塔中順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組長石溶蝕及對儲層的影響

趙姍姍，張哨楠，萬友利

(1.西南石油大學 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610500； 2.西南石油大學 地球科學與技術學院，成都 610500； 3.中國地質調查局 成都地質調查中心，成都 610081)

塔中順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組長石溶蝕及對儲層的影響

趙姍姍1,2，張哨楠1,2，萬友利3

(1.西南石油大學 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610500； 2.西南石油大學 地球科學與技術學院，成都 610500； 3.中國地質調查局 成都地質調查中心，成都 610081)

鑄體薄片鏡下觀察顯示，塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)志留系柯坪塔格組致密砂巖儲層現(xiàn)存孔隙類型主要為殘余原生粒間孔，其次為長石溶蝕所形成的次生孔隙。綜合利用薄片、掃描電鏡、能譜分析、X-射線衍射等分析手段，對長石溶蝕特征、溶蝕機制及對儲層物性的影響進行研究。結果表明：鉀長石溶蝕形成的次生孔隙比重較大，斜長石較少，而鈉長石幾乎未被溶蝕。泥盆紀早期—侏羅紀末期為研究區(qū)柯坪塔格組致密砂巖儲層長石溶蝕形成次生孔隙的主要時期，該時期以鉀長石的溶蝕為主，溶蝕形成的次生孔隙僅在未被瀝青包覆的局部較為發(fā)育。溶蝕產(chǎn)物主要為伊利石及伊/蒙混層，雖然能在一定程度上阻礙石英次生加大，但大大降低了砂體儲層孔喉間的連通性，對儲層滲透率影響很大。

長石溶蝕；次生孔隙；致密砂巖；柯坪塔格組；順托果勒低?。凰锬九璧?/p>

砂巖儲層的孔隙度一般隨埋藏深度的增加而減小，在深埋藏條件下，相對高孔滲砂巖的形成通常源于較好的原生孔隙保存或次生孔隙發(fā)育[1]。塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)志留系柯坪塔格組平均埋深大于5 000 m，經(jīng)歷了強烈的成巖演化改造，砂巖儲層中的原生孔隙破壞較大，長石、巖屑等鋁硅酸鹽顆粒以及方解石等碳酸鹽膠結物受多期溶蝕改造形成次生孔隙，對儲層改善起到了至關重要的作用[2-6]。本文以順托果勒低隆區(qū)志留系柯坪塔格組S1k1、S1k3(1)、S1k3(3)等3段砂巖儲層為對象，通過鑄體薄片、掃描電鏡、能譜分析等手段，對其現(xiàn)存孔隙類型進行分析，并通過對長石溶蝕機制及溶蝕產(chǎn)物的研究，進一步分析了長石溶蝕對儲層物性的影響，以期為后續(xù)油氣勘探提供有用信息。

1 區(qū)域地質背景

順托果勒低隆位于塔里木盆地中部，構造位置處于塔北隆起和卡塔克隆起、阿瓦提斷陷和滿加爾凹陷之間“馬鞍形”的鞍部部位(圖1)。其宏觀構造形態(tài)形成于加里東早—中期，定型于喜馬拉雅晚期。區(qū)內(nèi)志留系柯坪塔格組為一套淺海濱岸相陸源砂質碎屑沉積，自下而上劃分為下砂巖段(S1k1)、中泥巖段(S1k2)和上砂巖段(S1k3)，其中，上砂巖段又可劃分為下砂巖亞段(S1k3(1))、中泥巖亞段(S1k3(2))和上砂巖亞段(S1k3(3))[7-10]。

成藏研究表明：志留系柯坪塔格組砂巖儲層在加里東晚期(志留紀末期)經(jīng)歷了第一期成藏，但由于加里東晚期的構造抬升使志留系上段普遍缺失，第一期成藏遭到破壞；海西晚期(二疊紀)經(jīng)歷了第二期成藏，為主成藏期；三疊紀之后再一次構造抬升，使全區(qū)普遍缺失侏羅系地層，進入白堊紀之后迅速埋深至5 000 m以上，在喜馬拉雅中晚期(古近紀—第四紀)經(jīng)歷了第三期成藏[11-12]。

