塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組低滲儲(chǔ)層特征及控制因素

彭 麗，王振彪，陽建平，陸永潮，王 倩，張少偉，王 娜，彭 鵬

(1.中國(guó)石油 塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，武漢 430074； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

低滲透儲(chǔ)集層廣泛發(fā)育于中國(guó)各大含油氣盆地，是未來油氣勘探的主要對(duì)象之一。隨著油氣勘探程度的不斷提高，其在油氣資源中所占比重將逐步擴(kuò)大，因此，明確低滲透儲(chǔ)層發(fā)育特征，厘定低滲儲(chǔ)層控制因素十分重要[1-6]。目前，塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組已發(fā)現(xiàn)包括塔中47、11、12和16等多個(gè)油藏，油氣資源豐富，勘探潛力較大。從早期勘探評(píng)價(jià)至今，前人相繼開展了關(guān)于沉積特征、層序地層、油氣成藏和構(gòu)造特征等方面的研究[7-15]，但缺乏針對(duì)低滲透儲(chǔ)集層特征及其控制因素的詳細(xì)研究。塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組屬于潮坪相沉積環(huán)境，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，埋深普遍大于4 km，成巖作用較強(qiáng)，勘探進(jìn)程受到制約[16]，因此，弄清低滲透儲(chǔ)層特征及其控制因素，可以為該區(qū)下一步油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。鑒于此，本文系統(tǒng)分析了塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組儲(chǔ)集層的大量巖心及薄片、掃描電鏡及物性分析等資料，在明確儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、孔隙類型及物性特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析低滲透儲(chǔ)層形成的控制因素，以期為該區(qū)優(yōu)質(zhì)低滲儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和后期高效開發(fā)方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

塔中地區(qū)位于塔里木盆地中央隆起帶中段，西接巴楚斷隆，東連塔東低隆，呈北西向走勢(shì)，北至塔中I號(hào)斷裂帶與順托果勒低隆起相鄰，南起中央主壘帶與塘古巴斯坳陷為鄰，面積約為6.5×104km2，是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育的繼承性隆起[17-18]。研究區(qū)位于塔中10號(hào)構(gòu)造帶，主要包括塔中11、12和16富油井區(qū)(圖1)。塔中志留系是在塔中古隆起上發(fā)育的潮坪沉積體系，自下而上包括柯坪塔格組(下段砂巖、中段灰色泥巖、上段砂巖)、塔塔埃爾塔格組(紅色泥巖段和上砂巖段)和依木干他烏組(上泥巖段)(圖1)?？缕核窠M上段巖心以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，層厚在80～260 m，為塔中地區(qū)的主力油層。潮坪沉積環(huán)境下砂體展布變化快，深埋藏條件下成巖作用類型多樣，儲(chǔ)層控制因素復(fù)雜[19-20]。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)志留系柯坪塔格組150余塊巖石薄片分析鑒定結(jié)果可知，該地區(qū)儲(chǔ)層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次是巖屑石英砂巖，并含少量的長(zhǎng)石巖屑砂巖(圖2)。礦物碎屑成分中石英含量為40%～78%，平均為64.7%；長(zhǎng)石含量為 2%～18%，平均為4.8%，以鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石為主，長(zhǎng)石風(fēng)化程度較低；巖屑含量為18%～57%，平均為29.3%，巖屑成分以巖漿巖和變質(zhì)巖為主，少量沉積巖巖屑；成分成熟度中等，指數(shù)為1.611～2.086。巖性整體致密，顆粒磨圓度較好，以次棱—次圓和次圓為主；分選中到好，以點(diǎn)—線接觸為主；孔隙式膠結(jié)占絕大部分，少量加大—孔隙式和基底—孔隙式；儲(chǔ)層巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均為中等。

