塔里木盆地于奇東地區(qū)東河塘組砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響

王元君 田 蒙 王 峻

（油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059）

泥盆系東河砂巖又稱東河砂巖段、東河塘組，最先是發(fā)現(xiàn)于塔里木盆地北部東河1井，是中國(guó)首次發(fā)現(xiàn)的連續(xù)厚度達(dá)275m的巨厚濱海相石英砂巖油氣藏（含油段厚度101m）［1］；其后相繼在東河塘油田、塔中4油田和哈德遜油田中發(fā)現(xiàn)了東河砂巖，并取得了重大的勘探成果。在2006年以前，東河砂巖一直被認(rèn)為是分選好、成分成熟度高、儲(chǔ)集物性好的一套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層［2］；但隨著認(rèn)識(shí)的深入，發(fā)現(xiàn)東河砂巖是形成于海西早期由西向東大規(guī)模海侵時(shí)的一套由西向東不斷超覆、減薄、尖滅的砂體。它不是一個(gè)等時(shí)沉積體，而是一個(gè)巖性相似的跨時(shí)代的沉積體［3］。東河砂巖并不都是好的儲(chǔ)層，西部地區(qū)物性差，不能作為有效儲(chǔ)層；最好的儲(chǔ)層位于塔北隆起周邊（即阿克庫(kù)勒凸起周邊），其次是塔中地區(qū)［4，5］。

近年來(lái)，隨著測(cè)試分析技術(shù)的發(fā)展，成巖作用由定性研究逐漸轉(zhuǎn)化為定量研究，并與沉積學(xué)、層序地層學(xué)等學(xué)科緊密結(jié)合，出現(xiàn)了諸如成巖相、成巖演化數(shù)值模擬等概念及研究思路［6－10］。隨著油氣勘探的深入，人們認(rèn)識(shí)到成巖過(guò)程是儲(chǔ)層優(yōu)劣的最終決定因素，尤其是針對(duì)深部?jī)?chǔ)層［11，12］。鑒于成巖作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育、改造的重要性，本文對(duì)于奇東及鄰區(qū)東河塘組砂巖的成巖作用、成巖演化及儲(chǔ)層發(fā)育的影響因素開(kāi)展深入研究，對(duì)明確研究區(qū)儲(chǔ)層的形成機(jī)制及儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素有重要意義，也可以為該區(qū)以后的勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

于奇東地區(qū)處于阿克庫(kù)勒凸起東北部、庫(kù)爾勒鼻凸西部（圖1）。該區(qū)的構(gòu)造演化與阿克庫(kù)勒凸起的形成發(fā)展息息相關(guān)。阿克庫(kù)勒凸起是以下古生界為主體組成的一個(gè)整體往北東抬升、向南西傾伏的大型鼻狀凸起構(gòu)造；志留—泥盆系呈剝蝕尖滅楔形體，環(huán)繞凸起東、南、西部邊緣分布；下石炭統(tǒng)剝蝕尖滅楔形體超覆于奧陶系—泥盆系之上［13，14］。

東河塘組分布在于奇東地區(qū)東南部，由西北向東南逐漸增厚，鉆遇厚度16～134m。該組與上覆地層下石炭統(tǒng)巴楚組角礫巖段呈平行不整合接觸，與下伏奧陶系的不同層位呈角度不整合接觸。沉積環(huán)境為三角洲—濱岸砂壩相，上部為淺灰、灰白色細(xì)—中粒石英砂巖、鈣質(zhì)細(xì)粒石英砂巖，局部夾紫紅色、灰綠色泥巖和灰色石英粉砂巖，含黃鐵礦晶體；下部為紫紅色、深灰色泥巖，與淺灰、綠灰色細(xì)粒石英砂巖、石英粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，夾灰紫色中礫巖，底部見(jiàn)一層細(xì)礫巖。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 巖石學(xué)特征

