準噶爾盆地車排子地區(qū)吐谷魯群儲層成巖作用與孔隙演化

徐國盛，張 平，徐芳艮，王 霄，楊 成

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室（成都理工大學(xué)），成都610059）

準噶爾盆地西部隆起南端的車排子地區(qū)是重要的產(chǎn)油氣區(qū)塊。宋傳春依據(jù)區(qū)域構(gòu)造發(fā)育狀況及白堊系分布特征，將車排子凸起劃分為西部高凸起帶、東部低凸起帶、東側(cè)紅車斷裂帶及南側(cè)艾卡斷裂帶等4個構(gòu)造單元［1］，車排子凸起具有多含油層系、多油藏類型、多油質(zhì)品位的“三多”成藏特征。由于過去勘探程度低、資料較少，對基礎(chǔ)石油地質(zhì)條件研究投入不夠，前人的研究主要針對車排子地區(qū)油氣運移與成藏等熱點問題，導(dǎo)致對白堊系吐谷魯群儲層成巖作用及孔隙演化認識水平較低，制約了石油勘探的進一步快速展開。因此，本文通過巖心觀察、薄片鑒定，對準噶爾盆地車排子地區(qū)白堊系吐谷魯群儲層的巖石類型、孔隙類型、儲集物性、成巖作用及孔隙演化進行研究，進一步提高對該套儲層的成巖作用、孔隙演化和油氣儲集運聚能力的認識，旨在為下一步勘探開發(fā)部署提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

準噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，南依天山山脈的伊林黑比爾根山，北鄰阿爾泰山脈的青格里底山，東、西夾于克拉美麗山與扎伊爾山之間，是一個近似三角形的前陸盆地，面積13.6×104km2，是中國重要的含油氣盆地［2］。車排子凸起位于準噶爾盆地西北緣南段，西北方向與扎伊爾山相鄰，西南、東南方向分別和四棵樹凹陷、昌吉凹陷相接（圖1）。車排子凸起帶由于地層埋藏淺，侏羅系與白堊系不甚發(fā)育，直接披覆在石炭系的基底之上。侏羅紀末期的構(gòu)造運動，導(dǎo)致車排子地區(qū)進一步隆升，侏羅紀充填溝谷的地層被剝蝕，后期逐步沉積白堊系。白堊紀之后再次隆升剝蝕，殘留部分白堊系［3］。侏羅紀末的燕山Ⅱ幕構(gòu)造運動最終定型的車排子凸起，主要為下石炭統(tǒng)包谷圖組凝灰?guī)r剝蝕區(qū)，其上被下白堊統(tǒng)吐谷魯群逐層超覆，在吐谷魯群近源沖積扇角礫巖填平補齊的基礎(chǔ)上，發(fā)育吐谷魯群沖積扇—湖泊沉積體系。古近紀末的喜馬拉雅Ⅱ幕構(gòu)造運動是形成白堊系上覆角度不整合的主要構(gòu)造運動［4］。

圖1 準噶爾盆地車排子地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of the Chepaizi area in Junggar Basin

2 吐谷魯群儲集層特征

2.1 巖石類型

車排子凸起是一個在石炭系火成巖基底之上發(fā)育起來的繼承性凸起，其主體形成時間較早，自晚海西期以來，長期處于隆起狀態(tài)。車排子地區(qū)僅保留了吐谷魯群，缺失了上白堊統(tǒng)艾里克湖組及古近系安集海河組，和上覆新近系沙灣組與下伏包古圖組均為角度不整合。吐谷魯群為一套沖積扇－扇三角洲－湖泊沉積的砂泥巖體系。

經(jīng)薄片觀察分析，統(tǒng)計出每個樣品中碎屑組分（石英、長石、巖屑）的含量，共有34個數(shù)據(jù)點參與三角投圖（圖2）。吐谷魯群儲層主要為長石石英砂巖、巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖。總體來說，碎屑顆粒較細，分選、磨圓較好，結(jié)構(gòu)成熟度較高。

