柴西北緣鄂博梁地區(qū)砂巖成巖作用研究

王奕松，王愛國

(西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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柴西北緣鄂博梁地區(qū)砂巖成巖作用研究

王奕松，王愛國

(西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

鄂博梁構(gòu)造帶位于柴達木盆地西北緣，其成巖作用十分復(fù)雜，其儲集性能主要受沉積相和成巖作用控制，砂巖儲層為典型的低孔低滲儲集巖，非均質(zhì)性強。該區(qū)流體活動復(fù)雜，各種成巖作用都有一定程度的發(fā)育，膠結(jié)作用最為發(fā)育，即對壓實作用有一定的抵消作用，同時也大大填充了孔隙空間，破壞儲集性能；壓實作用廣泛發(fā)育，對孔隙空間主要為破壞作用；溶蝕作用多見，形成大量次生孔隙，對儲層的儲集性能有利；交代作用多發(fā)生，其明確的顯示了流體活動的時間順序。研究區(qū)的流體活動信息主要表現(xiàn)為：該區(qū)既存在酸性流體活動，又存在堿性流體活動，還有油氣的充注，且均具有多期次性。

流體活動成巖作用柴達木盆地北緣鄂博梁構(gòu)造帶流體活動

柴西北緣鄂博梁地區(qū)是柴達木盆地勘探程度相對較低的地區(qū)，目前還處于構(gòu)造油氣藏勘探階段。由于封閉條件多變，儲集條件非均質(zhì)強，油氣藏復(fù)雜多變，勘探難度較大，同為構(gòu)造高點，但各探井的油氣顯示差別非常大。究其原因，是對研究區(qū)的流體活動及油氣成藏規(guī)律認識不清。在了解研究區(qū)構(gòu)造、沉積等研究成果的基礎(chǔ)上，對儲層成巖作用開展研究，總結(jié)成巖作用序列，揭示流體的活動特征，為油氣成藏規(guī)律研究提供依據(jù)。本文主要利用巖石學(xué)、礦物學(xué)方法，在野外地質(zhì)及巖芯觀察的基礎(chǔ)上，通過鑄體薄片、熒光薄片的觀察鑒定及其他分析化驗數(shù)據(jù)等資料，確定成巖特征并揭示流體活動信息。

1　地質(zhì)背景

柴北緣地區(qū)位于柴達木盆地的東北部，是我國西部一個大型的中、新生代含油氣盆地。鄂博梁構(gòu)造帶位于盆地中北部(圖1)，受構(gòu)造運動和沉積環(huán)境的影響，形成了一系列大型背斜構(gòu)造，同時發(fā)育有巨厚的侏羅系烴源巖及第三系儲蓋組合。鄂博梁構(gòu)造帶勘探程度較低，大部分構(gòu)造在上世紀60-80年代都進行了鉆探，共鉆探井十余口，見到了一些油氣顯示。

圖1　鄂博梁構(gòu)造帶及鄰區(qū)位置圖

本次研究從18口井中采集了47個巖心樣品，每個樣品皆磨制了鑄體及陰極發(fā)光薄片。鑄體薄片采用紅色鑄體，并使用鐵氰化鉀和茜素紅的混合溶液進行染色，染色后方解石為紅色，含鐵方解石為紫色，含鐵白云石為藍色。本文鑄體薄片的鏡下觀察分析是在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室Olympus BX51熒光/偏光顯下進行，陰極發(fā)光測試使用的是BII CLF-1陰極發(fā)光儀。

J1

E1+2

N21

I-石英砂礫巖；II-長石石英砂礫巖；III-巖屑石英砂礫巖；IV-長石砂礫巖；V-巖屑長石砂礫巖；VI-長石巖屑砂礫巖；VII-巖屑砂礫巖；Q-石英；F-長石；R-巖屑

圖2研究區(qū)不同層段的砂巖類型

2　成巖作用及流體活動信息

2.1巖石學(xué)特征

流體活動與成巖作用關(guān)系密切。流體的產(chǎn)生、運移、演化等活動信息都可能會被成巖作用以壓實、膠結(jié)、溶蝕等形式記錄下來。研究區(qū)砂巖所經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實作用、交代作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。這些成巖作用對儲層產(chǎn)生了不同的影響，同時也提供了大量的流體活動信息。

2.1.1巖石類型

砂巖的組成特征是成巖作用的內(nèi)在因素，成巖現(xiàn)象在相當(dāng)?shù)某潭壬鲜軒r石顆粒礦物成分的影響。因此，在相同的地質(zhì)環(huán)境下，具有不同巖石學(xué)特征的砂巖在成巖演化上會有較大的差別。通過對研究區(qū)47個鑄體薄片樣品進行精細巖礦鑒定，發(fā)現(xiàn)該區(qū)不同層段的砂巖具有一定的差別，下侏羅統(tǒng)(J1，23個樣品)主要為巖屑砂巖，路樂河組(E1+2，7個樣品)主要為長石巖屑砂礫巖；下油砂山組(N21，10個樣品)主要為長石巖屑和巖屑長石砂巖(圖2)?？偟膩砜?，巖屑在碎屑成分中占有相當(dāng)大的比重，砂巖成分成熟度較低。

