準噶爾盆地西北緣五、八區(qū)二疊系上烏爾禾組儲層成巖作用和成巖相研究

王輝 （中石油新疆油田分公司采油二廠，新疆 克拉瑪依 834000）

梅華平（長江大學地球科學學院）油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 武漢 430100

楊麗，李想 （中石油新疆油田分公司采油二廠，新疆 克拉瑪依 834000）

陳開研，劉明軍，李笑天張福榕，張翔，龔福華 （長江大學地球科學學院）油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 武漢 430100

準噶爾盆地西北緣五、八區(qū)二疊系上烏爾禾組儲層成巖作用和成巖相研究

王輝 （中石油新疆油田分公司采油二廠，新疆 克拉瑪依 834000）

梅華平
（長江大學地球科學學院）油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 武漢 430100

楊麗，李想 （中石油新疆油田分公司采油二廠，新疆 克拉瑪依 834000）

陳開研，劉明軍，李笑天張福榕，張翔，龔福華 （長江大學地球科學學院）油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 武漢 430100

通過現(xiàn)場巖心觀察，結(jié)合巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光等微觀圖像資料，對準噶爾盆地西北緣五八區(qū)二疊系上烏爾禾組儲層巖石學特征及微觀特征進行了系統(tǒng)的研究，深入剖析了區(qū)內(nèi)主要的成巖作用類型、成巖階段、成巖序列以及成巖作用對儲集物性的影響。結(jié)果表明，上烏爾禾組儲層主要成巖作用類型有壓實作用、成巖收縮、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，處于中成巖階段B期；可劃分出4類成巖相，即礫緣縫－濁沸石溶蝕相、伊利石膠結(jié)相、方解石膠結(jié)相、石膏－高嶺石膠結(jié)相。

準噶爾盆地；上烏爾禾組；成巖作用；成巖相

隨著中國陸上油氣勘探的不斷發(fā)展，巖性－地層油氣藏已成為部分大型盆地的主要勘探方向，勘探研究領域也逐漸從沉積相向成巖作用和成巖相延伸。成巖作用是儲層發(fā)育和形成的必要環(huán)節(jié)，控制著儲層的物性［1～3］。近年來，有關于儲層成巖作用的研究逐漸引起的國內(nèi)外專家、學者們的重視，在理論研究及具體實踐應用中都取得較大的進展。地下復雜的巖礦成分、多變的溫度和壓力環(huán)境、廣泛的流體來源、不同的埋藏深度決定了成巖作用過程的復雜和成巖現(xiàn)象的多解，導致對成巖相定義、形成機理以及類型的劃分標準不統(tǒng)一，劃分方案多樣［1，4～7］。

準噶爾盆地西北緣五、八區(qū)二疊系上烏爾禾組 （P3w）以低孔、低滲的砂礫巖沉積為主，成巖作用類型多樣，成巖過程復雜，建設性的成巖作用和成巖相帶分布區(qū)常為優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育處。因此，對研究區(qū)成巖作用的研究及成巖相帶的劃分就顯得尤為重要。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

五、八區(qū)位于準噶爾盆地西北緣西部隆起帶上，包括紅車斷階帶、克－百斷裂帶和中拐凸起。研究區(qū)西南部緊鄰紅山嘴斷塊，北部毗鄰南白堿灘斷裂帶，東北部與百口泉探區(qū)相接，東南部為瑪湖凹陷，呈鼻隆形態(tài)，北翼平緩，由斜坡向瑪湖凹陷過渡 （見圖1）。

準噶爾盆地西北緣五、八區(qū)P3w與下三疊統(tǒng)呈區(qū)域性不整合，主要發(fā)育沖積扇、扇三角洲以及近岸水下扇。P3w上部以棕紅色泥巖為沉積標志，夾有灰褐色泥質(zhì)砂巖薄層；中部為灰綠色、褐灰色砂巖與泥巖不等厚互層；下部為灰綠色砂礫巖、砂巖與棕灰色、褐色、褐灰色泥巖不等厚互層。礫巖沉積主要發(fā)育于沖積扇扇根亞相的主河道微相，為一套有利儲層。

