冷湖七號(hào)和南八仙漸新統(tǒng)混積巖儲(chǔ)層特征對(duì)比分析

楊勇，趙為永，史玉成

（1．中國(guó)石油青海油田公司井下作業(yè)公司，甘肅 敦煌736202；2．中國(guó)石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌736202）

0 引言

所謂混積巖，是指陸源碎屑與碳酸鹽顆粒及灰泥混生在一起的一類沉積巖。Mount 采用砂（陸源碎屑）、異化顆粒、灰泥和泥質(zhì)黏土四端元，用立體圖法對(duì)混積巖進(jìn)行了分類［1］，但不太直觀。張雄華根據(jù)黏土、陸源碎屑、碳酸鹽（顆?；蚧夷啵┤嗽?，除了將黏土體積分?jǐn)?shù)大于50%的稱為黏土巖外，將碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)為5%～95%、陸源碎屑體積分?jǐn)?shù)為5%～95%的混合沉積巖定為混積巖，并將其分為4 類：含陸源碎屑-碳酸鹽混積巖、陸源碎屑質(zhì)-碳酸鹽混積巖、含碳酸鹽-陸源碎屑混積巖及碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑混積巖［2］。關(guān)于海相混積巖，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者從海平面變化、構(gòu)造升降等角度對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行了深入探討，認(rèn)為平緩的地形有利于混合沉積的形成［3］。海平面上升可以使地形平坦的碳酸鹽臺(tái)地的沉積速率增大，造成混合沉積發(fā)育；海平面下降，導(dǎo)致碳酸鹽臺(tái)地的淺水區(qū)縮小和臺(tái)地頂部暴露，不利于混合沉積體系形成［4］。羅順社等認(rèn)為，湖相混合沉積主要受控于構(gòu)造作用、氣候條件和物源3 個(gè)方面［5］。柴達(dá)木、江漢及渤海灣盆地等含油氣盆地的第三系廣泛發(fā)育混合沉積［6-11］，但是湖相混積巖及其對(duì)儲(chǔ)集性能的影響尚未引起人們的關(guān)注。研究該類沉積體系，對(duì)恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古地理、古環(huán)境、古氣候，進(jìn)而指導(dǎo)內(nèi)陸湖盆的油氣勘探具有有重要意義。

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣的中部，在20世紀(jì)末期進(jìn)行了多輪油氣勘探，由于儲(chǔ)層物性總體較差，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的效益區(qū)塊，僅在南八仙構(gòu)造發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，冷湖七號(hào)只有微弱的產(chǎn)能，儲(chǔ)層對(duì)該區(qū)的油氣豐度有明顯的控制作用。本文主要從沉積環(huán)境及孔喉動(dòng)態(tài)演化的角度分析了2 個(gè)地區(qū)儲(chǔ)層物性差異的原因，探討咸水湖盆有利儲(chǔ)集體發(fā)育相帶。

1 地質(zhì)概況

柴北緣為一侏羅系含油氣系統(tǒng)的中新生代陸相沉積盆地，在第三紀(jì)古始新世（E1＋2）—中新世（N1）形成了干燥氣候下的微咸水—咸水大型坳陷湖； 第三紀(jì)上新世（N2）—第四紀(jì)（Q）的緩慢抬升到褶皺，最終形成第四紀(jì)干燥氣候下的鹽化坳陷湖。

柴北緣中部的儲(chǔ)層主要為新近系儲(chǔ)層［12］，伊北凹陷是該區(qū)主要的生烴凹陷，該凹陷周緣發(fā)育冷湖七號(hào)和南八仙等背斜構(gòu)造（見圖1）。本次研究的主要目的層為下干柴溝組下段（E31），該地層處于盆地穩(wěn)定沉降的拗陷期中晚期。由于氣候干旱，兩大沉積體系發(fā)育的巖石類型主要為棕紅色的砂泥互層、膏質(zhì)泥巖和粉砂巖；其中，南八仙地區(qū)沉積物的硬石膏含量很低，巖性較粗，主要為含鈣粉細(xì)砂巖，而冷湖七號(hào)硬石膏含量較高，巖性較細(xì)，以棕紅褐色的膏質(zhì)和粉砂巖為主。

