中拐地區(qū)上烏爾禾組濁沸石展布規(guī)律及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

孟祥超，徐 洋，韓守華，陳能貴，鄒志文，郭華軍

（中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣為新疆油田最富集的油氣聚集區(qū)之一，二疊系中、深層碎屑巖儲(chǔ)層為近年來(lái)的勘探熱點(diǎn)之一，2010～2011年，JL2井在上烏爾禾組P3w恢復(fù)試油獲高產(chǎn)油流后，該區(qū)帶尤其是東部靠近凹陷的斜坡區(qū)滾動(dòng)勘探取得新進(jìn)展，展示良好的勘探前景.對(duì)該區(qū)二疊系中、深層碎屑巖儲(chǔ)層，前人研究主要集中于儲(chǔ)層巖性、孔隙類(lèi)型、物性特征等方面[1-4］，對(duì)主要膠結(jié)物及孔隙成因機(jī)理的分析不夠深入，尤其缺乏對(duì)沸石類(lèi)礦物平面展布規(guī)律及與產(chǎn)能關(guān)系的論述.濁沸石是研究區(qū)上烏爾禾組儲(chǔ)層中最重要的膠結(jié)物類(lèi)型，近年來(lái)，東部近斜坡區(qū)鉆遇的高產(chǎn)儲(chǔ)層中濁沸石膠結(jié)物含量較高，前人認(rèn)為濁沸石展布受控于物源區(qū)火山碎屑物質(zhì)[5-6］，主要發(fā)育在近物源的水上沉積環(huán)境[7-8］.筆者以鑄體薄片微觀鑒定分析為基礎(chǔ)，分析不同沉積微相砂體內(nèi)發(fā)育的膠結(jié)物類(lèi)型，結(jié)合區(qū)域地層及不整合面時(shí)空展布特征，認(rèn)為濁沸石發(fā)育受砂體沉積微相類(lèi)型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制，并對(duì)溶孔的發(fā)育程度及儲(chǔ)層產(chǎn)能產(chǎn)生重要影響，據(jù)此對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布范圍進(jìn)行預(yù)測(cè).

1 區(qū)域地質(zhì)概況及儲(chǔ)層基本特征

中拐凸起構(gòu)造位置處于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百斷裂帶東南部，東部自北向南與瑪湖凹陷、盆1井西凹陷、沙灣凹陷3個(gè)生烴中心緊鄰，位于三大生油凹陷的迎烴面方向[9-11］，構(gòu)造位置非常有利.

研究區(qū)自上而下鉆遇地層白堊系吐谷魯群（K1tg），侏羅系齊古組（J3q）、三工河組（J1s）、八道灣組（J1b），三疊系白堿灘組（T3b）、上克拉瑪依組（T2k2）、下克拉瑪依組（T2k1）、百口泉組（T1b），二疊系上烏爾禾組（P3w）、下烏爾禾組（P2w）、夏子街組（P2x）、風(fēng)城組（P1f）和佳木河組（P1j）.其中，下烏爾禾組（P2w）、夏子街組（P2x）、風(fēng)城組（P1f）僅發(fā)育在東部斜坡區(qū)，研究區(qū)主體部位表現(xiàn)為上烏爾禾組（P3w）與佳木河組（P1j）地層呈角度不整合接觸，東部斜坡區(qū)表現(xiàn)為上烏爾禾組（P3w）與下烏爾禾組（P2w）地層呈角度不整合接觸（見(jiàn)圖1）.

二疊紀(jì)以來(lái)，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣為繼海西運(yùn)動(dòng)后形成的海相—?dú)堄嗪Ｏ嘞蜿懴嘌莼那瓣懪璧豙12-14］，構(gòu)造巖漿活動(dòng)劇烈，形成較厚的中基—中酸性火山巖、火山碎屑巖和正常陸相碎屑巖沉積，且中拐地區(qū)位于克—百斷裂帶下盤(pán)近物源區(qū)，該區(qū)二疊系地層整體成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度較低，主要以巖屑砂礫巖為主（見(jiàn)圖2），巖屑組分主要為中基—中酸性火山巖[15-16］.目的層上烏爾禾組儲(chǔ)層粒間膠結(jié)物以濁沸石為主，其體積分?jǐn)?shù)為2%～8%，其次為高嶺石、硅質(zhì)及鐵方解石；孔隙類(lèi)型以濁沸石溶孔、剩余粒間孔為主，次為粒內(nèi)溶孔；孔隙度主分布在10%～15%之間，滲透率主分布在（1～50）×10-3μm2之間，整體屬低孔低滲儲(chǔ)層.

