2. 西南科技大学环境与资源学院, 四川 绵阳 621000;
3. 中国石油集团测井有限公司地质研究院, 西安 710000
2. School of Environment and Resources, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621000, Sichuan, China;
3. Geological Research Institute of CNPC Logging Co., Ltd., Xi'an 710000, China
0 引言
Bongor盆地位于乍得共和国南部，距离其首都恩贾梅纳约300 km。中国石油天然气集团有限公司(CNPC)于2006年获得盆地勘探全部股份，并于2007年4月下旬在Ro-1井喜获工业油流，实现勘探突破。截至目前，已发现Ro、Mi、Pr、Ba、Ca、Ph、Ra和Da共8个油田，累计控制石油可采储量约6.05亿桶。虽然取得了重要勘探突破，但目前针对Bongor盆地下白垩统碎屑岩储层的研究仍较为薄弱。
成岩作用是储层研究的重要内容，在一定程度上影响储层的分布规律[1]。成岩作用通常是指在温度与压力的影响下，原本松散的沉积物转变为沉积岩的过程[2]，其在浅埋藏阶段至深埋藏阶段均有发生，对储集空间的形成和消失以及储层的非均质性都具有较大影响。前人[3-5]研究表明，Bongor盆地下白垩统碎屑岩主要为扇三角洲沉积环境，沉积速度快，主要的成岩作用包括压实、胶结、交代、溶蚀等作用。本文通过岩心观察、铸体薄片、X射线衍射、阴极发光、物性分析、镜质体反射率RO和包裹体温度等方法及资料，对Bongor盆地下白垩统碎屑岩储层基本特征及成岩作用展开系统研究，并探讨了成岩作用对储层物性的影响，以期为该区下一步勘探开发提供地质依据。
1 区域地质背景Bongor盆地是一个受中非剪切带影响发育起来的中新生代陆内被动裂谷型盆地(图 1)，盆地基底主要由前寒武纪结晶岩-变质岩组成，主体为中新生界陆相碎屑岩地层，沉积盖层包括下白垩统和新生界两大构造层。其中早白垩世是盆地发育的主要时期，烃源岩和储盖组合在这一时期沉积形成；晚白垩世(约87 Ma开始)受非洲板块与欧亚板块碰撞产生的“桑顿阶挤压事件”的影响，上白垩统整体缺失。盆地整体呈近东西走向，长约280 km，南北宽40~80 km，面积近18 000 km2。下白垩统是盆地的主要勘探目的层，地层最大沉积厚度近7 km。
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| 图 1 Bongor盆地区域构造位置图 Fig. 1 Regional structural location map of Bongor basin |
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前人[4-5]依据古生物资料将下白垩统划分出Hauterivian、Barremian、Aptian和Albian等4个阶，结合钻井、地震资料进一步划分为P组、M组、K组、R组(RL、RU)和B组等5个地层组。
2 储层基本特征 2.1 储层岩石学特征依据Folk[6]的砂岩分类方案，Bongor盆地碎屑岩储层岩石类型主要为长石砂岩，另有少量岩屑长石砂岩(图 2a)，偶见少量钙质或泥质长石砂岩；按粒度分类为粗砂岩、中粗砂岩、不等粒砂岩、中细砂岩及含砾砂岩等。分析发现盆地13口井5个小层同井不同层、同层不同井之间岩石成分存在差异但不明显，间接反映了近距离快速沉积岩石成分成熟度低的特点[7]。
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| 图 2 Bongor盆地储集岩岩屑组分(a)与岩石成分(b)三角图 Fig. 2 Triangle map of reservoir debris composition (a) and rock composition (b) in Bongor basin |
