二連盆地額仁淖爾凹陷下白堊統(tǒng)云質(zhì)巖致密油儲(chǔ)層特征與成因

魏 巍 朱筱敏 朱世發(fā) 何明薇 吳健平 王名巍 呂思翰

（1 中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院；2 中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；4中國(guó)石油大慶油田公司第三采油廠電力大隊(duì)）

二連盆地額仁淖爾凹陷下白堊統(tǒng)云質(zhì)巖致密油儲(chǔ)層特征與成因

魏 巍1,2朱筱敏2朱世發(fā)1,2何明薇1,2吳健平3王名巍3呂思翰4

（1 中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院；2 中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；4中國(guó)石油大慶油田公司第三采油廠電力大隊(duì)）

為了研究二連盆地額仁淖爾凹陷下白堊統(tǒng)阿爾善組富含油氣的湖相云質(zhì)巖儲(chǔ)層成因，在分析沉積構(gòu)造及火山活動(dòng)等地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、物性壓汞分析，以及碳、氧同位素等地球化學(xué)手段，系統(tǒng)研究云質(zhì)巖致密油儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、成因、分布及儲(chǔ)集空間特征，并初步討論致密油儲(chǔ)層勘探潛力。研究結(jié)果表明，云質(zhì)巖包括云質(zhì)沉凝灰?guī)r、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖，孔隙度主要為 1%～15%，滲透率主要為 0.008～2.8mD，屬于低—超低孔、特低—超低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間主要為晶間孔和微裂縫。云質(zhì)巖中的白云石具有半自形—它形、泥—粉晶結(jié)構(gòu)，高碳同位素值（-1.50‰～5.20‰）及高 V/Ni值（1.57～4.56）特征，沉積于陸相半咸水—咸水蒸發(fā)環(huán)境。云質(zhì)泥巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r中白云石具有較高的碳、氧同位素，白云石晶體存在于凝灰質(zhì)及泥質(zhì)雜基中，其形成主要與產(chǎn)甲烷生成作用相關(guān)。云質(zhì)粉砂巖中白云石具有較低的碳、氧同位素，受埋藏深度和有機(jī)質(zhì)生烴作用影響。云質(zhì)巖中 Mg2+一方面來(lái)自于凹陷中深部大理巖和花崗巖，另一方面來(lái)自于火山物質(zhì)及長(zhǎng)石顆粒水解蝕變。此外，云質(zhì)巖形成過(guò)程中，火山噴發(fā)導(dǎo)致湖中生物大量死亡，使有機(jī)質(zhì)賦存，促使湖中甲烷菌生成，提供白云石形成的動(dòng)力條件，促進(jìn)早期白云石形成。后期盆內(nèi)烴源巖的生排烴作用，使云質(zhì)巖晶間孔及微裂縫中儲(chǔ)集油氣，為致密油儲(chǔ)集提供有利場(chǎng)所。

云質(zhì)巖；白云石成因；致密油；下白堊統(tǒng)；額仁淖爾凹陷；二連盆地

在新理論、新技術(shù)的創(chuàng)新推動(dòng)下，非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)不斷獲得重大突破，已成為全球油氣供應(yīng)的重要組成部分[1-3]。致密油作為非常規(guī)油氣的主要類型之一，成為繼頁(yè)巖氣之后的又一熱點(diǎn)[4-5]。致密油主要賦存于致密砂巖、泥灰?guī)r、白云巖等非常規(guī)儲(chǔ)層中[2,6]。目前，北美是致密油資源開(kāi)發(fā)最多和最成功的地區(qū)[7]。中國(guó)致密油資源潛力也很大，在準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)、吉木薩爾凹陷，以及鄂爾多斯盆地等分布廣泛[2,5,8-12]，具有良好的勘探前景[13-14]。

近年來(lái)，在二連盆地多個(gè)凹陷下白堊統(tǒng)湖相地層中發(fā)現(xiàn)一套云質(zhì)巖，該層段不僅是全區(qū)重要的地層對(duì)比標(biāo)志層，還是有效的致密油儲(chǔ)層[15-18]。這套云質(zhì)巖在多個(gè)凹陷油氣顯示活躍并獲得油氣突破，如阿南凹陷阿 27 井、阿 408 井等云質(zhì)巖段獲得工業(yè)油流[17-18]。二連盆地湖相云質(zhì)巖作為一種特殊巖性致密油儲(chǔ)層，逐漸受到重視，成為重點(diǎn)勘探目標(biāo)。然而，有關(guān)這套湖相云質(zhì)巖的研究主要限于近 10 年[18]，且集中于勘探程度較高的阿南凹陷和巴音都蘭凹陷。近兩年，二連盆地額仁淖爾凹陷下白堊統(tǒng)阿爾善組云質(zhì)巖鉆遇井普遍見(jiàn)油氣顯示，目前已有5口井見(jiàn)低產(chǎn)油流，如淖 23 井、淖 35 井等。本文針對(duì)額仁淖爾凹陷阿爾善組湖相云質(zhì)巖，精細(xì)描述 34 口井 468.77m 巖心，取樣 246塊，制作并觀察鑄體薄片、掃描電鏡，分析 X 射線衍射、碳、氧同位素及微量元素，研究云質(zhì)巖巖石類型、儲(chǔ)層特征及形成機(jī)理，初步探討云質(zhì)巖對(duì)致密油的控制，為尋找云質(zhì)巖儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律、預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布和油氣勘探提供科學(xué)的理論依據(jù)及研究思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

