準(zhǔn)噶爾盆地瑪西斜坡區(qū)百口泉組砂礫巖埋藏溶蝕作用實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究

單祥，郭華軍，陳希光，郭旭光，佘敏，李亞哲

1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023

2.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000

0 引言

次生孔隙是碎屑巖儲(chǔ)層一類重要的儲(chǔ)集空間類型，特別是對(duì)于深部?jī)?chǔ)層，原生孔隙受壓實(shí)和膠結(jié)作用損失殆盡，是否發(fā)育次生孔隙成為儲(chǔ)層有效性的關(guān)鍵[1-3]。Schmidtet al.[4]于1977年提出碎屑巖次生孔隙理論，隨后提出有機(jī)質(zhì)脫羥形成碳酸溶蝕假說[5]。Meshri[6]進(jìn)一步提出了烴源巖演化釋放短鏈有機(jī)酸溶蝕假說，解決了碳酸供給H+量與儲(chǔ)層次生孔隙溶蝕規(guī)模不匹配問題，隨后該假說得到室內(nèi)有機(jī)質(zhì)生酸實(shí)驗(yàn)的證實(shí)[7-9]。目前，國(guó)內(nèi)外石油地質(zhì)學(xué)家普遍認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)熱演化釋放有機(jī)酸溶蝕儲(chǔ)層中的碎屑顆粒與膠結(jié)物是次生孔隙形成的重要機(jī)制[1-14]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開展了一系列模擬實(shí)驗(yàn)[15-20]，旨在探討有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石類鋁硅酸鹽礦物的溶蝕機(jī)理以及溶蝕控制因素，并認(rèn)識(shí)到有機(jī)酸類型、流體pH值、長(zhǎng)石成分、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫壓條件等影響長(zhǎng)石溶解。目前，公開報(bào)道的溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)大多為單一礦物表面溶蝕實(shí)驗(yàn)[15-19]，主要針對(duì)長(zhǎng)石礦物的溶蝕機(jī)理以及溶蝕影響因素，如黃思靜等[16]研究不同溫度條件下乙酸對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕過程，證實(shí)條紋長(zhǎng)石溶蝕過程中金屬陽離子優(yōu)先釋放，Si最后釋放，并且溫度升高對(duì)Si影響最大。陳傳平等[15]開展不同類型有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕實(shí)驗(yàn)，證實(shí)多官能團(tuán)有機(jī)酸與SiO2形成多環(huán)螯合物能促進(jìn)長(zhǎng)石溶蝕和Si的遷移。表面溶蝕實(shí)驗(yàn)不能模擬地下高溫高壓狀態(tài)下流體經(jīng)由巖石內(nèi)部流過的內(nèi)部溶蝕狀態(tài)，且無法得到溶蝕后巖石孔隙結(jié)構(gòu)的變化信息。楊俊杰等[17]開展開放體系長(zhǎng)石溶蝕實(shí)驗(yàn)，證實(shí)鋁硅酸鹽礦物溶蝕可以有效增加儲(chǔ)層孔隙度，改善儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)；季漢成等[19]進(jìn)行開放—半開放體系乙酸溶蝕實(shí)驗(yàn)，明確了乙酸溶蝕鋁硅酸鹽礦物可提高儲(chǔ)層孔隙度，且鈉長(zhǎng)石比鉀長(zhǎng)石更易溶。前人實(shí)驗(yàn)對(duì)溶蝕后孔隙結(jié)構(gòu)的變化研究不夠深入，且未考慮泥質(zhì)含量對(duì)溶蝕作用的影響，本次實(shí)驗(yàn)旨在深化此方面的認(rèn)識(shí)。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)[21]，其儲(chǔ)層埋深較大，表現(xiàn)為特低孔滲、強(qiáng)非均質(zhì)性特征，次生溶蝕孔隙是儲(chǔ)層最重要的儲(chǔ)集空間類型之一[22-23]。前人對(duì)瑪湖凹陷百口泉組次生孔隙成因、成巖演化過程和儲(chǔ)層形成控制因素等進(jìn)行研究，取得了眾多重要認(rèn)識(shí)[22-26]，但從溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)角度出發(fā)，對(duì)百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層溶蝕作用影響因素以及溶蝕作用如何改變儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的研究未見報(bào)道。因此，本文通過高溫高壓內(nèi)部溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)瑪湖凹陷百口泉組溶蝕作用進(jìn)行研究，以揭示溶孔形成控制因素，為明確次生孔隙成因和尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供依據(jù)，支撐下一步油氣勘探開發(fā)。

