準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷深層侏羅系砂巖儲(chǔ)層差異性成巖演化與烴類充注

摘要： 儲(chǔ)層有效性及成因機(jī)理是制約目前深層油氣勘探的關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)題。本文以準(zhǔn)噶爾盆地腹部阜康凹陷下侏羅統(tǒng)三工河組砂巖為研究對(duì)象，利用巖石薄片、SEM（掃描電子顯微鏡）、穩(wěn)定碳和氧同位素、流體包裹體等研究手段，分析儲(chǔ)層成巖演化與烴類充注的動(dòng)態(tài)關(guān)系，對(duì)深層儲(chǔ)層有效性及形成過(guò)程進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)：三工河組儲(chǔ)層主要由富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖和相對(duì)富剛性顆粒中—粗砂巖2類巖石組成，它們?cè)趦?chǔ)層砂巖段內(nèi)相互成層出現(xiàn)，在成巖演化和油氣充注方面表現(xiàn)出很大的差異性。在儲(chǔ)層深埋成巖過(guò)程中，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖以泥質(zhì)塑性巖屑強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用為特征，在第一期石油充注之前已變?yōu)橹旅軆?chǔ)層，同期和后期烴類均不能充注。相比之下，剛性顆粒體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的中—粗砂巖中機(jī)械壓實(shí)作用較弱，自生礦物類型多樣，溶蝕作用亦較為普遍；這類砂巖至少經(jīng)歷了2期石油充注事件，成巖作用與烴類充注交替發(fā)生。富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖構(gòu)成儲(chǔ)層內(nèi)的隔夾層，可能引起油氣運(yùn)移的不均一性。

關(guān)鍵詞 ：阜康凹陷；砂巖；致密儲(chǔ)層；烴類充注；三工河組；油氣；準(zhǔn)噶爾盆地

doi ：10.13278/j.cnki.jjuese.20230043

中圖分類號(hào)： P618.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Supported by the National Science and Technology Major Project （2017ZX05008-004）

Differential Diagenetic Evolution of Deep Sandstone Reservoirs and Hydrocarbon Charge： A Case Study from the Lower Jurassic in the Fukang Sag， Junggar Basin

Zhang Zengbao

Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257000， Shandong， China

Abstract：

Effective reservoir rocks and their genesis in a heterogeneous petroleum reservoir are a critical geological issue of deep exploration. The Lower Jurassic Sangonghe Formation in the Fukang sag， central Junggar basin has been used as a case study to examine the dynamic relationship between diagenetic evolution and oil chargeing in sandstones， and discuss effective reservoir rocks and their formation using an integrated approach of petrography， SEM， stable carbon and oxygen isotopes， and fluid inclusion analyses. The results show the sandstones in the Sangonghe Formation consist mainly of ductile lithic-rich， very fine-to fine-grained， and medium- to coarse-grained petrofacies. The two defined petrofacies are interbeded， and represent demonstrable differences in diagenetic evolution and oil charge. Ductile lithic-rich， very fine-to fine-grained sandstones had a limited diagenetic process in which compaction and neomorphism of easily deformed， clay-rich lithic grains predominated， resulting in a very rapid loss of porosity during burial. They have become relatively nonporous before the first oil arrival and have never been charged later. By contrast， diagenetic events in the relatively coarser-grained sandstones with less abundant ductile-lithic grains included dissolution and cementation as well as ductile compaction. At least two episodes of oil charge occurred. Diagenesis progressed alternately with oil emplacement. The nonreservoir， ductile lithic-rich， very fine-to fine-grained sandstones can constitute impermeable barrier interbeds embedded in permeable reservoir rocks， probably resulting in heterogeneous oil migration.

Key words：

Fukang sag; sandstone; tight reservoirs; hydrocarbon charge; Sangonghe Formation; oil and gas; Junggar basin

0 引言

與盆地中淺層砂巖儲(chǔ)層相比，深層砂巖儲(chǔ)層在埋藏過(guò)程中往往遭受了多階段構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造和多期次流體活動(dòng)，普遍表現(xiàn)為低—超低孔滲性、成巖程度高、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[1-3]。低滲砂巖儲(chǔ)層成巖演化與油氣充注的關(guān)系已成為儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和油氣成藏研究中共同關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域[4-10]。因原始巖石組構(gòu)或早成巖作用程度和分布的不同，導(dǎo)致儲(chǔ)層埋藏成巖演化和孔隙演化的差異性，進(jìn)而決定了現(xiàn)今儲(chǔ)層孔隙發(fā)育和儲(chǔ)集性能的非均質(zhì)性[11-12]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員認(rèn)識(shí)到，深層含油氣儲(chǔ)層在埋藏過(guò)程中普遍經(jīng)歷了多期次烴類充注，成巖作用與烴類充注交替發(fā)生，二者相互作用或影響[5， 13-14]。因此，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層中烴類充注與成巖作用的時(shí)空關(guān)系進(jìn)行梳理，分析儲(chǔ)層不同組成部分所經(jīng)歷成巖過(guò)程的差異性，有助于深入了解深層低—超低孔滲儲(chǔ)層的有效性[15-16]。

