成岩阶段确定与典型序列建立

4.3.1.1　成岩阶段的确定

对碎屑岩储层成岩作用阶段的划分，通常主要根据储层埋深、岩石结构、孔隙类型及孔隙组合类型、自生矿物特点、形成顺序、黏土矿物组合类型、地温以及有机质类型、有机质成熟度、最大热解温度和镜煤反射率（Ro）等资料来分析的。常用的成岩作用阶段划分标志为：成岩温度、镜煤反射率、孢粉颜色、黏土矿物的组合及转变、自生矿物的分布及岩石的物性等。其中最关键的因素是温度，它不仅控制着黏土矿物的形成、转变和砂岩中的一些自生矿物的形成，还决定着有机质的成熟度及煤变质作用等。成岩阶段的划分主要考虑了以下4个方面的依据：①有机质成熟度：主要根据古地温、镜质体反射率。②混层矿物的转化：I／S混层黏土是指示埋深和温度的敏感矿物，随着成岩阶段的加深，I／S混层的蒙脱石层比例下降，晶体有序度增加。③成岩矿物的分布及形成序次：随着地层温度、压力、介质的变化，会出现不同的成岩矿物，其主要受控于温度、压力、孔隙流体的性质及pH，是反映成岩环境的重要证据，可作为成岩阶段划分的依据。④岩石颗粒接触特征及孔隙组合类型：岩石结构特征的变化是成岩演化最直接最易观察到的成岩现象，是划分成岩阶段的重要依据。按照中国石油天然气行业碎屑岩成岩阶段划分标准的修订版，可将成岩阶段划分为早成岩、中成岩、晚成岩3个阶段，其中早成岩划分为早成岩A期和早成岩B期，中成岩划分为中成岩A期和B期。其具体特征为：

（1）早成岩阶段。

①早成岩阶段A期。古温度范围为古常温0～65℃；有机质未成熟，其镜质体反射率（Ro）＜0.35%，最大热解峰温（Tmax）＜430℃，孢粉颜色为淡黄色，热变指数（TAI）＜2.0；岩石弱固结—半固结，原生粒间孔发育；泥岩中富含蒙皂石，及蒙皂石层占70%以上的伊利石／蒙皂石（I／S）无序混层黏土矿物（有序度R=0），统称蒙皂石带；砂岩中一般未见石英加大，长石溶解较少，可见早期碳酸盐胶结（呈纤维状、栉壳状、微粒状）及绿泥石环边，黏土矿物可见蒙皂石、无序混层矿物及少量自生高岭石。

②早成岩阶段B期。古温度范围为＞65～85℃；有机质半成熟，镜质体反射率（Ro）为0.35%～0.5%，最大热解峰温（Tmax）430～435℃，孢粉颜色为深黄色，热变指数（TAI）2.0～2.5；由于压实作用及碳酸盐类等矿物的胶结作用，岩石由半固结到固结，孔隙类型以原生孔隙为主，并可见少量次生孔隙；泥岩中蒙皂石明显向伊利石／蒙皂石（I／S）混层黏土矿物转化，蒙皂石层占50%～70%，属无序混层（有序度R=0），称无序混层带；砂岩中可见Ⅰ级石英次生加大，加大边窄或有自形晶面，扫描电子显微镜下可见石英小雏晶，呈零星或相连成不完整晶面，书页状自生高岭石较普遍，有的砂岩受火山碎屑颗粒的影响，仍可见蒙皂石；在有的砂岩基质中有云雾状燧石；可见一些矿物交代和转化现象。