圖1 準噶爾盆地西北緣五、八區(qū)地理位置圖

2 儲層特征

2.1巖石學特征

通過對研究區(qū)薄片資料的統(tǒng)計分析表明，P3w主要以一套棕紅色的泥巖沉積作為標志，礫巖、砂礫巖較發(fā)育。礫石成分 （體積分數(shù)約占65.22%）以火山碎屑巖礫石 （體積分數(shù)約占46.53%，包括凝灰?guī)r礫石、沉凝灰?guī)r礫石）和火山巖礫石 （體積分數(shù)約占12.12%，包括安山巖、流紋巖、霏細巖和花崗巖礫石）為主，變質(zhì)巖礫石體積分數(shù)約占1.88%，沉積巖礫石體積分數(shù)約占4.69%；砂質(zhì)成分 （體積分數(shù)約占32.51%）以火山碎屑巖砂質(zhì) （體積分數(shù)約占16.53%，包括凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和火山灰砂質(zhì)）為主，其次為沉積巖砂質(zhì) （體積分數(shù)約占4.6%，石英類體積分數(shù)約為3.29%，長石類體積分數(shù)約為2.67%）和火山巖砂質(zhì) （體積分數(shù)約為4.0%），變質(zhì)巖砂質(zhì)體積分數(shù)僅占到了1.42%。

圖2 P3w典型巖心照片

研究區(qū)P3w雜基成分以泥質(zhì)為主，體積分數(shù)約為1.18%，其次為黏土礦物，體積分數(shù)約為0.62%（高嶺石占0.27%、水云母占0.21%、綠泥石占0.09%、濁沸石占0.05%），膠結(jié)物體積分數(shù)約為0.47%，以濁沸石、石膏為主，其次為方解石、高嶺石等，其中濁沸石體積分數(shù)占到了0.19%。

整體來講，P3w以發(fā)育礫巖、砂礫巖及不等粒砂巖為特征，整體粒度較粗，分選差，磨圓中等，顆粒間以線接觸為主，膠結(jié)類型多為接觸式，次為孔隙－接觸式。

2.2 儲層物性及微觀孔隙結(jié)構特征

儲層儲集性能與孔隙度、滲透率等儲層物性表征參數(shù)有著直接的關系，孔隙度和滲透率的高低決定了儲集性能的好壞。研究區(qū)P3w巖心取樣試驗分析所得，孔隙度一般為7%～13%，平均為8.9%，滲透率一般為1～8mD，屬低孔－低滲型儲層。但在礫緣縫發(fā)育的區(qū)域，滲透率較高，試油效果較好，為區(qū)內(nèi)原油高產(chǎn)區(qū)。

孔隙類型以粒間孔 （包括原生粒間孔、剩余粒間孔）、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔以及礫緣縫為主 （見圖3）。研究區(qū)P3w典型孔隙類型如圖4所示。

圖3 P3w孔隙類型統(tǒng)計柱狀圖

圖4 P3w典型孔隙類型照片

3 成巖作用研究

3.1 壓實作用

壓實作用是指沉積物沉積后，在上覆地層壓力與靜水壓力的共同作用下，將地層孔喉中的水分排出，使碎屑顆粒排列變得更加緊密，部分塑性組分發(fā)生變形或者以假雜基的形式擠入孔隙中 （見圖5），脆性、剛性顆粒發(fā)生破裂，最終導致孔隙度降低，滲透率變差的一種成巖作用［6，8～10］。這個過程中，隨著壓實作用的增強，顆粒間的接觸關系由點接觸→線接觸→凹凸接觸 （見圖6）逐級變化，損失的孔隙不可逆轉(zhuǎn)。因此，壓實作用是一種以物理變化為主的破壞性的埋藏成巖作用。

研究區(qū)壓實作用較為強烈，而原始沉積物孔隙空間被壓實的程度往往用視壓實率來表征，其計算公式如下所示［2，11］：

圖5 假雜基（克002井，P3w，2581.48m） 圖6 線接觸（克102井，P3w，3940.6m）

如圖7所示，研究區(qū)P3w視壓實率平均為79.13%，絕大部分集中在70%～90%之間。結(jié)合現(xiàn)場巖心觀察與巖石鑄體薄片分析來看，P3w礫巖顆粒之間以顆粒支撐為主，礫石粒徑大，抗壓實能力強，巖心較為疏松；砂礫巖顆粒之間以雜基支撐為主，礫石顆粒一般為細礫－中礫，抗壓實能力相對較弱，顆粒之間以線接觸為主，反映壓實作用較強。

圖7 研究區(qū)視壓實率頻率直方圖

3.2 成巖收縮

成巖收縮是指粒徑大、磨圓好、表面干凈的礫巖在成巖壓實作用過程中泥質(zhì)填隙物脫水收縮的一種作用，成巖收縮往往形成礫緣縫 （見圖8），一般出現(xiàn)在研究區(qū)沖積扇扇根亞相的主河道微相。礫石堅硬、抗壓實能力強，成巖收縮是一種建設性的成巖作用。

