準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組儲層發(fā)育特征及油氣富集因素

李學(xué)良，張奎華，林會喜，張關(guān)龍，侯讀杰(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 10008；2.海相儲層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 10008；.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組是重要的含油層系，近年來的勘探都取得了較好的勘探成果[1-3]。在近幾年的勘探開發(fā)過程中也遇到一些難題，包括風(fēng)城組復(fù)雜的儲層巖石類型(既有碎屑巖，也有云質(zhì)巖和火山巖)、復(fù)雜的儲層物性展布(不同類型、同種類型不同區(qū)帶的儲層物性變化較大)和復(fù)雜的含油性[4-5](不同類型儲層的含油特征具有明顯的差異性)對勘探開發(fā)的困擾。對此，利用研究區(qū)內(nèi)豐富的鉆井資料，通過觀察巖心、薄片、掃描電鏡等資料，分析了風(fēng)城組儲層的巖石學(xué)特征、不同類型儲層的儲集空間類型以及物性特征；根據(jù)不同類型儲層物性與含油性相關(guān)性分析，明確了控制油氣富集的有利儲層類型；分析了沉積作用、成巖作用和構(gòu)造運(yùn)動等因素對有利儲層的控制作用；在此基礎(chǔ)上，預(yù)測了不同類型有利儲層的空間展布特征，以期為下步精細(xì)描述有利儲層、開展勘探部署工作提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 概 況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣哈拉阿拉特山—烏夏地區(qū)，北部為哈拉阿拉特山(哈山)，西部以扎伊爾山為界，南鄰瑪湖凹陷，東接石英灘凸起和英西凹陷(圖1)。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣古生代經(jīng)歷了從被動型大陸邊緣到碰撞前陸坳陷的演化階段，主要沉積了淺?！獮I海相碎屑巖、陸相噴發(fā)巖和陸相碎屑巖。其中，早二疊世風(fēng)城組沉積時(shí)，盆地處于前陸盆地間歇期，同時(shí)伴隨短暫松弛伸展引起的火山活動[6-14]。

圖1 準(zhǔn)西北緣構(gòu)造綱要

研究區(qū)二疊系地層可劃分為下二疊統(tǒng)的佳木河組(P1j)和風(fēng)城組(P1f)以及中二疊統(tǒng)的夏子街組(P2x)和下烏爾禾組(P2w)，上二疊統(tǒng)在區(qū)內(nèi)缺失。其中，風(fēng)城組主要分布在哈山、烏夏及瑪湖凹陷地區(qū)，瑪湖凹陷中心地帶尚無探井揭示風(fēng)城組。烏夏地區(qū)風(fēng)城組主要為深灰色和灰黑色凝灰質(zhì)白云巖，白云質(zhì)泥巖，泥質(zhì)白云巖夾砂巖、粉砂巖，并發(fā)現(xiàn)有孔蟲、棘皮動物化石殘片和藻類等化石；北部哈山地區(qū)風(fēng)城組主要為含灰或灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和薄層粉砂巖及少量細(xì)砂巖的互層，其中，在哈山東部地區(qū)發(fā)育凝灰?guī)r等火山碎屑巖。

2 儲層發(fā)育特征

2.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)風(fēng)城組儲層巖石類型復(fù)雜，碎屑巖、云質(zhì)巖、火山碎屑巖等均有發(fā)育。巖石礦物成分主要包括鹽類礦物、云質(zhì)巖類礦物和灰質(zhì)細(xì)粒碎屑巖(圖2)。

研究區(qū)的鹽類礦物主要包括石鹽、硬石膏、天然堿(圖2a)，此外，還發(fā)育特殊鹽類礦物，如硅硼鈉石和碳酸鈉鈣石(圖2b、c)。石鹽和硬石膏主要呈漂浮狀分布在云泥巖中，整體含量較少。云質(zhì)巖類礦物分布特征包括紋層狀展布、粉細(xì)晶均勻分布、裂縫充填、短脈狀體和斑狀邊緣充填(圖2d、e、f)。粉細(xì)晶白云巖在研究區(qū)普遍發(fā)育，表明其形成于強(qiáng)烈蒸發(fā)的環(huán)境[15-20]?；屹|(zhì)細(xì)粒碎屑巖主要指灰質(zhì)泥巖和粉、細(xì)砂巖，巖心觀察可見泥灰?guī)r和粉砂質(zhì)泥巖組成的紋層，反映出水體環(huán)境較為安靜(圖2g、h、i)。