羅曉容等[16-17]指出，由于受到沉積時(shí)期流體動(dòng)力條件與沉積過(guò)程變化的影響，碎屑巖儲(chǔ)層呈現(xiàn)為結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性特征；在深埋過(guò)程中，一些巖石在成巖早期就已發(fā)生了較為強(qiáng)烈的成巖作用，巖石物性變得很差，這部分巖石構(gòu)成儲(chǔ)層內(nèi)部受沉積構(gòu)型界面控制的流體封隔層，并強(qiáng)烈影響封隔層之間滲透性砂巖中后期烴類流體流動(dòng)與成巖作用。很多其他學(xué)者也注意到儲(chǔ)層成巖演化的這種差異性[18-22]，通過(guò)對(duì)同一儲(chǔ)層中不同類型砂巖的成巖作用進(jìn)行觀測(cè)，試圖建立它們各自不同的成巖序列，并以此解釋低滲儲(chǔ)層物性和含油氣性的不均一性。然而，儲(chǔ)層深埋過(guò)程中頻繁發(fā)生的成巖反應(yīng)使得成巖過(guò)程的解釋難度極大，單純依靠自生礦物共生關(guān)系得到的儲(chǔ)層致密化時(shí)序存在不確定性[4， 20-24]。烴類作為一種特殊類型流體，往往在時(shí)空限定的范圍內(nèi)參與儲(chǔ)層成巖過(guò)程，并且影響成巖作用的進(jìn)行。若以不同期次烴類作為劃分成巖演化階段的時(shí)間標(biāo)尺，則可以較為容易地將不同類型儲(chǔ)層砂巖所經(jīng)歷的成巖過(guò)程梳理清楚[15-16， 25]。

地質(zhì)作用過(guò)程是十分復(fù)雜的。先前在深層低滲砂巖儲(chǔ)層成巖作用和演化過(guò)程的相關(guān)研究中所選擇的儲(chǔ)層對(duì)象仍顯復(fù)雜，其中的流體封隔層巖石通常可分為泥質(zhì)巖或粉砂巖、早期鈣質(zhì)膠結(jié)致密砂巖和富塑性巖屑?jí)簩?shí)致密砂巖3類，且發(fā)生過(guò)多期成巖作用的滲透性砂巖亦可分為不同類型[15-17， 25]。如果能找到封隔層與其間儲(chǔ)層巖石單一的實(shí)例，無(wú)疑將有利于開(kāi)展這項(xiàng)基礎(chǔ)研究工作和獲得更確定性的結(jié)果[17]。

準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷深層下侏羅統(tǒng)三工河組砂巖儲(chǔ)層為辮狀河三角洲前緣水下分流河道和河口壩沉積，基本上由富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖和相對(duì)富剛性顆粒中—粗砂巖2類巖石組成，它們呈現(xiàn)相互成層分布，具有結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性。根據(jù)鉆井巖心和薄片觀察，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖中未見(jiàn)烴類充注，而中—粗砂巖中不同程度地發(fā)生了烴類充注。因而，研究區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組是研究陸相地層中結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性儲(chǔ)層成巖作用與演化過(guò)程的理想對(duì)象。通過(guò)細(xì)致分析三工河組砂巖儲(chǔ)層成巖演化與烴類充注的差異性，能夠更加深入地認(rèn)識(shí)深層碎屑巖有效儲(chǔ)層的形成機(jī)理。

1 地質(zhì)背景

阜康凹陷位于我國(guó)西北部準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷內(nèi)，北部邊界為莫索灣凸起—白家海凸起，西部和東部分別以莫南凸起和北三臺(tái)凸起為界，南部邊界為霍瑪吐背斜帶—阜康斷裂帶（圖1）。早—中侏羅世八道灣組、三工河組及西山窯組沉積時(shí)期，阜康凹陷是以低幅度構(gòu)造振蕩為特征的陸內(nèi)坳陷淺水湖盆，發(fā)育沖積扇、河流、三角洲及湖泊沉積體系，以沉積礫巖、砂巖及泥巖為主的含煤地層為特征。中—晚侏羅世頭屯河組、齊古組及喀拉扎組沉積時(shí)期，受燕山早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，湖盆快速萎縮，發(fā)育河流和三角洲沉積體系，以砂巖和泥巖沉積物為主[27-28]。頭屯河組與下伏西山窯組呈不整合接觸，頭屯河組局部遭受嚴(yán)重剝蝕，缺失齊古組和喀拉扎組（圖2）。自古近紀(jì)以來(lái)，受盆地南部博格達(dá)山隆升影響，該凹陷構(gòu)造格局發(fā)生根本性變化，表現(xiàn)為向南西方向的掀斜調(diào)整，整個(gè)構(gòu)造為北東—南西向單斜。

