基于巖相的致密砂巖差異成巖作用及其儲(chǔ)層物性響應(yīng)
——以準(zhǔn)噶爾盆地莫西莊地區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組為例

王宏博，馬存飛，曹錚，李志鵬，韓長城，紀(jì)文明，楊藝

［1.中國石油大學(xué)（華東） 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331；3.中國石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015；4.新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000］

準(zhǔn)噶爾盆地是位于中國西北地區(qū)的大型陸相多旋回疊合含油氣盆地，具有多層系發(fā)育、生-儲(chǔ)-蓋組合復(fù)雜、油氣藏類型豐富、生油凹陷分布廣泛的特點(diǎn)［1-7］。準(zhǔn)噶爾盆地自20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入油氣勘探階段，研究區(qū)準(zhǔn)中1區(qū)塊下侏羅統(tǒng)三工河組自2002年勘探發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流以來，多數(shù)井見良好油氣顯示，隨后不斷取得突破，2017年預(yù)測儲(chǔ)量達(dá)2798×104t，展示了良好的油氣勘探前景［8-10］。前人對三工河組儲(chǔ)層的成巖作用、儲(chǔ)集物性和孔隙演化開展了大量工作，取得了豐富的成果［11-15］。三工河組儲(chǔ)層埋深大，經(jīng)歷了多樣的成巖演化環(huán)境，成巖作用類型豐富，巖相間的成巖作用差異明顯，孔隙結(jié)構(gòu)和物性演化非常復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，且不同巖相的差異成巖作用與物性演化的關(guān)系尚不明確［16-17］。因此，對比討論巖相之間的差異成巖作用機(jī)理，探究儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在差異成巖作用下的影響，厘清成巖作用與儲(chǔ)層物性演化之間的關(guān)系，揭示優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的特征，對莫西莊地區(qū)未來的油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義和啟示作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

莫西莊地區(qū)處于古爾班通古特沙漠西南部邊緣，構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地中央隆起區(qū)盆1井西凹陷東南部，為莫索灣凸起-盆1井西凹陷的轉(zhuǎn)換部位，南接昌吉坳陷，北到莫北凸起（圖1），自晚古生代以來經(jīng)歷了海西、印支、燕山和喜馬拉雅4期構(gòu)造沉積旋回［18］。莫西莊地區(qū)低幅度背斜圈閉發(fā)育，地層整體從南西到北東逐步抬升，在中部有一低緩的鼻狀隆起，軸向?yàn)榻鼥|西向，鼻狀隆起的北翼有一個(gè)凹槽，南翼為一南傾的單斜坡［19-21］。研究區(qū)整體處于凸起向西側(cè)凹陷過渡的單傾斜坡，是油氣有利的運(yùn)移指向部位，油氣資源豐富［22］。

圖1 莫西莊地區(qū)構(gòu)造單元及侏羅系典型地層剖面［9，17］Fig.1 Tectonic units and typical stratigraphic profiles of the Jurassic in the Moxizhuang area［9，17］a.準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元；b.莫西莊地區(qū)構(gòu)造單元；c.莫西莊地區(qū)侏羅系典型地層剖面

研究目的層為侏羅系三工河組，主要發(fā)育三角洲前緣沉積，砂體厚度大、分布廣、縱橫向發(fā)育穩(wěn)定。三工河組可自下而上分為三工河組三段（J1s3）、三工河組二段（J1s2）和三工河組一段（J1s1），油氣儲(chǔ)層主要發(fā)育在三工河組二段，為辮狀河三角洲前緣亞相，是三角洲體系中沉積速率最快的區(qū)域。三工河組二段沉積時(shí)期，盆地進(jìn)入沉降階段，沉積物源供給充足。由于水體變化受沉積旋回的影響，三工河組二段發(fā)育的上、下亞段兩期三角洲沉積的特征不同，下亞段砂體分布廣泛，橫向發(fā)育穩(wěn)定；上亞段由于水體進(jìn)一步加深，沉積物源減少，橫向穩(wěn)定性較差，規(guī)?？s?。?3］。三工河組一段可以作為良好的蓋層，與三工河組二段形成了良好的儲(chǔ)-蓋組合，是該區(qū)油氣勘探的重點(diǎn)層位［9，17］。

2 巖石學(xué)特征

通過對莫西莊地區(qū)13口井、153塊薄片的鏡下觀察鑒定，三工河組二段砂巖的碎屑顆粒組分主要為石英、長石和巖屑，其次為云母和少量礦物碎屑。通過對薄片的觀察和統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)砂巖的石英含量為21.4 %～68.0 %，平均45.6 %；長石含量為5.0 %～31.9 %，平均18.0 %，以鉀長石為主；巖屑含量為13.0 %～71.3 %，平均36.3 %，主要為火成巖巖屑，平均占比15.0 %，變質(zhì)巖巖屑（11.9 %）和沉積巖巖屑（9.3 %）相對較少。統(tǒng)計(jì)表明，三工河組二段砂巖巖性以長石巖屑砂巖為主，其次為巖屑長石砂巖和巖屑砂巖（圖2）。砂巖填隙物類型為雜基和膠結(jié)物，雜基具有富凝灰質(zhì)特征，含量為2.2 %～25.0 %，平均8.4 %。膠結(jié)物類型以碳酸鹽膠結(jié)物為主，其次為硬石膏、石英和黏土礦物，可見少量黃鐵礦。其中碳酸鹽膠結(jié)物含量為0.1 %～34.7 %，平均4.7 %，主要為方解石和鐵方解石及少量菱鐵礦和白云石；硬石膏含量為0.1 %～6.2 %，平均1.0 %；石英膠結(jié)物含量為0.2 %～2.4 %，平均1.0 %；自生黏土礦物以高嶺石和綠泥石為主，發(fā)育少量伊利石和伊/蒙混層。研究區(qū)砂巖結(jié)構(gòu)成熟度中等偏低，成分成熟度低，分選中等-好，磨圓次棱角-次圓，顆粒以點(diǎn)-線接觸為主。

