塔西南山前石炭-二疊系儲層控制因素分析與研究

尤蕾雅，王振宇

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

烏什凹陷位于塔里木盆地西北緣，可分為東西兩個次凹，烏什西次凹周緣勘探程度較低，區(qū)內僅有烏什3一口井，僅鉆遇巨厚新生界地層。近些年以來，多家科研院所在該地區(qū)開展了地質普查為主的野外地質研究工作，取得了較為豐富的成果認識，但仍不能滿足勘探需求。塔西南山前石炭-二疊系殘留了大量完整的沖斷帶，構造形態(tài)保留相對完整，發(fā)育多個圈閉顯示，具有較大的勘探潛力，但鉆井、地震等資料較少，整體勘探程度偏低，研究工作主要停留在野外剖面測繪、烴源巖研究[1-2]。目前烏什西和塔西南山前石炭-二疊系研究均存在地層劃分和沉積相特征不明確，儲層、烴源巖發(fā)育層位、厚度、特征及分布規(guī)律認識不清，野外資料取樣缺乏系統(tǒng)性、整體性，未開展儲層評價和生儲蓋組合配置關系系統(tǒng)研究等問題，因此，亟須開展針對以上問題的系統(tǒng)基礎地質研究。

1 成巖作用以及成巖序列對儲層的影響

在地質歷史中，成巖、沉積環(huán)境的變化類型比較多，并且構造運動的類型也比較多，差異較大，由于碳酸鹽的沉積物對上述這些變化類型都非常敏感，因此，這些沉積物在沉積后極易出現(xiàn)一系列重大的成巖變化。成巖作用是影響碳酸鹽巖儲集性能最重要的因素之一。塔西南山前石炭-二疊系碳酸鹽巖儲層段的成巖作用主要有：白云化、壓實、壓溶、膠結、溶蝕、重結晶等[1-2]。本文主要對研究區(qū)目的層碳酸鹽巖儲層物性的成巖作用和特征的影響因素進行了相應的分析與闡述，然后對成巖環(huán)境以及成巖演化模式進行了歸納與總結。

1.1 白云化作用

塔西南山前碳酸鹽巖儲層段的白云巖一般出現(xiàn)在潮間云坪，分為粉-細晶白云巖以及中-粗晶白云巖。其中，粉-細晶白云巖自形程度低，推測為蒸發(fā)成因白云巖，中-粗晶白云巖自形程度高，且多見港灣狀溶蝕孔洞，認為為埋藏白云巖化成巖。

1.2 壓實和壓溶作用

壓實作用是碳酸鹽巖中一種常見的和比較重要的成巖作用。原始的碳酸鹽巖孔隙度一般分布在40%～70%，現(xiàn)今的碳酸鹽巖孔隙度基本都低于2%，從原始的碳酸鹽巖轉變成現(xiàn)今的碳酸鹽巖，壓實作用和壓溶作用都具有非常重要的作用。

在泥微晶灰?guī)r中，壓實作用、壓溶作用是孔隙變小最主要的原因，但是這種巖性的成分比較單一，“顆?！北容^小，因此，壓實的跡象很難識別與辨認。而顆?；?guī)r中的壓實作用表現(xiàn)比較顯著。通常而言，壓實作用出現(xiàn)在第1期方解石膠結物形成之后，而且會始終延續(xù)到埋藏比較深的環(huán)境之中，該作用會破壞原生孔隙，減小孔隙度。

在碳酸鹽巖之中，壓溶作用是一種非常常見的成巖作用，縫合線是這種作用中最顯著的標志。壓溶作用越強烈，碳酸鹽巖的地層厚度越小，而經(jīng)過壓溶作用之后所得到的碳酸鈣又能夠為周圍地區(qū)的膠結作用提供相應的物源。其次，縫合線能夠為流體運移提供一定的通道，晚期的溶蝕作用會沿著縫合線進行，最后會形成一系列串珠狀的溶蝕孔隙[2]。與此同時，從某種程度上而言，埋藏白云石化與縫合線具有一定的關聯(lián)，常見自形粉，細晶白云石沿縫合線及其周圍分布。

1.3 膠結作用

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，方解石的膠結充填作用是造成研究區(qū)地層儲滲性變差的最主要的原因之一。根據(jù)膠結物相應特征及相應的生成環(huán)境，可識別出3期方解石膠結物。