東河塘組儲(chǔ)集體主要有兩類：濱岸的沿岸砂壩砂體和潮控三角洲砂體。濱岸體系沿岸砂壩儲(chǔ)集砂體主要為灰白色細(xì)粒石英砂巖和巖屑石英砂巖，以中－細(xì)粒砂為主，碎屑物分選好，磨圓較好，膠結(jié)類型為孔隙－基底式，總體上結(jié)構(gòu)成熟度較高（圖2）。碎屑組分中石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以上，以單晶石英為主；長(zhǎng)石和巖屑含量低（圖3）。潮控三角洲前緣儲(chǔ)集砂體為淺灰色細(xì)粒巖屑石英砂巖和雜色細(xì)礫巖，以中－細(xì)粒砂和細(xì)礫狀砂為主，碎屑物分選一般，磨圓一般，膠結(jié)類型為孔隙－基底式，總體上該成因類型的砂巖結(jié)構(gòu)成熟度中等。碎屑組分中石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為75%～79%，以單晶石英為主；長(zhǎng)石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～7%，巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%～24%：成分成熟度中等。

3 不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

通過(guò)對(duì)研究區(qū)及附近區(qū)域7口鉆井的巖石薄片、掃描電鏡資料的綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)東河塘組砂巖儲(chǔ)層在埋藏過(guò)程中主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代作用和自生礦物的形成等作用。其中對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育影響比較大的有壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕3種成巖作用。

3.1 壓實(shí)作用

經(jīng)過(guò)鏡下薄片觀察和掃描電鏡觀測(cè)顯示，研究區(qū)內(nèi)砂體埋深較大，可見(jiàn)較明顯的壓實(shí)作用，顆粒多呈線接觸，顯微鏡下偶見(jiàn)壓裂現(xiàn)象（圖4）。砂巖儲(chǔ)集體的壓實(shí)作用受巖性和碳酸鹽膠結(jié)的影響較大，在雜基、塑性礦物顆粒及巖屑含量低的部位，由于碳酸鹽膠結(jié)物大量形成的緣故，支撐起上覆地層的壓力，壓實(shí)作用相對(duì)較弱；相反，塑性巖屑和礦物顆粒及雜基含量較高的部位，壓實(shí)作用較強(qiáng)，巖性較為致密。因此，對(duì)于成熟度較高的濱岸砂體，其雜基、塑性礦物顆粒及巖屑含量低，壓實(shí)作用有利于儲(chǔ)層的形成。

圖2 東河塘組砂巖顯微特征Fig.2 Micrographs of sandstones in Donghetang Formation

圖3 YQ1井東河塘組砂巖分類投點(diǎn)圖Fig.3 Sandstones classification map of Donghetang Formation in Well YQ1

3.2 膠結(jié)作用

3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物是研究區(qū)最主要的膠結(jié)物，以方解石為主。方解石一般晶形不好，多充填粒間，反映為早期沉淀的膠結(jié)物。由于早期形成的方解石易發(fā)生溶解，可形成貼粒縫和溶孔。鐵方解石在偏光顯微鏡下以被染成紫紅色與方解石相區(qū)別；鐵方解石的沉淀晚于方解石，充填于方解石被溶蝕后形成的溶孔中，并呈交代方解石產(chǎn)出（圖5）。鐵白云石是另一種常見(jiàn)的碳酸鹽膠結(jié)物，它的形成一般要晚于方解石和鐵方解石。由于白云石的結(jié)晶能力強(qiáng)，故在多數(shù)情況下以很好的菱面體形態(tài)充填在孔隙中。

一般來(lái)說(shuō)，碳酸鹽膠結(jié)作用是使儲(chǔ)層孔滲性降低的主要因素。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，儲(chǔ)層的孔隙度與碳酸鹽膠結(jié)物含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。早期碳酸鹽膠結(jié)物雖然使原生孔隙遭受充填；但另一方面，碳酸鹽的早期膠結(jié)作用可使壓實(shí)作用和壓溶作用受到抑制，保護(hù)了原生孔隙，同時(shí)也為溶解作用準(zhǔn)備了易溶的物質(zhì)基礎(chǔ)。在本區(qū)的成巖演化過(guò)程中，碳酸鹽膠結(jié)使得儲(chǔ)層較好地保存了一定的原生孔隙，并在隨后的溶蝕作用下釋放出來(lái)，對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育有積極作用。

圖4 東河塘組壓實(shí)作用鏡下特征（顆粒間呈現(xiàn)點(diǎn)－線接觸）Fig.4 Micrographs of compaction in Donghetang Formation

