瑪東地區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖作用與成巖相

許琳，常秋生，張妮，王偉，朱濤

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷西部（圖1）[1-2]，西臨克百斷裂帶和烏夏斷裂帶，西南接中拐凸起，東抵達(dá)巴松凸起和夏鹽凸起，北鄰石英灘凸起和英西凹陷，總體呈北東—南西走向。現(xiàn)今構(gòu)造為東南傾的平緩單斜[3]，局部發(fā)育低幅度平臺(tái)、背斜或鼻狀構(gòu)造，斷裂較發(fā)育[4]。環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)分為瑪北、瑪西、瑪南及瑪東4大勘探區(qū)域[5]，研究區(qū)位于瑪東勘探區(qū)，橫跨瑪湖凹陷、達(dá)巴松凸起、三個(gè)泉凸起和英西凹陷（圖1），中二疊統(tǒng)下烏爾禾組油藏為斷層-巖性油藏[6]。YB4井在2015年獲高產(chǎn)工業(yè)油流，使下烏爾禾組有望成為瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組的接替層系，針對(duì)下烏爾禾組砂礫巖的研究逐漸增加。由于研究區(qū)儲(chǔ)集層非均質(zhì)性較強(qiáng)，沉積成巖過(guò)程復(fù)雜，成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層的物性影響較大[7]，因此分析該區(qū)儲(chǔ)集層下烏爾禾組成巖演化序列，在低滲背景上尋找相對(duì)高孔、高滲儲(chǔ)集層顯得尤為重要。本文通過(guò)巖心觀察、巖心薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及X射線衍射等手段，對(duì)瑪東地區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖作用和成巖相進(jìn)行了深入研究，確定了儲(chǔ)集層成巖演化序列及有利的成巖相，為該區(qū)儲(chǔ)集層的研究及油氣勘探提供更多的依據(jù)。

1 儲(chǔ)集層基本特征

1.1 巖石學(xué)特征

瑪東地區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組主要為洪積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系，分布面積廣。儲(chǔ)集層主要為灰色、綠灰色砂質(zhì)細(xì)礫巖、小中礫巖和含礫中粗砂巖（圖2），以砂質(zhì)礫狀結(jié)構(gòu)、砂礫狀結(jié)構(gòu)為主，主要為顆粒支撐。礫石大小不等，最大粒徑16 mm，一般粒徑為1～8 mm，分選差—中等。碎屑顆粒主要為次圓狀，個(gè)別次棱角狀，以線狀接觸為主，少量呈點(diǎn)狀接觸。巖石較致密，成分成熟度偏低，結(jié)構(gòu)成熟度較高。

圖2 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組主要巖性

根據(jù)巖石薄片統(tǒng)計(jì)，該區(qū)巖石中的礫石以花崗巖為主，其次為凝灰?guī)r和泥巖，另有少量的砂巖和粉砂巖；砂巖碎屑顆粒以花崗巖為主，其次為石英和凝灰?guī)r，還有長(zhǎng)石、泥巖、硅化巖等不穩(wěn)定碎屑。填隙物中雜基以泥質(zhì)（凝灰質(zhì)）、綠泥石為主，膠結(jié)物包括方解石、少量硅質(zhì)、濁沸石、片沸石、碳酸鹽、鈉長(zhǎng)石等。黏土礦物以不規(guī)則狀伊蒙混層為主，平均含量為48.3%；其次為綠泥石，平均含量為32.9%；伊利石（6.7%）和高嶺石（2.7%）含量相對(duì)較低。

1.2 物性特征

研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層孔隙度為1.2%～19.1%，平均為8.5%；滲透率為0.01～2 530.00 mD，平均滲透率為1.42 mD（圖3），主要為低孔低滲儲(chǔ)集層。

圖3 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層孔隙度（a）與滲透率（b）分布

研究區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間類型主要為粒間孔、粒內(nèi)溶孔等，另外還有微裂縫及界面縫，溶孔主要為巖屑溶孔與濁沸石溶孔。其中以剩余粒間孔和粒內(nèi)溶孔為主，含量分別為11.3%和24.5%，界面縫多為假縫。

