準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖成巖作用及次生孔隙演化

李佳思，付 磊，張金龍，陳 靜，牛 斌，張順存

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000；2.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.中國(guó)石油新疆油田分公司石西油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000；5.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所/高寒生態(tài)學(xué)與生物多樣性實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地是大型疊合含油氣盆地，油氣儲(chǔ)量巨大，盆地西北緣的烏夏斷裂帶是新中國(guó)第一個(gè)大油田（克拉瑪依油田，1955 年建成）的所在地，經(jīng)過63 a 的勘探開發(fā)，已建成15 億t 級(jí)“克—烏百里大油區(qū)”［1］，并且隨著鄰區(qū)瑪湖凹陷10 億t 級(jí)礫巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)，烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層也逐漸受到重視，成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要層位。

成巖作用貫穿于油氣成藏的整個(gè)過程，是影響儲(chǔ)層孔隙度與滲透率的關(guān)鍵因素，并最終影響儲(chǔ)層的產(chǎn)能及開發(fā)效果［2-3］。研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層形成時(shí)的水動(dòng)力條件復(fù)雜，成分及結(jié)構(gòu)成熟度均較低，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，以次生孔隙為主，縱向上發(fā)育多個(gè)次生孔隙發(fā)育帶。次生孔隙發(fā)育帶的成因及分布是中深層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和油氣勘探部署的重要依據(jù)［4-5］，而成巖作用是控制次生孔隙發(fā)育的關(guān)鍵因素，因此研究區(qū)碎屑巖成巖作用及次生孔隙發(fā)育帶研究對(duì)儲(chǔ)層有效開發(fā)利用具有重要意義。

前人針對(duì)烏夏地區(qū)的研究主要集中在沉積環(huán)境［6-7］、沉積相［8-9］、儲(chǔ)層物性［10-11］等方面，對(duì)成巖作用及孔隙演化的研究也取得了一些成果，如牛海清等［12］研究了該區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用與孔隙演化，認(rèn)為壓實(shí)及膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性下降的主要因素，溶蝕作用及剛性顆粒破裂作用產(chǎn)生大量次生孔隙明顯改善了儲(chǔ)層物性；張鵬等［10］對(duì)烏夏地區(qū)二疊系—三疊系儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了研究，認(rèn)為中上二疊統(tǒng)處于中成巖A 期—晚成巖期，并劃分出9 種成巖相類型。其雖較為詳細(xì)地研究了該區(qū)成巖作用及孔隙演化特征，然而并未涉及中深部?jī)?chǔ)層次生孔隙發(fā)育帶的研究，對(duì)次生孔隙發(fā)育帶也缺乏明確的定義，同時(shí)對(duì)次生孔隙發(fā)育帶的成因機(jī)制、演化特征和分布規(guī)律研究不足［13-15］。為此，筆者運(yùn)用鑄體薄片、掃描電鏡、X 射線衍射等對(duì)該區(qū)中深部?jī)?chǔ)層的次生孔隙發(fā)育特征和機(jī)制及成巖作用特征進(jìn)行研究，以期為該區(qū)的油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏夏地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，是哈拉阿拉特山與瑪湖凹陷之間的一片構(gòu)造活躍帶，是準(zhǔn)噶爾盆地最早的也是最重要的勘探區(qū)域，內(nèi)部包括烏爾禾區(qū)、風(fēng)城區(qū)、夏子街區(qū)3 個(gè)探區(qū)，東西長(zhǎng)約70 km、南北寬約30 km，面積約2 000 km2，油氣資源十分豐富［16］。構(gòu)造上可劃分為山前沖斷帶、烏夏斷褶帶、南部單斜帶［17］。山前沖斷帶構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈，以沖斷推覆活動(dòng)為主，多疊瓦構(gòu)造，基底埋藏淺；南部單斜帶埋藏深，斷層發(fā)育少，存在一些斷層背斜，構(gòu)造活動(dòng)微弱；烏夏斷褶帶構(gòu)造上表現(xiàn)為沖斷褶皺變形，從西向東又可包含烏爾禾斷褶帶、烏夏沖斷帶和夏子街?jǐn)囫迬? 個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元［18］。研究區(qū)中上二疊統(tǒng)自下而下上分別為佳木河組（P1j）、風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）、下烏爾禾組（P2w）；碎屑巖儲(chǔ)層主要分布于中上二疊統(tǒng)夏子街組和下烏爾禾組。夏子街組平均厚度為350～1 150 m，厚度分布范圍變化大，與上覆下烏爾禾組和下伏風(fēng)城組都呈不整合接觸；斷裂帶附近夏子街組缺失或較薄，這是由于海西運(yùn)動(dòng)晚期北部邊界斷裂活動(dòng)增強(qiáng)，其附近地層被嚴(yán)重剝蝕造成的［19］。下烏爾禾組平均厚度為900～1 200 m，與下伏夏子街組呈不整合接觸，地層厚度由斷裂帶向盆地方向逐漸增大，斷裂帶附近厚度變薄，這是因?yàn)楹Ｎ魍砥诒辈窟吔鐢嗔鸦顒?dòng)活躍，地層受到嚴(yán)重剝削造成的［20-21］（圖1）。

