成岩演化作用对油气运移方式的影响-以松辽盆地西部齐家-古龙凹陷扶杨油层为例.pdf

第 2 9卷第 4期 油 天 乞地 O I L G A S G E O L O G Y 2 0 0 8年 8月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 0 8 o 4 0 4 6 0 0 6 成岩 演化作用对油气运移方式 的影响 以松辽盆地西部齐家一 古龙 凹陷扶杨油层为例 蔡利 学 ， 金晓 辉 ， 肖 文 玲 1 ． 中国石油化工股份有 限公司 石油勘探开发研究院 ， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中国石油天然气集团公司 大庆石油管理局 物探公司， 黑龙江 大庆 1 6 3 2 5 7 摘要 通过对岩 石薄 片、 x一射 线衍射和扫描电镜 等测试资料 的分析 ， 总结 了松辽 盆地扶杨油层 的岩石矿物学特征 、 成岩作 用及其演化过程 ， 并研 究了成岩演化与砂岩输 导层物 性和含油 气性 的关系。综合研 究认为 ， 扶杨油 层埋藏深 ， 成 岩作用 强， 成岩演化控 制着砂岩输导层的物性和含 油气性 ， 并直接影 响了油气运移方式。 关键词 岩石矿 物学特征 ； 成 岩作用 ； 砂层物性 ； 含油气性 ； 油气运 移； 松辽盆地 中图分类号 T E l 2 2 ． 1 文献标识码 A Di a g e n e t i c e v o l u t i o n a nd i t s e ffe c t s o n h y dr o c a r bo n m i g r a t i o n a c a s e f r o m t h e F u y a n g r e s e r v o i r i n t h e Qi j i a - Gu l o n g S a g ， t h e We s t S o n g l i a o B a s i n C a i L i x u e ， J i n Xi a o h u i ， Xi a o We n l i n g 1 ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o nP r o d u c t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S I N O P E C ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． G e o p h y s i c a l E x p l o r a t i o n C o m p a n y ， C N P C D a q i n g P e t r o le u m A d m i n i s t r a t i o n B u r e a u ， D a q i n g ， H e i l o n g fi a n g 1 6 3 2 5 7 ， C h i na Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o f v a rio u s d a t a s u c h a s c a s t i ng s a n d s t o n e t h i n s e c t i o n， s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e S F Ma n d X r a y d i f f r a c t i o n X R D ， t h i s p a p e r s u m ma r i z e s t h e p e t r o l o g i c a l a n d m i n e r a l o g i c a l c h a r a c t e ris t i c s， d i a g e n e s i s a n d i t s e v o l u t i o n o