準噶爾盆地南緣中段下組合儲層特征及控制因素分析

韓守華，李嫻靜，陳能貴，沈金龍，徐 洋

(中國石油 杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023)

準噶爾盆地南緣中段構(gòu)造上位于北天山山前沖斷帶中部，包括齊古斷褶帶、霍瑪吐背斜帶及阜康斷裂帶西部。該區(qū)存在3個區(qū)域性不整合:古近系與白堊系、白堊系與侏羅系及侏羅系與下覆地層的不整合［1-6］。準噶爾盆地南緣中段下成藏組合主要發(fā)育有下白堊統(tǒng)清水河組、上侏羅統(tǒng)喀拉扎組和齊古組等3套相對有利儲層(表1)，其也是目前的主要勘探目標。

1 儲層巖石學(xué)特征

準噶爾盆地南緣中段構(gòu)造較為復(fù)雜，沉積物源供給性質(zhì)的差異大，造成不同區(qū)塊同一層位和同一區(qū)塊不同層位的巖性變化較大。通過大量鑄體薄片的鑒定統(tǒng)計分析，研究區(qū)儲層巖石類型主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，少量的巖屑砂巖和巖屑長石砂巖?？傮w上表現(xiàn)為較低成分成熟度、低-中等及中等-較好的結(jié)構(gòu)成熟度，以普遍含有方解石和方沸石為特征。

1.1 下白堊統(tǒng)清水河組(K1q)儲層

下白堊統(tǒng)在研究區(qū)發(fā)育比較普遍，主要為湖相沉積，僅在清水河組(K1q)底部發(fā)育扇三角洲，是準噶爾盆地南緣區(qū)域性蓋層。巖性以不等粒粉-極細

表1 準噶爾盆地南緣中段下組合地層特征簡表Table1 Stratigraphic division for the lower associations in the middle part of southern Junggar Basin

粒巖屑砂巖或長石巖屑砂巖為主(圖1)，其次為少量的細-中砂巖及砂礫巖等。

圖1 準噶爾盆地南緣中段下組合砂巖三端元分類圖Fig.1 Triangular diagram for the sandstones from the lower associations in the middle part of southern Junggar Basin

不同區(qū)塊碎屑組分含量有明顯差異(表2)。莫索灣凸起的石英、長石含量相對較高，平均為34.4%和31.%;呼牧構(gòu)造帶的石英、長石平均含量相對較低，分別為18.3%和12.9%;從巖屑總含量來看，呼牧構(gòu)造帶含量明顯偏高，平均為68.8%，莫索灣最低，平均為34.1%，塑性巖屑含量均較少。雜基含量總體較低，主要由泥質(zhì)和絮凝粒組成，膠結(jié)物主要為方解石、方沸石、黃鐵礦及硅質(zhì)等。橫向上，方解石在山前齊古斷褶帶含量最高，平均可達9.44%;莫索灣未見方解石膠結(jié)，方沸石分布普遍，但含量低，二者均以斑塊狀或斑點狀分布;硅質(zhì)含量少，分布局限，以石英加大邊形式產(chǎn)出。碎屑顆粒分選中等、形態(tài)多為次棱角、次圓-次棱角狀或次棱角-次圓狀，顆粒間以點接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙式，局部見接觸-孔隙式膠結(jié)，顆粒式支撐。

1.2 上侏羅統(tǒng)喀拉扎組(J3k)和齊古組(J3q)儲層

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組(J3k)和齊古組(J3q)沉積相屬于沖積扇、辮狀河及辮狀河三角洲前緣。其中喀拉扎組與上覆地層吐谷魯群為不整合接觸，個別地段為平行不整合接觸，與下伏地層齊古組為整合接觸，個別處為不整合接觸，在準噶爾盆地大部分地區(qū)缺失本組沉積，分布較為局限，而齊古組分布相對較為廣泛 ?？M(J3k)巖性以細-中砂以及不等粒長石巖屑砂巖為主，齊古組(J3q)主要為細-中粒長石巖屑砂巖為主(圖1)。