圖2 準(zhǔn)西北緣二疊系風(fēng)城組巖石礦物發(fā)育特征

2.2 儲集空間類型

根據(jù)巖心、薄片和掃描電鏡觀察，研究區(qū)二疊系風(fēng)城組儲層的儲集空間類型主要包括原生孔隙、溶孔和裂縫(圖3)。

研究區(qū)碎屑巖儲層的儲集空間類型主要為粒內(nèi)溶孔(圖3a)，相對含量約為60%，其次為微裂縫、基質(zhì)溶孔和剩余原生粒間孔(圖3b—e)。云質(zhì)巖儲層的主要儲集空間包括溶孔和裂縫，此外，還包括少量的晶間孔、晶內(nèi)溶孔、基質(zhì)溶孔等(圖3f、g)?；鹕綆r儲層的儲集空間主要包括孔隙和裂縫(圖3h、i)，其中，孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙主要包括未充填氣孔、半充填殘余氣孔和極少量的基質(zhì)微孔，次生孔隙包括基質(zhì)溶孔和粒內(nèi)溶孔。此外，裂縫也是研究區(qū)火山巖儲層重要的儲集空間。

圖3 準(zhǔn)西北緣二疊系風(fēng)城組儲集空間類型

2.3 儲層物性特征

根據(jù)巖石物性測試，分析了不同類型儲層物性發(fā)育特征。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，碎屑巖儲層平均孔隙度為7.32%，最大為27.30%，整體為中—低孔隙度；云質(zhì)巖儲層孔隙度低，平均為4.62%，45%的樣品孔隙度小于4.00%；火山巖儲層孔隙度變化較大，最高可達(dá)到28.00%，最小為0.40%。

根據(jù)研究區(qū)不同巖性儲層的物性統(tǒng)計(jì)分析可知，碎屑巖中相對粗粒的小礫巖和不等粒砂巖的物性最好，平均孔隙度分別為8.60%、7.00%；凝灰質(zhì)砂巖和細(xì)砂巖次之，平均孔隙度分別為6.00%、12.00%；白云質(zhì)粉砂巖、砂巖和砂礫巖的孔隙度相對較低，平均值分別為4.60%、3.20%、2.80%?；鹕綆r儲層中熔結(jié)凝灰?guī)r的孔隙度最好，平均值為28.00%；其次為石泡熔巖，平均孔隙度為13.00%，沉凝灰?guī)r和凝灰?guī)r的孔隙度低，平均值分別為8.00%、5.00%。

3 有利儲層與油氣富集

準(zhǔn)西北緣油氣源豐富，主要來源于瑪湖凹陷，包括下二疊統(tǒng)佳木禾組、風(fēng)城組和中二疊統(tǒng)下烏爾禾組的油氣源[21-22]。在研究區(qū)風(fēng)城組不同儲層類型(碎屑巖、云質(zhì)巖和火山巖)勘探過程中都已鉆遇油層，獲得工業(yè)油氣流。但受控于儲層空間類型和物性差異，油氣富集程度以及產(chǎn)出效果差異較大，總體看來，優(yōu)質(zhì)儲層控制了油氣富集(圖4)。

3.1 有利儲層發(fā)育特征

根據(jù)儲層類型與產(chǎn)油層關(guān)系，將不同類型儲層分為Ⅰ類和Ⅱ類儲層(圖4)。

碎屑巖I類儲層主要為泥質(zhì)粉砂巖、云質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)粉砂巖，孔隙度為1.30%～27.30%，平均值為6.30%；滲透率為0.011～171.000 mD，平均值為9.600 mD；主要儲集空間為溶蝕孔洞；由于裂縫的溝通作用，儲層孔隙度和滲透率相關(guān)性較好，油層產(chǎn)量較高(風(fēng)城1井日產(chǎn)油為204 t/d)。Ⅱ類儲層主要為不等粒砂巖、小礫巖和云質(zhì)砂巖，孔隙度為6.80%～18.00%，平均值為14.03%；滲透率為0.260～54.660 mD，平均值為3.220 mD；整體為中—低孔隙度、低滲透率儲層，需對油層進(jìn)行壓裂增產(chǎn)。

圖4 準(zhǔn)西北緣二疊系風(fēng)城組儲層綜合評價(jià)

云質(zhì)巖儲層巖性較細(xì)，包括云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)云巖、含云鹽質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)云巖。泥質(zhì)云巖平均孔隙度相對較高(平均值為2.38%)，這與白云巖含量較大、晶間孔較多有關(guān)。根據(jù)云質(zhì)巖儲層物性變化，同時(shí)考慮儲集空間的配置關(guān)系，認(rèn)為云質(zhì)巖I類儲層為裂縫-孔洞型儲層，儲集空間為裂縫和溶蝕孔洞，裂縫起到很好的溝通作用；儲層孔隙度為3.00%～9.00%，滲透率為0.800～10.000 mD。云質(zhì)巖Ⅱ類儲層為溶蝕孔洞型儲層，儲集空間主要為鹽類礦物經(jīng)過后期溶蝕之后形成的孔洞，分布相對孤立。