2 儲(chǔ)集層成巖作用

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為沉積物脫水、孔隙度減小、密度增大等，整個(gè)成巖作用過(guò)程不可逆[8]。壓實(shí)作用在顯微鏡下常表現(xiàn)為泥巖巖屑的擠壓變形、云母碎片的撓曲、剛性顆粒斷裂及假雜基的形成等[9]。

研究區(qū)下烏爾禾組砂礫巖中，火山巖巖屑較為常見(jiàn)，尤其是凝灰?guī)r巖屑。其中半塑性的火山巖巖屑，如凝灰?guī)r和火山碎屑巖巖屑，在埋深大于4 000 m的強(qiáng)壓實(shí)條件下，常常發(fā)生塑性變形，變成凹凸或假雜基狀接觸，使儲(chǔ)集層中剩余粒間孔遭到破壞，增加了壓實(shí)作用的破壞力，致使儲(chǔ)集層物性急劇變差，這時(shí)砂礫巖儲(chǔ)集層孔隙度一般低于10%，滲透率低于1 mD.研究區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層埋藏深度一般為3 800～4 500 m，承受了較強(qiáng)的壓實(shí)作用改造。沖積扇、扇三角洲平原沉積的儲(chǔ)集層，其結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度都很低，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)集層的破壞性更大，只有在有利的沉積相帶，長(zhǎng)期流水的淘洗能降低泥質(zhì)雜基含量，壓實(shí)作用有所減弱，才可以保存一些優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層[10]。在壓實(shí)作用過(guò)程中，半塑性巖屑受壓變形，對(duì)儲(chǔ)集層物性產(chǎn)生了較大的破壞性作用（圖4）。

圖4 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖作用

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組中發(fā)育有不同類型的膠結(jié)物，常見(jiàn)的有沸石類、碳酸鹽類、硅質(zhì)、自生黏土礦物等。

（1）綠泥石膠結(jié) 研究區(qū)砂巖中綠泥石常呈針葉狀、葉片狀及疊層狀。綠泥石與物源區(qū)富含鐵、鎂等硅酸鹽礦物有關(guān)，自形程度較低 ，常在成巖早期形成綠泥石薄膜，由顆粒邊沿向孔隙和喉道中心生長(zhǎng)，使孔隙空間逐漸縮小。綠泥石膠結(jié)主要分布在粒度較大的細(xì)砂巖、中砂巖及砂礫巖中，粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖中少見(jiàn)。一般來(lái)說(shuō)，綠泥石膠結(jié)物發(fā)育的砂體，有利于后期酸性水溶蝕濁沸石及長(zhǎng)石顆粒，形成次生孔隙[11]，因此，綠泥石膠結(jié)物對(duì)研究區(qū)次生孔隙的形成起了積極的作用。

（2）濁沸石膠結(jié) 濁沸石是瑪湖凹陷下烏爾禾組儲(chǔ)集層最具特色的膠結(jié)物，在研究區(qū)內(nèi)各井段含量變化很大，一般為3%～12%，少數(shù)井段可大于12%.濁沸石膠結(jié)物常呈聯(lián)片狀，酸性水容易沿濁沸石解理縫溶蝕，形成可觀的次生孔隙。濁沸石主要以膠結(jié)物的形式充填于粒度較大、分選較好及雜基含量少的中—細(xì)砂巖粒間孔隙中[12]。當(dāng)濁沸石含量高時(shí)，往往呈大片連晶充填孔隙，使碎屑嵌于其中，有時(shí)可見(jiàn)放射狀集合體；含量少時(shí)，則呈斑塊狀、補(bǔ)丁狀或零星分布的完好晶體[12]。

下烏爾禾組儲(chǔ)集層中的濁沸石膠結(jié)物發(fā)育2組完全解理，其形成時(shí)間較早，大致為早成巖階段B期。成巖作用中—后期，有機(jī)質(zhì)脫羧基產(chǎn)生的大量酸性水沿這些解理縫強(qiáng)烈溶蝕，形成濁沸石次生溶孔[12]（圖5），對(duì)研究區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層物性的改善有非常重要的作用。

