海拉爾盆地貝中次凹南屯組成巖作用及優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

李玲玲，劉劍營，王永超

1.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

海拉爾盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟境內(nèi)，為中、新生代的多旋回、疊合式、斷陷--坳陷型盆地。貝中次凹是海拉爾盆地貝爾湖坳陷內(nèi)最富油氣的構(gòu)造單元之一。海拉爾盆地沉積地層自下而上依次為：布達(dá)特群、興安嶺群、扎賚諾爾群(分為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組和伊敏組)和貝爾湖群[1--4]，其中南屯組是貝中次凹重要的勘探目的層位，作為提交儲量的重點(diǎn)地區(qū)，貝中次凹儲層研究還存在以下問題：儲層中發(fā)育火山碎屑巖及火山碎屑巖--陸源碎屑巖之間的過渡巖石類型，其巖性及成巖作用特征更為復(fù)雜；儲層普遍低孔低滲的背景下存在物性較好的優(yōu)質(zhì)儲層[5--6]，其控制因素需要深入分析。筆者主要運(yùn)用普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、X--射線衍射和茜素紅染色等技術(shù)方法, 系統(tǒng)分析了貝中次凹南屯組儲層的巖石學(xué)、成巖作用特征，并分析了優(yōu)質(zhì)儲層的控制因素，為貝中次凹油氣勘探提供了儲層研究的技術(shù)支撐。

1 儲層巖石學(xué)特征

通過顯微鏡下薄片鑒定，貝中次凹南屯組巖石類型主要有火山碎屑巖類、火山--沉積巖類和陸源碎屑巖類(表1、圖1)。

a.凝灰?guī)r， X3井，2 408.83 m，單偏光，×4；b. 熔結(jié)凝灰?guī)r,X3井，2 428.79 m，單偏光，×2；c. 沉凝灰?guī)r，X3井，2 414.4 m，單偏光，×4；d. 凝灰質(zhì)砂巖，X6井，2 346.3 m，單偏光，×2；e.凝灰質(zhì)定向排列，X3井，2 424.63 m，單偏光，×4；f.脫玻化作用，X5井，2 713.53 m，正交偏光,×10； g. 櫛殼狀石英，X3井，2 406.1 m，掃描電鏡，×550；h.方解石連生結(jié)構(gòu)，X3井，2 417.38 m，正交偏光,×4；i.搭橋狀伊利石，X3井，2 421.9 m，掃描電鏡，×700；j.絨線團(tuán)狀綠泥石，X5井，2 712.79 m，掃描電鏡，×1900；k.蜂窩狀伊蒙混層，X2井，2 666.84 m，掃描電鏡，×1500；l.綠泥石貼附在顆粒表面或充填于孔隙中，X7井，2 528.39 m，掃描電鏡，×1500； m.方解石交代碎屑，X3井，2 416.89 m，正交偏光,×10；n. 長石溶解，X3井， 2 418.51 m，單偏光，×10；o.方解石溶解，X3井，2 418.51 m，單偏光，×10；p.凝灰質(zhì)溶解，X2井，2 653.7 m，單偏光，×2。圖1 巖石類型及成巖作用Fig.1 Rock types and diagenesis

巖類巖性結(jié)構(gòu)火山碎屑/%陸源碎屑/%石英長石巖屑泥質(zhì)雜基/%碳酸鹽膠結(jié)物/%分選性磨圓膠結(jié)類型接觸關(guān)系火山碎屑巖類凝灰?guī)r凝灰結(jié)構(gòu)>90陸源碎屑<10 差棱角火山-沉積巖類沉凝灰?guī)r沉凝灰結(jié)構(gòu)50～90陸源碎屑10～50中偏差棱角凝灰質(zhì)砂巖凝灰質(zhì)砂狀結(jié)構(gòu)10～50陸源碎屑50～90中偏差次棱角--次圓孔隙式點(diǎn)--線陸源碎屑巖類砂巖碎屑結(jié)構(gòu)<1010～2714～3437～691～61～6中次棱角--次圓孔隙式點(diǎn)--線