2.1.2巖石結(jié)構(gòu)特征

從研究區(qū)主要粒徑與總面孔率關(guān)系圖(圖3)中可知，砂巖由極細砂至礫石皆有分布，其中，細砂巖含量最多，粒徑對孔隙的控制作用不十分明顯，且在同一粒級內(nèi)，面孔率分布范圍較大，這可能說明成巖改造對孔隙產(chǎn)生了重要的影響。

圖3　研究區(qū)主要粒徑與總面孔率關(guān)系

圖4　雜基含量與膠結(jié)物、面孔率的關(guān)系

2.1.3砂巖結(jié)構(gòu)成熟度

砂巖結(jié)構(gòu)成熟度對成巖作用的影響主要是指雜基的含量、分選性和粒徑對成巖作用及孔隙結(jié)構(gòu)的控制。研究區(qū)砂巖中的雜基含量相差較大，多數(shù)薄片樣品中雜基含量較低，但部分薄片樣品中雜基較高，最高可達24%。從圖4可以看出，膠結(jié)物、面孔率與雜基的含量呈反比關(guān)系，雜基含量對成巖作用和儲層物性具有一定的控制作用。低雜基含量的砂巖成巖作用強烈，流體活動活躍，物性較好。研究區(qū)砂巖的分選性較差，絕大多數(shù)在中等以下(表1)。

表1　砂巖分選性統(tǒng)計表　%

2.2壓實作用

壓實作用是儲集層最為普遍的成巖作用，是導(dǎo)致儲層物性變差的主要因素之一。鏡下可見塑性碎屑的變形扭曲、重排，碎屑顆粒接觸緊密，剛性顆粒破碎、產(chǎn)生壓裂縫等。如圖5所示，研究區(qū)淺層顆粒接觸主要以點—線接觸和線接觸為主，但在深層還有點接觸關(guān)系。經(jīng)鏡下觀察后發(fā)現(xiàn)，這三個樣品中，2個膠結(jié)物含量非常高，均大于24%。另一個樣品雜基含量非常高。這說明膠結(jié)物確實起到了骨架支撐作用。同時研究區(qū)雜基也有一定的發(fā)育，也可起到一定的支持作用。

圖5　鄂博梁地區(qū)砂礫巖體碎屑接觸方式統(tǒng)計表

2.3膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)作用十分發(fā)育，膠結(jié)物平均含量11.3%，最高含量36%。并以碳酸鹽膠結(jié)為主，平均含量9.6%。其中最重要的膠結(jié)物為(含鐵)方解石，平均含量5.21%，最高含量為25%；其次為粘土礦物，平均含量1.34%，并以高嶺石為主。此外，還存在少量的硬石膏膠結(jié)和硅質(zhì)膠結(jié)。

2.3.1碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)是研究區(qū)最為豐富的膠結(jié)物，儲層中的粒間孔、顆粒微裂隙多被不同程度地充填，主要類型(含鐵)方解石、含鐵白云石。

含鐵白云石：鐵白云石在研究區(qū)相對少見，平均含量為0.15%，在鏡下可觀察到含鐵白云石被方解石交代，說明含鐵白云石形成要早于方解石。

研究區(qū)粘土礦物膠結(jié)物主要為高嶺石，其次為伊利石。

高嶺石：高嶺石平均含量為1.15%，最高為7.5%。鏡下可見好的高嶺石呈聚片狀、書頁狀、蠕蟲狀充填于于孔隙中。在酸性水介質(zhì)條件下，一些不穩(wěn)定、易溶蝕的骨架顆粒如長石及火山巖屑等易被溶蝕，可為高嶺石的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，并且是形成次生高嶺石的重要機制。高嶺石的出現(xiàn)，反映了存在酸性流體活動。同時見有方解石交代高嶺石現(xiàn)象，說明高嶺石形成要早于方解石。

伊利石：伊利石膠結(jié)少見，平均含量為0.20%，最高為3%。多呈薄膜狀。鏡下可見伊利石早于方解石。

2.3.2硬石膏膠結(jié)

硬石膏膠結(jié)含量少，平均含量0.40%，最高為9%。鏡下可觀察到硬石膏的連晶膠結(jié)，其分布較不均勻，在時間上早于方解石。

2.3.3硅質(zhì)膠結(jié)

式(1)中，y=[y1,y2,…,yNr]T，表示接收到的符號向量；xl,s=[0,…,0,xs,0,…,0]T，表示發(fā)送的符號向量，其中，xsS (S={x1,x2,…,xM})，且僅第l個元素(l{1,2,…,Nt})不為零；n=[n1,n2,…,nNr]T，表示均值為0、方差為σ2的復(fù)加性高斯白噪聲；hl表示信道矩陣H的第l列；xs為該時隙激活天線l的發(fā)送符號.

