準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組酸堿交替成巖作用特征及對頁巖儲集層的影響

王劍 ，周路 ，劉金，張欣吉，張帆，張寶真

（1. 西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都610500；2. 中國石油新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000；3. 西南石油大學地球科學與技術學院，成都610500；4. 中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000；5. 中國石油新疆油田公司風城作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000）

0 引言

準噶爾盆地吉木薩爾頁巖油的勘探開發(fā)總體經(jīng)歷了探索發(fā)現(xiàn)、試驗、總結(jié)突破、擴大規(guī)模等4個階段。2011年 9月吉 25井在二疊系蘆草溝組二段 3 403～3 425 m井段壓裂后抽汲平均日產(chǎn)油11.86 m3。后續(xù)部署了一系列勘探評價井（吉23、吉28、吉30、吉173、吉 174等井）試油均獲油流，從而發(fā)現(xiàn)了吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油。經(jīng)過9年“水平井+體積壓裂”試驗開發(fā)、“直井+常規(guī)壓裂”試驗開發(fā)、優(yōu)化試驗開發(fā)的曲折嘗試，按照常規(guī)油藏容積法計算有利區(qū)井控儲量為 11.12×108t，開啟了中國西部大型頁巖油勘探開發(fā)的新篇章。由于頁巖儲集層具有連續(xù)分布、低孔低滲、非均質(zhì)性強等特點，開發(fā)過程中單井產(chǎn)量差異大，連續(xù)生產(chǎn)能力弱，因此如何預測和尋找甜點位置，提高單井產(chǎn)量，是實現(xiàn)頁巖油經(jīng)濟有效開發(fā)的現(xiàn)實手段。

頁巖油甜點儲集層的分布及質(zhì)量好壞與沉積微相、成巖作用等地質(zhì)條件密切相關。頁巖儲集層受到多種成巖作用持續(xù)性影響，成巖作用之間的疊加、改造對頁巖孔隙及自身油氣封閉聚集具有重大影響[1]。成巖環(huán)境中不同酸堿度流體對于儲集層的影響存在顯著區(qū)別。由于酸性溶蝕孔易于發(fā)生且分布廣泛，長石、碳酸鹽、沸石等礦物在酸性環(huán)境下不穩(wěn)定，容易被無機-有機的酸性介質(zhì)溶蝕。隨著成巖作用研究的深入，堿性成巖作用逐漸受到學者們的重視，研究發(fā)現(xiàn)長石在一定堿性介質(zhì)條件下同樣可以發(fā)生溶蝕，石英直接溶解現(xiàn)象及其相關理論的完善，確定了含油氣盆地堿性成巖作用的存在[2-5]。湖盆中成巖流體隨著成巖過程的進行而發(fā)生不斷變化，酸性、堿性成巖環(huán)境的多重交替可形成多個孔隙發(fā)育帶，并對儲集層物性起到明顯改善作用[6]。

吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖儲集層成巖作用前期研究進展較為緩慢[7]。本文通過多種實驗手段，對蘆草溝組頁巖儲集層進行系統(tǒng)的成巖作用研究，并探討酸堿交替成巖過程對頁巖儲集層孔隙演化及儲集層性能的影響。

1 地質(zhì)概況

吉木薩爾凹陷位于準噶爾盆地東部，是盆地二級構(gòu)造單元東部隆起上的一個次級凹陷，南、西、北以向凹陷的逆沖斷裂為邊界（見圖1a），平面上呈不規(guī)則的多邊形，現(xiàn)今具有典型箕狀結(jié)構(gòu)特征（見圖1c）。二疊系蘆草溝組形成于陸內(nèi)裂谷背景下的咸化湖盆環(huán)境，同時受到火山噴發(fā)作用及熱液活動的綜合影響[8-10]，為半深湖—深湖相湖相細粒混合沉積巖[11-16]。

蘆草溝組自下而上分為一段（P2l1）和二段（P2l2），發(fā)育上、下兩個“甜點”段（見圖1b），甜點段均獲得工業(yè)油流[7]。蘆草溝組二段上部地層為上“甜點”儲集層分布層段，是吉木薩爾凹陷蘆草溝組最重要的一套儲集層，巖性主要為（含）凝灰質(zhì)砂屑云巖、（含）凝灰質(zhì)長石巖屑粉細砂巖、（含）凝灰質(zhì)云屑砂巖夾灰色泥巖、云質(zhì)泥巖。蘆草溝組一段上部為下“甜點”儲集層分布層段，巖性主要為（含）凝灰質(zhì)云質(zhì)粉砂巖、（含）凝灰質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖及灰色泥巖。

