準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)三疊系成巖相定量研究

譚開(kāi)俊，許多年，尹 路，代冬冬，齊 雯

（1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院）

0 引言

隨著勘探程度的日益加深，準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)三疊系目前主要以地層-巖性油氣藏勘探為主。在烴源巖和構(gòu)造等成藏條件基本明確的情況下，尋找有效儲(chǔ)集體是勘探工作的重點(diǎn)和核心。儲(chǔ)層的性質(zhì)與埋藏后的成巖作用關(guān)系密切，且建設(shè)性成巖作用是決定儲(chǔ)層有效性的關(guān)鍵。筆者通過(guò)成巖相研究，有效地確定了與儲(chǔ)層性質(zhì)直接相關(guān)的有利儲(chǔ)集體［1-3］，并很好地指導(dǎo)了研究區(qū)的油氣勘探。

1 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)三疊系儲(chǔ)層巖性以沖積扇、扇三角洲、辮狀河以及三角洲沉積的砂巖、含礫砂巖和砂質(zhì)礫巖為主［4］。其中，砂巖以巖屑砂巖為主，長(zhǎng)石巖屑砂巖次之。碎屑顆粒中石英含量為13%；長(zhǎng)石含量為14%；巖屑含量為73%，且火山巖巖屑含量較高（51.9%），變質(zhì)巖巖屑含量次之（13.6%），硅質(zhì)巖巖屑含量較少（3.9%）。研究區(qū)巖石顆粒粒度總體較粗，分選較差，結(jié)構(gòu)成熟度較低，顆粒以次棱角狀—次圓狀居多（占樣品總數(shù)的75.6%），顆粒接觸關(guān)系以線(xiàn)接觸為主（占顆?？倲?shù)的63.8%），點(diǎn)接觸次之（占顆粒總數(shù)的13.2%），少量為凹凸接觸；雜基以泥質(zhì)為主（含量為2.56%），水云母化泥質(zhì)次之（含量為2.06%）；膠結(jié)物主要有碳酸鹽、硅質(zhì)、黏土礦物和沸石類(lèi)等，以接觸式和孔隙—接觸式膠結(jié)為主，鑲嵌式膠結(jié)次之；儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類(lèi)型以次生溶孔為主（占樣品總數(shù)的55.4%），剩余粒間孔次之（占樣品總數(shù)的29.6%），少量為界面縫（占樣品總數(shù)的9.6%）和裂縫（占樣品總數(shù)的5.4%）；儲(chǔ)層孔隙度為8%～18%，平均孔隙度為12.02%，滲透率為0.16～320mD，平均滲透率為1.35mD，屬中孔、中低滲儲(chǔ)層。

2 成巖作用

筆者通過(guò)研究普通薄片和鑄體薄片中的巖石成分、結(jié)構(gòu)和成巖標(biāo)志，并分析掃描電鏡下黏土礦物的晶體形態(tài)，認(rèn)為烏夏地區(qū)三疊系儲(chǔ)層主要發(fā)育壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用3種成巖作用，而交代作用少見(jiàn)。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是研究區(qū)常見(jiàn)的一種成巖作用，自沉積物沉積期開(kāi)始，一直存在于埋藏過(guò)程中。研究區(qū)三疊系壓實(shí)作用的主要特征有：①顆粒接觸緊密（圖版Ⅰ-1、圖版Ⅰ-2）；②塑性顆粒及雜基條帶彎曲變形，個(gè)別顆粒破碎（圖版Ⅰ-3）；③發(fā)育由塑性顆粒及泥質(zhì)團(tuán)塊形成的假雜基；④剛性顆粒發(fā)育裂紋，邊緣破裂。

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)三疊系儲(chǔ)層中的膠結(jié)物主要有碳酸鹽（含量為 5.23%）、硅質(zhì)（含量為 0.22%）、黏土礦物（含量為0.88%）和沸石類(lèi)（含量為0.14%）等。

