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东营凹陷沙河街组砂岩成岩作用与超压流体的关系

韩元佳  
【摘要】:含油气盆地超压现象与油气生成、运移、聚集关系密切,东营凹陷沙三~沙四段现今发育大规模超压,但不同演化阶段的超压形成机制、超压顶封层碳酸盐矿化带的形成机理以及超压流体与储层孔隙演化关系仍缺乏深入研究。本文利用砂岩薄片鉴定、阴极发光、电子探针、X-衍射、岩心物性、流体包裹体、碳氧同位素和盆地模拟等多种测试技术和分析方法,较为深入的研究了东营凹陷超压成因和演化及其与储层碳酸盐胶结作用及孔隙发育之间的关系,取得主要认识成果如下。 1、东营凹陷沙三~沙四段2000-4400m深度范围内发育中-强幅度超压系统;超压顶界面埋深介于2200-3000m,并随烃源岩埋深的增加而增加。沙三-沙四段储层超压发育程度随砂层的含油性增加而增大,现今储层的超压主要是泥岩生烃超压传递的结果,欠压实超压成因的证据不明显。流体包裹体压力与盆地模拟结果显示,东营凹陷早期超压可能主要为欠压实成因,生烃增压的贡献较小。 2、东营凹陷沙三~沙四段砂岩储层的成岩序列为:(泥质粘土/泥晶/鲕粒碳酸盐)杂基充填→压实作用→长石/岩屑溶蚀作用→高岭石胶结+石英加大→含铁方解石胶结→含铁方解石溶蚀→铁白云石胶结。通过薄片粒度分析可知,沙三~沙四段砂岩的分选系数介于1.62~2.96之间,平均值为2.00,根据Beard方程Φ=20.91+22.90/Sd计算其原始粒问体积在28.64%~35.05%之间,平均值为32.63%。建立了成岩作用定量评价的回归拟合方程:φ=F+α×A+p×B,其中F=31.894,α=-12.878,β=-32.029,拟合优度R2=0.9393,可信度高。根据该定量评价方程,泥质/泥晶碳酸盐杂基的充填减孔量(β×D)在-8.44%~0%之间(负号代表孔隙体积减小,正号代表孔隙体积增加),对孔隙度影响不大;压实/颗粒溶蚀作用对颗粒骨架的整体改造量(α×A)在-5.22%~4.90%之间(负号代表粒间体积减小,正号代表粒间体积增加),两种成岩效应相互抵消;胶结减孔量(β×C)介于-24.28%~-3.21%之间(负号代表孔隙体积减小,正号代表孔隙体积增加),强碳酸盐胶结砂岩的孔隙度平均减小了近10%,该成岩类型对孔隙度发育具有控制作用。 3、在深部超压流体影响下,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐矿化作用发育,碳酸盐含量一般在15~40%。对53块砂岩样品共101个碳酸盐胶结物原位微区电子探针成分数据进行对应分析后发现,碳酸盐矿物主要可分为准同生白云石、方解石与铁白云石三种类型,根据阴极发光和包裹体测温判断其形成顺序为准同生白云石→方解石→铁白云石,并利用X-衍射特征峰强度确定了各亚类碳酸盐胶结物的相对百分含量。根据碳酸盐胶结物成岩流体包裹体观测结果,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐胶结物的沉淀伴随着超压流体环境,最小古压力系数为1.29~1.62,且沉淀温度明显高于背景温度值,指示与超压热流体充注有关。结合前人研究成果,认为方解石、铁白云石胶结物的沉淀可能分别与东营组沉积末期、明化镇组沉积以来的超压流体活动有关;同时利用氧同位素地质温度计对上述认识进行了检验,其结果与实际观测值也较为吻合。由此可知,方解石胶结物的沉淀温度约90-120℃,其超压流体的δ18OSMOW值为0.00‰,方解石胶结物的δ18OPDB值介于-16.86~-12.29‰之间;铁白云石胶结物的沉淀温度约110~135℃,其超压流体的δ18OSMOW值为0.25‰,铁白云石胶结物的δ18OPDB值介于-12.20~-10.20%o之间。晚成岩阶段碳酸盐胶结物的碳同位素值有正漂移现象,δ13CPDB值介于-0.9~+3.58%o之间,可能说明其主要来源于沙四段湖相碳酸盐岩的溶解-再沉淀作用,有机酸的参与显得相对较为次要或者是由于羧酸分子内碳同位素分馏作用的影响。 4、早期超压可以抵抗压实作用的进行,对砂岩孔隙演化具有积极意义;压实作用的抑制程度与早期超压流体强度有关,超压幅度越大,砂岩压实程度越低;早期超压流体释放阶段形成的含铁方解石胶结物对砂岩孔隙演化的影响具有双重性:既可以大量减孔降低储层物性,又可以“保存”一定的孔隙空间,待晚期溶蚀后得以释放。晚期超压流体充注也可抵抗压实作用的进行并为晚期溶蚀作用提供有机酸,但是此阶段若形成大量的铁白云石胶结物则对储层孔隙演化极为不利。根据纯岩性砂岩孔隙度与储层压力关系的实测资料的统计结果,晚期含油气超压流体充注对砂岩储层的孔隙演化具有积极意义。


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