2 儲集層基本特征

根據(jù)巖心描述及薄片鑒定結(jié)果，蘆草溝組厚度薄、縱向非均質(zhì)性強，以細粒混合沉積巖為主（見圖1b）。全巖X衍射分析結(jié)果表明，儲集層礦物主要有石英、長石、碳酸鹽類礦物及黏土礦物，巖性主要為碎屑巖、凝灰?guī)r及碳酸鹽巖[17-24]。薄片鑒定結(jié)果顯示“甜點”巖性主要有（含）凝灰質(zhì)砂屑云巖、（含）凝灰質(zhì)云屑砂巖、（含）凝灰質(zhì)云質(zhì)粉砂巖、（含）凝灰質(zhì)泥微晶藻云巖、（含）凝灰質(zhì)巖屑長石粉細砂巖。

巖石實測分析結(jié)果顯示，蘆草溝組儲集層覆壓孔隙度主體為 6%～16%，覆壓滲透率主體小于 0.1×10-3um2，儲集層具有中—低孔、低滲—特低滲的特征，孔-滲相關性較差，具有典型的頁巖儲集層物性特征（見圖2）。吉174井鑄體薄片及物性分析結(jié)果表明，蘆草溝組頁巖油儲集層上甜點段主體孔隙度為 2.25%～18.80%，平均孔隙度 11.26%（見圖 1b），孔隙類型以剩余粒間孔、溶蝕孔、白云石晶間孔為主（見圖 3a—圖3c）；下甜點段主體孔隙度為1.85%～20.60%，平均孔隙度9.85%（見圖1b），孔隙類型以溶蝕孔、剩余粒間孔及白云石晶間孔為主（見圖3d）?？傮w上，儲集層具有復雜的孔隙結(jié)構(gòu)和較強的非均質(zhì)性，孔隙尺度以微米級和納米級為主，毫米級較少[25-26]。

3 成巖作用特征

3.1 堿性成巖作用

堿性成巖作用是指在堿性成巖流體環(huán)境中的一系列成巖反應。大量堿性自生礦物及堿性地球化學特征表明研究區(qū)頁巖儲集層在成巖過程中確實存在過堿性成巖環(huán)境。受沉積環(huán)境及孔隙水性質(zhì)影響，研究區(qū)總體是以堿性成巖環(huán)境為背景的一種成巖作用類型，堿性成巖作用特征現(xiàn)象主要有石英溶蝕、碳酸鹽膠結(jié)交代、鈉長石和方沸石沉淀等。

圖1 吉木薩爾凹陷蘆草溝組厚度等值線圖（a）、地層綜合柱狀圖（b）及連井地震剖面圖（c）

圖2 蘆草溝組儲集層覆壓孔隙度與覆壓滲透率關系圖

3.1.1 堿性環(huán)境自生礦物

3.1.1.1 碳酸鹽類礦物

碳酸鹽類礦物對pH值十分敏感，偏堿性—堿性環(huán)境下易于沉淀（pH值大于8），而在酸性環(huán)境中發(fā)生溶解[6]。因此堿性環(huán)境是這些礦物沉淀和穩(wěn)定存在的必要條件。

研究區(qū)碳酸鹽類礦物主要有方解石、白云石、（含）鐵白云石（見圖 3e、圖 3f、圖 4a—圖 4c、表 1）。在堿性介質(zhì)條件下，碳酸鹽交代作用強烈，主要表現(xiàn)為方解石交代長石、白云石交代方解石、白云石交代長石、含鐵白云石交代方解石等。根據(jù)礦物交代關系及礦物生長順序，碳酸鹽結(jié)晶順序依次為方解石-白云石-鐵白云石-含鐵白云石（見圖 3g）。這種現(xiàn)象說明孔隙水中 Mg2+、Fe2+濃度出現(xiàn)過從弱到強再到弱的循環(huán)過程，證明研究區(qū)適合碳酸鹽沉淀的堿性環(huán)境多期頻繁出現(xiàn)。相關研究表明蘆草溝組白云石、方解石具富 Sr特征，且87Sr/86Sr與地幔中87Sr/86Sr值非常接近，可能受熱液或火山物質(zhì)影響[9,27]。