二連盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，東起大興安嶺，西到烏拉特中后聯(lián)合旗一帶，南界為陰山北麓，北至中蒙邊界，總面積逾 10×104km2，是中國(guó)陸上大型沉積盆地之一。二連盆地是中生代后期在海西褶皺基底和侏羅系殘留盆地基礎(chǔ)上，由50多個(gè)經(jīng)正斷層強(qiáng)烈拉伸、裂陷而成的中、小型凹陷組成的盆地群，具有分割性強(qiáng)、單個(gè)凹陷規(guī)模小的特征。額仁淖爾凹陷位于二連盆地烏蘭察布凹陷西北部，靠近中蒙邊境地區(qū)，面積為 1800km2，其形成和演化受中—新生代構(gòu)造背景和古生界基底性質(zhì)及結(jié)構(gòu)等邊界條件的共同制約，形成了中生代陸相拉張型不對(duì)稱雙斷凹陷。白堊紀(jì)早期，由于地殼拉張，發(fā)育了賽烏蘇和淖西兩條邊界斷裂，沉積了巨厚的下白堊統(tǒng)，形成了雙斷式沉積凹陷。由于兩條邊界斷裂下降盤相對(duì)滑動(dòng)向凹陷中心擠壓作用，在凹陷中心形成了與凹陷走向一致的中央隆起帶，構(gòu)成了額仁淖爾凹陷“兩洼一隆”的構(gòu)造格局。額仁淖爾凹陷可分為淖西洼槽、淖東洼槽、中央地塹帶、北部斜坡帶和額南斷裂帶5個(gè)次極構(gòu)造單元（圖1），致密油主要發(fā)育于淖東洼槽[19]。

圖1 二連盆地額仁淖爾凹陷區(qū)域構(gòu)造圖

額仁淖爾凹陷主要沉積下白堊統(tǒng)和新生界，下白堊統(tǒng)自下而上發(fā)育阿爾善組（K1ba）、騰格爾組（K1bt）和賽漢塔拉組（K1s），對(duì)應(yīng)著 4 個(gè)構(gòu)造階段：斷陷初期、斷陷擴(kuò)張期、斷坳過(guò)渡期和坳陷期[20-21]（圖2）。阿爾善組沉積早期（阿一段、阿二段沉積期）為斷陷初期，僅分布在淖東洼槽一帶，其直接上覆于古生界基底。該沉積期為斷陷湖盆發(fā)育初期，物源匱乏、可容空間迅速擴(kuò)張、湖水快速推進(jìn)，形成了以泥質(zhì)為主的細(xì)粒沉積物和以半深湖相地層為主體的沉積格局。阿爾善組沉積后期（阿三段、阿四段沉積期）和騰格爾組沉積期為斷陷擴(kuò)張期，湖盆迅速擴(kuò)張，斷裂大量發(fā)育，形成了淖東和中央地塹兩個(gè)沉積洼槽。阿四段為一套細(xì)粒富含碳酸鹽的湖相地層，也是本文研究的重點(diǎn)層位。這個(gè)時(shí)期形成的湖相泥巖由于后期埋深適度，熱演化程度較高，也是凹陷重要的有效烴源巖。賽漢塔拉組沉積期為斷坳過(guò)渡期，斷陷活動(dòng)停止，凹陷進(jìn)入湖盆回返后的坳陷沉積階段，上部地層遭受剝蝕，構(gòu)造基本定型。新生代為坳陷期，斷層基本停止活動(dòng)，沉積厚度薄。

2 云質(zhì)巖地質(zhì)特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

前人研究、巖心和薄片觀察表明，額仁淖爾凹陷阿四段發(fā)育一套特殊巖性的細(xì)粒云質(zhì)巖段，主要是陸源碎屑、凝灰質(zhì)、碳酸鹽之間的過(guò)渡類巖石。細(xì)粒云質(zhì)巖巖石類型主要?jiǎng)澐譃樵瀑|(zhì)沉凝灰?guī)r、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖3種。