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組(J3k)和齊古組(J3q)儲層以砂巖成分成熟度較低、結(jié)構(gòu)成熟度較高為特征(表3)。石英平均含量在22.6% ～30%之間，其中齊古斷褶帶的喀拉扎組(J3k)石英含量最高，可達37%;長石含量在不同區(qū)塊、不同層段相差不大，平均含量在21.3% ～27.0%之間，由于沉積時期處于干旱-半干旱氣候，所以巖石中的長石顆粒風(fēng)化作用表現(xiàn)較強，鏡下可以觀察到長石可以表面呈現(xiàn)污濁狀。巖屑平均含量占巖石總體積的45%以上，以凝灰質(zhì)巖屑為主。

雜基含量少，且多含鐵質(zhì)，鏡下多見黑褐色包殼或不規(guī)則團塊狀，齊古斷褶帶的喀拉扎組雜基含量相對較少(表3)。膠結(jié)物主要有方解石、方沸石、高嶺石及硅質(zhì)、鈉長石等;其中方解石、方沸石多以斑狀膠結(jié)，且齊古組的方沸石含量明顯高于喀拉扎組;硅質(zhì)和鈉長石均呈細小晶粒狀，主要分布于齊古組，喀拉扎組未見。碎屑顆粒多為次圓狀，甚至圓狀，分選中等，孔隙式膠結(jié)為主，在齊古斷褶帶的喀拉扎組(J3k)砂巖中，由于填隙物含量極少而呈接觸式膠結(jié)。

表2 清水河組(K1q)碎屑組分及填隙物含量(均值)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of the contents of detrital compositions and interstitial materials from the Qingshuihe Formation(K1q)

表3 上侏羅統(tǒng)碎屑組分及填隙物含量(均值)統(tǒng)計表Table 3 Statistics of the contents of detrital compositions and interstitial materials from the Upper Jurassic strata

2 儲層成巖作用

研究區(qū)儲層成巖作用較為強烈，成巖作用類型主要有壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，其次為各種交代作用。

2.1 成巖作用類型

1.壓實作用

研究區(qū)各區(qū)塊自上而下砂巖的壓實作用由弱到強，其特征為:(1)碎屑顆粒以點狀、點-線狀、線狀接觸，孔隙式膠結(jié)為主，局部見少量壓嵌-孔隙式或壓嵌式膠結(jié);(2)塑性巖屑受擠壓變形，擠入碎屑顆粒之間形成假雜基;(3)長條狀礦物彎曲變形，并發(fā)生綠泥石化;(4)部分剛性石英顆粒發(fā)生破碎。壓實作用是造成本區(qū)儲層儲集物性變差的主要成巖作用類型之一。

2.膠結(jié)作用

以弱至中等膠結(jié)為主，發(fā)育的膠結(jié)作用類型主要有方解石膠結(jié)作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用、沸石膠結(jié)作用，同時發(fā)育自生黏土礦物膠結(jié)作用。其中方解石呈斑塊狀、點狀分布于粒間孔隙中，分布較廣，膠結(jié)作用最強，對儲層儲集物性的影響最大，其次是方沸石的膠結(jié)作用。自生硅質(zhì)主要分布于齊古組，但含量較低(＜ 2.5%)。

膠結(jié)作用使本區(qū)儲層儲集物性變差，各種自生礦物的膠結(jié)和充填作用一方面使儲層砂巖的儲集空間減少，另一方面堵塞喉道而使砂巖的孔隙連通性變差，滲透率降低。

3.溶蝕作用

研究區(qū)儲層中的溶蝕作用普遍較弱，主要表現(xiàn)為長石、巖屑顆粒的選擇性溶蝕，其次在喀拉扎組和齊古組中發(fā)生方解石、方沸石的局部溶解，但溶蝕增孔量平均不到1%，故對儲層的儲集性能貢獻不大。

4.交代作用

主要表現(xiàn)為方解石交代碎屑顆粒中的長石，其次為長石顆粒的高嶺石化。

2.2 成巖序列

根據(jù)自生礦物的成分、形態(tài)、產(chǎn)狀、生成順序、組合特征、巖石顆粒接觸特征和孔隙組合類型以及鏡質(zhì)體反射率(Ro)來確定研究區(qū)的成巖序列與成巖階段。