2 儲層特征

根據(jù)研究區(qū)鉆遇志留系柯坪塔格組并有取心資料的順1、順9、順901、順902、順903、順904、順10、順西2等8口井巖心觀察及薄片鑒定結果統(tǒng)計，柯坪塔格組砂巖顆粒組分中石英含量為25%～94%，平均為63.22%；長石含量為1%～40%，平均為8%；巖屑含量為5%～66%，平均為28.78%。其中柯坪塔格組S1k1段主要為巖屑砂巖，巖屑含量遠高于S1k3段，且砂巖結構更為致密；S1k3(1)段以巖屑石英砂巖為主，其次為巖屑砂巖和長石巖屑砂巖，含少量長石石英砂巖；S1k3(3)段以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，其次為巖屑砂巖和長石石英砂巖(圖2)。這3段砂巖粒度總體較細，以細粒砂巖為主，自下而上砂巖粒度呈逐漸變細的趨勢(圖3)。鏡下觀察和物性測試結果顯示：3段砂巖總體物性自下向上變好，S1k1段平均孔隙度5.77%，平均滲透率0.96×10-3μm2；S1k3(1)段平均孔隙度7.94%，平均滲透率1.98×10-3μm2；S1k3(3)段平均孔隙度9.83%，平均滲透率3.34×10-3μm2，屬特低孔超低滲儲層(圖4)。

圖1 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)構造區(qū)劃

對60張鑄體薄片鏡下分析統(tǒng)計結果表明，柯坪塔格組砂巖儲層現(xiàn)存孔隙類型主要為殘余原生粒間孔，其次為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔等由長石、巖屑等易溶骨架顆粒以及方解石溶蝕所形成的次生孔隙(表1)，此外還存在很少量的雜基及黏土礦物的晶間微孔(在此未做統(tǒng)計)?？缕核窠M致密砂巖儲層中還發(fā)育能有效改善儲層孔隙連通性的微裂縫(圖5a)。

圖2 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組砂體三角分類圖

圖3 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組砂體儲層粒度分布頻率直方圖

圖4 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組砂體儲層孔隙度—滲透率分布頻率直方圖

表1 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組儲層砂體中孔隙類型及含量

統(tǒng)計結果表明，次生孔隙中以長石溶蝕形成的居多(圖5b)，分別占次生孔隙總量的50.9%(S1k1)、63.5%(S1k3(1))、49.1%(S1k3(3))，占總孔隙度的37.6%(S1k1)、39.7%(S1k3(1))、27.9%(S1k3(3))；其次為巖屑溶蝕形成的次生孔隙，但多呈斑點狀細小溶孔，且孔隙間連通性較差，所以對儲層有效次生孔隙的形成影響有限(圖5c,d)；方解石溶蝕形成的次生孔隙占比較小。由此可見，長石溶蝕形成的溶蝕孔隙在柯坪塔格組致密砂巖儲層次生孔隙中占主導地位。

3 長石溶蝕特征及溶蝕機制

長石溶蝕是一個復雜的過程，涉及到離子交換和新礦物生成，而這一過程對儲層物性有很大影響[13-19]，因此系統(tǒng)研究長石溶蝕機制以及溶蝕產(chǎn)物很有必要。

圖5 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組微裂縫及溶蝕孔隙特征薄片照片由石油地質專業(yè)實驗室偏光顯微鏡拍攝，型號：DM 2 500P。

通過薄片鑒定和X-射線衍射定量分析，識別出柯坪塔格組砂巖儲層中不同長石的含量：整體上鈉長石含量最高，鉀長石次之，斜長石最少。

偏光顯微鏡和掃描電鏡下，長石顆粒的溶蝕現(xiàn)象明顯，多沿解理、邊緣發(fā)生。溶蝕程度較低的僅在長石顆粒表面發(fā)生溶蝕(圖6a)，溶蝕程度較高的可將長石顆粒溶蝕成篩網(wǎng)狀或殘骸狀(圖6b)，甚至全部被溶蝕形成鑄模孔。能譜分析顯示，被溶蝕的多為鉀長石，伴生板條狀自生鈉長石(圖6c,d,e)及鉀長石的鈉長石化現(xiàn)象，而鈉長石一般溶蝕程度較低甚至未發(fā)生溶蝕。

