塔里木盆地英買力地區(qū)志留系儲層構(gòu)造擠壓及火山熱液改造效應(yīng)①

張榮虎 張惠良 周晨光 沈 揚 壽建峰 王 波

(1．中國石油杭州地質(zhì)研究院 杭州 310023;2．中國石油東方地球物理公司研究院庫爾勒分院 新疆庫爾勒 841000)

0 引言

國內(nèi)學者認為構(gòu)造擠壓、火山作用對砂巖儲層的影響主要表現(xiàn)4個方面:形成儲層流體異常壓力;致使儲層基質(zhì)孔隙體積縮小，孔隙度減低，甚至裂縫形成;造成地層流體及油氣運移，并伴隨次生水—巖相互作用，形成次生孔隙或膠結(jié)物;同沉積火山作用可以形成大量凝灰?guī)r屑，為儲層后期溶蝕作用提供有利物質(zhì)基礎(chǔ)(劉寶珺，1992;賈承造，1997;孫雄，1998;壽建峰，2003;張鳳奇，2012;熊建華，2010;李義軍，2009，等)［1～19］。塔里木盆地志留系瀝青砂巖主要分布在巴楚隆起、柯坪斷隆、塔中隆起、塔北隆起、塔東南隆起及其周緣地區(qū)，面積可達7×104km2，是油氣勘探的重要目的層系之一，在巴楚麥蓋提斜坡、塔中隆起、塔北隆起和盆地東部油氣勘探相繼取得重要進展，尤其在塔北隆起英買力地區(qū)獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流(英買34、英買35)更引起了對志留系勘探和研究的高度重視(郭少斌，2007;施振生，2007)［20～24］。通過研究表明英買力地區(qū)志留系柯坪塔格組儲層具有相似的沉積環(huán)境、巖礦特征和埋藏深度;但儲層性質(zhì)差異較大，英買34井區(qū)以殘余粒間孔為主，孔隙度10%～20%，滲透率為 5×10－3～300×10－3μm2;英買 35 井區(qū)以裂縫和溶蝕孔為主，孔隙度5%～10%，滲透率為0．01×10－3～10×10－3μm2;兩口井相距不到 20 km，儲層孔隙度卻相差7%～8%，什么原因?qū)е聝拥牟町愋?，本文在分析儲層沉積巖相、沉積環(huán)境 、巖礦特征和埋藏深度等常規(guī)因素對儲層控制作用的同時，重點研究構(gòu)造擠壓作用和火山熱夜作用對儲層性質(zhì)的影響，綜合定量分析導致英買力地區(qū)局部儲層性質(zhì)差異的原因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地塔北隆起英買力地區(qū)英買34井—英買35井—英買37—英買41井區(qū)志留系柯坪塔格組上段以海相無障壁碎屑濱岸沉積為主，主要發(fā)育臨濱、前濱亞相，橫向分布穩(wěn)定，東西向展布較廣泛(圖1)。志留系主要發(fā)育2種構(gòu)造樣式:擠壓褶皺型(如英買35、英買35-1)、拉張斷塊型(如英買34、英買34-H1);2期斷裂(海西早期逆沖斷裂、海西晚期正斷裂)，其中英買35井—英買37—英買38—英買42—英買43井區(qū)2期斷裂都發(fā)育，英買34—英買39—英買41井區(qū)僅發(fā)育海西晚期正斷裂;2種性質(zhì)構(gòu)造作用分別為局限發(fā)育于海西早期的擠壓型構(gòu)造作用，海西晚期的拉張型(李曰俊，2008)［15］。二疊紀火山侵入體廣泛發(fā)育，平面上火山口—近口相位于西南部，溢流相位于英買8—英買30—羊塔3—羊塔6—羊塔10—英買16井區(qū)呈環(huán)狀分布，溢流—沉積相主要分布于羊塔2以北地區(qū)，縱向上即可刺穿志留系也可沿志留系順層分布(如英買 35 井區(qū))［25，26］(圖 2)。