2.1.1 云質(zhì)沉凝灰?guī)r

X射線衍射分析表明，云質(zhì)沉凝灰?guī)r白云石含量為15%～50%，平均為27%；方解石含量為0～35%，平均為 9%；黏土礦物含量為 10%～40%，平均為22%。云質(zhì)沉凝灰?guī)r巖心表面可見(jiàn)碳酸鹽顆粒呈斑點(diǎn) 狀（圖3a）、 團(tuán)塊 狀 或雪 花 狀（圖3b） 分 布。薄片觀察可見(jiàn)兩類白云石：①白云石晶體主要為半自形—它形、微—粉晶結(jié)構(gòu)，以集合體形式呈不規(guī)則團(tuán)塊狀分布于黏土雜基中，團(tuán)塊大小不一，處于100～500μm 之間（圖4a、b）。局部可見(jiàn)白云石交代長(zhǎng)石、碎屑等（圖4a、b）；②白云石晶體主要為半自形、粉晶結(jié)構(gòu)，交代凝灰質(zhì)雜基和硅質(zhì)顆粒，晚于方解石膠結(jié)物（圖4b）。

2.1.2 云質(zhì)泥巖

圖2 額仁淖爾凹陷綜合柱狀圖

X射線衍射分析表明，云質(zhì)泥巖白云石含量為15%～36%，平均為 22.5%；方解石含量為 0～11%，平均為 6.4%；黏土礦物含量為 15%～32%，平均為27%。云質(zhì)泥巖巖心主要呈紋層狀，具淺灰色云質(zhì)紋層或者波狀層理（圖3c）。由薄片觀察可見(jiàn)，紋層主要為泥—粉晶白云石，與暗色黏土紋層交替互層出現(xiàn)（圖4c、d）。此外，薄片中可見(jiàn)零星晶屑或巖屑，粒徑大小不一，10～100μm 均有分布，局部見(jiàn)白云石和黏土紋層圍繞巖屑沉淀。當(dāng)白云石條帶較薄時(shí)，紋層厚約 10μm，云質(zhì)條帶以泥晶白云石為主；而當(dāng)白云石條帶較厚時(shí)，紋層厚約 50μm，條帶中顆粒粒度偏大，以亮晶白云石為主，并混有少量泥—粉晶石英、長(zhǎng)石顆粒。

圖3 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層巖心照片（a）淖 29 井，1242.89m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r；（b）淖 120 井，1754m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r；（c）淖 30 井，1553.35m，云質(zhì)泥巖；（d）淖 98 井，330m，云質(zhì)粉砂巖

圖4 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層薄片特征(a）淖 126 井，1664.69m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，不規(guī)則微—粉晶白云石交代凝灰質(zhì)；(b）淖 126 井，1665.1m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，不規(guī)則微—粉晶白云石交代凝灰質(zhì)，晶形好的微晶白云石交代方解石；（c）淖98井，322.28m，云質(zhì)泥巖，不規(guī)則泥—粉晶白云石順層分布；（d）淖 98 井，320.6m，云質(zhì)泥巖，不規(guī)則泥—粉晶白云石順層分布；（e）淖 36 井，1649.7m，云質(zhì)粉砂巖；（f）淖 23 井，1615m，云質(zhì)粉砂巖

2.1.3 云質(zhì)粉砂巖

巖心觀察表明，云質(zhì)粉砂巖呈淺灰色，多具波狀層理（圖3d）。薄片觀察和 X 射線衍射分析表明，云質(zhì)粉砂巖碎屑組分主要為石英、長(zhǎng)石和巖屑，石英含量平均為22%；長(zhǎng)石含量平均為 30%，以斜長(zhǎng)石為主，占長(zhǎng)石總量 85%；巖屑含量平均為 15%，其組分復(fù)雜，以中基性噴出巖巖屑為主，如玄武巖巖屑等，此外常見(jiàn)花崗巖巖屑及變質(zhì)巖巖屑。填隙物包括碳酸鹽膠結(jié)物和雜基，碳酸鹽主要以膠結(jié)物形式充填粒間孔隙并交代碎屑礦物（圖4e、f）。云質(zhì)粉砂巖白云石主要呈微—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，晶形較好，含量為13%～36%，平均為 23.4%；方解石含量為 0～15%，平均為 6.5%；雜基主要為黏土礦物，其次為凝灰質(zhì)礦物。

3 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間及物性特征

通過(guò)鑄體薄片和掃描電鏡資料的分析，額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)集性能較差，大孔喉發(fā)育較少，儲(chǔ)集空間主要為晶間孔和微裂縫，其次為粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔。

