塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系成巖作用研究

蔣海軍，林新，岳勇，鄧鋒，馬中遠(yuǎn)，吳禮明

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系成巖作用研究

蔣海軍，林新，岳勇，鄧鋒，馬中遠(yuǎn)，吳禮明

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

玉北地區(qū)奧陶系是塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣勘探的重要目的層和產(chǎn)層。通過觀察巖石薄片和鑄體薄片，結(jié)合巖心觀察、掃描電鏡、陰極發(fā)光，輔以地化資料等，對玉北地區(qū)奧陶系成巖作用進(jìn)行研究，認(rèn)為：玉北地區(qū)奧陶系的主要建設(shè)性成巖作用有巖溶、白云化、重結(jié)晶和溶蝕作用等，破壞性成巖作用有壓實(shí)-壓溶、膠結(jié)、硅化和充填作用等，此外，還有去白云化、褐鐵礦化、泥晶化等對儲集性能影響極小的成巖作用，可劃分為同生成巖階段、早—晚成巖階段和表生成巖階段。

玉北地區(qū)；奧陶系；成巖作用；成巖階段

碳酸鹽巖成巖作用是指碳酸鹽巖沉積物在沉積后到變質(zhì)之前，這一漫長階段所發(fā)生的改變沉積物與沉積巖性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征的各種物理、化學(xué)及生物變化［1］，對碳酸鹽巖儲層的物性特征具重要影響。碳酸鹽巖儲層物性主要受沉積相、成巖作用和構(gòu)造作用影響與控制，構(gòu)造作用僅影響特定區(qū)域，成巖作用和沉積相是影響儲層質(zhì)量的重要因素。影響儲層質(zhì)量的先天因素沉積相決定儲層原始物性和空間分布，成巖作用為影響儲層質(zhì)量的后天因素，決定儲層的最終物性［2］。2010年7月，玉北1井在奧陶系鷹山組獲工業(yè)油流，取得塔里木盆地麥蓋提斜坡奧陶系碳酸鹽巖儲層油氣勘探的導(dǎo)向性突破，證實(shí)了麥蓋提斜坡奧陶系存在豐富的油氣資源。近年來隨著勘探的不斷深入，有較多研究成果探討塔里木盆地奧陶系儲集層特征及成因，提出多種成巖作用方面的主控因素［3-5］。歸納起來主要有壓實(shí)壓溶、膠結(jié)、白云石化、表生巖溶、有機(jī)酸和熱液溶蝕等。筆者在大量巖心觀察和薄片鑒定基礎(chǔ)上，利用地球化學(xué)資料，對該區(qū)奧陶系成巖作用進(jìn)行探討，以期為研究區(qū)儲層預(yù)測及勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸盆地，蘊(yùn)藏豐富的石油和天然氣資源。玉北地區(qū)位于塔里木盆地西南凹陷麥蓋提斜坡東段，北與中央隆起區(qū)巴楚隆起接壤，南鄰喀什凹陷、葉城-和田凹陷，西北接柯坪斷隆，東與塘古巴斯凹陷過渡［6-7］，是中石化塔里木盆地勘探程度相對較低區(qū)域，總面積12 957.933 km2，目前共有鉆井27口，其中探井16口（玉中1井正鉆）。該工區(qū)可分為麥蓋提1、2、3區(qū)塊，從西往東依次為西部斜坡區(qū)、中部平臺區(qū)和東部斷褶區(qū)。地跨葉城、皮山、墨玉、和田、洛浦、策勒等縣市境內(nèi)（圖1）。奧陶系是中石化西北油田分公司重要勘探目的層系［8］，本文對奧陶系包括良里塔格組、一間房組、鷹山組上段、鷹山組下段、蓬萊壩組成巖作用及階段進(jìn)行探討。

2 奧陶系儲層巖石學(xué)類型

通過對玉北地區(qū)奧陶系15口取心井600塊巖心和巖石薄片觀察，分別對奧陶系各組段巖石類型進(jìn)行統(tǒng)計，認(rèn)為良里塔格組生屑灰?guī)r較發(fā)育，巖石類型以鮞?；?guī)r和砂屑灰?guī)r為主；一間房組巖性相對單一，以砂屑灰?guī)r為主；鷹山組上段巖性較復(fù)雜，以砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r為主；鷹山組下段以結(jié)晶白云巖為主，可見硅質(zhì)巖；蓬萊壩組以結(jié)晶白云巖為主，次為硅質(zhì)白云巖和硅質(zhì)巖（圖2）。

