酒泉盆地營爾凹陷下溝組儲層成巖作用與孔隙演化

任利劍，劉國利，李淑琴

楊天瑜，楊軍，王巍 （中石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 酒泉735019）

酒泉盆地位于阿爾金北東東向構(gòu)造帶與北祁連山北西西向構(gòu)造帶的交接處。自早白堊世形成以來，酒泉盆地經(jīng)歷了晚白堊世燕山運(yùn)動(dòng)、新生代喜山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造，構(gòu)造樣式極其復(fù)雜。結(jié)合構(gòu)造－沉積特征，又可將該盆地劃分為若干個(gè)二、三級構(gòu)造單元。其中營爾凹陷位于酒泉盆地東部 （圖1），面積1300km2，為一斷坳疊置的中、新生代沉積凹陷，是玉門油田繼青西凹陷之后的又一重要油氣勘探區(qū)，其主要勘探目的層為白堊系下溝組 （K1x）。區(qū)內(nèi)K1x儲層具有低孔－低滲的特點(diǎn)，成巖作用對儲層物性影響較大。筆者在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，通過對巖心、薄片的觀察，采用X衍射和電鏡掃描等分析手段，對營爾凹陷K1x碎屑巖儲層的成巖作用、孔隙形成及演化過程進(jìn)行了詳細(xì)研究，以期為勘探開發(fā)提供新的思路。

圖1 營爾凹陷構(gòu)造位置圖

1 成巖作用類型

通過對大量巖石薄片的觀察發(fā)現(xiàn)，營爾凹陷K1x存在壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、破裂作用、溶蝕作用等幾種主要成巖作用類型，它們對儲層儲集性能的影響程度不一，其中影響較大的為壓實(shí)作用、膠結(jié)作用與溶蝕作用。

1．1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用對K1x儲層物性的影響具有兩面性：隨埋深增大，強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用使碎屑顆粒緊密接觸，巖石致密度增加，從而導(dǎo)致深部儲層的孔隙度下降，物性變差；但局部地區(qū)存在異常壓實(shí)，在一定程度上保護(hù)原生孔隙不被膠結(jié)，形成少量次生裂縫，改善儲層物性。鏡下主要表現(xiàn)為碎屑顆粒線接觸，塑性礦物受壓變形，剛性礦物的受壓破裂（圖2 （a））。

1．2 膠結(jié)作用

營爾凹陷K1x膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為成巖早期的方解石膠結(jié)和白云石膠 結(jié) （圖2（b）、（c）），成巖晚期的石英次生加大（圖2（d））。區(qū)內(nèi)方解石膠結(jié)和白云石膠結(jié)可劃分為3期，對應(yīng)深度段分別為3000～3200m、3600～4000m及4300～4600m。而石英次生加大則多發(fā)育于4600m以下。

圖2 營爾凹陷K1x碎屑巖儲層成巖作用類型

1．3 破裂作用

區(qū)內(nèi)發(fā)育2種類型的破裂作用：①為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)致巖石破裂而形成的構(gòu)造裂縫；②為壓實(shí)作用致石英、長石等剛性礦物破碎形成裂隙。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，K1x局部發(fā)育破裂作用，有助于提升儲集性能 （圖2（e））。

1．4 溶蝕作用

營爾凹陷K1x砂巖經(jīng)歷了多期溶蝕作用，主要表現(xiàn)為成巖早期的方解石、含鐵方解石膠結(jié)物溶蝕，晚期的長石、巖屑等碎屑顆粒溶蝕，致使儲集層次生孔隙發(fā)育 （圖2（f）），有效地提升了儲層空間。

2 成巖階段劃分

通過對營爾凹陷K1x泥巖樣品分析發(fā)現(xiàn)，黏土礦物在演化過程中經(jīng)歷了2次轉(zhuǎn)化。埋深在2000～3000m時(shí)，黏土礦物發(fā)生了第1次迅速轉(zhuǎn)化，伊－蒙混層體積分?jǐn)?shù)約占40%～45%，高嶺石轉(zhuǎn)化為伊利石；當(dāng)埋深進(jìn)入到3000～4500m時(shí)，黏土礦物開始第2次迅速轉(zhuǎn)化，伊－蒙混層體積分?jǐn)?shù)約占15%～20%，伊利石轉(zhuǎn)化為綠泥石 （圖3）。