碳酸鹽膠結(jié)物主要包括方解石、（含）鐵方解石、菱鐵礦以及白云石和（含）鐵白云石（圖版Ⅰ-4）。方解石在研究區(qū)分布居多，有微晶方解石和亮晶方解石2種產(chǎn)狀，并以亮晶方解石為主；（含）鐵方解石呈嵌晶結(jié)構(gòu)，不均勻充填于顆?？紫堕g；菱鐵礦常以微晶狀、團(tuán)塊狀以及晶粒狀產(chǎn)出；白云石和（含）鐵白云石常沿碎屑顆粒周?chē)蕯嗬m(xù)的薄膜式膠結(jié)，或分散充填于孔隙中。

硅質(zhì)膠結(jié)物主要為次生加大石英，以不規(guī)則窄邊狀或鋸齒狀次生加大邊出現(xiàn)（圖版Ⅰ-5）。早期硅質(zhì)膠結(jié)以石英周邊幾乎都發(fā)育次生加大為特征，晚期硅質(zhì)膠結(jié)以石英次生加大邊生長(zhǎng)不規(guī)則且延長(zhǎng)有限為特征。石英次生加大常與長(zhǎng)石等礦物溶解作用相伴生，且有溶解作用越強(qiáng)，硅質(zhì)膠結(jié)作用也越強(qiáng)的現(xiàn)象。

黏土礦物膠結(jié)物主要包括高嶺石、伊/蒙混層和綠泥石（圖版Ⅰ-6），蒙脫石相對(duì)較少。高嶺石大部分為自生成因，晶體呈假六邊形，集合體呈蠕蟲(chóng)狀和書(shū)頁(yè)狀，常以孔隙充填的形式產(chǎn)出。伊/蒙混層常呈不規(guī)則狀附著于粒表或充填于粒間孔隙中。綠泥石有4種產(chǎn)出形式：①綠泥石圍繞顆粒周?chē)士紫兑r邊產(chǎn)出，這種黏土環(huán)邊均勻地包繞在顆粒外面，阻礙了顆粒與孔隙水的接觸，從而減少了其他膠結(jié)物的沉淀，同時(shí)，作為顆粒間的膠結(jié)物，綠泥石可以支撐顆粒，抵抗一定的機(jī)械壓實(shí)作用，從而有利于原生粒間孔的保存［5-6］；②不規(guī)則片狀和絨球狀充填于孔隙中；③顆粒綠泥石化，綠泥石呈葉片狀；④分散狀混于雜基中。

沸石類(lèi)膠結(jié)物主要包括方沸石、片沸石和濁沸石，且方沸石最為發(fā)育（圖版Ⅰ-7）。方沸石在鏡下呈假六邊形，常沿著顆粒向粒間孔隙中呈馬牙狀生長(zhǎng)，常與方解石共生形成粒間膠結(jié)物堵塞孔隙，并于后期因遭受溶蝕而形成次生孔隙，從而改善了儲(chǔ)集性能；片沸石因多包含鐵離子而呈橘紅色，呈板條狀晶體分散于孔隙中，或沿顆粒周?chē)蛄ｉg孔隙中呈馬牙狀生長(zhǎng)；濁沸石一般呈柱狀、纖維狀充填于孔隙中。

2.3 溶解作用

研究區(qū)三疊系發(fā)育的溶解作用主要有以下2種類(lèi)型：

（1）顆粒溶解，常見(jiàn)巖屑及長(zhǎng)石顆粒溶解形成次生孔隙（圖版Ⅰ-8、圖版Ⅰ-9），表現(xiàn)為3種特征：①顆粒邊緣溶解呈不規(guī)則狀，向中心擴(kuò)展形成粒間擴(kuò)大溶孔；②巖屑顆粒內(nèi)僅部分礦物或局部發(fā)生溶解而形成斑點(diǎn)狀、蜂窩狀和條紋狀粒內(nèi)溶孔；③顆粒發(fā)生強(qiáng)烈溶解僅少量殘余或顆粒完全溶解形成鑄?？紫丁?/p>

