酸性流体主要对长石、碳酸盐胶结物以及部分岩屑起到溶蚀作用, 并为方解石充填, 充填的方解石与周围的方解石同时消光。碳酸盐胶结物的溶蚀主要形成大量的粒间溶孔(图 1-A), 长石的溶蚀常形成粒内溶孔或铸模孔, 在电镜下常见到长石溶蚀成蜂窝状(图 1-B)。溶蚀作用使储集层的孔隙度渗透率变好。酸性流体主要来源于有机质在埋藏过程中形成的有机酸和碳酸等流体, 黏土矿物脱水可能促使酸性溶蚀作用的进行。另外大气淡水的淋滤也可以形成酸性溶蚀。

图1

Fig.1

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	图1 东营凹陷沙四段酸性流体形成的次生孔隙 A— 博104, 2149.9, m, 碳酸盐胶结物溶蚀; B— 王58井, 3026.1, m, 长石淋滤形成次生孔隙Fig.1 Second pores caused by acid fluid of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

碱性流体主要是对石英、高岭石胶结物的溶解作用等, 在研究区碱性流体形成的次生孔隙主要是石英颗粒的溶解, 如在高890井2598.2, m地层样品中和王58井3021.5, m深度的样品中, 通过扫描电镜观察, 发现了比较典型的石英溶蚀, 石英内部被溶蚀成孔洞(图 2-A), 或者石英颗粒表面被溶蚀破坏(图 2-B)。值得注意的是上述2个样品中石英都有自生加大现象出现, 说明了碱性流体只是在某个阶段影响到了储集层, 产生了部分石英的溶蚀。

图2

Fig.2

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	图2 东营凹陷沙四段石英溶蚀形成的次生孔隙 A— 高890井, 2598.2, m, 石英内部被溶蚀成孔洞; B— 樊143井, 3128.6, m, 石英表面被溶蚀破坏Fig.2 Second pores formed by dissolution of quartz of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

在地层的某些样品中还可以看到长石溶蚀孔隙和石英溶蚀孔隙同时出现, 这主要是因为多期不同性质的流体对固体产生作用的结果。若流体为酸性, 长石溶蚀或蚀变成黏土矿物, 石英则发生加大(图3-A); 当流体为碱性时, 主要是石英颗粒的溶解产生次生孔隙(图 3-B)。

图3

Fig.3

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	图3 东营凹陷王58井深3021.5, m 扫描电镜照片 A— 酸性流体作用形成的长石溶蚀; B— 碱性流体作用形成的石英溶蚀Fig.3 SEM characteristics of Well Wang 58 in depth of 3021.5, m

初始流体成岩阶段主要是指通常所说的同生期和准同生期, 此时沉积物刚刚在湖泊中沉积下来, 尚未固结成岩, 砂体孔隙度较高, 孔隙中充满了湖盆初始水体, 由于温度和压力条件的限制, 这一阶段成岩作用相对较弱, 主要的成岩作用是初始湖盆水体与沉积物颗粒之间的相互作用。

随着地层埋深的增加, 压实作用逐步增强, 砂岩中包含的地层水首先大量排出, 随着进一步的埋深, 泥岩中的地层水在进入砂岩后成为了这一成岩阶段的主要成岩流体。此时的流体性质在大部分地区仍然继承了初始的湖盆流体性质, 部分湖盆边缘地区受到外来大气淡水的影响表现为弱酸性。

所谓的外来流体主要是指通过断层和不整合疏导进来的本段地层之外的地层流体, 包括连通浅部地层的断层疏导而来的酸性地层水、连通深部地层的断层疏导而来的碱性地层水和湖盆边缘不整合疏导而来的大气淡水。这一阶段泥岩的压实基本完成, 外来流体占据主导作用, 流体性质和演化时间均受断层和不整合的控制。