圖1 中拐地區(qū)地層發(fā)育特征Fig.1 Stratum feature in Zhongguai region

圖2 中拐地區(qū)二疊系巖礦組分三角圖Fig.2 Triangle chart of mineral component in permian，Zhongguai region

2 濁沸石膠結(jié)及溶蝕機(jī)理

研究區(qū)上烏爾禾組母巖富含火山碎屑物質(zhì)，結(jié)合濁沸石成因的研究成果[17-18］，依據(jù)濁沸石在砂巖中的產(chǎn)狀，把中拐地區(qū)上烏爾禾組濁沸石的形成分為2個(gè)階段.第一階段為斜長(zhǎng)石和火山物質(zhì)水化而形成的濁沸石，產(chǎn)狀主要表現(xiàn)為濁沸石沿解理交代長(zhǎng)石顆?；蚧鹕綆r巖屑中的長(zhǎng)石斑晶.該類(lèi)產(chǎn)狀的濁沸石在研究區(qū)薄片觀察中極少見(jiàn)，可以推測(cè)由此機(jī)制形成的濁沸石含量很少.第二階段主要為斜長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng)石化作用，產(chǎn)狀主要表現(xiàn)為充填于粒間的濁沸石膠結(jié)物.由于鈉長(zhǎng)石化作用可提高孔隙水中鈣離子的濃度，加之有大量溶解的二氧化硅的存在，更促進(jìn)濁沸石在粒間沉淀.該類(lèi)產(chǎn)狀的濁沸石在研究區(qū)最為常見(jiàn)（見(jiàn)圖3），斜長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng)石化作用為研究區(qū)濁沸石形成的主要成因機(jī)制.

圖3 濁沸石膠結(jié)、溶蝕及伴生礦物顯微特征Fig.3 Micro-feature of laumontite cementation-corrosion and its associated minerals

濁沸石（CaAl2Si4O12·4H2O）在砂巖中主要以膠結(jié)物形式產(chǎn)出，是一種典型的成巖自生礦物.濁沸石膠結(jié)物的形成需要堿性水介質(zhì)環(huán)境，在堿性水介質(zhì)條件下，斜長(zhǎng)石顆粒及火山碎屑顆粒中的斜長(zhǎng)石組分水解—濁沸石化，反應(yīng)過(guò)程中伴生鈉長(zhǎng)石[17-18］（見(jiàn)圖3（a）），以鈣長(zhǎng)石為例，反應(yīng)式：

反應(yīng)所需的Na＋、Si4＋離子由二疊系巖屑中高火山碎屑組分中的蒙脫石向伊利石、綠泥石轉(zhuǎn)化過(guò)程中大量脫水而析出[18-19］；長(zhǎng)石組分主要來(lái)自碎屑長(zhǎng)石顆粒及火山巖屑顆粒中的長(zhǎng)石組分.

濁沸石是架狀含水鋁硅酸鹽礦物，｛110｝解理非常發(fā)育，遇酸極易沿濁沸石解理縫發(fā)生溶蝕，溶蝕較充分時(shí)，孔隙內(nèi)僅見(jiàn)濁沸石殘晶（見(jiàn)圖3（b）），具同一消光位.