f t h e F u y a ng r e s e r v o i r i n t h e S o ng l i a o Ba s i n， a n d s t ud i e s t h e r e l a t i o n s h i p s b e t we e n t h e d i a g e n e t i c e v o l u t i o n a n d t h e p h y s i c a l a n d o i l b e a rin g p r o p e r t i e s o f s a n d s t o n e c a r r i e r b e d s ． Co mp r e he n s i v e s t u d y s h o ws t h a t t h e F u y a n g r e s e r v o i r i s c h a r a c t e riz e d b y d e e p b u ria l d e p t h a n d s t r o n g d i a g e n e s i s， a n d t h e d i a g e n e t i c e v o l u t i o n c o n t r o l l e d t h e p h y s i c a l a n d o i l - -b e a rin g p r o p e rti e s o f t h e s a n d s t o n e c a r r i e r b e d s a n d d i __ r e c t l y i n flu e n c e d t h e p a t t e rn s o f h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n． Ke y wo r d s p e t r o l o g i c a l a n d mi n e r a l o g i c al c ha r a c t e ris t i c s ；d i a g e n e s i s ；p h y s i c a l p r o p e r t y o f s a n d b o dy；o i l b e a r i n g p r o p e r t y；h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n；S o n g l i a o Ba s i n 松辽盆地扶杨油层是扶余油层和杨大城子油 层的简称， 由下白垩统泉头组三 、 四段河流及三角 洲沉积形成 的砂岩所构成 ， 是松辽盆地重要的勘 探层位 图 1 。扶杨 油层受构造控制 ， 埋藏深度 变化较大- - ， 在齐家一古龙凹陷扶余油层顶面埋 深 1 5 8 6～ 2 5 3 5 m， 杨一组油层顶面埋深 1 6 7 5～ 2 6 4 6 m， 高差相差近千米， 成岩作用非常明显 ， 尤 其是各种成岩作用都对砂岩的孑 L 隙空间进行了改 造 ， 对砂岩层输导物性表现出了不 同的影响作用。 本文通过对扶杨油层岩石矿物学特征 、 成岩作用 及其演化的研究 ， 试图阐明成岩演化与输导层物 性和含油 气性 的关 系， 以及对 油气 运移 方式 的 影 响 。 1 砂岩输导层的岩石矿物学特征 影响砂岩层输导性能的两个最重要 因素是原 始沉积条件与后期成岩作用 。原始沉积条件对 收稿 日期 2 o o 8 0 6 2 7 。 第一作者简介 蔡利学 1 9 6 7 一 ， 女 ， 博士 、 高级工程师 ， 石油及天然气勘探。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4期蔡利学，等 ．成岩演化作用对油气运移方式的影 响 图l杨大城子油层沉积相略图 Fi 昏 1Genera lizedgeologicm apofthestudyar ea 1．杨大城子河道沉积；2．杨大城子决口扇沉 积； 3．杨大城子分流间湾沉积；4．