2 構(gòu)造擠壓對儲層的成巖效應(yīng)

2．1 英買力地區(qū)志留系(柯坪塔格組)儲層性質(zhì)受控于構(gòu)造擠壓和火山熱效應(yīng)

巖芯、薄片資料表明:英買34、英買35井區(qū)儲層為細－中粒巖屑石英砂巖，總體上成分差別不大(除膠結(jié)物)，儲集空間以殘余原生粒間孔為主，但英買34井區(qū)、英買35井區(qū)孔隙度差異7%～8%(圖3)。其原因主要為成巖早期構(gòu)造擠壓強度差異造成的，英買34井區(qū)平均壓實減孔量為22．76%，英買35井區(qū)平均壓實減孔量為29．61%，比英買34井區(qū)多7．1%。其次是火山作用的熱效應(yīng)，導致了英買35井石英顆粒強烈次生加大，導致孔隙減小，其依據(jù)如下:

圖1 塔北地區(qū)志留系柯坪塔格組上3段沉積相平面分布圖Fig．1 Map showing the distribution of sedimentary facies ofin north Tarim Basin

圖2 塔北隆起英買力地區(qū)火成巖相帶展布圖Fig．2 Map showing the distribution of igneous facies in Yingmaili area

(1)顆粒接觸關(guān)系的不同與正常埋藏壓實的關(guān)系不大。在埋深差異不大的情況下，英買34井區(qū)志留系儲層顆粒間以點及點線接觸為主(圖4A);英買35井區(qū)志儲層顆粒間以線接觸為主，可見明顯的壓實、壓溶特征，同時英買35井區(qū)處于早海西期近東西向擠壓型斷裂帶，從構(gòu)造樣式及地層褶曲變形上表明該井區(qū)構(gòu)造擠壓作用對儲層有至關(guān)重要影響(圖4B，C，D)。

(2)英買34井區(qū)與英買35井區(qū)石英顆粒次生加大的方式不同。英買34井儲層石英加大方式以膠結(jié)充填作用為主，自形特征明顯(圖4A)，主要與地層流體沉淀有關(guān)，石英次生加大的同時受構(gòu)造擠壓作用不明顯;英買35井區(qū)儲層石英顆粒加大以壓實壓溶作用為主，石英顆粒在強擠壓、壓實和熱液作用下溶解再沉淀，他形特征明顯，表明受構(gòu)造擠壓或熱效應(yīng)明顯(圖 4B，C，D)。

圖3 英買力地區(qū)英買34井區(qū)、英買35井區(qū)志留系柯坪塔格組上1亞段孔隙度直方圖Fig．3 Histogram of the distribution of porosity ofin Yingmai 34 and Yingmai 35

圖4 英買35井志留系碎屑顆粒壓實強度明顯大于英買34井A．英買 34 井，5 387 m，細粒巖屑石英砂巖，硅質(zhì)加大2．8%，以點接觸為主，孔隙度14．4%;B．英買 35-1 井，5 590．8 m，中細粒石英砂巖，硅質(zhì)加大1．5%，顆粒嵌合，孔隙度4．98%;C．英買35-1井，5 574．24 m，擠壓作用形成的糜棱巖化條帶;D．英買35井，5 588．38 m，強擠壓作用造成的糜棱巖化現(xiàn)象。Fig．4 Clastic particles in Yingmai 35 are obviously more compacted than those in Yingmai 34

圖5 英買35井、英買37井區(qū)志留系儲層包裹體均一溫度直方圖Fig．5 Homogenization temperature distribution of Silurian inclusions in Yingmai 35 and Yingmai 37