圖2 吐谷魯群砂巖成分三角圖Fig.2 Triangular diagram of sandstone composition in Tugulu Group

2.1.1 碎屑組分

碎屑組分中石英的質(zhì)量分數(shù)為65%～84%，多為單晶石英，少量多晶石英（多為燧石）；長石的質(zhì)量分數(shù)為5%～30%，主要類型為斜長石、正長石、微斜長石、條紋長石、微紋長石及鈣化長石；巖屑的質(zhì)量分數(shù)為3%～24%，主要來源于火成巖與變質(zhì)巖，部分為沉積巖，主要類型有云母片巖、綠泥石、千枚巖、凝灰?guī)r、火山巖（多為基性玄武巖）、石英巖及泥巖巖屑；重礦物的含量較少，其質(zhì)量分數(shù)不到1%，主要為石榴石、綠簾石、榍石及電氣石；內(nèi)碎屑主要為泥質(zhì)砂屑與灰質(zhì)砂屑，部分內(nèi)碎屑顆粒直徑可以達到2mm，屬于礫屑；自生礦物主要為黃鐵礦，黃鐵礦易形成結(jié)核，將顆粒包住。

2.1.2 填隙物

根據(jù)鏡下薄片觀察分析，碎屑巖中填隙物的含量變化較大，質(zhì)量分數(shù)一般為4%～45%。填隙物中的雜基主要為泥質(zhì)，其中易產(chǎn)生彌漫性孔隙。膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)，部分為泥質(zhì)，還有少量淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物。

2.2 孔隙類型

車排子地區(qū)吐谷魯群儲層主要的儲集空間為粒間孔、擴大粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及溶縫，其中粒間孔占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.2.1 粒間孔

粒間孔是指成巖期形成的孔隙，該類孔隙在儲集空間中占有主導(dǎo)地位；但粒間孔分布不均，部分井吐谷魯群儲層粒間孔的孔隙度可達10%，而部分井未見粒間孔，所以儲層非均質(zhì)性強。粒間孔與顆粒接觸邊緣平直，多呈多邊形，孔隙直徑約0.05mm，孔隙之間喉道較為發(fā)育（圖3-A）。此類孔隙可作為油氣運聚的最佳儲集空間。

2.2.2 擴大粒間溶孔

擴大粒間溶孔是一種次生孔隙，該類孔隙在吐谷魯群儲層中較為常見（圖3-B），其含量可多達8%。擴大粒間溶孔的形成是受有機酸溶解作用所致，主要是溶解長石顆粒或鈣質(zhì)膠結(jié)物，有時會溶解綠泥石，其中還可見未被完全溶解的長石和鈣質(zhì)。其形狀不規(guī)則，與顆粒接觸邊緣凹凸不平；明顯大于顆粒，直徑可達0.2mm。該類孔隙較大，周圍喉道也甚為發(fā)育，可以作為油氣重要的儲集空間。

2.2.3 粒內(nèi)溶孔

粒內(nèi)溶孔在吐谷魯群儲層中較為少見，碎屑顆粒中花崗巖、火山巖、泥巖、石英及云母中可見粒內(nèi)溶孔?；◢弾r碎屑中，石英顆粒被堿性液體溶解，剩余長石，形成粒內(nèi)溶孔（圖3-C）。云母沿解理縫溶解，也能出現(xiàn)粒內(nèi)溶孔。該類孔隙出現(xiàn)在顆粒內(nèi)部，直徑＜10μm，孔隙之間沒有連通的喉道，對油氣運聚的貢獻不大。

圖3 吐谷魯群砂巖儲層孔隙類型顯微照片F(xiàn)ig.3 Thin section photos of the pore types of the Tugulu Group sandstone reservoir

2.2.4 溶縫

在吐谷魯群儲層中，雖然溶縫僅占1%～5%，但對油氣運聚意義非凡。因為它不僅是油氣的儲集空間，也是滲濾通道，溶縫的存在，可大幅度提高巖石的滲透率。溶縫的寬度＞20μm，主要是溶解長石和鈣質(zhì)膠結(jié)物形成的，有時溶縫可連通擴大的粒間溶孔（圖3-D）。