3 奧陶系儲層成巖作用類型

3.1 泥晶化作用

泥晶化作用主要見于生物屑灰?guī)r中，在生物屑外緣見有生物鉆孔和泥晶套（圖3-a），保存完整，未見被搬運(yùn)和磨蝕的痕跡，表明該區(qū)顆?；?guī)r經(jīng)歷了海底潛流成巖環(huán)境。

圖1 玉北地區(qū)地理位置圖Fig.1 The map of Yubei area

圖2 良里塔格組、一間房組、鷹山組上段、鷹山組下段、蓬萊壩組巖石類型柱狀圖Fig.2 The rock type column of LianglitageFomation、Yijianfang Fomation、Yingshan（upper、lower）Fomation and PenglaibaFomation

3.2 壓實(shí)壓溶作用

壓實(shí)壓溶作用是碳酸鹽巖中既常見又重要的成巖作用，壓實(shí)作用使碳酸鹽巖顆粒由疏松變得致密甚至縫合線接觸，降低孔隙度。當(dāng)然，縫合線是壓溶作用最明顯標(biāo)志，可作為流體運(yùn)移的通道，晚期沿縫合線溶蝕，形成串珠狀溶蝕孔隙（圖3-b）。

3.3 膠結(jié)作用

第一期海底膠結(jié)作用該期膠結(jié)作用發(fā)生于海底成巖環(huán)境，形成的膠結(jié)物多因后期溶蝕作用遭到較嚴(yán)重破壞，各井該期膠結(jié)物含量不均，高者達(dá)5%，低者小于1%。多呈纖柱狀、纖維狀、放射纖維狀，垂直顆粒（鮞粒、砂屑）壁生長，形成等厚環(huán)邊，膠結(jié)物分布致密（圖3-c）。這些膠結(jié)物的存在一方面說明早期膠結(jié)較嚴(yán)重，同時這些較易被破壞或重結(jié)晶的膠結(jié)也說明后期成巖改造相對較弱［9-10］。

圖3 巖石照片F(xiàn)ig.3 The rock photos

第二期大氣淡水膠結(jié)作用該期膠結(jié)作用發(fā)生于大氣淡水成巖環(huán)境，包括大氣淡水滲流帶和潛流帶兩個亞環(huán)境。該期膠結(jié)作用在滲流帶較常見，主要為新月型或懸垂?fàn)钅z結(jié)物或等軸粒狀膠結(jié)物。膠結(jié)物晶粒一般小于0.10 mm，含量在10%～25%，覆蓋于纖狀膠結(jié)物上或直接覆蓋于顆粒上（圖3-d）。

第三期埋藏膠結(jié)作用見第一、第二期膠結(jié)物充填后所剩余的粒間孔隙中的中、粗晶方解石，含量較少。陰極射線下一般不發(fā)光，混合染色鑒別為含鐵方解石，聚片雙晶發(fā)育（圖3-e）。

3.4 溶蝕作用

準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕本期大氣淡水溶蝕作用主要發(fā)生在亮晶鮞粒、砂屑灰?guī)r中，纖狀方解石膠結(jié)物被部分或全部溶蝕，殘留的纖狀方解石與第二期粒狀方解石呈不整合接觸（圖3-f），形成鑄?？缀土?nèi)孔等。

埋藏期溶蝕埋藏溶蝕作用在研究區(qū)奧陶系均有發(fā)育，其識別標(biāo)志為：①孔隙邊緣多呈港灣狀；②白云石晶內(nèi)孔、硅質(zhì)內(nèi)溶孔充填黑色瀝青質(zhì)，孔隙邊部也可見黑色碳質(zhì)瀝青；③縫合線周圍的溶孔也見瀝青充填痕跡（圖3-g）。

表生期溶蝕研究區(qū)表生溶蝕作用可劃分為早晚兩期，早期表生溶蝕作用發(fā)生于沉積物淺埋藏以后抬升到地表，即第二期膠結(jié)物形成之后第三期膠結(jié)物形成之前，在鏡下表現(xiàn)為第二期膠結(jié)物部分被溶甚至涉及第一期膠結(jié)物（圖3-g）。在沉積物埋藏成巖后被抬升到地表則會發(fā)生晚期表生溶蝕，產(chǎn)生隨機(jī)分布的次生溶孔和較大溶洞。本區(qū)晚期溶蝕作用較弱，其識別標(biāo)志有：①黃鐵礦發(fā)生褐鐵礦化；②在縫合線、微裂縫內(nèi)有氧化鐵；③白云石晶間溶孔和裂縫內(nèi)充填滲濾粉砂、泥質(zhì)、赤鐵礦或滲濾云泥。