圖2 莫西莊三工河組二段巖石學(xué)三角圖Fig.2 Ternary diagram of the second member of the Sangonghe Formation in terms of petrology in the Moxizhuang area

3 沉積微相、巖相類型及特征

研究區(qū)三工河組沉積相主要為辮狀河三角洲沉積，通過沉積特征研究，可將三工河組二段辮狀河三角洲前緣亞相進(jìn)一步劃分為辮狀水道、河道砂壩、分流間灣、河口壩和遠(yuǎn)砂壩5種沉積微相。在沉積微相劃分的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了巖相的劃分。巖相是一定沉積環(huán)境中形成的巖石或巖石組合，其包括了反映巖石特征的成分、顏色、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等［24］。綜合巖性、沉積構(gòu)造及顏色并結(jié)合對19口井巖心的精細(xì)觀察與描述，將研究區(qū)三工河組二段劃分為泥巖相、粉砂巖相、細(xì)砂巖相、中砂巖相、粗砂巖相、含礫砂巖和礫巖相6種巖相類型，對不同巖相類型的亞相進(jìn)行了細(xì)分并對巖相特征進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)（圖3）。

圖3 莫西莊三工河組二段巖相類型及特征Fig.3 Lithofacies types and characteristics of the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang area

4 成巖作用類型及特征

4.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)三工河組二段儲(chǔ)層砂巖壓實(shí)作用特征明顯，鏡下可見碎屑顆粒的定向排列；顆粒間的接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線接觸，部分區(qū)域?yàn)榭p合線接觸（圖4a，b）；巖屑顆粒塑性組分含量較高，在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用下易發(fā)生彎曲變形（圖4c）；壓實(shí)作用還可以導(dǎo)致自生黏土礦物的析出，析出的礦物可以吸附在碎屑顆粒表面形成環(huán)邊薄膜包裹顆粒?；谏鲜霈F(xiàn)象可知，研究區(qū)碎屑砂巖埋藏過程中經(jīng)歷的壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈。

圖4 莫西莊三工河組二段儲(chǔ)層成巖作用特征顯微照片F(xiàn)ig.4 Diagenetic characteristics of the reservoir in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang area shown in mircographs a. 莊104井，埋深4349.50 m，石英顆粒凹凸接觸，正交光；b. 莊1-2井，埋深4332.27 m，石英顆粒線性接觸，正交光；c. 莊11井，埋深3965.26 m，黑云母受強(qiáng)烈擠壓變形，單偏光；d. 莊6井，埋深4034.48 m，石英次生加大，單偏光；e. 莊110井，埋深4288.20 m，方解石膠結(jié)，單偏光；f. 莊11井，埋深3918.14 m，鐵方解石膠結(jié)，單偏光；g. 莊11井，埋深3965.26 m，硬石膏膠結(jié)，正交光；h. 莊1-3井，埋深4328.15 m，長石溶蝕，自生黏土礦物充填殘余粒間孔隙，單偏光；i. 莊1-3井，埋深4328.08 m，綠泥石、高嶺石及微晶石英充填粒間孔隙，掃描電鏡；j. 莊1-3井，埋深4342.80 m，伊利石充填長石溶蝕孔隙，掃描電鏡；k. 莊104井，埋深4357.15 m，長石溶蝕，單偏光；l. 莊1井，埋深4375.38 m，石英邊緣溶蝕，單偏光

4.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)三工河組二段儲(chǔ)層膠結(jié)作用較為強(qiáng)烈且類型豐富，膠結(jié)物主要為碳酸鹽，其次為硅質(zhì)、硬石膏和自生黏土礦物。

4.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)在鑄體薄片觀察中常見以次生加大邊的形式重結(jié)晶附著于石英顆粒邊緣（圖4d）。在掃描電鏡下，可觀察到粒間孔隙中賦存大量的自生微晶石英。

4.2.2 碳酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)目的層砂巖碳酸鹽膠結(jié)較發(fā)育，菱鐵礦、方解石、白云石和鐵方解石的平均含量分別為1.1 %，21.8 %，1.0 %和2.6 %。鏡下可見兩期碳酸鹽膠結(jié)：Ⅰ期碳酸鹽膠結(jié)主要為方解石及少量白云石和菱鐵礦，菱鐵礦以包殼狀覆于碎屑顆粒表面并充填孔隙。方解石呈孔隙式或連晶式膠結(jié)，充填了大量的孔隙空間，主要充填于粒間孔隙和長石、石英溶孔（圖4e）。Ⅱ期碳酸鹽膠結(jié)物以鐵方解石為主，正交光下呈暗紫紅色或深紅色，鐵方解石占據(jù)的孔隙體積較前期方解石明顯減?。▓D4f）。