火山碎屑巖以凝灰?guī)r為主(圖1a)，少量熔結(jié)凝灰?guī)r(圖1b)。凝灰?guī)r主要為晶屑凝灰?guī)r、巖屑凝灰?guī)r，少量玻屑凝灰?guī)r,為凝灰結(jié)構(gòu)，火山碎屑含量>90%，碎屑呈棱角狀，其中晶屑多為斜長石和石英，少量彎曲變形的黑云母，巖屑主要為中基性噴出巖巖屑(如安山巖、玄武巖巖屑)和凝灰?guī)r巖屑。熔結(jié)凝灰?guī)r中碎屑以塑性玻屑和塑性巖屑為主，含有少量剛性碎屑如晶屑，為熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，塑性玻屑可見燕尾狀分叉，剛性碎屑邊緣可見塑變不強(qiáng)的弧面棱角狀外形。

火山--沉積巖類主要為沉凝灰?guī)r(圖1c)、凝灰質(zhì)砂巖(圖1d)。沉凝灰?guī)r中火山碎屑含量在50%～90%，其中主要為巖屑，晶屑次之，玻屑較少，碎屑顆粒呈棱角狀為主。凝灰質(zhì)砂巖以陸源碎屑為主，含10%～50%的火山碎屑，碎屑顆粒呈次棱角--次圓狀，孔隙式膠結(jié)，顆粒間呈點(diǎn)--線接觸。

陸源碎屑巖類以中、細(xì)粒長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主(圖2)，少量粉砂巖。砂巖碎屑中石英含量10%～27%；長石含量14%～34%；巖屑含量37%～69%；泥質(zhì)含量1%～6%，方解石膠結(jié)物含量1%～6%，碎屑粒度為0.09～0.88 mm，中等分選，顆粒呈次棱角--次圓狀，孔隙式膠結(jié)，顆粒間呈點(diǎn)--線接觸。

圖2 貝中次凹南屯組砂巖分類Fig.2 Sandstone classification of Nantun Formation in Beizhong sag

2 成巖作用類型

根據(jù)巖芯觀察與顯微鏡下的薄片觀察，并結(jié)合掃描電鏡和X--射線衍射黏土礦物分析，確定了成巖作用類型有壓實(shí)和壓溶作用、玻璃質(zhì)成分的脫?；饔?、膠結(jié)和交代作用及溶解作用等。

2.1 壓實(shí)和壓溶作用

壓實(shí)作用是南屯組儲層孔隙度降低、滲透性變差的主要因素。凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r的壓實(shí)作用弱于凝灰質(zhì)砂巖和砂巖，由于凝灰質(zhì)成分在固結(jié)成巖過程中有一定的膠結(jié)作用，而使壓實(shí)作用部分受阻[7]。凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r的壓實(shí)作用表現(xiàn)為火山碎屑呈層狀排列，有明顯的定向性(圖1e)，一些壓扁拉長的塑性玻屑和塑性巖屑定向排列形成假流紋構(gòu)造。凝灰質(zhì)砂巖和砂巖的壓實(shí)作用表現(xiàn)為塑性碎屑如白云母的擠壓彎曲變形，剛性碎屑如石英破裂以及碎屑顆粒呈定向分布。壓溶作用是和壓實(shí)作用伴生的，南屯組壓溶作用主要是石英碎屑的壓溶，其結(jié)果使顆粒的邊緣不平直，呈凹凸接觸甚至縫合線接觸。

2.2 玻璃質(zhì)成分的脫?；饔?/h3>

玻屑凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r中含有不穩(wěn)定的玻璃質(zhì)成分[8]，玻璃質(zhì)成分在成巖過程中逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)的結(jié)晶物質(zhì)，形成細(xì)小的雛晶，進(jìn)一步形成微晶(圖1f)，形成霏細(xì)結(jié)構(gòu)和球粒結(jié)構(gòu)。