圖3 蘆草溝組巖石自生礦物與孔隙特征

通過包裹體測溫分析，碳酸鹽礦物包裹體均一溫度具有65～90 ℃和98～124 ℃兩個分布區(qū)間，表明研究區(qū)應發(fā)生過兩期較大的碳酸鹽礦物膠結(jié)事件。

3.1.1.2 方沸石

方沸石是富鈉的硅酸鹽礦物，發(fā)育于堿性湖盆或熱液及火山物質(zhì)影響的堿性水體中[28]。在形成環(huán)境上，有利于沸石沉淀的條件是高鹽度，堿性介質(zhì)條件（高pH值），富含Ca2+、Na+、K+離子，除此之外也需要適當?shù)亩趸挤謮篬6,29]。由于沸石在酸性環(huán)境中不能穩(wěn)定存在，因此沸石類礦物是堿性沉積和成巖環(huán)境的良好指示礦物。

單偏光下方沸石呈粒狀，正交光下呈全消光特征（見圖3h）。在成分背散射圖像中方沸石呈深灰色，顆粒邊緣均表現(xiàn)為受酸性溶蝕作用而形成不規(guī)則港灣狀，呈點-線接觸或漂浮狀（見圖 4d）。電子探針分析結(jié)果表明蘆草溝組方沸石Si/Al值為2.51～2.73，一般認為高硅方沸石由硅質(zhì)火山玻璃與堿性水反應生成，Si/Al值為2.7左右[30]（見表2）。因此研究區(qū)方沸石與早成巖期火山碎屑蝕變相關。

3.1.1.3 自生鈉長石

鈉長石為斜長石固溶體系列中極為純凈的端元組分。成巖過程中鈉長石的形成方式主要有：①由離子交代作用導致長石碎屑的鈉長石化；②長石碎屑邊緣鈉長石次生生長；③與長石碎屑溶解伴生的新生鈉長石[31]。這 3種鈉長石形成方式均需要堿性的成巖流體環(huán)境方能實現(xiàn)。

通過鑄體薄片及掃描電鏡觀察分析，在堿性介質(zhì)條件下，研究區(qū)各井段均發(fā)育自生鈉長石膠結(jié)。掃描電鏡下自生鈉長石多呈板狀的自形晶體，表面干凈，簡單雙晶較為明顯，呈柱狀沿長石鑄?？走吘壌怪狈植迹ㄒ妶D 4e）。電子探針和 X射線衍射分析表明，溶蝕的長石均為堿性長石。

圖4 蘆草溝組酸堿成巖作用

表1 蘆草溝組儲集層礦物電子探針分析結(jié)果

表2 蘆草溝組儲集層方沸石電子探針分析結(jié)果

3.1.1.4 黏土礦物

通過403塊樣品的全巖X射線衍射分析，蘆草溝組頁巖儲集層黏土礦物整體含量較低（平均12.5%）。黏土礦物X射線衍射結(jié)果表明，蘆草溝組黏土礦物類型以伊/蒙混層和綠/蒙混層為主，相對含量分別為40.3%和27.6%，高嶺石含量極少，相對含量僅有0.5%（見圖 5a、表 3）。伊/蒙混層比主要為 70%～100%，綠/蒙混層比主要為20%～40%（見圖5b）。

圖5 蘆草溝組黏土礦物組成圖（a）和伊/蒙混層比分布圖（b）

表3 蘆草溝組儲集層黏土礦物X衍射分析結(jié)果

自生高嶺石形成于酸性介質(zhì)條件下，而蒙脫石、伊/蒙混層礦物是在堿性介質(zhì)中形成的黏土礦物，且多為火山物質(zhì)蝕變而來（見圖4f）。在堿性介質(zhì)條件下，當孔隙水中富含K+離子時，在一定溫度下蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾蛴砷L石直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?；而在孔隙水中富含Mg2+、Fe2+離子時，在堿性介質(zhì)條件下可直接沉淀出綠泥石，也可由蒙脫石經(jīng)過綠/蒙混層最終轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石等。伊利石形成于富K+離子的弱堿性孔隙水中或在成巖過程中由其他礦物轉(zhuǎn)變而來，如高嶺石在富含K+離子偏堿性或堿性溶液中逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?。因此，伊利石的出現(xiàn)指示著弱堿性—堿性環(huán)境的存在[6]（見圖4g）。