圖5 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層膠結(jié)物類型

（3）碳酸鹽膠結(jié)物 研究區(qū)下烏爾禾組碳酸鹽膠結(jié)物主要是方解石和鐵方解石，在整個(gè)成巖過(guò)程中都可以生成，在成巖早期主要為方解石，成巖中晚期主要為鐵方解石。碳酸鹽膠結(jié)堵塞了砂巖粒間孔隙和喉道，降低了儲(chǔ)集層的孔隙度和滲透率。

通過(guò)巖心薄片與鑄體薄片觀察，方解石一般呈孔隙狀充填，形成時(shí)間與濁沸石同時(shí)或稍晚，而鐵方解石的析出要比濁沸石及方解石晚，其形成與濁沸石的大量溶蝕有關(guān)。在干酪根脫羧期，大量酸性水進(jìn)入砂巖中，對(duì)濁沸石進(jìn)行溶蝕[13]，由于濁沸石是富Ca礦物，因此被溶解出的Ca2+與酸性水中CO2在水下分流河道砂體的頂部富黑云母段和分流河道砂體的邊部形成鐵方解石，鐵方解石膠結(jié)或交代巖石中的其他礦物顆粒，致使儲(chǔ)集層密層，也使儲(chǔ)集層層內(nèi)非均質(zhì)性增強(qiáng)[13]。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)下烏爾禾組重要的成巖作用，主要表現(xiàn)在碎屑礦物、膠結(jié)物及自生礦物的溶蝕等幾個(gè)方面。由于碎屑巖物質(zhì)和孔隙水各有不同，使得各種成分，如碎屑顆粒、膠結(jié)物、雜基或者其組合，都可以被溶解[13]，形成多種類型的次生孔隙，對(duì)儲(chǔ)集性能有較大的改善。

濁沸石的溶蝕是儲(chǔ)集層形成次生孔隙的關(guān)鍵，可產(chǎn)生大量的次生孔隙，對(duì)儲(chǔ)集層物性的改善起到至關(guān)重要的作用。濁沸石常沿解理縫被溶蝕，形成大小不等的粒內(nèi)溶孔（圖4）。在中成巖階段B期，有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程當(dāng)中排出大量的有機(jī)酸，使?jié)岱惺l(fā)生強(qiáng)烈溶蝕，孔隙邊緣的綠泥石黏土膜也被溶蝕，形成保留部分晶骸的溶孔。因此，溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)集層物性的提高很有幫助。

3 成巖階段劃分與演化序列

依據(jù)鉆井巖心的普通薄片、鑄體薄片、熒光薄片和掃描電鏡資料，同時(shí)結(jié)合了儲(chǔ)集巖的孔滲、壓汞及其他分析化驗(yàn)資料，研究區(qū)下烏爾禾組的成巖作用可分為早成巖階段、中成巖階段和晚成巖階段（圖6）。

圖6 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖序列

（1）早成巖階段 早成巖階段A期主要以弱壓實(shí)作用為主，顆粒呈未接觸狀—點(diǎn)接觸狀，顆粒間多被早期泥晶碳酸鹽礦物（主要為泥晶方解石）充填。巖石疏松，呈未固結(jié)—半固結(jié)狀，孔隙類型以原生粒間孔為主[14]。黏土礦物中蒙脫石含量較高，蒙脫石層在伊蒙混層中含量大于70%.有機(jī)質(zhì)未成熟，成巖環(huán)境以弱堿性特征為主。

早成巖階段B期，顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，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[15]。鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.4%～0.7%，有機(jī)質(zhì)半成熟。成巖環(huán)境為弱酸性，開(kāi)始出現(xiàn)伊蒙混層，蒙脫石層含量50%～70%，屬無(wú)序混層帶。另外，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，在部分火山巖巖屑和長(zhǎng)石顆粒邊緣可出現(xiàn)少量自生沸石。

（2）中成巖階段 中成巖階段A期，顆粒間以線接觸為主，可見(jiàn)石英和長(zhǎng)石自生加大現(xiàn)象。主要孔隙為剩余粒間孔及顆粒溶孔，少量粒間溶孔。伊蒙混層普遍出現(xiàn)，蒙脫石層含量20%～50%，為有序混層帶。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，并與黏土礦物演化過(guò)程中析出的層間水混合，對(duì)巖石中的長(zhǎng)石、火山巖屑和碳酸鹽礦物等易溶組分進(jìn)行溶蝕[16]，生成大量次生溶蝕孔隙。