3.5 白云化作用

準(zhǔn)同生期白云石化在蒸發(fā)環(huán)境下，沉積物尚未完全脫離沉積水體時，即被含Mg2+的鹵水交代而形成。本區(qū)準(zhǔn)同生白云石化主要形成紋層狀泥晶云巖、砂屑泥-粉晶云巖。其白云石晶形較好，以自形、半自形晶為主（圖3-i）。

埋藏白云石化在高溫條件下，因壓溶作用形成的富Mg2+粒間水，及在壓實(shí)成巖過程中蒙脫石等粘土礦物轉(zhuǎn)化為伊利石析出Mg2+的作用均有利于埋藏云化作用的發(fā)生。由此形成的白云石晶粒較粗大，多為中細(xì)晶，甚至粗晶，晶形多以半自形、自形晶為主，具明顯波狀消光（圖3-j）。

3.6 硅化作用

圖4 YB3，灰色泥晶灰?guī)r，多條斜交縫被方解石、泥質(zhì)充填Fig.4 The grey micritic limestone，a lot of obligue fracture filled with calcite and mud in YB3

研究區(qū)硅化作用可劃分為同生期、成巖期兩期，主要發(fā)生在結(jié)晶白云巖中。其中同生期硅化表現(xiàn)為生屑硅化，強(qiáng)度微弱，含量小于1%。成巖期硅化在研究區(qū)主要表現(xiàn)為兩種形式：①細(xì)小自形、半自形短柱狀石英切割縫合線或沿縫合線分布，含量小于1%；②結(jié)晶云巖中硅質(zhì)交代及充填，是研究區(qū)主要硅化形式。在結(jié)晶白云巖中，溶蝕充填硅質(zhì)，顯示生長環(huán)帶，呈周期性變化。在熒光下發(fā)光環(huán)帶與不發(fā)光環(huán)帶相間分布，說明在硅質(zhì)充填時油氣間歇性進(jìn)入（圖3-k）。

3.7 充填作用

玉北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層中發(fā)現(xiàn)的最常見充填物是方解石和白云石。充填物多為粒狀，以細(xì)晶為主，粉晶及中粗晶少見。研究區(qū)各井中發(fā)育的裂縫，多被方解石充填（圖3-l）。

3.8 重結(jié)晶作用

奧陶系重結(jié)晶作用比較發(fā)育，一般呈斑塊狀，形成粉-細(xì)晶或中晶結(jié)構(gòu)，常見殘留的泥微晶“團(tuán)?！被蛏靶?xì)埩艚Y(jié)構(gòu)，形成時間一般較早。重結(jié)晶作用可使礦物結(jié)構(gòu)變粗，晶間孔增大，有利于增加巖石的孔隙度（圖3-m）。

3.9 巖溶作用

溶洞及洞穴充填物鉆遇奧陶系半充填與未充填溶洞過程中，常出現(xiàn)鉆具放空和鉆井液漏失等現(xiàn)象。如玉北1-2在井段5 283.28～5 284.93 m鉆具放空1.65 m，返出原油22 m3。玉北3井鉆遇溶洞及溶洞充填物，玉北1井、玉北9井溶洞中充填的方解石（圖3-n，o）。

擴(kuò)溶縫擴(kuò)溶縫在玉北地區(qū)奧陶系較發(fā)育，且產(chǎn)狀不同。這些被巖溶作用擴(kuò)大溶蝕的節(jié)理或構(gòu)造縫，有些未被充填，有些則被灰綠-紫紅色泥質(zhì)、石英砂及少量碳酸鹽巖角礫、粒狀方解石和白云石充填（圖4）。

蜂窩狀的溶蝕孔洞溶蝕孔洞多呈蜂窩狀，部分呈拉長狀沿水平方向分布，面孔率為3%～12%。最高達(dá)15%以上，孔洞間連通性較好（圖5）。白云巖中溶蝕孔洞的充填程度較低，僅部分溶蝕孔洞為少量泥質(zhì)、白云石、方解石、硅質(zhì)充填至半充填。蜂窩狀溶蝕孔洞型儲層測井響應(yīng)特征為：密度測井值略降低，中子孔隙度略增大，聲波時差變化不大。雙側(cè)向測井值明顯減小，呈小的“負(fù)差異”。成像測井資料上可見深黑色暗斑，表明該井段井筒中鉆井液與溶蝕孔洞中侵入的液體連通。溶蝕孔洞發(fā)育說明巖石曾在滲流或潛流環(huán)境中受到溶解作用，可能有埋藏貢獻(xiàn)。

圖5 玉北5井測井處理成果圖（6 466～6 491 m）Fig.5 The processing result chart of the Yubei 5 well（6 466～6 491 m）