晶間孔在額仁淖爾凹陷細(xì)粒云質(zhì)巖（云質(zhì)泥巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r）儲(chǔ)層中廣泛發(fā)育，孔隙形態(tài)呈不規(guī)則港灣狀、樹(shù)枝狀，孔徑大小不一，絕大部分孔徑為2～10μm。局部見(jiàn)較大的晶間孔，孔徑約 100μm，主要為方解石或白云石晶間孔（圖5a、b），也可見(jiàn)較大的晶間孔被黃鐵礦和瀝青充填（圖5c）。當(dāng)晶間孔與微裂縫連通時(shí)，對(duì)儲(chǔ)層的滲透率有一定改善作用。粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔主要指云質(zhì)巖中顆粒內(nèi)部或邊緣由于選擇性溶蝕作用所形成的孔隙，主要發(fā)育在云質(zhì)粉砂巖中，表現(xiàn)為長(zhǎng)石、巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕（圖5d、e）；溶蝕孔隙形態(tài)不規(guī)則，呈長(zhǎng)條狀和港灣狀，局部由于強(qiáng)烈溶蝕作用形成鑄模孔或與裂縫連通，從而改善儲(chǔ)層孔滲性（圖5f）。

除了孔隙，額仁淖爾凹陷云質(zhì)巖中還發(fā)育大量的微裂縫，主要為構(gòu)造破裂縫，形態(tài)常呈辮狀或發(fā)絲狀，縫寬約 1～5mm，縫長(zhǎng) 1～10cm 不等。由構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育的縫隙，將相對(duì)孤立分布的孔隙連通起來(lái)，提高了細(xì)粒云質(zhì)巖儲(chǔ)層的連通性。此外，部分微裂縫被方解石、硅質(zhì)等成巖礦物及瀝青充填，也可見(jiàn)裂縫中富含殘留油。由此可見(jiàn)，微裂縫是烴類重要的運(yùn)移通道及儲(chǔ)集空間，有利于油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集。

額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，孔隙度主要分布在1%～15%，平均為8.6%；滲 透 率 主 要 為 0.008～2.8mD， 平 均 為 0.8mD， 屬于低—超低孔、特低—超低滲儲(chǔ)層。然而，不同巖石類型的儲(chǔ)層物性差異較大。云質(zhì)粉砂巖平均孔隙度為10.5%，平均滲透率為 1.6mD；云質(zhì)沉凝灰?guī)r平均孔隙度為 9.85%，平均滲透率為 0.34mD；云質(zhì)泥巖平均孔隙度為 2.5%，平均滲透率為 0.01mD（表1）。其中，云質(zhì)粉砂巖物性相對(duì)較好，這可能是由于粉砂質(zhì)的分選、磨圓及抗壓實(shí)能力均好于凝灰質(zhì)，后期的溶蝕作用也較凝灰質(zhì)強(qiáng)。云質(zhì)沉凝灰?guī)r和云質(zhì)泥巖的儲(chǔ)集空間主要為晶間孔和微裂縫，可能與其發(fā)生的白云石化作用有關(guān)，巖石脆性加大，微裂縫發(fā)育。

4 烴源巖特征

額仁淖爾凹陷阿爾善組上部是主要烴源巖段，厚度處于200～300m之間，最大厚度為526m（如淖7井），呈南北向展布[19]。該時(shí)期也是火山噴發(fā)期，火山灰落入湖盆，使藻類大量快速產(chǎn)生，破壞水體環(huán)境，導(dǎo)致湖中生物大量死亡并保存于湖底，從而形成了阿爾善組內(nèi)部的富有機(jī)質(zhì)紋層沉積（圖4d）。烴源巖有機(jī)碳含量在 1.06%～2.97% 之間，氯仿瀝青“A”含量平均為 0.1255%，生烴潛力指數(shù)（S1+S2）為 7.29～17.2 mg/g。結(jié)合前人研究結(jié)果，烴源巖生烴下限 TOC 為1.2%，烴源巖干酪根類型為Ⅱ型，大部分烴源巖氫指 數(shù)（IH） 處 于 50～800mg/g[19,22]， 最 大 熱 解 溫 度（Tmax） 低 于 440 ℃，Ro處 于 0.5%～1.1%[19,22]。 綜合判斷，阿四段烴源巖生烴性能較好，目前已經(jīng)處于低成熟—成熟階段，有利于烴源巖生排烴，為致密油的形成提供有利條件。