生烃作用是东营凹陷的一次重要的流体事件, 大量的酸性流体伴随着烃类的生成和运移, 极大地改变了整个地层水性质的分布格局。部分强碱性的地区被中和, 变成弱碱性或中性、弱酸性; 酸性地层水发育的地区酸性增强, 酸性不稳定矿物继续溶蚀。

排烃后储集层中的流体以烃类为主, 包含少量残余水。由于烃类物质与储集层固体物质之间相互作用不明显, 在部分地区有少量微晶石英出现, 且对能否形成有效储集层意义不大, 因此不作为研究的重点。

3.1.1 岩石学特征 砾质滩坝主要发育在博兴洼陷南坡靠近鲁西隆起的位置, 属于缓坡迎风带沉积, 其分布面积较大, 沿湖盆边缘呈带状分布, 其沉积物类型以砾岩为主, 砾石分选磨圆均较差, 另外可见生物介壳灰岩和鲕粒灰岩等。生物介壳一般保存完整, 且在部分层段和地区大量富集。

图4

Fig.4

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	图4 东营凹陷沙四段沿岸砾质滩坝储集层岩石学特征 A— 岩石成分三角图; B— 岩屑含量柱状图Fig.4 Petrologic characteristics of nearshore gravelly beach and bar reservoirs of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

从砾质滩坝成分三角图(图 4-A)可以看出, 砾质滩坝的成分结构比较复杂, 主要包括长石砂(砾)岩、岩屑长石砂(砾)岩、长石岩屑砂(砾)岩和岩屑砂(砾)岩等多种类型, 岩屑含量高。这也反映出砾质滩坝沉积时靠近物源, 使得分选程度较差。从岩屑类型上看, 岩浆岩岩屑占有最大比例, 平均可以占到总颗粒的30%以上, 另外变质岩和沉积岩的岩屑含量较小(图 4-B)。

3.1.2 主要孔隙类型 砾质滩坝储集层中的孔隙类型包括了残留原生孔隙和次生孔隙。由于其普遍埋深都在1000, m以内, 压实作用比较弱, 所以尚有较多的原生孔隙得以保存, 其表现形式既有颗粒之间的残余孔隙, 也有生物体腔孔(图 5-A)。次生孔隙有早期碳酸盐胶结物溶蚀形成的次生孔隙(图 5-B)以及长石颗粒溶蚀形成的次生孔隙, 次生孔隙的出现改善了储集层的孔隙大小和连通性。

图5

Fig.5

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	图5 东营凹陷沙四段沿岸砾质滩坝储集层镜下特征 A— 金27井, 859.4, m, 生物体腔孔, (+); B— 金23井, 668.2, m, 方解石胶结物溶蚀, (-)Fig.5 Thin sections characteristics of nearshore gravelly beach and bar reservoirs of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

3.1.3 主要成岩作用类型 砾质滩坝发育带埋藏较浅, 压实作用较弱, 其他成岩作用类型也比较简单, 主要出现方解石的胶结作用以及方解石交代长石。

3.1.4 固体— 流体正演模型 根据薄片和扫描电镜中观察到的成岩现象和成岩事件发生的先后顺序, 以及对流体来源和流体阶段的划分, 可以恢复出整个固体— 流体的演化过程和相互作用过程, 从而建立起固体— 流体的正演模型(表 2)。

表2

Table2

表2(Table2)

表2 砾质滩坝酸性主控次生孔隙发育带固体— 流体和物性正演模型 Table2 Forward model of solid-fluid and porosity in development zone of second pore dominated by acid fluid in gravelly beach and bar 流体 阶段 初始流体 阶段 围岩流体 阶段 外来流体 阶段 排烃流体 阶段 固体 演化 石英次生 加大2% 方解石早期 胶结3%; 方解石交代 长石2% 方解石亮晶 胶结15%; 方解石交代 长石5% 方解石 胶结物 溶蚀10% 流体 演化 pH值介于 7~9之间 pH值介于 5~7之间 pH值介于 5~7之间 pH值 小于5 物性 演化 初始面孔率 45%, 石英加 大减孔2% 压实减孔10%, 方解石早期 胶结减孔3% 方解石 亮晶胶结 减孔15% 方解石胶结 物溶蚀增孔 15%现今面 孔率30%