中成巖階段B期，典型標(biāo)志為剛性顆粒間呈線接觸，甚至出現(xiàn)凸凹接觸類型，粒間體積較小。成巖自生礦物中開(kāi)始大量出現(xiàn)晚期次生鐵方解石，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，沸石類礦物大量出現(xiàn)[17]。當(dāng)孔隙水，特別是其pH值發(fā)生變化時(shí)，極易發(fā)生溶蝕。

（3）晚成巖階段 晚成巖階段A期巖石已經(jīng)變得非常致密，孔隙少，裂縫發(fā)育，碎屑顆粒間呈線接觸—凹凸接觸，黏土礦物為伊利石、高嶺石和綠泥石。成巖溫度大于170℃，有機(jī)質(zhì)處于過(guò)成熟階段[18]。

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)集巖成巖特征、自生礦物分布及形成順序等研究，建立了該區(qū)儲(chǔ)集層成巖演化序列（圖6），研究區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層主要處于中成巖階段A期，部分埋藏較深的儲(chǔ)集層則處于中成巖階段B期或晚成巖階段A期。

4 儲(chǔ)集層成巖相類型

成巖相是在成巖與構(gòu)造等作用下，沉積物經(jīng)歷一定成巖作用和演化階段的產(chǎn)物，包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)、孔隙等綜合特征[19-20]。成巖相及其組合，控制了儲(chǔ)集層孔隙發(fā)育特征和物性，其劃分有助于儲(chǔ)集層的區(qū)域評(píng)價(jià)[21]。根據(jù)研究區(qū)主要成巖作用類型、膠結(jié)物含量及孔隙類型，將下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖相劃分為貧泥中粗砂—細(xì)礫巖弱壓實(shí)成巖相、少量方沸石—濁沸石膠結(jié)中粗砂—礫巖溶蝕成巖相、方沸石—濁沸石膠結(jié)砂礫巖弱溶蝕成巖相、白云質(zhì)砂礫巖硅質(zhì)—鈉長(zhǎng)石膠結(jié)成巖相、含泥砂礫巖鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相和富泥砂礫巖片沸石膠結(jié)成巖相等6種成巖相（表1）。

表1 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層各成巖相特征

（1）貧泥中粗砂—細(xì)礫巖弱壓實(shí)成巖相 該類成巖相主要巖石類型為灰色含礫中粗砂巖和砂質(zhì)細(xì)礫巖。儲(chǔ)集層中泥質(zhì)雜基含量較少，一般小于2%，沒(méi)有沸石類膠結(jié)物。碎屑顆粒分選較好，孔隙類型以粒間孔及顆粒溶孔為主。儲(chǔ)集層孔隙度一般大于10%，滲透率大于5.0 mD，物性較好，測(cè)井電性特征表現(xiàn)為中高阻，中密度，中高孔隙度，電阻率為30～100 Ω·m，密度為2.35～2.47 g/cm3，為較有利成巖相，可以形成物性較好的儲(chǔ)集層，一般分布在D13井附近的條帶上（圖7）。

（2）少量方沸石—濁沸石膠結(jié)中粗砂—礫巖溶蝕成巖相 該類成巖相主要巖石類型為灰色含礫中粗砂巖和砂質(zhì)礫巖。儲(chǔ)集層中泥質(zhì)雜基含量較少，一般小于2%，含有極為少量的沸石膠結(jié)物。碎屑顆粒分選較好，孔隙類型以沸石溶孔及少量顆粒為主。儲(chǔ)集層孔隙度一般為8%～10%，滲透率一般在1.0～5.0 mD，物性較好，測(cè)井電性特征表現(xiàn)為中高阻，中密度，中孔隙度，電阻率為30～100 Ω·m，密度為2.47～2.53 g/cm3，為中等偏好的成巖相，主要發(fā)育在YB4井—MD2井—M218井區(qū)（圖7）。