4.2.3 硬石膏膠結(jié)

部分砂巖樣品硬石膏膠結(jié)發(fā)育，呈片狀或薄板狀充填孔隙（圖4g），還可見硬石膏等對長石、石英顆粒的交代及晚期鐵方解石對硬石膏的交代。

4.2.4 自生黏土礦物膠結(jié)

儲(chǔ)層中自生黏土礦物主要為高嶺石和綠泥石，其次為少量伊利石及伊/蒙混層，其中高嶺石相對含量為27.0 %～77.0 %，平均54.0 %；綠泥石相對含量為12.0 %～34.0 %，平均23.7 %；伊利石相對含量為4.0 %～35.0 %，平均14.9 %；伊/蒙混層相對含量為2.0 %～16.0 %，平均7.4 %。鏡下觀察高嶺石常以書頁狀或蠕蟲狀集合體的形態(tài)充填于粒間孔隙，與長石溶蝕相伴生（圖4h）；綠泥石通常呈薄膜狀包裹在碎屑顆粒表面或充填于長石溶孔中（圖4i）；伊利石常以絲發(fā)狀充填于長石溶孔中，但總體含量較少（圖4j）；伊/蒙混層以蜂窩狀或棉絮狀膠結(jié)物的形式充填孔隙，該現(xiàn)象的出現(xiàn)標(biāo)志著成巖階段進(jìn)入中成巖A期。

4.3 溶蝕作用

研究區(qū)三工河組二段砂巖長石、巖屑等不穩(wěn)定礦物含量較高，長石溶蝕現(xiàn)象極為發(fā)育，可見長石顆粒的邊緣溶蝕，還常見沿長石顆粒內(nèi)部的破裂縫和解理縫溶蝕，形成邊界不規(guī)則且大小不一的長石邊緣溶孔和粒內(nèi)溶孔（圖4k）。石英顆粒溶蝕也較為發(fā)育，主要為顆粒邊緣溶蝕和次生加大邊溶蝕（圖4l）。次生溶蝕面孔率為0.1 %～10.2 %，平均3.2 %。

5 巖相差異成巖機(jī)理

通過對研究區(qū)各類巖相的綜合分析，研究巖相差異成巖機(jī)理，將巖相總結(jié)劃分為以下5種類型進(jìn)行討論：鈣質(zhì)砂巖相、塊狀砂巖相、含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相、含礫砂巖和礫巖相以及富火山凝灰質(zhì)雜基砂巖相。從各類巖相具體的成巖作用機(jī)理特征入手，對比討論巖相間的成巖機(jī)理差異。

5.1 鈣質(zhì)砂巖相

鈣質(zhì)砂巖相富含方解石和鐵方解石膠結(jié)物，大量的鈣質(zhì)膠結(jié)物占據(jù)了孔隙空間，破壞儲(chǔ)層物性，因此在鈣質(zhì)砂巖相中不利于形成良好儲(chǔ)層。

早成巖A期，地溫40～65 ℃，早期機(jī)械壓實(shí)作用損失了較少量的原生孔隙。研究區(qū)常發(fā)生長石的溶蝕作用［公式（1）—（3）］，且長石的溶蝕會(huì)產(chǎn)生大量高嶺石，這一過程也叫做長石的高嶺石化，生成的高嶺石常呈書頁狀集合體與長石溶孔共生。同時(shí)，長石溶蝕產(chǎn)生大量SiO2，為硅質(zhì)膠結(jié)提供了充足的物質(zhì)來源，促進(jìn)了硅質(zhì)膠結(jié)的作用。早期長石、巖屑的溶蝕與儲(chǔ)層埋藏淺并遭受大氣水淋濾有關(guān)，酸性流體（H+）來源充足，為溶蝕作用提供了有利酸性環(huán)境［25］。巖屑等火山物質(zhì)的溶蝕，為孔隙流體提供了各種金屬離子，如 Fe3+，K+，Na+，Ca2+和Mg2+等。溶蝕作用發(fā)生之后，孔隙流體呈堿性，在大氣CO2和細(xì)菌還原有機(jī)質(zhì)提供的CO2環(huán)境中，與Ca2+結(jié)合形成大量早期方解石沉淀［公式（4）和（5）］，儲(chǔ)層孔隙近致密（圖5）。

早成巖B期—中成巖期，地溫65～140 ℃，由于超壓作用的存在，抑制了壓實(shí)作用，少量有機(jī)酸/CO2侵入儲(chǔ)層，孔隙流體呈酸性，導(dǎo)致長石溶蝕［公式（1）—（3）］，生成高嶺石、硅質(zhì)膠結(jié)物，部分早期方解石溶解，方解石重結(jié)晶沉淀［公式（6）和（7）］。該階段同時(shí)會(huì)發(fā)生黏土礦物的相互轉(zhuǎn)化，長石溶蝕形成的高嶺石在埋深增加、溫度升高且富含Mg2+和Fe2+等離子的弱堿性環(huán)境中，可以轉(zhuǎn)化為綠泥石［公式（8）］［26-27］。綠泥石也可以在弱堿性流體作用下由鉀長石轉(zhuǎn)化生成［公式（9）］，在這一轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中常見綠泥石與自生石英膠結(jié)相伴生。此外，高嶺石在溫度和壓力的持續(xù)作用下會(huì)逐漸趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，與流體中K+相互作用生成伊利石并釋放H+和H2O［28］［公式（10）］。