(3)火山熱液作用可能是造成英買34井區(qū)、英買35井區(qū)儲層物性差異的另一重要原因。英買35井儲層鹽水包裹體均——溫度主峰值為 120℃～130℃，而英買37井區(qū)為100℃～110℃，低于英買35井區(qū)(圖5)，表明巖漿活動對近距離的英買35井影響要高于相對遠距離的英買37井區(qū)，而英買34井區(qū)相對更遠離火山巖區(qū)，因此，英買35井區(qū)受火山熱液影響相對較大。

圖6 不同初始孔隙度下擠壓應(yīng)力減孔率與孔隙度關(guān)系Fig．6 Diagram showing how compressive stress influences with different initial porosities

2.2 英買35井區(qū)構(gòu)造擠壓發(fā)生時期早，儲層構(gòu)造成巖效應(yīng)明顯

構(gòu)造成巖效應(yīng)是多方面的，包括以物理作用方式為主的儲層孔隙體積縮小、裂縫形成(構(gòu)造縫和壓碎縫)，以及流體活動、流體壓力變化(壽建峰，2005)［5］。英買力地區(qū)局部志留系早海西期構(gòu)造擠壓強烈，構(gòu)造成巖效應(yīng)顯著。構(gòu)造擠壓對儲層的影響取決于構(gòu)造產(chǎn)生的時間、構(gòu)造的作用方式和砂巖的原始組構(gòu)。

圖7 構(gòu)造應(yīng)力與細—中粒巖屑石英砂巖構(gòu)造壓實減孔分析圖Fig．7 Tectonic stress decreasing porosity on fine-medium grained lithic quartz sandstone

實驗分析表明:不同儲層物性條件下，構(gòu)造應(yīng)力與砂巖壓實減孔率呈正比，儲層成巖越弱，構(gòu)造減孔越強烈(圖6，7)。英買35井區(qū)志留系柯坪塔格組上段儲層在泥盆紀末、二疊紀早期和侏羅紀經(jīng)歷三次抬升剝蝕過程，其承受構(gòu)造作用十分強烈，構(gòu)造運動初期柯坪塔格組埋深約1 500 m，此時砂巖孔隙度為30%，在此背景下，構(gòu)造擠壓減孔效應(yīng)明顯，33．73 MPa的有效古應(yīng)力差異可導致7%～8%減孔量，同時造成構(gòu)造裂縫的強烈發(fā)育(圖8)。

2．3 側(cè)向擠壓—滑脫型構(gòu)造樣式?jīng)Q定構(gòu)造應(yīng)力分布及其強度

側(cè)向擠壓—滑脫構(gòu)造樣式儲層性質(zhì)縱向上差異明顯，一般沿滑脫面之上儲層遭受強構(gòu)造擠壓，物性差，滑脫面之下儲層遭受弱構(gòu)造擠壓，物性相對較好，兩者差異大小決定于斷層面角度，角度越小，差異越小(壽建峰，2003)［3］。英買力地區(qū)英買35井區(qū)發(fā)育側(cè)向擠壓高角度滑脫型構(gòu)造樣式，從地震剖面、儲層微觀特征及最大有效古應(yīng)力資料來看，斷層上盤儲層物性較差，下盤物性好，儲層性質(zhì)在縱向上受構(gòu)造樣式控制，差異明顯((圖9，10)。

圖8 英買35-1井區(qū)志留系埋藏及孔隙演化史圖Fig．8 Diagram of the burial history and porosity evolution for Silurian in Well Yingmai 35-1

圖9 側(cè)向擠壓—低角度滑脫構(gòu)造變形樣式及變形強度關(guān)系Fig．9 Diagram showing the relation of deformation style and deformation strength of lateral compression-low angle detachment structure

圖10 英買35井區(qū)高角度滑脫型構(gòu)造樣式?jīng)Q定構(gòu)造擠壓差異明顯(斷層上盤強，下盤弱)Fig．10 High angle detachment structure leads to the obvious difference of tectonic compression

