瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集層成巖作用及孔隙演化

許琳，常秋生，陳新華，陶親娥，王忠泉

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集層成巖作用及孔隙演化

許琳1，常秋生1，陳新華2，陶親娥1，王忠泉1

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集層以礫巖、砂礫巖及砂巖為主。針對(duì)該套儲(chǔ)層成分成熟度低、磨圓度較差、分選性差的特點(diǎn)，運(yùn)用薄片鑒定、掃描電鏡、物性分析等資料，分析出百口泉組儲(chǔ)層經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、烴類(lèi)侵位等成巖作用及成巖事件，確定該段儲(chǔ)層處于中成巖階段B期及相應(yīng)的成巖演化序列。認(rèn)為該區(qū)的主要孔隙類(lèi)型為剩余粒間孔隙、粒內(nèi)溶孔及部分微裂縫。由于成巖作用對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的改造作用，孔隙演化整體上呈減小趨勢(shì)，其中溶蝕作用及烴類(lèi)侵位決定了瑪北斜坡區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育狀況。

瑪北斜坡區(qū)；三疊系百口泉組；成巖作用；孔隙演化

瑪北油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷階帶下盤(pán)，屬瑪湖凹陷北斜坡帶，北接烏夏斷裂帶，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，表現(xiàn)為東南傾的平緩單斜，局部發(fā)育低幅度平臺(tái)、背斜或鼻狀構(gòu)造，斷裂較少［1］。該區(qū)地層發(fā)育較全，自下而上有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系，各層系均為區(qū)域性不整合。其中目的層三疊系百口泉組與二疊系下烏爾禾組間缺失上烏爾禾組，為一角度不整合?，敽枷萑B系百口泉組礫巖、砂礫巖儲(chǔ)集層發(fā)育，是西北緣油氣勘探及獲得效益儲(chǔ)量的重要目的層。近年來(lái)，環(huán)瑪湖凹陷地區(qū)的勘探取得重大突破，瑪北地區(qū)勘探力度也不斷加大，急需深化對(duì)三疊系百口泉組儲(chǔ)層的地質(zhì)認(rèn)識(shí)作為精細(xì)儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)工作。研究區(qū)沉積后經(jīng)歷了各類(lèi)復(fù)雜的成巖作用，在埋藏成巖過(guò)程中各種成巖作用對(duì)砂礫巖孔隙結(jié)構(gòu)影響較大，次生孔隙在百口泉組砂礫巖中發(fā)育很廣，為研究區(qū)最主要的儲(chǔ)集空間之一，其發(fā)育程度直接決定著砂礫巖的儲(chǔ)集能力。因此，為有效評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)該區(qū)儲(chǔ)層特征，開(kāi)展砂礫巖儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化研究具重要意義。

1 儲(chǔ)集層基本特征

1.1 巖石學(xué)特征

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集巖主要為砂礫巖、礫巖及砂巖。全巖分為陸源砂屑及填隙物2部分，其中陸源碎屑以巖屑為主，其次為石英和長(zhǎng)石，礫巖、砂礫巖中，石英、長(zhǎng)石含量較少；巖屑組分主要為中酸性火山熔巖及火山碎屑巖，其次為粉砂巖、泥巖、泥板巖、千枚巖等；填隙物主要為泥質(zhì)、高嶺石和方解石，少量巖石中見(jiàn)有硅質(zhì)及方沸石?？傮w上具粒級(jí)較粗，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低的特點(diǎn)［2-3］。

1.2 物性特征

對(duì)瑪北斜坡區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層物性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性較差。孔隙度差別較小，主要分布于4%～16%；滲透率差別較大，主要分布區(qū)間為0.04×10-3μm2～10.0×10-3μm2（表1）。主要含油層位百二段儲(chǔ)層孔隙度平均7.27%，滲透率平均1.2×10-3μm2，主要為低孔低滲和低孔特低滲儲(chǔ)層。隨著埋藏深度的增加，孔隙度略有減?。?-3］，滲透率隨著深度的增加而增大。

表1 瑪北地區(qū)三疊系百口泉組各小層孔滲統(tǒng)計(jì)表Table 1 The Statistics of Porosity and permeability in Baikouquan Formation

2 儲(chǔ)集層成巖作用

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)層成巖作用類(lèi)型主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和烴類(lèi)侵位作用等。