部分樣品中晚期鐵方解石膠結(jié)比較發(fā)育，此類樣品中火成巖巖屑含量較高，在堿性成巖環(huán)境下，火成巖巖屑溶蝕和黏土礦物轉(zhuǎn)化形成的大量Mg2+和Fe2+進(jìn)入早期形成的方解石晶格，替換出部分Ca2+，形成鐵方解石膠結(jié)［公式（11）］。

5.2 塊狀砂巖相

結(jié)合巖心及薄片觀察分析，厚層砂巖中部的塊狀砂巖相，分選好，塑性填隙物含量低，原生孔隙保存較完整，次生溶蝕孔隙發(fā)育，是油氣富集的有利巖相（圖6）。

圖6 莫西莊三工河組二段塊狀砂巖相優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成演化模式Fig.6 Formation and evolution of high-quality reservoir of the massive sandstone facies in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang area

早成巖A期，地溫40～65 ℃，在快速埋藏壓實(shí)過程中儲(chǔ)層損失部分原生孔隙，同時(shí)大氣水淋濾導(dǎo)致部分長石溶蝕［公式（1）］，溶蝕產(chǎn)物被帶走（開放式成巖體系），長石溶蝕提高了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率，溶蝕發(fā)生后，部分早期方解石膠結(jié)物發(fā)生沉淀［公式（4）和（5）］，充填了少量的儲(chǔ)層孔隙。

早成巖B期，地溫65～85 ℃，儲(chǔ)層中發(fā)育半開放成巖體系，有機(jī)酸/CO2侵入儲(chǔ)層，孔隙流體轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝?，?dǎo)致長石、巖屑大量溶蝕［公式（1）—（3）］，高嶺石等溶蝕產(chǎn)物在原地沉淀，形成長石次生溶孔-自生高嶺石沉淀成巖組合。當(dāng)成巖環(huán)境開始轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性時(shí)，儲(chǔ)層中的火山物質(zhì)可以發(fā)生蝕變形成蒙脫石，蒙脫石與長石溶蝕產(chǎn)生的鉀離子反應(yīng)生成伊/蒙混層［29］［公式（12）］，釋放出大量的Fe3+，Na+，Ca2+和Mg2+等金屬離子。該階段長石溶蝕增孔-不增滲，有機(jī)烴類大量侵入儲(chǔ)層。

中成巖A期，地溫85～140 ℃，儲(chǔ)層中發(fā)育近封閉成巖體系，長石溶解［公式（1）—（3）］，形成長石次生溶孔-自生黏土礦物-自生石英沉淀的成巖組合。自生的黏土礦物為綠泥石和伊利石［公式（8）和（10）］，均在高溫高壓環(huán)境下由高嶺石轉(zhuǎn)化而來，長石、巖屑溶蝕和黏土礦物的轉(zhuǎn)化提供了金屬離子的物質(zhì)來源。綠泥石以薄膜形式附著于顆粒表面，可以在一定程度上保護(hù)儲(chǔ)層的孔隙空間；絲發(fā)狀伊利石常充填長石溶孔，破壞形成的孔隙。與長石伴生的膠結(jié)作用為鐵方解石和硬石膏膠結(jié)物的形成［公式（11）和（13）］，硬石膏膠結(jié)的物質(zhì)來源主要為長石溶蝕及黏土礦物的轉(zhuǎn)化，同時(shí)油氣的充注可以攜帶大量的Ca2+和SO42-進(jìn)入儲(chǔ)層，促進(jìn)了硬石膏的形成［30］。膠結(jié)物充填孔隙在一定程度上增強(qiáng)了巖石的抗壓性能，有利于次生孔隙的有效保存，而該階段的長石溶蝕改善了儲(chǔ)集空間，起到了增加孔隙度，降低儲(chǔ)層滲透率的效果。

5.3 含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相

薄片觀察表明，含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖塑性填隙物含量高，塑性填隙物占據(jù)了大量孔隙空間，導(dǎo)致面孔率較低，儲(chǔ)層總體物性差、含油不均一。

早成巖A期，地溫40～65 ℃，泥質(zhì)和炭質(zhì)紋層占據(jù)大量粒間孔隙，早期快速埋藏壓實(shí)過程中損失大量殘余原生孔隙，少量長石溶蝕［公式（1）—（3）］。長石溶蝕轉(zhuǎn)化成高嶺石，同時(shí)產(chǎn)生SiO2和K+，Na+，Ca2+等離子，SiO2為早期石英加大提供了物質(zhì)來源，K+，Na+和Ca2+等離子促進(jìn)了黏土礦物的形成和相互轉(zhuǎn)化（圖7）。

圖7 莫西莊三工河組二段含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相成巖演化序列與孔隙度演化Fig.7 Diagenetic evolution sequence and porosity evolution of the argillaceous carbonaceous sandstone facies of lamination texture in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang area

