扇三角洲体系沉积微相对成岩的控制作用_以辽河坳陷西部凹陷南段扇三角洲沉积体系为例

文章编号:100020747(2006)0120036204扇三角洲体系沉积微相对成岩的控制作用———以辽河坳陷西部凹陷南段扇三角洲沉积体系为例孟元林1,高建军1,牛嘉玉2,孙洪斌3,殷秀兰4,肖丽华1,周1,王粤川1(1.大庆石油学院秦皇岛分院;2.中国石油勘探开发研究院;3.中国石油辽河油田勘探项目管理部;4.中国地质环境监测院)基金项目:国家“十五”重大科技攻关项目(2003BA613A01);国家自然科学基金项目(40372102)摘要:以辽河坳陷西部凹陷南段扇三角洲沉积体系为例,根据储集层物性、薄片镜下鉴定、铸体薄片,扫描电镜和X2衍射等分析资料,研究扇三角洲沉积体系沉积微相对成岩作用的控制作用。

分析表明:从扇三角洲平原到扇三角洲前缘,矿物成分成熟度呈现递增的趋势,河口坝微相的长石砂岩最为发育;在扇三角洲各沉积微相中,河口坝砂体的溶蚀作用和次生孔隙最发育,辫状分流河道、心滩微相以机械压实作用为主,而河口坝、沼泽微相以胶结作用为主;沼泽和前扇三角洲砂体的填隙物主要为碳酸盐矿物,而河口坝、辫状分流河道、心滩砂体的填隙物主要为泥质。

认为在储集层成岩作用研究和孔隙度预测中,必须考虑沉积微相的作用。

图5参16关键词:沉积微相;成岩作用;扇三角洲;填隙物;辽河坳陷;渤海湾盆地中图分类号:TE121.3;TE121.2 文献标识码:AControls of the fan2delta sedimentary microfacies on the diageneses in the south of w estern Liaohe Depression,Bohai B ay B asinM EN G Yuan2lin1,GAO Jian2jun1,N IU Jia2yu2,SUN Hong2bin3,YIN Xiu2lan4,XIAO Li2hua1,ZHOU Yue1,WAN G Yue2chuan1(1.Qinhuangdao B ranch,Daqing Petroleum Institute,Hebei066004,China;2.Research Institute of Petroleum Ex ploration&Development,PetroChina,Bei jing100083,China;3.Ex ploration Project Management Department,PetroChina L iaohe Oil f iel dCom pang,L iaoning124010,China;4.China Institute of Geo2envi ronmental Monitoring,Bei jing100081,China) Abstract:The controls of the sedimentary microfacies of fan2delta on the diageneses in the south of the western Liaohe Depression,Bohai Bay Basin are discussed by using measured porosity data,thin sections,blue epoxy resin2impregnated thin sections,SEM,and XRD.The results show that the mineral comparative maturity of sandstones increases with the distance f rom the fan2delta plain to the fan2delta f ront;of all kinds of sandstones in the fan2delta microfacies,channel mouth bars have undergone the most intensive dissolution,secondary pores are well developed,and diageneses of the braided channel and channel bar sandstones are dominated by compaction and diageneses of the channel mouth bar and marsh sandstones are dominated by cementation.The cementation materials of the sandstones in the marsh and profan2delta are mainly calcites(carbonates),while the interstitial materials of channel mouth bar,channel bar and braided channel deposits are mainly clay.The sedimentary microfacies of the fan2delta have significant controls on the diageneses and mineral components of clastic reservoirs.K ey w ords:sedimentary microfacies;diagenesis;fan2delta;interstitial material;Liaohe Depression;Bohai Bay Basin 碎屑岩的成岩作用主要受压力、温度、时间和成分(矿物成分与流体成分)等地质因素的影响[1,2],其中成分主要受控于沉积相,因此沉积相是影响成岩作用的一个重要因素。

在中国最新的石油与天然气行业碎屑岩成岩阶段划分规范(S Y/T547722003)中,分别考虑了淡水—半咸水、酸性水和碱性水3种流体介质对碎屑岩成岩作用的影响,但未考虑碎屑成分和沉积微相对成岩作用的影响[3,4]。

本文以辽河坳陷西部凹陷南段扇三角洲沉积体系为例,对这一问题加以探讨。

1研究区地质概况辽河坳陷西部凹陷的新生界从下至上依次为房身泡组、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组以及第四系。

西部凹陷南段沙三段埋深大于3500m,生、储、盖层发育,是本区深层勘探的主要目标。

西部凹陷属于箕状断陷,整体呈北西高、南东低,63石　油　勘　探　与　开　发2006年2月 PETROL EUM EXPLORA TION AND DEV ELOPM EN T Vol.33　No.1　新生代经历了张裂期、裂陷期、深陷期、扩张期及收敛期5个发育阶段。