3.1.2 石英溶蝕

前人研究認為硅質(zhì)是存在直接溶解的[32]。當 pH值小于 9時，SiO2基本不發(fā)生溶解；當 pH值大于 9時，SiO2則開始發(fā)生溶解，同時，隨著pH值的升高，SiO2的溶解度也相應的增高。所以，SiO2只有在酸性或弱堿性的環(huán)境下才能夠沉淀。而石英溶蝕表明成巖過程中曾經(jīng)有堿性流體的存在，并對儲集層具有一定改造。通過對反射光巖石薄片和掃描電鏡觀察分析，石英堿性溶蝕主要表現(xiàn)為顆粒邊緣被溶蝕呈不規(guī)則港灣狀或表面受溶蝕呈蜂窩狀（見圖4h）。

3.2 酸性成巖作用

研究區(qū)酸性成巖作用主要以長石酸性溶蝕為主，伴隨少量碳酸鹽溶蝕。有機質(zhì)達到成熟階段形成的碳酸及有機酸是研究區(qū)酸性流體的主要來源[33]。受兩期有機質(zhì)成熟排出的碳酸及有機酸影響，儲集層中長石晶屑受溶蝕作用影響顯著，在鑄體薄片下，長石晶屑表面或邊緣均不同程度受溶蝕影響形成溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔、鑄?？祝ㄒ妶D3d、圖4i）。掃描電鏡下，長石的酸性溶蝕主要沿解理進行，并有沿解理逐漸擴大溶蝕的產(chǎn)狀。方解石在巖石中一般呈連晶式膠結(jié)產(chǎn)出或充填裂縫狀產(chǎn)出，溶蝕痕跡不明顯，僅在局部斑狀白云巖層段中見方解石顆粒受溶蝕影響。

4 酸堿交替成巖演化特征及對儲集層的影響

4.1 儲集層成巖階段

研究區(qū)蘆草溝組埋藏深度為2 500～4 000 m，烴源巖Ro值為 0.70%～1.30%（平均 0.78%），熱解最高峰溫Tmax為428～459 ℃（平均值為440 ℃），依據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準[34]，蘆草溝組頁巖儲集層目前主體處于中成巖階段A期[35-36]（見圖6）。

圖6 蘆草溝組儲集層成巖階段劃分

4.2 酸堿交替成巖演化特征

蘆草溝組沉積期湖水具有堿性特征，儲集層中Sr/Ba平均值為 1.43，B/Ga平均值為 7.75，Th/U 平均值為1.61[36-37]，白云石中δ13C和δ18O值均較高且較穩(wěn)定[38-40]。造成沉積水體呈堿性的原因可能有 3種：①二疊紀準噶爾盆地火山活動較強[37]，形成的凝灰物質(zhì)中堿性長石、中基性凝灰質(zhì)等物質(zhì)含量高，這些物質(zhì)水解釋放出Na+、K+、Mg2+、Fe2+造成堿性沉積環(huán)境；②熱液活動帶來大量堿性物質(zhì)；③盆地周緣火山物質(zhì)的風化淋濾形成堿性陽離子和Mg2+、Fe2+由河流帶入到湖盆中。

沉積期堿性咸化湖盆水體性質(zhì)決定了準同生期—早成巖A期地層水具有堿性特征，主要成巖作用有石膏、白云石、方解石沉淀，長石、石英堿性溶蝕。盆地斜坡區(qū)白云石、方解石這類碳酸鹽礦物δ13C值為6.8‰～9.7‰，平均8.3‰，高于湖相原生碳酸鹽巖[41]，因此為受到火山物質(zhì)或熱液影響的準同生期蒸發(fā)湖相成因[42]。此外，在盆地深洼區(qū)，微生物成因也是白云石重要的形成機制。

早成巖B晚期—中成巖A早期，受埋藏熱效應及凝灰質(zhì)熱催化加烴作用，有機質(zhì)低熟生油，且伴隨產(chǎn)生的 CO2及有機酸使長石及碳酸鹽礦物發(fā)生溶蝕。此階段為酸性成巖作用時期。

中成巖A晚期，由于有機酸和碳酸對長石等礦物的溶蝕，其自身也受到消耗，使孔隙水介質(zhì)逐漸由酸性向弱堿性轉(zhuǎn)變，再次進入堿性成巖環(huán)境。此階段形成的白云石為埋藏成因，具有含鐵特征，發(fā)生（含）鐵白云石膠結(jié)，（含）鐵白云石交代方解石現(xiàn)象。此外還有伊利石沉淀，石英次生加大邊溶蝕等一系列堿性成巖作用特征。

