藏北羌塘盆地羌資5井二疊系碳酸鹽巖儲層特征及影響因素

曹竣鋒，宋春彥，付修根，陳 明，萬 方，鄭 博，孫 偉

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

羌塘盆地位于青藏高原腹地的藏北地區(qū)，面積約16×104km2，處于特提斯構(gòu)造域中段［1-2］。該構(gòu)造域的西段有著名的中東波斯灣油區(qū)，而其東段則是東南亞油氣區(qū)。羌塘盆地的南北邊界分別為班公湖-怒江縫合帶和西金烏蘭-金沙帶縫合帶［3］。同時(shí)，盆地內(nèi)的中央隆起將盆地分隔成南、北兩個(gè)坳陷，即北羌塘坳陷和南羌塘坳陷［4］。

目前，羌塘盆地的地質(zhì)研究水平較低，缺乏地下深部資料［5-9］，此外，研究區(qū)地表露頭多為中生代地層，少見古生代地層。羌資5井為2012年完成的一口鉆遇古生界的淺鉆，其位置構(gòu)造上屬于羌塘盆地中央隆起帶與南羌塘坳陷的結(jié)合部位—羌南斷褶帶，位于NE-SW走向的角木茶卡背斜的北西翼。井口坐標(biāo):87°09′43.01″E、33°06′28.68″N，海拔5063 m。從第四系覆蓋物上開孔，分別鉆遇第四系、二疊系龍格組以及展金組。終孔層位是二疊系展金組，終孔井深為1001.4 m。該井獲得的井下二疊系地層資料，為了解羌塘古生代地層及油氣地質(zhì)特征提供了一個(gè)重要窗口。

1 儲層巖石學(xué)特征

巖性上，羌資5井的第四系主要為土黃色松散狀-弱固結(jié)的沙礫石，其發(fā)育的深度在0～10m。二疊系龍格組及展金組發(fā)育的深度為10～1001.4m，其巖性主要為微晶灰?guī)r、粒屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、火山角礫巖及粉/細(xì)晶白云巖等。其中，能夠作為儲層主要是各類灰?guī)r及白云巖。

1.1 微晶灰?guī)r

巖石具微粒結(jié)構(gòu)?；?guī)r中方解石含量＞90%，含陸源碎屑(＜3%)，黃鐵礦(1%～3%)，鐵泥質(zhì)(1%～2%)等。部分微晶灰?guī)r中含有一定的粉屑或生屑，其數(shù)量不等。生屑主要有介屑和藻葡萄，少部分鈣藻等，其中介屑多呈碎屑，藻葡萄為致密纖球單體。

圖1 羌塘盆地區(qū)域構(gòu)造及鉆井位置(據(jù)李忠雄等，2009)Fig.1 Tectonic setting of the Qiangtang Basin and location of the Qiangzi-5 well(after Li Zhongxiong et al.，2009)

1.2 粒屑灰?guī)r

巖石見粒屑結(jié)構(gòu)。方解石含量變化范圍較大，變化范圍在55%～90%之間。多數(shù)情況下粒屑以陸屑為主，部分為內(nèi)碎屑。陸屑以蝕變火山巖屑為主，部分為石英、長石、綠泥石碎屑。內(nèi)碎屑以灰?guī)r屑為主，少量生屑，偶見海綠石碎屑。內(nèi)碎屑分選較好，全為砂屑，以次圓-長圓狀為主，部分不規(guī)則狀。內(nèi)碎屑與陸屑多呈不均勻相間分布。

1.3 生物屑灰?guī)r

生物屑灰?guī)r中，灰泥的含量變化較大，其含量大致變化在30%～70%之間。生物屑類型較多，主要是各種蜓類、腕足類、腹足類、苔蘚蟲以及海百合莖化石等。

1.4 白云巖

白云石含量在60%～90%之間，方解石和泥質(zhì)的含量為10%～40%。白云石呈半自形細(xì)中粒狀，部分自形，多數(shù)晶棱平直，細(xì)、中粒相互嵌生，部分白云石見霧心結(jié)構(gòu)。方解石呈不均勻保留在白云石之中。白云石中還見有砂屑、粉屑、礫屑以及介屑、棘屑等生物碎屑，數(shù)量不等。