在阜康凹陷中，二疊系和侏羅系八道灣組烴源巖是已發(fā)現(xiàn)侏羅系油藏的烴源巖[29-30]。凹陷中心烴源巖埋深大，很少被鉆遇，目前僅有少數(shù)關(guān)于烴源巖有機(jī)球地化學(xué)方面研究的報(bào)道，且主要局限于該凹陷北部和東部斜坡[31-32]。這些研究[31-32]表明，中二疊統(tǒng)平地泉組發(fā)育深湖相暗色泥巖、油頁(yè)巖及白云質(zhì)泥巖，厚度為50～650 m[30]。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～10.2%，干酪根以Ⅰ、Ⅱ1型為主；鏡質(zhì)體反射率（Ro）多在1.2%～2.0%之間，處于成熟演化階段[32]。Chen 等[31]認(rèn)為向凹陷中心方向二疊系烴源巖埋深增大，推測(cè)其成熟度更高，已達(dá)到成熟—過(guò)成熟階段。下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組及中侏羅統(tǒng)西山窯組發(fā)育沼澤－淺湖相泥巖、炭質(zhì)泥巖夾煤層，其中泥巖累計(jì)厚度可達(dá)500 m。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3%～3.7%，干酪根類型以Ⅲ型為主，部分為 Ⅱ2型；Ro為0.6%～1.0%，處于低成熟階段[32]。八?道灣組烴源巖生烴潛力明顯優(yōu)于三工河組和西山窯組。據(jù)推測(cè)凹陷中心已達(dá)到成熟—高成熟階段[31]。

在研究區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組埋深4 900～6 600 m，厚度為200～400 m。三工河組可劃分為上、中、下3個(gè)巖性段（圖2）：下段為灰色細(xì)砂巖、中砂巖與泥巖互層沉積，屬于濱淺湖相；中段發(fā)育灰色細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖及礫巖，主要為辮狀河三角洲前緣相；上段以灰色泥巖為主，夾薄層細(xì)砂巖和粉砂巖，屬于濱淺湖相[27]。上段泥巖在盆地腹部地區(qū)分布穩(wěn)定，總厚度達(dá)25～80 m，單層最大厚度為20 m，為一套有效的區(qū)域性蓋層。三工河組中段砂巖和上段泥巖構(gòu)成了一套良好的儲(chǔ)蓋組合。三角洲前緣水下分流河道和河口壩砂巖是三工河組主要的油氣儲(chǔ)集體，且以前者為主，其內(nèi)部往往表現(xiàn)出很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性。在巖心上，水下分流河道相單砂體表現(xiàn)從粗砂巖、中砂巖向上過(guò)渡為細(xì)砂巖、極細(xì)砂巖和粉砂巖。底部見(jiàn)沖刷侵蝕構(gòu)造，發(fā)育塊狀構(gòu)造，向上過(guò)渡為交錯(cuò)層理和小型波紋層理（圖3、圖4）。與這種沉積粒度的正韻律相對(duì)應(yīng)，砂巖物性也表現(xiàn)出協(xié)同變化（圖3b）。整體上，三工河組砂巖物性差但非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙度為5.9%～9.4%，基質(zhì)滲透率為（0.011～1.605）×10-3μm2。在測(cè)井和巖心尺度上，油氣顯示或含油性表現(xiàn)出很強(qiáng)的不均一性。根據(jù)巖心觀察和熒光光照儀識(shí)別巖心表觀含油性，發(fā)現(xiàn)多數(shù)中—粗砂巖具有油跡和熒光顯示，僅少數(shù)未見(jiàn)油氣顯示，而極細(xì)—細(xì)砂巖則均無(wú)油氣顯示。

2 樣品和實(shí)驗(yàn)方法

針對(duì)下侏羅統(tǒng)三工河組辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體特征，選擇董2、董6、董7和董8井等4口鉆井，采集33塊代表性砂巖樣品，其中極細(xì)—細(xì)砂巖7塊，中—粗砂巖26塊。系統(tǒng)進(jìn)行了鑄體薄片和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，孔隙瀝青與流體包裹體、全巖穩(wěn)定碳和氧同位素分析，所有分析測(cè)試均在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。