表2 砾质滩坝酸性主控次生孔隙发育带固体— 流体和物性正演模型 Table2 Forward model of solid-fluid and porosity in development zone of second pore dominated by acid fluid in gravelly beach and bar

砾质滩坝位于盆地边缘, 沉积后遭遇多期剥蚀, 不整合面发育, 并有大量连通地表的小断层, 因此会受到大气淡水淋滤的持续影响。

在初始流体阶段, 储集层初始孔隙度在45%左右, 流体pH值介于7~9之间, 石英少量次生加大; 围岩流体阶段, pH值碱性减弱, 酸性增强, 方解石交代长石并发生早期胶结, 埋藏较浅, 压实作用使得孔隙度降低约10%; 外来流体阶段受不整合疏导大气淡水的影响, 地层水持续为弱酸性, 方解石交代长石并产生明显的亮晶胶结; 排烃流体成岩阶段, 酸性继续增强, 部分方解石胶结物沿裂缝和颗粒边缘发生溶蚀, 孔隙度增大, 现今孔隙度可达30%。

近岸滩坝主要发育在博兴洼陷南坡, 坡度仍然缓, 沉积水体较浅, 坝主体位置属于一带水下低凸起。沉积砂体呈带状分布, 构造上与近东西向的博兴断层靠近, 坝主体沉积物以砂岩、粉砂岩为主。

3.2.1 岩石学特征 从岩石成分上看以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主(图 6-A), 砂岩成分成熟度较高, 岩屑总体含量较低, 其中变质岩岩屑的含量最高, 平均约在15%(图 6-B)。

图6

Fig.6

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	图6 东营凹陷沙四段近岸滩坝储集层岩石学特征 A— 岩石成分三角图; B— 岩屑含量柱状图Fig.6 Petrologic characteristics of nearshore beach and bar reservoirs of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

图7

Fig.7

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	图7 东营凹陷沙四段近岸滩坝储集层次生孔隙扫描电镜 A— 高890井, 2598.2, m 石英颗粒溶蚀; B— 博104井, 2151.85, m, 自生白云石淋滤Fig.7 SEM of second pores in the reservoirs of nearshore beach and bar of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

3.2.2 主要孔隙类型 通过薄片和扫描电镜观察, 可以看出近岸滩坝储集层中孔隙类型既有部分原生残余孔隙, 也有成岩作用过程中形成的次生孔隙。次生孔隙中比较常见的包括石英颗粒的溶蚀孔隙和早期钙质胶结物的溶蚀孔隙。从扫描电镜下可以看到典型的石英颗粒的溶蚀现象, 如高890井2598.2, m深度的样品(图 7-A); 同时, 在该样品中还存在着大量的钙质胶结物溶蚀孔隙, 薄片中看到的方解石胶结物被溶蚀后形成的港湾状残余, 扫描电镜下也可以看到自生白云石的淋滤特征(图 7-B)。

表3

Table3

表3(Table3)

表3 近岸滩坝酸碱共同作用次生孔隙发育带固体、流体和物性正演模型 Table3 Forward model of solid, fluid and porosity in the development zone of second pore influenced by acid and alkaline liquid in nearshore beach and bar 流体 阶段 初始流 体阶段 围岩流体 阶段 外来流体 阶段 排烃流体 阶段 固体 演化 石英溶蚀2% 石英溶蚀5%, 方解石交代长石3%, 少量自生白云石 铁方解石10%, 石英次生加大5%, 少量铁白云石 铁方解石、铁白云石溶蚀8% 流体 演化 pH值大于9 pH值介于7~9之间 pH值介于5~7之间 pH值小于5 物性 演化 初始面孔率40%, 石英溶蚀增孔2% 压实减孔15%, 石英溶蚀增孔5% 钙质胶结减孔10%, 石英次生加大减孔5% 钙质溶蚀增孔8%, 现今面孔率25%