2.2 儲(chǔ)集空間類型

鏡下薄片分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層孔隙類型主要為殘余原生粒間孔和粒間溶孔(包含溶蝕擴(kuò)大粒間孔、粒緣溶孔和鑄模孔等)，所占比例達(dá)64.9%～84.4%，少量微孔隙(包含晶間孔)和粒內(nèi)溶孔。此外，研究區(qū)儲(chǔ)層裂縫普遍發(fā)育(圖3)。

圖1 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶構(gòu)造位置及志留系綜合柱狀圖據(jù)參考文獻(xiàn)[7]修改。

圖2 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層礦物成分三角圖

殘余原生粒間孔主要分布在粒度偏中粒、石英含量相對(duì)較高、填隙物含量較少的較干凈砂巖中，表現(xiàn)為碎屑顆粒之間壓實(shí)縮小的殘余粒間孔(圖3a，b)；孔隙形態(tài)往往呈不規(guī)則棱角狀四邊形、三角形、多邊形或長(zhǎng)條形，棱角分明，周圍礦物顆粒以線接觸為主，支撐原生粒間孔；孔隙直徑小于顆粒直徑，以50 ～150 μm為主；顯微鏡下面孔率平均為1.0%～3.0%，最大可達(dá)8%。粒間及粒內(nèi)溶孔分布在粒度偏中—細(xì)粒、巖屑含量較高的儲(chǔ)層中，其成因?yàn)榱ｉg碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕而形成粒間溶蝕擴(kuò)大孔(圖3c)、長(zhǎng)石及巖屑顆粒被溶蝕而形成的粒內(nèi)溶孔(圖3d)和鑄?？祝豢紫冻什灰?guī)則狀，有溶蝕殘?jiān)透蹫承徒Y(jié)構(gòu)，孔徑可大于顆粒直徑，以20～200 μm 為主；顯微鏡下面孔率平均為1.0%～4.0%，最大可達(dá)8%。微孔隙分布在粒度偏細(xì)、巖屑和填隙物含量較高的細(xì)—粉砂巖儲(chǔ)層中，表現(xiàn)為巖屑顆粒內(nèi)部溶蝕形成的微孔、粒間泥雜基內(nèi)微孔、高嶺石等膠結(jié)物形成的晶間孔等，往往呈零星點(diǎn)狀分布，附近常見泥質(zhì)、鐵泥質(zhì)雜基充填于粒間(圖3e)；孔徑較小，一般小于10 μm；顯微鏡下面孔率平均為0.4%～1%，最大可達(dá)8.5%?？傮w來看，志留系柯坪塔格組儲(chǔ)層孔隙較為發(fā)育，平均面孔率為3.73%～6.14%。

裂縫主要為構(gòu)造裂縫，主要表現(xiàn)為裂縫可繞過或切穿顆粒，裂縫較平直且具有一定的優(yōu)勢(shì)方向(圖3f-g)。溶蝕孔隙與構(gòu)造裂縫往往具有一定的空間聯(lián)系，在構(gòu)造裂縫發(fā)育部位溶蝕孔隙往往較發(fā)育，兩者可形成孔—縫復(fù)合型儲(chǔ)集空間(圖3h-i)。

圖3 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

a.粗碎屑顆粒壓實(shí)充填形成殘余原生粒間孔，塔中111井，4 476.45 m，鑄體薄片；b.碎屑顆粒間原始?xì)堄嗫紫?，樣品疏松，連通好，塔中122井，4 324.19 m，掃描電鏡；c.碎屑顆粒溶蝕形成粒內(nèi)、粒間溶孔及鑄膜孔，與原始?xì)堄嗫紫缎纬苫旌峡?，塔?9井，4 348.5 m，鑄體薄片；d.長(zhǎng)石粒內(nèi)溶蝕形成粒內(nèi)溶孔，塔中117井，4 403.24 m，掃描電鏡；e.較致密粉砂巖形成的粒間微孔，塔中122井，4 322.02 m，掃描電鏡；f.構(gòu)造微裂縫，塔中12-1井，4 341.7 m，巖心照片；g.構(gòu)造微裂縫，塔中12井，4 376.2 m，巖心照片；h.溶蝕孔隙與構(gòu)造裂縫，塔中117井，4 291.7 m，鑄體薄片；i.微裂縫，塔中117井，4 428.2 m，鑄體薄片