1.5 其它灰?guī)r

以上4種巖石是儲層的主要巖石類型，此外，研究區(qū)二疊系還見角礫灰?guī)r、含粉屑泥微晶灰?guī)r等灰?guī)r類型，但數(shù)量很少。

2 儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)薄片鑒定分析結(jié)果，羌資5井儲層的儲集空間主要為孔隙，也見有裂縫，但裂縫多被方解石膠結(jié)充填。

2.1 孔隙類型

2.1.1 原生孔隙

以粒間孔和生物體腔孔為主。鏡下見原生粒間孔和生物體腔孔發(fā)育較少，這是因?yàn)楹笃诔蓭r膠結(jié)作用和充填作用，原生孔隙絕大部分被充填堵塞，使得這類孔隙遭受嚴(yán)重的破壞而消失(圖版1)。

2.1.2 次生孔隙

(1)粒間溶孔。此類孔隙為顆粒之間的膠結(jié)物和雜基經(jīng)溶蝕改造所形成，分布不均勻，其形態(tài)受控于巖石的組構(gòu)，溶孔邊多為不規(guī)則，鏡下可見此類孔被白云石、方解石、石英晶體等鑲邊或半充填。

(2)粒內(nèi)溶孔。為顆粒內(nèi)部被選擇性溶蝕而形成的孔隙，在微晶灰?guī)r及生物屑灰?guī)r中可見有生物屑顆粒發(fā)生溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔(圖版2)。此類孔隙形態(tài)不規(guī)則，大小不等，多數(shù)情況連通性差，且被方解石、白云石部分或全部充填。

(3)晶間孔及晶間溶孔。主要發(fā)育在白云巖中，也是最重要的儲集空間。晶間孔呈規(guī)則的多面體狀，邊緣較平直，以中、小孔為主。同時(shí)可見伴溶蝕作用形成擴(kuò)大的晶間溶孔。部分晶間孔和晶間溶孔被較晚期的方解石、白云石、瀝青等物質(zhì)充填(圖版3)。

(4)溶孔。巖心中見溶孔在局部井段較為發(fā)育，未充填，大小約2～20mm。

(5)沿縫合線發(fā)育的溶孔。此類孔隙在鏡下不多見，多沿縫合線發(fā)育，為遭受后期壓溶作用所形成。

2.2 裂縫特征

裂縫在碳酸鹽巖儲層中非常發(fā)育，按成因可分為構(gòu)造縫、壓溶縫和溶解縫3種類型。

(1)構(gòu)造縫。構(gòu)造縫在巖心表面和鏡下薄片中均較為常見。巖心上所見此類縫其縫寬一般介于1～20 mm之間，其與地層的產(chǎn)狀上呈垂直、平行或斜交;多呈平行狀、網(wǎng)狀等形式發(fā)育，縫壁平直，期次較為明顯。同時(shí)，在后期壓實(shí)壓溶作用下，此類縫邊緣易發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，縫壁變?yōu)榘纪共黄?。無論是巖心表面還是鏡下，構(gòu)造縫多被方解石膠結(jié)充填，少數(shù)被鐵泥質(zhì)或?yàn)r青充填(圖版3)。

(2)壓溶縫。為受壓溶作用影響而形成的縫合線，形狀多為鋸齒狀或波紋狀，裂縫波狀起伏?？p壁常見未完全溶解的殘留物，常被瀝青、鐵泥質(zhì)等充填。沿縫合線可發(fā)生溶蝕作用，進(jìn)而形成沿縫合線發(fā)育的溶孔(圖版4)。

(3)蝕蝕縫。為由溶蝕作用形成的裂縫。裂縫形狀不規(guī)則，多呈彎曲狀，無方向性，絕大多數(shù)已被方解石、鐵泥質(zhì)等充填，沿溶解縫也可發(fā)育溶孔。

3 儲層物性特征

3.1 物性特征

根據(jù)樣品測試數(shù)據(jù)，在5塊灰?guī)r樣品中，其孔隙度為0.8% ～2.3%，平均值為 1.46%;滲透率變化范圍為(0.0036 ～ 0.0062)× 10-3μm2，平均值為0.00468×10-3μm2。在 4塊白云巖樣品中，其孔隙度為0.3% ～2%，平均值為1.13%，滲透率變化范圍為(0.0034～0.0049)× 10-3μm2，平均值為 0.004×10-3μm2?？傮w看來，碳酸鹽巖儲層孔隙度變化范圍在0.3%～2.3%之間，平均值為1.31%;滲透率變化范圍在(0.0034～0.0062)×10-3μm2之間，平均值為0.0044×10-3μm2。無論是灰?guī)r還是白云巖儲層，都屬于低孔低滲儲層。在孔滲半對數(shù)坐標(biāo)上，孔滲關(guān)系良好，基本上呈線性相關(guān)。隨著孔隙度增加，滲透率也逐漸增大，這說明儲層均質(zhì)性較好(圖2)。