以上現(xiàn)象說明蘆草溝組頁巖儲集層存在酸堿交替成巖特征，且以堿性成巖為主體，酸性溶蝕主要發(fā)育在早成巖期后（見圖6）。

4.3 對儲集層孔隙演化的影響

除沉積條件外，成巖作用也是影響儲集層物性及孔隙演化的重要因素，其中壓實、溶蝕和膠結(jié)是最重要的 3個因素。與傳統(tǒng)的酸性成巖作用不同，成巖環(huán)境主體為堿性環(huán)境時，儲集層一般經(jīng)過酸性、堿性成巖環(huán)境的多重交替，最終對儲集層物性起到明顯改善作用[6]。受礦物組成、結(jié)構(gòu)等因素影響，不同巖石最終形成的孔隙類型及孔隙大小具有差異性。結(jié)合埋藏史、成巖作用及其對孔隙影響，研究區(qū)蘆草溝組儲集層孔隙演化模式表現(xiàn)為堿性壓實減孔-增孔段、酸性溶蝕增孔段、堿性溶蝕增孔-減孔段等3個階段（見圖7）。

圖7 蘆草溝組儲集層孔隙演化特征（P2+3—中上二疊統(tǒng)；T—三疊系；J1—下侏羅統(tǒng)；J2+3—中上侏羅統(tǒng)；K1—下白堊統(tǒng)；K2—上白堊統(tǒng)；E—古近系；N—新近系；Q—第四系）

堿性壓實減孔-增孔段，發(fā)生于晚二疊世早期—晚三疊世（距今200～220 Ma）的早成巖A期—早成巖B期?；趦瘜映蓭r作用分段古孔隙度演化定量模擬方法，沉積初始孔隙度為50%～55%，地層持續(xù)沉降，距今200 Ma（三疊紀晚期）孔隙度因為機械壓實減小到20%左右（見圖7）。通過對研究區(qū)重點井吉174井全巖X射線衍射結(jié)果統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，蘆草溝組頁巖儲集層上、下甜點段凝灰質(zhì)含量較非甜點段高。含凝灰質(zhì)長石巖屑粉細砂巖發(fā)育層段，受沉積環(huán)境及堿性流體影響，石英按（1）式發(fā)生堿性溶蝕。堿性環(huán)境利于石英等硅質(zhì)礦物及鋁硅酸鹽礦物的溶蝕及遷移，硅、鋁元素以帶負電的有機絡合離子形式搬運。這種絡合離子在堿性液體中穩(wěn)定，在酸性液體中易于沉淀[43]。在機械壓實減孔和堿性溶蝕增孔的作用下，孔隙大小較正常壓實曲線發(fā)育好（見圖7）。

而在含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖、泥晶藻云巖發(fā)育層段，儲集層孔隙類型中原生孔隙含量相對較少，晶間孔發(fā)育。由于儲集層中方解石的膠結(jié)及巖石骨架中白云石晶體的增多，抗壓實能力較強。

酸性溶蝕增孔段，發(fā)生于早侏羅世—早白堊世末期（距今100～200 Ma）的中成巖A早期，蘆草溝組頁巖儲集層孔隙度進一步減小至10%（見圖7）。吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖自晚三疊世開始進入生油階段（Ro值為 0.5%），并在中侏羅世進入大量生烴階段（Ro值為0.7%）[44]。至中侏羅世晚期在烴源巖生成液態(tài)烴之前，干酪根脫去含氧官能團形成水溶性有機酸（如甲酸、乙酸、丙酸和草酸），達到有機酸產(chǎn)酸高峰期。蘆草溝組酸性流體主要來源于有機酸，其次是有機酸在高溫下離解出 CO2溶于水形成的碳酸[45]。含凝灰質(zhì)長石巖屑粉細砂巖及含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖中凝灰質(zhì)中的堿性長石按（2）式發(fā)生大量溶蝕，具有增孔的特征。隨著凝灰質(zhì)的增加，次生溶孔發(fā)育。