1 研究區(qū)概況

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷階帶下盤，西靠烏夏斷裂帶，南接中拐凸起，東抵達(dá)巴松凸起與夏鹽凸起，北達(dá)石英灘凸起與英西凹陷，研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡區(qū)（簡(jiǎn)稱瑪西斜坡區(qū)）（圖1a）。研究層位為三疊系百口泉組，根據(jù)內(nèi)部巖性旋回自下而上又可分為三段，百一段（T1b1）、百二段（T1b2）、百三段（T1b3）（圖1b）。海西運(yùn)動(dòng)末期，準(zhǔn)噶爾—吐魯番板塊向哈薩克斯坦板塊俯沖、消減以致發(fā)生碰撞，使西北緣地區(qū)成為碰撞隆起帶以及與隆起帶相鄰的碰撞前陸型海相沉積盆地；晚二疊世，隨著海水退出，西北緣地區(qū)繼承性發(fā)育成為前陸型陸相盆地[27]。由于持續(xù)性的構(gòu)造隆升，西北緣扎伊爾山和哈拉阿拉特山為瑪湖凹陷提供了充足的物源，在凹陷西環(huán)帶形成了近源粗粒扇三角洲群，研究區(qū)百口泉組主要發(fā)育扇三角洲沉積體系[28]（圖1a）。

圖1 研究區(qū)瑪湖凹陷位置及取樣井分布Fig.1 Location of Mahu Depression and sampling well

瑪西斜坡區(qū)百口泉組巖石類型以巖屑砂礫巖為主，礫石成分主要為凝灰?guī)r和花崗巖，對(duì)砂礫巖薄片中砂級(jí)部分的巖礦組分進(jìn)行鑒定和統(tǒng)計(jì)，瑪西斜坡區(qū)石英平均含量20.28%，長(zhǎng)石平均含量22.08%，花崗巖巖屑平均含量17.21%，凝灰?guī)r巖屑平均含量40.43%，儲(chǔ)層中長(zhǎng)石和花崗巖巖屑含量高，存在發(fā)育溶孔的物質(zhì)基礎(chǔ)。填隙物以泥雜基為主，含量為2%～10%。總體上，礫巖分選和磨圓相對(duì)較差，但（含礫）中粗砂巖分選和磨圓相對(duì)較好?，斘餍逼聟^(qū)百口泉組孔隙度為1.9%～16.8%，平均8.48%，滲透率為（0.01～464）×10-3μm2，平均5.54×10-3μm2，為低孔低滲儲(chǔ)層。孔隙類型以溶孔為主，溶孔面孔率占到鑄體薄片總面孔率的60%以上。儲(chǔ)層中大量發(fā)育的鉀長(zhǎng)石和酸性斜長(zhǎng)石為溶孔發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，薄片下和掃描電鏡下均可觀察到長(zhǎng)石溶蝕成蜂窩狀或鏤空狀。

前人研究表明，瑪湖凹陷百口泉組成巖作用處于晚成巖階段B期[26]，現(xiàn)今地層溫度約120 ℃，壓實(shí)作用是造成原生孔隙損失的主要原因，溶蝕作用則有效改善了儲(chǔ)層物性，溶蝕作用增加了約5%的孔隙度，是形成低滲背景下優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的關(guān)鍵因素[26]。本次研究重點(diǎn)查證有機(jī)酸內(nèi)部溶蝕對(duì)于儲(chǔ)集空間的改善作用以及不同泥雜基含量砂礫巖在不同溫度下的溶蝕差異。