圖1 烏夏地區(qū)構(gòu)造位置及地質(zhì)概況Fig.1 Tectonic location and geologic features of Wu-Xia area

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)80 余口探井巖心資料以及400 多張巖石薄片、鑄體薄片的鑒定分析結(jié)果表明，中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層整體上以含礫砂巖、細(xì)砂巖為主，顏色多呈灰綠色、灰色，同時(shí)含有少量粉砂巖；儲(chǔ)層中火山碎屑物質(zhì)豐富，尤其是凝灰?guī)r巖屑，體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%以上，石英和長(zhǎng)石含量低，成分成熟度較低；礫石整體粒度較粗，顆粒之間以線接觸為主，其次為點(diǎn)—線接觸，顆粒大小混雜，分選較差，磨圓度以次棱角—次圓狀為主，結(jié)構(gòu)成熟度較低［圖2（a）］；膠結(jié)物主要有碳酸鹽、沸石類、鈉長(zhǎng)石、石英［圖2（b）—（i）］；雜基含量較低，以泥質(zhì)為主。巖石學(xué)特征反映出研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層具有近物源快速沉積的特征，屬于沖積扇和扇三角洲沉積環(huán)境。

圖2 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖壓實(shí)及膠結(jié)作用特征（a）受方解石膠結(jié)作用影響，顆粒間接觸關(guān)系多為線接觸和點(diǎn)接觸，F(xiàn)N11 井，2 723.63 m，P2w，鑄體薄片；（b）云母碎屑受壓實(shí)作用而發(fā)生塑性變形，形成假雜基，X71 井，4 329.98 m，P2x，鑄體薄片；（c）嵌晶方解石充填粒間孔隙，晶形發(fā)育良好，X69 井，3 543.4 m，P2x，掃描電鏡；（d）菱鐵礦、白云石膠結(jié)物，粒間孔邊緣發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)物，F(xiàn)N052 井，2 245.0 m，P2x，鑄體薄片；（e）粒間孔中發(fā)育大量濁沸石，其中常見有沸石礦物晶間孔發(fā)育，M009 井，3 733.38 m，P2w，掃描電鏡；（f）濁沸石充填于粒間孔隙中，后被溶蝕成鑄?？?，M211 井，3 771.5 m，P2w，掃描電鏡；（g）自生鈉長(zhǎng)石充填粒間孔隙，X019 井，4 175.3 m，P2x，掃描電鏡；（h）自生鈉長(zhǎng)石充填粒間孔隙，晶型較為完整，MH1 井，4 102.91 m，P2x，掃描電鏡；（i）微晶石英充填于粒間孔隙中，X80 井，4 210.5 m，P2x，掃描電鏡；（j）鈉長(zhǎng)石掃描電鏡圖譜，X019 井，4 175.3 m，P2x；（k）鈉長(zhǎng)石掃描電鏡圖譜，MH1 井，4 102.91 m，P2xFig.2 Compaction and cementation of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