早成巖B期—中成巖期，地溫65～140 ℃，由于大量塑性紋層的存在，有機(jī)酸/CO2在儲(chǔ)層內(nèi)部流通不暢，僅導(dǎo)致部分長石溶蝕［公式（1）—（3）］，同時(shí)由于流體環(huán)境封閉，高嶺石等溶蝕產(chǎn)物在原地沉淀，并轉(zhuǎn)化成綠泥石、伊利石等黏土礦物［公式（8）和（10）］，對孔隙結(jié)構(gòu)主要起到破壞作用；長石溶解提供了K+，Na+和Ca2+，火山物質(zhì)的溶蝕和黏土礦物的轉(zhuǎn)化提供了大量的Fe3+，Na+，Ca2+和Mg2+等金屬離子，為硬石膏和鐵方解石的形成提供了充足的物質(zhì)來源［公式（11）和（13）］，生成的膠結(jié)物進(jìn)一步充填剩余孔隙。此外，持續(xù)的壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層殘余原生孔隙進(jìn)一步降低，最終導(dǎo)致含泥質(zhì)、炭質(zhì)紋層砂巖孔隙度低。

5.4 含礫砂巖和礫巖相

含礫砂巖和礫巖儲(chǔ)層的礫石含量高，抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，早期埋藏壓實(shí)階段，儲(chǔ)層原生孔隙受壓實(shí)的影響較小，保存完好。顆粒分選差且緊密接觸，流體在粒間流通不暢，溶蝕作用較弱。

早成巖A期，地溫40～65 ℃，早期快速埋藏壓實(shí)過程中損失少部分原生孔隙，同時(shí)大氣水淋濾導(dǎo)致部分長石溶蝕［公式（1）—（3）］，長石溶蝕增孔、提滲，溶蝕提供的SiO2促進(jìn)了硅質(zhì)膠結(jié)物的形成；在部分礫巖中鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，火山巖屑和長石溶蝕提供了豐富的Ca2+，導(dǎo)致此類含礫砂巖和礫巖儲(chǔ)層在早成巖A期有大量方解石膠結(jié)物形成［公式（4）和（5）］，嚴(yán)重破壞了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)（圖8）。

圖8 莫西莊三工河組二段含礫砂巖和礫巖相成巖演化序列與孔隙度演化Fig.8 Diagenetic evolution sequence and porosity evolution of the conglomeratic sandstone and conglomerate facies in the second member of the Sangonghe Formation， Moxizhuang area

早成巖B期—中成巖期，地溫65～140 ℃，有機(jī)酸/CO2侵入儲(chǔ)層，導(dǎo)致長石大量溶蝕，生成高嶺石、硅質(zhì)膠結(jié)，同時(shí)產(chǎn)生鐵方解石沉淀［公式（11）］。鐵方解石的沉淀仍然需要地層流體中富含Ca2+，Mg2+和Fe2+等金屬離子，這些金屬離子的來源多種多樣，主要來源于長石和火山物質(zhì)的溶蝕。該階段產(chǎn)生的黏土礦物主要為綠泥石和伊利石，均為堿性成巖環(huán)境中高嶺石轉(zhuǎn)化形成［公式（8）和（10）］。

5.5 富火山凝灰質(zhì)雜基砂巖相

火山凝灰質(zhì)雜基在研究區(qū)不同巖相中均廣泛發(fā)育，但不同巖相之間的雜基含量存在差異。早-中侏羅世，阿爾泰造山帶和西準(zhǔn)噶爾造山帶克拉瑪依地區(qū)發(fā)生巖漿活動(dòng)，推測是導(dǎo)致研究區(qū)三工河組砂巖富火山凝灰質(zhì)雜基的主要原因。巖心觀察可見火山凝灰質(zhì)雜基不均一分布。

火山凝灰質(zhì)雜基充填粒間孔隙，在顯微鏡下呈類似泥質(zhì)特征，粒間充填的凝灰質(zhì)雜基普遍發(fā)生溶蝕作用，形成次生溶蝕孔隙。薄片觀察表明，富含火山凝灰質(zhì)雜基砂巖的碳酸鹽膠結(jié)作用較弱，僅可見少量鐵方解石。對富火山凝灰質(zhì)雜基含量與碳酸鹽膠結(jié)物含量統(tǒng)計(jì)可知，雜基含量高于8.0 %時(shí)，碳酸鹽膠結(jié)物含量快速下降至5.0 %以下，碳酸鹽膠結(jié)物隨著雜基含量的增加呈明顯的下降趨勢。

同沉積期，盆地內(nèi)部發(fā)生巖漿活動(dòng)，火山灰進(jìn)入河流；早成巖A期，地層處于相對開放-半封閉條件，大氣水淋濾和細(xì)菌還原有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生CO2促使長石溶蝕［公式（1）—（3）］、火山凝灰質(zhì)脫玻化和溶蝕。高嶺石可以由火山凝灰質(zhì)轉(zhuǎn)化而來，此類高嶺石常呈團(tuán)塊狀充填于粒間并與凝灰質(zhì)緊密接觸；同時(shí)，高嶺石也可以書頁狀集合體的形式與長石溶蝕共生，為長石溶蝕的產(chǎn)物。高嶺石和其他產(chǎn)物能夠被孔隙流體及時(shí)帶走，擴(kuò)大了溶蝕的孔隙空間，對儲(chǔ)層質(zhì)量具有一定的積極意義；另一方面，塑性雜基含量高，在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用下，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間大量縮減、破壞嚴(yán)重（圖9）。

