準噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組毯砂成巖演化及其物性演化分析

陳 林，許 濤，張立寬，劉傳鵬，繆 灝

（1．勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000； 2．中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室，北京 100029）

準噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組毯砂成巖演化及其物性演化分析

陳 林1，許 濤1，張立寬2，劉傳鵬1，繆 灝1

（1．勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000； 2．中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室，北京 100029）

通過儲層鏡下觀察分析，研究準中1區(qū)塊三工河組二段毯砂儲層的微觀特征；根據(jù)自生礦物之間的交代關(guān)系及礦物的溶解—充填等現(xiàn)象，分析各成巖作用發(fā)生的先后順序；結(jié)合油氣充注史研究，建立儲層成巖演化序列與油氣充注的耦合關(guān)系，分析主成藏期毯砂的物性及其輸導(dǎo)能力．結(jié)果表明：該毯砂受成巖作用改造強烈，現(xiàn)今儲層物性整體以低孔低滲為主，孔隙類型主要為次生溶蝕孔，儲層經(jīng)歷多期溶解、多期膠結(jié)的過程，并伴隨多期油氣充注；在主成藏期，毯砂埋藏較淺，處于成巖早期，物性較好，可成為較好的橫向輸導(dǎo)層，在油源斷層較少的情況下，與各級斷層一起構(gòu)成斷—毯式輸導(dǎo)體系，使油氣得以大范圍輸導(dǎo)．

成巖演化；物性演化；準噶爾盆地腹部；毯砂；三工河組；油氣充注

0 引言

準噶爾盆地在侏羅紀時呈現(xiàn)盆大、水淺、坡小的湖盆背景，受北部烏爾禾、北西向克拉瑪依兩大物源體系控制，在準中1區(qū)塊廣泛發(fā)育三角洲沉積［1—4］．其中，三工河組二段上亞段（J1s12）主要發(fā)育曲流河三角洲前緣沉積，地層呈“泥包砂”的沉積特征，砂體呈孤立狀分布，連通性較差；三工河組二段下亞段（J1s22）主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，廣泛發(fā)育一套縱向厚度大且相互疊置、橫向延伸范圍廣呈泛連通的“毯砂”［2，5］．該毯砂油氣顯示豐富，且多口探井見到工業(yè)油流，成為重點勘探目的層之一［6—7］．

該區(qū)油源主要為下部二疊系烴源巖［8］，油源斷層相對較少，垂向輸導(dǎo)性能差，油氣大范圍輸導(dǎo)成為評價該區(qū)勘探潛力的關(guān)鍵．張善文［9］提出塊狀砂體橫向運移的概念，為該區(qū)油氣輸導(dǎo)的研究提供思路．在勘探過程中，于衛(wèi)星［10］提出該毯砂可成為較好的輸導(dǎo)層，對于油氣的輸導(dǎo)和成藏具有重要的意義，即J1s12發(fā)育的泛連通毯砂可成為一套重要的橫向輸導(dǎo)層，與深、淺斷層一起形成斷—毯式立體輸導(dǎo)體系，使沿少量油源斷層運移到該毯砂上的油氣可以大范圍的橫向運移，并沿著切穿毯砂的次級斷層運移到更上部的層位成藏．然而，因目前埋藏較深，該毯砂受成巖作用改造強烈，現(xiàn)今物性整體以低孔低滲儲層為主，輸導(dǎo)能力有限，成藏期儲層物性及是否能夠成為較好的輸導(dǎo)層，一直未能得到證實．因此，研究該毯砂的成巖演化過程及與油氣充注的對應(yīng)關(guān)系，對于研究物性演化過程，分析儲層的致密化過程及在成藏關(guān)鍵期的物性特征，評價毯砂在成藏關(guān)鍵期的輸導(dǎo)能力、勘探潛力及研究油氣的成藏規(guī)律等具有重要的指導(dǎo)意義．

通過儲層鏡下觀察分析和油氣充注史研究，筆者建立成巖演化序列和油氣充注的對應(yīng)關(guān)系，明確成藏關(guān)鍵期儲層的成巖作用特征及其對物性的影響，初步確立成藏關(guān)鍵期該毯砂具有較好的物性特征，證實毯砂在成藏關(guān)鍵期的輸導(dǎo)能力．

