潛江凹陷馬王廟地區(qū)新溝嘴組下段成巖作用

1、潛江凹陷馬王廟地區(qū)新溝嘴組下段成巖作用 摘要 本文從沉積環(huán)境背景出發(fā)，通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定和掃描電鏡分析等方法對(duì)江漢盆地潛江凹陷馬王廟地區(qū)古近系新溝嘴組下段儲(chǔ)層成巖作用做了系統(tǒng)的研究。研究表明馬王廟地區(qū)新下段沉積時(shí)期盆地處于干旱蒸發(fā)-氧化環(huán)境的型沉積環(huán)境和半干旱-潮濕弱氧化-弱還原環(huán)境的型沉積環(huán)境，相應(yīng)地發(fā)育兩種儲(chǔ)層，經(jīng)歷了兩種成巖類(lèi)型，成巖作用差異較大。該區(qū)新下段砂巖成巖作用類(lèi)型主要有壓實(shí)作用，壓溶作用，膠結(jié)作用，溶蝕作用以及交代作用。型成巖作用以膠結(jié)作用更顯著，對(duì)儲(chǔ)層孔隙起破壞作用；型成巖作用以溶解作用為主，對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)作用，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好。關(guān)鍵詞 潛江凹陷；馬王廟地區(qū)；新溝嘴組下段

2、；成巖作用 江漢盆地是中揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上發(fā)育起來(lái)的晚白堊紀(jì)新近紀(jì)斷陷鹽湖盆地。盆地分別在晚白堊紀(jì)-中始新世和晚始新世-新近紀(jì)經(jīng)歷了兩次斷裂-坳陷過(guò)程1。新溝嘴組下段屬于古近系上古新統(tǒng)-下始新統(tǒng)，自下而上劃分為油組、泥隔層、油組、油組和大膏層。馬王廟地區(qū)位于江漢盆地潛江凹陷東南部和岳口低凸起東段（圖1），是江漢盆地新溝嘴組豐度最高、規(guī)模最大，勘探效益最好的油田。關(guān)于江漢盆地新下段的成巖作用前人做了許多工作2-5，但從其主要地層及相應(yīng)沉積環(huán)境出發(fā)進(jìn)行的研究尚顯薄弱6。筆者以沉積學(xué)與巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，通過(guò)薄片鑒定、掃描電鏡及巖心觀察等方法對(duì)馬王廟新下段儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了研究，認(rèn)為沉積環(huán)境及其相應(yīng)的地層水

3、性質(zhì)對(duì)成巖作用的影響更大。該認(rèn)識(shí)為深入研究該區(qū)成巖作用規(guī)律奠定了基礎(chǔ)，有助于油區(qū)進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)。圖1 馬王廟地區(qū)構(gòu)造位置圖1 沉積環(huán)境特征王敏等馬王廟油田改善開(kāi)發(fā)效果技術(shù)研究與應(yīng)用中國(guó)石化股份公司科研報(bào)告2006江漢盆地古近系新下段沉積時(shí)期湖水屬于弱堿性-堿性、淡-半咸水，湖水鹽度不斷更替 1,7-8。受氣候-河水補(bǔ)給影響，鹽湖在該區(qū)出現(xiàn)硫酸鹽鹽湖-氯化鹽鹽湖的變換，并沉積蒸發(fā)碎屑巖體系。馬王廟地區(qū)新下段砂巖以粉砂巖為主，結(jié)構(gòu)成熟度較好，主要為長(zhǎng)石砂巖，巖屑含量低。大膏層、油組、油組中、早沉積時(shí)期該區(qū)處于干旱蒸發(fā)-氧化環(huán)境，盆地為硫酸鹽鹽湖，沉積相以灘壩為主，筆者將此類(lèi)環(huán)境稱(chēng)為型環(huán)境，沉積的儲(chǔ)