圖5 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層孔隙特征（a）淖 29 井，1242.35m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，晶間孔；（b）淖 78x 井，云質(zhì)沉凝灰?guī)r 882.44m，晶間孔；（c）淖 120 井，1754.61m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，殘余晶間孔；（d）淖 120 井，1754m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，粒內(nèi)溶孔；（e）淖 36 井，1649.7m，云質(zhì)粉砂巖，溶蝕孔隙；（f）淖 120 井，1754m，云質(zhì)沉凝灰?guī)r，晶間孔、裂縫

表1 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層物性及儲(chǔ)集空間特征

5 云質(zhì)巖成因機(jī)理

5.1 湖盆沉積環(huán)境

額仁淖爾凹陷下白堊統(tǒng)阿爾善組云質(zhì)巖儲(chǔ)層的發(fā)育和規(guī)模受控于沉積環(huán)境和沉積相。阿爾善組沉積期，淖爾凹陷東部邊界賽烏蘇斷層活動(dòng)強(qiáng)烈[19,23]， 湖 盆 急 劇 擴(kuò) 張， 凹 陷 的 水 體 基 本 連 通， 形成了淖爾凹陷的廣泛湖泊。通過(guò)地球化學(xué)指標(biāo)可以判 斷沉積環(huán)境， 如微量元素中 V/Ni＞ 1 代表陸相環(huán)境，現(xiàn)代海水中白云巖的微量元素 Sr含量大于1000μg/g，與蒸發(fā)鹽有關(guān)的超鹽水白云巖 Sr含量為 400～500μg/g[24-27]。11 塊云質(zhì)巖樣品的微量元素測(cè)試分析表明，額仁淖爾凹陷云質(zhì)巖的 V/Ni值分布在 1.57～4.56 之間，平均為 2.68；Sr 含量分布在135.52～947μg/g 之間，平均為 418μg/g，反映阿爾善組沉積期為陸相半咸水—咸水蒸發(fā)環(huán)境。

Keith 曾 提 出 了 一 個(gè) 用 碳 氧 同 位 素 系 數(shù)（Z）來(lái)劃分海相和淡水相碳酸鹽巖，Z的經(jīng)驗(yàn)公式為[28]：Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)。當(dāng)Z≥ 120 時(shí)，碳酸鹽膠結(jié)物形成于咸水介質(zhì)；當(dāng)Z<120 時(shí)， 為 淡 水 介 質(zhì)。 根 據(jù) 研 究 區(qū) 16 塊 云質(zhì)巖樣品的碳、氧同位素結(jié)果，云質(zhì)巖的Z值為117.36～134.02，平均值為 124（表2），反映阿爾善組沉積時(shí)期湖水鹽度較高，為半咸水湖環(huán)境。結(jié)合沉積特征和構(gòu)造背景，額仁淖爾凹陷阿爾善組沉積期氣候炎熱、蒸發(fā)作用較強(qiáng)、湖水鹽度偏高，形成半咸化—咸化湖盆，有利于早期白云石和方解石沉淀。

表2 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖碳、氧同位素特征

5.2 云質(zhì)巖成因

額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖巖石類型種類多，但細(xì)粒云質(zhì)巖中白云石整體屬于自形—它形、泥—粉晶結(jié)構(gòu)，晶形差，推測(cè)白云石可能是在陰、陽(yáng)離子供給充分的條件下由低溫快速成核作用形成的。富含泥—粉晶白云石的云質(zhì)巖與富含有機(jī)質(zhì)的泥巖共生，呈互層狀，并且在云質(zhì)巖和相鄰泥巖中可見(jiàn)大量粉末狀黃鐵礦，表明云質(zhì)巖形成于強(qiáng)還原環(huán)境[29]。碳、氧穩(wěn)定同位素已被廣泛應(yīng)用于碳酸鹽巖成巖地質(zhì)流體性質(zhì)和流體來(lái)源的研究之中，是良好的成因流體示蹤手段[30-32]。前人研究表明 , 海相碳酸鹽巖的δ13C 值在 0～3‰內(nèi)變化，湖相碳酸鹽巖的δ13C 值處于 -2‰～6‰之間 , 與大氣水有關(guān)的碳酸鹽巖的δ13C 值在 -1‰～-5‰之間，而 埋 藏時(shí) 期 受有機(jī) 質(zhì)生烴影響的有機(jī)碳的δ13C 值較低，約為 -20‰[33-36]。此外，與微生物作用相關(guān)的同位素主要有兩類：①與硫酸鹽還原作用、甲烷厭氧氧化作用及嗜鹽喜氧菌的有氧呼吸作用有關(guān)的碳酸鹽礦物（方解石和白云石）碳同位素值總體呈現(xiàn)強(qiáng)烈負(fù)偏的特征，處于 -25‰～ 0之間[37-39]；②與產(chǎn)烷帶甲烷生成作用相關(guān)的白云石碳同位素值則多為正偏，處于 0～15‰之間[40-41]。額仁淖爾凹陷云質(zhì)泥巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r中白云石具有較高的碳、氧同位素值，δ13C 值在 -1.50‰～5.20‰之間，平 均 為 1.68 ‰ ;δ18O 值 在 -17.10 ‰～-7.90 ‰ 之間，平均為 -12.50‰（圖6、表2），推測(cè)與產(chǎn)烷帶微生物代謝活動(dòng)引起的甲烷生成作用有關(guān)；然而云質(zhì)粉砂巖中白云石具有較低的碳、氧同位素值，δ13C值 在 1.00 ‰～1.80 ‰ 之 間， 平 均 為 1.40 ‰ ;δ18O 值在 -19.80‰～-15.30‰之間，平均為 -17.60‰（圖6，表2），主要位于有機(jī)質(zhì)生烴作用相關(guān)的白云石的穩(wěn)定同位素值范圍內(nèi)，受埋藏深度有機(jī)質(zhì)生烴作用影響。