2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備

實(shí)驗(yàn)樣品須滿足2個(gè)條件：一是樣品成分盡量保持一致，有助于溶蝕對(duì)比實(shí)驗(yàn)；二是樣品滲透率須達(dá)到1×10-3μm2以上，保證實(shí)驗(yàn)流體能順利通過樣品內(nèi)部。本次實(shí)驗(yàn)樣品取自AH1 和M18 井（圖1a），利用巖心鉆機(jī)獲取長(zhǎng)約3 cm、直徑約2.5 cm 的柱塞樣用于溶蝕實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在同一柱塞上切取薄片進(jìn)行巖礦分析。取樣深度分別為AH1井3 854.2 m，3 855.6 m，M18井3 856.5 m，巖性均為砂礫巖。橫向上，取樣井間隔較近，處于同一物源體系下的扇三角洲前緣沉積環(huán)境，縱向上取樣間隔較近，可以約束三塊樣品巖礦成分具一致性。薄片鑒定結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)樣品巖性均為巖屑砂礫巖，AH1 井3 854.2 m 樣品石英含量12%，長(zhǎng)石含量16%，巖屑72%，泥質(zhì)含量8%，碳酸鹽膠結(jié)物含量4%，為高泥雜基含量砂礫巖（圖2a，b）；M18井3 856.5 m樣品石英含量10%，長(zhǎng)石含量17%，巖屑含量73%，泥質(zhì)含量2%，碳酸鹽膠結(jié)物含量1%，為低泥雜基含量砂礫巖（圖2c，d）。實(shí)驗(yàn)樣品物性，AH1 井3 854.2 m 樣品孔隙度5.85%，滲透率2.45×10-3μm2；3 855.6 m 樣品孔隙度8.43%，滲透率11.89×10-3μm2；M18 井3 856.5 m 樣品孔隙度7.58%，滲透率6.58×10-3μm2（表1）。

表1 溶蝕實(shí)驗(yàn)樣品信息表Table 1 Data for dissolution experiment samples

圖2 瑪西斜坡區(qū)百口泉組實(shí)驗(yàn)樣品特征（a）高泥雜基砂礫巖柱塞，AH1井，3 854.2 m；（b）薄片顯示礫間褐色泥雜基含量高，AH1井，3 854.2 m；（c）低泥雜基砂礫巖柱塞，M18井，3 856.5 m；（d）薄片表明礫間泥雜基含量較低，M18井，3 856.5 mFig.2 Features of dissolution experiment samples from Baikouquan Formation, western slope of the Mahu Sag

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次溶蝕實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)前后儲(chǔ)層表征工作是在中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的。溶蝕實(shí)驗(yàn)儀器采用杭州地質(zhì)研究院自主設(shè)計(jì)的高溫高壓溶蝕動(dòng)力學(xué)模擬裝置（圖3），其包含一個(gè)巖石內(nèi)部溶蝕系統(tǒng)，反應(yīng)釜為高溫高壓巖心夾持器，最高工作溫度400 ℃、最高工作壓力100 MPa。利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICPOES）對(duì)溶蝕實(shí)驗(yàn)反應(yīng)生成液中的Si4+、Al3+等陽離子濃度進(jìn)行測(cè)定。利用FYKS-3 型覆壓孔滲聯(lián)合測(cè)試儀，對(duì)實(shí)驗(yàn)前后樣品物性進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試環(huán)境為大氣壓101.1 kPa，溫度25 ℃，濕度60%RH。實(shí)驗(yàn)前后柱塞樣品儲(chǔ)集空間的三維表征是利用通用電氣生產(chǎn)的定制化CT 裝置VtomeX 實(shí)現(xiàn)的，2.5 cm 柱塞樣品掃描分辨率達(dá)8 μm。實(shí)驗(yàn)前后樣品表面形態(tài)的表征是在FEI Inspect S50 型掃描電子顯微鏡上進(jìn)行的。

圖3 溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1.反應(yīng)液儲(chǔ)液罐；2.流體泵；3.高壓緩沖容器；4.預(yù)熱器；5.樣品；6.反應(yīng)釜（帶樣品夾持器）；7.反應(yīng)生成液儲(chǔ)液罐Fig.3 Schematic of simulation device for dissolution experiments