2.1 鑄體薄片和 SEM 觀察

砂巖樣品經(jīng)洗油后，制備剖光薄片，并在真空條 件下注入藍(lán)色環(huán)氧樹(shù)脂，以區(qū)分孔隙。為了區(qū)分不?同碳酸鹽礦物，使用鐵氰化氫鉀和茜素紅溶液對(duì)薄片進(jìn)行染色。依據(jù)傳統(tǒng)的Gazzi-Dickinson點(diǎn)計(jì)法，在普通光學(xué)顯微鏡下，每個(gè)薄片點(diǎn)計(jì)300個(gè)點(diǎn)，對(duì)砂巖常量組分，包括碎屑顆粒、雜基、自生成巖礦物及孔隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以分析其巖石學(xué)特征。同時(shí)，觀察了自生成巖礦物特征及其相互切割關(guān)系。為了進(jìn)一步確定自生礦物間的序次關(guān)系，選擇部分樣品，采用 Nova NanoSEM 450場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，并搭載英國(guó)牛津Aztec 能譜儀（EDS）和電子背散射衍射（EBSD）探頭的一體化系統(tǒng)，進(jìn)行顯微觀測(cè)。樣品鍍炭并固定在炭磁盤上。所有背散射（BSD）圖像拍攝于20 keV下，工作距離為5～8 mm。

2.2 孔隙瀝青和流體包裹體分析

制備了12個(gè)雙面剖光薄片進(jìn)行孔隙瀝青（自由烴、固體瀝青）與流體包裹體分析。使用配備紫外光的 Nikon 80I顯微鏡，觀察孔隙瀝青、石油包裹體的產(chǎn)狀和熒光特性，紫外發(fā)射波長(zhǎng)大于420 nm。在包裹體組合鑒定的基礎(chǔ)上，依據(jù)“循環(huán)”測(cè)試方法[33]，使用Linkam THMSG 600顯微冷熱臺(tái)，測(cè)量石油包裹體同期鹽水包裹體的均一溫度，精度為±0.1 ℃。在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)從低至高記錄均一溫度，避免包裹體過(guò)度加熱或伸縮變形。非重復(fù)性結(jié)果被剔除。

2.3 全巖穩(wěn)定碳、氧同位素分析

選擇9個(gè)樣品進(jìn)行了全巖碳、氧同位素分析。樣品粉末大于200目，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的次氯酸鈉溶液浸泡24 h，以除去有機(jī)質(zhì)。在25和50 ℃條件下，樣品與無(wú)水磷酸在真空條件下反應(yīng)4 h，分別測(cè)量鐵方解石和鐵白云石釋放CO2氣體的碳、氧同位素。對(duì)同時(shí)包含鐵方解石和鐵白云石的樣品，CO2分離采用了Al-Aasm 等 [34]的差異化學(xué)萃取方法。整個(gè)測(cè)試在 Finnigan Delta S型質(zhì)譜儀上完成。精確度優(yōu)于±0.2‰，所有結(jié)果均相對(duì)于國(guó)際V-PDB（Vienna Pee Dee Belemnite Standard）標(biāo)準(zhǔn)表示。

3 結(jié)果

3.1 砂巖巖石學(xué)特征

全部樣品的鏡下巖石學(xué)觀察和統(tǒng)計(jì)表明，三工河組砂巖碎屑顆粒組分均一，按照Folk [35]的砂巖分類方案，屬于長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖（圖5）。石英顆粒為棱角狀—次棱角狀，而長(zhǎng)石和巖屑多為次圓狀；多數(shù)砂巖分選中等—好。