2.3 儲集物性

對車排子地區(qū)北部吐谷魯群砂巖儲層物性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，孔隙度、滲透率變化范圍較大，巖心樣品的孔隙度實測值主要在5%～30%之間，滲透率分布在0.01×10－3～1 100×10－3μm2之間，多屬中低孔、中低滲—特低滲儲層。儲層的滲透率隨孔隙度的增加而增大，呈較好的指數(shù)式正相關(guān)關(guān)系（圖4），說明有效的儲集空間還是以原生的粒間孔為主。

3 成巖作用及對孔隙的影響

成巖作用是指沉積物沉積之后直至發(fā)生變質(zhì)作用之前，或因構(gòu)造運動重新抬升至地表遭受風(fēng)化作用以前，沉積巖所發(fā)生的物理、化學(xué)和生物的作用［5］。車排子地區(qū)吐谷魯群儲層成巖作用類型有壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用。根據(jù)成巖作用對儲層孔隙的影響，可分為破壞性和建設(shè)性。研究區(qū)壓實作用和鈣質(zhì)膠結(jié)作用對儲層孔隙具有破壞性影響，淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成和溶解作用對儲層孔隙具有建設(shè)性影響。

3.1 壓實作用

圖4 吐谷魯群儲層孔滲相關(guān)性圖Fig.4 The relationship of the porosity and permeability of the Tugulu Group reservoir

壓實作用貫穿整個成巖過程，是指沉積物在上覆水體和沉積物負荷壓力下，水分不斷排出，體積縮小，孔隙度降低的過程（曾允孚，1987），其表現(xiàn)形式主要為脆性顆粒發(fā)生破裂和黏土礦物定向排列。因為車排子地區(qū)吐谷魯群儲層的埋深僅為幾十米到幾百米，壓實強度較弱，顆粒之間主要是懸浮不接觸—點接觸，所以僅石英類剛性礦物見少量破裂紋，但黑云母的定向排列較明顯（圖5－A）。壓實作用對儲層的孔隙具有破壞作用，壓實作用強度與埋藏深度呈正相關(guān)性［5］。由于吐谷魯群砂巖的埋藏較淺，所以經(jīng)過早成巖期的機械壓實作用后，孔隙減少幅度不大。

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)將松散的沉積物粘結(jié)成堅硬巖石的過程，發(fā)生在成巖作用的各個時期，使砂巖孔隙度和滲透率降低。車排子地區(qū)吐谷魯群砂巖膠結(jié)作用主要為碳酸鹽類及黏土類膠結(jié)。

3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)物

儲層中碳酸鹽膠結(jié)作用表現(xiàn)為方解石膠結(jié)，其類型為接觸－孔隙式膠結(jié)。根據(jù)薄片觀察，鈣質(zhì)膠結(jié)物含量變化較大，其質(zhì)量分數(shù)主要分布于1%～5%與20%～30%之間。一般鈣質(zhì)膠結(jié)物含量越高，對孔隙的破壞作用越大。鈣質(zhì)膠結(jié)物是由于方解石沉淀形成，主要在早成巖晚期形成。一方面，早成巖期方解石沉淀形成膠結(jié)物，充填部分孔隙，對顆粒有一定支撐作用，減緩了機械壓實作用造成的孔隙破壞；同時方解石膠結(jié)物易受有機酸溶解，形成溶孔、溶縫。另一方面，由于在早成巖后期，大量方解石沉淀形成鈣質(zhì)膠結(jié)物，充填了大部分孔隙空間，使得孔隙大量減少、喉道堵塞，所以吐谷魯群砂巖最終形成中低孔、中低滲—特低滲儲層。