2.3 膠結(jié)和交代作用

南屯組儲層膠結(jié)作用比較強(qiáng)，膠結(jié)物類型多樣，包括硅質(zhì)、方解石、黏土礦物及少量菱鐵礦等。硅質(zhì)膠結(jié)主要是石英膠結(jié)，其結(jié)構(gòu)主要有櫛殼狀結(jié)構(gòu)(圖1g)和石英次生加大邊結(jié)構(gòu)。硅質(zhì)膠結(jié)物的來源主要有火山碎屑的蝕變、長石的溶解和蝕變、黏土礦物轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生及石英碎屑的壓溶作用。

方解石膠結(jié)多呈斑塊狀分布，局部呈連生結(jié)構(gòu)(圖1h)。南屯組儲層黏土礦物膠結(jié)以伊利石(圖1i)和綠泥石(圖1j)為主，其次為伊蒙混層(圖1k)。伊利石充填在粒間孔隙內(nèi)呈絲縷狀、搭橋狀；絨線團(tuán)狀的綠泥石集合體貼附在碎屑顆粒表面或填充在孔隙內(nèi)(圖1l)；伊蒙混層貼附在碎屑顆粒表面呈蜂窩狀、山巒狀。菱鐵礦膠結(jié)僅在局部少量發(fā)育，其膠結(jié)形式為薄膜狀圍繞顆粒。

交代作用主要表現(xiàn)為方解石交代碎屑及填隙物(圖1m)，是膠結(jié)作用進(jìn)一步擴(kuò)大的結(jié)果。

2.4 溶解作用

南屯組儲層溶解作用表現(xiàn)為長石、巖屑內(nèi)不穩(wěn)定組分的溶解(圖1n)以及方解石膠結(jié)物和凝灰質(zhì)填隙物的溶解(圖1o， 圖1p)， 從而形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔及鑄?？?，增加了巖石的儲集性能。

3 成巖階段劃分

南屯組的鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.45%～1.02%；最大熱解溫度(Tmax)主要分布于430℃～450℃之間；黏土礦物組合以伊利石和綠泥石為主，其次為伊蒙混層(表2)，高嶺石主要發(fā)育于南屯組二段，自生礦物以方解石膠結(jié)、微晶石英膠結(jié)為主，局部出現(xiàn)石英次生加大現(xiàn)象。綜合有機(jī)質(zhì)成熟度、黏土礦物組合和自生礦物特征等參數(shù)，按照碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[9--10]，南屯組的成巖階段主要為中成巖階段A期(圖3)。

表2 貝中次凹南屯組黏土礦物相對含量

Table 2 Relative contents of clay minerals of Nantun Formation in Beizhong sub-sag

層位樣品數(shù)/塊黏土礦物相對含量/%伊利石綠泥石伊蒙混層高嶺石南屯組一段15672～243970～74630～515南屯組二段1853～183531～182524～41562～925

圖3 貝中次凹南屯組成巖演化示意圖Fig.3 Diagenetic stage model of Nantun Formation in Beizhong sag

4 成巖相劃分

成巖相是一定成巖環(huán)境下各種成巖作用的綜合反映，與儲集性有直接關(guān)系。以影響儲層物性的主控成巖作用及其強(qiáng)度、膠結(jié)物成分及其結(jié)構(gòu)特征等因素將貝中次凹南屯組劃分為3種成巖相類型。

壓實(shí)相特征沉積條件差，為易于壓實(shí)的含泥細(xì)、粉砂巖以及分選差、泥質(zhì)含量高、成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低的砂巖，物性較差，孔隙不發(fā)育，不利于油氣的儲集。

膠結(jié)相特征膠結(jié)作用強(qiáng)，方解石或硅質(zhì)膠結(jié)物含量高且充填了粒間孔隙，降低了儲集物性，但膠結(jié)物局部溶解或有裂縫時(shí)可形成次生孔縫。貝中次凹希3井南一段2 415～2 417.5 m段凝灰質(zhì)砂巖，以方解石膠結(jié)為主，巖性致密，儲集空間不發(fā)育，為膠結(jié)成巖相(圖4)。