圖2 羌資5井儲層孔滲相關(guān)分析圖Fig.2 Correlation of the porosity and permeability of the carbonate reservoirs from the Qiangzi-5 well

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)特征及其特征參數(shù)，能定性及定量地反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，是評價(jià)儲層的儲集性能的有效手段［10］。研究區(qū)灰?guī)r和白云巖的6件壓汞樣品，其排驅(qū)壓力介于5.79～12.59MPa之間，平均值8.47MPa，排驅(qū)壓力較高;另外，6件壓汞樣品全都未達(dá)到飽和度中值壓力，反映出儲層的滲透性極差?？紫斗诌x系數(shù)最大值 0.47，最小值0.25，平均值0.305，分選較好。就退出效率而言，6件樣品的退出效率范圍在43.43%～59.12%之間，平均值為48.01%，樣品中孔隙體積均大于喉道體積。樣品的喉直徑均值變化范圍為0.03～0.06μm，平均值為0.04μm，喉道直徑較小，以微喉為主(表1)。

總體看來，羌資5井的碳酸鹽巖儲層屬于低孔低滲儲層，儲集空間以孔隙為主，喉道主要為微喉，孔隙體積大于喉道體積，儲層評價(jià)為差。

表1 儲層毛管壓力分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 Analytical results of the capillary pressures of the carbonate reservoirs from the Qiangzi-5 well

4 儲層物性的影響因素

沉積相、巖石學(xué)特征、成巖作用特征及構(gòu)造作用等，都會對儲層的形成產(chǎn)生有利或不利的影響。經(jīng)過分析研究，羌資-5井儲層的影響因素是成巖作用及構(gòu)造作用，且成巖作用是主要的影響因素。

4.1 儲層的有利影響因素

4.1.1 壓溶作用

壓溶作用與壓實(shí)作用伴隨發(fā)生，它使得巖石顆粒間的接觸點(diǎn)(面)發(fā)生溶解，多數(shù)情況下形成不同規(guī)模的縫合線。鏡下所見高幅度、低幅度縫合線均有，其穿越粒屑溶解、延伸。縫合線中可見瀝青等有機(jī)質(zhì)，可能是油氣運(yùn)移的有效通道。有部分縫合線被溶解、局部擴(kuò)大，形成溶解縫或溶孔(圖版4)。

4.1.2 溶蝕作用

溶蝕作用可以發(fā)生在成巖作用的各個(gè)階段，其形成是由于碳酸鹽沉積物或碳酸鹽巖中孔隙水的的性質(zhì)發(fā)生變化，引起碳酸鹽巖礦物或其它成分發(fā)生溶蝕作用，從而形成溶孔、溶縫、溶溝、溶洞等。溶蝕作用在羌資5井中的巖石薄片和巖心表面都較為常見，其對良好儲層的形成非常有利，主要表現(xiàn)為:①顆粒(生物屑)內(nèi)溶蝕形成粒內(nèi)溶孔;②在白云巖中溶蝕形成晶間溶孔(圖版5);③溶蝕顆粒邊緣，形成粒間溶孔;④沿縫合線或裂縫邊緣進(jìn)行溶蝕，形成溶孔、溶縫。早期的溶蝕孔多被后期方解石膠結(jié)物充填，巖心表面可見的未充填溶蝕孔洞應(yīng)是成巖表生期大氣淡水的溶蝕作用所形成(圖版6)。

4.1.3 白云巖化作用

白云石交代方解石(或文石和高鎂方解石)的作用稱為白云石化作用。一般情況下，白云石化作用能夠在白云石晶間產(chǎn)生較好的晶間孔，對儲集物性有改善作用。鏡下可見白云石沿壓溶縫呈不規(guī)則的分布，白云石晶粒內(nèi)局部或大部分溶解石被交代形成微晶白云巖。此外，鏡下薄片中見白云石通常大小較均勻，自形晶或半自形晶，部分具有霧心亮邊的特征，其可能為成巖孔隙流體(或海水)與淡水作用所形成［6，11～12］。