進一步通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，長石的溶蝕產(chǎn)物多為伊利石和伊/蒙混層(圖6e,f,i,j)，少見高嶺石(圖6g,h)?？傮w上長石的溶蝕孔內(nèi)部較為干凈，很少有黏土礦物充填，所形成的溶蝕孔多為有效的次生孔隙。

3.2 長石溶蝕機制

埋藏深度和溫度是長石溶蝕最主要的控制因素，物源中初始蒙皂石的含量也對長石的溶蝕路徑存在很大影響[20-24]。根據(jù)不同長石穩(wěn)定性差異以及長石溶蝕產(chǎn)物的變化，結合地溫梯度、包裹體測溫、埋藏史等區(qū)域地質資料，將柯坪塔格組砂巖儲層中的長石溶蝕劃分為3個階段。

3.2.1 志留紀早期—志留紀末

圖6 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組掃描電鏡下長石溶蝕特征掃描電鏡由成都地質礦產(chǎn)研究所完成，儀器為冷場發(fā)射掃描電鏡，型號：HITACHI S-4 800。

這一時期柯坪塔格組由同生沉積階段進入埋藏成巖初期。該時期由于埋深較淺，成巖系統(tǒng)處于開放—半開放狀態(tài)。因溶解反應所需的吉布斯自由能增量不同，斜長石(尤其是偏基性斜長石，如鈣長石)在低溫條件下最易發(fā)生溶蝕，而鉀長石穩(wěn)定性最好，鈉長石穩(wěn)定性介于二者之間，所以這一階段主要以斜長石的溶解為主，可能會有鈉長石溶蝕。該階段長石溶蝕所形成的自生黏土礦物為高嶺石。以鈣長石為例，偏基性斜長石溶蝕過程如反應(1)，鈉長石溶蝕過程如反應(2)：

此外，企業(yè)的管理層也是直接影響經(jīng)濟管理的重要因素，管理層能否合理稱職的履行經(jīng)濟職能可以從財務會計的監(jiān)督下反映體現(xiàn)，且在這樣的監(jiān)督下管理層的職權能夠更加的公正透明，財務更加健康合理化。

CaAl2Si2O8(鈣長石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+Ca2+

(1)

2NaAlSi3O8(鈉長石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+2Na++4SiO2

(2)

由于早期埋藏成巖階段沉積砂體連通性較好，孔隙流體能夠及時排出地層，使流體中的離子濃度達不到飽和狀態(tài)，從而促進長石溶蝕反應持續(xù)進行，表現(xiàn)為高嶺石大多分布于物性較好的砂體中。但柯坪塔格組長石含量不高，且不穩(wěn)定的偏基性斜長石在風化和沉積搬運階段就已經(jīng)被大量消耗，所以高嶺石的總量相對較少(表2)。

3.2.2 泥盆紀早期—侏羅紀末

研究區(qū)志留系柯坪塔格組砂巖儲層中因火成巖巖屑含量較高而存在豐富的初始蒙皂石，進入泥盆紀后柯坪塔格組砂巖埋藏溫度達到70 ℃以上[11]，這一地溫條件促使蒙皂石向伊利石轉化[14,16,21]。隨著溫度的升高，鉀長石溶蝕反應所需的吉布斯自由能增量顯著降低[20]，并且蒙皂石的伊利石化是一個耗鉀反應(見反應3)，這會大大促進鉀長石的溶蝕以提供更多的K+(見反應4)，而反應釋放出Na+又會抑制鈉長石的溶蝕，所以這一時期以鉀長石溶蝕為主，伴生自生鈉長石(圖6c,e)和自生石英。

蒙皂石+4.5K++8Al3+→伊利石+Na++
2Ca2++2.5Fe3++2Mg2++3Si4+

(3)