（2）粒間填隙物溶解，主要為粒間方解石及方沸石溶解。

3 成巖相內(nèi)涵及定量評(píng)價(jià)

3.1 成巖相內(nèi)涵

對(duì)于成巖相的定義不同學(xué)者表述不一，但多數(shù)學(xué)者都涉及到了成巖作用及其產(chǎn)物等內(nèi)容。從一般意義上講，成巖相是指沉積物在構(gòu)造、流體和溫壓等作用下，經(jīng)歷一定成巖作用和成巖演化的產(chǎn)物，具有一定的空間分布形態(tài)和規(guī)律。不同成巖相具有特定的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和巖石物理特征［2］。成巖相研究與傳統(tǒng)的儲(chǔ)層研究相比，更趨于半定量化或定量化，且描述精度更進(jìn)一步，可指出砂體中的有利成巖體，目標(biāo)與儲(chǔ)集性能直接相關(guān)［3］。

3.2 成巖作用強(qiáng)度的定量評(píng)價(jià)

筆者在詳細(xì)分析研究區(qū)三疊系儲(chǔ)層特征及主要成巖作用的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算3種成巖作用（壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用）的強(qiáng)度，定量研究了該區(qū)三疊系的成巖相特征，其步驟為：①恢復(fù)原始孔隙度；②恢復(fù)壓實(shí)后粒間剩余孔隙度；③計(jì)算視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率；④建立壓實(shí)程度、膠結(jié)程度和溶蝕程度的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)；⑤通過(guò)井-震結(jié)合，編制不同層組的壓實(shí)程度、膠結(jié)程度和溶蝕程度分布圖并進(jìn)行疊合，對(duì)成巖相進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

3.2.1 原始孔隙度的恢復(fù)

恢復(fù)砂巖原始孔隙度是定量評(píng)價(jià)不同類(lèi)型成巖作用影響儲(chǔ)層孔隙演變程度的基本前提，通常采用Beard等［7］對(duì)不同分選狀況下未固結(jié)砂巖實(shí)測(cè)的初始孔隙度關(guān)系式來(lái)計(jì)算，即

式中：D1=2-Ф75；D3=2-Ф25（Ф75與 Ф25為篩析法粒度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。

3.2.2 壓實(shí)后粒間剩余孔隙度的恢復(fù)

恢復(fù)壓實(shí)后的粒間剩余孔隙度主要用于評(píng)價(jià)壓實(shí)作用對(duì)原生粒間孔的破壞程度。在沉積物進(jìn)入埋藏期后，上覆沉積物靜壓力、孔隙水壓力、沉積物顆粒的物理性質(zhì)（如剛性、塑性、半塑性）以及填隙物成分和含量等因素將綜合制約原生孔隙的消亡方式。所以，恢復(fù)剩余粒間孔隙度也是定量評(píng)價(jià)后期化學(xué)膠結(jié)作用和交代作用對(duì)孔隙的破壞程度及次生孔隙的形成對(duì)孔隙改善程度的前提。剩余粒間孔隙度可采用下式來(lái)恢復(fù)：

3.2.3 視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率的計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)［8-10］，視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率可采用下式計(jì)算：