2 混合沉積及發(fā)育特征

柴北緣中部混合沉積分布廣泛，冷湖七號(hào)、南八仙等地區(qū)的沉積物中早期碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)一般在3%～55%。按照張雄華提出的混合沉積物的成分結(jié)構(gòu)分類方案，含陸源碎屑大于5%的碳酸鹽巖定為混合沉積物的范疇［2］，因此，冷湖七號(hào)和南八仙沉積物屬于混積巖。其中，冷湖七號(hào)主要為碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑混積巖，還有少量的陸源碎屑質(zhì)-碳酸鹽混積巖，南八仙主要為含碳酸鹽-陸源碎屑混積巖和少量的碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑混積巖。Mount 將陸源碎屑巖與碳酸鹽的混合作用分為4 種類型：間接混合、原地混合、蝕源混合及相緣混合［1］。柴北緣中部地區(qū)混合形式主要有3 種，即碳酸鹽作為砂巖的填隙物、陸源碎屑散布于碳酸鹽基質(zhì)中以及泥質(zhì)粉砂巖地層夾少量泥灰?guī)r，按照Mount 提出的混合作用分類屬于相緣混合型。相緣混合型的混積巖成分和結(jié)構(gòu)，主要受沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件以及水介質(zhì)條件的影響。因此，沉積相的分析是研究混積巖的基礎(chǔ)。

本次研究根據(jù)巖心、鉆井巖性組合特征、測(cè)井資料、地震相分析以及砂地比等值線對(duì)柴北緣中部地區(qū)進(jìn)行了沉積相劃分（見圖1），依據(jù)水動(dòng)力條件可以把柴北緣中部的混合沉積劃分為2 類。

圖1 柴達(dá)木盆地北緣中部下干柴溝組下段（E31）沉積相

2.1 濱淺湖硬石膏膠結(jié)型混積巖

冷湖七號(hào)下干柴溝組下段粒度總體較細(xì)，以粉砂質(zhì)泥—泥質(zhì)粉砂級(jí)為主，垂向上巖性以棕紅色的砂泥巖互層為主，不具二元結(jié)構(gòu)。砂巖最大單層厚度為4.5 m，平均單層厚度為1.7 m，砂地比為19%，以灰泥質(zhì)粉砂巖為主，未見規(guī)模較大的河流帶入的粗碎屑。冷湖七號(hào)構(gòu)造帶的沉積構(gòu)造主要為波狀層理，生物潛穴和生物擾動(dòng)構(gòu)造也較為發(fā)育，有時(shí)見覓食遺跡等［13］，這些特征也反映出當(dāng)時(shí)構(gòu)造沉降比較平緩，水動(dòng)力條件較弱。上述沉積現(xiàn)象可看出，冷湖七號(hào)構(gòu)造帶主要為地形平緩的沖積平原—濱淺湖沉積體系，以濱淺湖砂泥坪環(huán)境為主（見圖1）。

冷湖七號(hào)混積巖以碳酸鹽質(zhì)陸源碎屑混積巖為主，碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)較高。薄片分析表明，早期碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)一般在15%～55%，主要為泥晶方解石，少量白云石局部分布；此類巖石中硬石膏體積分?jǐn)?shù)多數(shù)在2.3%～15.0%，最高達(dá)21.0%，硬石膏膠結(jié)物多呈斑塊狀分布，連晶狀膠結(jié)，分布不均。由于碳酸鹽及硬石膏體積分?jǐn)?shù)高，陸源碎屑顆粒散布在碳酸鹽中，呈基底式膠結(jié)（見圖2a—2c），為事件性洪水將陸源碎屑顆粒帶進(jìn)濱湖碳酸鹽中形成；有時(shí)混雜作用較強(qiáng)，泥灰?guī)r以夾層形式出現(xiàn)在粉砂巖或灰質(zhì)粉砂巖中，此類混合主要為沉積物沿不同相邊界之間的混合（見圖3）。

2.2 辮狀河三角洲鈣質(zhì)膠結(jié)型混積巖

柴北緣中部的南八仙地區(qū)廣泛見有小型槽狀、板狀及波狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，且該區(qū)下干柴溝組下段巖性主要為粉砂巖—細(xì)砂巖，偶夾薄層的粗砂巖和礫狀砂巖，顆粒磨圓為次棱角—次圓狀，砂巖單層厚度最大19 m，平均6 m，砂地比約50%，說明該區(qū)的水動(dòng)力條件較強(qiáng)，為辮狀河三角洲前緣沉積。