2.4 構(gòu)造擠壓減孔與砂巖原始沉積組構(gòu)關(guān)系密切，細、中砂巖減孔率為4.43%/10 MPa

利用前人成果(丁原辰，1996)［7］及本次實驗測定(表1、圖11)和測井計算兩種方式恢復(fù)了英買力地區(qū)局部志留系砂巖有效古構(gòu)造應(yīng)力，兩者相關(guān)性良好，有效古應(yīng)力值一致。英買力地區(qū)志留系不同井區(qū)最大有效古應(yīng)力差異較大，最大為英買35井區(qū)，為75．7 MPa，向南東、東方向減小。進一步分析表明:構(gòu)造擠壓減孔與砂巖原始沉積組構(gòu)關(guān)系密切，粗砂巖、不等粒砂巖、粉砂巖的壓實減孔率最高，細砂巖、中砂巖的抗壓實率最強，細—中粒巖屑石英砂巖在構(gòu)造擠壓活動期構(gòu)造應(yīng)力減孔率為 4．43%/10 MPa(圖 12，13)。

表1 英買力地區(qū)志留系砂巖測井有效古構(gòu)造應(yīng)力計算表Table 1 Well logging of sandstone effective paleostructure stress for Silurian in Yingmaili area

圖11 測井計算與實測有效古應(yīng)力相關(guān)圖Fig．11 Correlogram of log analytic and measured effective paleostructure stress

圖12 巖屑石英砂巖有效古應(yīng)力與物性相關(guān)圖Fig．12 Correlogram showing the relation between the effective paleostress and porosity of lithic quartz sandstone

圖13 英買力地區(qū)志留系不同構(gòu)造應(yīng)力作用下砂巖孔隙度隨粒度變化直方圖Fig．13 Histogram showing the porosity of sandstone varies with granularity under different tectonic stresses of Silurian in Yingmaili area

3 火山熱液作用對儲層的成巖效應(yīng)

圖14 理論計算1 km巖體輻射熱液溫度遞減圖Fig．14 Theoretical calculations 1 km rock hydrothermal temperature decreasing radiation diagram

圖15 砂巖熱液作用帶砂巖孔隙度隨距火山巖體距離變化趨勢圖Fig．15 Porosity changes with the distance from volcanic rock in sandstone hydrothermal belt

理論研究表明:厚為1 km的巖墻及其圍巖的溫度分布隨時間的變化而變化，當溫度為300℃時，其烘烤范圍為周圍0．5 km(圖14)，即影響最大范圍為巖體厚度的一半。對新疆巴楚縣小海子水庫二疊系輝綠巖體對石炭系東河砂巖(巖礦成分、儲集空間均質(zhì))追蹤研究表明:巖體厚度4 km，在距巖體7 km的地方未發(fā)現(xiàn)儲層性質(zhì)異常，距巖體2 km的地方發(fā)現(xiàn)變質(zhì)作用界線，在小于2 km的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了強烈變質(zhì)作用(圖15)。在火山熱液蝕變影響下儲層出現(xiàn)分帶性，分別為:高溫接觸烘烤，低孔高滲破碎帶，其代表礦物為透輝石、韭閃石，石英重結(jié)晶，縫合線接觸。較高溫快速升特低孔低滲致密帶，其標志礦物為透輝石、黑云母，石英次生加大強烈接觸。中溫緩慢升溫中孔中滲減孔帶，其代表礦物為白云母、綠泥石，少量石英次生加大，顆粒以線—點接觸為主。低溫高孔高滲原巖帶，其標志礦物為高嶺石、蒙脫石，砂巖顆粒間以點接觸為主。儲層性質(zhì)也表現(xiàn)出明顯的帶狀展布特征，具體為距侵入巖體空間厚度一半范圍內(nèi)孔隙度特低，隨著距離增大，孔隙度增大，在距離火成巖體大于2倍厚度時趨于原巖孔隙度值(圖16，17)，英買力地區(qū)在構(gòu)造擠壓和火山侵入體發(fā)育區(qū)以Ⅲ～Ⅳ類裂縫—孔隙儲層為主，在遠離構(gòu)造擠壓和火山巖體影響區(qū)以Ⅰ～Ⅱ類儲層為主(圖18)。

