塔里木盆地巴麥地區(qū)東河塘組儲集層特征與成巖作用

張永東，邵志兵，喬桂林，韓 彧

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

塔里木盆地巴麥地區(qū)東河塘組儲集層特征與成巖作用

張永東，邵志兵，喬桂林，韓 彧

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

通過普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡以及測井等分析手段，對巴麥地區(qū)東河塘組上砂巖段和下砂巖段的沉積特征、巖石學特征、成巖作用進行了詳細分析。東河塘組沉積環(huán)境為濱岸相，具有較高的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度，且上砂巖段的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都要高于下砂巖段。儲集空間類型主要為溶蝕孔隙，其分布主要受粒度和粒間膠結(jié)物的影響，粒度較粗和鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖段溶蝕孔隙發(fā)育。主要的成巖作用為壓實、膠結(jié)、膠結(jié)物溶蝕、石英顆粒堿性溶蝕、交代、重結(jié)晶以及構(gòu)造破裂。根據(jù)成巖階段劃分標準，東河塘組處在中成巖階段的B期。

成巖作用；儲集特征；東河塘組；巴麥地區(qū)；塔里木盆地

塔里木盆地哈拉哈塘凹陷的東河1井在上泥盆統(tǒng)東河砂巖獲得油氣突破，建立了東河塘油氣田，開始了針對泥盆系東河塘組的油氣勘探，東河塘組從此成為一個重要的油氣勘探層位[1-4]。而對于東河塘組的地層歸屬問題，一直存在著不同的認識。顧家裕等[5]和郭建華等[6]認為其是石炭系底部的海侵體系域沉積，朱懷誠等[7]在塔中45井發(fā)現(xiàn)Placoderm魚化石，認為應歸晚泥盆世。從層序劃分和海平面變化的角度，東河塘組是克孜爾塔格組風化剝蝕后海水侵入而沉積的，與下伏地層為不整合關系，與石炭系為整合或假整合關系，本文采用這種劃分方案。

巴麥地區(qū)位于塔里木盆地的西南部(圖1)，泥盆系在該區(qū)域自下而上分布有中下泥盆統(tǒng)克孜爾塔格組、上泥盆統(tǒng)東河塘組。近年來，麥蓋提斜坡西部、色力布亞斷裂帶下降盤南平臺區(qū)，已有多口鉆井鉆遇泥盆系并獲得工業(yè)油氣流。在麥蓋提斜坡西部地區(qū)眾多鉆井井下揭示，泥盆系東河塘組為2套砂巖夾薄層泥巖。砂巖段顏色以灰色、深灰色為主。下砂巖段厚度由西往東逐漸減薄，至巴開1井附近尖滅，在群6井附近厚度達到100 m；上砂巖段厚度比較穩(wěn)定，在30 m左右。泥巖以褐色、棕色以及深灰色為主，厚度在40 m左右。

圖1 塔里木盆地巴麥地區(qū)位置及井位

1 沉積特征

晚泥盆世法門期開始，伴隨著全球性海平面的上升，巴麥地區(qū)經(jīng)歷了一次大規(guī)模的海侵歷史，海水自西向東推進[8-10]。巖心觀察顯示，東河塘組砂巖的沉積構(gòu)造主要為沖洗交錯層理和平行層理，其次為波狀交錯層理、水平層理，偶見遞變層理。

對研究區(qū)近20口井的單井相進行分析，通過測井曲線以及巖電特征的對比，可以從下往上對東河塘組依次劃分出上臨濱亞相、下臨濱亞相、淺海相、下臨濱亞相以及上臨濱亞相。東河塘組整體是一個三級層序，下砂巖段、中泥巖段、上砂巖段分別是低位體系域、海侵體系域、高位體系域。下砂巖段測井曲線自然伽馬范圍為51.8～96.9 API，是水體進積的過程，電測曲線為齒化漏斗形，屬于寬幅齒化，水體能量逐漸變強，海平面逐漸下降；中泥巖段自然伽馬范圍為108.47～191.8 API，呈微齒化的箱形，海平面范圍達到最大，沉積了一套棕色和棕褐色的泥巖；上砂巖段自然伽馬曲線范圍為28.2～101.8 API，為水體進積的過程，曲線形態(tài)為低幅鐘形，海平面逐漸升高。

對巴開8 、巴探5、 巴探4井的粒度分析顯示，概率曲線呈現(xiàn)兩個總體特征，跳躍總體和懸浮總體。跳躍總體的兩段式指示為波浪沖流和回流的兩種沉積作用，曲線中滾動組分很少、甚至缺失，為典型的濱岸沉積環(huán)境曲線特征。粒度主要以細粒為主，概率在50%左右，其次為極細粒、粉粒和中粒，此外，概率曲線顯示出跳躍總體斜率較大，表明分選較好。