（3）含泥砂礫巖鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相 該類成巖相儲(chǔ)集巖沸石膠結(jié)作用強(qiáng)烈，沸石膠結(jié)物含量大于5%.孔隙類型以顆粒溶孔及雜基溶孔為主，泥質(zhì)雜基含量在2%～5%，碎屑顆粒分選中等，儲(chǔ)集層孔隙度一般為7%～8%，滲透率一般在0.5～1.0 mD，物性中等，測(cè)井電性特征表現(xiàn)為中高阻，中密度，中孔隙度，電阻率為30～100 Ω·m，密度為2.45～2.50 g/cm3，為中等成巖相，主要分布于M201井—M211井—M214井區(qū)附近（圖7）。

（4）方沸石—濁沸石膠結(jié)砂礫巖弱溶蝕成巖相該成巖相儲(chǔ)集巖沸石膠結(jié)作用較弱，沸石膠結(jié)物含量為5%～8%.孔隙類型以少量沸石溶孔為主，泥質(zhì)雜基較少，含量小于2%，碎屑顆粒分選中等，該成巖相孔隙度一般為6%～7%，滲透率一般在0.3～0.5 mD，物性中等，測(cè)井電性特征表現(xiàn)為高電阻，低密度，低孔隙度，電阻率一般大于200 Ω·m，密度為2.47～2.53 g/cm3，為中等偏差成巖相，一般分布在YB1井—M217井—YB2井區(qū)和XY2井區(qū)附近（圖7）。

圖7 研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組成巖相平面分布

（5）白云質(zhì)砂礫巖硅質(zhì)—鈉長(zhǎng)石膠結(jié)成巖相 儲(chǔ)集層泥質(zhì)雜基含量較少，一般小于2%.碎屑顆粒分選中等，孔隙類型以晶間孔及顆粒溶孔為主。儲(chǔ)集層孔隙度一般大于5%～6%，滲透率一般在0.1～0.3 mD，物性中等，測(cè)井電性特征表現(xiàn)為低電阻，高密度，低孔隙度，電阻率一般小于25 Ω·m，密度為2.55～2.60 g/cm3，為較差的成巖相。

（6）富泥砂礫巖片沸石膠結(jié)成巖相 該類成巖相儲(chǔ)集巖沸石膠結(jié)作用較弱，沸石膠結(jié)物含量大于2%.孔隙基本不發(fā)育，泥質(zhì)雜基較多，含量大于5%，碎屑顆粒分選差，該成巖相孔隙度一般小于5%，滲透率一般小于0.1 mD，物性差，往往為非儲(chǔ)集層，為不利成巖相。

5 結(jié)論

（1）瑪東地區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組巖性主要為灰色砂質(zhì)細(xì)礫巖、小中礫巖和含礫中粗砂巖，巖石中普遍含濁沸石，儲(chǔ)集空間類型主要為粒間孔和粒內(nèi)溶孔，是典型的低孔低滲儲(chǔ)集層。

（2）研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能既與沉積環(huán)境存在密切關(guān)系，也明顯受成巖作用的影響。研究表明，影響該區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集性能的成巖作用類型主要是壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)下烏爾禾組儲(chǔ)集層的成巖演化主體處于中成巖階段A期，部分埋藏較深的儲(chǔ)集巖則處于中成巖階段B期和晚成巖階段A期。

（3）在對(duì)研究區(qū)中二疊統(tǒng)下烏爾禾組儲(chǔ)集層的成巖相研究中，依據(jù)研究區(qū)主要成巖作用類型、膠結(jié)物含量及孔隙類型，將下烏爾禾組儲(chǔ)集層成巖相劃分為貧泥中粗砂—細(xì)礫巖弱壓實(shí)成巖相、少量方沸石—濁沸石膠結(jié)中粗砂—礫巖溶蝕成巖相、含泥砂礫巖鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相、方沸石—濁沸石膠結(jié)砂礫巖弱溶蝕成巖相、白云質(zhì)砂礫巖硅質(zhì)—鈉長(zhǎng)石膠結(jié)成巖相和富泥砂礫巖片沸石膠結(jié)成巖相6種成巖相。其中最有利的成巖相是貧泥中粗砂—細(xì)礫巖弱壓實(shí)成巖相，主要分布在D13井附近；其次是少量方沸石—濁沸石膠結(jié)中粗砂—礫巖溶蝕成巖相，主要發(fā)育在YB4井—MD2井—M218井區(qū)；而富泥砂礫巖片沸石膠結(jié)成巖相物性最差，是最為不利的成巖相。

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