胶结作用在深埋藏砂岩孔隙保存中的意义_黄思静

收稿日期:2007207227。本文由本刊编委郑荣才组稿并审稿。

作者简介:黄思静,1949年生,男,教授,博士生导师,专业方向沉积地质学。电话:(028)84079073。E 2m ail :hsj @

文章编号:167328926(2007)0320007207

胶结作用在深埋藏砂岩孔隙保存中的意义

黄思静,黄培培,王庆东,刘昊年,吴　萌,邹明亮

(成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都　610059)

摘　要:在储层演化中,砂岩中很多胶结作用都是重要的保持性成岩作用,是深埋藏条件下砂岩孔

隙得以保持的重要机制。该文根据东海盆地古近系、鄂尔多斯盆地上古生界和三叠系以及四川盆地三叠系砂岩储层中(铁)白云石胶结物、硅质胶结物和粘土矿物胶结物的产状、胶结作用发生时间和机制的研究,提出这些胶结作用很大一部分都发生在早成岩阶段有效压实作用发生之前,它们或与埋藏早期的构造抬升有关,或与煤系地层早期酸性流体有关。这种分散的早期胶结作用可以提高岩石机械强度,增加岩石的抗压实能力,改变以后浅埋藏—深埋藏过程中岩石的孔隙度2深度曲线,最终使砂岩孔隙在深埋藏条件下得以保存,这在储层质量预测中具有重要意义。关键词:胶结作用;保持性成岩作用;砂岩储层;储层质量预测中图分类号:TE 121.34文献标识码:A

The signif icance of cementation in porosity

preservation in deep 2buried sandstones

HUAN G Si 2jing ,HUAN G Pei 2pei ,WAN G Qing 2do ng ,L IU Hao 2nian ,WU Meng ,ZOU Ming 2liang

(S tate Key L aboratory of Oil &Gas Reservoi r Geolog y and Ex ploitation ,

Cheng du Universit y of Technolog y ,Cheng du 610059,China )

Abstract :Cementation in sandstone is very important retention p rocesses in reservoir evolution ,which ena 2bles porosity in deep 2buried sandstones to preserve.Based on t he st udies of occurrences of dolomite (an 2kerite )cement ,quartz cement and clay cement and t he timing and mechanism of cementatio n f rom Paleo 2gene sandstone of East China Sea Basin ,Upper Paleozoic and Triassic sandstone of Ordo s Basin and Trias 2sic sandstone of Sichuan Basin ,a suggestion t hat large part of cementations occur at t he early stage of dia 2genesis before effective compaction is p resented here.Some of t hese cementations are related to tectonic uplift during earlier burial ,and some to early acid fluid in coalbed.Partial and early cementation could en 2hance t he mechanical st rengt h of rocks and t he resistance to poro sity loss wit h dept h and compaction by change of t he poro sity 2dept h curve during shallow to deep 2burial diagenesis ,which takes a significant part in reservoir quality p redictio n.

K ey w ords :cementation ;retention p rocesses ;sandstone reservoir ;reservoir quality p rediction

随着深度以及相应的地热作用和有效压力的不断增加,砂岩孔隙度(包括渗透率)总体上是减少的。然而,仍有相当数量的深埋藏砂岩(埋藏深度>4000m )保留有很高的孔隙度。如果这些砂岩的孔

隙度高于那些在岩性(组成、结构)、时代、埋藏史、热史上类似的砂岩,我们就可以将其称为异常高孔隙度砂岩。深埋藏条件下砂岩异常高孔隙度保存机制一直是砂岩储层的重要研究课题。颗粒包壳或环

　第19卷第3期　2007年9月岩　性　油　气　藏

L IT HOLO GIC RESERVO IRS Vol.19No.3

Sep.2007

边、烃类的早期占位和浅部发育的流体超压被认为是深埋藏条件下砂岩具有异常高孔隙度的3个主要原因[1],这些成岩作用都可以被认为是保持性成岩作用(Retention p rocesses),即在深埋藏条件下使砂岩孔隙(主要是原生孔隙)得以保持的成岩作用。