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据统计，盆地单井碎屑组分中：石英体积分数为11.0 %~74.0%，大部分体积分数范围31.6%~50.7%(图 2a)，石英以单晶石英为主，普遍波状消光，可能与受后期应力作用有关；长石体积分数为17.0%~70.0%，均值范围35.0%~53.3%(图 2a)，长石类型主要为钾长石和钠长石；岩屑体积分数为0.0~28.0%，均值范围4.0%~20.0%，岩屑组分主要为变质岩岩屑、岩浆岩岩屑(图 2b)，另有少量泥岩、灰岩等沉积岩岩屑及云母等。
2.2 储层物性特征 2.2.1 储集空间类型根据岩心观察及铸体薄片、阴极发光、扫描电镜等鉴定结果(图 3)，Bongor盆地碎屑岩储集空间类型主要为孔隙型储层，孔隙类型有以下3种。
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| 图 3 Bongor盆地储集岩孔隙类型三角图 Fig. 3 Triangle diagram of reservoir pore type in Bongor basin |
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1) 粒间孔：粒间孔包括原生粒间孔和粒间溶孔。Bongor盆地储层原生粒间孔保留较好，原生粒间孔面孔率最大可达21.00%，平均9.17%；粒间溶孔最大6.00%，平均1.29%。粒间孔连通性好，为本区最常见、最主要、最有利的孔隙类型。
2) 溶孔：粒内孔包括长石、方解石溶孔和岩屑溶孔。Bongor盆地储层长石体积分数较高，长石溶蚀现象较为普遍，部分长石颗粒溶蚀强烈；同时由于沉积及成岩演化等条件的差异，不同地区不同井不同层段长石溶蚀的程度也存在差异。Bongor盆地长石溶孔面孔率平均为5.13%，最大可达14.00%，岩屑溶孔面孔率平均为0.23%，最大1.00%。
3) 微孔：微孔包括杂基中的微孔隙与高岭石晶间微孔、钙质胶结物溶孔等，薄片、电镜中可见，此类孔隙细小，总量少，连通性差，对碎屑岩渗透率贡献很小。
综合分析，Bongor盆地孔隙组合类型主要为溶孔-粒间孔型，其次为粒间孔-溶孔型。Mimosa、Ronier等地区普遍见溶孔，其他地区如Semegin-1等井基本未见或少见溶孔，溶孔-粒间孔组合类型为有利孔隙类型。
2.2.2 储层物性评价常规物性分析表明，下白垩统储层孔隙度、渗透率分布范围均较广，孔隙度在1.20%~30.90%之间，渗透率在0.007×10-3~12 060.000×10-3μm2之间。依据中石油碎屑岩储层孔隙度、渗透率评价标准，对Bongor盆地储层储渗性能进行评价。
P组：孔隙度范围3.00%~29.16%，均值15.39%；渗透率范围为0.013×10-3~1 599.260×10-3μm2，均值为261.250×10-3μm2，以中孔、中渗为主。
K组：孔隙度范围1.40%~29.07%，均值16.86%，以中孔为主；渗透率范围为0.007×10-3~2 477.640×10-3μm2，均值为231.610×10-3μm2，表现为特低渗、中高渗并存，非均质性极强。
R组：孔隙度范围1.20%~30.90%，均值18.20%；渗透率范围为0.010×10-3~12 060.000×10-3μm2，均值为401.180×10-3μm2，以中孔、低渗为主。
B组仅有Semegin-1井5个分析样品，孔隙度范围为23.90%~30.70%，均值为27.90%，为中高孔型储层。
M组未取心，缺少常规物性统计数据。
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| a. P组孔隙度；b. K组孔隙度；c. R组孔隙度；d. P组渗透率；e. K组渗透率；f. R组渗透率。 图 4 Bongor盆地储层孔隙度渗透率分布直方图 Fig. 4 Histogram of reservoir porosity and permeability distribution in Bongor basin |