圖2 柴達(dá)木盆地北緣下干柴溝組典型成巖現(xiàn)象

圖3 冷湖七號(hào)地區(qū)混合沉積示意

南八仙地區(qū)砂巖碎屑顆粒體積分?jǐn)?shù)平均值為：石英46%，長(zhǎng)石33%，巖屑21%。碎屑巖的碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)較小，薄片分析表明，該區(qū)砂巖的碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)一般在3%～20%，主要為同沉積期形成的泥晶方解石，硬石膏體積分?jǐn)?shù)很小，按照張雄華的成分結(jié)構(gòu)分類方案，應(yīng)為含碳酸鹽-陸源碎屑混積巖。由于該區(qū)碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)較小，此類砂巖的混合形式主要是碳酸鹽作為砂巖的填隙物，膠結(jié)類型為基底式-孔隙式（見圖2d—2f）。

3 混合沉積形成條件

導(dǎo)致混合沉積的條件很多，盡管湖相混積巖與海相碳酸鹽巖很相似，但是湖相混積巖更明顯地受古構(gòu)造、古氣候、古水動(dòng)力條件和古水介質(zhì)影響。國(guó)內(nèi)報(bào)道的內(nèi)陸湖盆混積巖實(shí)例都形成于古近系—新近系的干旱內(nèi)陸半咸—咸水環(huán)境［5-6］。

3.1 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)控制著物源區(qū)和沉積區(qū)的分布和狀態(tài)，對(duì)物源的供給量和供給方向有很大影響，構(gòu)造作用也通過控制盆地類型和形態(tài)等來控制混合沉積［14］。在柴達(dá)木盆地下干柴溝組下段經(jīng)常出現(xiàn)紅色泥巖與泥灰?guī)r的頻繁交替，說明盆地沉降幅度較小，地形平緩，湖盆寬淺，沉降速率比較小，因而混合沉積反復(fù)出現(xiàn)。

3.2 氣候

氣候主要通過降雨量影響物源的供給以及湖盆的水體咸度［14］，最終影響著混合沉積的發(fā)育。下干柴溝組下段處于坳陷期的晚期，湖盆面積逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)物以紅褐色沉積為主，說明降水量少，有利于混合沉積發(fā)育。

3.3 水動(dòng)力與水介質(zhì)條件

水動(dòng)力條件對(duì)懸浮物的分異、溶解物質(zhì)的分布，以及氧化還原狀況具有明顯的控制作用。湖水的規(guī)律運(yùn)動(dòng)具有一定的能量，能量大小和影響強(qiáng)度各處均不相同。據(jù)青海湖考察報(bào)告，由于河流入湖沖淡表層湖水，湖緣的礦化度一般低于湖心，河口區(qū)礦化度最低，而在缺乏河水補(bǔ)給的濱湖附近礦化度也較高［15］。因此，缺乏河水注入的冷湖七號(hào)區(qū)，水體礦化度較高，碳酸鹽含量較大，硬石膏也有少量析出；處于三角洲前緣的南八仙構(gòu)造，由于河水的大量注入，礦化度較低，硬石膏不發(fā)育，碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)也變小，顆粒以孔隙式-基底式接觸為主。

4 不同湖相混合沉積對(duì)儲(chǔ)層物性影響

不同類型混積巖的膠結(jié)方式和膠結(jié)物不同，其初始孔隙度和孔喉演化方式也有很大差異?；旆e巖的膠結(jié)物主要形成于同沉積期，此類早期膠結(jié)物參與了孔隙演化的整個(gè)過程。早期膠結(jié)物的體積分?jǐn)?shù)對(duì)初始孔隙度有明顯的控制作用，基底式膠結(jié)的混積巖原生孔隙都不發(fā)育（見圖4a，4b），后期的酸性流體很難注入，尤其是硬石膏膠結(jié)的混積巖，由于硬石膏溶解度低，且有機(jī)酸性流體不能溶蝕硬石膏，因此，冷湖七號(hào)物性很差且難以改造（見圖4a1）。對(duì)冷湖七號(hào)下干柴溝組下段20 多塊巖心樣品的實(shí)測(cè)孔滲數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其孔隙度一般小于5%，滲透率一般低于1×10－3μm2，為特低孔-特低滲儲(chǔ)層，該類儲(chǔ)層只見弱的氣顯示。