2.1 壓實(shí)作用

瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲(chǔ)層埋藏深度為2 800～3 300 m，部分儲(chǔ)集巖經(jīng)受了較強(qiáng)壓實(shí)作用改造。受壓實(shí)作用影響較大的儲(chǔ)層主要為分選性較差、泥質(zhì)雜基含量較高、碳酸鹽膠結(jié)物含量較低的砂礫巖。部分儲(chǔ)層在壓實(shí)過(guò)程中凝灰?guī)r等半塑性巖屑受壓變形，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生較大破壞性作用。壓實(shí)作用除了與埋藏深度有關(guān)外，還與巖石的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度相關(guān)［4-6］。瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組發(fā)育在沖積扇、扇三角洲平原沉積環(huán)境下，形成的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度很低，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層破壞性更大。只有在有利沉積相帶上，由于長(zhǎng)期水流的淘洗作用，淘洗較充分，受滲流作用影響小，分選較好，泥質(zhì)雜基含量較低的儲(chǔ)集巖，受壓實(shí)作用改造有所減弱，可保存一些相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。顯微觀(guān)察表明，百口泉組碎屑巖中可見(jiàn)到的壓實(shí)作用現(xiàn)象主要是塑性巖屑被擠壓變形、出現(xiàn)假雜基等。主要由于一方面雜基含量的大量發(fā)育堵塞了儲(chǔ)集巖的粒間孔，造成物性變差；另一方面雜基含量較高的儲(chǔ)層，碳酸鹽等化學(xué)膠結(jié)物含量低，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層影響大。

2.2 膠結(jié)作用

百口泉組砂巖和礫巖中的膠結(jié)物類(lèi)型多樣，常見(jiàn)有碳酸鹽類(lèi)（主要為方解石、鐵方解石），少量方沸石和硅質(zhì)（包括石英增生和粒間孔邊緣的自生石英小晶體）、自生粘土礦物（常見(jiàn)高嶺石、綠泥石和伊利石等）和石膏等。

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層中常見(jiàn)方解石等碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育，部分儲(chǔ)集巖中碳酸鹽膠結(jié)物含量較高，充填了大量粒間孔隙，造成儲(chǔ)層物性急劇變差。有些儲(chǔ)集巖的粒間孔隙邊緣，可見(jiàn)自形方解石膠結(jié)物發(fā)育，方解石膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層影響具雙面性。

2.3 溶蝕作用

瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要是剩余粒間孔及粒內(nèi)溶孔。后者包括碳酸鹽等膠結(jié)物、長(zhǎng)石等碎屑顆粒的溶蝕、還有部分雜基的溶蝕。其中泥質(zhì)雜基含量較少的扇三角洲前緣水下分流河道微相的砂礫巖的膠結(jié)物及顆粒往往容易發(fā)生溶蝕作用［7-8］。

圖1 瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集巖成巖作用特征Fig.1 Reservoirrockdiagenesischaracteristicsin BaikouquanFormation

2.4 烴類(lèi)侵位作用

百口泉組的百二段為主要含油層段，在烴類(lèi)進(jìn)入砂礫巖孔隙系統(tǒng)后，原來(lái)的水-巖2相系統(tǒng)改變?yōu)樗?油-巖3相系統(tǒng)，造成巖石的水潤(rùn)濕性改變，導(dǎo)致儲(chǔ)層地球化學(xué)環(huán)境發(fā)生較大的變化。在原來(lái)的水巖介質(zhì)中發(fā)生的各種無(wú)機(jī)成巖反應(yīng)大多受到抑制，如石英次生加大、伊利石和鐵白云石形成作用均趨向于停止，利于原生孔隙的保存。而烴類(lèi)侵入可使鉀長(zhǎng)石的溶解加快，利于次生溶蝕孔隙的形成［9-10］。

3 儲(chǔ)層成巖階段劃分與孔隙演化

3.1 成巖階段劃分

據(jù)巖石顆粒接觸特征、自生礦物的成分、形態(tài)、產(chǎn)狀、生成順序和組合特征以及有機(jī)質(zhì)成熟度確定研究區(qū)的成巖階段［11-14］。研究區(qū)的成巖階段可劃分為早成巖（A、B）和中成巖（A、B）兩個(gè)階段，具體特征如下：