表1 奧陶系碳酸鹽巖成巖作用特征Table 1 The carbonate diagnosis characteristics of Ordovician

圖6 研究區(qū)奧陶系各組成巖作用差異Fig.6 The diagenesis difference of Ordovician in Yubei area

3.10 熱液作用

蓬萊壩組白云巖中發(fā)育大量晶間孔，部分被溶蝕擴(kuò)大，部分被多期硅質(zhì)膠結(jié)或充填，見典型熱液礦物馬鞍狀白云石（圖3-p）?？赡苁軣嵋鹤饔糜绊憽?/p>

4 成巖作用階段劃分

據(jù)玉北地區(qū)成巖作用特征和分布（表1，圖6），結(jié)合巖心、薄片及測井等資料研究，認(rèn)為玉北地區(qū)奧陶系良里塔格組、一間房組、鷹山組上段、鷹山組下段、蓬萊壩組成巖作用稍有差異。目前在玉北地區(qū)奧陶系儲層中，能指示成巖環(huán)境，反映成巖階段組分和成巖作用的類型。泥晶化作用反映海底潛流環(huán)境，屬同生階段；雜基（或基質(zhì)）形成于早成巖期，是與其他顆粒同時沉積的礦物；強(qiáng)烈壓溶作用、重結(jié)晶作用和白云化作用形成于中—晚成巖期；鐵泥質(zhì)殘積物是表生環(huán)境巖溶產(chǎn)物。因此，可將奧陶系劃分為同生成巖階段、早成巖階段、中成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段。

據(jù)成巖作用研究，結(jié)合單井埋藏史等資料，推斷玉北地區(qū)奧陶系的成巖序列為：基質(zhì)、顆粒沉積→顆粒泥晶化→第一世代纖狀膠結(jié)→大氣淡水溶蝕→第二世代粒狀膠結(jié)→壓實(shí)作用→壓溶縫合線→第三世代膠結(jié)→埋藏早期溶蝕→埋藏白云化、硅化→埋藏晚期溶蝕、熱液溶蝕→充填和破裂作用→烴類充注及轉(zhuǎn)化→重結(jié)晶作用→油氣調(diào)整→晚期開啟裂縫。

5 結(jié)論

（1）玉北地區(qū)奧陶系的主要建設(shè)性成巖作用有巖溶、白云化、重結(jié)晶和溶蝕作用等，破壞性成巖作用有壓實(shí)-壓溶、膠結(jié)、硅化和充填作用等。此外，還有去白云化、褐鐵礦化、泥晶化等對儲集性能影響極小的成巖作用；

（2）玉北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層成巖階段可分為同生成巖階段、早成巖階段、中成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段。

（3）玉北地區(qū)奧陶系成巖序列為：基質(zhì)、顆粒沉積→顆粒泥晶化→第一世代纖狀膠結(jié)→大氣淡水溶蝕→第二世代粒狀膠結(jié)→壓實(shí)作用→壓溶縫合線→第三世代膠結(jié)→埋藏早期溶蝕→埋藏白云化、硅化→埋藏晚期溶蝕、熱液溶蝕→充填和破裂作用→烴類充注及轉(zhuǎn)化→重結(jié)晶作用→油氣調(diào)整→晚期開啟裂縫。

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Diagenesis Analysis of Ordovician of Yubei Area in Tarim Basin

Jiang Haijun，Lin Xin，Yue Yong，Deng Feng，Ma Zhongyuan，Wu Liming
（Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Sinopec，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Ordovician formation of Yubei area is an important purpose and production layer of oil and gas exploration about marine carbonate in Tarim basin.By observing rock and cast thin slice，combining the core observation，scanning electronic microscope，cathodoluminescence，supplemented by geochemical data and so on，the author studied the diagenesis of Ordovician formation inYubei area，the study showsthat:the major constructive diagenesises of Ordovician formation in Yubei area are karst，dolomitization recrystallization and dissolution，etc.The major destructive diagenesises of Ordovician formation in Yubei area are compaction-pressure solution，cementation silicon and filling the role，in addition，there are undolomitization，Limonitization，micritization which impact on reservoir properties minimally.Ordovician formation in Yubei area can be divided into Generation stage with rock，early middle and late diagenetic stage and epidiagenesis stage.

Yubei area；Ordovician；Diagenesis；Diagenetic stage

1000-8845（2015）01-78-06

P618.41

A

項(xiàng)目資助：中國石油化工股份有限公司重大先導(dǎo)項(xiàng)目“塔里木盆地塔中、玉北地區(qū)油氣富集規(guī)律研究與突破目標(biāo)”（2013KTXD01）資助

2014-03-12；

2014-04-24；作者E-mail：jhj0896@126.com.

蔣海軍（1983-），男，湖北荊門人，助理工程師，2011年長江大學(xué)碩士研究生，主要從事沉積、儲層等方面的研究