堿性溶蝕增孔-減孔段，發(fā)生在早白堊世晚期（距今100 Ma）—現(xiàn)今的中成巖A階段，蘆草溝組致密儲集層孔隙度減小至9%。由于有機酸和碳酸的消耗，成巖環(huán)境由酸性開始轉(zhuǎn)變?yōu)槠珘A性或堿性。在堿性介質(zhì)條件下，孔隙中沉淀析出（含）鐵方解石、（含）鐵白云石，孔隙減少。堿性環(huán)境下凝灰質(zhì)中的細小石英顆粒發(fā)生溶蝕。凝灰質(zhì)中含有較多的堿性長石，堿性長石與酸性溶蝕的產(chǎn)物高嶺石反應形成伊利石及伊/蒙混層礦物[46]。儲集層巖石在壓實-膠結(jié)減孔的同時具有堿性溶蝕增孔的特征?，F(xiàn)階段儲集層主體處于中成巖 A期，以長石晶屑溶蝕形成次生孔隙及白云巖晶間孔為主。物性分析數(shù)據(jù)顯示，儲集層總體平均孔隙度為5%～12%（見圖7）。

在酸堿交替成巖環(huán)境下，研究區(qū)蘆草溝組存在 3個次生孔隙發(fā)育帶，在2 415～2 655 m深度發(fā)育堿性壓實減孔-增孔次生孔隙發(fā)育帶，在3 115～3 870 m深度發(fā)育酸性溶蝕增孔次生孔隙發(fā)育帶，在4 015～4 280 m深度發(fā)育堿性溶蝕增孔-減孔次生孔隙發(fā)育帶，但本階段受較強壓實作用，孔隙度較小（見圖8）。

圖8 蘆草溝組儲集層次生孔隙發(fā)育帶

4.4 對儲集層物性的影響

鑄體薄片、掃描電鏡及高壓壓汞實驗結(jié)果顯示，原生粒間孔隙孔徑為1～30 μm，粒間溶蝕孔隙孔徑為10～50 μm（大者可達100 μm），粒內(nèi)溶孔孔徑為5～20 μm，晶間孔孔徑為100～1 000 nm，主要見于白云巖和白云質(zhì)粉（細）砂巖中。含凝灰質(zhì)長石巖屑粉細砂巖孔隙主體分布在0.036～5.000 μm，微米級孔比例達77%，亞微米級孔隙占20%，納米級孔隙僅為3%，這類巖石孔隙結(jié)構(gòu)近似于常規(guī)粉細砂巖儲集層，巖石中抗壓實礦物（石英、長石）含量較高，孔隙主體以剩余粒間孔及酸性溶蝕孔隙為主（見圖9、圖10）。含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖孔隙類型有凝灰質(zhì)溶蝕孔及白云石晶間孔，孔隙大小分布范圍較廣，以亞微米級孔隙為主，占比達 79%，且這類巖石中有較高的滯留烴含量[35]。含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖孔隙特征是堿性成巖作用及酸性成巖作用交替改造的結(jié)果，堿性溶蝕提高了巖石整體抗壓實能力，保存了孔隙，為后期的酸性溶蝕提供了通道（見圖9、圖10）。泥晶藻云巖孔隙以晶間孔為主，孔隙尺寸以亞微米級為主，占比為90%，微米級孔隙含量較少，占比僅為5%，顯示了相對較差的孔隙結(jié)構(gòu)，相較于含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖，微米級溶蝕孔隙較少，這與此類巖石中酸性溶蝕物質(zhì)含量較少，酸性成巖作用改造不強相關（見圖9、圖10）。

圖9 蘆草溝組巖石高壓壓汞曲線特征

圖10 蘆草溝組不同巖相孔隙大小分布特征

5 成巖相及有利儲集層預測

5.1 成巖相特征

成巖相是決定碎屑巖儲集層儲集性能及其油氣富集的核心要素，代表成巖環(huán)境和成巖礦物的綜合[7,47]，成巖相的準確評價可有效預測有利儲集體及成巖圈閉。國內(nèi)外學者對于成巖相的認識與劃分存在不同[7]，主要體現(xiàn)在成巖相的內(nèi)涵和命名上，但多數(shù)都涉及到了成巖作用及其產(chǎn)物等內(nèi)容。按照將生油巖類型及優(yōu)勢孔隙類型相結(jié)合的思路，將蘆草溝組頁巖儲集層成巖相劃分為含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相、含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相、泥晶藻云巖晶間孔相 3種類型。受巖性差異影響，研究區(qū)不同巖相表現(xiàn)出不同的成巖作用特征。