研究區(qū)的硅質(zhì)膠結(jié)含量較少，多表現(xiàn)為石英次生加大。石英次生加大膠結(jié)含量雖然不高，但因常出現(xiàn)于顆粒的接觸部位，對孔隙喉道具一定的破壞作用，造成儲層物性變差。

2.4交代作用

在研究區(qū)內(nèi)，交代作用發(fā)育。強烈的交代作用主要表現(xiàn)為(含鐵)方解石交代含鐵白云石、交代碎屑顆粒、交代雜基、交代高嶺石以及交代瀝青浸染的泥晶礦物。由此可見，含鐵白云石、高嶺石以及炭質(zhì)瀝青均早于(含鐵)方解石。交代作用提供了礦物形成的先后順序。

2.5溶蝕作用

鄂博梁地區(qū)砂巖的成分成熟度較低，含有豐富的長石、巖屑顆粒和雜基，因而易發(fā)生中-酸性溶蝕作用。鏡下可觀察到研究區(qū)溶蝕作用主要表現(xiàn)在各種易溶的組分發(fā)生部分、甚至全部溶蝕，形成了多種類型的次生孔隙。鏡下可見方解石膠結(jié)物和碎屑顆粒被部分或完全溶蝕，形成發(fā)育的粒間孔隙。在溶蝕作用形成的各溶蝕孔隙中，碳酸鹽溶蝕孔隙最為發(fā)育，平均值約為1.9%；長石和巖屑溶孔含量相當(dāng)；雜基溶孔含量最少。(見圖6)

圖6　砂巖儲層中不同溶蝕孔隙平均值分布圖

溶蝕作用一般與酸性流體活動伴生，同時形成高嶺石、硅質(zhì)膠結(jié)等膠結(jié)物。在本區(qū)，方解石膠結(jié)之前存在高嶺石膠結(jié)，方解石膠結(jié)后又被溶蝕。說明本區(qū)至少存在兩期酸性流體活動及其伴生的溶蝕作用。

2.6成巖作用對物性的影響

2.6.1壓實作用

研究區(qū)壓實作用可使儲層孔隙度變小、滲透率變低，對儲層起破壞作用。在研究區(qū)，總體上看，壓實作用對儲層物性具有一定的控制作用，淺層(<2 500 m)孔隙度和滲透率明顯好于深層。但在個別井區(qū)，如E2、ES2井，物性在縱向上變化不大，壓實作用對物性影響不明顯，還存在其它成巖作用對物性的影響(圖7)。

圖7　鄂博梁地區(qū)儲層孔隙度、滲透率隨深度分布圖

2.6.2膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)作用發(fā)育，其在增強巖石的抗壓能力，抵消壓實作用的同時由于充填裂縫和孔隙，對儲集空間破壞作用較大。為了表征膠結(jié)作用對儲集空間的影響程度，定義“膠結(jié)強度”如下：

某膠結(jié)物膠結(jié)強度=某膠結(jié)物含量/(總面孔率+總膠結(jié)物)×100%。

膠結(jié)強度越大表明膠結(jié)物對填隙空間的占有率越大，當(dāng)膠結(jié)強度達到100%時表明儲層被完全膠結(jié)。

圖8　主要膠結(jié)物膠結(jié)強度平均值分布

經(jīng)計算，研究區(qū)的總膠結(jié)強度分布在11.1%～100%，平均75%(圖8)。其中，約43%的樣品總膠結(jié)強度為100%，可見，該區(qū)的膠結(jié)作用對儲層物性的影響較大。在各膠結(jié)物中，方解石以及含鐵方解石膠結(jié)強度較大，對儲層的物性影響較大，是本區(qū)非常重要的膠結(jié)物。

2.6.3溶蝕作用

在溶蝕孔隙與面孔率的關(guān)系圖(圖9)中，斜率等于1的直線表示面孔率全部為溶蝕孔隙。圖中，大部分數(shù)據(jù)點都落在這條直線上，表明本區(qū)絕大多數(shù)樣品的孔隙以溶蝕孔隙為主。因此，溶蝕作用是控制本區(qū)孔隙發(fā)育的關(guān)鍵因素。