式（3）～（5）中，膠結(jié)物總量、面孔率及溶蝕面孔率可由鑄體薄片統(tǒng)計(jì)獲得。

筆者對(duì)烏夏地區(qū)三疊系各層組的視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明：位于烏爾禾鼻隆的烏30井在克上組和克下組的視壓實(shí)率分別為47.59%和65.92%，視膠結(jié)率分別為9.95%和8.89%，溶蝕率分別為25.00%和26.47%；位于夏子街?jǐn)囫迬У南?7井在克上組和克下組的視壓實(shí)率分別為48.76%和48.75%，視膠結(jié)率分別為8.18%和8.96%，溶蝕率分別為40.00%和33.33%；位于夏子街鼻隆的夏65井在克下組和百口泉組的視壓實(shí)率分別為66.83%和48.75%，視膠結(jié)率分別為7.72%和8.05%，溶蝕率分別為66.67%和62.07%；位于烏夏斜坡區(qū)的夏81井在克上組、克下組以及百口泉組的視壓實(shí)率分別為52.54%，48.11%，45.52%，視膠結(jié)率分別為7.24%，9.47%，8.812%，溶蝕率分別為50.00%，27.50%，40.00%；位于瑪湖地區(qū)的瑪002井在克上組和百口泉組的視壓實(shí)率分別為74.06%和54.55%，視膠結(jié)率分別為18.68%和19.63%，溶蝕率分別為66.67%和71.43%。由計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析來(lái)看，研究區(qū)三疊系具有壓實(shí)作用較強(qiáng)、膠結(jié)作用較弱和溶解作用中等的特征，且在縱向和橫向上的成巖作用強(qiáng)度具有差異性。

3.3 成巖相類(lèi)型

目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)成巖相提出了各種分類(lèi)和命名方案，如根據(jù)成巖礦物、成巖事件以及成巖環(huán)境等進(jìn)行命名，但多以定性為主［11-14］。筆者根據(jù)視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率進(jìn)行了成巖相類(lèi)型的劃分，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 壓實(shí)程度、膠結(jié)程度和溶解程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（%）Table 1 Grade scale for degreeof compaction,cementation and dissolution（%）

根據(jù)壓實(shí)作用程度及埋深，成巖相可劃分為3種類(lèi)型（表1）：①弱壓實(shí)成巖相，主要發(fā)育在辮狀河、三角洲以及沖積扇沉積的中細(xì)砂巖中，埋深一般小于1 500m，處于早成巖期，壓實(shí)作用弱，顆粒間多為點(diǎn)接觸，云母顆粒壓實(shí)變形，以原生孔隙為主，物性好，孔隙度為17%～27%；②中等壓實(shí)成巖相，主要發(fā)育在沖積扇及扇三角洲沉積的含礫砂巖、中粗砂巖以及不等粒砂巖中，埋深一般為1 500～2 500m，處于早成巖期B亞期—中成巖期A亞期，壓實(shí)作用中等，顆粒間多為線(xiàn)接觸，以剩余粒間孔及次生溶孔為主，物性較好，孔隙度為12%～17%；③強(qiáng)壓實(shí)成巖相，主要發(fā)育在沖積扇及扇三角洲沉積的砂礫巖、含礫砂巖中，埋深一般大于2 500m，處于中成巖期B亞期—晚成巖期，壓實(shí)作用強(qiáng)，顆粒多為線(xiàn)—凹凸接觸，以溶孔和裂縫為主，物性中等—較差，孔隙度為4%～12%。

根據(jù)膠結(jié)程度的差異，成巖相可劃分為以下3種類(lèi)型（表1）：①弱膠結(jié)成巖相，發(fā)育大量的碳酸鹽礦物膠結(jié)物，早期碳酸鹽以方解石為主，菱鐵礦次之，多呈充填孔隙式產(chǎn)出，晚期碳酸鹽為（含）鐵方解石及（含）鐵白云石，常以交代方式產(chǎn)出；②中等膠結(jié)成巖相，除發(fā)育部分碳酸鹽礦物外，還發(fā)育沸石類(lèi)、硅質(zhì)、鈉長(zhǎng)石等膠結(jié)物，各種膠結(jié)物充填孔隙或交代顆粒，降低了儲(chǔ)集物性；③強(qiáng)膠結(jié)成巖相，發(fā)育硅質(zhì)、黏土礦物和沸石類(lèi)膠結(jié)物以及少量的碳酸鹽類(lèi)膠結(jié)物。