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通过研究区200余张薄片观察，发现Bongor盆地岩石所经历的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用等4种类型。
3.1 压实作用Bongor盆地储层碎屑颗粒以点-短线接触为主，其次为点接触。由于杂基等填隙物体积分数较高，游离状分布也相对较多，小颗粒多充填于大颗粒之间，未见缝合接触。Bongor盆地砂岩经历了早期快速沉积深埋-后期反转抬升的过程，岩石中可以看到比较明显的压实作用，如粒间线接触及部分颗粒破碎、塑性颗粒变形、颗粒定向排列等(图 5)。
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| a. Ronier1-2井，1 063.36~1 063.70 m，大量细碎黑云母定向排列，泥质条带严重弯曲形变；b. Ronier1-2井，1 085.39~1 085.52 m，显微水平层理，大量白云母顺层定向排列；c. Ronier-6井，1 892.00 m，颗粒破碎及云母弯曲；d. Palmier-1井，716.00 m，颗粒受压破碎。 图 5 Bongor盆地岩石压实作用典型照片 Fig. 5 Typical picture of rock compaction in Bongor basin |
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盆地砂岩以长石砂岩为主，骨架颗粒较塑性岩屑和杂基的体积分数大，抗压实能力较强，大颗粒可以形成有效的支撑作用；加之该区地层受到构造反转作用，受强压实时间相对较短，使得盆地砂岩未见粒间缝合接触。因此Bongor盆地岩石压实作用主要体现在孔隙结构稳定化方面，对于后期储层演化影响较小，即埋深对储层的影响不大。
3.2 胶结作用胶结作用是储集层孔隙度降低的主要因素之一[8-10]。薄片资料显示，Bongor盆地下白垩统储集岩胶结物以黏土矿物、碳酸盐为主，其次为硅质等(图 6)。
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| a. Ronier1-2井，1 072.58~1 072.75 m，蠕虫状高岭石与纤维状、毛发状伊利石共生；b. Palmier-1井，1 897.00 m，粒间蠕虫状、书页状高岭石；c. Ronier1-2井，1 086.84~1 087.18 m，方解石胶结；d. Ronier1-2井，1 070.00~1 070.13 m，方解石细晶他形粒状星散状分布。 图 6 Bongor盆地岩石胶结作用典型照片 Fig. 6 Typical photos of rock cementation in Bongor basin |
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Bongor盆地砂岩中的黏土矿物主要为伊利石、高岭石及绿泥石等。岩石铸体薄片中伊利石多呈胶粒结构，部分呈薄膜状；电镜下观察伊利石呈片状、针状、絮状、叠瓦状等。铸体薄片观察高岭石结晶较差，晶形多为他形鳞片状，部分属于长石风化产物；电镜下高岭石呈书页状、蠕虫状或粪粒状。电镜下绿泥石呈针叶状、叶片状。Bongor盆地黏土矿物常见共生及混层现象，晶形普遍较差(图 6a，b)。
3.2.2 碳酸盐胶结Bongor盆地碳酸盐胶结物主要是(含铁)方解石、(含铁)白云石以及少量菱铁矿。碳酸盐主要以孔隙充填的形式存在，多为粉—细晶、中晶他形粒状，呈星散状分布，部分可见片状连晶及压力双晶等胶结(图 6c，d)。
3.3 交代作用Bongor盆地储层的交代作用主要体现在长石的高岭土化、伊利石化以及碳酸盐对颗粒的交代作用，交代作用沿颗粒的边缘及解理发育，可见到方解石交代幻影(图 7)。碳酸盐的交代作用也为后期的选择性溶解提供了物质基础。