4.1.4 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對儲層的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)將二疊系地層抬升至地表，使得儲層遭受近地表淡水淋濾。其次，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖心中產(chǎn)生了大量的裂縫、微裂縫。裂縫間?；ハ嗲懈?，局部呈網(wǎng)狀密集發(fā)育。但從巖心及鏡下均見，裂縫大都被方解石全充填膠結(jié)，對有利儲層的形成貢獻(xiàn)不大。

4.2 儲層的不利影響因素

4.2.1 壓實(shí)作用

井下儲層的壓實(shí)作用主要以機(jī)械壓實(shí)為主。壓實(shí)作用往往使得巖石的孔隙度變小，部分消失，有顆粒也被壓變形甚至破裂。由于二疊系地層形成較早，受上覆地層壓實(shí)影響，使得儲層中孔隙遭受壓實(shí)作用而大量消失。這是本井儲層變壞的重要因素。

4.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是碳酸鹽巖中常見的成巖作用，可發(fā)生在成巖作用的任何階段。儲層中膠結(jié)物的主要成分是亮晶方解石，其大量充填于各種孔隙、裂縫中，使孔隙大大減少，甚至消失;同時(shí)極大地降低了裂縫對滲透率的貢獻(xiàn)。膠結(jié)作用對儲層物性起到了明顯的破壞作用(圖版7)。

4.2.3 重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用主要見于白云巖中。白云石晶體從微-粉晶、細(xì)晶到中-粗晶都有發(fā)育，造成原始巖石組構(gòu)被破壞。重結(jié)晶作用對儲層的建設(shè)性和破壞性影響都存在。一方面重結(jié)晶作用使晶體變粗，孔徑增大，使晶間孔隙變大，有利于形成溶蝕孔隙，從而改善滲透性能;但它又能堵塞孔隙降低儲層物性。在顯微鏡下，羌資5井中，重結(jié)晶作用總的趨勢是堵塞儲層孔隙空間，使儲層變壞。

4.2.4 硅化作用

硅質(zhì)礦物交代白云石及方解石或者其它礦物稱為硅化作用。羌資5井中的灰?guī)r和白云巖中均可見局部硅化現(xiàn)象。硅化作用應(yīng)與二疊系沉積時(shí)期火山噴發(fā)所造成的熱液活動(dòng)有關(guān)。硅化作用直接導(dǎo)致灰?guī)r或白云巖儲層孔隙度下降，滲透率變低，儲層變差(圖版8)。

5 結(jié)論

(1)羌資5井中二疊系龍格組及展金組的巖性主要有微晶灰?guī)r、粒屑灰?guī)r、生物屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、火山角礫巖及粉/細(xì)晶白云巖，能夠作為儲層的主要是灰?guī)r和白云巖。

(2)儲層的儲集空間主要為孔隙與裂縫兩種類型，其儲集空間組合表現(xiàn)為孔隙-裂縫組合?？紫吨饕橇ｉg孔和生物體腔孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔及晶間溶孔、以及沿縫合線發(fā)育的溶孔。裂縫主要是構(gòu)造縫、壓溶縫以及溶解縫。

(3)碳酸鹽巖儲層孔隙度變化范圍為0.3%～2.3%，平均值為1.31%;滲透率變化范圍為(0.0034 ～ 0.0062)× 10-3μm2，平均值為 0.0044 ×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層?；?guī)r和白云巖壓汞樣品顯示，其排驅(qū)壓力較高，儲層的孔滲均較差;退出效率顯示樣品中孔隙體積均大于喉道體積;喉直徑均值為0.04μm，喉道直徑較小，以微喉為主。儲層評價(jià)為差。

(4)影響儲層發(fā)育的因素包括成巖作用和構(gòu)造作用，前者是主要的作用。其中，對儲層物性不利的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用以及硅化作用;有利的成巖作用有壓溶作用、溶蝕作用、白云石化作用和構(gòu)造破裂作用。雖然構(gòu)造作用在巖層中產(chǎn)生了大量的裂縫，但由于裂縫基本都被后期方解石全充填膠結(jié)，對有利儲層的形成貢獻(xiàn)不大。

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