火山巖巖屑是砂巖最主要的顆粒組分，體積分?jǐn)?shù)為20.0%～33.1%（表1），薄片中見(jiàn)多種火成巖結(jié)構(gòu)，大多數(shù)火山巖巖屑由板條狀或微晶質(zhì)長(zhǎng)石斑晶和隱晶質(zhì)基質(zhì)組成（圖6a、b），基質(zhì)普遍發(fā)生泥化。變質(zhì)巖巖屑體積分?jǐn)?shù)為8.3%～25.0%，主要包括變質(zhì)石英巖、變質(zhì)砂巖、片巖及板巖巖屑。沉積巖巖屑體積分?jǐn)?shù)小于5.0%，為燧石和泥巖巖屑。大部分富泥質(zhì)塑性巖屑，包括以?；豢椊Y(jié)構(gòu)為特征的火山巖巖屑、片巖和板巖等變質(zhì)巖巖屑及泥巖巖屑，普遍遭受強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用，蝕變嚴(yán)重且假雜基化，輪廓模糊（圖6a、b）。在這里，將薄片中觀察到的這種普遍發(fā)生彎曲變形且向黏土蝕變轉(zhuǎn)化的巖屑定義為塑性巖屑。定量統(tǒng)計(jì)表明，三工河組砂巖中這種塑性巖屑體積分?jǐn)?shù)為12.3%～28.3%（表1）。對(duì)比不同巖相的塑性巖屑體積分?jǐn)?shù)顯示，富塑 性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖中塑性巖屑體積分?jǐn)?shù)為21.1%～?28.3%，而富剛性顆粒中—粗砂巖含塑性巖屑相對(duì)少，為12.3%～19.1%（表 1）。碎屑石英體積分?jǐn)?shù)為13.0%～28.3%，主要為單晶石英和少數(shù)變質(zhì)成因的多晶石英，后者多具有波狀消光和包含結(jié)構(gòu)。碎屑長(zhǎng)石以斜長(zhǎng)石為主，體積分?jǐn)?shù)為12.0%～20.3%，而鉀長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)少，僅為5.7%～9.0%。

此外，砂巖含極少量泥質(zhì)雜基，多數(shù)為塑性巖屑蝕變形成的假雜基。由于薄片中很難將假雜基與自生黏土礦物區(qū)分清楚，因此難以對(duì)其體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。砂巖中假雜基（含部分自生黏土）體積分?jǐn)?shù)為3.5%～20.0%，其中極細(xì)—細(xì)砂巖中假雜基體積分?jǐn)?shù)為10.0%～20.0%，而中—粗粒砂巖中其體積分?jǐn)?shù)為3.5%～8.0%（表1）。

3.2 成巖作用的差異性

鑒于巖石組構(gòu)的差異性，我們分別對(duì)富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖和相對(duì)富剛性顆粒的中—粗砂巖進(jìn)行成巖作用觀測(cè)，并對(duì)比它們的成巖特征及其反映的成巖過(guò)程。

3.2.1 富塑性巖屑砂巖

富塑性巖屑砂巖成巖作用單一，以泥質(zhì)塑性巖屑機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用為特征，除了黏土礦物外，幾乎不發(fā)育其他膠結(jié)物（表1）。顆粒間以線—凹凸?fàn)罱佑|為主（圖6a，b）。塑性巖屑受壓彎曲變形，部分假雜基化擠入粒間孔隙，導(dǎo)致巖石物性極

差，以微孔隙為主。同時(shí)，在這種富塑性巖屑?jí)簩?shí)致密的砂巖中，薄片中未見(jiàn)到孔隙瀝青和石油包裹體。

3.2.2 富剛性顆粒砂巖

在相對(duì)富剛性顆粒的砂巖中，成巖作用明顯復(fù)雜得多。顆粒間以點(diǎn)—線接觸為主，機(jī)械壓實(shí)作用較之富塑性巖屑砂巖弱。盡管其中自生礦物類型多樣，包括鐵方解石、鐵白云石、黏土礦物、石英、重晶石及鈉長(zhǎng)石（圖6c、d，圖7，圖8），但多呈斑狀產(chǎn)出，體積分?jǐn)?shù)低（表1）。除原生粒間孔隙外，長(zhǎng)石和巖 屑溶蝕形成次生孔隙（圖6d，表l）。在這些富剛性?顆粒的砂巖中，無(wú)論巖心上是否觀察到油氣顯示，薄片中均可見(jiàn)孔隙瀝青或石油包裹體，表明這類砂巖發(fā)生過(guò)烴類充注。

1）碳酸鹽礦物

鐵方解石在砂巖中體積分?jǐn)?shù)變化極大，最高體積分?jǐn)?shù)可達(dá)10.0%，而鐵白云石體積分?jǐn)?shù)通常小于8.0%。鐵方解石一般呈斑狀，發(fā)育在強(qiáng)烈壓實(shí)和石英加大邊之后（圖6c，7a、b），推測(cè)為晚期沉淀物。同時(shí)，鐵方解石被鐵白云石交代（圖6c）。全巖碳和氧同位素分析顯示：鐵方解石的δ13CV-PDB和δ18OV-PDB值分別為-8.4‰～-5.1‰和-19.8‰～-16.4‰（表2）；鐵白云石的δ13CV-PDB和δ18OV-PDB值分別為-15.8‰～-4.9‰和-22.0‰～-17.0‰（表2）。δ13C值偏負(fù)可能指示了深埋藏成巖過(guò)程中有機(jī)碳的參與，而低δ18O值可能與地溫升高和水-巖相互作用有關(guān)。