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| a. Ronier1-2井，1 069.00~1 069.16 m，粗砂岩，方解石交代形成幻影构造(黑色颗粒有亮色环边)；b. Mimosa4-1井，1 193.18~1 193.40 m，长石砂岩，方解石交代碎屑；c. Palmier-1井，1 278.00 m，碳酸盐胶结及交代颗粒；d. Ronier CN-1井，1 614.80 m，碳酸盐胶结及交代颗粒形成交代幻影。 图 7 Bongor盆地岩石交代作用典型照片 Fig. 7 Typical photos of rock metasomatism in Bongor basin |
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Bongor盆地储层因颗粒组分中易溶的长石体积分数较高，故溶蚀作用普遍发育，各种溶孔通过扩大孔隙及喉道，改善储集性能。溶蚀现象主要为粒内溶孔、粒间溶孔及颗粒因溶蚀而形成锯齿及港湾状边缘，也见少量的铸模孔(图 8)。
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| a. Ronier4-1井，1 572.03 m，长石及碳酸盐溶蚀；b. Palmier-1井，1 179.5 m，溶蚀形成铸模孔。 图 8 Bongor盆地岩石溶蚀作用典型照片 Fig. 8 Typical photos of rock dissolution in Bongor basin |
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X衍射分析可知：Bongor盆地储层自生胶结物黏土矿物体积分数范围为0.91%~38.92%，平均体积分数为9.39%；黏土矿物中蒙脱石比较少见，体积分数范围为13.00%~51.00%，平均为30.83%；高岭石体积分数范围为1.30%~94.00%，平均为32.41%。高岭石体积分数普遍在下白垩统上部层位(R组及K组上部)较高，综合分析可能与盆地白垩系沉积后抬升剥蚀所经历的表生成岩作用有关；同时镜下砂岩中长石泥化现象普遍，可作为表生成岩作用标志。长石的高岭石化伴有SiO2的析出，在同一成岩条件下长石的溶蚀与石英的沉淀常表现互为消长的关系。绿泥石体积分数范围为0.60%~91.00%，平均体积分数为30.39%；伊利石相对体积分数范围为2.00%~97.70%，平均体积分数为21.70%；伊/蒙混层体积分数范围为0.90%~92.00%，平均体积分数为33.48%。
碳酸盐胶结物主要为方解石及铁白云石，方解石一般为较早期胶结物，铁白云石形成期相对较晚。白云石较少见。碳酸盐胶结物多为粉细晶、中晶他形粒状嵌晶基底式胶结，偶见泥晶胶结；其次为菱铁矿，其为成岩后期还原环境下的产物，常与黄铁矿共生。综合分析Bongor盆地储集岩中胶结物的体积分数及形态，下白垩统成岩阶段以早成岩B期—中成岩A期为主(图 9)。
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| 图 9 Bongor盆地成岩阶段、成岩作用及孔隙演化图 Fig. 9 Diagenetic stage, diagenesis and pore evolution of Bongor basin |
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在不同的成岩阶段有不同的黏土矿物组合，特别是泥质岩中伊利石/蒙皂石(I/S)混层黏土矿物的演化是有规律性的，随着演化程度的加深，蒙皂石体积分数和伊/蒙混层中蒙皂石层体积分数不断降低，而有序度则逐渐升高，伊利石或绿泥石的体积分数增加，据此可以划分出不同的成岩阶段。
Bongor盆地大部分样品黏土矿物伊/蒙混层比范围在15%~50%之间，为中成岩A期。