早成巖B期，有機(jī)酸/CO2侵入，凝灰質(zhì)巖屑、雜基和長石溶蝕［公式（1）—（3）］，形成大量高嶺石原地沉淀。成巖環(huán)境開始向弱堿性轉(zhuǎn)變時(shí)，在雜基含量少的儲(chǔ)層中，綠泥石為凝灰質(zhì)雜基的主要蝕變產(chǎn)物，常以附著的形式沉淀在顆粒表面并包裹顆粒，并抑制后續(xù)的硅質(zhì)膠結(jié)；在雜基含量較多的砂巖中，凝灰質(zhì)雜基主要蝕變生成伊/蒙混層并充填粒間孔隙［公式（12）］。

中成巖期，雜基含量較少的砂巖中，孔隙中酸性流體運(yùn)移通暢，促進(jìn)了凝灰質(zhì)雜基蝕變和長石溶蝕，形成次生溶蝕孔隙的同時(shí)也為自生高嶺石的沉淀提供物質(zhì)基礎(chǔ)，但由于流體環(huán)境相對封閉，高嶺石就近沉淀，使孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，而后沉淀的自生高嶺石，在富含金屬離子的堿性流體環(huán)境中，轉(zhuǎn)化為綠泥石和伊利石［公式（8）和（10）］，進(jìn)一步破壞儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)；雜基含量較多的砂巖中，早期壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層趨于低滲-致密，成巖流體在儲(chǔ)層中流通不暢，導(dǎo)致溶蝕和膠結(jié)作用較弱，至中成巖階段，砂體進(jìn)一步致密成巖，黏土礦物依然主要為伊/蒙混層礦物，導(dǎo)致殘余粒間孔隙的孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

6 巖相差異成巖作用對孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層物性的影響

深入研究巖相差異成巖作用對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的影響，對于揭示儲(chǔ)層物性和孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性有著重要意義。三工河組二段為典型的致密砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)對物性的影響非常明顯。綜合分析研究區(qū)樣品的壓汞曲線特征、孔喉半徑分布、排驅(qū)壓力和物性數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)主要發(fā)育的孔隙結(jié)構(gòu)主要有4類（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型）（表1），由于巖相間成巖機(jī)理的差異，導(dǎo)致不同巖相之間發(fā)育截然不同的孔隙結(jié)構(gòu)。

表1 莫西莊三工河組二段孔隙結(jié)構(gòu)分類Table 1 Classification of the pore structure in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang area

6.1 鈣質(zhì)砂巖相

研究區(qū)鈣質(zhì)砂巖相分布廣泛，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)過薄片統(tǒng)計(jì)分析，距離相鄰砂-泥巖界面2 m以內(nèi)，碳酸鹽膠結(jié)物含量相對較高，而距離界面2 m以外，碳酸鹽膠結(jié)物含量均在5.0 %以下，表明鈣質(zhì)砂巖相主要分布于砂-泥巖接觸面附近。對莊110井4288.20 m深度的鈣質(zhì)細(xì)砂巖相樣品的孔隙直徑和進(jìn)汞增量分析可知，樣品進(jìn)汞增量整體較低，且進(jìn)汞增量峰值位于孔隙直徑0.80 μm左右，反映了鈣質(zhì)砂巖相的孔隙被大量碳酸鹽膠結(jié)物（方解石、鐵方解石）充填破壞，致使儲(chǔ)層喪失了儲(chǔ)集能力（圖10a）。鈣質(zhì)砂巖相總體孔隙結(jié)構(gòu)屬于Ⅳ型，為研究區(qū)發(fā)育巖相中最差的孔隙結(jié)構(gòu)類型（圖11a）。

圖10 莫西莊三工河組二段不同巖相砂巖樣品孔徑分布范圍與進(jìn)汞增量關(guān)系Fig.10 Relationship of pore diameter range and mercury influx increment in sandstone samples of different lithofacies in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang areaa.不含油砂巖樣品；b. 油浸砂巖樣品；c. 油斑砂巖樣品；d. 油跡砂巖樣品

圖11 莫西莊三工河組二段不同巖相樣品汞飽和度和毛管壓力關(guān)系Fig.11 Relationship of mercury saturation and capillary pressure of samples of different lithofacies in the second member of the Sangonghe Formation in the Moxizhuang areaa. Ⅳ型孔隙結(jié)構(gòu)樣品；b. Ⅰ型孔隙結(jié)構(gòu)樣品；c. Ⅱ型孔隙結(jié)構(gòu)樣品；d. Ⅲ型孔隙結(jié)構(gòu)樣品［圖中的圖例格式依次為：井號，埋深，巖性，孔隙度，滲透率（/10-3 μm2）。］

研究區(qū)鈣質(zhì)砂巖相的孔隙演化大致分為3種類型。第一種類型為早成巖期方解石膠結(jié)物大量膠結(jié)，完全充填孔隙，該階段儲(chǔ)層就達(dá)到了完全致密；第二種類型則是早成巖A期方解石膠結(jié)充填儲(chǔ)層孔隙，但儲(chǔ)層并未完全致密，經(jīng)歷早成巖B期—中成巖期有機(jī)酸侵入，部分早期方解石溶解后又以重結(jié)晶形式沉淀，儲(chǔ)層達(dá)到致密；第三種類型為早成巖期少量方解石沉淀，早成巖B期—中成巖期，大量有機(jī)酸侵入，早期方解石溶解，鐵方解石沉淀，儲(chǔ)層未達(dá)到完全致密。