2）自生黏土礦物

自生黏土礦物包括綠泥石、高嶺石及少量伊利石。綠泥石以顆粒薄膜狀和孔隙填充狀2種形式產(chǎn)出。薄膜狀綠泥石發(fā)育在石英加大邊之前（圖7b、c），而孔隙填充狀綠泥石形成較晚，表現(xiàn)為自形的葉片狀，沉淀在石英加大邊之后（圖7d），但早于晚期鐵方解石（圖7b，圖8a）。高嶺石呈蠕蟲(chóng)狀及塊狀書頁(yè)形態(tài)，疏松堆積，孔隙充填狀產(chǎn)出，多發(fā)育在石英加大之前（圖7b），被孔隙填充狀的綠泥石和伊利石淹沒(méi)（圖7e，圖8d），甚至被鐵方解石（鐵白云石）及重晶石淹沒(méi)（圖7b、c，圖8b、c）。此外，伊利石除了薄膜狀之外（圖7c），亦呈纖維狀產(chǎn)出，與孔隙填充狀綠泥石共生（圖7b、e），發(fā)育在石英加大邊之上，解釋為晚期的成巖產(chǎn)物。

3）自生石英

石英膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為3.5%～5.0%，多以石英顆粒加大邊形式產(chǎn)出，少見(jiàn)孔隙填充狀，具有自形和半自形特征。石英加大邊形成于黏土薄膜之后（圖7b、c），但早于孔隙填充狀黏土和晚期碳酸鹽礦物（圖7a、d，圖8e、f）。

4）其他自生礦物

在三工河組砂巖中，重晶石體積分?jǐn)?shù)通常小于2.5%，多發(fā)育在石英加大邊之后，與晚期鐵方解石或鐵白云石共生（圖7c）。鈉長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)一般小于3.0%，常以加大邊形式產(chǎn)出，與自生石英共生，被晚期碳酸鹽礦物圍限（圖7f）。

3.3 孔隙瀝青和流體包裹體

3.3.1 巖相學(xué)特征

通過(guò)孔隙瀝青或石油包裹體與自生成巖礦物之間相互侵位關(guān)系的觀察， 不僅有助于確定烴類充注期次，而且能夠較客觀地建立富剛性顆粒砂巖成巖演化與烴類充注關(guān)系。在熒光顯微鏡下，常見(jiàn)石英加大邊與碎屑石英顆粒接觸處有石油包裹體分布，且沿穿碎屑石英顆粒（石英加大邊）的微裂隙發(fā)育石油包裹體（圖9a—d）：一方面表明早期石油充注沒(méi)有完全抑制石英加大邊形成，只是一定程度上延緩了其生長(zhǎng)[36-38]，且在石英加大邊內(nèi)見(jiàn)石油包裹體發(fā)育（圖9e、f）；另一方面表明在石英加大邊發(fā)育前或同時(shí)發(fā)生了石油充注，且在石英加大邊形成后又有一期石油充注發(fā)生。石英加大邊之間存在發(fā)熒光的瀝青（圖9c、d），進(jìn)一步證實(shí)在普遍的石英加大邊發(fā)育后仍有局部石油注入。此外，粒間充填的晚期碳酸鹽膠結(jié)物中可見(jiàn)石油包裹體（圖9g、h），表明在其沉淀或重結(jié)晶過(guò)程中，發(fā)生了石油充注事件。

3.3.2 流體包裹體顯微溫度特征

選擇與石油包裹體同期伴生的鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度測(cè)試，進(jìn)一步確定烴類充注期次。石油包裹體多呈串珠狀沿穿碎屑石英顆粒的微裂隙或顆粒內(nèi)微裂隙分布，易找到與其同期伴生的鹽水包裹體。少數(shù)石油包裹體分布在石英加大邊及碳酸鹽膠結(jié)物中，甚至在碎屑石英顆粒與其加大邊接觸位置發(fā)育。但這些石油包裹體及其伴生的鹽水包裹體體積小，很難準(zhǔn)確地進(jìn)行均一溫度測(cè)試。因此，這里主要選擇沿穿碎屑石英顆粒微裂隙或顆粒內(nèi)微裂隙分布的石油包裹體同期伴生鹽水包裹體進(jìn)行分析（圖9i、j）。測(cè)試50個(gè)鹽水包裹體組合，獲得146個(gè)均一溫度數(shù)據(jù)（表3）。結(jié)果顯示，包裹體均一溫度主要范圍為 80～90和110～120 ℃（圖10），表明至少發(fā)生2期石油充注，這與前文觀察到的自生成巖礦物與孔隙瀝青或石油包裹體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系一致。