4.1.3 储层岩石特征及孔隙演化储层岩石的结构、构造特征随着成岩作用的增强会发生一定程度的改变[11]，颗粒间接触逐渐变得紧密，接触关系由点接触转变为线接触-凹凸接触-缝合接触。同时，孔隙的类型和规模也会发生变化，主要表现在原生孔隙-混合孔隙-次生孔隙的过渡。
根据岩心观察和岩石薄片等鉴定的结果，Bongor盆地颗粒间主要以点接触、点-线接触为主，处于早成岩B期—中成岩A期。孔隙类型主要以原生孔隙和受到溶蚀作用形成的混合孔隙为主，说明地层多达到早成岩B期—中成岩A期。
4.1.4 有机质成熟度指标Bongor盆地泥岩样品最高热解温度Tmax值集中分布范围为431.98~454.73 ℃，镜质体反射率RO分布范围为0.290%~1.067%，主要分布于0.39%~0.78%之间，大量样品有机质低成熟—成熟，分布层位以K、M、P组为主，成岩阶段以中成岩阶段A期为主，少部分半成熟(以B、R组为主)样品成岩阶段为早成岩阶段B期。
4.1.5 古温度指标砂岩样品包裹体均一温度为88.00~159.15 ℃，绝大部分样品包裹体均一温度位于85.00~140.00 ℃之间，对应成岩阶段达到了中成岩A期，少部分样品(55个样品中有6个样品)包裹体均一温度大于140.00 ℃，对应于中成岩B期。
4.2 成岩阶段划分结果通过对盆地内24口井成岩作用综合分析，Bongor盆地的成岩阶段主要有早成岩、表生成岩以及中成岩A期，目前钻井揭示下白垩统主要目的层(K、P组)以中成岩A期为主(图 9)。在中成岩阶段A期，古地层温度为85.00~140.00 ℃，镜质体反射率为0.5%~1.3%，有机质进入成熟阶段，干酪根在相对低温条件下热解并产生短链有机羧酸，致使成岩介质呈偏酸性，铝硅酸盐等易溶组分开始溶解，同时溶解作用也造成孔隙介质中钾离子浓度增加，伴随温度升高，导致蒙脱石转化为伊/蒙混层的速度加快，进而造成成岩流体中钠钙镁铁硅等离子的浓度进一步升高；但因铝硅酸盐的溶解对氢离子浓度指数增高具有一定缓冲作用，故其对碳酸盐溶解起到抑制作用。此外，在长石组分溶解时造成钙离子浓度增高，碳酸盐胶结得以持续产生，粒状或连生结构的方解石与长石溶解伴生并对长石产生一定程度的交代，长石的溶解和方解石的沉淀在该阶段交替进行。黏土矿物中开始形成一定程度的有序伊/蒙混层，蒙脱石体积分数在15.00%~50.00%之间并向绿泥石连续转化，进而造成孔隙被充填，且出现斜长石钠长石化；之后自生钠长石胶结物形成，蒙脱石转化为伊蒙混层以及长石的溶解作用造成孔隙内游离硅离子增加，导致自生石英在环边绿泥石发育较低的位置形成沉淀而充填孔隙。
5 成岩作用对储层的影响成岩作用对储层的影响一般指压实作用、胶结作用和溶蚀作用造成的孔隙损失与物性改善[12-13]，压实作用和胶结作用是造成孔隙损失的破坏性成岩作用，溶蚀作用是改善储层物性的建设性成岩作用。
5.1 压实作用、胶结作用使得孔隙度降低随着埋深的增加，压实作用的增强，储层储渗性能普遍降低。但由于本区下白垩统深埋时间短，成岩作用弱—中等，以及岩石刚性颗粒支撑，大小颗粒相互支撑等的影响，储层样品中很少见到颗粒紧密接触，保存了大量的原生粒间孔隙。
胶结作用是使储层储渗性能变差的重要因素[14-15]，据薄片观察统计，一方面Bongor盆地储集岩明显表现出当胶结物体积分数高于5.00%时，随着黏土矿物及碳酸盐胶结物体积分数增加，面孔率降低的特征，当胶结物体积分数低于5.00%时，胶结物对储层物性的影响小(图 10)；另一方面一些早期胶结作用如早期碳酸盐胶结则可能形成颗粒支撑，有效地抵消了压实作用，并为后期溶蚀作用提供物质基础。
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| 图 10 Bongor盆地储集岩黏土(a)与碳酸盐(b)面孔率-胶结物体积分数关系图 Fig. 10 Content face ratio relationship between clay (a) and carbonate (b) cement of reservoir rock in Bongor basin |