根據(jù)研究區(qū)樣品的測試資料，莊110井4294.64 m深度的鈣質(zhì)細(xì)砂巖，孔隙度為1.8 %，滲透率為0.277×10-3μm2，面孔率近于0，方解石含量為21.3 %；莊104井4337.51 m深度的鈣質(zhì)粉砂巖，孔隙度為2.7 %，滲透率為0.04×10-3μm2，方解石含量為25.0 %。因此，鈣質(zhì)砂巖相整體的孔隙結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，破壞的最主要因素是膠結(jié)作用，膠結(jié)作用使儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜，縮小孔喉空間，損失大量孔喉，降低了孔隙的連通性［31］；孔隙分布孤立，流體流動(dòng)受阻，導(dǎo)致溶蝕作用對于孔隙結(jié)構(gòu)的改善貢獻(xiàn)較小，部分早期形成的溶孔也會(huì)被晚期膠結(jié)物充填，進(jìn)而導(dǎo)致了樣品整體的物性較差，無法成為有效的油氣儲(chǔ)層。

6.2 塊狀砂巖相

對比分析研究區(qū)不同砂巖的巖相可知，塊狀砂巖相總體上物性最好，孔隙結(jié)構(gòu)良好的巖石樣品主要為塊狀砂巖相。依據(jù)塊狀砂巖的孔隙直徑與進(jìn)汞增量的關(guān)系，樣品的孔隙直徑主要分布在0.10～40.00 μm，無論是油浸還是油斑砂巖，進(jìn)汞增量曲線均呈現(xiàn)多峰特征，大部分峰值均位于不小于10.00 μm的孔徑范圍內(nèi)，表明塊狀砂巖相主要發(fā)育微米級孔隙（圖10b，c）。塊狀砂巖相的孔隙結(jié)構(gòu)為研究區(qū)發(fā)育的所有巖相中最好的，總體為Ⅰ型孔隙結(jié)構(gòu)（圖11b）。厚層砂巖中部的塊狀砂巖相，顆粒分選好，剛性顆粒含量高，塑性填隙物含量低。早期埋藏壓實(shí)階段，原生孔隙得以保存，少量的方解石膠結(jié)對孔隙破壞作用較小。中成巖期，儲(chǔ)層埋深增加，處于高溫高壓的封閉成巖環(huán)境，壓實(shí)作用受到抑制，對原生孔隙起到保護(hù)作用，孔隙連通性好，溶蝕作用強(qiáng)烈，膠結(jié)作用相對較弱。

根據(jù)研究區(qū)樣品的測試資料，以莊109井為例，4283.56 m深度的塊狀中砂巖，次生孔隙度為5.0 %，雜基含量為7.4 %，白云石為2.5 %，鐵方解石為3.9 %，石英為0.9 %，黏土礦物為2.9 %；4285.39 m深度的塊狀細(xì)砂巖，次生孔隙度為4.1 %，雜基含量為6.1 %，鐵方解石為2.5 %，硬石膏為0.3 %，石英為0.6 %，黏土礦物為2.4 %。因此，在成巖演化過程中，塊狀砂巖相整體的膠結(jié)作用較弱，對孔喉空間的破壞較小；溶蝕作用強(qiáng)烈，有效地?cái)U(kuò)大了孔喉空間；塊狀砂巖儲(chǔ)層中的剛性顆粒可以起到很好的支撐作用［32］，抗壓實(shí)能力強(qiáng)，壓實(shí)作用對儲(chǔ)層的孔隙空間破壞較小。成巖流體在塊狀砂巖相中的運(yùn)移順暢，儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用較為完全，儲(chǔ)層的原生孔隙得到良好保存，同時(shí)次生溶孔發(fā)育，儲(chǔ)層物性好，孔隙結(jié)構(gòu)有利于油氣富集。

6.3 含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相

對研究區(qū)含油層段砂巖系統(tǒng)的巖心及薄片觀察分析發(fā)現(xiàn)，含油層段內(nèi)泥質(zhì)、炭質(zhì)紋層較發(fā)育。對比分析含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖的孔隙直徑與進(jìn)汞增量可知，其孔隙直徑主要分布在0.01～10.00 μm，部分砂巖樣品進(jìn)汞增量較低，砂巖樣品進(jìn)汞增量整體呈多峰特征，主峰位于孔隙直徑10.00 μm左右。含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相孔隙結(jié)構(gòu)變化大，納米級孔隙和微米級孔隙均有發(fā)育（圖10a，d），主要的孔隙結(jié)構(gòu)類型為Ⅱ型和Ⅲ型（圖11c，d）。早成巖期，由于泥質(zhì)炭質(zhì)紋層、雜基等塑性物質(zhì)含量高，占據(jù)大量孔隙空間，導(dǎo)致儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力弱，孔隙間流體流通性差，后續(xù)發(fā)生的溶蝕作用受到抑制。中成巖期，當(dāng)孔隙流體轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性時(shí)，發(fā)生黏土礦物和膠結(jié)物的生成及相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步充填孔隙殘余空間，破壞孔隙結(jié)構(gòu)。