根據(jù)溶蝕作用程度，成巖相可劃分為3種類(lèi)型（表1）：①弱溶蝕成巖相，發(fā)育在較淺部?jī)?chǔ)層，處于準(zhǔn)同生成巖期—早成巖期A亞期，以原生孔隙為主，儲(chǔ)層物性好；②中等溶蝕成巖相，發(fā)育在中深部?jī)?chǔ)層，處于早成巖期B亞期—中成巖期A亞期，以剩余粒間孔及次生溶孔為主，儲(chǔ)層物性較好—中等；③強(qiáng)溶蝕成巖相，發(fā)育在中深部?jī)?chǔ)層，處于中成巖期A亞期—中成巖期B亞期，以次生溶孔為主，且有裂縫發(fā)育，儲(chǔ)層物性中等—較差。

3.4 成巖相分布特征

3.4.1 克上組成巖相分布特征

烏爾禾鼻隆和夏子街?jǐn)囫迬е饕l(fā)育中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性較好，孔隙度為13%～22%；烏夏斜坡區(qū)和夏子街鼻隆主要發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為12%～16%；瑪湖地區(qū)發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-中等膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為7%～14%（圖1）。

3.4.2 克下組成巖相分布特征

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)三疊系克上組成巖相分布圖Fig.1 Diagenetic faciesdistribution ofupper Karamay Formation of Triassic in W uxia area,Juggar Basin

烏爾禾鼻隆和夏子街?jǐn)囫迬е饕l(fā)育中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，局部發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性較好，孔隙度為12%～20%；烏夏斜坡區(qū)主要發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為12%～17%；夏子街鼻隆主要發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為9%～17%；瑪湖地區(qū)主要發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-中等膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為6%～14%（圖 2）。

3.4.3 百口泉組成巖相分布特征

夏子街?jǐn)囫迬е饕l(fā)育中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性較好，孔隙度為13%～21%；烏爾禾鼻隆主要發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕相，儲(chǔ)層物性較好，孔隙度為12%～19%；夏子街鼻隆和烏夏斜坡區(qū)主要發(fā)育中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為11%～15%；瑪湖地區(qū)發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)-中等膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕相，儲(chǔ)層物性中等，孔隙度為 5%～14%（圖 3）。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)三疊系克下組成巖相分布圖Fig.2 Diagenetic faciesdistribution of lower Karamay Formation of Triassic inWuxia area,Juggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)三疊系百口泉組成巖相分布圖Fig.3 Diagenetic faciesdistribution of Baikouquan Formation of Triassic inW uxia area,Juggar Basin

綜上所述，各地區(qū)、各層組的成巖相特征具有差異性?？傮w來(lái)看，儲(chǔ)集性能由好到差的成巖相依次為中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相、中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕成巖相、強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相、強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕成巖相和強(qiáng)壓實(shí)-中等膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相。中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相主要分布在烏夏斜坡區(qū)的百口泉組，分布局限；中等壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕成巖相主要分布在夏子街?jǐn)囫迬У陌倏谌M、克下組、克上組以及烏爾禾鼻隆的克下組、克上組；強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相主要分布在夏子街鼻隆的克下組；強(qiáng)壓實(shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕成巖相主要分布在烏爾禾鼻隆的百口泉組和烏夏斜坡區(qū)的克下組、克上組以及夏子街鼻隆的克上組；強(qiáng)壓實(shí)-中等膠結(jié)-強(qiáng)溶蝕成巖相主要分布在瑪湖地區(qū)的各層組中。

4 結(jié)論

（1）烏夏地區(qū)三疊系儲(chǔ)層具有低成分成熟度，低結(jié)構(gòu)成熟度，中孔、中低滲特征，其成巖作用以壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用為主。

（2）通過(guò)原始孔隙度的恢復(fù)以及視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和溶蝕率的計(jì)算，開(kāi)展了成巖作用強(qiáng)度的定量評(píng)價(jià)，并厘定了成巖相的劃分標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)型。

（3）通過(guò)三疊系成巖相的定量評(píng)價(jià)，各層組的成巖相分布特征及物性特征具有差異性，但分布廣泛、物性較好的儲(chǔ)集體主要分布在烏爾禾鼻隆和夏子街?jǐn)囫迬У闹械葔簩?shí)-弱膠結(jié)-中等溶蝕成巖相。

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