Fig.3 Characteristics of reservoir space in the upper unit of Silurian Kepingtage Formation, 10th tectonic belt in the Tazhong area, Tarim Basin

2.3 物性特征

15口井185塊巖心樣品的物性分析數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層孔隙度為1.41%～16.95%，平均值為9.89%，滲透率為(0.005 5～283)×10-3μm2，平均為14.39×10-3μm2，整體屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)集層(圖4)。

研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層孔隙度和滲透率整體呈指數(shù)正相關(guān)，滲透率往往隨著孔隙度的增大而增大，但也存在部分樣品滲透率和孔隙度變化和分布不一致的情況(圖5)，推測(cè)原因如下：(1)溶蝕作用形成了部分孤立分布的粒內(nèi)溶孔，其孔隙間連通性不好，導(dǎo)致形成高孔低滲；(2)研究區(qū)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了大量的構(gòu)造裂縫，對(duì)儲(chǔ)層滲濾通道存在一定影響，因此形成低孔高滲帶并能有效改善儲(chǔ)層滲透性(圖3f)。

3 儲(chǔ)層控制因素

低滲儲(chǔ)層的形成是多種地質(zhì)因素共同作用的結(jié)果[21-22]，研究區(qū)志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層發(fā)育主要受控于沉積作用、成巖改造和構(gòu)造作用等多種因素。

3.1 沉積作用

沉積作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制主要體現(xiàn)在沉積微相上，水動(dòng)力條件不同的沉積微相形成的砂體之間物性差別較大[23-27]。研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層主要為潮坪沉積，可細(xì)分為潮道、砂坪、混合坪和泥坪微相(圖6)。

圖4 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層物性分布

圖5 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層孔隙度與滲透率關(guān)系

不同沉積微相孔滲分布數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層物性明顯受沉積微相控制(圖7)。潮道儲(chǔ)層孔隙度在2.07%～16.95%，滲透率在(0.021～283)×10-3μm2；砂坪儲(chǔ)層孔隙度為1.91%～15.63%，滲透率在(0.016～197)×10-3μm2；混合坪儲(chǔ)層的孔隙度在1.56%～14.52%，滲透率在(0.011～173.97)×10-3μm2；泥坪儲(chǔ)層最差，孔隙度在1.41%～6.17%，滲透率在(0.005 5～77.97)×10-3μm2。

潮道和砂坪形成時(shí)水動(dòng)力條件強(qiáng)，沉積物粒度粗，顆粒分選好，沉積物中雜基和巖屑含量少，石英含量高，儲(chǔ)層巖石抗壓能力強(qiáng)，有利于保存原生粒間孔；伴隨后期酸性流體的侵入，可形成普遍發(fā)育的溶擴(kuò)粒間孔隙，可作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利部位(圖8)。相反，混合坪和泥坪微相水動(dòng)力相對(duì)較弱，沉積物細(xì)，泥質(zhì)含量高，抗機(jī)械壓實(shí)能力差；且此類儲(chǔ)層與泥巖呈互層或夾層，后期容易發(fā)生碳酸鹽膠結(jié)作用，導(dǎo)致孔喉小、喉道迂曲度大，因此這類儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率極差(圖8)。

圖6 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶柯坪塔格組上段沉積相平面展布

圖7 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶柯坪塔格組上段不同沉積微相孔滲分布

3.2 成巖作用

研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層在埋藏過程中經(jīng)歷的成巖作用比較復(fù)雜，包括壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用等，對(duì)研究區(qū)低滲儲(chǔ)層的形成起到重要的影響。