圖9　總面孔率與溶蝕孔隙關(guān)系

2.7瀝青

研究區(qū)瀝青的平均含量為0.51%，最高含量為1.6%。研究區(qū)瀝青多表現(xiàn)為薄膜或沿微裂縫充填的瀝青脈，鏡下可見瀝青在單偏光下黑色不透明，在反射光下具有較高的反射率，在熒光顯微鏡下主要發(fā)育黃色、黃褐色和藍色、藍綠色熒光瀝青。其中，藍綠色熒光瀝青多溶解早期的黃色、黃褐色熒光瀝青。從熒光顏色上判斷，研究區(qū)至少發(fā)生了兩期油氣充注。還存在方解石交代瀝青浸染的泥晶礦物，同時，方解石包裹表面附著瀝青薄膜的碎屑顆粒，說明瀝青早于方解石膠結(jié)。

2.8成巖作用及油氣充注序列

由上研究分析可知，本區(qū)流體活動比較復(fù)雜，既存在酸性流體活動，又存在堿性流體活動，還有油氣的充注，且均具有多期次性。早期的酸性流體活動顯著，其主要形成了硅質(zhì)和高嶺石膠結(jié)，并形成一定規(guī)模的溶蝕孔隙；隨后，第I期油氣開始充注，該期油氣成熟度較低，發(fā)黃色、黃褐色熒光，分布范圍較廣。改期油氣充注在后期雖經(jīng)成巖作用改造，在部分地區(qū)還有殘留或形成炭質(zhì)瀝青；然后發(fā)生大規(guī)模的堿性流體活動，并主要形成方解石膠結(jié)，其對儲層的破壞性極大，使大部分儲層成為致密儲層；隨后發(fā)生第II期酸性流體活動，其主要表現(xiàn)為溶蝕碎屑顆粒和方解石膠結(jié)物，該次溶蝕大大改善了儲層物性。烴源巖在排烴之前，均會排出酸性流體；在第II期酸性流體之后，可能發(fā)生了第II期油氣充注，該期油氣成熟度較高，發(fā)藍色、藍綠色熒光。第II期發(fā)藍色、藍綠色熒光的油氣有溶解早期黃色、黃褐色熒光的瀝青的現(xiàn)象。同時，在分布范圍上，第II期油氣充注明顯較第I期小，僅在個別地區(qū)分布，這可能與烴源巖排烴時氣主油輔有關(guān)。

3　結(jié)語

研究區(qū)存在的成巖作用主要有壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用。其中，膠結(jié)作用最為發(fā)育，對儲層的影響最大，既對壓實作用有一定的抵消作用，同時嚴重破壞儲集性能；溶蝕作用多見，并形成一定量的次生孔隙，是控制本區(qū)孔隙發(fā)育的關(guān)鍵因素。壓實作用廣泛發(fā)育，對孔隙空間主要起破壞作用；交代作用常見，揭示了流體活動的先后順序。

根據(jù)膠結(jié)物產(chǎn)狀，研究區(qū)的其成巖序列大致表現(xiàn)為：早期硅質(zhì)和高嶺石先膠結(jié)，并形成一定規(guī)模的溶蝕孔隙；其后，第I期油氣開始充注，該期油氣成熟度較低，熒光主要為黃色、黃褐色，分布范圍較廣；然后形成大量的方解石膠結(jié)，其對儲層的破壞性極大，使大部分儲層成為致密儲層；第II期溶蝕作用溶蝕碎屑顆粒和方解石膠結(jié)物，其大大改善了儲層物性，為隨后發(fā)生的第II期油氣充注打開了運移通道，擴大了儲集空間。第II期油氣成熟度較高，熒光顏色主要為藍色、藍綠色。

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Sandstone Diagenesis Research on Eboliang Structural Zone Northwestern Edeg from Qaidam Basin

WANG Yi-song，WANG Ai-guo

(State key laboratory for Continental Dynamics& Desect1ment of Geology, Northwest University, Xi’an 710069,Shaanxi)

The diagnoses of Eboliang Structural zone are very complex, that reservoir quality mainly are controlled by sedimentary facies and diagenesis, the sandstone reservoir are typical of reservoir which are low porosity and low permeability, it has a strong heterogeneity. The fluid activities in Eboliang area are complex and it was developed various diagenes. The cementation was most developed, it is offset compaction, and also greatly fill that pore space, damage reservoir property; the compaction are widely development, it mainly play a bad role to pore space; the dissolution is more see, it is formed large secondary pore, and it mainly play a good role to pore space; the metasomatism is often occurred, it has displayed time order about fluid flow unambiguously. The information about fluid flow in Eboliang display: the area there is acidic fluid and alkaline fluid, also, there are oil and gas filling, and they are the multi-stage.

Fluid flow；diagenesis；northern edeg of Qaidam Basin；Eboliang Structural zone and fluid flow

2016-03-03

王奕松(1991-)，男，山東濟南人，在讀碩士研究生，主攻方向：石油地質(zhì)學(xué)。

P588.21+2.3

A

1004-1184(2016)04-0229-04