表3 近岸滩坝酸碱共同作用次生孔隙发育带固体、流体和物性正演模型 Table3 Forward model of solid, fluid and porosity in the development zone of second pore influenced by acid and alkaline liquid in nearshore beach and bar

3.2.3 主要成岩作用类型 通过薄片和扫描电镜观察, 近岸滩坝储集层中发育的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用等(图 8)。压实作用一般为中等压实, 颗粒点接触为主, 部分有线接触, 少量塑性颗粒变形。胶结作用主要为方解石和铁方解石胶结, 胶结物含量高的地区可以呈嵌晶式或基底式胶结, 此外可见极少量的白云石及铁白云石胶结物, 自形形态较好, 呈菱形。交代作用也比较普遍, 主要是方解石交代长石及部分方解石交代石英。溶蚀作用既有石英颗粒的溶蚀, 也有钙质胶结物的溶蚀, 反映了不同的流体演化阶段形成不同的流体环境。

图8

Fig.8

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	图8 东营凹陷沙四段近岸滩坝储集层镜下特征 A— 高890, 2598.2, m, 钙质胶结物, (-); B— 高890, 2598.2, m, 钙质胶结物, (+)C— 博104, 2148, m; 方解石及铁方解石胶结, (-); D— 博104, 2148, m, 方解石及铁方解石胶结, (+)Fig.8 Reservoir characteristics of nearshore beach and bar of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

3.2.4 固体— 流体正演模型 初始流体阶段, 砂体的原始孔隙度可以达到40%, 古湖泊水体pH值大于9, 少量石英颗粒发生溶蚀; 围岩流体成岩阶段, 压实作用使孔隙度减少约15%, 地层水碱性有所减弱, 但仍表现为弱碱性, 石英发生溶蚀, 方解石部分交代长石, 并有少量自生白云石出现; 外来流体成岩阶段, 博兴断层的活动使得浅部的酸性地层水进入近岸坝砂体, 地层水呈弱酸性, 石英次生加大, 铁方解石胶结孔隙, 孔隙度下降; 到了排烃流体成岩阶段, 酸性较强的生烃流体进入储集层使地层水的酸性增强, 早期形成的钙质胶结物发生溶蚀, 形成一定的次生孔隙, 改善了储集空间, 有利于成藏。

远岸滩坝是位于湖盆缓坡带靠近湖盆一侧的一组砂质滩坝, 中央共振带滩坝是形成于湖盆中部水下低凸起位置的一组砂质滩坝, 2组滩坝均距岸较远, 岩石学特征相似。构造位置上靠近博兴洼陷和利津洼陷之间的中央隆起断层带, 连通深部地层的深大断层比较发育, 受流体影响较为一致, 进行合并。

3.3.1 岩石学特征 远岸滩坝和中央共振带滩坝虽然属于不同的沉积相带, 但从其成分三角图上可以看出, 两者的岩石成分非常一致, 均是以长石砂岩为主, 并有少量岩屑长石砂岩(图 9-A, 9-B)。总体岩屑含量较低, 仍然是以变质岩岩屑为主, 其平均含量不超过15%(图 9-C, 9-D)。这也反映出远岸坝与中央共振带滩坝距离物源更远, 沉积水动力更强的特征, 与其分布位置和沉积条件也比较一致。

图9

Fig.9

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	图9 东营凹陷沙四段远岸滩坝和中央共振带滩坝储集层岩石学特征 A— 远岸滩坝成分三角图; B— 中央共振带滩坝成分三角图; C— 远岸滩坝岩屑含量柱状图; D— 中央共振带滩坝岩屑含量柱状图Fig.9 Petrologic characteristics of nearshore beach and bar reservoirs of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

3.3.2 主要孔隙类型 通过薄片和扫描电镜观察, 可以看出远岸滩坝和中央共振带滩坝储集层中孔隙类型既有部分原生残余孔隙, 也有成岩作用过程中形成的次生孔隙。原生孔隙保存较少, 且相互之间连通性差。次生孔隙主要是石英溶蚀孔隙, 包括石英颗粒的溶蚀和石英次生加大边的溶蚀。