3 成巖作用類型及特征

掃描電鏡和鑄體薄片分析表明，準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用過程，其中對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用以及溶蝕作用。

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是研究區(qū)最主要的破壞性成巖作用，通過改變碎屑顆粒間的排列和接觸方式，破壞原生孔隙結(jié)構(gòu)，使儲(chǔ)層致密化。鑄體薄片下可見的壓實(shí)作用現(xiàn)象主要有剛性顆粒的破碎，顆粒接觸關(guān)系多為線接觸、點(diǎn)—線接觸，有少量凹凸接觸［圖2（a）］；研究區(qū)儲(chǔ)層中富含較多的火山巖和泥巖等塑性、半塑性巖屑，容易發(fā)生塑性變形，常充填孔喉形成假雜基現(xiàn)象；常見深部?jī)?chǔ)層中云母礦物的彎曲變形，表明烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的壓實(shí)作用［圖2（b）］。

3.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)物以碳酸鹽膠結(jié)、沸石類膠結(jié)、鈉長(zhǎng)石膠結(jié)及少量硅質(zhì)膠結(jié)為主。

（1）碳酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖主要發(fā)育于扇三角洲沉積環(huán)境，在扇三角洲前緣亞相沉積環(huán)境下，特別是扇三角洲前緣水下分流河道中，由于受到湖水的不間斷淘洗作用，形成的砂礫巖泥質(zhì)雜基較少，在合適的介質(zhì)條件下，容易形成碳酸鹽類膠結(jié)物，是研究區(qū)最主要的膠結(jié)物類型，平均體積分?jǐn)?shù)占總膠結(jié)物的70%，以方解石、白云石為主，晚期鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦含量較低。早期方解石和白云石在研究區(qū)分布均較為廣泛，含量較多，常呈襯邊狀、櫛狀環(huán)繞碎屑顆粒，呈薄膜膠結(jié)，或者呈微晶或粉晶充填于碎屑顆粒間，部分可以達(dá)到細(xì)晶，說(shuō)明早期成巖環(huán)境為堿性環(huán)境［圖2（c），（d）］。

（2）沸石類膠結(jié)物

沸石類膠結(jié)物的形成和分布與火山碎屑物質(zhì)密切相關(guān)［22］，烏夏地區(qū)火山活動(dòng)較為頻繁［23］，碎屑巖儲(chǔ)層中富含火山碎屑物質(zhì)，尤其是凝灰?guī)r巖屑。大量火山巖巖屑水解、水化會(huì)產(chǎn)生豐富的Na+，Ca2+，Mg2+等離子，為研究區(qū)沸石礦物的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層主要發(fā)育的沸石膠結(jié)物有方沸石、片沸石、濁沸石，是研究區(qū)儲(chǔ)層較重要的膠結(jié)物之一，平均體積分?jǐn)?shù)為20%，僅次于碳酸鹽膠結(jié)物。粒狀方沸石常充填于粒間孔、裂縫當(dāng)中，是早期斜發(fā)沸石的產(chǎn)物，后期經(jīng)常被酸性地層水溶解，形成次生孔隙；片狀片沸石沿顆粒邊緣垂直生長(zhǎng)，板狀片沸石半充填或全充填于粒間孔隙中；濁沸石呈柱狀、纖維狀充填于粒間孔隙中，是研究區(qū)最主要的沸石類膠結(jié)物，平均體積分?jǐn)?shù)在10%以上［圖2（e），（f）］。