3.1.1 早成巖階段

早成巖階段A期處于該階段的沉積物，顆粒呈未接觸狀-點(diǎn)接觸狀，粒間體積大，壓實(shí)作用較弱，顆粒間多被早期泥晶碳酸鹽礦物充填（主要為泥晶方解石、泥晶菱鐵礦等）。巖石疏松，呈未固結(jié)-半固結(jié)狀，以原生粒間孔為主，次為填隙物（陸源粘土雜基、泥晶碳酸鹽）內(nèi)微孔隙。粘土礦物中蒙脫石含量高，蒙脫石層在伊/蒙混層中含量大于70%。埋藏溫度14℃～70℃，鏡煤反射率（Ro）＜0.4%。有機(jī)質(zhì)未成熟，處于生化甲烷階段?？紫端c底水或大氣降水相通，孔隙水中CO2分壓高，加之有機(jī)質(zhì)很快腐爛分解，可生成腐殖酸，成巖環(huán)境以酸性特征為主［15-16］。

早成巖階段B期顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，出現(xiàn)部分線(xiàn)接觸，壓實(shí)作用逐漸增強(qiáng)。巖石呈半固結(jié)狀，粒間被部分泥晶方解石或泥晶白云石充填，并出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，形成原生粒間孔、粒間溶孔和填隙物內(nèi)溶孔組合。該期原生粒間孔受壓實(shí)作用和膠結(jié)作用影響，孔隙體積減小，向下次生溶蝕孔隙增加。Ro為0.4%～0.7%，有機(jī)質(zhì)半成熟，成巖環(huán)境為酸性，開(kāi)始出現(xiàn)混層粘土礦物，蒙脫石層含量70%～50%，屬無(wú)序混層帶。此外，在局部地區(qū)可見(jiàn)少量自生硅質(zhì)膠結(jié)物或石英次生加大，在部分火山巖巖屑周?chē)蜷L(zhǎng)石顆粒邊緣可出現(xiàn)少量自生方沸石。

3.1.2 中成巖階段

中成巖階段A期顆粒間以線(xiàn)接觸為主，壓實(shí)作用較強(qiáng)，巖石多已固結(jié)，開(kāi)始出現(xiàn)少量粉晶鐵白云石?？梢?jiàn)石英和長(zhǎng)石自生加大現(xiàn)象。主要孔隙類(lèi)型為剩余粒間孔及顆粒溶孔，少量粒間溶孔，粒間溶孔主要為粒間方解石及泥質(zhì)雜基溶蝕而成。伊/蒙混層礦物普遍出現(xiàn)，蒙脫石層含量50%～20%，為有序混層帶。處于中成巖A期上部的地層的Ro值達(dá)0.7%～1.3%，有機(jī)質(zhì)處于低成熟階段，開(kāi)始生成熱解烴，大量有機(jī)酸生成，并與粘土礦物演化過(guò)程中析出的層間水混合，進(jìn)入孔隙水體中，對(duì)巖石中化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的長(zhǎng)石、火山巖屑和碳酸鹽礦物等易溶組分進(jìn)行溶蝕，并生成大量次生溶蝕孔隙［17-18］。

中成巖階段B期該期典型標(biāo)志為剛性顆粒間普遍呈線(xiàn)接觸，甚至出現(xiàn)凸凹接觸類(lèi)型，粒間體積較小。Ro值為1.3%～2.0%。成巖自生礦物中開(kāi)始大量出現(xiàn)晚期鐵方解石，并交代石英顆粒，使其邊緣呈不規(guī)則狀，交代強(qiáng)烈時(shí)石英呈殘余狀，漂浮在碳酸鹽交代物中。當(dāng)孔隙水地球化學(xué)環(huán)境（特別是pH值）發(fā)生變化時(shí)，極易發(fā)生溶蝕［19-20］。

3.2 成巖序列與孔隙演化

準(zhǔn)噶爾盆地瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組埋藏深度一般2 800～3 300 m，碎屑巖普遍經(jīng)受較強(qiáng)的壓實(shí)作用改造，碎屑顆粒大都以點(diǎn)接觸-線(xiàn)接觸為主，砂巖和礫巖物性普遍較差，其中原生孔隙已大量喪失，僅在砂巖中見(jiàn)較發(fā)育的原生粒間孔，次生孔隙為最主要孔隙類(lèi)型。

1.已出現(xiàn)的成巖標(biāo)志；2.少量或可能出現(xiàn)的成巖標(biāo)志

圖3 瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)層成巖演化模式圖Fig.3 Reservoir diagenetic evolution pattern in Baikouquan Formation