1.3.1 海底膠結作用

第一期膠結物的方解石類型主要有：放射纖維狀方解石、纖狀方解石、微晶方解石、泥晶方解石等，這種方解石的類型及分布范圍與反映出的海底沉積環(huán)境具有一定的關系。

泥晶套是一種由藍綠藻以及真菌的鉆孔活動所形成的，這些生物會對顆粒造成一定的破壞，而這些顆粒會被泥晶方解石所取代。被泥晶套所包圍的顆粒，部分是生物碎屑，部分是內碎屑，或者是其他種類的顆粒，這些顆粒的原始特征能夠保存下來，也能夠在成巖的過程之中，被全部溶解而最終成為空模，僅僅保留泥晶套，或者部分顆粒溶解成為粒內孔。泥晶化顆粒是碳酸鹽顆粒逐漸向心地被泥晶交代而形成的，可以認為是泥晶套的進一步發(fā)展，部分顆粒還可見鉆孔藻類絲狀體痕跡。

雖然這種作用減小了孔隙度，并且阻塞了孔隙喉道，但是由于它通常會構成環(huán)邊膠結，也鞏固了巖石的支撐骨架，從某種程度上而言，可以保護由于壓實作用而破壞的粒間孔。

1.3.2 大氣淡水膠結作用

因為大氣淡水的成巖環(huán)境的相關條件變化多樣，因此，會發(fā)生2種作用：①溶蝕作用；②方解石的沉淀作用，并且膠結物的種類也比較多。

在大氣水滲流帶中生成的填隙物主要有2種類型：①新月形或者懸垂狀膠結物，這種填隙物主要由細粒等粒狀方解石晶體所組成；②滲流粉砂，這種填隙物是一種粉砂級碎屑充填物，主要由3種物質組成：①泥晶方解石；②細粒生物碎屑；③砂屑，它們主要充填于粒間溶孔或者早期孔洞的底部地區(qū)，而且呈現(xiàn)為一個差不多水平的沉積界面，這個界面的剩余孔隙一般為后續(xù)的亮晶方解石所充填，最終成為示頂?shù)讟嬙臁?/p>

大氣潛流帶中可以形成第2期膠結物，這種膠結物的方解石主要的特點為：等軸細粒狀、等厚的葉片狀或馬牙狀、粒狀粉-細晶，在潛流層之中分布比較均勻。另外，在這個潛流層中，還可以形成棘屑的共軸增生膠結。

1.3.3 膠結物

這種膠結物的主要特征為晶體粗大明亮，通常大于0.1mm，一般充填于孔隙或者孔洞的中心區(qū)域。另外，這種膠結物的方解石與前2期的方解石之間主要的接觸方式為膠結不整合。其次，這種方解石通常為埋藏期所形成，在亮晶顆?；?guī)r中的含量通常比較多，主要為中晶至粗晶，并且充填了殘余原生孔隙，因此影響了儲層的儲集性能。

1.4 溶蝕作用

這種作用對碳酸鹽巖的地層而言，可以提高其孔滲性。通過對野外地質剖面、鏡下普通薄片以及鑄體薄片的分析與觀察，可以看出目的層段存在3種成巖作用：①同生期大氣淡水溶蝕作用；②埋藏期溶蝕作用；③表生期溶蝕作用，并且分布范圍比較大。

1.4.1 同生期大氣淡水溶蝕作用

這種作用主要存在于同生期大氣成巖環(huán)境之中。由于受到次級沉積旋回作用的影響，位于一些淺水沉積體，特別是在海退的沉積序列之中，隨著海平面短時間之內相對減小，而出露海面或者位于淡水透鏡體之中，在潮濕多雨的環(huán)境之下，由于受到富含二氧化碳的大氣淡水的淋濾作用，存在選擇性以及非選擇性的溶蝕，從而形成各種不同形狀和大小的孔隙。它不但能夠進行選擇性溶蝕，進而形成3種孔隙：①粒內溶孔；②鑄?？?；③粒間溶孔，而且又能夠進行非選擇性溶蝕，從而形成溶縫和溶洞。