5.1.1 含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相

在凝灰質(zhì)含量較高的粉—細砂巖中，堿性長石、石英晶屑含量較高，粒度多以泥—細粉砂級為主，這些降落型火山物質(zhì)由于重力作用或風攜帶進入湖盆[48]。由于經(jīng)過較少的搬運磨圓，晶屑多呈尖棱角狀，顆粒支撐，點-線、線接觸為主。孔隙類型以剩余粒間孔、粒間溶孔、長石粒內(nèi)溶孔和凝灰質(zhì)溶蝕孔為主。剩余粒間孔多呈三角形、四邊形，大小和分布較均勻（見圖 11a、圖 11b）。

成巖作用發(fā)生在堿性介質(zhì)條件下，石英及長石晶屑均發(fā)生溶蝕，導致儲集層中石英、長石晶屑邊緣多呈不規(guī)則港灣狀，產(chǎn)生大量次生溶孔，為油的儲集提供了較好的空間（見圖3i）；早期堿性成巖環(huán)境中，堿性長石、石英得到不同程度的溶蝕，增加了孔隙體積。晚期堿性成巖環(huán)境中油的生成并進入剩余粒間孔中，抑制了機械壓實作用的進行，保護了儲集層孔隙。成巖作用發(fā)生在酸性介質(zhì)條件下，儲集層流體的酸堿度受有機酸控制，長石晶屑、凝灰質(zhì)發(fā)生不同程度溶蝕（見圖 11c）。因此，此類成巖相是受酸堿溶蝕作用影響的建設性成巖相。

5.1.2 含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相

此類成巖相的特點是凝灰質(zhì)與含有機質(zhì)泥晶白云巖不同比例混合，包括凝灰質(zhì)泥晶白云巖和含凝灰質(zhì)泥晶白云巖（見圖 11d）。此類成巖相生油機理與傳統(tǒng)模式不同，當凝灰物質(zhì)和含有機質(zhì)的白云質(zhì)巖混合時，凝灰質(zhì)中的微量元素對烴源巖的生烴有催化作用，其中含有的較高熱流值的放射性 U、Th、K元素，使地層溫度升高進而促進烴源巖熱演化[49]，凝灰物質(zhì)對有機質(zhì)的成熟起到重要促進作用[9]。在蘆草溝組火山物質(zhì)多的層段Ro值在0.8%以上，Tmax值在440 ℃以上，達到了油氣成熟的界限。而在火山物質(zhì)少的層位，Ro值和Tmax值都未達到烴源巖成熟的標準。此外，火山物質(zhì)含量多的層位中 C29ααα20S/（S+R）均值為 0.49，C29αββ/(ααα+αββ)均值為 0.32，也反映有機質(zhì)達到成熟。因此在火山活動的熱催化下，成巖早期有機質(zhì)即可進入低成熟期。有機酸的形成導致晶屑溶蝕，次生孔隙含量增加，生成的油氣不僅儲集于粒間孔隙和溶蝕孔中，而且白云巖自身富含晶間孔，同樣可以儲油，在掃描電鏡中發(fā)現(xiàn)泥晶白云巖中有較多的晶間孔和有機質(zhì)孔（見圖11e、圖11f）。

在該類成巖相中，有一種含油性很好的泥晶白云巖-微生物白云巖[50-51]，孔隙主體為微納米級晶間孔，巖石孔隙度為 3.89%～8.26%，滲透率為（0.101 2～0.371 9）×10-3μm2，雖然物性較差，但平面、垂向上分布多且?guī)r性均一，因此含油性較好。在有機質(zhì)邊緣見有“港灣狀”分解與油的生成特征，油在晶間孔邊緣呈薄膜狀或在孔隙中呈充填狀，因此是一套具自生自儲特征的有效儲集體。

圖11 蘆草溝組頁巖儲集層巖相特征

5.1.3 泥晶藻云巖晶間孔相

早期堿性介質(zhì)條件下，受湖盆中熱液及凝灰質(zhì)影響，咸化湖盆中藻類勃發(fā)為有機質(zhì)大量生成及沉積提供了條件。由于湖盆底部層鹵水不易與空氣接觸，因此有機質(zhì)得以較好保存。