圖5 成巖作用類型顯微照片F(xiàn)ig.5 Thin section photos of the diagenesis types

3.2.2 黏土礦物膠結(jié)物

綠泥石是化學(xué)物質(zhì)沉淀形成的，吐谷魯群儲層中，綠泥石的賦存形式有：①附著于顆粒周圍，②充填于孔隙中［6］。在顆粒周圍賦存的綠泥石，稱為淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物（圖5-B），是由于同生期化學(xué)物質(zhì)沉淀形成的。有淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物存在時，顆粒之間的接觸關(guān)系主要為點－線接觸，可保護孔隙。通常淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物越發(fā)育，巖石孔隙度越高。充填于孔隙中的綠泥石，主要形成于早成巖期，對孔隙有破壞作用；但同時孔隙中的綠泥石能增強早成巖期碎屑顆粒的抗壓能力。因綠泥石形成時需要富鐵、鎂的堿性介質(zhì)條件，所以堿性流體環(huán)境是早成巖期綠泥石沉淀形成的必要條件。

自生高嶺石沉淀于早成巖期，其形成主要是由于長石類易發(fā)生溶解。高嶺石呈現(xiàn)書頁狀或蠕蟲狀［6］，富集于粒間孔與粒間溶孔之中，從而堵塞孔隙。高嶺石易受有機酸溶解形成彌漫性孔隙；但該類孔隙細小且不連通，對油氣運聚貢獻不大。

3.3 交代作用

車排子地區(qū)吐谷魯群砂巖主要出現(xiàn)鈣質(zhì)交代，被交代的礦物為長石、云母、燧石等，其中最多的是鈣質(zhì)交代長石。長石可完全被鈣質(zhì)交代，也可出現(xiàn)不完全交代。次生方解石膠結(jié)物主要是沿著顆粒邊緣進行交代，其交代邊緣呈鋸齒狀、蠶食狀與港灣狀。同時儲層中也有泥質(zhì)填隙物與黃鐵礦不完全交代碎屑。泥質(zhì)填隙物主要為水云母和綠泥石，沿顆粒邊緣向中心進行交代，其邊緣形狀不規(guī)則。黃鐵礦從邊緣沿長石的解理縫進行交代，交代邊緣呈鋸齒狀。交代作用對孔隙演化沒有直接影響；但砂巖中主要出現(xiàn)鈣質(zhì)交代碎屑，而鈣質(zhì)易受后期有機酸溶解形成溶孔、溶縫，對孔隙還是有一定建設(shè)性意義。

3.4 溶解作用

溶解作用在車排子地區(qū)吐谷魯群砂巖中大量出現(xiàn)，早成巖期，石英巖和花崗巖中的石英組分受堿性流體溶解，形成粒內(nèi)溶孔。但主要的溶解作用還是有機酸溶解長石、火山巖內(nèi)部的長石組分形成粒內(nèi)溶孔；同時可見黑云母沿解理面受溶解、泥巖內(nèi)受溶解形成粒內(nèi)溶孔。擴大粒間溶孔與溶縫的形成主要還是鈣質(zhì)膠結(jié)物受有機酸溶解，部分溶孔中可見殘余的綠泥石，證明部分溶孔是少量綠泥石膠結(jié)物受溶解形成的。溶縫的形成將連通粒間孔、擴大粒間溶孔、部分粒內(nèi)溶孔，這將提高巖石孔隙度與滲透率。

4 儲層孔隙演化

車排子工區(qū)位于車排子凸起北部區(qū)域，離昌吉凹陷相對較近，且昌吉凹陷內(nèi)二疊系生烴強度大，以紅車斷裂帶－不整合為輸導(dǎo)體系，遠源運移聚集于白堊系的地層與巖性圈閉中［7，8］。工區(qū)內(nèi)白堊系受多期構(gòu)造抬升的影響，部分原油遭受破壞和降解，形成稠油。吐谷魯群儲層中，油氣充注成藏主要是白堊紀后期到古近紀時期。稠油的瀝青含量較高，通過鏡下薄片觀察，稠油充填于孔隙中［9］（圖6）。