利用氧同位素溫度計(jì)推算自生碳酸鹽礦物的沉淀溫度是儲(chǔ)層成巖作用研究中一種比較成熟的方 法[42-44]， 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 為，t=16.9-4.38Δ+0.1Δ2，式 中：t 為 碳 酸 鹽 沉 積 溫 度（ ℃）；Δ=δc-δw,δc為 25℃樣品與純磷酸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生 CO2的δ18O 值，δw為 25℃時(shí)所測(cè)試樣品形成時(shí)與海水平衡的 CO2的δ18O 值，結(jié)合盆地經(jīng)緯度和古氣候特征，本文δw選 取 3.2 ‰[36]。 根 據(jù) 氧 同 位 素 值， 應(yīng) 用 上 述 公式計(jì)算白云石形成溫度，結(jié)果表明，額仁淖爾凹陷云質(zhì)巖中白云石的形成溫度主要分布在3個(gè)區(qū)間，50～70℃、80～90℃和100～110℃（圖7）。低溫白云石主要分布在云質(zhì)泥巖中，較高溫白云石主要分布在云質(zhì)沉凝灰?guī)r中，而高溫白云石主要分布在云質(zhì)粉砂巖中。結(jié)合不同巖性的白云石巖石學(xué)特征，推斷研究區(qū)云質(zhì)沉凝灰?guī)r和云質(zhì)泥巖中晶形較差的微—粉晶白云石主要形成于淺埋藏環(huán)境，可能與產(chǎn)烷帶微生物代謝活動(dòng)引起的甲烷生成作用有關(guān)；云質(zhì)中晶形較好的白云石主要形成于深埋藏環(huán)境，形成溫度在 90℃和 110℃，與有機(jī)質(zhì)生烴作用有關(guān)[34]。

圖6 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖碳、氧同位素特征

圖7 額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖中碳酸鹽膠結(jié)物形成溫度（氧同位素計(jì)算）

白云石化的另一個(gè)關(guān)鍵是要有充足的 Mg2+，一般海水中有足夠的 Mg2+，但湖相白云石的形成往往沒(méi)有充足的 Mg2+流體來(lái)源。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征及云質(zhì)巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征，推測(cè)額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖 Mg2+來(lái)源主要有以下幾種：①阿爾善組沉積時(shí)期氣候炎熱、湖水鹽度高，蒸發(fā)作用強(qiáng)，促使咸化湖沉積物中含有充足的 CO32-、Ca2+、Mg2+，促進(jìn)白云石形成[45-48]；②額仁淖爾凹陷基巖主要為大理巖和花崗巖，富含 Ca2+和 Mg2+，且淖東洼槽處于斷裂帶上，阿爾善組沉積期斷裂活動(dòng)，深層地下富Mg2+流體沿?cái)鄬由嫌浚黾拥貙涌紫端?Mg2+含量；③阿爾善組沉積時(shí)期是火山活動(dòng)期，地層中云質(zhì)巖與凝灰?guī)r共生，火山玻璃物質(zhì)發(fā)生水解蝕變?yōu)槊擅撌?、長(zhǎng)石和石英，蒙脫石轉(zhuǎn)化為伊利石、長(zhǎng)石水解蝕變可析出大量的 Ca2+和 Mg2+。在沉積早期，沉積物比較疏松，孔隙水流通性較好，地層水中大量的 Ca2+和Mg2+與 CO2、CO32-結(jié) 合， 有 利 于 形 成 準(zhǔn) 同 生 成 因的云質(zhì)泥巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r,該成因的白云石以顆粒細(xì)小、泥—粉晶及晶形差為特點(diǎn)（圖4a 至 d）。但是由于后期強(qiáng)烈的成巖交代作用和白云石化作用，破壞了波紋層狀云質(zhì)巖的原有形態(tài)，波紋層狀云質(zhì)巖被改造成團(tuán)塊狀、絲絮狀云質(zhì)巖，白云石晶體變大（圖3a、b 和圖4a 至 c）。