杨大城 子滨浅湖沉 积； 5．湖岸线；6．构造分区线 岩屑含量，％ 图2齐家 一 古龙凹陷扶杨油层砂岩类型图 Fi g ．2Sandstonety peso ftheFuyangr eservior intheQi jia G ulongsag I ．纯石英砂岩；Ⅱ．石英砂岩；Ⅲ． 次岩屑长石砂岩； Ⅳ．岩屑长石砂岩或长石岩屑砂岩； V ．长石砂岩；Ⅵ．岩屑砂 岩 砂岩输导层物性的影响与受控于某 一 沉积体系下 沉积 的砂岩所具有的碎屑成分、结构、胶结物种类 和含量等因素有 关。 一 般来讲砂 岩粒度越 粗、分 选越好，胶结物越少则 砂 岩 的孔隙度和渗透率越 高，反之越差。 扶杨油层沉积时期，受不同物源水系影响，在 西部地区发育了浅水湖泊三角洲分流河道、水下 分流河道、决口河道等砂体 Mj 。由于纵 向上表现 出河湖交替相沉积，具相变频繁的特点 “‘ 。j ，从而 导致砂岩分布不稳定。砂层粒度细，多以细砂岩 一 粉砂岩 为主，砂岩粒度为0 ．05 ～ 0．20mm 。骨架 颗粒以不稳定的长石、岩屑为主，其中扶余油层长 石含量平均为35 ．1％ ，岩屑含量平均为38 ．3％ ，杨 大城子油层长石含量平均 为34 ．6％ ，岩 屑含量平 均为39 ．4％ ，长石、岩屑砂岩 占颗粒 总量的75％， 反映出三角洲快速堆积的沉积过程。特别是西部 沉积体系，控 制了古龙凹陷的 沉积，由于 距物源 近，搬运距离短，砂 岩 明显表现出岩屑含量高，矿 物成分成熟度较低，稳定的石英含量相对较少，扶 余油层石英 含量平均为26 ．7％ ，杨大城子 油 层石 英含量平均为26 ．1％ ，约占颗粒 总量的25％。因 此，扶杨油层岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长 石砂岩为主图2。 填隙物以泥质和钙 质杂基为主，其 中扶余油 层泥质含量平均 为 10．2％ ，钙 岩含量平 均 为 8．4％ ，杨大城子油层泥质含量平均 为9 ．4％ ，钙岩 含量平 均 为5 ．0％ ，胶 结 物整体平 均 含 量高达 14．5％ ～ 18．6％。 2 成岩作用及其阶段划分 成岩作用是决定砂岩输导层能力不 可忽视的 重要 因素，正确认识砂层性质和客观评价其输导 能力，除了需要了解砂层的沉积条件、沉积环境对 砂层的规模、分布和性质的影响，同时又要掌握砂 层经历的成岩作用类型和程度。扶杨油层所经历 的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀溶解 作用以及砂岩中粘土矿物成岩演变。 2．1 成岩作用 西部地区扶杨油层 主要受北部和西部物源水 系碎屑供给，由于主要为河湖交替相 沉 积，因此砂 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 62 石油与天然 气地质 第29卷 层薄、粒度细多以细 一 粉 砂 岩 为主 ，泥质 含量 高。随着埋藏深度的增加，机械压实和化 学 胶 结 作用增强，岩石变得 更 加致 密，孔隙度降低，输 导 层物性变差。 2．1．1 机械压实作用 机械压实作用贯穿整个埋藏成岩 阶段，是使 砂岩孑 L隙度减小的主要 原 因之 一 。压实作用使沉 积物紧密成岩，随深度增加，碎屑颗粒接触关系 由 点接触变为线接触，最后发展成 为凹凸接触。通 过对颗粒间接触关系统计表 明，扶杨油 层砂 岩 在 1600m 左右以点接触为主，1 700 ～ 2500m之问 碎屑颗粒以线 一 凹凸接触为主。伴随着孑L隙度逐 渐减少的同时，扶杨油层砂岩又表现出石英、长石 等刚性颗粒被挤压破碎，早期石英 次生加 大。压 实作用对砂岩孑 L隙度的影响深度大致在 l900m 左右，当埋深大于 1900m 后，由于晚期石英再生 胶结作用，机械压实作用对砂岩孔隙度的改 造影 响基本终l匕。 2．1．2胶结作用 胶结作用包括方解石 和石英胶结作用。 1方解石胶结作用 方解石胶结 物可分为早晚两期。