（3）長(zhǎng)石膠結(jié)物

長(zhǎng)石膠結(jié)物在碎屑巖儲(chǔ)層中的膠結(jié)類型有:自形細(xì)晶充填于粒間孔隙、長(zhǎng)石碎屑形成次生加大邊、長(zhǎng)石碎屑和沸石類的鈉長(zhǎng)石化。烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層的長(zhǎng)石膠結(jié)物主要為鈉長(zhǎng)石，體積分?jǐn)?shù)約為3%～5%，鉀長(zhǎng)石少見。鏡下常見自生鈉長(zhǎng)石以小的自形晶體呈半條狀或粒狀充填于粒間孔隙中，來(lái)源可能是沸石類和長(zhǎng)石碎屑的鈉長(zhǎng)石化以及火山玻璃蝕變沉淀［圖2（g），（h）］；掃描電鏡能譜（EDS）顯示其所含元素以Na，Al，Si，O 等為主，其中Na 與Al 含量相當(dāng)，質(zhì)量之比接近于1∶1［圖2（j）—（k）］。

（4）硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)以石英為主，烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖中石英膠結(jié)物含量很低，這是因?yàn)閮?chǔ)層碎屑巖成分和結(jié)構(gòu)成熟度都較低，石英顆粒少，缺乏石英次生加大的基底生長(zhǎng)環(huán)境；同時(shí)儲(chǔ)層火山巖巖屑含量高，造成孔隙水在成巖環(huán)境中逐漸偏向弱酸性、堿性，不利于自生石英顆粒發(fā)育；研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)主要以自生石英顆粒、碎屑石英自生加大邊膠結(jié)物的形式出現(xiàn)，自形石英小晶體產(chǎn)出于碎屑顆粒邊緣的粒間孔隙表面、粒間孔壁或粒內(nèi)溶孔中［圖2（i）］。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是溶解作用的一種類型，碎屑巖的溶解作用可以分成2 種形式，一種是對(duì)易溶組分的直接溶解；另一種是對(duì)組分的選擇性溶解，形成新礦物，稱為溶蝕作用［24］。研究區(qū)處于烏夏斷裂帶，構(gòu)造活動(dòng)十分活躍，為各層系之間的連通提供了條件。下烏爾禾組本身發(fā)育烴源巖，深部更發(fā)育有風(fēng)城組和佳木河組2 套優(yōu)質(zhì)烴源巖［1］，在成巖作用中后期，烴源巖成熟所產(chǎn)生的有機(jī)酸隨著活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在地層壓力的推動(dòng)下沿著構(gòu)造裂隙遷移，為自生礦物的溶蝕提供了酸性流體條件［18］。研究區(qū)存在3 期大氣水溶蝕作用［25］，淺層儲(chǔ)層受到淋濾水中攜帶的CO2的影響，使得孔隙流體呈酸性，在酸性流體介質(zhì)下，長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定成分及膠結(jié)物和易溶雜基等都會(huì)發(fā)生溶蝕作用［26］。烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層主要的可溶蝕成分是巖屑及長(zhǎng)石等碎屑顆粒和少量的碳酸鹽及沸石類等膠結(jié)物、雜基。巖屑顆粒常見的溶蝕特征有:粒內(nèi)部分溶蝕形成蜂窩狀、斑點(diǎn)狀或條紋狀粒內(nèi)溶孔［圖3（a）］；粒內(nèi)強(qiáng)烈溶解形成鑄?？祝蹐D3（b）］；沿顆粒邊緣溶蝕形成港灣狀、不規(guī)則狀，形成粒間擴(kuò)大溶孔［圖3（c）］。長(zhǎng)石顆粒則多沿解理面或者邊緣形成粒間溶孔［圖3（d）—（f），（j）-（l）］。碳酸鹽和沸石類膠結(jié)物及泥質(zhì)雜基等在溶蝕作用下多形成填隙物溶孔和晶間孔［圖3（g）—（i）］。