儲層砂巖在成巖演化過程中的順序及過程為:(1)早成巖期，成巖的壓實作用減少了原生粒間孔隙方解石和方沸石的膠結(jié);石英、長石的次生加大以及方解石、硅質(zhì)、鈉長石等自生礦物析出，少量方解石以交代長石等其他組分的形式產(chǎn)出，經(jīng)過壓溶作用和自生礦物析出，原生粒間孔隙進一步減少;(2)早成巖階段晚期，當(dāng)粘土礦物轉(zhuǎn)化提供的Ca2+、Fe2+、Mg2+達到一定濃度時，會沉淀出含鐵方解石，局部有少量白云石的沉淀作用，主要以分散的晶粒狀分布于粒間孔中，同時伴有少量的溶蝕作用。

白堊系清水河組砂巖主要處于早成巖階段的A期和B期;喀拉扎組、齊古組砂巖主要處于早成巖階段的B期。

3 儲集性能及控制因素

3.1 儲集空間類型

準噶爾盆地南緣中段下組合碎屑巖儲層儲集空間以孔隙為主，具少量微裂縫。據(jù)鑄體薄片統(tǒng)計，本研究區(qū)下白堊統(tǒng)清水河組和上侏羅統(tǒng)喀拉扎組和齊古組儲層均是以原生孔隙為主(圖2a、2b)、次生孔隙為輔的復(fù)合孔隙類型。其中次生孔隙主要表現(xiàn)為長石和巖屑顆粒內(nèi)溶孔(圖2c)以及方解石、方沸石膠結(jié)物溶蝕孔(圖2d)。

3.2 儲層物性特征

從儲層物性來看(表4)，研究區(qū)侏羅系喀拉扎組的物性最好，在呼牧構(gòu)造帶長山1井區(qū)和齊古斷褶帶野外實測剖面，其孔隙度都達到了15%以上，通過鏡下鑄體薄片觀察分析，膠結(jié)物含量少、顆粒分選好是該段物性好的主要影響因素;其次是齊古組的物性較好，孔隙度主要在5% ～15%之間，相比之下，該段齊古斷褶帶物性最好，孔隙度均值為12.98%，滲透率均值為64.11mD;白堊系清水河組的物性在芳草湖最好，孔隙度均值為18.58%，滲透率均值為385.41mD，其原因是分選好、填隙物含量少以及成巖作用相對較弱。

圖2 儲集空間類型顯微特征Fig.2 Microscopic examination of the reservoir space types

表4 準噶爾盆地緣中段下組合儲層物性數(shù)據(jù)表Table 4 Porosity(%)and permeability(mD)in the lower associations of the middle part of southern Junggar Basin

3.3 控制因素分析

填隙物含量、巖性(粒度)是影響儲層性質(zhì)的重要因素［7-10］，儲層物性主要受填隙物含量和巖性(粒度)雙重因素影響，而填隙物和巖性與沉積相關(guān)系密切。

從不同巖性面孔率對比圖(圖3)上看，喀拉扎組(J3k)以中粒、細中粒的砂巖面孔率最好，其次是中細粒、細粒砂巖，不等粒砂巖最差;齊古組(J3q)以中粒、細中粒砂巖的最好，其次是中細粒、細粒和不等粒砂巖，粉細粒、極細粒砂巖較差;清水河組(K1q)除中細粒、細粒砂巖的面孔率為3.43%外，其它粒級的面孔率都在2%以下。

由圖4可知，面孔率和填隙物含量呈負相關(guān)關(guān)系，填隙物含量越高，面孔率越低，儲集物性也越差。相比之下，喀拉扎組(J3k)的填隙物最少，主要為方解石不均勻膠結(jié)，平均含量2.3%，其它填隙物含量均小于1%，面孔率一般在6% ～8%之間;齊古組(J3q)次之，主要填隙物為方解石和方沸石;頭屯組(J2t)和清水組(K1q)的填隙物含量最高，其中在清水河－塔西河的野外實測剖面清水河組層位中，方解石平均含量11%，巖性都為含灰質(zhì)砂巖;頭屯組(J2t)的方解石含量也較高，在長山1井和野外實測水磨河剖面分析樣品中，部分含量已達到10%以上，鏡下觀察其面孔率都在3.5%以下。