1 地質(zhì)概況

準噶爾盆地中部1區(qū)塊構(gòu)造上位于中央拗陷帶的中西部，勘探面積約為3 600km2，主體位于盆1井西凹陷和昌吉凹陷北斜坡，處于生油凹陷區(qū)內(nèi)，資源潛力大．目前該區(qū)勘探程度相對較高，已完鉆探井26口，多口井獲得工業(yè)油流，探明石油地質(zhì)儲量2×107t，主要目的層侏羅系三工河組（J1s）具備形成大中型巖性、構(gòu)造—巖性油氣藏的地質(zhì)條件．根據(jù)沉積旋回特征，三工河組（J1s）自上而下分為3段：三工河組一段（J1s1）、二段（J1s2）和三段（J1s3），其中J1s2為主要的砂巖發(fā)育層系，成為研究區(qū)主要的勘探目的層，自上而下又細分為三工河組二段上亞段（J1s12）和三工河組二段下亞段（J1s22）砂組．

2 儲層特征

2．1 巖石學(xué)特征

J1s22毯砂在巖性上主要由厚層淺灰色中—細砂巖及粗砂巖、含礫粗砂巖構(gòu)成，夾有多層深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥礫巖．沉積組構(gòu)上以巖屑質(zhì)長石砂巖為主（見圖1），石英平均體積分數(shù)為33．8%，長石平均體積分數(shù)為20．2%，巖屑平均體積分數(shù)為45．9%，以中酸性火山巖巖屑為主；其次為變質(zhì)巖巖屑及沉積巖巖屑．填隙物中雜基平均體積分數(shù)為2．9%，膠結(jié)物平均體積分數(shù)為6．6%，主要為碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、黏土礦物膠結(jié)物及少量鐵質(zhì)膠結(jié)物．另外，征沙村地區(qū)可見大量（硬）石膏膠結(jié)物．整體上該套儲層分選中等—偏好，顆粒磨圓以次棱角狀為主，粒間支撐方式以顆粒支撐為主，顆粒之間主要呈點—線接觸到線接觸；膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，可見基底式膠結(jié)．表明J1s12毯砂具有低成分成熟度、富含巖屑、雜基含量低和高結(jié)構(gòu)成熟度的巖石學(xué)特征．

2．2 儲集特征

J1s12毯砂孔隙度多分布在10%～15%之間，滲透率多分布在（0．1～50．0）×10—3μm2之間，整體屬于低孔低滲、超低滲儲層．通過鏡下觀察分析，儲集空間類型主要可見原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及少量裂縫，但整體以長石和碳酸鹽膠結(jié)物的次生溶蝕孔為主，其次為少量原生粒間孔．

圖1 準中1區(qū)塊侏羅系三工河組二段下亞段毯砂儲層巖石組構(gòu)三角圖Fig．1 The J1s22sandstone ditrital composition of block 1of cen—tral Junggar basin

3 成巖作用特征

J1s12毯砂埋藏較深（3 300～5 500m），成巖階段相對較高［11］，壓實作用較強烈，顆粒以點—線接觸到線接觸為主，并可見凹凸接觸，膠結(jié)作用主要為碳酸鹽膠結(jié)，其次為硅質(zhì)膠結(jié)，表現(xiàn)為石英次生加大，并可見多期（見圖2（b）），黏土礦物主要見自生高嶺石．膠結(jié)物不僅充填原生粒間孔，也會充填在前期溶孔中（見圖2（a）），壓實作用和膠結(jié)物作用導(dǎo)致孔隙大量損失．交代作用普遍存在，類型多樣（見圖2（b）、（d）、（f）），不僅可見膠結(jié)物交代顆粒，也可見膠結(jié)物之間的相互交代；溶解作用主要為長石顆粒及碳酸鹽膠結(jié)物溶解（見圖2（a）），石英顆粒及其加大邊也發(fā)生溶解（見圖2（c）），也可見少量巖屑的溶解等．研究區(qū)J1s12毯砂成巖階段高，成巖作用強烈，儲層物性受成巖作用改造顯著．

圖2 準噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組二段成巖現(xiàn)象Fig．2 Main kinds of diagenetic phenomena in J1s2of block 1in central Junggar basin

4 成巖演化序列及其與油氣充注的耦合關(guān)系

根據(jù)巖石薄片中自生礦物間的交代關(guān)系及礦物間的溶解—充填等現(xiàn)象，分析各成巖作用發(fā)生的先后順序及期次，結(jié)合流體包裹體熒光資料及均一溫度，確定油氣充注期次及其與各成巖作用的對應(yīng)關(guān)系，建立成巖演化與油氣充注的耦合關(guān)系．