3.3 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是碎屑巖中主要的成巖作用之一，是指礦物質(zhì)從孔隙溶液中沉淀，將松散的沉積物固結(jié)為巖石的作用［8，9］。一方面，膠結(jié)作用是降低儲層中孔隙度和滲透率的主要因素之一，屬于一種破壞性的成巖作用；另一方面，早期的膠結(jié)作用，如黏土礦物膠結(jié)，一般呈顆粒環(huán)邊出現(xiàn)，能有效抑制其他成巖作用的進行。膠結(jié)作用的強弱可以用視膠結(jié)率來表示，其計算公式如下［2，11］：

圖8 礫緣縫照片

研究區(qū)膠結(jié)作用較弱，如圖9所示，視膠結(jié)率多小于10%，平均為3.99%。通過對巖石薄片、電鏡掃描、陰極發(fā)光等資料的統(tǒng)計分析表明，P3w膠結(jié)物以方解石、伊利石、濁沸石、石膏為主，典型膠結(jié)類型分析照片如圖10所示。

3.4 交代作用

交代作用是指礦物被溶解，同時被孔隙所沉淀出來的礦物所置換的過程。研究區(qū)交代作用分布廣泛，主要包括碳酸鹽礦物交代碎屑顆粒、碳酸鹽礦物之間的交代、沸石交代顆粒、黏土礦物交代顆粒等。

3.5 溶解作用

溶解作用是指砂巖中的碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物，包括最穩(wěn)定的石英顆粒和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境中不同程度地發(fā)生溶解，產(chǎn)生次生孔隙，使碎屑巖的孔隙度和滲透率提高，是一種建設性的成巖作用。研究區(qū)主要以濁沸石的溶蝕為主，其次為長石、方解石，少量方沸石及黏土礦物 （如高嶺石）溶蝕形成晶間溶孔［12］。此外，碎屑巖中火山巖組分 （凝灰?guī)r、安山巖等）在適宜的條件下也會發(fā)生一定程度的溶蝕［13］（見圖11）。

圖9 研究區(qū)視膠結(jié)率頻率直方圖

圖10 P3w典型膠結(jié)類型電鏡掃描照片

圖11 P3w典型溶蝕類型

4 成巖作用階段確定及成巖序列分析

P3w沉積環(huán)境具有多物源、近物源、堆積快、變化大、水動力強等特點，成為影響粗粒碎屑巖成巖作用的重要因素［14］。砂礫巖儲層整體進入中成巖階段B期。對成巖作用類型、過程，自生礦物形成的時間順序及疊加關系進行系統(tǒng)分析，可以確定研究區(qū)成巖序列為：機械壓實→早期黏土膜形成→早期方解石膠結(jié)→少量硅質(zhì)膠結(jié) （石英次生加大）→大量沸石類膠結(jié)→自生黏土礦物沉淀→酸性流體侵入→長石顆粒溶解→沸石類礦物溶蝕→方解石溶蝕→自生高嶺石形成和硅質(zhì)膠結(jié)→晚期方解石沉淀→鐵白云石沉淀。

5 成巖相分析

在成巖相研究中由于成巖作用過程復雜，故對成巖相的定義與劃分標準至今沒有統(tǒng)一，劃分方案多種多樣。結(jié)合研究現(xiàn)狀及目的層段的地質(zhì)特點，重點考慮成巖作用對砂礫巖物性的影響，將P3w成巖相 （見圖12）劃分為4類，即伊利石膠結(jié)相、方解石膠結(jié)相、石膏－高嶺石膠結(jié)相、礫緣縫－濁沸石溶蝕相。

5.1 伊利石膠結(jié)相

伊利石多在中成巖期由伊－蒙混層演化而來。其結(jié)晶度隨埋藏深度的增加而變大，自生伊利石含量隨著深度的增加逐漸較少。掃描電鏡下伊利石多以絲狀、搭橋或片狀存在于孔隙壁和喉道壁，呈孔隙襯墊或孔隙充填式產(chǎn)出，在喉道橋接處堵塞喉道，對孔隙度和滲透率的影響較大，是儲層低滲的一個重要原因。

5.2 方解石膠結(jié)相

早期方解石膠結(jié)物以孔隙式或連晶式充填于孔隙之中，堵塞部分原生孔隙，使得孔隙度和滲透率降低，是一種對儲層破壞性很強的成巖相。這種成巖相在研究區(qū)較為普遍。