6 云質(zhì)巖致密油儲(chǔ)層的勘探潛力

額仁淖爾凹陷阿爾善組頂部以云質(zhì)泥巖、云質(zhì)粉砂巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r互層為主體，是致密油的主要勘探目的層。云質(zhì)巖分布較廣，主要分布在淖東洼槽一帶，面積為 247km2，最大厚度位于淖 80 井區(qū)，大于225m。此外，云質(zhì)巖儲(chǔ)層油氣顯示活躍，鉆遇井普遍見(jiàn)到油氣顯示，淖 29 井顯示井段長(zhǎng) 40m，顯示級(jí)別較高，以油跡和油斑為主（圖8），其中云質(zhì)粉砂巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r含油級(jí)別相對(duì)更高。試油資料顯示，目前已有5口井試油見(jiàn)低8產(chǎn)油流，其中4口井為常規(guī)試油，未壓裂，日產(chǎn)油 0.002～0.4t。巖心和薄片觀察、原油生產(chǎn)特點(diǎn)表明，阿爾善組云質(zhì)巖具有基質(zhì)和裂縫雙重含油的特點(diǎn)，含油性好的儲(chǔ)層多集中在晶間孔或裂縫發(fā)育段。

整體上，額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖發(fā)育典型的源—儲(chǔ)共生型致密油藏，主要位于阿爾善組上部。此外，與云質(zhì)巖相鄰的烴源巖段，生烴指標(biāo)好（圖8），其原因可能與云質(zhì)巖段富含火山灰有關(guān)?；鹕絿姲l(fā)期，火山灰落入湖盆后，菌藻類低等水生生物勃發(fā)，引起湖中生物大量死亡，有機(jī)質(zhì)大量賦存，導(dǎo)致與云質(zhì)巖共生的烴源巖生油性能較高。隨著埋深增加，烴源巖中有機(jī)質(zhì)成熟釋放出大量含有機(jī)酸、CO2等酸性流體直接進(jìn)入相鄰的云質(zhì)巖儲(chǔ)層，或沿研究區(qū)主斷裂及其派生的斷裂進(jìn)入云質(zhì)巖儲(chǔ)層，溶蝕云質(zhì)巖中白云石、方解石和長(zhǎng)石等礦物產(chǎn)生孔隙。隨著高豐度烴源巖的生排烴，大量油氣近源運(yùn)移至相鄰的云質(zhì)巖儲(chǔ)集空間，為致密油儲(chǔ)集提供有利條件。

7 結(jié)論

（1）額仁淖爾凹陷阿爾善組發(fā)育一套細(xì)粒云質(zhì)巖儲(chǔ)層，包括云質(zhì)沉凝灰?guī)r、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖。云質(zhì)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能較差，大孔喉發(fā)育較少，孔隙度主要為 1%～15%，滲透率主要為 0.008～2.8 mD，屬于低—超低孔、特低—超低滲儲(chǔ)層。云質(zhì)粉砂巖物性相對(duì)較好，主要儲(chǔ)集空間為溶蝕孔，云質(zhì)沉凝灰?guī)r和云質(zhì)泥巖的儲(chǔ)集空間主要為晶間孔和裂縫。

圖8 淖 29 井阿爾善組云質(zhì)巖烴源巖豐度和儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

（2）云質(zhì)巖中白云石具有半自形—它形、泥—粉 晶 結(jié) 構(gòu)，V/Ni平 均 值 為 2.68，Sr 平 均 含 量 為418μg/g，推斷阿爾善組沉積期為陸相半咸水—咸水蒸發(fā)環(huán)境。研究區(qū)云質(zhì)泥巖和云質(zhì)沉凝灰?guī)r中白云石具有較高的碳、氧同位素，白云石晶體結(jié)構(gòu)較差，存在于凝灰質(zhì)及泥質(zhì)雜基中，推測(cè)其形成與產(chǎn)甲烷菌的代謝活動(dòng)引起的甲烷生成作用相關(guān)；云質(zhì)粉砂巖中白云石具有較低的碳、氧同位素，晶體結(jié)構(gòu)較好，推測(cè)受有機(jī)質(zhì)生烴作用影響。云質(zhì)巖中 Mg2+的來(lái)源一方面與凹陷中大理巖、花崗巖有關(guān)，富含 Ca2+和Mg2+，斷裂活動(dòng)導(dǎo)致深層地下富 Mg2+流體沿?cái)鄬由嫌窟M(jìn)入目的層；另一方面與火山灰有關(guān)，火山玻璃物質(zhì)及長(zhǎng)石顆粒發(fā)生水解蝕變釋放大量的 Ca2+和Mg2+，促進(jìn)白云石沉淀。