早 期 方 解 石 的主要特征是方 解石呈 连生式胶结，碎屑颗 粒 呈漂浮状分布于方 解石胶结 物中 图3a，早期 方解石在 岩石中常成层 出现，含量通常较 高， 一 般在20％以 上，最高可达50％，为含钙或钙 质砂 岩。此时砂层孔隙度 在5％左右，渗透率小于 0．110 ～ m 。 ，基本失 去储 集能 力。晚期方 解 石胶结物以孑L隙充填为特征，呈不规则状分 布在 以线状和凹凸接触为主 的碎屑颗粒之间，如碎屑 石英发育次生加 大边则 分 布在石英次生加 大后 剩余的孑 L隙空间图3b。无 论早期方解石 还是 晚期方解石往往交代长石、岩块等碎屑颗粒。 据砂岩组成 统计 结果表明晚期 方解石含 量 一 般小于 10％ ，但 其对砂 岩的胶结作用非 常强， 对砂 岩输导 层物性影响较 大图4，图5。通常 趋势是随方解石含量增高，砂 岩孑L隙度呈逐渐降 低趋势，对渗透率的影响更加明显，当方解石含 量小于 10％时 ，随着方解石含 量 越高，砂 岩渗透 率越低，当方 解石含量大于 10％时 ，对 砂岩渗透 率影响不大，但此时 的 输导层已基本无渗流 能 力。 图3齐家 一 古龙凹陷及周边地区扶杨油层成岩作用照片 F ig．3Photos 0fthediagenesis0ftheFuyangIleservoirintheQiiia G ulongsag ＆早期方解石 呈 连 生式胶 结 金55井，1900．38 ～ l918．00m ，铸体薄片， 50；b． 晚期方解石以7L隙充填为特征 龙291井， 2 213．35 ～ 2 230．13m ，铸体薄片， 8 0；c．石英次生加大使孔隙减小古59井 ，2 24 0 ． 4 5 m ，铸体薄片， 50；d． 自生 石英呈六方 锥 和六方双锥状 向孔隙中生长，并充填 孔隙古4 3 1井，1958 ．50m ，扫描 电镜， 800；e． 方解石 胶结物部分溶解古532井， 2 222．39 ～ 2 24 0．02m ，铸体薄片， 80；￡长石颗粒部分溶蚀 英14井 ，2 375 ．22m ，扫描电镜， 1 500；昏伊利石转化并充填孔 隙英14井，2 375 ．22m ，扫描 电镜， 1 500；h．伊利石转化并充填孔 隙塔2l井 ，2020 ．00 ～ 2035．69m ，扫描 电镜， 2 700 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 蔡利学 ， 等． 成岩演化作用对油气运移方式 的影 响 4 6 3 钙质含量，％ 图 4 方解石胶结物含量 与孑 L 隙度 的关系 Fi g ． 4 Po r o s i t y V S ． c a l c i t e c eme n t c o n t e n t o f t h e F u y a n g r e s e r v o i r 2 石英胶结作用 石英胶结主要 以石英次生加大和 自生石英生 长的形式 出现。石英 次生加 大边 的宽 度一般 为 0 ． 0 1 8～ 0 ． 0 3 5 m m， 加大级别通常可达 Ⅲ一Ⅳ级。 根据薄片统计 ， 其含量较低 ， 仅为 2 ． 8 ％左右。 石英次生加大也可分为早晚两期。早期石英 次生加大形成于线性压实之前 ， 由于该时期碎屑 颗粒周围的 自由空 间较大 ， 因而石英次生加大边 可环绕整个碎屑石英表面发育。早期石英次生加 大可使原生孑 L 隙度减少 ， 同时可能还对孑 L 隙起到 一 定保护作用 ， 即它能使砂岩骨架稳定 ， 抗压实能 力增强 ， 使得在后来的埋深过程中， 抵抗机械压实 作用而保存下一部分原生粒间孑 L 隙。晚期石英次 生加大形成于机械压实作用之后 ， 由于孑 L 隙空间 缩小 ， 因而晚期石英次生加大边的延长有限， 形状 也不规则 图 3 c 。 自生石英呈六方锥和六方双 锥状向孑 L 隙中生长 ， 并充填孑 L 隙 图 3 d ， 使砂岩的 孑 L 隙度在机械压实和晚期石英次生加大等作用结 果后又大大有所降低， 一般小于 1 0 ％。 2 ． 1 ． 3溶 解溶蚀 作 用 溶解和溶蚀作用是产生溶蚀孑 L 隙， 改善砂岩 输导层结构的重要作用。