沙三段沉积期断裂活动最强烈,研究区特征是水域分布广,水体深度大,沉积厚度大,扇三角洲发育,从北西至南东依次发育扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲亚相,并进一步分为辫状分流河道、心滩、沼泽、水下分支河道、河口坝微相。

2沉积微相对成岩作用的影响2.1沉积微相对储集层碎屑成分的控制作用对研究区832个薄片及X 2衍射资料的统计表明,沙三段储集层岩石类型以长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主。

但由于各沉积微相在沉积体系中的位置不同,即使在同一物源条件下,也会因搬运距离的远近而发生砂岩矿物成分的分异,搬运距离越远,矿物成分成熟度越高。

心滩、辫状分流河道、沼泽、河口坝砂体中长石与石英的含量分别为58.0%、62.2%、65.4%、69.5%,从扇三角洲平原亚相到扇三角洲前缘亚相,矿物成分成熟度呈递增趋势,河口坝微相长石砂岩最发育。

2.2沉积微相对机械压实程度的控制作用对该区1558块储集层样品的物性、薄片资料分析表明,扇三角洲沉积环境形成的碎屑岩储集层,其孔隙度的衰减主要由机械压实作用所引起,次为胶结作用,二者之比约为2.5∶1(见图1),这与国外的一些统计结果相似[527]。

不同微相储集层的孔隙损失,机械压实作用和胶结作用的相对比例各不相同,辫状分流河道和心滩微相机械压实作用占比例较大,因机械压实作用引起孔隙度减少的比例是胶结作用的3.0倍;胶结作用占比例相对较大的有河口坝、沼泽微相,因机械压实引起孔隙度减少的比例约为胶结作用的2.3倍。

图1　压实作用与胶结作用对储集层孔隙度影响对比图 研究区深度1050m 以浅主要为第四系、新近系和少部分古近系,成岩作用以机械压实为主,储集层孔隙度随埋深的增加呈线性减小;1050m 以下溶蚀作用增强,储集层孔隙度出现异常,孔隙度随埋深增加不再呈线性变化[8,9](见图2)。

由于沙三段分流河道和心滩砂体埋藏较浅,所以机械压实作用较强,而河口坝砂体埋藏较深,机械压实作用相对较弱,胶结作用相对较强。

图2　辽河西部凹陷南段孔隙度随深度变化规律图2.3沉积微相对胶结作用的控制作用2.3.1沉积微相对碳酸盐胶结的控制作用研究区扇三角洲沉积体系的沼泽微相和前扇三角洲砂体中,碳酸盐胶结作用强烈,碳酸盐胶结物的含量比其他微相高(见图3),原因是其砂层薄、邻近泥岩区,而砂岩胶结物中的碳酸盐主要来源于相邻的泥岩。

辽河坳陷不同岩性的碳、氧同位素资料也支持了上述观点。

图3　辽河西部凹陷南段各沉积微相填隙物对比图砂岩中碳酸盐胶结物的碳、氧同位素与泥岩具有密切关系(见图4),随埋深和地温的增加,氧同位素分馏,δ18O 值减小[5,10],泥岩中碳酸盐、砂岩中的早期碳酸盐和晚期碳酸盐胶结物中的δ18O 值亦依次减小。

另外,在有机质热演化过程中,干酪根热降解生成有机羧酸,羧酸中的碳同位素较轻,加入到砂岩中的碳酸盐胶结物之后,使其碳同位素变轻[6,11],于是就出现了从泥岩中的碳酸盐、砂岩中的早期碳酸盐到晚期碳酸盐胶结物中,δ13C 值依次减小的演化趋势。

73　2006年2月　孟元林等:扇三角洲体系沉积微相对成岩的控制作用———以辽河坳陷西部凹陷南段扇三角洲沉积体系为例图4　碳、氧同位素演化趋势图(据文献[12],修改) 统计还表明,碳酸盐胶结物含量与泥质含量呈负相关关系(见图5)。

碳酸盐胶结物中亮晶方解石和白云石主要形成于结构成熟度和成分成熟度相对较高的碎屑岩中,这些碎屑岩的泥质含量往往较低。

图5　辽河西部凹陷南段储集层方解石胶结物含量与泥质含量相关图 正是由于砂岩中的碳酸盐胶结物来源于相邻泥岩,从而使得碳酸盐胶结物相对富集在邻近泥岩的砂层顶、底附近,中部含量相对较少,岩心观察中常可见到这一现象。

国外把这种砂岩顶、底部位的碳酸盐胶结物称为“Carbonate roof ”和“Carbonate floor ”[13]。