圖6 瀝青充填孔隙顯微照片F(xiàn)ig.6 Thin section photos of the pores of filling asphalt

油氣充注成藏對儲層成巖作用的影響主要有兩個方面［10，11］：①對儲層壓實作用的影響：孔隙中烴類流體能增大孔隙的流體壓力，而烴類的充注使孔隙流體變?yōu)閮上啵瑢?dǎo)致流體排出受阻，在儲層中形成超壓，這種超壓能削弱壓實作用，使得原生孔隙得以保存。②對儲層溶解作用的影響：在早成巖中期，由于有機酸溶解長石與鈣質(zhì)膠結(jié)物形成擴大粒間溶孔及溶縫。而有機酸的形成，主要是因為遠源二疊系烴源巖在熱演化過程中釋放出的。

準噶爾盆地車排子凸起白堊系整體埋藏較淺，深度多為300～600m，儲層成巖作用較弱，屬于成巖作用早期，其主要標志有：①吐谷魯群所處的古地溫較低，基本低于40°C，有機質(zhì)成熟度較低，Ro＜0.3%；②吐谷魯群膠結(jié)疏松，壓實作用較弱，主要的儲集空間為原生的粒間孔，以孔隙式、接觸－孔隙式膠結(jié)為主；③經(jīng)薄片觀察，未見石英的次生加大邊，黏土膠結(jié)物只見高嶺石，無沸石類膠結(jié)物。

研究區(qū)吐谷魯群的沉積環(huán)境為扇三角洲前緣－濱淺湖亞相，其中以濱淺湖砂壩微相為主。車排子地區(qū)吐谷魯群優(yōu)質(zhì)儲層中，沉積時孔隙度介于27%～33%之間（圖7）。同生期－早成巖期的整個埋藏過程中，機械壓實減少的孔隙平均為12%。同生期－早成巖早期，綠泥石發(fā)生化學(xué)沉淀形成的環(huán)邊膠結(jié)物，使孔隙減少4%～8%；但綠泥石環(huán)邊的形成能抵抗后期的機械壓實，具有保護孔隙的作用。早成巖中期，黃鐵礦充填約1%～4%的孔隙。之后，有機酸溶解鈣質(zhì)膠結(jié)物、長石組分形成擴大粒間溶孔或溶縫，使孔隙增加8%～24%。早成巖后期，方解石沉淀形成膠結(jié)物，孔隙減少1%～16%。最終，殘余的孔隙度分布范圍在18%～24%之間。

5 結(jié)論

a.車排子地區(qū)白堊系吐谷魯群儲層巖石類型主要為長石石英砂巖、巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖。沉積物粒度較細，分選、磨圓較好，結(jié)構(gòu)成熟度高。膠結(jié)物主要為碳酸鹽類及黏土類，碳酸鹽膠結(jié)物的膠結(jié)類型為接觸－孔隙式膠結(jié)，而淀綠泥石則為環(huán)邊膠結(jié)。

圖7 車排子地區(qū)吐谷魯群儲集層成巖作用與孔隙演化模式圖Fig.7 Mode of diagensis and pore evolution of the sandstone in Tugulu Group of Chepaizi area

b.吐谷魯群儲集空間類型多樣，主要有粒間孔、擴大粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和溶縫。但僅有粒間孔、擴大粒間溶孔及溶縫對油氣運聚貢獻較大。巖心樣品分析結(jié)果，孔隙度分布在5%～30%之間，滲透率主要為（0.01～1 100）×10－3μm2，多屬中低孔、中低滲－特低滲之間，體現(xiàn)了較強的非均質(zhì)性。

c.油氣充注成藏對吐谷魯群儲層成巖作用及孔隙演化有建設(shè)性影響，一方面烴類的早期充注，能提高巖石的抗壓能力，粒間孔得以保存；另一方面烴類在熱演化過程中，釋放出的有機酸能溶解長石或鈣質(zhì)，形成擴大粒間溶孔及溶縫。

d.白堊系埋藏較淺，深度多為300～600m，所處古地溫低于40℃，屬于早成巖期，成巖作用較弱。成巖作用類型有壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，恢復(fù)了優(yōu)質(zhì)儲層成巖作用序列與孔隙演化過程，最終優(yōu)質(zhì)儲層孔隙度介于18%～24%之間。所以車排子地區(qū)吐谷魯群儲層勘探目標應(yīng)以孔隙度＞18%的優(yōu)質(zhì)儲層為主。

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