3.2.1 壓實(shí)和膠結(jié)作用減少孔隙

研究區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層經(jīng)歷了約400 Ma的地質(zhì)埋藏，目前埋深一般超過4 km，埋藏較深。志留系沉積以后，該區(qū)以持續(xù)沉降和短暫抬升為主，儲(chǔ)層受側(cè)向構(gòu)造擠壓作用影響較小，屬正常埋藏成巖壓實(shí)，導(dǎo)致志留系儲(chǔ)層原生粒間孔大量減少。儲(chǔ)層巖石顆粒間多為線接觸，巖石中巖屑含量較高，造成儲(chǔ)層本身易于壓實(shí)，巖屑含量越高，砂巖抗壓能力越弱，儲(chǔ)層物性隨巖屑含量增加而變差(圖9a)。壓實(shí)作用主要發(fā)育在潮道底部滯留沉積和混合坪—泥坪泥質(zhì)粉砂巖中。大量鑄體薄片統(tǒng)計(jì)表明，壓實(shí)損失孔隙率為16%～34%。

圖8 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶塔中122井柯坪塔格組上段不同沉積微相物性特征

研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層膠結(jié)作用整體較強(qiáng)，常見的膠結(jié)作用包括碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和黏土礦物膠結(jié)，其中碳酸鹽膠結(jié)是主要的膠結(jié)類型(圖9b-f)?？缕核窠M上段儲(chǔ)層處于成巖階段晚期，碳酸鹽膠結(jié)物以方解石為主，其對(duì)儲(chǔ)層的性質(zhì)影響最大(圖9b，c)。統(tǒng)計(jì)顯示，儲(chǔ)層碳酸鹽含量與孔隙度呈較明顯的負(fù)相關(guān)(圖10)，說明研究區(qū)儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)作用在儲(chǔ)層控制因素中起主導(dǎo)作用，且隨著碳酸鹽含量增加儲(chǔ)層孔隙減少。碳酸鹽膠結(jié)作用主要發(fā)育在厚層潮道和砂坪砂體靠近泥巖部位以及混合坪—泥坪薄層砂體中。石英是研究區(qū)最常見的硅質(zhì)膠結(jié)物，其更常見的是以碎屑石英次生加大的形式產(chǎn)出，充填孔隙或附著在顆粒表面，其在埋藏深、石英巖屑含量高、粒間孔隙較發(fā)育的砂巖層段較發(fā)育(圖9d，e)。黏土礦物膠結(jié)物含量少，主要成分是高嶺石(圖9f)，其次是綠泥石和伊利石，其充填在孔隙和喉道之間，堵塞孔隙喉道，致使儲(chǔ)層滲透率降低。膠結(jié)作用對(duì)孔隙具有雙重作用，成巖早期形成的方解石、次生石英、自生黏土礦物等充填—半充填孔隙，可抑制壓實(shí)作用的進(jìn)行，使得粒間孔較大程度得以保存，同時(shí)為后期溶蝕作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)，而后期膠結(jié)物會(huì)阻塞部分孔喉，降低儲(chǔ)層滲流能力。

3.2.2 溶蝕作用改善儲(chǔ)層物性

溶蝕作用形成了碎屑巖儲(chǔ)層中的次生孔隙，不同于壓實(shí)和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞，溶蝕作用是改善儲(chǔ)層物性的建設(shè)性作用[28]。海西中晚期，塔中志留系隆升遭受剝蝕，當(dāng)時(shí)處于近海偏酸性環(huán)境，儲(chǔ)層孔隙度在30%左右，滲流能力強(qiáng)，碳酸鹽膠結(jié)物、長(zhǎng)石類、少量巖屑發(fā)生溶蝕，利于改善儲(chǔ)層孔隙空間(圖3c，d)。溶蝕作用主要發(fā)育在厚層潮道和砂坪砂體中部。在整體孔隙類型中，溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙一般為0.1%～7.5%，最高可達(dá)10.5%，因此一定程度上改善了儲(chǔ)層物性，為油氣運(yùn)移和聚集等提供了有效的通道和空間。