圖3 營爾凹陷K1x黏土礦物隨深度變化圖

結(jié)合鏡下薄片觀察認(rèn)為，營爾凹陷K1x經(jīng)歷了3個(gè)成巖階段，分別為：早成巖B亞段、中成巖A亞段、中成巖B亞段。早成巖B亞段分布于3000m以上區(qū)域，主要成巖作用為壓實(shí)作用與早期方解石膠結(jié)，期間有地表水循環(huán)淋濾；中成巖A亞段主要分布于3000～4000m，主要成巖作用為早期方解石、長石、巖屑的溶蝕，后期石英、長石的次生加大以及含鐵方解石的膠結(jié)；中成巖B亞段分布于4000m以下的深度段，主要成巖作用為含鐵方解石、長石、巖屑的溶蝕，后期石英、長石的次生加大，鐵白云石的膠結(jié)，期間伴隨有沸石、硬石膏的膠結(jié)。

3 孔隙類型與孔隙演化

3．1 儲集空間類型

營爾凹陷K1x儲層孔隙類型主要以次生孔隙為主，包括粒間溶蝕孔、巖屑內(nèi)溶孔、顆粒內(nèi)溶孔、顆粒鑄膜孔、長石內(nèi)溶孔、膠結(jié)物內(nèi)溶孔、顆粒裂隙和巖石裂縫，其中以粒間溶蝕孔、顆粒內(nèi)溶孔、顆粒鑄膜孔最為常見 （圖4）。

3．2 成巖作用對孔隙的影響

隨著成巖作用程度的逐漸加深，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致儲層孔隙持續(xù)減少。對比不同期次膠結(jié)作用與儲層孔隙度變化曲線 （圖5）發(fā)現(xiàn)，在2800～3200m、3600～3900m及4300～4600m，3個(gè)膠結(jié)作用主要發(fā)育的深度段內(nèi)，儲層孔隙度明顯減小。成巖早期，巖石多為欠壓實(shí)，原生孔隙較為發(fā)育，但由于方解石膠結(jié)物的充填，造成孔隙度降低；成巖晚期，經(jīng)溶蝕作用后，次生孔隙發(fā)育，但石英次生加大與白云石膠結(jié)物的充填，再次導(dǎo)致了儲層孔隙度的降低。膠結(jié)作用是導(dǎo)致砂巖孔隙度降低的主要因素。

壓實(shí)作用通常被認(rèn)為是孔隙減少的主要因素之一，但在營爾凹陷K1x的局部區(qū)域卻發(fā)育異常壓實(shí)作用。通過對長2井的泥巖聲波時(shí)差隨深度變化曲線的分析，對比孔隙度變化曲線可見，營爾凹陷K1x異常壓力發(fā)育起始深度為3600～4200m，且呈多段式發(fā)育。該作用有效地保護(hù)了原生孔隙不被膠結(jié)壓實(shí)，并能促進(jìn)次生孔隙發(fā)育，形成優(yōu)質(zhì)的儲集區(qū)帶。

圖4 營爾凹陷K1x碎屑巖儲層孔隙類型

圖5 營爾凹陷K1x碎屑巖碳酸鹽膠結(jié)與孔隙變化對應(yīng)關(guān)系圖

3．3 孔隙演化過程

營爾凹陷K1x孔隙演化過程始于中成巖A亞段，深度介于3000～4000m之間，在其早期，砂巖中的方解石、長石、巖屑，經(jīng)歷第1次溶蝕，形成次生孔隙發(fā)育帶；晚期，含鐵方解石膠結(jié)物開始沉淀，石英次生加大，導(dǎo)致孔隙減少。4000～5500m深度段為中成巖B亞段，該階段經(jīng)歷了3次溶蝕作用，分別位于3900～4300m處、4600～5400m處、5200～5400m處，主要為長石、巖屑、含鐵方解石的溶蝕，導(dǎo)致次生孔隙發(fā)育，孔隙度增加。同時(shí)在中成巖B亞段期間，發(fā)育了2次膠結(jié)作用，一次位于4300～4600m處，主要為沸石和鐵白云石膠結(jié)，另一次在5500m以下，主要為石英次生加大、硬石膏膠結(jié)及鐵白云石膠結(jié) （圖6）。

圖6 營爾凹陷K1x成巖演化模式圖

4 結(jié)論

1）營爾凹陷下溝組成巖作用類型主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、破裂作用，對儲層影響較大的是壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。

2）該區(qū)巖石主要處于早成巖B亞段和中成巖A、B亞段。當(dāng)深度小于3000m，為早成巖B亞段；深度位于3000～4000m之間，為中成巖A亞段；當(dāng)深度大于4000m，為中成巖B亞段。

3）在成巖過程中，膠結(jié)作用是導(dǎo)致砂巖孔隙度降低的主要因素；壓實(shí)作用既能破壞儲層儲集性能，導(dǎo)致低孔、低滲，又能在局部區(qū)域保護(hù)原生孔隙不被膠結(jié)；溶蝕作用中酸性流體溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物與長石顆粒，形成大量次生孔隙，改善儲層物性。

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