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压实作用和胶结作用是成岩过程中使孔隙度降低的最重要的成岩作用，但两者降低孔隙度的方式不同，并互相制约。压实作用不可逆地减小岩石的粒间体积，如果压实作用进行得快，则孔隙度和渗透率下降得快，层间水的流动便受到限制，胶结作用就不会发育；反之，胶结作用如果进行得快，则能较好地保存孔隙体积，这些胶结物在孔隙流体作用下可被溶解而再次形成孔隙，从而阻挠压实作用的进行。据Housknechet[16]压实作用和胶结作用相对重要性评价图，可对这两种作用的相对重要性作出评价(图 11)。
Bongor盆地10口井92个样品计算得知, 压实作用损孔率为5.75%~90.00%，平均为54.93%, 胶结作用损孔率为1.50%~92.50%，平均为31.30%；反映出总体上孔隙度的减小受压实作用的影响大于胶结作用。在成岩作用相对重要性评价图(图 11)上可以看出，大量样品点位于压实作用区，少量样品点位于胶结作用区。分析岩石压实作用与胶结作用重要性差异原因可知，由于部分样品(主要分布于R组及K组顶部相对较浅地层)受表生成岩作用的影响，表生高岭石等黏土矿物、灰泥等碳酸盐胶结物体积分数高，而浅层压实作用相对较弱，因此胶结作用对孔隙度的影响更为突出。
5.2 溶蚀作用是储层物性改善的主要途径溶蚀作用对本区储层影响较大。由于本区长石体积分数较高，也见碳酸盐胶结地层，二者的溶蚀作用扩大了原生孔隙，故形成规模较大的溶蚀与原生孔隙并存的混合孔隙段或次生孔隙发育段。
Bongor盆地由于下白垩统遭受强烈剥蚀，存在广泛的风化剥蚀表生成岩作用面，砂岩中长石溶蚀作用强烈，溶孔发育，同时伴随长石的泥化(主要为高岭石化)及石英的沉淀，以酸性介质中的无机成岩作用为主。随着埋深和介质pH值增加，高岭石等黏土矿物发生转变，同时有机质向热成熟演化，溶蚀作用以有机热成熟演化产生的CO2和有机酸溶蚀为主。
经过对本区成岩作用研究，可以判断本区储层压实作用虽然降低了孔隙度，但是仍然有大量粒间孔隙保存下来，黏土及碳酸盐等胶结物堵塞孔隙和喉道，在一定程度上影响储层的物性，但是发育并不算普遍。溶蚀作用较为普遍，扩大了原始粒间孔隙和喉道，并见少量粒内溶孔，在一定程度上改善了储层物性。
6 结论1) Bongor盆地下白垩统储集岩以细砂岩、中砂岩、粗砂岩等为主，储层岩石类型主要为长石砂岩，另有少量岩屑长石砂岩。胶结物以碳酸盐、黏土矿物为主。储层孔隙度、渗透率分布范围均较广，非均质性强。P组以中孔、中渗为主；K组孔隙度以中孔为主，渗透率表现为特低渗、中高渗并存，非均质性极强；R组以中孔、低渗为主。孔隙类型有粒间孔、溶孔、微孔，孔隙组合类型以溶孔-粒间孔型为主，其次为粒间孔-溶孔型，溶孔-粒间孔孔隙组合类型为有利孔隙类型。
2) Bongor盆地岩石所经历的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用等。通过成岩作用综合分析，成岩阶段主要有早成岩、表生成岩以及中成岩A期，目前钻井揭示下白垩统目的层主要处于表生成岩、早成岩B期(R组为主，部分K组顶部)，中成岩A期(K、M、P组为主，部分R组)，主要目的层(K、P组)以中成岩A期为主，成岩作用弱—中等，成岩阶段相对有利。
3) 成岩作用是控制Bongor盆地下白垩统储层物性的主要因素。压实作用和胶结作用是破坏性成岩作用，其中压实作用使原始孔隙度平均损失为54.93%，胶结作用使原始孔隙度平均损失31.30%，总体上孔隙度的减小受压实作用的影响大于胶结作用；受表生成岩作用的影响，胶结作用对孔隙度的相对影响更为突出。溶蚀作用是建设性成岩作用，较大改善了本区储层物性。
致谢: 在本文完成过程中，西南石油大学地球科学与技术学院陈科贵教授给予了悉心指导，在此表示感谢！
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