4．1 成巖演化序列

首先，分析礦物的溶解作用及礦物間的溶解—充填關(guān)系，可見長石顆粒發(fā)生溶蝕，溶蝕孔隙中部分被碳酸鹽膠結(jié)物所充填，且碳酸鹽膠結(jié)物也發(fā)生溶蝕（見圖2（a）），推斷長石溶蝕早于碳酸鹽膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕；也見到石英顆粒及其加大邊發(fā)生溶蝕，且溶蝕空間也被碳酸鹽膠結(jié)物充填（見圖2（c）、（d）），可判斷石英加大早于石英溶蝕和碳酸鹽膠結(jié)［12］．

其次，分析各自生礦物間的相互交代及充填關(guān)系，可見碳酸鹽膠結(jié)物交代石英加大邊或充填在Ⅱ期石英加大邊的外側(cè)（見圖2（b）），也可見石英加大充填在碳酸鹽膠結(jié)物的膠結(jié)剩余粒間孔中（見圖2（e）），說明至少存在三期石英加大，第Ⅰ、Ⅱ期加大早于碳酸鹽礦物的膠結(jié)，第Ⅲ期加大晚于碳酸鹽礦物的膠結(jié)的．在征沙村地區(qū)可見硬石膏膠結(jié)物交代石英加大邊及其被碳酸鹽膠結(jié)物膠結(jié)（見圖2（e）、（f）），說明硬石膏的膠結(jié)要早于碳酸鹽礦物的膠結(jié)．

因此，各成巖作用的先后順序可歸納為：長石溶解／Ⅰ期石英加大→Ⅱ期石英加大→石英溶蝕→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期石英加大／碳酸鹽膠結(jié)物溶解．

4．2 油氣充注與成巖演化的耦合關(guān)系

人們利用烴源巖熱演化、流體包裹體均一溫度等方法研究研究區(qū)油氣充注史［1，13—17］，認為存在多期油氣充注，如李丕龍等認為研究區(qū)J1s發(fā)生早、晚兩期油氣充注：第Ⅰ期與瀝青伴生的早期鹽水流體包裹體均一溫度為50～65℃，對應(yīng)油氣成藏時間為J2—K1；第Ⅱ期與烴類流體包裹體伴生的鹽水流體包裹體均一溫度為80～105℃和105～140℃，對應(yīng)油氣充注時間為K2初—E［1］．蔣銳等對烴源巖的生排烴史的模擬結(jié)果表明，K1末是盆地最大的一次生排烴，表明K1末—K2初為主要油氣充注期［17］．

根據(jù)熒光薄片資料，不同時期充注的烴類流體被捕獲在不同期次的石英加大邊的塵線中（見圖3），Ⅰ期石英加大邊的塵線中捕獲一期烴類流體，Ⅱ期石英加大邊的外側(cè)又捕獲另一期烴類流體（呈黃色熒光），且孔隙中瀝青及石英顆粒內(nèi)裂縫中烴類包裹體熒光下呈藍白色，至少存在三期烴類充注，且烴類充注與石英加大期次關(guān)系為：Ⅰ期油氣充注（呈藍、藍白色熒光，多變成瀝青）→Ⅰ期石英加大／Ⅱ期油氣充注→Ⅱ期石英加大／Ⅲ期油氣充注．

圖3 沙1井侏羅系三工河組二段儲層薄片鏡下微觀特征（a、b為同一視域）Fig．3 The J1s2reservoir thin section characteristics under the microscope of well Sha l

油氣充注一方面可促進酸溶性礦物的溶解，另一方面抑制自生礦物的形成及礦物間的交代和轉(zhuǎn)化［18—22］，結(jié)合油氣充注與石英加大的關(guān)系，認為三期油氣充注伴隨著三期酸性流體的注入，進而形成三期石英加大和三期酸性溶解．統(tǒng)計不同含油級別儲層的膠結(jié)物體積分數(shù)及溶解面孔率，含油儲層的膠結(jié)物含量明顯低于不含油儲層的，且含油儲層的溶解程度也明顯高于不含油儲層的（見圖4），說明主充注期處于碳酸鹽膠結(jié)的早期，油氣的充注抑制碳酸鹽膠結(jié)物的繼續(xù)沉淀，且?guī)淼挠袡C酸溶蝕長石顆粒及已沉淀的碳酸巖膠結(jié)物．未被充注的儲層碳酸巖膠結(jié)物繼續(xù)沉淀，儲集空間被大量充填，導(dǎo)致現(xiàn)今物性較差．另外，長石的溶解產(chǎn)物在適當(dāng)條件下以自生高嶺石和石英加大邊的形式沉淀［19，23］，因此認為每期酸性溶蝕后均可能產(chǎn)生高嶺石及石英的次生加大．