2KAlSi3O8(鉀長石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+2K++4SiO2

(4)

該階段長石溶蝕所形成的自生黏土礦物主要為伊利石及伊/蒙混層。在該階段相對封閉的地層環(huán)境下，蒙皂石的轉化機理相當于是一個交代過程[21]，所以生成的伊利石在產(chǎn)狀上繼承了蒙皂石的形態(tài)，多呈蜂窩狀(圖6f)。

表2 塔里木盆地順托果勒低隆區(qū)柯坪塔格組自生黏土礦物含量

注：順901、順904井樣品測試單位為西北石油地質中心實驗室。

3.2.3 白堊紀早期至今

進入白堊紀之后，柯坪塔格組地層埋深迅速加大，地溫達到120 ℃以上[11]，致使蒙皂石的伊利石化反應終止，而高嶺石開始向伊利石轉化，并伴生鉀長石的溶蝕以提供鉀源[14,21]，反應式如下：

KAlSi3O8(鉀長石)+Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)→
KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+2SiO2+H2O

(5)

對伊利石產(chǎn)狀分析表明，高嶺石的伊利石化在本區(qū)發(fā)育程度較低(圖6g)。一方面源于先前形成的高嶺石含量較少，另一方面加里東晚期的構造抬升使第一期成藏遭受水洗破壞，形成瀝青包覆在部分長石和高嶺石表面(圖6h)，在一定程度上抑制了該反應的進行，所以該階段長石溶蝕量占比不大。

通過X-射線衍射分析對比柯坪塔格組砂巖儲層中的黏土礦物種類和含量(表2)，并對伊利石的產(chǎn)狀和成因進行分析，結果表明泥盆紀早期—侏羅紀末期鉀長石的溶蝕產(chǎn)物含量最高，結合鉀長石大量溶蝕的特征，認為泥盆紀早期—侏羅紀末期為研究區(qū)柯坪塔格組砂巖儲層長石溶蝕次生孔隙形成的主要時期，而志留紀早期—志留紀末期和白堊紀早期至今的2個階段為長石溶蝕次生孔隙形成的次要時期。

4 長石溶蝕對儲層物性的影響

4.1 長石溶蝕對次生孔隙的影響

志留紀早期—志留紀末期，研究區(qū)柯坪塔格組處于同生期及埋藏成巖初期，在開放性系統(tǒng)中大氣淡水等酸性流體可以很好地溶蝕長石并帶走溶蝕產(chǎn)物，形成的次生孔隙較好。志留紀晚期的油氣充注一方面會對長石溶蝕起到一定的抑制作用，另一方面能夠在一定程度上緩解壓實和膠結作用的破壞，有助于已形成孔隙的保存。但總體上看，由于受后期壓實作用和膠結作用影響較大，所以早期長石溶蝕對次生孔隙形成所起到的作用較小。

泥盆紀—侏羅紀，鉀長石溶蝕形成的次生孔隙相對較多，盡管溶蝕反應伴生的自生鈉長石和自生石英會在一定程度上減少孔隙度，但仍為次生孔隙形成的主要階段。受到志留紀末油藏破壞形成的瀝青影響，該時期鉀長石溶蝕形成的次生孔隙僅在未被瀝青包覆的局部較為發(fā)育，總體上存在非均質特點。

白堊紀之后雖然長石溶蝕量不大，形成的次生孔隙占比較少，但這一時期壓實作用對儲層的影響變小，形成的次生孔隙能夠較好地保存下來。

4.2 長石溶蝕對儲層滲透率的影響

研究區(qū)柯坪塔格組砂巖儲層中長石的溶蝕產(chǎn)物主要為伊利石及伊/蒙混層，這2種黏土礦物對儲層滲透率的影響非常大。伊利石及伊/蒙混層的賦存方式主要有2種，一是以包膜的形式覆蓋在顆粒表面(圖6i)，能阻礙石英的次生加大，從而對孔隙保存起到一定的積極作用；另一種以蜂窩狀(圖6f)、搭橋狀(圖6j)充填于孔隙和喉道之間，在很大程度上降低了砂體儲層孔喉間的連通性，使儲層滲透率變差。