圖3 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖溶蝕特征（a）凝灰質(zhì)巖屑發(fā)生溶蝕，形成斑點(diǎn)狀、條紋狀粒內(nèi)溶孔，X019 井，3 461.56 m，P2w，鑄體薄片；（b）凝灰質(zhì)巖屑發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕，形成鑄模孔，X70 井，3 802.1 m，P2w，鑄體薄片；（c）凝灰質(zhì)巖屑發(fā)生溶蝕，沿顆粒邊緣溶蝕形成港灣狀粒間擴(kuò)大溶孔，W101 井，3 253.6 m，P2w，鑄體薄片；（d）鈉長(zhǎng)石膠結(jié)物發(fā)育晶間孔和晶間溶孔，M003 井，3 658.9 m，P2w，掃描電鏡；（e）長(zhǎng)石碎屑顆粒發(fā)生風(fēng)化溶蝕，并有溶孔及解理縫發(fā)育，MH1 井，3 651.39 m，P2x，掃描電鏡；（f）長(zhǎng)石顆粒碎屑發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕，形成大量粒內(nèi)溶孔，MH017 井，3 497.31 m，P2w，掃描電鏡；（g）方解石膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)的中粒砂巖，物性較差，偶見粒間孔及粒內(nèi)溶孔，MZ4 井，3 580.00 m，P2x，鑄體薄片；（h）粒間濁沸石溶孔，M211 井，3 760.2 m，P2w，鑄體薄片；（i）泥質(zhì)雜基溶孔，M001 井，3 565.2 m，P2w，鑄體薄片；（j）鈉長(zhǎng)石掃描電鏡圖譜，M003井，3 658.9 m，P2w；（k）鈉長(zhǎng)石掃描電鏡圖譜，MH1 井，3 651.39 m，P2x；（l）鈉長(zhǎng)石掃描電鏡圖譜，MH017 井，3 497.31 m，P2wFig.3 Dissolution of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

3.4 成巖階段

烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層主要處于中成巖階段A—B 期；部分由于埋藏較淺，處于早成巖階段B 期。主要?jiǎng)澐忠罁?jù)有:①鏡質(zhì)體反射率（Ro）主要為0.5%～1.3%，部分為1.3%～2.0%。②研究區(qū)儲(chǔ)層碳酸鹽礦物以方解石為主，但也見到少量鐵方解石和鐵白云石；粒間孔隙中出現(xiàn)方沸石、片沸石和濁沸石礦物；高嶺石含量少，并可見向伊利石轉(zhuǎn)化。③碎屑巖儲(chǔ)層顆粒接觸關(guān)系以線接觸和點(diǎn)—線接觸為主，部分為點(diǎn)接觸和線—點(diǎn)接觸；埋藏深處有微裂縫發(fā)育。④通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的熱演化史研究，烏夏地區(qū)二疊紀(jì)平均古地溫梯度約為3.8 ℃/100 m［27］。碎屑巖儲(chǔ)層埋深為1 500～4 000 m，埋藏溫度為57～152 ℃；多數(shù)儲(chǔ)層埋深在2 500～4 000 m，埋藏溫度為95～152 ℃。

根據(jù)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷中上二疊統(tǒng)碎屑巖微觀特征的詳細(xì)觀察、統(tǒng)計(jì)，并使用掃描電鏡對(duì)碎屑巖各類成巖特征和自生礦物的分析，并結(jié)合前人研究成果，劃分出準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層成巖序列為:早期壓實(shí)作用→伊/蒙混層→早期方解石膠結(jié)→自生綠泥石→油氣充注→長(zhǎng)石溶蝕作用→高嶺石形成→方解石及沸石類礦物溶蝕→晚期硅質(zhì)膠結(jié)→晚期含鐵方解石膠結(jié)（圖4）。

圖4 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖成巖演化序列Fig.4 Diagenetic evolution series of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