3.4 差異化成巖與烴類充注序列

在成巖演化和烴類充注方面，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖和富剛性顆粒的中—粗砂巖表現(xiàn)出很大差異性。對(duì)于富剛性顆粒中—粗砂巖，依據(jù)自生成巖礦物之間及其與烴類間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，建立了成巖作用與烴類充注序列（圖11）。在第一期石油充注之前，塑性巖屑機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用占主導(dǎo)，隨著少量綠泥石和伊利石薄膜的形成，碎屑長(zhǎng)石和巖屑發(fā)生初始溶解，高嶺石沉淀。這些成巖事件受控于大氣來(lái)源的近地表孔隙水與不穩(wěn)定火山巖巖屑、碎屑長(zhǎng)石之間的水-巖反應(yīng)。伴隨第一期石油充注發(fā)生，石英膠結(jié)受到抑制但仍繼續(xù)發(fā)育，發(fā)生與其伴生的長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石化作用?？紫短畛錉罹G泥石和伊利 石沉淀，隨后發(fā)生鐵方解石和重晶石膠結(jié)。當(dāng)晚期?石油充注發(fā)生時(shí)，鐵方解石和重晶石繼續(xù)沉淀，鐵白云石膠結(jié)和交代鐵方解石代表最晚的成巖事件。這些成巖反應(yīng)受控于隨埋深增大、地溫升高和含烴流體與巖石反應(yīng)引起的復(fù)雜孔隙水化學(xué)性質(zhì)。

相比之下，第一期石油充注之前，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖以泥質(zhì)塑性巖屑強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用為主，伴有黏土礦物的形成，但幾乎不發(fā)育溶蝕作用（圖11）。石油充注時(shí)期及后期沒(méi)有顯著流體（包括烴類）注入，機(jī)械壓實(shí)和假雜基化作用相對(duì)減弱。

4 討論

沉積相控制砂巖的原始孔隙度和滲透率、砂體幾何形態(tài)、砂泥比和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而這些參數(shù)通過(guò)影響流體流動(dòng)速率和路徑，控制儲(chǔ)層近地表或早期成巖作用的程度和分布，進(jìn)而制約埋藏成巖演化過(guò)程[11-12]。因此，從根本上講，儲(chǔ)層成巖非均質(zhì)性受巖石原始組分和結(jié)構(gòu)控制[39]。物源和風(fēng)化程度決

定巖石的巖礦組成，而沉積環(huán)境決定沉積物分布、粒度大小及分選程度。在研究區(qū)三工河組砂巖儲(chǔ)層中，塑性巖屑體積分?jǐn)?shù)和骨架顆粒中值粒徑表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（圖12），顆粒粒度越小的砂巖往往具有更高的塑性巖屑體積分?jǐn)?shù)，暗示塑性巖屑的分布受控于沉積環(huán)境和水動(dòng)力特征[40-42]。根據(jù)上文巖心描述反映，水下分流河道單砂體單元包括粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖及極細(xì)—細(xì)砂巖，表現(xiàn)為向上逐漸變細(xì)的正韻律。這與焦養(yǎng)泉等[43]的露頭描述相吻合，即在第三/第四級(jí)界面及第五級(jí)界面限定的河道單元內(nèi)部，水動(dòng)力相對(duì)高能區(qū)位于中下部，向上及兩側(cè)能量降低?；诖?，較粗粒砂巖一般位于河道中下部，上部及兩側(cè)變細(xì)。因此，富塑性巖屑?jí)簩?shí)致密砂巖的分布受控于沉積構(gòu)型，可能沿第三/第四級(jí)界面及第五級(jí)界面分布（圖13）。