圖3 不同粒級砂巖的面孔率對比圖Fig.3 Comparison of the in-plane porosity in the sandstones of varying grain sizes

喀拉扎組(J3k)在野外實測剖面上比長山1井的物性要好，但整體上都可評價為Ⅰ類儲層。

長山1井的4塊喀拉扎組(J3k)樣品的面孔率均值為4%左右，野外實測剖面喀拉扎組的細中粒砂巖面孔率最好，均值為7.05%，其次是中細粒砂巖，其面孔率均值為5.9%，不等粒砂巖面孔率最差，面孔率均值只有3.5%(圖5)。

從填隙物來看(圖6)，喀拉扎組野外實測剖面的填隙物要少于長山1井。長山1井的泥雜基含量遠高于野外實測剖面，平均含量為1.63%。其次，長山1井的膠結(jié)物類型種類多，含量高。而野外實測剖面的喀拉扎組(J3k)膠結(jié)物主要類型為方解石的不均勻膠結(jié)，含量在2%以下。從結(jié)構(gòu)成熟度來看，野外實測剖面距物源較遠，搬運距離長，分選大多為好、中好，顆粒磨圓好，多為次圓、圓狀，巖石顆粒間都為點接觸的孔隙式膠結(jié)類型;而長山1井僅有的4塊樣品中，顆粒分選中等，磨圓度為次圓、次棱角狀，顆粒間為點-線式接觸的孔隙-壓嵌式的膠結(jié)類型。鏡下觀察，顆粒壓碎縫發(fā)育，其可能是受阜康斷裂構(gòu)造的影響。

圖4 填隙物含量與面孔率關(guān)系圖Fig.4 Diagram of the contents of interstitial materials(%)vs.in-plane porosity(%)

圖5 喀拉扎組長山1井與露頭剖面砂巖顯孔發(fā)育狀況圖Fig.5 Bar chart showing the development of the microporosity in the sandstones from the Changshan-1 well and measured section

圖6 喀拉扎組長山1井與露頭剖面砂巖主要填隙物含量對比圖Fig.6 Comparison of the contents of the interstitial materials(%)in the sandstones from the Changshan-1 well and measured section

壓實作用是原生孔隙損失的主要因素，膠結(jié)作用次之［11］。隨著埋藏深度的增加，巖石壓實作用增加，壓實減孔量明顯隨著深度的增加而增加。壓實作用對孔隙的影響主要表現(xiàn)為碎屑沉積物質(zhì)因上覆沉積物的壓實作用而使原生粒間孔減少，孔隙度降低。一般來說，對埋藏史相同的儲層，壓實作用對孔隙度的減少量與沉積巖的埋藏深度有關(guān)，一般表現(xiàn)為隨埋藏深度的增加，孔隙度趨向降低［12］。壓實減孔是研究區(qū)各層位孔隙損失的最主要原因。從孔隙度與埋深關(guān)系(圖7)來看，孔隙度總體上明顯隨深度的增加而減少，喀拉扎組(J3k)埋藏最淺，物性最好，孔隙度最大。

如圖8所示，研究區(qū)各目的層的壓實減孔量均遠大于膠結(jié)減孔量，這主要受埋藏深度大，壓實作用強的影響。

圖7 孔隙度與深度關(guān)系圖Fig.7 Porosity vs.depth diagram

圖8 南緣中段下組合儲層減孔評價圖Fig.8 Assessment of the porosity decrease in the lower associations of the middle part of southern Junggar Basin

4 結(jié)論

研究區(qū)儲層巖石類型主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，少量巖屑砂巖?？傮w上表現(xiàn)為較低成分成熟度、低-中等及中等-較好的結(jié)構(gòu)成熟度，普遍含有方解石和方沸石為特征。填隙物含量、巖性(粒度)是影響儲層性質(zhì)的重要因素，壓實作用和膠結(jié)作用是原生孔隙損失的主要因素。

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