了科學依據(jù)。通過對這兩種層系的全面理解和研究，能夠為未來的油氣勘探提供更為精準的決策支持。

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