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准同生期成岩作用主要为白云石化和泥晶化作用,潟湖中普遍发育生物扰动构造,生物潜穴与围岩具有不同的结构组分和化学环境,在埋藏期潜穴发生物理化学反应。白云石化作用是RT3型储层的主要成因,强烈的白云石化作用导致原岩结构被破坏,仅残留少量的双壳类生屑,显示其形成于中高能环境,推断局限环境中RT3型储层可能形成于台内滩。上白垩统塞诺曼阶—早土伦阶,阿拉伯板块东北缘处于北半球靠近赤道的位置,属于热带—亚热带温暖湿润的气候环境,且研究区位于浅水缓坡台地,主要受波浪作用影响,蒸发作用较弱[20]。残留生屑和自形晶体指示白云石来源于交代作用。综合分析认为,在Mishrif组上部,海平面下降,环潟湖的构造隆起暴露,发育大气淡水透镜体,潮道连通了广海和潟湖,使局限环境水体半咸化,当水体离子浓度对白云石饱和但对方解石不饱和时,方解石被交代,形成厚层白云岩储层。
准同生期泥晶化作用造成生屑颗粒逐步“土壤化”[23],形成泥晶。泥晶化作用最为强烈是底栖有孔虫类,尤其是马刀虫属、圆笠虫属和栗孔虫最为普遍(图10a~c)。泥晶化的壳体遭受淋滤溶蚀,微孔的规模会不断扩大。准同生环境下,若大气淡水冲刷强烈,泥晶化的壳壁会被打碎,散落的泥晶分布于粒间孔隙中(图5e,f),这也是高能RT1型储层颗粒间泥晶的主要来源。基质微孔形成后,由于微观结构的非均质性,流体会优先沿着渗流阻力小的方向运移,形成优势渗流通道,随着流体的不断运移,优势渗流通道的溶蚀程度较强,生屑和泥晶均会遭受强烈溶蚀,形成大量孔隙,而围岩区域则溶蚀程度较弱(图10d)。
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大气淡水环境下发生溶蚀作用和胶结作用。潮道和台内滩中的生屑被溶蚀形成粒间孔,溶蚀作用是造成RTI型储层高孔、高渗的重要成因。RT2型储层中发生选择性溶蚀作用形成铸模孔和生物体腔孔。文石质或高镁方解石质的灰泥发生新生变形,转化为低镁方解石的泥晶,化学性质变得稳定。生屑多为文石质和高镁方解石质,少量为低镁方解石质。生屑呈离散状分布于泥晶中,大气淡水环境下,溶蚀性流体沿着基质微孔运移,流体对泥晶饱和但对生屑不饱和,发生选择性溶蚀。值得注意的是,溶蚀作用和胶结作用常相互伴生,胶结作用形成化学性质稳定的低镁方解石,且流体中的Ca2+含量越高,胶结作用越强烈。RT1储层中可见等轴粒状的胶结物环生屑边缘分布,虽然占据一定孔隙体积,但对孔隙的连通性影响较小(图5)。生物体腔孔或铸模孔形成后,内部也可见少量的方解石(图6e,f)。若胶结作用比较强烈,铸模孔和生物体腔孔会被方解石致密充填(图10e,f)。
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埋藏环境下主要发生压实作用和埋藏白云石化。RTI型储层生屑颗粒含量高,RT3型储层白云石抗压实能力强,压实作用对此两种储层的物性影响较小。RT2型储层泥晶含量高,岩石抗压强度低,压实作用导致孔隙体积减小、喉道缩小,大幅降低了储层物性。研究区埋藏白云石化作用主要发生在RT2型储集层,泥晶中发生埋藏白云石化作用,若白云石晶体呈零星状分布于基质中,则对岩石物性的影响较小。若埋藏白云石比较充分,泥晶或生屑颗粒发生交代,白云石晶体增加,残留泥晶中可见大量微孔。随着白云化作用持续进行,灰质组分最终被白云石完全交代,发育晶间孔。
生物潜穴中也发生埋藏白云石化作用。沉积期潜穴中若充填了生物新陈代谢产生的有机质,有机质被快速埋藏保存下来,埋藏环境下,生物潜穴中还原环境和碱性条件有利于发生白云化作用[24⁃25]。埋藏阶段白云石化通常形成于封闭的成岩环境,由于Mg2+半径较小,白云石的摩尔体积比方解石或文石都要小[26],发生等摩尔交代后,白云石颗粒之间形成大量的晶间孔。潜穴中以自形程度较好的细晶白云石为主,偶见交代后的残余生屑(图11a),潜穴晕中含有少量的白云石晶体,晶体粒径较小,白云化作用不充分(图11b),基底保留了原始结构,未发生白云石化(图11c)。