4 成巖作用與孔隙演化

4.1 孔隙損失量計(jì)算

壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用均是影響儲(chǔ)層物性的主要因素，通過還原壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用對(duì)孔隙度的影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層孔隙成巖演化過程的恢復(fù)［28-29］。研究區(qū)分選系數(shù)為1.39～2.76，平均值為1.83，分選較差—差，依據(jù)譚開俊等［30］和王琪等［31］的方法，計(jì)算出研究區(qū)原始孔隙度為32.34%。壓實(shí)作用是碎屑巖早期埋藏成巖階段的最主要成巖作用，根據(jù)呼延鈺瑩等［32］的方法，計(jì)算得出研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層壓實(shí)后剩余粒間孔為7.26%～8.07%，壓實(shí)率平均值為75%～78%，壓實(shí)作用較強(qiáng)—強(qiáng)，壓實(shí)作用造成的孔隙度損失為24%～25%。夏子街組相對(duì)于下烏爾禾組壓實(shí)作用更強(qiáng)（表1）。膠結(jié)作用通過充填儲(chǔ)層碎屑巖粒間孔隙，使原始孔隙度進(jìn)一步減小，通過計(jì)算，研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層膠結(jié)作用造成的孔隙度損失平均約為6.14%，膠結(jié)率平均為19%（表1）。下烏爾禾組膠結(jié)作用造成的原始孔隙度損失主要為10%～40%，而夏子街組膠結(jié)作用造成的原始孔隙度損失主要為5%～30%；夏子街組相對(duì)于下烏爾禾組，膠結(jié)作用較弱（圖5）。

表1 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖壓實(shí)與膠結(jié)作用造成的孔隙度損失Table 1 Porosity loss caused by compaction and cementation of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

圖5 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖壓實(shí)與膠結(jié)作用造成的原始孔隙度損失Fig.5 Original porosity loss caused by compaction and cementation of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

4.2 孔隙增生量計(jì)算

碎屑巖的孔隙增生主要有2 種途徑:一種是碎屑巖的溶蝕，形成各種溶蝕孔隙，主要包括粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、膠結(jié)物溶孔、雜基溶孔以及一部分晶間孔［33-34］；另一種是強(qiáng)烈壓實(shí)導(dǎo)致的顆粒破裂形成微裂縫和成巖不均一收縮形成的界面縫，可以對(duì)儲(chǔ)層物性起到改善的作用［35-36］。通過統(tǒng)計(jì)研究區(qū)中上二疊統(tǒng)儲(chǔ)層的各種孔隙含量和裂縫占比，得出下烏爾禾組和夏子街組的次生孔隙占總孔隙之比為77.18%和80.90%；孔隙增生量分別為6.49%和4.74%。其中溶蝕作用對(duì)孔隙增生量貢獻(xiàn)率最大，下烏爾禾組和夏子街組分別占47.62%和55.86%；微裂縫孔隙增生貢獻(xiàn)率分別為16.37%和19.77%；界面縫孔隙增生貢獻(xiàn)率分別占14.50%和16.49%；粒間填隙物中雜基溶蝕對(duì)孔隙增生的貢獻(xiàn)率分別為10.91%和2.08%；膠結(jié)物溶蝕對(duì)孔隙增生的貢獻(xiàn)率分別為7.60%和2.68%（表2）。

4.3 次生孔隙演化

根據(jù)不同成巖作用對(duì)孔隙度的影響及不同成巖階段的成巖特征，可得出烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層的次生孔隙演化模式，以下烏爾禾組為例:

表2 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)不同次生孔隙對(duì)孔隙增生的貢獻(xiàn)率Table 2 Contribution rate of different secondary pores of Middle and Upper Permian in Wu-Xia area

早成巖階段A 期，受大氣水的影響，火山巖巖屑顆粒發(fā)生溶蝕形成一定的次生孔隙。中成巖階段A 期，大量有機(jī)酸釋放，造成巖屑、長(zhǎng)石顆粒以及填隙物的溶解，而碳酸鹽在有機(jī)酸條件下難溶，發(fā)生少量溶蝕；孔隙類型開始以次生孔隙為主。中成巖階段B 期，受碳酸控制，長(zhǎng)石與巖屑顆粒、雜基再次發(fā)生溶蝕，沸石類膠結(jié)物、鈉長(zhǎng)石和碳酸鹽也發(fā)生少量溶蝕；同時(shí)受壓實(shí)作用影響形成微裂縫和界面縫；孔隙類型以溶蝕孔隙和裂縫為主。