濁沸石溶蝕需要酸性流體成巖環(huán)境，伴生礦物為自生高嶺石及硅質(zhì)、方解石（見(jiàn)圖3（c）和（d））.沉積巖中自生濁沸石溶解的化學(xué)方程式[18-19］：

3 濁沸石含量與溶孔、產(chǎn)能關(guān)系

對(duì)濁沸石含量—孔隙度的相關(guān)性研究表明，濁沸石含量與孔隙度之間存在一個(gè)門(mén)檻值16%，即當(dāng)濁沸石體積分?jǐn)?shù)小于16%時(shí)，濁沸石含量—孔隙度呈正相關(guān)，即濁沸石作為后期溶蝕的物質(zhì)基礎(chǔ)，增孔作用明顯；當(dāng)濁沸石體積分?jǐn)?shù)超過(guò)16%時(shí)，濁沸石含量—孔隙度之間呈明顯的負(fù)相關(guān)，此時(shí)巖石大部分被濁沸石膠結(jié)，導(dǎo)致后期酸性溶蝕流體難以對(duì)其進(jìn)行有效溶蝕，濁沸石主要表現(xiàn)為減孔作用.研究區(qū)二疊系上烏爾禾組儲(chǔ)層濁沸石膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)分布在2%～8%之間，濁沸石膠結(jié)物含量—濁沸石溶孔含量呈明顯的正相關(guān)（見(jiàn)圖4），即濁沸石膠結(jié)物的作用主要體現(xiàn)為抑制壓實(shí)作用、保護(hù)原生孔隙及作為后期濁沸石溶孔發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ).濁沸石膠結(jié)物的存在多保留3%～8%的孔隙度（見(jiàn)圖5）.

圖4 中拐地區(qū)二疊系濁沸石膠結(jié)物含量—濁沸石溶孔含量關(guān)系交匯圖Fig.4 Relation map of the content of laumontite-corrosion pore in Permian，Zhongguai region

圖5 中拐地區(qū)二疊系孔隙度—深度交匯圖Fig.5 Relation map of porosity-depth in permian，Zhongguai region

濁沸石膠結(jié)物含量與東部斜坡區(qū)儲(chǔ)層的產(chǎn)能也具有明顯的正相關(guān)性，產(chǎn)液達(dá)到10～20m3／d產(chǎn)能井的濁沸石膠結(jié)物含量也相應(yīng)較高，平均體積分?jǐn)?shù)達(dá)4.61%（見(jiàn)圖6）.

圖6 中拐凸起斜坡區(qū)二疊系膠結(jié)物類(lèi)型—日產(chǎn)液量對(duì)比直方圖Fig.6 Relation histogram of cement typeper production in permian，Zhongguai slope region

4 濁沸石膠結(jié)物展布規(guī)律及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)

分析薄片鑒定資料及地層空間展布特征，研究區(qū)濁沸石膠結(jié)物分布受砂體沉積微相類(lèi)型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制.

4.1 濁沸石垂向展布

在沉積作用下，不同沉積微相的砂體具有不同的成巖作用特征，分析中拐地區(qū)東部斜坡區(qū)上烏爾禾組砂體沉積微相與各種成巖自生礦物的展布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)成巖過(guò)程中自生礦物，尤其是濁沸石的展布受砂體沉積微相控制比較明顯，研究區(qū)二疊系地層整體屬扇三角洲前緣亞相沉積，儲(chǔ)層微相類(lèi)型以水下分流河道砂體為主，少數(shù)河口壩砂體.薄片觀察發(fā)現(xiàn)，濁沸石含量與相帶之間關(guān)系密切，疊置的厚層主河道以濁沸石膠結(jié)為主，濁沸石體積分?jǐn)?shù)一般為4%～8%，最高可達(dá)12%（見(jiàn)圖7）；較薄孤立的分支河道以鐵方解石、硅質(zhì)膠結(jié)為主，少量濁沸石膠結(jié)；河口壩以硅質(zhì)、鐵方解石膠結(jié)為主，罕見(jiàn)濁沸石膠結(jié).這主要是因?yàn)樵诏B置的主河道厚砂體中，河流的疊置沖刷作用強(qiáng)烈，后期河道沉積底部的粗粒物質(zhì)對(duì)前期河道沉積上部的細(xì)粒物質(zhì)不斷沖刷削蝕，使頂部含黑云母層的細(xì)粒層被剝蝕殆盡，層內(nèi)非均質(zhì)性弱，原生孔隙保存較多，孔隙連通性較好，孔隙水易于流通，壓實(shí)水、成巖水與斜長(zhǎng)石離子交換能力強(qiáng)，易于形成濁沸石中—強(qiáng)膠結(jié)相；孤立的分支河道砂體因厚度較薄，平面河道改道頻繁，砂體平面連通性差，壓實(shí)水、成巖水[19］進(jìn)入后流動(dòng)性差，不易形成濁沸石膠結(jié)，代之以方解石、硅質(zhì)膠結(jié)，少量的濁沸石膠結(jié)物僅發(fā)育在局部較粗粒的中細(xì)砂巖中；河口壩在本區(qū)較少發(fā)育，由于孤立、層薄，成巖水、壓實(shí)水流動(dòng)性差，以方解石、硅質(zhì)膠結(jié)為主.