砂巖儲(chǔ)層原始沉積非均質(zhì)性往往導(dǎo)致巖石在埋藏過(guò)程中成巖作用的差異性[44-45]。受砂體內(nèi)沉積構(gòu)型界面的控制，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖在早成巖期就變得較為致密，構(gòu)成儲(chǔ)層內(nèi)的隔夾層。在儲(chǔ)層砂體中，這些隔夾層分布密度不一，連接關(guān)系多變。作為流體滲流的屏障，若延伸范圍足夠廣，則將對(duì)儲(chǔ)層中流體流動(dòng)產(chǎn)生重要影響[17， 46-47]。實(shí)際上，這種細(xì)粒砂巖物性隔夾層，連同泥巖隔夾層可構(gòu)成不同層次并不完全封隔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖13），引起油氣運(yùn)移的非均一性[16-17]。因儲(chǔ)層中存在具有空間結(jié)構(gòu)性的隔夾層網(wǎng)絡(luò)，油氣側(cè)向運(yùn)移路徑分布范圍比宏觀均質(zhì)儲(chǔ)層條件下更為廣泛，有時(shí)可能占據(jù)整個(gè)儲(chǔ)層厚度。隔夾層之間的滲透性砂巖一部分成為運(yùn)移路徑或聚集烴類，而其他部分仍然是水砂，儲(chǔ)層表現(xiàn)為不完全是含油層，而是夾有許多含水層，形成油-水混層現(xiàn)象[16-17]。在圈閉位置，因?yàn)闀r(shí)間的積累效應(yīng)，含油砂巖的比例或含油飽和度會(huì)更高一些，傾向于在圈閉位置形成類似于宏觀均質(zhì)儲(chǔ)層條件下的油藏[16]。儲(chǔ)層內(nèi)含油層和含水層成巖作用過(guò)程（如石英膠結(jié)）的差異性，增加了儲(chǔ)層物性的非均質(zhì)性，進(jìn)一步導(dǎo)致晚期油氣運(yùn)移過(guò)程的不均一性。

實(shí)際勘探開(kāi)發(fā)表明，研究區(qū)三工河組油藏油-水關(guān)系復(fù)雜，宏觀上無(wú)統(tǒng)一的油-水界面，相鄰鉆井同一砂層組內(nèi)流體性質(zhì)差異較大，表現(xiàn)為多個(gè)彼此獨(dú)立的油藏。此外，試油結(jié)果顯示，油層含油飽和度較低（小于50%），油水同出。儲(chǔ)層內(nèi)非均質(zhì)隔夾層引起的運(yùn)移和聚集非均一性，能夠較好地解釋這種現(xiàn)象，這可能對(duì)于認(rèn)識(shí)許多低滲透低飽和度油藏的形成機(jī)理提供參考。

最后，細(xì)致研究?jī)?chǔ)層成巖作用和演化差異性，將烴類注入與成巖作用分析相結(jié)合，可以更清楚地梳理儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖過(guò)程。此外，將儲(chǔ)層成巖差異性與沉積非均質(zhì)性相聯(lián)系，有利于在較大尺度上表征儲(chǔ)層的成巖非均質(zhì)性，進(jìn)而完善儲(chǔ)層表征工作。

5 結(jié)論

1）三工河組儲(chǔ)層巖石基本上由富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖和相對(duì)富剛性顆粒中—粗砂巖兩類組成，它們相互成層。富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖以泥質(zhì)塑性巖屑強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)和新生變形作用為特征；宏觀巖心上無(wú)油氣顯示，且薄片中未見(jiàn)孔隙瀝青和石油包裹體。而相對(duì)富剛性顆粒的較粗粒砂巖中，機(jī)械壓實(shí)作用較富塑性巖屑砂巖弱；自生礦物類型多樣，包括鐵方解石、鐵白云石、黏土礦物、重晶石、石英及鈉長(zhǎng)石，溶蝕較普遍；無(wú)論巖心上是否觀察到油氣顯示，薄片中均可發(fā)現(xiàn)孔隙瀝青或石油包裹體，表明其中曾發(fā)生過(guò)烴類充注。

2）研究區(qū)深層儲(chǔ)層巖石在成巖演化和烴類充注方面表現(xiàn)出很大的差異性。在深埋成巖過(guò)程中，富塑性巖屑極細(xì)—細(xì)砂巖因早期遭受強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)作用，其在第一期石油充注之前，已變?yōu)橹旅軆?chǔ)層，成藏時(shí)期無(wú)烴類充注發(fā)生；相反，相對(duì)富剛性顆粒的較粗粒砂巖中至少經(jīng)歷了2期石油充注事件，成巖作用與烴類充注交替發(fā)生。

3）儲(chǔ)層內(nèi)原始沉積結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性導(dǎo)致埋藏過(guò)程中成巖作用的差異性。富塑性巖屑?jí)簩?shí)致密砂巖形成儲(chǔ)層內(nèi)的不滲透隔夾層。若在空間上構(gòu)成具有一定結(jié)構(gòu)的分布形態(tài)，將對(duì)烴類流體流動(dòng)起屏障作用，引起油氣運(yùn)移和分布的非均一性。

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收稿日期： 2023-03-03

作者簡(jiǎn)介： ?張?jiān)鰧殻?977—），男，高級(jí)工程師，博士，主要從事油氣地質(zhì)研究與勘探評(píng)價(jià)方面的研究，E-mail： zhangzb.slyt@sinopec.com

基金項(xiàng)目： ?國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2017ZX05008-004）