通过铸体薄片和扫描 电 镜观察发现的溶解溶蚀现象包括方解石胶结物 的 部分溶解 图 3 e 和长石颗粒 的部分溶蚀 等 图 3 f ， 溶解溶蚀作用能使得由于压实作用和胶结作 用后变差的孑 L 隙状况得 到改善 ， 因此是砂岩输导 层中非常重要的一种成岩作用。 2 ． 1 ． 4粘土矿 物成 岩演 变 通过 x一射线衍射和扫描 电镜分析 ， 扶杨 油 钙质含量， ％ 图 5 方解石胶结物含量与渗透率 的关 系 F i g ． 5 Pe r me a bi l i t y V S ． c alc i t e c e me n t c o nt e n t o f t he F uy a ng r e s e rvo i r 层粘土矿物主要为伊利石 ， 扶余油层平均含量为 6 0 ％， 杨大城子 油层平均含量 为 6 4 ％， 一般 随着 埋藏深度的增加 ， 贴附状和杂乱充填状 的他生伊 利石 向发丝状 自生伊 利石转化 图 3 g ， h ， 转化 后的伊利石充填孑 L 隙， 使砂岩孑 L 隙度 变得更小 ， 物性 更差 。其 次是绿 泥 石 和蒙 皂石／ 伊 利石混 层 ， 高岭石和蒙皂石／ 绿泥石含量少 ， 蒙皂石则极 为少见 ， 说 明蒙皂石已经转变成伊利石或混层粘 土矿 物 。 2 ． 2成岩作 用 阶段 划分 根据 碎屑岩成岩阶段划分规范 ， 扶杨油 层的成岩作用可以划分为晚成岩阶段 A 期 ， 晚成 岩阶段 A ， 期和晚成岩阶段 B期 表 1 ， 其主要特 征如下。 埋深在 1 5 0 0～1 9 0 0 m时 ， 碎屑颗粒以点一线 接触为主， 镜质体反射率 小于 1 ． 3 ％， 伊利石结 晶 度大于 0 ． 7 ， 自生矿物 均一化温度为 9 0～1 0 0 o C。 粘土矿物以贴附伊利石、 高岭石和蒙皂石／ 伊利石 混层为特征 ， 蒙皂石偶尔出现 ， 成岩阶段为晚成岩 A 期 。 埋深在 1 9 0 0～ 2 2 0 0 m时 ， 碎屑颗粒以线一凹 凸接触为主， 镜质体反射率大于 1 ． 1 ％， 伊利石结 晶度 小 于 0 ． 7， 自生 矿 物均 一 化 温度 为 1 0 0～ 1 1 0 ℃。粘土矿物以 自生伊利石 、 自生绿泥石和蒙 皂石／ 绿泥石混层为特征 ， 贴附伊利石、 蒙皂石／ 伊 利石混层 、 高岭石稳定存在 ， 蒙皂石开始 消失 ， 成 岩阶段为晚成岩 A ， 期。 埋深在 2 2 0 0～2 6 0 0 m时 ， 碎 屑颗粒 以线一 凹凸接触为主 ， 镜质体反射率大于 1 ． 1 ％， 伊利石 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 464石油与天然气地质第29卷 大量排结晶度 小于 0．7 ，自生矿 物 均 一 化温度为 1 10 ～ 120℃ 。粘土矿物以贴附伊利石、高岭石、混 层粘土矿物和自生粘土矿物 共同存在 为特 征，蒙 皂石消失，成岩阶段为晚成岩B期。 3 成岩演化与油气运移 控制油气成藏的最主要 因素之 一 是输导油气 的能力，而输导层物性的好坏 除受沉积条件的控 制外，成岩作用是至关重要的因素，由于扶杨油层 已处于晚成 岩阶段，后期成岩演化对砂 岩输导层 的物性和含油气性影响非常大。 3．1 成岩演化 与砂岩 输导层物性和含油气性的 关系 经过大量样品的显微镜、电镜观察，孔渗、含 油产状数据统计，反 映出扶杨油层成岩演化 随埋 深的不同对其孑 L隙度、渗透率及含油性具有明显 的控制作用，表现出的 一 般 规律为当埋深 在 1600 ～ 18 00m ，碎屑颗粒呈点 一 线接触，早期石 英次生加大，孑L隙中几乎无 生长的自生 石英，主要 粘土矿物为它生伊利石 呈贴附状分 布，孔隙度 一 般为 l1％ ～ 16％ ，渗透率 一 般为0 ．710 一 ～ 5．O10 ～ 斗m 。 ，砂层 多为富含油、含油产状；当埋 深在 l700 ～ l8 50m ，碎屑颗粒呈点 一 线接触，早 期石英次生加大，孑L隙中 自生 石英和自生伊利石 开始生长，充填孑L隙，这时孔隙度 一 般为10％ ～ 15％ ，渗透率为0 ．