圖16 火山巖體對砂巖影響分帶性變化特征圖Fig．16 Diagram showing how volcanic rock influences the zonation of sandstone

圖17 火山巖體對砂巖影響變質(zhì)作用帶典型變質(zhì)礦物特征微觀圖Fig．17 Microgram showing the characteristics of metamorphic mineral under the influence of volcanic rock

圖18 英買力地區(qū)構(gòu)造擠壓和火山侵入對志留系砂巖儲層物性影響分區(qū)圖Fig．18 Map showing the tectonic compression and volcanic intrusive influences the sandstone reservoir quality of in Yingmaili area

4 結(jié)論

(1)英買35井區(qū)志留系砂巖構(gòu)造壓實減孔比英買34井區(qū)多7%～8%，二疊紀早期的構(gòu)造擠壓及火山作用產(chǎn)生的張性裂縫改善了英買35井區(qū)儲層性質(zhì)。

(2)英買35井區(qū)志留系柯坪塔格組石英砂巖儲層性質(zhì)受構(gòu)造擠壓影響明顯，構(gòu)造成巖效應(yīng)受控于構(gòu)造作用時間、構(gòu)造樣式和砂巖原始沉積組構(gòu)。

(3)露頭建模表明火山熱液對砂巖的影響具有分帶性，范圍有限，作用范圍局限于火山巖體空間厚度的一半，變質(zhì)礦物的廣泛發(fā)育是儲層性質(zhì)遭受破壞的見證。

(4)英買力地區(qū)火山熱液對志留系砂巖儲層性質(zhì)影響范圍僅限于瀕臨火山巖體的英買35、英買7、英買9及英買16井區(qū)，其效應(yīng)是儲層石英次生加大增強，減低孔隙度1%～3%。

致謝 在論文撰寫過程中受到了塔里木油田分公司楊海軍，杭州地質(zhì)研究院朱國華、李玉文，北京大學關(guān)平等專家的親切指導，在此一并感謝。

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23 張金亮，張鑫．塔里木盆地志留系古海洋沉積環(huán)境的元素地球化學特征［J］．中國海洋大學學報，2006，36(2):200-208［Zhang Jinliang，Zhang Xin．The element geochemical features of ancient oceanic sedimentary environments in the Silurian Period in the Tarim Basin［J］．Periodical of Ocean University of China，2006，36(2):200-208］

24 鐘大康，朱筱敏，李樹靜，等．早期碳酸鹽膠結(jié)作用對砂巖孔隙演化的影響——以塔里木盆地滿加爾凹陷志留系砂巖為例［J］．沉積學報，2007，25(6):885-890［Zhong Dakang，Zhu Xiaomin，Li Shujing，et al.Influence of early carbonate cementation on the evolution of sandstones:A case study from Silurian sandstones of Manjiaer depression，Tarim Basin［J］．Acta Sedimentologica Sinica，2007，25(6):885-890］

25 劉曉，關(guān)平，潘文慶，等．塔里木盆地二疊系火山巖空間展布的精細刻畫及其地質(zhì)意義［J］．北京大學學報:自然科學版，2011，47(2):314-320［Liu Xiao，Guan Ping，Pan Wenqing，et al．Meticulous characterization of Permian volcanic rocks spatial distribution and its geological significance in the Tarim Basin［J］．Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2011，47(2):314-320］

26 上官時邁，田偉，徐義剛，等．塔里木溢流玄武巖的噴發(fā)特征［J］．巖石學報，2012，28(4):1261-1272［Shangguan Shimai，Tian Wei，Xu Yigang，et al．The eruption characteristics of the Tarim flood basalt［J］．Acta Petrologica Sinica，2012，28(4):1261-1272］