（2）中成岩阶段。

①中成岩阶段A期。古温度范围为＞85～140℃；有机质低成熟—成熟，镜质体反射率（Ro）＞0.5%～1.3%，最大热解峰温（Tmax）＞435～460℃，孢粉颜色为橘黄—棕色，热变指数（TAI）＞2.5～3.7；泥岩中的伊利石／蒙皂石（I／S）混层黏土矿物，蒙皂石层占＜15%～50%，其中＜35%～50%属于部分有序混层（R=0／R=1），＜15%～35%属于有序混层（R=1），在某些有火成岩侵入的地层中或富含火山碎屑物质的岩石中，蒙皂石和伊利石／蒙皂石（I／S）混层黏土矿物的转化和分布有时出现异常，应综合其他指标进行成岩阶段划分；砂岩中可见晚期含铁碳酸盐类胶结物，特别是铁白云石，常呈粉晶—细晶，以交代、加大或胶结形式出现，还可见其他自生矿物如钠长石、浊沸石、片沸石、方沸石等；石英次生加大属Ⅱ级，大部分石英颗粒和部分长石颗粒具次生加大，自形晶面发育，有的见石英小晶体，在扫描电子显微镜下，多数石英颗粒表面被较完整的自形晶面包裹，有的石英自生晶体向孔隙空间生长，交错相接，堵塞孔隙；砂岩中黏土矿物，可见自生高岭石、伊利石／蒙皂石（I／S）混层黏土矿物、呈丝发状自生伊利石、叶片状或绒球状自生绿泥石、绿泥石／蒙皂石（C／S）混层黏土矿物等，蒙皂石基本上消失；长石、岩屑等碎屑颗粒及碳酸盐胶结物常被溶解，孔隙类型除部分保留的原生孔隙外，以次生孔隙为主。

②中成岩阶段B期。古温度范围为＞140～175℃；有机质处于高成熟阶段，镜质体反射率（Ro）在＞1.3%～2.0%，最大热解峰温（Tmax）＞460～490℃，孢粉颜色为棕黑色，热变指数（TAI）为＞3.7～4.0；泥岩中有伊利石及伊利石／蒙皂石（I／S）混层黏土矿物，蒙皂石层＜15%，属超点阵或称卡尔克博格有序混层（有序度R≥3），称超点阵有序混层带；砂岩中石英次生加大为Ⅲ级，特别是富含石英的岩石几乎所有石英和长石具有加大且边宽，多呈镶嵌状，高岭石明显减少或缺失，有的可见含铁碳酸盐类矿物、浊沸石和钠长石化；扫描电子显微镜下，颗粒间石英自形晶体相互连接，岩石致密，有裂缝发育。

（3）晚成岩阶段。古温度范围＞175～200℃；有机质处于过成熟阶段，镜质体反射率（Ro）＞2.0%～4.0%，最大热解峰温（Tmax）＞490℃，孢粉颜色为黑色，热变指数（TAI）＞4.0；岩石已极致密，颗粒呈缝合接触及有缝合线出现，孔隙极少而有裂缝发育；砂岩中可见晚期碳酸盐类矿物以及钠长石、榍石等自生矿物，石英加大属Ⅳ级，颗粒间呈缝合状接触，自形晶面消失；砂岩和泥岩中代表性黏土矿物为伊利石和绿泥石，并有绢云母、黑云母，混层已基本消失，称伊利石带或伊利石—绿泥石带。根据伊利石的结晶度，其Kubler指数（K.I）为0.25°（Δ2θ）＜K.I＜0.42°（Δ2θ）属于晚成岩期。

4.3.1.2　成岩阶段划分

华庆地区成岩特征如下：

（1）根据表4-7可知，华庆地区有机质的镜质体反射率（Ro）在0.73～0.89之间，其中长6平均为0.84，长8平均为0.89。在任战利做的延长组镜质体反射率平面分布图中，华庆地区的Ro值也在1.0左右。根据Ro值与成岩阶段关系，可以判断长6和长8主要处在中成岩A期。

表4-7　华庆地区长6～长8镜质体反射率分析数据

（2）根据多种古地温温标结果表明，天深1井古地温梯度为3.6～4.1℃／100m；陕参1井古地温梯度约为4.0℃／100m。古地温和油气包裹体测温表明，延长组长6油层组古地温范围在80～100℃、长8油层组古地温范围在100～130℃，有机质热演化进入生油门限，处在中等成熟阶段（图4-14）。

图4-14　白269井包裹体均一温度直方图

（3）根据黏土矿物X衍射分析，I／S混层矿物处在有序混层带，S层在I／S混层中占20%～30%。

（4）颗粒接触类型以点—线状接触为主，少有线状—凹凸状接触；石英次生加大以Ⅱ级为主，在扫描电镜下可见石英小晶体，部分颗粒表面被完整的自形晶面包裹；绿泥石以黏土膜表面栉壳状分布为主；高岭石含量较高，基本是自生高岭石，为长石或火山岩屑发生溶蚀产生的附属产物。晚期亮晶方解石和亮晶白云石等含铁碳酸盐矿物以交代、胶结形式出现。(www.xing528.com)