4、層定義為型儲(chǔ)層。泥隔層、油組、油組晚沉積時(shí)期研究區(qū)處于半干旱-潮濕氣候的弱氧化-弱還原環(huán)境，水體補(bǔ)給較充沛，盆地為氯化鹽鹽湖，沉積相以三角洲前緣為主，筆者將此類(lèi)環(huán)境稱(chēng)為型環(huán)境9，沉積的儲(chǔ)層定義為型儲(chǔ)層。對(duì)應(yīng)于兩種儲(chǔ)層在地層水氧化還原程度及酸堿度等的差異，將其成巖作用分別定義為型和型成巖作用。 2 主要成巖作用2.1 壓實(shí)及壓溶作用鏡下砂巖中可見(jiàn)黑云母等塑性巖屑由于壓實(shí)發(fā)生彎曲變形和顆粒呈定向排列的現(xiàn)象（圖2a）。另外，泥巖因壓實(shí)作用向砂巖排水（含后期有機(jī)酸）和砂巖因壓實(shí)作用產(chǎn)生的壓力差異而排水會(huì)對(duì)儲(chǔ)層孔隙水產(chǎn)生影響，但本區(qū)儲(chǔ)層豐富的膠結(jié)作用抵消了部分壓實(shí)作用的影響。馬王廟地區(qū)新下段型儲(chǔ)層壓溶作

5、用幾乎不發(fā)生，但在型儲(chǔ)層中（圖2a）壓溶作用較明顯且為形成長(zhǎng)石、石英次生加大提供物質(zhì)來(lái)源。成巖后期膏質(zhì)泥巖等因壓溶作用向鄰近砂巖孔隙排出礦物質(zhì)而影響其孔隙水。2.2 膠結(jié)作用通過(guò)薄片鑒定和電鏡掃描資料分析表明馬王廟地區(qū)新溝嘴組下段膠結(jié)作用普遍，主要為碳酸鹽膠結(jié)，鐵碳酸鹽膠結(jié)，石膏膠結(jié)，長(zhǎng)石、石英次生加大膠結(jié)等。由于所處鹽湖湖水、氣候等不同，兩型儲(chǔ)層主要膠結(jié)作用也有所差異，型儲(chǔ)層膠結(jié)作用以石膏膠結(jié)為主，型以碳酸鹽膠結(jié)為主。abcdefgh圖2 馬王廟地區(qū)新溝嘴組下段典型沉積特征顯微照片a馬17井，1739.77 m (-)，油組，定向排列；b馬17井，1654.30 m (+)，油組，碳酸鹽、硬

6、石膏交代顆粒，硬石膏交代碳酸鹽；c馬17井，1739.77 m (-)，油組，碳酸鹽膠結(jié)物、長(zhǎng)石溶蝕，溶孔為瀝青、鐵長(zhǎng)石充填； d馬17井，1739.77 m(+)，油組，微裂縫為硬石膏充填；e馬17井，1654.30 m，油組，石英次生加大（右下），硬石膏晶體（中）表面附著絮狀芒硝集合體，菱形白云石晶體（左上）；f馬17井，1739.77 m，油組，長(zhǎng)石顆粒被溶蝕破碎，表面附著菱形鐵白云石晶體（能譜標(biāo)定）；g馬53井，1346.00 m，油組，附于顆粒表面的石鹽集合體膠結(jié)物部分被溶解呈骨骸狀；h馬36-3-2井，2857.7m，油組，粒間堆積球粒狀黃鐵礦集合體。2.2.1 碳酸鹽膠結(jié)作用研究

7、區(qū)、型儲(chǔ)層均可見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)。早期主要為泥晶、粉晶或細(xì)晶，少量中晶結(jié)構(gòu)；多以孔隙充填式，少量以加大式產(chǎn)出。后期方解石膠結(jié)為中晶連晶鑲嵌方式，白云石膠結(jié)為連晶鑲嵌方式（圖2b）。 據(jù)前人研究情況10，鑒于湖水及早期地層水特點(diǎn)認(rèn)為碳酸鹽膠結(jié)物早期為薩布哈模式以泥晶微晶膠結(jié)，晚期的碳酸鹽膠結(jié)物相對(duì)結(jié)晶程度較高，直到地層水轉(zhuǎn)為酸性時(shí)停止膠結(jié)。2.2.2 鐵碳酸鹽及鐵的化合物膠結(jié)作用馬王廟油田含鐵化合物含量較凹陷其他地區(qū)高，、型儲(chǔ)層中分別形成不同的含鐵膠結(jié)物。型為氧化環(huán)境，鐵離子氧化為赤鐵礦、褐鐵礦膠結(jié)于顆粒之間，造成型地層普遍呈紅到棕色。型環(huán)境為弱氧化還原環(huán)境，鐵離子主要以黃鐵礦膠結(jié)于顆粒之間，電鏡下多