圖4 侏羅系三工河組二段不同含油級別儲層對應(yīng)膠結(jié)物平均體積分數(shù)、平均溶蝕面孔率直方圖Fig．4 The J1s2statistical histogram of different oil bearing grade reservoir corresponding average cement content and average dissolution face rate

因此，成巖演化與油氣充注的耦合關(guān)系可建立為：壓實作用→Ⅰ期油氣充注／Ⅰ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅰ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→Ⅱ期油氣充注／Ⅱ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅱ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期油氣充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸鹽膠結(jié)物溶解）．

5 成藏關(guān)鍵期毯砂物性

根據(jù)成巖演化與流體演化的對應(yīng)性，主成藏期毯砂在成巖階段上處于成巖階段的早期，碳酸鹽膠結(jié)物尚未強烈膠結(jié)．根據(jù)單井埋藏史及熱史圖，結(jié)合主成藏期時間（即K1末—K2初沉積時期）可見，該時期J1s22毯砂埋深較淺，地溫小于80℃，鏡質(zhì)體反射率Ro＜0．5%（見圖5），基本處于早成巖階段．因此，可判斷：主成藏期毯砂未被強烈壓實，也未被強烈膠結(jié)，儲層物性較好，成為較好的儲集層及輸導(dǎo)層．準中1區(qū)塊J1s22毯砂的成巖演化、油氣充注及其物性演化見圖6．

圖5 莊1井單井埋藏史及熱史Fig．5 The burial history and thermal history of Well Zhuang1

6 毯砂對油氣輸導(dǎo)的意義

在主成藏期，研究區(qū)J1s22毯砂物性較好，由于橫向上廣泛連通，因此可做為重要的橫向輸導(dǎo)層及儲集層．由于研究區(qū)油源斷層相對較少，該毯砂可以使沿少量油源斷層運移到該毯砂上的油氣得以很好的橫向輸導(dǎo)，同時也可以沿著切割該毯砂的次級斷層源源不斷地向上輸導(dǎo)，到達上部層位的各類圈閉中而富集成藏．因此，該毯砂對于該層及其上部層位油氣藏的形成發(fā)揮重要作用，可以預(yù)測上部的圈閉只要有斷層與該毯砂相連，就有可能富集成藏．因此，該區(qū)毯砂及其上部J1s12、J2x及K1q等儲層具有較大勘探潛力．

圖6 準中1區(qū)塊侏羅系三工河組二段毯砂成巖演化及物性演化Fig．6 Diagenesis evolution and reservoir quality evolution of J1s2in block 1of central Junggar basin

7 結(jié)論

（1）準噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組J1s2毯砂現(xiàn)今成巖階段較高，受成巖作用改造強烈，儲集空間以次生溶蝕孔隙為主，多屬低孔、低滲儲層范疇．

（2）J1s2毯砂儲層經(jīng)歷多期膠結(jié)、多期溶解的過程，并經(jīng)歷三期油氣充注，每期充注均導(dǎo)致地層水的酸性降低，形成多期的石英加大和多期的酸性溶蝕．其成巖演化及油氣充注的耦合關(guān)系為：Ⅰ期油氣充注／Ⅰ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅰ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→Ⅱ期油氣充注／Ⅱ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅱ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期油氣充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸鹽膠結(jié)物溶解）．除沉積因素的基礎(chǔ)控制外，油氣充注不僅抑制碳酸鹽礦物的繼續(xù)膠結(jié)，而且?guī)淼乃嵝越橘|(zhì)對酸敏性礦物產(chǎn)生溶解，形成次生孔隙，是控制儲層物性的關(guān)鍵因素．

（3）在主成藏期，J1s2毯砂基本處于早成巖階段，物性較好，可成為較好的儲集層及輸導(dǎo)層，與油源斷層及溝通毯砂的次級斷層構(gòu)成斷—毯式輸導(dǎo)體系，可使油氣有效地進行大范圍橫向及垂向運移，對該毯砂及其上部地層油氣藏的形成具有重要貢獻，也明確研究區(qū)較大的勘探潛力．

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TE122．1

A

2095—4107（2013）05—0010—07

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．002

2013—06—25；編輯：陸雅玲

國家油氣重大專項（2011ZX05002—002）

陳 林（1984—），男，碩士，助理工程師，主要從事石油地質(zhì)綜合方面的研究．