2 巖石學特征

從巖石組成分析，東河塘組石英含量主要分布在75%～90%，最高達到98%，成分成熟度高(圖2)。按照GB/T17412.2-1998DE 砂巖分類標準，上砂巖段主要以石英砂巖為主(樣本數(shù)37個)；下砂巖段主要以巖屑石英砂巖和長石石英砂巖為主(樣本數(shù)54個)。從成分成熟度上比較，上砂巖段比下砂巖段要高，磨圓度為次圓—次棱次圓，支撐類型為顆粒支撐。

3 物性特征及儲集空間類型

對巴開8、巴探4、巴探5、和4井等井泥盆系砂巖實測孔隙度和滲透率統(tǒng)計結(jié)果分析表明(圖3)，孔隙度分布范圍為2 %～16%，平均為5%；滲透率一般小于1×10-3μm2，其中巴開8井滲透率較大，主要范圍為(1～20)×10-3μm2，巴開8、和4、以探5井孔滲數(shù)據(jù)相關性較好，而巴探4井相關性差，這可能與其砂巖中間夾有薄層的泥巖段相關，黏土礦物的存在阻礙了孔隙之間的連通性，從而滲透率相對較低。通過對東河塘組物性的分析，根據(jù)碎屑巖儲層評價標準SY/T 5717-95，東河塘組儲層屬于中孔—低孔、低滲—特低滲儲層。

圖2 塔里木盆地巴麥地區(qū)東河塘組砂巖成分三角圖

圖3 塔里木盆地巴麥地區(qū)東河塘組砂巖孔隙度與滲透率關系

塔中東河砂巖儲層則是孔隙度為10%～28%的優(yōu)質(zhì)儲層，其沉積相主要為河口灣、三角洲和濱岸沉積，砂質(zhì)純凈，砂礫粗[11]。方解石的大規(guī)模膠結(jié)作用在成巖早期阻止了壓實作用的進一步進行，為巖石孔隙系統(tǒng)的形成奠定了物質(zhì)基礎。方解石膠結(jié)物被溶蝕產(chǎn)生的孔隙是其主要的儲集空間[12-13]。但是在塔中地區(qū)溶蝕作用平面分布具有不均一性，在塔中6井區(qū)溶蝕作用最強，為次生孔隙儲層；在塔中4井區(qū)，溶蝕作用最弱，以原生孔隙為主[14]。而在巴麥地區(qū)東河塘組中與之不同的是壓實作用強烈，原生孔隙損失巨大，后期次生孔隙改善有限，這是塔中和巴麥東河砂巖儲層物性差異的主要原因。

通過鏡下孔隙統(tǒng)計，儲集空間主要有4種：原生粒間孔隙、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔以及裂隙，所占比例依次為7%,62%,23%和8%(圖4)。

4 成巖作用

4.1 主要成巖作用

成巖作用在埋藏過程中對儲層有深刻的影響，其中主要的成巖作用有壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用，其次為交代作用、重結(jié)晶作用和構(gòu)造碎裂作用，其中影響最大的為壓實作用、膠結(jié)作用以及溶蝕作用。

4.1.1 壓實作用

隨著埋藏深度的增加，上覆地層的重力使得砂巖顆粒表現(xiàn)出更強烈的壓實作用，顆粒之間以線接觸為主，其次為凹凸接觸和點接觸。線接觸和凹凸接觸主要發(fā)育在上砂巖段，其中線接觸占60%，凹凸接觸占30%，點接觸占10%(統(tǒng)計薄片數(shù)量17片得出)；在下砂巖段主要以線接觸和點接觸為主，凹凸接觸很少，線接觸占45%，點接觸占45%，而凹凸接觸占5%(共統(tǒng)計薄片數(shù)量32片)。上砂巖段壓實作用的強度大于下砂巖段，主要和膠結(jié)物的含量有關，上砂巖段的膠結(jié)物含量小于下砂巖段膠結(jié)物的含量。壓實作用的強烈發(fā)育，對于原生孔隙和次生孔隙的保存都有不利影響，是造成碎巖儲層低孔低滲的重要因素[15-16]。