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

碎屑巖的埋藏溶蝕作用與深部有機(jī)質(zhì)熱演化釋放有機(jī)酸溶蝕鋁硅酸鹽巖有關(guān)，以往溶蝕模擬多為單礦物的表面溶蝕實(shí)驗(yàn)，對(duì)碎屑巖內(nèi)部溶蝕實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面研究的不夠，本次實(shí)驗(yàn)著重研究溶蝕后儲(chǔ)層物性、孔隙結(jié)構(gòu)的變化，以及埋藏環(huán)境下溫度和泥質(zhì)含量對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層有機(jī)酸溶蝕效應(yīng)的影響。

本次水—巖模擬實(shí)驗(yàn)是在開放條件下進(jìn)行的。根據(jù)瑪西斜坡區(qū)28件覆蓋侏羅系和三疊系儲(chǔ)層的地層水分析數(shù)據(jù)，71%的地層水樣品為NaHCO3型，約29%的地層水為CaCl2型。從淺層向深層，地層水總礦化度變化不大，整體介于2.69～25.12 g/L。同時(shí)Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-等多種離子濃度隨深度增加沒有顯著的變化（圖4）。在發(fā)生強(qiáng)烈長(zhǎng)石溶蝕且僅有少量次生礦物沉淀的情況下，地層水礦化度和離子濃度應(yīng)急劇升高?，斘鞯貐^(qū)這種礦化度隨深度增加無明顯變化的特點(diǎn)表明不同來源的地層水發(fā)生了強(qiáng)烈的混合作用，表明百口泉組水—巖反應(yīng)處于開放體系下。

圖4 瑪西斜坡區(qū)不同深度地層水礦化度及離子濃度垂向分布特征Fig.4 Salinity and concentration of different ions in porewaters in the western slope of the Mahu Sag

瑪西斜坡區(qū)百口泉組儲(chǔ)層鑄體薄片下長(zhǎng)石普遍發(fā)生溶蝕，且溶蝕程度很高，常見鉀長(zhǎng)石溶蝕成窗欞狀，部分鉀長(zhǎng)石溶蝕形成鑄?？祝▓D5），這種溶蝕特征表明長(zhǎng)石溶蝕發(fā)生在壓實(shí)作用將顆粒調(diào)整到現(xiàn)今接觸狀態(tài)之后，即深埋藏期，否則這些溶蝕的長(zhǎng)石及鑄?？妆厝皇艿綁簩?shí)作用的破壞而不能保存下來，埋藏期的溶蝕流體介質(zhì)最可能是有機(jī)酸。康遜等研究表明[23]，瑪西斜坡區(qū)百口泉組烴類充注強(qiáng)度和長(zhǎng)石溶蝕程度具有強(qiáng)相關(guān)性，這一證據(jù)表明酸性含烴流體與巖石發(fā)生相互作用并產(chǎn)生次生孔隙。油田水所含有機(jī)酸主要以乙酸為主，處于排酸高峰時(shí)期的油田水pH值可達(dá)3.8～6[29]。前人研究表明，有機(jī)酸溶蝕鋁硅酸鹽巖速率慢，為了加快反應(yīng)速率，減少反應(yīng)時(shí)間，本次實(shí)驗(yàn)用純乙酸試劑和去離子水配置成質(zhì)量濃度為2%、pH值約為2.4的強(qiáng)乙酸溶液，以縮短實(shí)驗(yàn)周期。前人研究表明，壓力對(duì)有機(jī)酸溶蝕硅酸鹽巖的影響較小[30]，因此此次實(shí)驗(yàn)采用恒定壓力10 MPa。設(shè)計(jì)了2 種流體連續(xù)流動(dòng)的開放體系溶蝕模擬方案（表2）：①針對(duì)砂礫巖溶蝕增孔效率，孔隙結(jié)構(gòu)變化特征；實(shí)驗(yàn)過程為同一樣品（AH1 井，3 855.6 m），固定溫壓條件下進(jìn)行酸蝕實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)前后礦物形貌、物性、孔隙結(jié)構(gòu)變化特征。反應(yīng)流體為濃度2%乙酸溶液，流體流速為1 mL/min，實(shí)驗(yàn)溫度120 ℃，壓力10 MPa，反應(yīng)時(shí)間共計(jì)23 h。②針對(duì)溫度、泥質(zhì)含量對(duì)長(zhǎng)石溶蝕的影響；取兩塊泥質(zhì)含量不同的樣品（AH1井，3 854.2 m，M18井3 856.5 m）進(jìn)行變溫度下的酸蝕實(shí)驗(yàn)，對(duì)比長(zhǎng)石溶蝕量的大小。反應(yīng)流體為濃度2%乙酸溶液，流體流速為1 mL/min，實(shí)驗(yàn)溫度分別為80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃，壓力恒定為10 MPa，反應(yīng)時(shí)間為每個(gè)溫度點(diǎn)2 h。