图10

Fig.10

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	图10 东营凹陷沙四段远岸滩坝和中央共振带滩坝储集层微观特征 A— 博901井, 2429.8, m, 石英加大边溶蚀; B— 樊143井, 3128.6, m, 石英颗粒溶蚀; C— 博901井, 2429.8, m, 交代作用, (-); D— 博901井, 2429.8, m, 交代作用, (+)Fig.10 Reservoir characteristics of nearshore beach and bar of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

3.3.3 主要成岩作用类型 通过薄片和扫描电镜观察, 远岸滩坝和中央共振带滩坝储集层中发育的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用等。由于这2个沉积相带埋深均比较大, 多在2500, m以上, 因此压实作用程度中等到强, 颗粒呈线接触, 部分为凹凸接触, 可见塑性颗粒的变形。胶结物类型比较复杂, 反映了多期胶结, 通过薄片染色和扫描电镜分析, 可以看到的胶结物有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石以及石英次生加大, 其中铁白云石胶结物相比其他次生孔隙发育带有明显增多, 呈自形或半自形产出。溶蚀作用出现的主要是石英的溶蚀, 包括石英颗粒和石英加大边的溶蚀(图 10-A, 10-B), 在扫描电镜下看到大部分钙质胶结物颗粒边缘平整, 自形程度高, 这也说明了该次生孔隙发育带主要的次生孔隙是碱性流体条件下的石英溶蚀。储集层中交代作用也比较常见, 主要有方解石交代长石以及铁白云石交代石英(图 10-C, 10-D), 反映了不同成岩阶段流体性质的不同。

3.3.4 固体— 流体正演模型 根据观察到的成岩作用类型、先后顺序和流体演化阶段的分析, 可以建立起远岸及中央共振带滩坝碱性主控次生孔隙发育带的固体— 流体正演模型。首先在初始流体阶段, 颗粒分选磨圆较好, 砂体的原始孔隙度约为40%, 初始湖盆水体的pH值大于9, 部分石英颗粒表面发生少量溶蚀; 到了围岩流体阶段, 随着早期有机质降解产生的酸性物质进入, 储集层中的水体碱性减弱, 主要发生的成岩作用为石英次生加大和方解石交代长石, 此外, 由于上覆地层的快速沉淀, 压实减孔作用明显, 孔隙度明显下降, 主要是原始孔隙受压实作用大幅减小; 到了外来流体成岩阶段, 进入了断层活动期, 断层疏导外部流体进入, 同时, 由于该地区构造上受深大断裂的控制, 地层疏导带来的外来流体主要为深部的碱性地层水, 这就使得地层水的碱性再次增强, 铁白云石胶结并部分交代石英, 石英颗粒发生溶蚀产生次生孔隙, 使得储集层物性得到改善; 排烃流体成岩阶段, 油气生成过程中产生大量有机酸, 酸性生烃流体随着油气的运移进入储集层, 与储集层中存在的碱性地层水发生中和作用, 使得最终的地层水性质接近为中性, 此后便没有再发生大规模的成岩作用。

沙四上亚段沉积时期, 湖泊水体较浅, 湖水较咸, 古生物以生活在咸水环境中的德弗兰藻、颗石藻等藻类为主。从平面上看湖盆中心及远离物源供给区的部分缓坡地区水体咸度更大, 湖泊边缘为微咸水环境。由于存在盐跃层, 该时期湖泊存在盐度分层, 湖底长期保持强还原环境(张林晔等, 2005)。通过有机碳含量计算的pH值平均为8.72, 深水沉积出现以深灰、灰黑色的油页岩为主的沉积物, 以方解石、白云石、石膏及黄铁矿为主的矿物组合(邓宏文和钱凯, 1993), 这都说明, 东营凹陷沙四上亚段沉积时期为半干旱气候条件下的强还原性咸水碱性沉积环境。部分样品中碱性较大的区域石英颗粒的表面发生轻微的溶蚀。湖盆边缘位置水体较浅, 部分地区有外来水体的注入, 碱性较弱; 靠近湖盆中心的深洼地区碱性较强。整体呈比较明显的环带状分布特征(图 11)。