（5）原生孔隙基本损失殆尽，只有小部分地区保留了部分原生孔隙。孔隙以次生孔隙为主，长石、岩屑颗粒及方解石自生胶结物的溶蚀现象普遍。

（6）开始出现晚期含亚铁的碳酸盐胶结物或交代物。

根据以上成岩作用特征，长6～长8储层主要属于中成岩A期。其中长6储层主体主要处于中成岩A1期，长8储层主体处于A2期。

4.3.1.3　典型成岩序列建立

在自然界中，成岩作用都是自发的物理化学过程，如胶结作用是成岩流体中物质过饱和析出结晶矿物的过程，多组分系统的相态转变；交代作用是有其他物质加入或带出的矿物转化过程，多组分系统中的“固相”相互转化过程；溶解溶蚀是矿物在非饱和流体中的溶解过程；重结晶是矿物颗粒由小到大或由不稳定到稳定的“固相”相互转化过程。各种成岩作用均有特征的自生矿物标志，通过对不同成岩作用形成的自生矿物组合的相互叠置、穿插关系的分析及其在原生孔隙中占据的位置可以比较准确地判断出它们之间的先后次序，结合有机荧光分析，不同类型沥青质的产状及其与自生矿物组合之间的关系，可以判断出烃类侵位的时间、所处的成岩阶段和各种矿物的形成先后关系，即成岩序列。根据华庆不同地区的成岩作用特征，可以划分为长6-A、长6-B和长8三个典型成岩序列。

（1）长6-A典型成岩序列。主要出现在工区东北部和北部的三角洲前缘沉积地区。成岩过程：粒间水中携带的泥质质点缓慢沉积在碎屑颗粒表面，形成黏土膜包壳，此时压实作用较弱，颗粒间以点接触为主，孔隙为原生粒间孔。随着上覆沉积物负荷的不断增大，机械压实作用成为破坏原生粒间孔的主要方式，塑性的云母和岩屑碎片发生挤压变形，颗粒之间点—间线接触增加，使粒间孔体积缩小。此时，流体呈弱碱性，会发生早期碳酸盐胶结物沉淀。随着埋藏深度增加，温度和压力也不断升高，有机质在成熟过程中产生大量有机酸，使得流体呈酸性，溶蚀长石和富含长石的火山岩屑以及早期碳酸盐胶结物，形成粒内溶孔和粒间溶孔，被溶蚀后形成高岭石和硅质，硅质形成自生程度很高的自生石英。油气浸入，部分成岩作用停止。最后的压实变形，主要是塑性岩屑的假杂基化。有机酸消耗完以后，再发生的溶蚀就主要靠CO2流体进行。晚期碳酸盐胶结作用及交代作用是最后的成岩作用。

该区成岩序列为：黏土膜形成→早期机械压实→早期方解石沉淀→有机酸流体进入→长石、岩屑溶蚀→次生孔隙+自生高岭石+自生石英→岩屑绢云母化→烃类侵位→中期碳酸盐胶结→晚期压实（岩屑假杂基化）→晚期溶蚀→晚期亚铁碳酸盐充填交代（图4-15）。

图4-15　长6-A典型成岩序列

（2）长6-B典型成岩序列。主要出现在工区中部的浊流和砂质碎屑流沉积地区。成岩过程与长6-A典型成岩序列类似，主要区别基本没有绿泥石黏土膜沉积作用，岩屑绢云母化作用不明显，压实作用和溶蚀作用比长6-A典型成岩序列强。

该区成岩序列为：早期机械压实→早期方解石沉淀→有机酸流体进入→长石、岩屑溶蚀→次生孔隙+自生石英→烃类侵位→中期碳酸盐胶结→晚期压实（岩屑假杂基化）→晚期溶蚀→晚期亚铁碳酸盐充填交代（图4-16）。

图4-16　长6-B储层典型成岩序列

（3）长8典型成岩序列。区域沉积相主要为三角洲前缘，与分流河道沉积微相相关的绿泥石黏土膜成岩作用在该区域比较发育。压实程度相对较弱，在部分地区有一定的粒间孔隙保留。成岩阶段较宽，主要为中成岩A期，少量为早成岩B期末。

该区成岩序列为：黏土膜形成→早期机械压实→早期方解石沉淀→岩屑绢云母化→有机酸流体进入→长石、岩屑溶蚀→次生孔隙+自生高岭石+自生石英→烃类侵位→中期碳酸盐胶结→晚期压实（岩屑假杂基化）→晚期溶蚀→晚期亚铁碳酸盐充填交代（图4-17）。

图4-17　长8储层砂岩典型成岩序列