Question

成岩阶段划分

Answer 1

6.5.2.1 成岩阶段划分依据

惠州凹陷珠海组及恩平组成岩阶段的划分主要根据如下几点依据：(1)自生矿物类型及 其形成温度；(2)I/S混层粘土矿物的演变；(3)有机质热成熟度有关指标；(4)储集层物性、孔隙结构及类型的演化等多方面的标志综合分析进行的。通过采用钻井的岩石薄片鉴定、X射线分析、阴极发光、扫描电镜、有机酸测试、物性资料等分析数据，为惠州凹陷深部 储集砂岩经历的成岩演化及阶段划分提供了较为准确的定量和定性依据。

（1）惠州凹陷自生矿物类型、分布及其形成温度

据取自惠州凹陷19-1-1井、23-2-1井、19-2-1井、08-1-1井、13-1-1井、27-4-1井的 岩石薄片鉴定资料，深部储集砂岩中常见的自生矿物有菱铁矿、方解石、铁白云石、硬石 膏、黄铁矿、自生石英、自生粘土矿物等。这些矿物均以胶结物或次生孔隙充填物的形式 出现。通常情况下，这些自生矿物来自于孔隙水，孔隙水可以是原生孔隙水，也可以是来 自地下渗流或埋藏地下水，或者发生了矿物或有机质反应的岩石提供的其他水。不同阶段 形成的自生矿物产状，反映出不同的孔隙水性质及形成温度；如碳酸盐矿物方解石，铁白 云石多呈细分散的晶粒结构，充填粒间或交代碎屑物，同时由于含铁，代表了中成岩阶段 A期-B期，局部可达到晚成岩阶段A期早时的成岩强度，形成温度应在85～170℃或＞ 175℃。而在一些砂岩中见到的石英加大及充填孔隙自生石英，后者形成时间晚于早期的 石英次生加大边，与晚期的酸性孔隙水关系密切，属中成岩A-B期-晚成岩A期形成，成 岩温度在170～＞175℃。有机质达到成熟-过成熟阶段。

（2）粘土矿物和I/S混层粘土矿物分析数据

在成岩作用研究中，I/S混层粘土矿物的演变、粘土矿物组合及矿物中的混层比，已 作为划分成岩阶段的主要依据，并且使成岩作用研究由定性向定量发展。依据2003年中 华人民共和国石油天然气行业新的成岩阶段划分标准（编号：SY/T5477-2003），按粘土 矿物的分带特点及其与成岩阶段和有机质热成熟度的关系（表6-15），粘土矿物的X-衍射 分析结果表明，在珠海组和恩平组砂岩中的粘土矿物主要为蒙皂石、伊/蒙混层（I/S），伊利石、绿泥石、高岭石。不同的井中各粘土矿物含量不同，随深度演化也不同，随埋藏 深度加大，大多数井的样品出现伊利石含量增多而伊/蒙混层和混层中的蒙皂石含量减少 的变化趋势（图6-30至图6-32）。

表6-15 粘土矿物分带的特点及其与成岩阶段和有机质热成熟度关系

以数据完整的HZ19-1-1井为代表（图6-32），在该井的1000～2800m井段，蒙皂石 含量＞50％，为蒙皂石带，I/S为无序混层，有机质处于不成熟-半成熟期，属于早成岩阶 段A期晚时。在2800～3300m段，蒙皂石含量降低为20％～45％，伊/蒙混层含量在 40％～60％，由无序混层变为部分有序混层，有机质处于低成熟-成熟期，相当于早成岩 阶段B期，也是粘土矿物第一次层间水的脱水期（第一迅速转化带）。其他粘土矿物较稳 定，伊利石15％～30％，高岭石15％～20％，绿泥石10％左右；在3300～3800m深度 时，蒙皂石含量从20％降至10％，相当中成岩阶段A期，出现粘土矿物第二次层间和部 分吸附水的脱水期（第二个迅速转化带）；在相当3800m至大于4000m深度的井段，出 现粘土矿物含量的异常带，特点是伊利石、绿泥石和高岭石含量明显增加，在30％～ 60％之间，伊/蒙混层粘土和混层中的蒙皂石含量减少趋势明显，为15％～35％，由部分 有序混层变为完全有序混层。此时有机质处于高成熟期，进入中成岩阶段B期晚时。在4000～4500m深度的井段，蒙皂石含量继续下降至10％以下，出现第三次层间水脱出期 （第三迅速转化带），伊/蒙混层减少，伊利石增加到35％～40％，高岭石、绿泥石随着有 机酸的降低而减少至20％左右，这时已达晚成岩阶段的A期。