通過(guò)對(duì)瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集巖成巖特征及孔隙類(lèi)型研究，建立了該區(qū)儲(chǔ)層成巖序列及孔隙演化模式（圖2，3）。通過(guò)研究，確定百口泉組儲(chǔ)集巖所處的成巖階段主要為中成巖階段B期，部分埋藏較淺的儲(chǔ)集巖則處于中成巖階段A期。減少約3%的孔隙，構(gòu)成了儲(chǔ)層的混生孔隙發(fā)育段。研究區(qū)目的層段儲(chǔ)層的膠結(jié)作用使孔隙度在經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)后又一次大幅度的降低。由于瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)層中石英的含量較少，抗壓能力較弱。因此，目的層段只保留了少量的原始孔隙［21］。

以次生孔隙為主的孔隙遞減階段以次生孔隙為主的孔隙遞減階段主要發(fā)育在中成巖階段的晚期，一般埋深在2 700 m以下，以次生孔隙發(fā)育為特征，由于晚膠結(jié)作用導(dǎo)致次生孔隙大量被破壞，孔隙度繼續(xù)降低。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

砂礫巖儲(chǔ)層經(jīng)成巖演化作用，其原生孔隙大部分被破壞，主要以次生孔隙為主?？紫堆莼?jīng)歷了原生孔隙的破壞、次生孔隙的形成和次生孔隙的破壞3個(gè)階段。隨著成巖作用的進(jìn)行，儲(chǔ)層的孔隙類(lèi)型和孔隙大小發(fā)生一系列的變化。

以原生孔隙為主的孔隙遞減階段以原生孔隙為主的孔隙遞減階段為成巖早期階段，其埋深一般不大于1 700 m，以原生孔隙發(fā)育為特征。儲(chǔ)集砂體在漸進(jìn)的壓實(shí)改造下，粒間孔隙不斷縮小，孔隙度呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。

混合孔隙發(fā)育段混合孔隙發(fā)育段在成巖中期，一般位于1 700～2 700 m，以原生孔隙與次生孔隙的廣泛共生為特征。一方面儲(chǔ)層在壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的聯(lián)合改造下原生孔隙大量減少；另一方面，碎屑水溶液對(duì)長(zhǎng)石、巖屑和碳酸鹽膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕改造，產(chǎn)生部分次生孔隙，兩者組合使得巖石

（1）瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)層主要發(fā)育砂巖、礫巖和砂礫巖，儲(chǔ)層具低孔、低滲、特低滲的特征。

（2）影響瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集性的成巖作用主要是壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。

（3）瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組儲(chǔ)集巖成巖階段主要為中成巖階段B期，部分埋藏較淺的儲(chǔ)集巖則處于中成巖階段A期。砂礫巖儲(chǔ)層經(jīng)成巖演化作用，其原生孔隙大部分被破壞，主要以次生孔隙為主?？紫堆莼?jīng)歷了原生孔隙的破壞、次生孔隙的形成和次生孔隙的破壞3個(gè)階段。

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Diagenesis and Pore Evolution of Reservoir in Baikouquan Formation in Triassic，Mabei Oilfield，Junggar Basin

Xu Lin1，Chang Qiusheng1，Chen XinHua2，Tao Qine1，Wang Zhongquan1
（1.Xinjiang Oilfield Company，Petrochina，Research Institute of Exploration and Development Karamay，Xinjiang，834000，China；2.Xinjiang Oilfield Company，Petrochina，Research Institute of Experimention examination，Karamay，Xinjiang，834000，China）

The main rock type is sandstone and conglomerate in Baikouquan formation reservoir of Mabei Oilfield.In view of the reservoir with low compositional maturity，poor roundness，poorly sorted，using thin section，scanning electron microscope，porosity and permeability analysis and other data，analysis of Baikouquan reservoir experienced compaction，cementation，dissolution，hydrocarbon emplacement，diagenesis and diagenetic event，determine the reservoir in the middle diagenetic stage B and corresponding diagenetic evolution sequence.That the main pore types in this area for the remainder intergranular pore，intragranular dissolved pore and micro fracture，due to diagenetic modification on the pore structure，pore evolution showed an overall decreasing trend，and the dissolution and hydrocarbon emplacement determines the quality reservoir development status in Mabei Oilfield.

Mabei Oilfield；Baikouquan Reservoir；Diagenesis；Pore evolution

1000-8845（2015）01-90-05

P534.45

A

項(xiàng)目資助：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（20112X05001-006）項(xiàng)目資助

2014-01-03；

2014-03-18；作者E-mail：dqxulin@petrochina.com.cn

許琳（1985-），女，陜西商洛人，2012年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專(zhuān)業(yè)，從事沉積儲(chǔ)層方面的研究