从砂岩成岩作用与储层发育演化关系来说,我们可以将砂岩的成岩作用分为加强性成岩作用(Enhancement p rocesses)、破坏性成岩作用(De2 structive p rocesses)和保持性成岩作用(Retention p rocesses)。然而在储层砂岩成岩作用研究中,人们通常只讨论加强性成岩作用和破坏性成岩作用,对砂岩中广泛存在的保持性成岩作用则缺乏足够的关注,如对象溶解作用这样的加强性成岩作用和象压实作用这样的破坏性成岩作用,人们都很容易识别和理解,但却难于理解和正确评价砂岩中大量存在的保持性成岩作用。到目前为止,人们仍然认为胶结作用是传统的破坏性成岩作用,但实际上大多数的胶结作用,如硅质胶结作用、碳酸盐胶结作用和粘土矿物的胶结作用,只要它们发生在岩石因压实作用而完全固结、颗粒相对位置完全固定之前的较早成岩阶段,而且相对分散,就对砂岩原生孔隙具有保持作用,并都可不同程度地改变砂岩压实曲线,这实际上也是深埋藏条件下砂岩孔隙得以保存的重要机制。对砂岩胶结作用正确理解和重新认识,对我国,尤其是西部地区广泛存在的深埋藏致密砂岩储层(如四川盆地西部三叠系须家河组、鄂尔多斯盆地上古生界)的研究具有重要意义,因而在储层研究中需要正确理解胶结物的产状、胶结作用发生的时间和机制,以便为储层质量预测提供更正确的、更有价值的信息。这里值得我们注意的有白云石(包括铁白云石或含铁白云石)的胶结作用、硅质胶结作用和粘土矿物的胶结作用。

1　白云石的胶结作用

白云石(包括铁白云石,全文相同)是砂岩地层中极为常见的胶结物,如:东海西湖凹陷、台北丽水凹陷古近系[2]、鄂尔多斯盆地三叠系[3,4]、渤海湾盆地古近系[5]、黄骅坳陷[6]和松辽盆地的古近系[7]、美国俄克拉荷马州阿科马盆地宾西法尼亚系[8]、美国犹他—科罗拉多白垩系[9]、密西西比Black Creek 油田上侏罗统[10]、巴西Potiguar和Reconcavo断陷盆地白垩系[11]、巴西北部Sergipe2Plagoas盆地白垩系[12]以及荷兰北部赤底统砂岩[13]等。多数研究者认为,白云石,尤其是铁白云石出现在方解石沉淀之

后的较晚的埋藏成岩阶段[4～8],沉淀环境的温度较高,如刘怀波等[8]对美国俄克拉荷马州南哈桑气田的研究认为,含铁白云石形成于100～120℃(埋深2800～3200m),铁白云石形成于120～130℃(埋深3200～3500m)。但是,近年来也出现了很多不同的研究成果,表明白云石具有不同的成因机制,如Joachime等[13]对荷兰北部赤底统砂岩储层的研究认为,白云石作为主要的孔隙充填物,其沉淀出现在成岩早期,白云石的氧同位素数据证明大气水在白云石的形成中具有主要的作用,同时也说明这些胶结物沉淀于低温环境(小于80℃)。Taylor等[9]对犹他—科罗拉多白垩系砂岩中碳酸盐胶结物的研究也认为,铁白云石是在相对海平面下降时间间隔中于大气水中沉淀的。

这些在较早成岩阶段沉淀的白云石具有如下矿物、岩石学和地球化学特征:

(1)白云石胶结物分布于不整合面之下的较浅地层(也包括海平面下降中的整合地层),而与白云石同一地层剖面(或钻井)中的方解石胶结物则分布于远离不整合面的相对较深地层(图1),有关的实例如鄂尔多斯盆地三叠系延长组[3]、东海盆地丽水凹陷古近系[2]以及美国犹他—科罗拉多Book Cliff s 的上白垩统[9]等。

(2)白云石胶结物具有较高δ13C值,并具有海相碳酸盐的特征(更靠近0‰),说明白云石胶结物的物质来源与早成岩阶段碳酸盐矿物(包括同期海相碳酸盐矿物,如东海丽水凹陷古近系[2])或非同期海相碳酸盐矿物(鄂尔多斯盆地三叠系延长组[3]和犹他—科罗拉多Book Cliff s的上白垩统[9])的溶解有关。在与白云石胶结物出现的同一地层剖面(或钻井)中,方解石的δ13C值较低,显示有机碳在其沉淀中的作用,如东海丽水凹陷不整合面附近的白云石胶结物δ13C的平均值为-2.29‰,方解石胶结物δ13C的平均值为-8.31‰(表1)。

(3)白云石胶结物的δ18O值较高,指示较低的沉淀温度,方解石的δ18O值较低,指示较高的沉淀温度,如东海丽水凹陷不整合面附近的白云石胶结物δ18O的平均值为-3.85‰,计算的沉淀温度在40℃左右,同一钻井中的方解石胶结物δ18O的平均值为-12.03‰,计算的沉淀温度在114℃左右(表1)。

(4)白云石胶结物在岩石中可具有很高的含量和较大的粒间孔隙体积,如东海丽水凹陷白云石胶结砂岩的粒间孔隙体积常在20%以上,甚至可达

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