5.3 石膏-高嶺石膠結(jié)相

石膏 （包括硬石膏）是研究區(qū)主要的膠結(jié)物之一，其晶體常發(fā)育為板狀或纖維狀，亦有粒狀集合體。高嶺石是各類長石溶蝕后的主要產(chǎn)物，按照其顆粒形態(tài)與結(jié)晶程度可將其大致分為2類：一類形成于成巖作用早期，呈分散片狀或蠕蟲狀生長于粒表，晶形較差，晶間孔隙不發(fā)育；另一類則以書頁狀松散堆積于長石次生溶孔或粒間孔隙中，晶間孔隙較為發(fā)育，一般出現(xiàn)在晚成巖階段。石膏－高嶺石膠結(jié)相也是一種破壞性成巖相。

圖12 準噶爾盆地西北緣五八區(qū)P3w成巖相平面圖

5.4 礫緣縫-濁沸石溶蝕相

研究區(qū)礫巖填隙物成巖收縮現(xiàn)象主要發(fā)育于礫巖沉積中，礫緣縫也是研究區(qū)主要的儲集空間類型。同時，儲層中含有較多的火山碎屑和凝灰質(zhì)，其富含的Si2＋和Ca2＋是濁沸石沉淀過程中的必要成分，為濁沸石提供了物質(zhì)來源。由于濁沸石的解理發(fā)育，因此酸性水容易沿解理縫溶蝕濁沸石［15～19］，使砂礫巖儲層次生孔隙發(fā)育，成為油氣聚集的有利區(qū)域。礫緣縫－濁沸石溶蝕相在研究區(qū)廣泛發(fā)育。

6 結(jié)論

1）準噶爾盆地西北緣五八區(qū)二疊系上烏爾禾組主要以一套礫巖、砂礫巖、砂巖以及棕紅色泥巖組合的沉積為主，整體粒度較粗，分選差，磨圓度中等，顆粒間以線接觸為主，屬低孔-低滲型儲層?？紫额愋鸵粤ｉg孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及礫緣縫為主。

2）研究區(qū)主要成巖作用類型有壓實作用、成巖收縮、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，其中壓實作用較強，膠結(jié)作用整體較弱。

3）區(qū)內(nèi)上烏爾禾組儲層成巖階段主要處于中成巖階段B期，成巖序列為：機械壓實→早期黏土膜形成→早期方解石膠結(jié)物→少量硅質(zhì)膠結(jié) （石英次生加大）→大量沸石類膠結(jié)→自生黏土礦物沉淀→酸性流體侵入→長石顆粒溶解→沸石類礦物溶蝕→方解石溶蝕→自生高嶺石形成和硅質(zhì)膠結(jié)→晚期方解石沉淀→鐵白云石沉淀。

4）研究區(qū)主要的成巖相帶可分為4類，分別為伊利石膠結(jié)相、石膏-高嶺石膠結(jié)相、方解石膠結(jié)相和礫緣縫－濁沸石溶蝕相，其中礫緣縫－濁沸石溶蝕相在研究區(qū)廣泛發(fā)育，為油氣聚集的有利區(qū)域。

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［編輯］ 鄧磊

Reservoir Diagenesis and Diagenetic Facies of Upper W u'erhe Form ation of Perm ian in Regions 5 and 8 of Northwestern M argin of Junggar Basin

WANG Hui，MEIHuaping，YANG Li，LI Xiang，CHENG Kaiyan，LIU Mingjun，LI Xiaotian，ZHANG Furong，ZHANG Xiang，GONG Fuhua (First Author's Address:No.2 Oil Production Plant，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay 834000，Xinjiang，China)

The petrologic and microscopic characteristicsof reservoirs in UpperWu'erhe Formation of Permian of Regions5 and 8 in the northwestern margin of Junggar Basin were systematically studied.The diagenetic types，diagenetic stages，sequence and the effect of diagenesis on reservoir physical propertywere analyzed deeply.The study result indicates that its genetic types are compaction，genetic shrinkage，gelation，metasomasis and dissolution，it is at Stage B of genesis and 4 diagenetic facies can be divided，such as gravel flange joints-laumonite dissolution facies，illite cemented facies，calcite cemented facies，gypsum-kaolinite cementation facies.

Junggar Basin;UpperWu'erhe Formation;diagenesis;diagenetic facies

TE122.2

A

1000-9752（2014）05-0037-07

2013-10-03

王輝 （1979-），男，2002年大學畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事油藏評價等方面的工作。

龔福華 （1962-），博士，教授；E-mail：gfh911911＠vip.sina.com.cn。