下烏爾禾組原始孔隙度為32.34%，受強(qiáng)烈壓實(shí)作用之后，孔隙度減為8.07%；后經(jīng)碳酸鹽類、沸石類、鈉長(zhǎng)石等膠結(jié)物充填孔隙，孔隙度降為1.93%；后在溶蝕作用形成的次生孔隙和壓實(shí)作用的裂縫作用下，儲(chǔ)層物性得到改善，孔隙度升為8.42%。

5 次生孔隙發(fā)育帶的分布與成因機(jī)制

次生孔隙發(fā)育帶是指次生孔隙占比大于50%的高孔隙度儲(chǔ)層集中發(fā)育帶。其主要有3 層含義:①次生孔隙占比大于50%；②孔隙度高于有效儲(chǔ)層孔隙度下限；③高孔隙度儲(chǔ)層在孔隙度-深度剖面中某一深度范圍內(nèi)集中成帶，孔隙度包絡(luò)線明顯向孔隙度高值方向凸出［37-38］。

通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)2 500 余塊中上二疊統(tǒng)儲(chǔ)層樣品的孔滲分析，發(fā)現(xiàn)1 200～4 500 m 為次生孔隙發(fā)育帶，垂向上發(fā)育3 個(gè)孔隙度高值帶和孔隙度低值帶，孔隙度高值帶的深度分別為1 200～1 500 m，2 300～2 600 m，3 500～4 200 m，即研究區(qū)中上二疊統(tǒng)從上至下發(fā)育3 個(gè)次生孔隙發(fā)育帶，分別命名為次生孔隙發(fā)育帶A，B，C（圖6、圖7）。

圖6 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育帶Fig.6 Secondary pore development zones of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

（1）次生孔隙發(fā)育帶A:埋藏深度為1 200～1 500 m，孔隙度為20%～30%。次生孔隙主要類型為粒內(nèi)溶孔和雜基溶孔；粒內(nèi)溶孔來(lái)源于長(zhǎng)石、火山巖巖屑等顆粒的溶蝕，雜基溶孔來(lái)源于早期陸源碎屑雜基的溶解。該次生孔隙發(fā)育帶主要產(chǎn)出層位為下烏爾禾組，由于埋藏較淺，受大氣水的溶蝕而形成次生孔隙［圖8（a）—（c）］。

圖7 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層次生孔隙含量隨深度分布圖Fig.7 Distribution of secondary pore content variation with depth of Middle and Upper Permian clastic rocks in Wu-Xia area

圖8 烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層次生孔隙特征（a）粗砂巖中裂縫，W42 井，1 222.3 m，P2w，鑄體薄片；（b）礫巖中微裂隙，W42 井，1 368.90 m，P2w，鑄體薄片；（c）殘余粒間孔及粒間溶孔，F(xiàn)504 井，1 482.47 m，P2w，鑄體薄片；（d）界面縫及微裂縫，F(xiàn)10 井，2 573.00 m，P2x，鑄體薄片；（e）顆粒邊緣發(fā)育微小粒間孔，F(xiàn)10 井，2 575.60 m，P2x，鑄體薄片；（f）粒內(nèi)溶孔和殘余粒間孔，F(xiàn)N15 井，2 653.20 m，P2x，鑄體薄片；（g）粗砂巖粒間溶孔，M001 井，3 426.75 m，P2w，鑄體薄片；（h）界面孔沿顆粒界面發(fā)育，M2 井，3 535.90 m，P2w，鑄體薄片；（i）粒內(nèi)溶孔，F(xiàn)N15 井，3 912.30 m，P2w，鑄體薄片F(xiàn)ig.8 Characteristics of secondary pore of Middle and Upper Permian clastic reservoir in Wu-Xia area