8、呈粒狀，少量為草莓狀（圖2h）。研究區(qū)、型儲(chǔ)層鐵碳酸鹽膠結(jié)最為普遍，尤其型儲(chǔ)層更為發(fā)育。早期地層水的高含鐵及后期長(zhǎng)石的溶解生成部分鐵離子在弱堿性還原條件和較高溫度下與ca2+、mg2+、co32-生成鐵碳酸鹽膠結(jié)物11-12。 鏡下可見(jiàn)晶形完好的自形鐵白云石充填于碳酸鹽、長(zhǎng)石溶孔內(nèi)，說(shuō)明鐵白云石形成晚于碳酸鹽、長(zhǎng)石的溶蝕且未遭后期侵蝕（圖2c/f）。2.2.3 硬石膏膠結(jié)作用馬王廟油田硬石膏含量相對(duì)于潛江凹陷其他地區(qū)較高，型儲(chǔ)層尤為發(fā)育，多為連晶鑲嵌式、斑塊狀分布，少量以微晶狀充填孔隙。呈斑塊狀分布時(shí)，局部多形成基底型膠結(jié)；硬石膏分布不均時(shí)形成凝塊型膠結(jié)，碎屑顆粒多呈漂浮或點(diǎn)接觸。硬石膏多具交

9、代碎屑顆?，F(xiàn)象，且交代作用強(qiáng)烈。硬石膏含量高時(shí)，對(duì)孔隙的形成不利。綜合前人分析10認(rèn)為型儲(chǔ)層早期由于干旱蒸發(fā)環(huán)境，為泥晶到微晶石膏膠結(jié)；后期由于溫度、壓力的升高，石膏或重結(jié)晶或脫水形成各種結(jié)構(gòu)的硬石膏膠結(jié)物且與絮狀芒硝集合體伴生（圖2b/e）。型儲(chǔ)層石膏膠結(jié)物則主要是后期在偏酸性條件下，由于壓實(shí)壓溶作用、顆粒溶解等造成地層水的含量、濃度的變化或下伏地層硫酸鹽沿裂縫運(yùn)移隨溫壓的減小而生成。另外，裂縫內(nèi)見(jiàn)石膏膠結(jié)物充填（圖2d），且石膏膠結(jié)很少見(jiàn)后期破壞。2.2.4 其他膠結(jié)作用從電鏡掃描中可看出研究區(qū)型儲(chǔ)層中石鹽膠結(jié)作用較廣泛存在，型環(huán)境湖水中cl-豐富，石鹽晶體在半干旱條件下蒸發(fā)膠結(jié)形成，部分

10、晶體后期溶解呈骨骸狀（圖2g）。鏡下觀察顯示，研究區(qū)長(zhǎng)石（主要是斜長(zhǎng)石）大部分有級(jí)次生加大邊（圖2b/c/e），自生長(zhǎng)石（主要是鈉長(zhǎng)石，少量鉀長(zhǎng)石）在研究區(qū)儲(chǔ)層中雖然含量少，但也經(jīng)常出現(xiàn)。壓溶作用、泥巖壓實(shí)向儲(chǔ)層排水、蒙脫石轉(zhuǎn)化、長(zhǎng)石溶解等可為長(zhǎng)石的生成創(chuàng)造條件。同時(shí)鏡下還可觀察到石英顆粒大部分也有級(jí)次生加大邊，本區(qū)壓溶作用及豐富的溶解作用為石英生成提供了物質(zhì)來(lái)源。2.3 溶蝕作用 溶蝕作用是研究區(qū)新下段儲(chǔ)層巖石中次生孔隙形成的主要原因，主要為碳酸鹽及長(zhǎng)石溶蝕，其次為石英溶蝕。碳酸鹽溶蝕以方解石溶解普遍發(fā)育，型儲(chǔ)層中更常見(jiàn)，鏡下可見(jiàn)方解石溶解留下的殘余及形成溶孔被瀝青及后期生成礦物充填現(xiàn)象（圖