圖4 塔里木盆地巴麥地區(qū)東河塘組儲集空間類型所占比例

4.1.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用作為一種破壞性的成巖作用，在泥盆系地層中發(fā)育很普遍。膠結(jié)的主要類型是孔隙式膠結(jié)，局部為基底式膠結(jié)。在東河塘組地層中膠結(jié)物主要表現(xiàn)為白云石膠結(jié)，少量石英次生加大和黏土礦物。通過巴開8井、巴探4井、巴探5井泥盆系石英砂巖膠結(jié)物含量的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，巴開8井以云質(zhì)膠結(jié)物為主，其次是少量的石英次生加大膠結(jié)；巴探4井則主要以石英次生加大為主，局部層段以灰質(zhì)膠結(jié)為主；巴探5井則硅質(zhì)膠結(jié)和鈣質(zhì)膠結(jié)基本含量相同。黏土礦物膠結(jié)一般在鏡下表現(xiàn)為顆粒周邊的環(huán)形包殼或襯墊，有伊/蒙混層、綠泥石和伊利石。隨著黏土礦物含量的不斷增加，會堵塞喉道或者占據(jù)孔隙，對儲層產(chǎn)生負面影響，也對于后期的鈣質(zhì)膠結(jié)和石英次生加大有抑制作用[17]。

4.1.3 溶蝕作用

酸性流體和堿性流體都可以產(chǎn)生溶蝕。酸性流體主要溶蝕鈣質(zhì)膠結(jié)物，其次為長石和碳酸鹽巖屑；堿性流體溶蝕石英、硅質(zhì)巖屑等，從而形成“酸性+堿性”疊加溶蝕共同控制儲層質(zhì)量[18]。酸性溶液pH值在小于6時就可以產(chǎn)生溶蝕，而堿性溶液在pH值大于8時才可以溶蝕。東河塘組產(chǎn)生的粒間溶蝕孔和粒內(nèi)溶蝕孔主要是酸性流體溶蝕形成的。而通過鏡下觀察以及掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，石英等硅質(zhì)礦物也有溶蝕，在鏡下表現(xiàn)為有鋸齒狀和港灣狀的邊緣(圖5)，這是堿性溶蝕的典型特點[19]。

在地層的沉積和埋藏過程中，地層水會不斷變化其性質(zhì)，并與巖石發(fā)生水巖反應，這一過程貫穿于成巖作用的早成巖階段到晚成巖階段。有機質(zhì)成熟會產(chǎn)生大量有機酸，地層水的pH值會降低。然而地層中存在的細菌以及各種水巖反應，會使得地層水的pH值慢慢變高，并逐漸成為堿性的地層流體環(huán)境。蔡春芳等[20]研究認為，當?shù)貙訙囟刃∮?0 ℃時，有機質(zhì)成熟過程中形成的有機酸被細菌大量消耗，因為這一溫度下細菌的活動很活躍。隨著地層溫度逐漸升高到90 ℃左右，有機質(zhì)逐漸開始成熟，有大量的濕氣和凝析油會伴隨著生成，這個過程會抑制有機質(zhì)的脫羧基作用，二氧化碳也逐漸減少，地層流體的性質(zhì)慢慢開始由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性，由此地層環(huán)境也進入到一個堿性的成巖流體環(huán)境[21]。

圖5 塔里木盆地巴麥地區(qū)巴開8井石英顆粒邊緣被溶蝕為港灣狀和鋸齒狀

劉寶珺等[22]的研究也認為，在地層沉積的同生作用帶時期，地層環(huán)境是氧化環(huán)境，流體性質(zhì)為酸性，但是隨著深度不同而形成的不同成巖作用帶會形成還原的地層環(huán)境，厭氧細菌的活動會使得流體逐漸變?yōu)閴A性，pH值可以升高到9。另外，方解石和白云石是酸不穩(wěn)定礦物，其只有在堿性流體環(huán)境下才會沉淀形成。在很多碎屑巖儲層中，粒間膠結(jié)常出現(xiàn)方解石和白云石，并且有早期的方解石和白云石膠結(jié)和晚期的方解石和白云石膠結(jié)，這證明堿性流體不但的確存在過，而且具有多期活動[23]。

根據(jù)本地區(qū)現(xiàn)存孔隙的統(tǒng)計，主要是酸性溶蝕產(chǎn)生的孔隙為主，而且主要分布在巴開8井和巴開7井區(qū)，堿性溶蝕產(chǎn)生的孔隙基本被后期的膠結(jié)物充填。酸性溶蝕主要溶蝕粒間的鈣質(zhì)膠結(jié)物，而鈣質(zhì)膠結(jié)物主要分布在粒度粗的細砂巖和中砂巖中，粉砂巖粒間主要為黏土雜基。在本地區(qū)細砂巖呈層狀分布，所以溶蝕孔隙也有層狀分布的特點。孔隙的保存主要與后期沒有發(fā)生大規(guī)模的膠結(jié)作用有關。而膠結(jié)作用和壓實作用則在整個研究區(qū)中都普遍發(fā)育，在沒有溶蝕作用改造的地區(qū)，儲層物性均較差。膠結(jié)作用在成巖早期就普遍發(fā)育，而本地區(qū)的溶蝕作用都是埋藏溶蝕，主要在早成巖晚期或晚成巖早期發(fā)生。