圖7 中拐地區(qū)二疊系沉積微相-膠結(jié)物類(lèi)型（φ為孔隙度，K為滲透率）Fig.7 Comprehensive map of sedimentary facies-cement type in permian，Zhongguai region

4.2 濁沸石平面展布

濁沸石膠結(jié)物的形成需要堿性水介質(zhì)環(huán)境，據(jù)研究區(qū)黏土礦物X線衍射資料（見(jiàn)圖8），下二疊統(tǒng)（P2w-P1j）主要以伊蒙混層＋伊利石＋綠泥石＋綠蒙混層（I／S＋I(xiàn)＋C＋C／S）等堿性黏土礦物組合為主，反應(yīng)堿性成巖水介質(zhì)環(huán)境；自上二疊統(tǒng)（P3w）開(kāi)始，典型酸性黏土礦物高嶺石（K）開(kāi)始大量出現(xiàn)，反應(yīng)成巖環(huán)境開(kāi)始轉(zhuǎn)入酸性，即P3w地層本身不具備生成大量濁沸石膠結(jié)物所需的堿性水介質(zhì)條件，堿性水介質(zhì)源主要來(lái)自下伏P2w地層.本區(qū)P2w地層自東部凹陷區(qū)向西部中拐凸起呈逐層超覆展布，研究區(qū)內(nèi)P2w地層主要分布于稍遠(yuǎn)物源區(qū)的JL2-L205一線以東區(qū)帶，該區(qū)帶內(nèi)堿性水介質(zhì)通過(guò)不整合面及斷裂自P2w地層進(jìn)入P3w地層，為濁沸石膠結(jié)物的形成創(chuàng)造介質(zhì)條件.該區(qū)扇體主河道部位，濁沸石主要以中—強(qiáng)膠結(jié)為主，局部扇體交匯地帶，以濁沸石弱膠結(jié)為主；近物源區(qū)的K004井一線，一方面遠(yuǎn)離P2w堿性水介質(zhì)源；另一方面顆粒邊緣多發(fā)育黏土襯邊膜，抑制濁沸石的膠結(jié)，從而導(dǎo)致近物源區(qū)濁沸石膠結(jié)物不發(fā)育（見(jiàn)圖9）.由圖9可知，濁沸石消失線大致對(duì)應(yīng)于湖岸線，即本區(qū)濁沸石膠結(jié)物主要發(fā)育于湖岸線附近及水下扇三角洲前緣相帶.

圖8 中拐地區(qū)垂向黏土礦物序列Fig.8 Vertical order of clay minerals in Zhongguai Region

濁沸石發(fā)育受砂體沉積微相類(lèi)型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制，濁沸石中—強(qiáng)膠結(jié)帶主要分布于扇體主河道處，自東部斜坡區(qū)至西部凸起，沿3個(gè)扇體主河道逆流方向濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度逐漸減弱（見(jiàn)圖9）.

4.3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)

疊置的主河道砂體原生孔隙比較發(fā)育，孔隙水較易流動(dòng)，與斜長(zhǎng)石離子交換能力強(qiáng)，易于形成濁沸石膠結(jié)，同時(shí)濁沸石的膠結(jié)又在一定程度抑制壓實(shí)作用的進(jìn)行，因此，濁沸石膠結(jié)物主要分布在疊置水下分流主河道的厚砂體內(nèi).