11、2c）。長(zhǎng)石（主要是鉀長(zhǎng)石）溶蝕在該區(qū)也普遍發(fā)育（圖2c/f），生成港灣狀蜂窩狀、甚至鑄體次生孔隙，為次生孔隙的另一主要來(lái)源。型儲(chǔ)層中鉀長(zhǎng)石溶蝕尤為普遍，k+的存在有利于粘土礦物向伊利石轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致伊利石相對(duì)含量較多。關(guān)于江漢盆地新下段石英的溶解前人很少提及，但通過(guò)鏡下觀察筆者認(rèn)為本區(qū)石英溶蝕現(xiàn)象也較常見(jiàn)，主要為先前碳酸鹽交代石英，后期碳酸鹽溶解而造成港灣狀溶蝕痕跡。2.4 交代作用 研究區(qū)交代作用也非常普遍，形式多樣，主要有碳酸鹽交代顆粒、硬石膏交代顆粒及碳酸鹽等（圖2b），是孔隙度減小的原因之一。鏡下顯示碳酸鹽交代顆粒（石英，長(zhǎng)石）及自生加大邊較普遍，局部可交代成港灣狀或鋸齒狀。硬石膏交代碳

12、酸鹽也常見(jiàn)，特別在型儲(chǔ)層中，明顯見(jiàn)碳酸鹽交代殘余，說(shuō)明石膏的膠結(jié)要晚于碳酸鹽膠結(jié)。酸堿度對(duì)膠結(jié)和交代作用的發(fā)生起著十分重要的作用 13，硬石膏對(duì)碳酸鹽的交代說(shuō)明此時(shí)地層水受酸性物質(zhì)的影響。此外，硬石膏交代顆粒在、型儲(chǔ)層都比較普遍，以交代顆粒邊和加大邊為主。3 泥巖對(duì)儲(chǔ)層成巖作用的影響泥巖對(duì)儲(chǔ)層成巖作用影響較大，主要有泥巖中有機(jī)質(zhì)的成熟向砂巖排烴和由于壓實(shí)壓溶作用向儲(chǔ)層排水和礦物離子，但兩型儲(chǔ)層其影響有差異。型沉積環(huán)境下，泥巖為非烴源巖，但由于在新上段-荊沙組沉積期盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)，下部的油氣沿?cái)嗔褞?、微裂縫向上運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層，形成酸性條件，所以型儲(chǔ)層較型進(jìn)入酸性時(shí)間要晚。型沉積環(huán)境本身有較好的烴源巖

13、，當(dāng)有機(jī)質(zhì)進(jìn)于生油窗后由于脫羧酸作用形成油氣，并向儲(chǔ)層排有機(jī)酸及油氣。但是第一期油氣由于荊沙組時(shí)期斷裂運(yùn)動(dòng)可能散失，本期油氣與碳酸鹽膠結(jié)物的溶解有關(guān)。同時(shí)由于斷裂運(yùn)動(dòng)，下部油氣繼續(xù)向上垂向運(yùn)移形成第二期油氣，第二期是油藏形成的關(guān)鍵2。同時(shí)因?yàn)闇貕旱脑黾涌稍斐砷L(zhǎng)石的溶蝕，鏡下顯示有瀝青充填于長(zhǎng)石、膠結(jié)物溶孔，溶孔見(jiàn)瀝青包裹鐵方解石顆粒；裂縫內(nèi)見(jiàn)瀝青充填，可見(jiàn)油氣的生成晚于碳酸鹽、自生長(zhǎng)石的形成，鐵碳酸鹽的生成晚于長(zhǎng)石溶解（圖2c）。泥巖除了向儲(chǔ)層中排烴外，還因壓實(shí)壓溶作用向儲(chǔ)層中排水、補(bǔ)充礦物離子。早期在蒸發(fā)碎屑巖的泥巖（膏質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖）未固結(jié)之前由于地下水的淋濾作用向儲(chǔ)層排出含礦物離子的層