圖4 希3井成巖相劃分圖Fig.4 Diagenetic facies division of Well Xi 3

溶解相特征有長石、巖屑、方解石膠結(jié)物和凝灰質(zhì)填隙物的溶解，易形成次生孔隙發(fā)育帶。如貝中次凹希3井南一段2 404～2 415 m、2 417.5～2 431 m凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂巖儲層溶解作用較強(qiáng)，包括方解石膠結(jié)物溶解、凝灰質(zhì)溶解及巖屑長石溶解，該段總體上以溶解成巖相為主，形成一定量的次生溶孔，儲集空間較發(fā)育(圖4)。

5 優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

優(yōu)質(zhì)儲層是指在低孔低滲背景下相對優(yōu)質(zhì)的儲集層段。根據(jù)貝中次凹南屯組巖芯孔隙度滲透率特征分析，在2 400～2 700 m深度段內(nèi)存在兩個(gè)次生孔隙發(fā)育帶。南屯組優(yōu)質(zhì)儲層的控制因素有兩個(gè)方面。

5.1 發(fā)育優(yōu)勢沉積相

沉積相是儲層分布和發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過巖芯觀察描述，貝中次凹以扇三角洲和辮狀河三角洲沉積體系為主。綜合利用測井、錄井和粒度分析等資料分析了單井沉積微相模式，編制了沉積相平面圖。根據(jù)貝中次凹南一段沉積相劃分，區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層段的沉積相多為扇三角洲前緣亞相。由于扇三角洲前緣是陸上沉積與穩(wěn)定水體過渡地帶，物源供給充足，砂體發(fā)育，流體運(yùn)移通暢，易于形成大量的次生孔隙，使儲層物性變好。

5.2 成巖作用對儲層的改造

圖5 南屯組一段不同巖性孔隙度分布圖Fig.5 Porosity profile of different lithology in the first section of Nantun Formation

溶解作用對于改善儲層儲集性能具有重要作用，包括長石、巖屑、方解石膠結(jié)物和凝灰質(zhì)填隙物的溶解，其中凝灰質(zhì)填隙物的溶解最為關(guān)鍵。對比發(fā)現(xiàn)，凝灰質(zhì)填隙物含量高的巖石類型比相應(yīng)的砂巖物性條件好，次生孔隙更為發(fā)育(圖5)，分析其溶解機(jī)理，由于凝灰質(zhì)填隙物不穩(wěn)定，在有酸性水和連通粒間孔隙的環(huán)境下易于發(fā)生溶解作用，形成溶蝕孔隙，其次凝灰質(zhì)在冷卻收縮和脫水收縮過程中易形成收縮縫，增加了儲層滲透性，此外凝灰質(zhì)壓實(shí)固結(jié)后具有一定的抗壓實(shí)能力，能降低壓實(shí)減孔率。

6 結(jié)論

(1)貝中次凹南屯組儲層富含火山碎屑組分，巖性組合包括火山碎屑巖、砂巖以及火山碎屑巖--沉積巖過渡類型巖石。

(2)南屯組儲層埋深2 000～3 000 m，儲層經(jīng)歷的壓實(shí)、膠結(jié)等成巖作用較強(qiáng)，綜合有機(jī)質(zhì)成熟度、黏土礦物類型及組合、成巖自生礦物類型及含量等參數(shù)，將南屯組成巖階段劃分為中成巖A期。

(3)以影響儲層物性的主控成巖作用及其強(qiáng)度、膠結(jié)物成分及其結(jié)構(gòu)特征等因素將貝中次凹南屯組劃分為3種成巖相類型：壓實(shí)相、膠結(jié)相和溶解相，其中溶解相對儲集空間發(fā)育最有利。

(4)優(yōu)質(zhì)儲層控制因素包括：①發(fā)育優(yōu)勢沉積相--扇三角洲前緣；②溶解作用對于改善儲層儲集性能具有重要作用，包括長石、巖屑、方解石膠結(jié)物和凝灰質(zhì)填隙物的溶解，其中凝灰質(zhì)填隙物的溶解最為關(guān)鍵。