圖9 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶志留系柯坪塔格組上段儲(chǔ)層壓實(shí)作用和膠結(jié)作用特征

a.碎屑顆粒緊密接觸，塔中12-1井，4 324.38 m，鑄體薄片；b.方解石強(qiáng)烈膠結(jié)，塔中122井，4 333.26 m，染色薄片；c.陰極發(fā)光顯橘紅色的方解石，塔中117井，4 415.7 m，陰極發(fā)光薄片；d.石英次生加大邊發(fā)育，塔中11井，4 456.78 m，染色薄片；e.自生石英膠結(jié)物充填粒間孔隙，塔中117井，4 301.5 m，掃描電鏡；f.自生書頁狀高嶺石，塔中122井，4 340.2 m，掃描電鏡

Fig.9 Compaction and cementation characteristics in the upper unit of Silurian Kepingtage Formation, 10th tectonic belt in the Tazhong area, Tarim Basin

圖10 塔里木盆地塔中10號(hào)構(gòu)造帶柯坪塔格組上段儲(chǔ)層孔隙度與碳酸鹽膠結(jié)物含量關(guān)系

3.3 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用形成的裂縫是改善儲(chǔ)層滲透性的重要因素[29]。塔中地區(qū)柯坪塔格組經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了類型較多的斷裂帶和裂縫。取心照片和鏡下鑄體薄片都可見儲(chǔ)層中發(fā)育裂縫，其以高角度構(gòu)造縫及層間縫為主，部分裂縫中伴有瀝青充填現(xiàn)象，表明其為流體聚集的有效空間(圖3f-g)。同時(shí)這些裂縫為后期的酸性流體、大氣水和地層水的運(yùn)移提供了有利通道，導(dǎo)致溶蝕作用范圍擴(kuò)大(圖3h-i)?？傮w來看，由構(gòu)造作用形成的裂縫和溶蝕擴(kuò)大對(duì)儲(chǔ)層孔隙度增加的貢獻(xiàn)較小，但裂縫的存在能夠連接原本孤立的孔隙，在一定程度上改善了研究區(qū)儲(chǔ)層低孔低滲的孔隙結(jié)構(gòu)，從而大幅度提高儲(chǔ)層的滲流能力。

4 結(jié)論

(1)塔中10號(hào)構(gòu)造帶柯坪塔格組上段儲(chǔ)層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次是巖屑石英砂巖，少量長(zhǎng)石巖屑砂巖，儲(chǔ)層巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均為中等。殘余原生粒間孔和粒間溶孔為主要孔隙類型，同時(shí)發(fā)育構(gòu)造微裂縫，可形成孔—縫復(fù)合型儲(chǔ)集空間。整體上孔隙度和滲透率較低，屬于低孔低滲儲(chǔ)層。

(2)沉積作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制主要體現(xiàn)在沉積微相上，水動(dòng)力條件不同的沉積微相儲(chǔ)層物性差異較大：潮道和砂坪沉積微相形成于強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境，原生粒間孔隙發(fā)育，且由于后期酸性流體的建設(shè)性作用，普遍發(fā)育溶擴(kuò)粒間孔隙，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利部位；混合坪和泥坪微相水動(dòng)力相對(duì)較弱，泥質(zhì)含量高，原生孔隙不發(fā)育，且后期容易發(fā)生碳酸鹽膠結(jié)作用，導(dǎo)致這類儲(chǔ)層物性極差。

(3)研究區(qū)柯坪塔格組上段儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用主要包括壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用，對(duì)低孔低滲儲(chǔ)層的形成有重要影響。壓實(shí)和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙具有破壞作用，而溶蝕作用在一定程度上可以改善儲(chǔ)層物性。

(4)構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的貢獻(xiàn)較小，但構(gòu)造微裂縫的發(fā)育可以提高儲(chǔ)層的滲流能力，一定程度上改善了儲(chǔ)層的滲透性。