圖5 東河塘組碳酸鹽膠結(jié)物特征Fig.5 Carbonate cements characteristics of Donghetang Formation

3.2.2 石英次生加大膠結(jié)

研究區(qū)儲(chǔ)層可見(jiàn)較多的石英次生加大膠結(jié)，但加大級(jí)別不同，大多數(shù)為寬窄不一、分布不均勻、不連續(xù)的Ⅰ—Ⅱ級(jí)加大（圖6）。石英次生加大通常與碳酸鹽膠結(jié)物和長(zhǎng)石的溶解作用，以及高嶺石的沉淀現(xiàn)象共存。石英次生加大現(xiàn)象表明成巖作用由早期碳酸鹽膠結(jié)的堿性環(huán)境向酸性環(huán)境的轉(zhuǎn)化，在儲(chǔ)層演化中，它充填粒間孔隙，是造成孔隙度降低的重要因素。

3.2.3 鐵質(zhì)膠結(jié)

東河塘組砂巖中可見(jiàn)少量鐵質(zhì)膠結(jié)物，呈斑點(diǎn)狀分布（圖7－A），局部見(jiàn)鐵質(zhì)結(jié)核（圖7－B），主要以黃鐵礦的形式產(chǎn)出，形成于中成巖B期，對(duì)儲(chǔ)層起破壞性作用。

3.2.4 黏土礦物膠結(jié)

研究區(qū)內(nèi)東河砂巖主要見(jiàn)伊利石、伊蒙混層、高嶺石膠結(jié)。伊利石膠結(jié)主要呈針狀和絲絮狀，或以膜狀分布在粒表，并且主要以伊蒙混層的形式附著在顆粒表面或充填于孔隙中。高嶺石膠結(jié)物相對(duì)較多，常呈書(shū)頁(yè)狀、蠕蟲(chóng)狀、手風(fēng)琴狀，主要充填在粒間孔中。黏土礦物特別是高嶺石和伊蒙混層占據(jù)了一定的粒間孔隙，在一定程度上降低了砂體的儲(chǔ)集性能；但它們又往往是長(zhǎng)石、雜基等物質(zhì)溶蝕作用的結(jié)果，是溶蝕孔形成的產(chǎn)物。

3.2.5 膠結(jié)作用的期次

通過(guò)膠結(jié)作用的研究，認(rèn)為膠結(jié)作用的期次為碳酸鹽膠結(jié)－石英次生加大－碳酸鹽膠結(jié)－黏土礦物形成轉(zhuǎn)化及自生石英晶體形成。早期淺埋藏過(guò)程中，沉積物中的富鈣質(zhì)流體沉淀，形成方解石膠結(jié)物（圖8－A）；隨著埋藏加深，腐殖質(zhì)在相對(duì)淺的埋藏地點(diǎn)發(fā)生氧化反應(yīng)，在埋藏壓實(shí)過(guò)程中釋放出有機(jī)酸，形成酸性環(huán)境，碳酸鹽膠結(jié)物溶解釋放原生孔隙，溶蝕長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物釋放出硅質(zhì)（或者在同生－早成巖階段火山作用提供的硅質(zhì)），沉淀形成石英次生加大（圖8－B，C），同時(shí)有蒙皂石或伊蒙混層的生成；在繼續(xù)埋藏加深的過(guò)程中，石英次生加大逐漸停滯，碳酸鹽開(kāi)始沉淀，同時(shí)黏土礦物大量充填于粒間空隙，有少量含鐵方解石形成（圖8－D）。

圖6 東河塘組Ⅰ—Ⅱ級(jí)石英次生加大現(xiàn)象Fig.6 TheⅠ－Ⅱgrade quartz overgrowth phenomenon of Donghetang Formation

圖7 東河塘組砂巖的鐵質(zhì)膠結(jié)及黃鐵礦結(jié)核Fig.7 Ferruginous cements and coal blendes in the sandstones of Donghetang Formation