14、間水，再在砂巖中側(cè)向運(yùn)移或斷層垂向運(yùn)移至地表14。后期因泥巖中膏質(zhì)等的壓溶作用及粘土礦物的轉(zhuǎn)化向儲(chǔ)層排k+、ca2+、na+等離子而改變孔隙水濃度可對(duì)儲(chǔ)層造成影響。圖3 成巖環(huán)境及其成巖作用演化模式圖4 成巖階段的劃分及其演化根據(jù)應(yīng)鳳詳(1984)將成巖作用劃分為：早成巖期，中成巖a 期、b期，晚成巖期15。另外同生-準(zhǔn)同生階段的膠結(jié)作用對(duì)成巖有重要的影響，本文也將做重點(diǎn)闡述。對(duì)研究區(qū)油組上部生油巖分析研究表明，ro一般 0.530.88。平均0.7116，電鏡下伊利石呈片狀，相對(duì)含量大于50%，說(shuō)明此時(shí)期地層達(dá)到中成巖晚期階段，局部達(dá)到晚成巖期。下面分述兩型成巖作用演化規(guī)律。型成巖作用演化：

15、同生-準(zhǔn)同生階段由于干旱蒸發(fā)氧化環(huán)境，膠結(jié)及氧化作用明顯，生成膏質(zhì)、鈣質(zhì)殼、石膏質(zhì)、云質(zhì)等泥巖及膏質(zhì)粉砂巖，膠結(jié)物主要為泥晶到微晶的方解石、白云石、石膏等8,11。鐵離子氧化形成赤鐵礦或褐鐵礦。早成巖階段地層為堿性條件，壓實(shí)作用逐漸明顯，泥巖的排水（包括蒸發(fā)碎屑巖淋漓作用）補(bǔ)充了孔隙水的濃度，碳酸鹽膠結(jié)物繼續(xù)生成，呈亮晶膠結(jié)，長(zhǎng)石（斜長(zhǎng)石）、石英次生加大邊開(kāi)始出現(xiàn)，隨埋深的加大，碳酸鹽也開(kāi)始交代顆粒及次生加大邊。中成巖早期隨著埋深的加大，溫度、壓力繼續(xù)增加，顆粒間出現(xiàn)壓溶，壓溶可加劇次生加大邊，碳酸鹽繼續(xù)交代顆粒，長(zhǎng)石的被交代物質(zhì)向地層水中補(bǔ)充k+、ca2+、na+、mg2+、fe2+和硅酸根

16、等離子，長(zhǎng)石、石英的沉淀形成自生加大邊、自生長(zhǎng)石。中成巖晚期-晚成巖期斷裂活動(dòng)帶來(lái)的油氣及硫酸根離子和早期石膏重結(jié)晶形成硬石膏及芒硝礦膠結(jié)，并交代顆粒、加大邊和早期的碳酸鹽膠結(jié)物。另外，油氣運(yùn)移帶來(lái)的酸性條件也部分的溶蝕了長(zhǎng)石、碳酸鹽膠結(jié)物，形成少量次生孔隙。圖4 馬王廟地區(qū)新下段成巖類(lèi)型及其階段型成巖作用演化：同生-準(zhǔn)同生階段由于沉積物孔隙水?dāng)U散和上覆沉積物壓實(shí)，地層水部分離子結(jié)晶形成白云質(zhì)、灰質(zhì)及膏質(zhì)泥巖和粉砂巖，膠結(jié)物以微晶為主。由于還原環(huán)境，含鐵物質(zhì)還原成菱鐵礦。早成巖階段壓實(shí)作用加大，泥巖排水和砂巖的濾網(wǎng)作用(實(shí)際上一系列的物理化學(xué)平衡)補(bǔ)充了孔隙水濃度14，地層水堿性條件變強(qiáng)，長(zhǎng)石