表2 高溫高壓溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)表Table 2 Design table of dissolution experimental conditions at high temperatures and pressures

圖5 瑪西斜坡區(qū)百口泉組鑄體薄片長(zhǎng)石溶蝕特征（a）AH1井，3 859.75 m，T1b1，砂礫巖；（b）M18井，3 873.33 m，T1b2，砂礫巖Fig.5 Thin section showing features of feldspar dissolution, Baikouquan Formation, western slope of the Mahu Sag

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)①結(jié)果

初始孔隙度8.43%，滲透率11.89×10-3μm2的砂礫巖樣品在開放體系下，受1 mL/min、2%質(zhì)量濃度的乙酸溶蝕23 h 之后，孔隙度增至9.00%，滲透率增至16.19×10-3μm2，孔隙度增長(zhǎng)了0.57%，滲透率增長(zhǎng)了4.30×10-3μm2。利用掃描電鏡對(duì)反應(yīng)前后礦物表面進(jìn)行原位對(duì)比發(fā)現(xiàn)，溶蝕前長(zhǎng)石礦物表面較平坦，無明顯的溶蝕孔洞（圖6a，b），溶蝕后長(zhǎng)石礦物表面形成若干微小的溶蝕孔隙（圖6c），且部分粒間孔隙被溶蝕增大（圖6d）。根據(jù)反應(yīng)前后柱塞樣品CT 掃描數(shù)據(jù)，溶蝕反應(yīng)有效地?cái)U(kuò)展了部分粒間孔和儲(chǔ)層喉道（圖7a，b），儲(chǔ)層連通孔隙體積由溶蝕前37.82%增至41.97%（圖7c，d），平均孔隙半徑由溶蝕前的18.6μm 增至19.2μm，平均喉道半徑也由溶蝕前的12.58μm增至13μm，并且溶蝕作用對(duì)小孔隙和小喉道改善明顯（圖8）。

圖6 反應(yīng)前后樣品表面形態(tài)掃描電鏡照片F(xiàn)ig.6 Microscopic morphology of sample surfaces before and after dissolution experiments

圖7 溶蝕反應(yīng)前后樣品孔隙結(jié)構(gòu)CT 掃描Fig.7 CT scan images of samples before and after dissolution experiments, showing pore structure changes

3.2 實(shí)驗(yàn)②結(jié)果

一組低泥質(zhì)含量和一組高泥質(zhì)含量砂礫巖在變溫度、10 MPa 壓力開放體系下，受到1 mL/min 流速、2%質(zhì)量濃度的乙酸溶蝕，每個(gè)溫度點(diǎn)反應(yīng)2 h，采集到的生成液中檢測(cè)出Ca2+、Mg2+、Si4+、Al3+、Na+、K+離子（表3），建立各離子濃度隨溫度變化圖（圖9）?？梢钥吹诫S著反應(yīng)溫度的升高，除低泥質(zhì)樣品Al3+濃度先增加后降低之外，二組樣品反應(yīng)溶液中Si4+、Na+、K+離子濃度均增加。Mg2+表現(xiàn)為隨著反應(yīng)溫度升高濃度持續(xù)降低，Ca2+則表現(xiàn)為隨著反應(yīng)溫度升高濃度先降低后升高。低泥質(zhì)樣品溶蝕生成液中Al3+、Si4+、K+、Na+均明顯高于高泥質(zhì)樣品。