（2）次生孔隙發(fā)育帶B:埋藏深度為2 300～2 600 m，孔隙度為15%～25%。次生孔隙主要類型為粒內(nèi)溶孔、界面縫和微裂縫；粒內(nèi)溶蝕為火山巖巖屑顆粒溶蝕形成；微裂縫和界面縫為壓實(shí)造成的顆粒破碎和不均一收縮運(yùn)動(dòng)而成，受斷裂帶影響較大。該次生孔隙發(fā)育帶主要產(chǎn)出層位為夏子街組和少部分的下烏爾禾組，受斷裂帶控制，斷層滲水造成顆粒溶蝕形成粒內(nèi)溶孔，同時(shí)斷裂帶造成大量的微裂縫和界面縫［圖8（d）—（f）］。

（3）次生孔隙發(fā)育帶C:埋藏深度為3 500～4 200 m，孔隙度為10%～15%。次生孔隙類型主要有粒內(nèi)溶孔、界面縫、微裂縫，同時(shí)粒間溶孔、雜基溶孔、膠結(jié)物溶孔也對(duì)次生孔隙有一定的貢獻(xiàn)。研究區(qū)溶蝕孔隙大量發(fā)育，主要表現(xiàn)為巖屑、長(zhǎng)石等碎屑顆粒的溶蝕，同時(shí)也發(fā)育一些方解石和沸石類膠結(jié)物以及泥質(zhì)雜基的溶蝕，但占比較少；界面縫和微裂縫應(yīng)該為埋藏深、機(jī)械壓實(shí)造成的顆粒破裂和不均一收縮形成的。該次生孔隙發(fā)育帶主要產(chǎn)出層位為下烏爾禾組和夏子街組少部分。溶蝕孔隙應(yīng)該為有機(jī)酸溶蝕碎屑顆粒和填隙物造成［圖8（g）—（i）］。

6 結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)下烏爾禾組和夏子街組碎屑巖儲(chǔ)層巖性以含礫砂巖、細(xì)砂巖為主，顏色多呈灰綠色、灰色，同時(shí)含有少量粉砂巖；儲(chǔ)層中石英和長(zhǎng)石含量較低，富含火山碎屑物質(zhì)，尤其是凝灰?guī)r巖屑含量很高，體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%以上，碎屑巖成分成熟度低；碎屑巖粒度較粗，分選及磨圓均較差，填隙物以膠結(jié)物為主，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度較低；具有近物源快速沉積的特征，屬于沖積扇和扇三角洲環(huán)境。

（2）準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖過程，其中對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的成巖作用為壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響不盡相同，壓實(shí)作用是造成孔隙度下降的主要因素，壓實(shí)后剩余粒間孔為7.26%～8.07%，壓實(shí)率平均值為75%～78%，其中夏子街組由于深度更深，壓實(shí)減孔更明顯；膠結(jié)作用造成的孔隙度損失平均約為6.14%，膠結(jié)率平均為19%，夏子街組相對(duì)于下烏爾禾組膠結(jié)作用較弱；下烏爾禾組和夏子街組的次生孔隙占總孔隙之比為77.18% 和80.90%；孔隙增生量分別為6.49%和4.74%，溶蝕作用是増孔的主要途徑。

（3）準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)中上二疊統(tǒng)碎屑巖儲(chǔ)層在埋深1 200～4 500 m 內(nèi)自上而下發(fā)育3 個(gè)次生孔隙發(fā)育帶，深度分別為1 200～1 500 m，2 300～2 600 m，3 500～4 200 m。不同深度次生孔隙發(fā)育帶成因不同，淺部受大氣水的溶蝕，從而形成次生孔隙；中部受斷裂帶控制，斷層滲水造成顆粒溶蝕形成粒內(nèi)溶孔，同時(shí)斷裂帶造成大量的微裂縫和界面縫；深部?jī)?chǔ)層次生孔隙發(fā)育帶主要為有機(jī)酸溶蝕碎屑顆粒和填隙物造成。次生孔隙發(fā)育帶是研究區(qū)在低孔低滲條件下尋找相對(duì)有利儲(chǔ)層的重要區(qū)帶。