中拐地區(qū)上烏爾禾組主要發(fā)育濁沸石、硅質(zhì)、方解石、綠泥石、高嶺石等膠結(jié)物，其中，濁沸石是一種含水的硅鋁酸鹽礦物，其成分及晶體結(jié)構(gòu)與斜長(zhǎng)石非常相似，以其明顯的｛110｝解理及典型的波狀消光特征區(qū)別于長(zhǎng)石顆粒，有機(jī)酸性水容易沿其解理縫進(jìn)行溶蝕，形成濁沸石溶孔.當(dāng)溶蝕程度較輕時(shí)，可使?jié)岱惺饫砜p擴(kuò)大；當(dāng)溶蝕程度較強(qiáng)烈時(shí)，粒間溶孔內(nèi)僅見(jiàn)少量濁沸石殘晶殘留，殘晶具同一消光位.有機(jī)酸對(duì)硅酸鹽的溶解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)碳酸鹽的溶解，因此，當(dāng)有機(jī)質(zhì)大量生油之前脫羧基作用形成的有機(jī)酸性水進(jìn)入扇三角洲前緣砂體中時(shí)，優(yōu)先溶解疊置主河道中的濁沸石膠結(jié)物，形成次生孔隙，且平面上從東部的酸源凹陷區(qū)向西部凸起方向，濁沸石的溶蝕作用逐漸減弱，從而自東部斜坡區(qū)向西部凸起區(qū)，沿3個(gè)扇體主河道逆流方向依次形成濁沸石強(qiáng)溶蝕帶—濁沸石中溶蝕帶—濁沸石弱溶蝕帶.后期生成的油氣沿濁沸石次生溶蝕孔隙通道向砂巖上傾方向運(yùn)移、成藏，現(xiàn)今探明的油氣藏多分布在疊置主河道砂體中.

根據(jù)濁沸石膠結(jié)物平面展布范｀圍圈定有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)（見(jiàn)圖9），JL2-J205一線以東、3個(gè)主扇體的水下分流河道區(qū)帶，作為溶蝕物質(zhì)基礎(chǔ)的濁沸石膠結(jié)物較發(fā)育，且平面上靠近酸源凹陷、垂向上有通源斷裂溝通，具備形成溶孔型儲(chǔ)層的條件，該區(qū)帶內(nèi)井控程度低，為溶孔型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū).目前，在該有利區(qū)內(nèi)已相繼部署5口井，初步鉆探見(jiàn)到良好的油氣顯示，勘探潛力巨大.

圖9 中拐地區(qū)二疊系上烏爾禾組濁沸石平面展布Fig.9 Plan map of laumontite in P3w，Zhongguai Region

5 結(jié)論

（1）上烏爾禾組濁沸石膠結(jié)物含量與濁沸石溶孔含量、產(chǎn)能呈正相關(guān)，濁沸石膠結(jié)物的存在可多保留3%～8%的孔隙度，日產(chǎn)液達(dá)到10～20m3的產(chǎn)能井的濁沸石膠結(jié)物含量也相應(yīng)較高.

（2）濁沸石膠結(jié)物分布受砂體沉積微相類(lèi)型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制.疊置的主河道砂體，濁沸石以中—強(qiáng)膠結(jié)為主；孤立的分支河道砂體，濁沸石以中—弱膠結(jié)為主；河口壩砂體，罕見(jiàn)濁沸石膠結(jié).

（3）濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度與距P2w堿性水介質(zhì)源的距離密切相關(guān)，自東部斜坡區(qū)至西部凸起，沿3個(gè)扇體主河道逆流方向濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度逐漸減弱.

（4）JL2-J205一線以東、3個(gè)主扇體的水下分流河道區(qū)帶，濁沸石膠結(jié)物較發(fā)育，靠近酸源凹陷、有通源斷裂溝通，為濁沸石溶孔優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，勘探潛力巨大.

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