火山巖I類儲層以熔結(jié)凝灰?guī)r為主，氣孔發(fā)育，充填程度弱，孔隙度一般大于20.00%，滲透率較低，平均值在1.000 mD左右，屬于中—高孔隙度、特低滲透率儲層；儲集空間以氣孔為主，伴有部分小規(guī)模收縮溶孔和基質(zhì)溶孔，需通過壓裂獲得高產(chǎn)油流；火山巖Ⅱ類儲層以熔結(jié)凝灰?guī)r為主，包括部分石泡熔巖；孔隙度相對較低，一般為12.00%～20.00%，滲透率平均值為0.500 mD，屬于中孔隙度、特低滲透率儲層；儲集空間主要為氣孔和收縮溶縫，充填程度較高，同樣需要壓裂獲得油氣流。

3.2 有利儲層控制因素

根據(jù)儲層巖石類型及物性發(fā)育特征，認(rèn)為原始沉積相帶對儲層物性具有根本性的控制作用。此外，溶孔、裂縫作為主要的儲集空間類型，證明了后期的成巖作用和構(gòu)造作用對有利儲層的發(fā)育同樣具有控制作用[23-25]。

3.2.1 沉積作用

風(fēng)一段沉積時(shí)期，深湖相沉積范圍較小，主要以半深湖云質(zhì)巖和濱淺湖沉積為主；東部的瑪東斜坡帶和西部的百烏斷裂帶物源供給較強(qiáng)，三角洲沉積范圍較大，湖相沉積范圍較小，此時(shí)期的儲層主要以碎屑巖為主，東北部的紅旗壩地區(qū)受火山活動影響，火山巖較為發(fā)育(圖5a)。

風(fēng)二段沉積時(shí)期，湖相沉積范圍變大，其中，半深湖云質(zhì)巖沉積范圍已擴(kuò)大至北部哈山地區(qū)；東部的瑪東斜坡帶和西部的百烏斷裂帶三角洲沉積范圍明顯減小。該時(shí)期云質(zhì)巖儲層相比碎屑巖儲層更為發(fā)育，主要發(fā)育于深湖相周邊的半深湖相帶中，在北部的哈山地區(qū)已有多口鉆井鉆遇?；鹕交顒诱w上有所減弱，火山巖儲層相對不發(fā)育(圖5b)。

圖5 準(zhǔn)西北緣二疊系風(fēng)城組有利儲層發(fā)育模式

風(fēng)三段沉積時(shí)期，湖相沉積范圍明顯縮小，盆地邊緣辮狀河三角洲進(jìn)積明顯，受沉積體系控制，該時(shí)期碎屑巖儲層主要發(fā)育于風(fēng)城斷裂帶和夏紅北斷裂帶附近，云質(zhì)巖儲層在半深湖相中發(fā)育，集中在烏爾禾斷裂帶處?；鹕交顒用黠@減弱，僅在紅旗壩東北角發(fā)育(圖5c)。

3.2.2 成巖作用

成巖作用對儲層的影響主要表現(xiàn)為壓實(shí)作用、自生礦物膠結(jié)作用和后期溶蝕作用[24]。研究區(qū)風(fēng)城組在斷裂下盤埋深較大，深度為3 500～4 900 m，儲層受壓實(shí)作用影響明顯，物性較差；上盤地層深度為800～1 000 m，壓實(shí)作用相對較弱，物性明顯較好。在成巖作用中后期，隨著壓實(shí)作用的進(jìn)一步增大，開始產(chǎn)生裂縫，但多被膠結(jié)物充填。

云質(zhì)巖儲層在壓實(shí)作用過程中，孔隙空間大幅度減少，但受后期的溶蝕作用和重結(jié)晶作用，儲層孔隙空間得到改善。

火山碎屑巖在同生成巖階段以熔結(jié)作用為主，發(fā)育熔結(jié)凝灰?guī)r，因揮發(fā)逸散作用產(chǎn)生大量氣孔；同時(shí)，熔巖在冷凝收縮過程中，受熱液作用影響形成了氣孔杏仁體；埋藏成巖階段，在早期的大氣淡水和晚期的有機(jī)酸參與下，火山巖儲層發(fā)生一定的溶蝕作用，能夠很好地改善儲層物性。

3.2.3 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用對儲層的控制作用主要表現(xiàn)為3個(gè)方面：首先，伴隨著多期次的構(gòu)造運(yùn)動，研究區(qū)裂縫發(fā)育，增加了儲層孔隙空間；其次，裂縫的發(fā)育為后期酸性流體的運(yùn)移提供了路徑，有利于溶蝕作用并形成優(yōu)質(zhì)儲層；此外，擠壓構(gòu)造作用造成風(fēng)城組部分地層被推覆至淺層，減弱了壓實(shí)作用，也有利于形成有利儲層。