5 結論

(1)順托果勒低隆區(qū)志留系柯坪塔格組致密砂巖儲層整體物性較差，現(xiàn)存孔隙主要為殘余原生粒間孔，其次為長石溶蝕所形成的次生孔隙，巖屑和方解石溶蝕孔以及雜基和黏土礦物的晶間微孔次生孔隙占比較小。此外致密砂巖儲層中由成巖或構造作用所形成的微裂縫也對儲層物性的改善起到一定的積極作用。

(2)柯坪塔格組長石溶蝕過程可劃分為3個階段：志留紀早期—志留紀末以偏基性斜長石溶蝕為主，溶蝕產(chǎn)物為高嶺石；泥盆紀早期—侏羅紀末期以鉀長石溶蝕為主，溶蝕產(chǎn)物為伊利石及伊/蒙混層；白堊紀之后仍以鉀長石溶蝕為主，溶蝕產(chǎn)物為伊利石。其中，泥盆紀早期—侏羅紀末期的長石溶蝕產(chǎn)物所占比例最大，該階段為研究區(qū)柯坪塔格組致密砂巖儲層長石溶蝕形成次生孔隙的主要時期。

(3)志留紀早期—志留紀末期長石溶蝕形成的次生孔隙較好，但受后期壓實作用和膠結作用的影響很大，對次生孔隙的貢獻有限；泥盆紀—侏羅紀為長石溶蝕形成次生孔隙的主要階段，但受到志留紀末油藏破壞形成的瀝青影響，該時期鉀長石溶蝕形成的次生孔隙僅在未被瀝青包覆的局部較為發(fā)育；白堊紀之后溶蝕形成的次生孔隙較少，但孔隙能夠很好地保存下來。

(4)伊利石及伊/蒙混層作為研究區(qū)柯坪塔格組砂巖儲層中含量最多的長石溶蝕產(chǎn)物，雖然能在一定程度上阻礙石英次生加大，但充填在孔隙和喉道之間，大大降低了砂體儲層孔喉間的連通性，對儲層滲透率影響很大。

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(編輯 韓 彧)

Feldspar dissolution and its effect on reservoir in Kepingtage Formation, Shuntuoguole Low Uplift, central Tarim Basin

Zhao Shanshan1,2, Zhang Shaonan1,2, Wan Youli3

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 2.SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 3.ChengduCentre,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China)

Thin section data showed that primary intergranular poreswere dominant in the tight sandstone reservoirs in the Silurian Kepingtage Formation in the Shuntuoguole Low Uplift of the Tarim Basin, while secondary pores formed by feldspar dissolution took the second place. The feldspar dissolution characteristics, mechanism and its effect on reservoir physical property were analyzed using thin sections, scanning electron microscopy (SEM), energy spectrum and X-ray diffraction (XRD). The proportion of secondary porosity formed by potassium feldspar dissolution was much larger than that from plagioclase, and albite was almost not dissolved. From the early Devonian to the late Jurassic, potassium feldspar dissolution resulted in the formation of secondary porosity, and the secondary pores only developed in the area not covered by asphalt. Dissolution products were mainly illite and the mixture of illite/smectite, although they could hinder secondary quartz overgrowth to some extent, greatly reduce connectivity among the pore throats of the sand body reservoir, and greatly influence the reservoir permeability.

feldspar dissolution; secondary pore; tight sandstone; Kepingtage Formation; Shuntuoguole Low Uplift; Tarim Basin

1001-6112(2015)03-0293-07

10.11781/sysydz201503293

2014-12-12；

2015-03-04。

趙姍姍(1988—)，女，在讀碩士研究生，專業(yè)方向為儲層沉積學。E-mail:565978578@qq.com。

張哨楠(1957—)，男，博士，教授，從事石油地質學教學與研究。E-mail:zsn@cdut.edu.cn。

國家“十二五”重大科技專項(2011ZX05002-003)和國家自然科學基金青年基金(41302115)聯(lián)合資助。

TE122.2

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