（3）額仁淖爾凹陷阿爾善組云質(zhì)巖及相鄰的泥巖互層，分布在淖東洼槽的半深湖—深湖區(qū)，構(gòu)成致密油主要勘探目的層。阿爾善組沉積期，火山噴發(fā)出大量火山灰落入湖盆后，菌藻類低等水生生物勃發(fā)，破壞湖泊生態(tài)環(huán)境，從而引起湖中生物大量死亡，導(dǎo)致強(qiáng)還原環(huán)境下有機(jī)質(zhì)大量賦存，烴源巖生烴性能高。烴源巖中有機(jī)質(zhì)生烴釋放大量有機(jī)酸，溶蝕云質(zhì)巖中白云石、方解石和長(zhǎng)石等礦物產(chǎn)生溶孔。隨著烴源巖的生排烴作用，大量油氣近源運(yùn)移或沿裂縫運(yùn)移至相鄰的云質(zhì)巖儲(chǔ)層，從而形成源—儲(chǔ)共生型云質(zhì)巖致密油藏。

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Characteristics and origin of the Lower Cretaceous dolomitic tight oil reservoir in Erenaor sag, Erlian Basin

Wei Wei1,2, Zhu Xiaomin1,2, Zhu Shifa1,2, He Mingwei1,2, Wu Jianping3, Wang Mingwei3, Lü Sihan4
(1 College of Geosciences, China University of Petroleum; 2 State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum; 3 Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC Huabei Oilfi eld Company; 4 Power Group, CNPC Daqing Oilfi eld No.3 Oil Production Company)

In order to understand the origin of dolomitic tight oil reservoir of the Lower Cretaceous Arshan Formation in the Erenoar sag, the Erlian Basin, on the basis of sedimentary structure and volcanic activity analysis, the core observation, thin section identifi cation and physical mercury analysis as well as geochemical analysis such as carbon and oxygen isotope were employed to systematically investigate the petrology, origin, distribution and reservoir space of dolomitic tight oil reservoir and to preliminarily discuss the exploration potential of this kind of reservoir. The research results show that the reservoir is mainly composed of dolomitic tuffi te, dolomitic mudstone and dolomitic siltstone, with the porosity of 1%–5% and the permeability of 0.008–2.8 mD, suggesting as low–ultra low porosity and extra low–ultra low permeability type reservoir. The reservoir space comprises inter-crystalline pores and micro-fractures. The dolomite in the dolomitic rock is usually hypidiomorphic-allotriomorphic and micrite-powder crystal, with high carbon isotope (from -1.50‰ to 5.20‰) and high V/Ni (from 1.57 to 4.56), indicating terrestrial brackish-brine evaporating environment. The dolomite in the dolomitic mudstone and tuffi te contains high carbon and oxygen isotopes, and the dolomite crystals exist in the tuffaceous and argillaceous matrix, mainly related to CH4generation. The dolomite in the dolomitic siltstone contains low carbon and oxygen isotopes, which is infl uenced by burial depth and hydrocarbon generation. The Mg2+in the dolomitic rock came from the deep marble and granite, and also from the volcanic matter and the hydrolytic alteration of feldspar grain. In addition, during the development of dolomitic rock, the volcano eruption triggered the mass mortality of the lake organism, making organic matters endowed to facilitate the cultivation of methanogens bacteria, which provided the dynamic conditions for the dolomite growth during the early stage. The hydrocarbon generation and expulsion of the source rocks during the late stage enabled the oil and gas to preserve in the inter-crystalline pores and micro-fractures, providing good storage space for tight oil.

t: dolomitic rock, origin of dolomite, tight oil, Lower Cretaceous, Erenoar sag, Erlian Basin

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.03.009

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“陸相坳陷湖盆淺水三角洲地震沉積學(xué)模型”（41272133）；中國(guó)石油華北油田公司項(xiàng)目“二連盆地特殊巖類儲(chǔ)集層特征及其成因機(jī)制研究”（HBYT-YJY-2014-JS-307）。

魏?。?988-），女，黑龍江大慶人，在讀博士，從事儲(chǔ)層沉積和成巖研究工作。地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路 18 號(hào)中國(guó)石油大學(xué)（北京），郵政編碼：102249。E-mail：hunqiu8854@gmail.com

2016-03-16；修改日期：2017-04-06

TE112.23

A