310 ～ ～ 1．5lO 一 “m 。 ，砂层 主要为油侵产状；当埋深在1 800 ～ 2050m ，压实 作用较强，碎屑颗 粒呈线 接 触，晚期石英次生加 大，自生伊利石长成完整 的桥，自生 石英填充大部 分孑L隙，此时孔隙以缩小粒 间孑L为主，孑 L隙度 一 般 为8％ ～ 1 1％ ，渗透率 一 般 为0 ．2l O ～ ～ O．8 10 ～ “m 。 ，砂层 主要为油斑产状；当埋深在2000 m 以下，颗粒呈线 一 凹凸状 接 触，石英 晚期 次生加 大，自生石英更加充 满孑 L隙，伊利石 呈发丝状，孑L 隙度 一 般为8％ ～ 10％ ，渗透率 一 般为 0．1 10 ‘。 ～ 0．210 ～ “m 。 ，到2 4 00 m以下 ，发丝状伊 利石几乎充满了整个 孔隙，这 时 的孑 L隙度 一 般小 于8％，渗透率小于0 ．110 ～ m 。 ，砂层产状基本 以油迹为主。 3．2 成岩演化与油气运移方式的关系 经研究认 为，扶杨油 层的油源来 自上覆青 一 段地层，并经历了3期油气充注 ‘∽l‘小 “’ 。齐 家 一 古龙凹陷青山口组 一 段 生油岩在 嫩江组 沉 积 时期进入生油门限图6，到嫩江组沉积末期开始 图6古95井单井埋藏史 F唔．6Bur ia lhistor yofWeUGu-95inthe Qi j ia G ulong sa g K 2m ．明水组；K 2s ．四方 台组；K 2n ．嫩江组； K 2y ．姚家组；K 2gn ．青山口组；K lq ．泉头组 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4期蔡利学，等 ．成岩演化作用对油气运移方式 的影响465 西部斜坡 ．龙虎泡阶地．齐家 一 古龙凹陷 ．大庆 长垣 图7扶杨油层成藏模式 F i g ．7Pat tems0fhydrocar bonmi grl ationand accum ul ationintheFuyangreservoir 1．油层；2． 油气运移方 向 大量排烃；此时扶杨油层埋藏深度主要在1 600 ～ l900m 左右，孑 L渗性较好，油气沿1 r 2断裂和裂缝 向下排到扶余的油气便沿着扶杨油层中上部的较 大孑 L喉通道向凹陷两侧构 造高部位开始侧向运 移；到明水组沉积末期，扶杨油层埋藏深度主要在 1 800 ～ 2 200m 左右，伴随着 大庆长垣构造 的形 成，油气再次充注扶杨油层，油气亦以大规模侧向 运移为主图7。 由于嫩江组 和明水组沉积末期，齐家 一 古龙凹 陷扶杨油层埋藏深度大都小于2 200m ，输导性能 较好，这两期充注的油气在扶杨砂 层中以侧 向运 移为主，向凹陷周边的构造大规模聚集，形成构造 油气藏。 到古近系依安组沉 积末 期，T断裂由构造运 动诱导而再度开启，油气沿着 断裂第三次 向下注 入扶杨油 层，齐家 一 古龙凹陷扶杨砂层埋藏 大于 2 200m ，扶杨砂层对油气的输导性能变差，油气 只能进行小规模的侧向运移，基本在原地聚集 ，形 成岩性油气藏 }”J 。 4 结论 1松辽盆地齐家 一 古龙凹陷扶杨油层成岩作 用已处于晚成岩A期和晚成岩B期。 2松辽盆地齐家 一 古龙凹陷扶杨油层成岩演 化对砂层 的物性和含 油气性 影 很大，总体表现出 随着埋深的增加，成岩作用加强，孔、渗条件变差， 含油级别降低。 3松辽盆地齐家 一 古龙凹陷扶杨油层第 一 和 第二期充注 的油气主要以大规模的侧向运移为 主，第三期 充注 的油气以沿T断裂 的垂向运移 为主。 参考文献 1 高瑞祺，蔡希源 ．松辽盆地油气田形成条件与分布规律 [M ] ． 北京石油工业出版社，1997．62 ～ 218 2 萧德铭，刘金发，侯启军，等 ．向斜区岩性油藏成藏条件与分布 规律[A] ．见苏树林 ，萧德铭，王荣华，等编 ．大庆油田发现4 0 年论 文集[c] ．北京石油工业出版社 ，1999 ． 27 ～ 56 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