17、、石英次生加大邊出現(xiàn)，碳酸鹽呈亮晶繼續(xù)膠結(jié)并交代顆粒及次生加大邊。中成巖早期隨溫壓的增加，顆粒間出現(xiàn)壓溶，擴(kuò)大了次生加大邊，有機(jī)質(zhì)開(kāi)始成熟并向地層排有機(jī)酸和硫離子，碳酸鹽膠結(jié)物開(kāi)始溶蝕并生成黃鐵礦。中成巖晚期隨著油氣大量進(jìn)入，長(zhǎng)石開(kāi)始溶蝕，并向地層水補(bǔ)充k+、ca2+、na+、mg2+、fe2+和硅酸根等離子。此外，鐵離子的濃度隨著地層水在砂巖中向地表排水的側(cè)向運(yùn)移及砂巖的濾網(wǎng)作用濃度更大。隨著埋深的加大，特別到晚成巖期，地層水呈弱酸-弱堿性，出現(xiàn)鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)。在地層水運(yùn)移過(guò)程中，長(zhǎng)石、二氧化硅沉淀形成自生加大邊及自生長(zhǎng)石。地層水中ca2+離子在中晚成巖期隨著泥巖及斷裂活動(dòng)帶來(lái)的硫酸

18、根離子生成硬石膏膠結(jié)，并交代顆粒、加大邊及早期的碳酸鹽膠結(jié)物（圖3-4）。5 結(jié)論1）馬王廟地區(qū)新下段時(shí)期發(fā)育了兩型成巖作用差異較大的儲(chǔ)層，型儲(chǔ)層膠結(jié)作用更為顯著，以石膏膠結(jié)為特點(diǎn)，對(duì)儲(chǔ)層孔隙起破壞作用；型儲(chǔ)層以溶解作用為主，對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性作用，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，溶解作用不僅增加了儲(chǔ)層孔隙度，也為后期各種成巖作用提供物質(zhì)來(lái)源。2）泥巖對(duì)儲(chǔ)層成巖作用和油氣成藏影響較大，對(duì)各型儲(chǔ)層的影響有差異。型儲(chǔ)層泥巖由于壓實(shí)壓溶為儲(chǔ)層成巖作用過(guò)程中提供了物質(zhì)來(lái)源，其主要油氣在斷裂帶附近；型儲(chǔ)層泥巖不僅提供了物質(zhì)來(lái)源，泥巖中有機(jī)質(zhì)的成熟還改變儲(chǔ)層地層水的酸堿度，為各種溶解作用提供酸性條件并生成次生孔隙，其物性

19、較好，成藏面積廣。3）該區(qū)新下段儲(chǔ)層含鐵較高，對(duì)儲(chǔ)層影響大，型儲(chǔ)層以赤鐵礦、褐鐵礦為主，型儲(chǔ)層主要以鐵碳酸鹽、黃鐵礦為主。因鐵離子容易沉淀而破壞孔隙，故開(kāi)發(fā)過(guò)程中兩型儲(chǔ)層應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。參考文獻(xiàn)1 戴世昭江漢鹽湖盆地石油地質(zhì)m石油工業(yè)出版社1997，57-1082 吳光紅潛江凹陷拖市地區(qū)新溝嘴組下段三油組聚集期孔隙初步研究j，沉積學(xué)報(bào)1992，10(4)，69-773 劉麗華，倪師軍，羅雨田等拖市油田新溝嘴組下段砂巖的成巖作用j，石油勘探與開(kāi)發(fā)1992，19(5)，18-254 柯小平，龍玉梅，付春華等鹽湖沉積儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征及演化模式-以馬王廟油田為例j，河南石油2006，20(2)， 13-

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