圖8 東河塘組膠結(jié)作用特征Fig.8 Cementation characteristics in Donghetang Formation

3.3 溶蝕作用

研究區(qū)砂巖的溶蝕作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)物、黏土雜基、長(zhǎng)石顆粒、部分巖屑的溶蝕，甚至石英顆粒表面亦有弱溶蝕作用。對(duì)儲(chǔ)層影響最大的是碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕，而黏土雜基、長(zhǎng)石顆粒、石英顆粒和部分巖屑的溶蝕形成的次生孔隙是次要的（圖8－B，C）。

碳酸鹽膠結(jié)物被溶蝕主要形成大量的粒間溶孔，長(zhǎng)石的溶蝕形成粒內(nèi)溶蝕孔和粒緣溶蝕孔?？傮w上看，長(zhǎng)石和部分巖屑溶蝕作用相對(duì)碳酸鹽膠結(jié)物溶解作用對(duì)次生孔隙發(fā)育的貢獻(xiàn)要小一些，由黏土雜基被強(qiáng)烈溶蝕也可形成豐富的粒間溶孔。產(chǎn)生溶蝕作用的主要原因是有機(jī)質(zhì)在埋藏過(guò)程中所形成的富含有機(jī)酸和碳酸的熱液對(duì)不穩(wěn)定組分進(jìn)行溶解作用所致，黏土礦物脫水對(duì)溶蝕作用的進(jìn)行有重要促進(jìn)作用。

4 成巖演化與孔隙演化的關(guān)系

通過(guò)對(duì)該地區(qū)東河砂巖的成巖作用、自生礦物（數(shù)量、類型）、孔隙類型的研究，并參考古地溫、有機(jī)質(zhì)成熟度等研究成果，認(rèn)為于奇東地區(qū)的東河砂巖成巖作用可達(dá)中成巖B期（表1）。即東河塘組的成巖作用經(jīng)歷了同生期、早成巖階段（分為A期、B期）、中成巖階段（分為A期、B期）。

其成巖演化與孔隙演化的關(guān)系如下：同生期－早成巖A期，沉積物中的富鈣離子流體發(fā)生沉淀，形成方解石膠結(jié)物，其中顆粒膠結(jié)的白云石先于方解石膠結(jié)物充填于孔縫中。至早成巖B期，腐殖質(zhì)在相對(duì)淺的埋藏地點(diǎn)因氧化反應(yīng)，在埋藏壓實(shí)過(guò)程中釋放出有機(jī)酸，形成酸性環(huán)境，長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物溶蝕釋放出硅質(zhì)，或者在同生－早成巖階段火山作用提供的硅質(zhì)，沉淀形成石英次生加大；少量方解石膠結(jié)物溶解，釋放原生孔隙；同時(shí)有蒙皂石或伊蒙混層生成充填于原生孔隙中。至中成巖階段，由于有機(jī)質(zhì)的成熟，釋放出有機(jī)酸，或者下伏地層有機(jī)酸的輸入，長(zhǎng)石和碳酸鹽膠結(jié)物等進(jìn)一步溶蝕形成次生孔隙，大量黏土礦物生成并充填于原生孔隙和次生孔隙中，形成次生微孔；同時(shí)有Ⅱ－Ⅲ級(jí)石英加大、自生石英晶體和鉀長(zhǎng)石次生加大及少量含鐵方解石形成。該階段形成的次生孔隙是東河塘組儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。

表1 于奇東地區(qū)東河塘組成巖階段劃分Table 1 The classification of the diagenetic stages of Donghetang Formation in Yuqidong area

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

a.研究區(qū)東河塘組砂巖主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代作用和自生礦物的形成等作用，其中對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育影響比較大的有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。

b.東河塘組在碳酸鹽膠結(jié)物的影響下，孔隙骨架支撐起上覆地層的壓力，使得本區(qū)成熟度較高的濱岸砂體都保留有較好的原生孔隙。這也是東河塘組在塔北地區(qū)埋深達(dá)到5km時(shí)殘余的孔隙度還較高的主要原因之一。

c.東河塘組砂巖成巖演化階段已達(dá)中成巖B期，壓實(shí)作用和部分膠結(jié)作用是使儲(chǔ)層物性變差的主要原因。早成巖B期碳酸熱液和腐殖質(zhì)釋放出的有機(jī)酸對(duì)不穩(wěn)定組分的溶解是改善儲(chǔ)層物性的重要因素。

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