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沉积作用控制了储层的结构组分和原始物性,导致RTI型储层和RT2型储层具有不同的颗粒含量、生物碎屑类型和孔隙类型。高能沉积环境是RT1型储层发育的主控因素,沉积水动力强,颗粒组分含量高,岩石结构成熟度高,储层多呈颗粒支撑结构或泥粒结构,泥质含量低,发育粒间孔,孔隙的连通性较好,岩石的原始物性较好,成岩流体更容易渗入岩石内部,发生成岩作用。RT2型储层沉积水动力弱,结构成熟度低,泥晶含量高,原生孔隙主要为微孔,微孔在埋藏压实过程中保存程度较低,导致RT2储层最终的储集空间以次生孔隙为主。
层序旋回控制了沉积演化,还对准同生成岩环境具有重要影响,层序旋回是影响储层空间分布的主要因素。Mishrif组中发育3个三级层序(层序Ⅰ~层序Ⅲ)[27]和6个四级层序(SQ1~SQ6)[6],局限环境主要发育于SQ3~SQ6。整体来看,局限环境中以RT1型储层和RT2型储层为主,两者交替式发育,且随着海平面的下降,RT2型储层厚度降低,RT1型储层厚度增大。RT3型储层仅在SQ5层序顶部发育。海平面上升半旋回,沉积环境以低能沉积环境为主,海平面下降半旋回,沉积水动力不断增强,岩石颗粒组分增高,沉积相带发生迁移演化,低能沉积演变为高能沉积,且海平面的持续下降导致地层从海水成岩环境演化为大气淡水环境,高能沉积发生溶蚀作用和胶结作用形成RT1型储层,低能沉积发生泥晶化作用、选择性溶蚀及胶结作用等形成RT2型储层。在多期四级层序控制下,不同类型的储层频繁变化,垂向上相互叠置。不同层段的局限环境存在显著差异,MB2.1段对应于SQ3层序,发育潟湖和台内滩,受海平面变化控制,以两期RT1型和RT2型储层互层为主,且自下而上RT1型储层厚度增大。MB1段对应SQ4层序和SQ5层序中下部,发育潟湖、台内滩和潮道,局部发育小规模的开阔环境,受海平面升降旋回控制,以大范围的RT2型储层为主,MB1顶部为厚层的RT1型储层。MA对应SQ5层序顶界面和SQ6层序,发育潮上坪,潟湖和台内滩,受海平面升降旋回和层序界面影响严重,SQ5层序界面处发育RT3型储层,SQ6层序顶界面也是二级层序不整合面,地层剥蚀厚度较大,界面处为RT2型储层,层序内部为RT1型和RT2型储层互层。
综上,将不同类型储层的储层特征和主控因素汇总如表1所示。
储层类型 沉积环境 岩石类型 物性 孔隙类型 孔喉特征 成岩作用 分布层段 RT1型 潮道、台内滩 颗粒灰岩泥粒灰岩 孔隙度跨度大,平均19.4%,渗透率介于(0.1~2 297)×10-3 μm2,平均为85.6×10-3 μm2 粒间孔、 粒间溶孔为主 颗粒灰岩以中喉和大喉为主,呈双模态,泥粒灰岩主体介于0.1~1 μm,以中喉偏粗型为主,呈单模态宽峰型 溶蚀作用和胶结作用为主 MB2.1段上部MB1段局部发育、MA段下部和上部 RT2型 潟湖 粒泥灰岩泥粒灰岩 孔隙度区间跨度较大,平均14.5%,渗透率介于(0.1~62)×10-3 μm2,平均3.0×10-3 μm2,以低渗和特低渗为主 微孔、铸模孔、 生物体腔孔, 少量晶间孔 孔喉主体介于0.1~1 μm,以中喉偏细型为主,喉道分布曲线呈单模态宽峰型 泥晶化作用、选择性溶蚀、埋藏白云石化 MB2.1段上部、MB1段 MA段中部 RT3型 潮上坪 白云岩类云质灰岩 主要为中孔低渗,孔隙度介于11.3%~23.3%,平均16.6%,渗透率介于(0.4~15)×10-3 μm2,平均3.8×10-3 μm2 晶间孔为主, 局部发育微孔 喉道半径介于0.1~1 μm,以中喉偏粗型为主,分选较好,喉道分布曲线呈单模态窄峰型 准同生白云石化 MA段中下部 Table 1. Reservoir characteristics in restricted environments of Mishrif Formation, M oilfield