圖4 膠結(jié)方式與孔隙發(fā)育模式示意

南八仙構(gòu)造帶的硬石膏體積分?jǐn)?shù)小，儲(chǔ)層主要為孔隙式-基底式膠結(jié)，基底式膠結(jié)可能主要發(fā)生在河流的枯水期，而孔隙式膠結(jié)與淡水的大量注入有關(guān)?？紫妒侥z結(jié)的碎屑巖初始孔隙度要比基底式膠結(jié)好得多，且早期碳酸鹽膠結(jié)在砂巖中可以起到承壓的作用，有利于原生孔隙的保存［16］。研究發(fā)現(xiàn)，混積巖碳酸鹽膠結(jié)發(fā)生在同沉積期，形成于孔隙度驟降段之前，參與了孔隙的早期演化，對(duì)儲(chǔ)層物性的影響如下文。

4.1 承壓保護(hù)作用

早期碳酸鹽基底式膠結(jié)的砂巖，膠結(jié)物可以起到承壓作用，顆粒的接觸方式幾乎不變（見圖4b，4b1）。由于鈣質(zhì)膠結(jié)作用非均質(zhì)性很強(qiáng)，隨著湖水介質(zhì)條件的變化，同一環(huán)境中“基底式膠結(jié)”和“孔隙式膠結(jié)”的砂巖大量共存?！盎资侥z結(jié)”的鈣質(zhì)砂巖一般堅(jiān)硬致密，滲透能力很差，但“孔隙式膠結(jié)”砂巖原生孔隙可以受到“基底式膠結(jié)砂巖”的保護(hù)，即使經(jīng)受深埋藏壓實(shí)作用，原生孔隙仍會(huì)保存的較好（見圖4c，4c1）。因此，早期碳酸鹽膠結(jié)的層位優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與低滲儲(chǔ)層共生，早期碳酸鹽膠結(jié)有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育。從圖2d也可看出，即使現(xiàn)今埋深3 000 m，碎屑顆粒仍主要為點(diǎn)接觸，在溶蝕作用下局部出現(xiàn)特大溶孔，孔喉連通性較好。

4.2 為后期溶蝕提供物質(zhì)基礎(chǔ)

碳酸鹽膠結(jié)物通常比碎屑顆?；瘜W(xué)活動(dòng)性更強(qiáng)，更容易發(fā)生溶蝕且溶蝕后不產(chǎn)生殘骸。烴源巖成熟過程中產(chǎn)生大量有機(jī)酸性流體，溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物，可以形成大量的次生孔隙（見圖4d，4d1）?？紫妒侥z結(jié)的混積巖，具備形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛能。南八仙地區(qū)發(fā)現(xiàn)很多孔隙呈現(xiàn)長(zhǎng)條形，孔隙邊緣的碳酸鹽被不規(guī)則溶蝕（見圖2f）。成巖過程中由于早期碳酸鹽膠結(jié)物的交代作用，也可能形成次生孔隙。

總之，孔隙式早期碳酸鹽膠結(jié)作用可以有效抑制壓實(shí)作用，并為晚成巖期溶解作用的進(jìn)行和次生孔隙的發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)南八仙地區(qū)40 多塊巖心樣品的實(shí)測(cè)孔滲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，南八仙構(gòu)造下干柴溝組下段孔隙度一般在10%～20%，滲透率（10～100）×10－3μm2，為中孔高滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)集物性以及孔喉的連通性明顯好于冷湖七號(hào)地區(qū)。

5 結(jié)論

1）湖相混積巖明顯受古構(gòu)造、古氣候、古水動(dòng)力條件和古水介質(zhì)的影響。平靜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、寬緩的湖盆底形、干旱的古氣候等因素有利于混積巖的發(fā)育。

2）硬石膏基底膠結(jié)型混積巖儲(chǔ)層的初始孔隙度很小，且難以溶蝕改造；碳酸鹽孔隙式膠結(jié)型的混積巖初始孔隙度較高，抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，且有利于后期酸性流體的溶蝕，儲(chǔ)層物性較好。

3）冷湖七號(hào)處于濱淺湖地區(qū)，水介質(zhì)較咸，儲(chǔ)層主要為硬石膏-碳酸鹽基底式膠結(jié)，物性差；南八仙地區(qū)處于辮狀河三角洲前緣，水體鹽度較小，主要為碳酸鹽孔隙式膠結(jié)，有利于原生孔隙的保存及酸性流體的溶蝕改造，物性較好，辮狀河三角洲前緣沉積區(qū)是柴北緣中部?jī)?chǔ)層物性最好的相帶。

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