同生期大氣淡水溶蝕相帶的分布，與沉積相帶關系十分密切，通常和潮濕環(huán)境下的海退沉積序列中的暴露臺緣比較一致。這些相帶能夠作為尋找與同生期大氣淡水溶蝕作用相關的有利發(fā)育帶。同生期大氣淡水溶蝕作用不但能夠發(fā)生于碳酸鈣未飽和的大氣水滲流帶，同時也能夠發(fā)生在滲流帶下沒有飽和的潛流帶，主要受成巖環(huán)境中水介質的pH和CaCO3飽和度的影響[1-2]。

1.4.2 埋藏期溶蝕作用

巖溶作用發(fā)生于燕山期至喜山期早期，但該期所形成的孔隙經(jīng)歷了后期成巖作用的改造，特征已不易識別，現(xiàn)在所能觀察到的證據(jù)，主要有原生粒間孔隙內第三期方解石膠結物和收縮縫充填方解石被溶蝕、早期的縫合線被擴溶、藻灰?guī)r窗格孔洞中發(fā)育的方解石膠結物被溶蝕，且部分見瀝青充填等，這一期埋藏巖溶作用的持續(xù)時間從沉積后被埋藏直至燕山期。該期埋藏溶蝕作用與本區(qū)喜山期第一期油氣運移基本配套，成為第一期聚集的油氣藏。

1.5 成巖序列

在沉積早期主要發(fā)生泥晶化、早成巖期大氣淡水溶蝕、大氣淡水膠結作用、淺埋藏期膠結作用和早成巖白云化，海底膠結作用形成的方解石充填原生孔隙，溶蝕作用和白云化產(chǎn)生粒間溶孔和粒內溶孔；隨著埋藏深度增加，產(chǎn)生壓溶壓實和早期埋藏白云化作用，使孔隙度急劇下降；隨后局部的抬升暴露，使碳酸鹽巖發(fā)育段灘體暴露，遭遇大氣淡水淋濾，發(fā)生組構選擇性溶蝕作用，孔隙度有所回升；隨著埋藏深度加大，巖層逐漸經(jīng)歷淺—中—深埋藏，期間經(jīng)歷埋藏壓實、膠結，埋藏溶蝕，孔隙度持續(xù)衰減，隨后隨著發(fā)生第一期油氣充注，孔隙得以保存，孔隙度趨于穩(wěn)定；喜山運動的擠壓作用，造成地層埋藏深度繼續(xù)加大，多期油氣充注使前期次生孔隙得以保存。整體成巖序列如圖1所示。

圖1 塔西南山前石炭-二疊系碳酸鹽巖成巖序列及孔隙演化圖

2 沉積相對儲層的影響

塔西南山前石炭-二疊系碳酸鹽巖段儲層是典型的相控型儲層，儲集層段主要發(fā)育在上石炭統(tǒng)上部-下二疊統(tǒng)下部阿孜干組、塔哈奇組、克孜里奇曼組這三個碳酸鹽巖地層之中，優(yōu)勢儲集相主要為臺地邊緣相生屑灘、砂屑灘、鮞粒灘、潮間帶云坪、礁丘相之中，其中云坪灰云坪泥粉晶云巖和礁灘相中被白云石化的細晶生屑砂屑云巖儲集條件最好，砂屑灘占比11%，生屑灘占比41.8%，鮞粒灘占比7.4%，云坪占比18.6%，孔隙類型主要為晶間溶孔、生屑砂屑鑄?？住⒘热芸?、粒間溶孔、不規(guī)則溶蝕孔洞和溶縫。1、2類儲層在剖面中占比達50%以上。相比于其他海相和陸相碎屑巖沉積組段所發(fā)育的河流、砂質濱岸、潮坪、河流、三角洲、沖積扇、瀉湖障壁灘壩等沉積砂體，其孔隙度多在5%以下，儲集能力較差。

3 結論

1）塔西南山前石炭-二疊系儲層的控制因素主要有2種：成巖作用與沉積相。

2）不同的控制因素，對儲層的影響不同。

3）成巖作用對儲層儲集性能的影響因素主要有方解石的膠結充填作用、壓實作用、壓溶作用、白云化作用、溶蝕作用、成巖序列；而沉積相主要是不同的相帶對儲集性能影響不同，優(yōu)勢儲集相帶主要為臺地邊緣相生屑灘、砂屑灘、鮞粒灘、潮間帶云坪、礁丘相。