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RT1型储层形成于中高能沉积环境,颗粒以双壳类、底栖有孔虫和少量的棘皮类为主,原始粒间孔发育(图12a)。准同生环境/海水成岩环境下,壳体边缘发生泥晶化作用形成泥晶套,少量双壳泥晶化严重,整个壳体均被泥晶化。底栖有孔虫内部软体组织发生腐烂降解,形成大量的生物体腔孔。海水胶结作用形成大量的文石质针状方解石,方解石环颗粒边缘或在有孔虫体腔孔中分布(图12b)。大气淡水环境下,岩石发生暴露淋滤,准同生期形成的针状方解石胶结物化学性质不稳定,在该时期全部溶蚀。流体的溶蚀性较强,双壳类也遭受溶蚀,壳体边缘形成锯齿状或港湾状。底栖有孔虫泥晶套在大气淡水环境下也遭到一定程度的破坏,形成散落在粒间孔中的泥晶,完全泥晶化的双壳遭受溶蚀后发育少量的微孔。强烈的溶蚀造成流体中的Ca2+浓度升高,并伴生胶结作用,形成等轴粒状的低镁方解石,方解石首先沿生屑环边胶结,并逐渐向孔隙中扩展(图12c)。埋藏环境下,方解石和生屑抗压实作用较强,孔隙降低幅度较小,少量生屑轻度压实变形。深埋藏期,粒间孔中沉淀少量的粗晶方解石,对孔隙具有一定的充填(图12d),最终形成铸体薄片中的结构组分(图12e~g)。整体来看,成岩过程中,溶蚀作用和胶结作用相互伴生,成岩过程中孔隙的增加有限,RT1型储层的储集空间主要来源于沉积期的粒间孔。
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RT2型储层发育于低能沉积环境,泥晶含量高,原生孔隙以微孔为主,生屑主要为双壳类、底栖有孔虫和藻类,通常发育生物潜穴,潜穴中充填了生物新陈代谢产生的有机质(图13a)。准同生环境下,生屑边缘发生泥晶化作用形成薄层的泥晶套,底栖有孔虫软体组织腐烂降解形成生物体腔孔,海水胶结形成少量的文石质针状方解石充填于生物体腔孔中(图13b)。大气淡水环境下,早期形成的针状方解石被溶蚀,双壳类和藻类发生溶蚀形成铸模孔,藻屑铸模孔中残留抗溶蚀能力较强的孢粒,溶蚀形成的饱和流体发生胶结作用,形成低镁方解石,底栖有孔虫生物体腔孔被严重充填,仅残留少量的体腔孔,方解石还充填新形成的铸模孔,沿铸模孔内边缘发育少量的等轴粒状方解石(图13c)。埋藏环境下,泥晶抗压实强度降低,压实作用下岩石体积大幅缩小,各种生屑发生变形,随着埋藏深度的增加,泥晶和生物潜穴中发生埋藏白云石化,泥晶中白云石化程度较低,形成的白云石离散分布于泥晶中。潜穴中富含有机质,营造了有利于白云石化的碱性环境和化学条件,白云石化程度较高,发育晶间孔(图13d), 最终形成铸体薄片中的结构组分特征(图13e~g)。整体来看,RT2型储层原生孔隙主要为基质微孔,但在埋藏压实作用后,微孔体积大幅减小,连通性降低,铸模孔、残留的生物体腔孔和潜穴中的晶间孔是RT2型主要的储集空间。
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RT3型储层形成于中高能环境,生屑颗粒以双壳类为主,发育粒间孔隙,局部含有泥晶(图14a)。准同生环境下,发生强烈的白云石化作用,白云石交代生屑和泥晶,双壳结构被破坏,残留少量的碎屑,粒间孔转变为晶间孔,泥晶中也分布大量的白云石(图14b)。大气淡水环境下发生淋滤溶蚀,残留的生物碎屑和泥晶发生溶蚀,形成少量的晶间溶孔(图14c)。埋藏过程中,白云石的抗压实能力较强,压实作用对晶间孔的影响较小,岩石基本保留了早成岩期的结构组分和孔隙(图14d)。整体来看,RT3型储层原生粒间孔保留程度较低,晶间孔主要发育于准同生成岩环境,大气淡水环境下进一步提高了孔隙体积。