图11

Fig.11

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	图11 东营凹陷沙四段初始流体成岩阶段地层水pH值区域划分Fig.11 Region division of pH value of formation water for initial fluid diagenesis stage of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

表4

Table4

表4(Table4)

表4 远岸及中央共振带滩坝碱性主控次生孔隙发育带固体、流体和物性正演模型 Table4 Forward model of solid, fluid and porosity in development zone of second pores caused by alkaline liquid in beach and bar near coast 流体 阶段 初始流体 阶段 围岩流体 阶段 外来流体 阶段 排烃流体 阶段 固体 演化 石英溶蚀2% 石英次生加大5%, 方解石交代长石5% 铁白云石胶结15%; 石英溶蚀5% 少量铁白云石溶蚀 流体 演化 pH值大于9 pH 值介于7~9之间 pH值大于7 pH值约为7 物性 演化 初始面孔率40%, 石英溶蚀增孔2% 压实减孔15%, 石英次生加大减孔5% 钙质胶结减孔15%, 石英溶蚀增孔5% 现今面孔率12%

表4 远岸及中央共振带滩坝碱性主控次生孔隙发育带固体、流体和物性正演模型 Table4 Forward model of solid, fluid and porosity in development zone of second pores caused by alkaline liquid in beach and bar near coast

围岩流体成岩阶段的流体性质分布总体继承了初始湖盆的格局, 也呈现出环带状的分布形式, 但总体上碱性有所减弱, 靠近湖盆边缘位置的环带呈现出弱酸性, 碱性流体的范围均相应地有所减小, 仅在牛庄洼陷北部、民丰洼陷南部和利津洼陷东部地区水体的pH值可达到9以上(图 12)。

图12

Fig.12

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	图12 东营凹陷沙四段围岩流体成岩阶段地层水pH值区域划分Fig.12 Region division of pH value of formation water for surrounding rock fluid diagenesis stage of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

外来流体成岩阶段地层水性质受断层和不整合的影响最大, 地层水性质分布格局也因此发生了很大的变化。湖盆边缘、尤其是南坡地区, 由于受不整合和连通浅部的断层影响, 地层水酸性增强, 酸性地层水的范围有明显增大。在纯化乐安断裂带到陈官庄王家沟断裂带一带出现了较强的碱性地层水分布带, 在陈家庄凸起南部的二级断裂带附近也同样出现了一个碱性地层水分布带, 这2个地区地层水的碱性较强, pH值可达9左右。其余地区多为弱碱性地层水(图 13)。

图13

Fig.13

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	图13 东营凹陷沙四段外来流体成岩阶段地层水pH值区域划分Fig.13 Region division of pH value of formation water for external fluid diagenesis stage of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag

排烃流体成岩阶段是主要的烃类生成和运聚期, 以碱性为主的地层水分布格局被彻底改变, 有机质生烃过程中产生的大量有机酸排出, 酸性地层水从生油中心沿断层、不整合和疏导层进入有一定残余孔隙的砂体, 并在很多砂体中进一步改善了其储集性能, 为油气的进入和成藏提供了条件。整个地区仅在陈家庄凸起和青坨子凸起的附近, 由于地层埋深大, 地层水表现为弱碱性, 其余地区均以酸性为主。北带部分地区是烃类排出区, 由于埋深增大、深部碱性地层水影响等, 地层水性质由弱酸性转为弱碱性(图 14)。

图14

Fig.14

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	图14 东营凹陷沙四段现今地层水pH值区域划分Fig.14 Region division of pH value of modern formation water of the Member 4 of Shahejie Formation in Dongying sag