4.1.4 交代作用

交代作用主要為方解石膠結(jié)物交代石英、長石顆粒，交代發(fā)育程度較強的則將整個石英和長石顆粒進行交代，顆粒的形狀仍然保持原狀，但在顯微鏡下觀察，光性特征則表現(xiàn)為方解石的光性特征。交代作用一般發(fā)育在鈣質(zhì)膠結(jié)為主要膠結(jié)方式的石英砂巖中，在硅質(zhì)膠結(jié)為主的石英砂巖中則很少發(fā)育。

4.1.5 重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用主要是鈣質(zhì)膠結(jié)物的重結(jié)晶。在方解石充填粒間孔隙初期，方解石一般為泥晶，粒徑小于0.03 mm。在成巖的中期，泥晶逐漸發(fā)生重結(jié)晶作用，成為粉晶方解石，并且在重結(jié)晶發(fā)育的石英砂巖中，方解石一般呈連晶產(chǎn)狀，形成基底式膠結(jié)。

4.1.6 構(gòu)造碎裂作用

本區(qū)儲層中的水平裂縫以及高角度裂縫是受到構(gòu)造的擠壓作用產(chǎn)生的。通過對玉2井巖心觀察，本區(qū)裂縫一般有至少2期，第一期為低角度裂縫，第二期為高角度裂縫。第一期低角度裂縫基本已經(jīng)充填瀝青，而第二期高角度裂縫基本半充填或者未充填，充填物為瀝青和黃鐵礦。

4.2 成巖階段劃分

根據(jù)石油天然氣行業(yè)碎屑巖成巖階段劃分的標準(SY/T 5477-2003)，對泥盆系東河塘組的成巖階段進行確定，顆粒之間以線接觸為主，其次為凹凸接觸和點接觸，巖石的支撐類型為顆粒支撐。黏土礦物組成主要有伊利石、綠泥石以及伊/蒙混層，三種組成含量中伊/蒙混層含量最高，可達83%，其次為伊利石，含量最少的為綠泥石。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)存在鐵白云石的晶體，鐵白云石的出現(xiàn)是在埋藏成巖環(huán)境下的成巖標志之一。根據(jù)成巖階段劃分標準，確定泥盆系東河塘組處在中成巖階段B期。

5 結(jié)論

(1) 巴楚地區(qū)泥盆系東河塘組儲層主要巖性為細粒石英砂巖、細粒巖屑石英砂巖和細粒長石石英砂巖，上砂巖段的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度要好于下砂巖段，粒度以細粒為主，其次為極細粒和中粒。

(2) 儲層的主要儲集空間為次生粒間孔和次生粒內(nèi)孔，其次為原生孔隙和裂縫，溶蝕孔隙的分布除了受到溶蝕流體分布的影響外，還受粒度和膠結(jié)物類型的影響，粒度較粗以及粒間為膠結(jié)物而非雜基的層段，溶蝕孔隙相對較發(fā)育。

(3) 溶蝕作用有酸性溶液溶蝕和堿性溶液溶蝕2種類型，在巴開8井中有大量石英顆粒被溶蝕呈鋸齒狀和港灣狀的證據(jù)，但產(chǎn)生的溶蝕孔隙被后期的方解石或白云石充填，現(xiàn)存的孔隙為酸性溶蝕產(chǎn)生的孔隙。

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(編輯 徐文明)

Reservoir characteristics and diagenesis of Devonian Donghetang Formation in Bachu-Maigaiti area

Zhang Yongdong, Shao Zhibing, Qiao Guilin, Han Yu

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

According to the analyses of rock slice, cast slice, SEM and well logging data, the sedimentary, petrologic characteristics and diagenesis of the upper and the lower sandstone segments of the Donghetang Formation in the Bachu-Maigaiti area were studied. Deposited in littoral environment, the Donghetang Formation was featured by higher compositional maturity and textural maturity, and both of the 2 maturities were higher in the upper sandstone segment than in the lower one. Dissolution pores served as the main reservoir space, and their distribution was determined by grain size and intergranular material. For example, the dissolution pores were well developed in the sandstone segment with bigger grain size and calcareous cementation. The most important diagenesis effects included compaction, cementation, cement dissolution, quartz alkali dissolution, metasomasis, recrystallization and structure cataclasis. According to the division standard of diagenetic phase, the Donghetang Formation was in the B stage of middle phase.

diagenesis; reservoir property; Donghetang Formation; Bachu-Maigaiti area; Tarim Basin

1001-6112(2014)02-0176-06

10.11781/sysydz201402176

2013-02-26；

2014-01-16。

張永東(1982—)，男，工程師，從事沉積儲層特征和成巖作用研究。E-mail: gentleman10001@163.com。

中國石化科技部項目“巴麥地區(qū)古生界油氣成藏條件與勘探方向”(P10023)資助。

TE122.2

A