3.3 有利儲層預(yù)測

根據(jù)有利儲層分類，在上述儲層控制因素分析基礎(chǔ)上，對不同類型的優(yōu)質(zhì)儲層進(jìn)行了預(yù)測(圖5)。

3.3.1 碎屑巖儲層

根據(jù)巖心、薄片觀察和物性統(tǒng)計(jì)分析，辮狀河三角洲河道砂礫巖儲層的物性相對較好；三角洲前緣的含灰或灰質(zhì)粉砂巖物性較差；云質(zhì)粉砂巖因含有一定的鹽質(zhì)成分，物性相對變好；碳酸鹽和沸石類膠結(jié)物部分充填了原生粒間孔隙，但同時(shí)也為后期的溶蝕作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；斷層活動伴生的裂縫為后期流體運(yùn)移提供了路徑，有利于溶蝕作用的進(jìn)行。

在上述認(rèn)識基礎(chǔ)上，預(yù)測了研究區(qū)碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲層空間展布：碎屑巖I類儲層主要發(fā)育于風(fēng)一段，分布在烏爾禾斷裂帶西部和百烏斷裂帶的近源三角洲前緣，巖性主要為云質(zhì)、泥質(zhì)粉細(xì)砂巖(圖5a)；碎屑巖Ⅱ類儲層主要發(fā)育于風(fēng)三段，分布在烏爾禾斷裂帶東部、風(fēng)城斷裂帶和夏紅北斷裂西側(cè)，巖性主要為粗碎屑巖(圖5c)。

3.3.2 云質(zhì)巖

云質(zhì)巖巖性較細(xì)，有利儲層發(fā)育的關(guān)鍵在于裂縫發(fā)育程度。研究區(qū)風(fēng)三段以云質(zhì)巖(富含硅質(zhì))成分為主，向上由于水體的變淺逐漸轉(zhuǎn)為以泥巖、砂巖類碎屑巖沉積為主，巖性組合有利于脆性斷裂和裂縫的發(fā)育。同時(shí)，斷裂活動區(qū)也有利于裂縫的形成。在此認(rèn)識基礎(chǔ)上，預(yù)測了研究區(qū)云質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲層空間展布：云質(zhì)巖I類儲層主要發(fā)育于風(fēng)三段下部，分布在烏爾禾斷裂帶東北側(cè)，裂縫發(fā)育(圖5c)；云質(zhì)巖Ⅱ類儲層主要發(fā)育于風(fēng)二段，分布在鹽類礦物含量高的半深湖和深湖相帶，裂縫相對不發(fā)育(圖5b)。

3.3.3 火山巖

火山巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育受巖性、巖相及成巖作用等方面的控制。研究區(qū)風(fēng)城組火山巖儲層以火山碎屑巖為主，此外還有火山熔巖。通過巖性及物性統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為巖性是控制優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的主要因素，充填膠結(jié)作用對原生氣孔破壞嚴(yán)重，后期溶蝕和構(gòu)造作用對儲層起到一定改善作用。研究區(qū)風(fēng)一段沉積時(shí)期火山活動強(qiáng)烈，火山巖分布廣泛，之后火山活動逐漸減弱。火山巖I類儲層主要發(fā)育于風(fēng)一段，分布在各火山口位置；火山巖Ⅱ類儲層主要分布在I類儲層外圍(圖5a)。

4 結(jié) 論

(1) 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組儲層巖石類型包括碎屑巖、云質(zhì)巖和火山巖；巖石礦物成分主要包括鹽類礦物、云質(zhì)巖類礦物和灰質(zhì)細(xì)粒碎屑巖；儲集空間主要包括原生孔隙、溶孔和裂縫。

(2) 碎屑巖儲層整體為中—低孔隙度，平均值為7.32%；云質(zhì)巖儲層孔隙度較低，平均值為4.62%；火山巖儲層孔隙度變化較大，其中，熔結(jié)凝灰?guī)r孔隙度最高，最大值可達(dá)28.00%。

(3) 控制儲層發(fā)育的主要因素包括沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用。沉積作用對儲層的影響主要體現(xiàn)在不同沉積(火山巖)相帶的儲層物性有所差異；成巖作用對儲層的影響主要包括壓實(shí)作用、自生礦物膠結(jié)作用和后期溶蝕作用對儲層的控制；構(gòu)造作用的影響主要體現(xiàn)在后期斷裂、地層抬升剝蝕等對儲層演化的控制。

(4) 控制油氣富集的主要因素是優(yōu)質(zhì)儲層。碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育于風(fēng)一段，分布在烏爾禾斷裂帶西部和百烏斷裂的近源三角洲前緣，巖性主要為云質(zhì)、泥質(zhì)粉細(xì)砂巖類；云質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育于風(fēng)三段下部，分布在烏爾禾斷裂帶東北側(cè)；火山巖優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育于風(fēng)一段，集中分布在火山口處。