根據(jù)研究區(qū)樣品的測試資料，莊1井4376.26 m深度的泥質(zhì)炭質(zhì)紋層細(xì)砂巖，面孔率為4.0 %，雜基含量為15.0 %，石英加大為0.5 %，黏土礦物為3.0 %；莊109井4263.58 m深度的泥質(zhì)炭質(zhì)紋層中砂巖，面孔率為2.3 %，雜基含量為8.6 %，鐵方解石為0.3 %，硬石膏為0.9 %，石英加大為1.1 %，黏土礦物為5.6 %。因此，在含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖的成巖演化過程中，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)易被壓實(shí)作用破壞，這一過程是最重要的減孔因素；流體流動(dòng)性差，溶蝕作用整體較弱，對儲(chǔ)層孔隙的改善效果不明顯；膠結(jié)作用形成的膠結(jié)物充填殘余孔隙，也是導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)被破壞的因素之一。最終導(dǎo)致含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖孔隙結(jié)構(gòu)變化大，儲(chǔ)層物性整體較差。

6.4 含礫砂巖和礫巖相

含礫砂巖和礫巖相儲(chǔ)層物性總體較好，對比分析含礫砂巖和礫巖的孔隙直徑與進(jìn)汞增量可知，其孔隙直徑主要分布在0.01～40.00 μm，不同砂巖樣品的進(jìn)汞增量曲線峰值均較高，大部分峰值位于孔隙直徑20.00 μm左右，表明含礫砂巖和礫巖相主要發(fā)育微米級孔隙（圖10a，b）。含礫砂巖和礫巖相孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要發(fā)育Ⅰ型孔隙結(jié)構(gòu)（圖11b）。早成巖期，含礫砂巖和礫巖相儲(chǔ)層整體抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，原生孔隙在快速埋藏壓實(shí)過程中損失較小，得到良好保存，長石溶蝕及溶蝕產(chǎn)物對孔隙結(jié)構(gòu)影響較?。恢谐蓭r期，部分長石溶蝕增孔，少量鐵方解石沉淀和黏土礦物轉(zhuǎn)化，對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)起到一定的破壞作用。

根據(jù)研究區(qū)樣品的測試資料，莊109井4300.80 m深度的含砂礫巖，面孔率為3.7 %，石英加大含量為1.0 %，黏土礦物為5.3 %。整體來講，對于含礫砂巖和礫巖相儲(chǔ)層，顆粒接觸緊密，剛性礫石含量高，受到的壓實(shí)作用影響小，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體運(yùn)移受到限制，溶蝕作用較弱，對儲(chǔ)層物性有一定改善；膠結(jié)作用較弱，對孔隙結(jié)構(gòu)的破壞程度較小，儲(chǔ)層總體物性好，有利于油氣富集。

7 結(jié)論

1） 莫西莊地區(qū)三工河組在成巖演化過程中主要經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。由于儲(chǔ)層埋深大，機(jī)械壓實(shí)作用在埋藏過程中較為強(qiáng)烈，是儲(chǔ)層孔隙度降低的主導(dǎo)因素；膠結(jié)作用強(qiáng)烈，膠結(jié)物類型多樣并充填了儲(chǔ)層粒間孔隙，是導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度進(jìn)一步降低的直接因素；溶蝕作用主要以長石、巖屑等酸性不穩(wěn)定礦物溶蝕為主，常見不規(guī)則顆粒邊緣和粒內(nèi)溶蝕，在一定程度上改善了儲(chǔ)層物性。

2） 由于不同巖相中成巖流體的運(yùn)移能力和原始礦物組分存在顯著不同，導(dǎo)致不同巖相儲(chǔ)層成巖機(jī)理差異明顯。鈣質(zhì)砂巖相、含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相和富火山凝灰質(zhì)雜基砂巖相富含碳酸鹽膠結(jié)物和塑性填隙物，在早成巖階段儲(chǔ)層由于強(qiáng)膠結(jié)和壓實(shí)作用就趨于致密，中成巖階段以后成巖作用強(qiáng)度相對較弱；塊狀砂巖相抗機(jī)械壓實(shí)能力強(qiáng)，早成巖階段孔隙得到良好保存，至中成巖階段經(jīng)歷多期次的膠結(jié)和溶蝕作用，成巖作用較為完全。含礫砂巖和礫巖相在早成巖階段受機(jī)械壓實(shí)作用影響較小，至中成巖階段主要表現(xiàn)為弱膠結(jié)、弱溶蝕的特征，成巖作用強(qiáng)度總體較弱。

3） 由于巖相間成巖機(jī)理的差異，導(dǎo)致各巖相間發(fā)育不同的孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響不同巖相儲(chǔ)層的物性。鈣質(zhì)砂巖相孔喉尺度小、分布孤立、連通性差，整體的物性為所有巖相中最差，無法形成有效的油氣儲(chǔ)層；含泥質(zhì)炭質(zhì)紋層砂巖相孔隙結(jié)構(gòu)變化大且復(fù)雜，物性較差，難以有效聚集油氣；塊狀砂巖相孔喉分選性好，孔隙在所有巖相中最為發(fā)育且連通性強(qiáng)，整體物性最好，有利于油氣富集；含礫砂巖和礫巖相發(fā)育復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)，孔隙連通性受到一定限制，但破壞性成巖作用強(qiáng)度較弱，總體物性較好，在一定程度上可以形成油氣儲(chǔ)層。