图6-30 HZ23-2-1井粘土矿物相对含量与深度关系图 （据施和生2002年资料）

图6-31 HZ19-1-1井粘土矿物含量变化图 （据施和生2002年资料）

图6-32 HZ26-3-1井粘土矿物与深度关系图 （据施和生2002年资料）

3口井的粘土矿物含量变化总体特征为：粘土矿物在2800～4000m深度范围内，蒙 皂石随深度加大逐渐减少，出现3个迅速转化带，对应I/S逐渐增加，伊利石I增加缓 慢，高岭石逐渐减少，绿泥石则有呈逐渐增加的趋势。绿泥石在3500及4000m有两个明 显增加峰，并在4000m深度处出现明显的突变，伊利石和伊/蒙混层明显减少，高岭石有 明显的增加。表明了随着埋深和温度的增加，泥岩中的蒙皂石将逐渐向伊/蒙（I/S）或 绿/蒙（C/S）混层转变，在这过程中伴随着泥岩中孔隙水和吸附水的脱出而形成局部的 溶解作用。前人的分析成果已证实了蒙皂石存在二种演化途径，即在富钾的水介质条件下 向伊/蒙（I/S）混层转变，在富镁的条件下向绿/蒙（C/S）转变。可见在由浅加深的成 岩演化过程中，随着成岩水体中K、Mg、Fe离子组分的增加，蒙皂石向伊利石、伊/蒙混 层、绿/蒙混层转化是必然趋势。用这种观点不难解释在4000m处出现的突变，此时珠海 组和恩平组正处于中成岩B段晚时，有机质处于高成熟期，成岩水酸性程度高，加之酸 性水对长石溶解产生的K，和粘土矿物转化过程中析出的SiO2进行的合成作用而造成热 液高岭石的沉淀，致使出现高岭石的急骤增加态势，而相对碱性的伊利石，伊/蒙混层粘 土因受到抑制和溶解作用的影响而明显减少，而绿泥石出现的增加峰值则与成岩水体中 Mg、Fe离子组分的增加有明显的相关性。

值得注意的是，本研究认为高岭石在1000～3000m以上的深度以减少为主，受淡水 影响逐渐减弱，自上而下高岭石含量出现递减的趋势，可能与构造抬升期造成的淡水溶蚀 引起的碎屑长石的高岭石化有关，标志一种正常的成岩演化序列。然而在3500～4000m 深度高岭石明显增加，应该与上述中成岩阶段A期→B期的有机酸热液造成的长石溶解和 热液高岭石沉淀作用有关，此特征与次生粒间孔中往往充填有结晶良好的热液高岭石和自 生石英所显示的酸性孔隙水相吻合，因此，用中成岩阶段A期→B期的有机酸热液解释高 岭石在4000m的异常增加应更加合理，也更接近薄片的实际观察结果。

（3）有机质热解温度及成熟度

有机质成熟度及热解温度是中国石油化学工业局2002发布的成岩阶段划分标准一个 定量指标，不同的成岩阶段镜质体反射及热解不同。图6-33，图6-34中HZ23-1-1井、HZ19-1-1井两口井的有机质成熟度和热解温度数据，为珠海组和恩平组划分成岩阶段提 供了依据。

图6-33 HZ23-1-1井Ro、热解温度Tmax与深度关系图

HZ23-1-1井：珠江组底部、珠海组底部、恩平组底界井深分别为：3314.00m、3646.00m、4250.00m；Ro值分别在0.7～0.8～1.525之间，热解温度分别为450℃、460℃、480℃，I/S混层＜20％，为有序混层，即该井成岩强度已达中成岩阶段B期（图 6-33），有机质演化进入高成熟阶段。

HZ19-1-1井：珠江组底部、珠海组底部、恩平组底界井深分别为：3275.00m、4274.0m、4410.50m；Ro值分别在0.6～0.9～1.0之间，热解温度分别为430℃、460℃、＞470℃，I/S混层20％～50％，为部分有序混层，该井的成岩强度仅达到中成岩 阶段A期（图6-34），有机质演化进入低成熟-成熟阶段。

按石油化学工业局标准，当镜质体反射率在0.5～1.3，为中成岩阶段A期，热解温 度在435～460℃之间，有机质为低成熟-成熟；伊蒙混层50％～＞35％时，镜质体反射率 在1.3～2.0，热解温度在460～490℃之间，有机质为高成熟，伊蒙混层＜20％时，为中 成岩阶段B期。

图6-34 HZ19-1-1井Ro、热解温度Tmax与深度关系图

上述两口井有机质成熟度和热解温度数据显示，珠海组地层中镜质体反射率在0.6～ 0.9之间，热解温度在430～460℃之间，处于中成岩阶段A期。恩平组地层中镜质体反射 率在0.8～1.525之间，热解温度在430～480℃之间，处于中成岩阶段B期，岩石薄片鉴 定结果表明少数砂岩可达到晚成岩阶段A期。

6.4.2.2 成岩阶段划分

岩石的镜下观察分析结果表明，惠州凹陷深部储集砂岩经历了同生期、早成岩阶段A 期、B期，中成岩阶段A期、B期和晚成岩阶段A期等成岩演化阶段。各井的数据指标非 常明显地指示了珠海组及恩平组的深层储集砂岩的成岩强度大部分达到了中成岩阶段B 期，部分＞4000m的砂岩已进入晚成岩阶段A期。表6-16综合了惠州凹陷深部储集砂岩 的成岩作用方式，成岩阶段划分和成岩模式。