泥晶藻云巖晶間孔相主體分布于深湖相，是盆地內(nèi)主要的烴源巖類型[51]，有機孔、藻紋層面、裂縫是原位排烴和原位成藏的主要介質(zhì)（見圖 11g）?？紫额愋椭饕园自剖чg孔為主，巖石致密，其物性雖然在研究區(qū)最差，但含油性較好，具有自生自儲特征（見圖 11h、圖 11i）。

研究區(qū)源儲一體油層多屬于含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相，其次為泥晶藻云巖晶間孔相。由于有機質(zhì)的大量發(fā)育和保存需要，平面上含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相與泥晶藻云巖晶間孔相多分布于基性凝灰質(zhì)含量較高的半深湖—深湖相。由于湖平面周期性的頻繁升降，含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相這類粒度相對較粗的巖相在沉積湖盆中呈廣覆式分布。

5.2 有利儲集層預測

成巖相的分布對孔隙結(jié)構(gòu)具有控制作用，對儲集層開發(fā)具有重要指示意義。研究區(qū)各井段中不僅上、下含油層段所含凝灰質(zhì)、微生物白云巖及藻紋層含量比非含油層段高，且凝灰質(zhì)與微生物白云巖混合程度也好于非含油層段，因此上、下含油層段物性、含油性均好于非含油層段，統(tǒng)計結(jié)果顯示凝灰質(zhì)含量與溶蝕作用有較好的正相關性。

以吉174井為例，含油飽和度大于50%的層多集中于上、下含油層段中，所對應的成巖相多以含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相與含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相為主。這兩類成巖相垂向上呈間互狀組合出現(xiàn)，多發(fā)育于凝灰質(zhì)含量高的上、下含油層段。

蘆草溝組為咸化湖相沉積，巖性變化表現(xiàn)為兩個旋回。上、下甜點對應著兩個湖盆咸化高峰段，從下甜點到上甜點，湖盆封閉，水體變淺，鹽度變高。平面上蘆草溝組二段含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相分布在凹陷南部及中部，是上甜點段主要的巖相類型。鉆遇含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相的油井試油效果好，吉172-H井壓裂15級試油產(chǎn)量達56.32 t/d。含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相分布于凹陷東部，吉23井酸壓后產(chǎn)能為0.24 t/d（見圖12a）。蘆草溝組一段整體為淺湖相、淺湖相夾半深湖相、半深湖沉積。巖相主體為含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相，吉 36-H井壓裂20級產(chǎn)量達20.2 t/d（見圖12b）。泥晶藻云巖晶間孔相在蘆草溝組一段、二段主要分布于吉 174井附近，為深湖相沉積，油井產(chǎn)量相對較低。

圖12 蘆草溝組二段（上甜點）(a)與蘆草溝組一段（下甜點）(b)巖相分布平面圖

整體來看，含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相與凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖（或微生物白云巖）混合孔隙相為研究區(qū)孔滲相關性最好的成巖相，其飽和度中值壓力低，出油效率高，為蘆草溝組優(yōu)質(zhì)成巖相帶。

6 結(jié)論

準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組儲集層以原生粒間孔、堿性溶蝕孔隙、酸性溶蝕孔隙為主要孔隙類型。含凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相以原生粒間孔和酸、堿溶蝕孔隙為主。含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相以酸性溶蝕孔隙和堿性環(huán)境下白云石晶間孔為主。泥晶藻云巖晶間孔相以堿性環(huán)境下白云石晶間孔為主。

頁巖儲集層孔隙演化受機械壓實作用、酸堿交替成巖作用綜合控制，分別經(jīng)歷了堿性壓實減孔-增孔段、酸性溶蝕增孔段和堿性溶蝕增孔-減孔段共3個階段。儲集層發(fā)育3個次生孔隙發(fā)育帶：2 500 m深度發(fā)育堿性壓實減孔-增孔次生孔隙發(fā)育帶；3 250～3 750 m深度段發(fā)育酸性溶蝕增孔次生孔隙發(fā)育帶；4 100～4 200 m深度段發(fā)育堿性溶蝕增孔-減孔次生孔隙發(fā)育帶。

凝灰質(zhì)剩余粒間孔-溶蝕孔相具有分布面積廣、孔隙結(jié)構(gòu)好的特點，含凝灰質(zhì)-含有機質(zhì)泥晶白云巖混合孔隙相具有含油性及溶蝕孔隙含量高的特點，兩者為優(yōu)質(zhì)“甜點”發(fā)育的成巖相。