圖9 高泥質(zhì)樣品和低泥質(zhì)樣品溶蝕生成液陽離子濃度隨反應(yīng)溫度變化曲線Fig.9 Variation in cationic concentration with reaction temperature of dissolution solution for samples with high and low matrix contents

表3 不同泥質(zhì)含量樣品不同溫度下溶蝕生成液中主要陽離子濃度表Table 3 Concentrations of main cations in dissolution solution for experiments at different temperatures on samples with different matrices

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

實(shí)驗(yàn)①開放體系下的有機(jī)酸溶蝕作用可以有效改善儲(chǔ)層物性，從礦物形貌看，溶蝕后礦物表面未出現(xiàn)伴生沉淀物；從孔隙度、滲透率的增長(zhǎng)率來看，實(shí)驗(yàn)后孔隙度增加了0.57%，增長(zhǎng)率為6.7%，滲透率增加了4.30×10-3μm2，增長(zhǎng)率為36.2%，可以發(fā)現(xiàn)溶蝕作用不僅增加儲(chǔ)層孔隙度，對(duì)滲透率的改善更加重要。前人有研究提到，溶孔用主要增加儲(chǔ)層孔隙度，對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)不大[31]，本次研究由溶蝕前后的CT孔喉分布頻率可以看出（圖8），溶蝕作用對(duì)半徑10μm左右的小孔隙和小喉道改善最為明顯，溶蝕后這部分孔隙和喉道頻率明顯增加，有效改善了儲(chǔ)層的滲流性能。

圖8 溶蝕反應(yīng)前后樣品CT 孔隙半徑和喉道半徑分布圖Fig.8 Distribution of pore radius and throat radius of samples before and after dissolution experiments

實(shí)驗(yàn)①是在開放體系下進(jìn)行的，有關(guān)成巖地球化學(xué)體系的開放/封閉性是次生孔隙研究中的熱點(diǎn)話題[11,13]，這關(guān)系到溶蝕產(chǎn)物的分配。在封閉的地球化學(xué)系統(tǒng)下，溶蝕沉淀物會(huì)在原地沉淀，對(duì)儲(chǔ)層物性改善意義不大，若地球化學(xué)系統(tǒng)是開放的，溶蝕沉淀物可以被持續(xù)地帶出體系，儲(chǔ)層物性可得到有效改善。前文所述，地層水證據(jù)表明瑪西斜坡區(qū)百口泉組處于開放的成巖系統(tǒng)。巖礦研究表明，瑪西斜坡區(qū)百口泉組黏土礦物以伊蒙混層和伊利石為主，高嶺石不占主導(dǎo)（圖10），而高嶺石是長(zhǎng)石溶蝕的直接產(chǎn)物，在低于130 ℃的條件下，高嶺石也不會(huì)大量轉(zhuǎn)化為伊利石，富長(zhǎng)石溶孔貧高嶺石的特征恰恰說明高嶺石在開放的成巖體系下被帶離了成巖體系。通過鑄體薄片鑒定，瑪西斜坡區(qū)百口泉組長(zhǎng)石溶孔面孔率可達(dá)1.5%～4%，而高嶺石和石英的含量普遍小于0.5%，與長(zhǎng)石溶孔量嚴(yán)重不匹配，也表明長(zhǎng)石溶蝕產(chǎn)物被有效地帶出了成巖體系。而深部有機(jī)酸運(yùn)移以及開放成巖條件極可能受斷裂和不整合面的綜合影響。根據(jù)瑪西斜坡區(qū)油藏剖面圖，侏羅系和二疊三疊系發(fā)育印支期和燕山期兩期斷裂體系，其呈階梯狀，配合二疊—三疊系以及三疊—侏羅系兩期大的區(qū)域不整合面，將來自二疊系的油氣接力輸送到淺層三疊系和侏羅系成藏（圖11）。這種階梯斷裂結(jié)合不整合面形成了有效的流體運(yùn)移通道，是深部存在開放成巖系統(tǒng)的主要原因。

圖10 M18 井百口泉組黏土X 衍射含量直方圖Fig.10 Different clay contents by XRD for M18 well,Baikouquan Formation

圖11 瑪西斜坡區(qū)油藏剖面圖Fig.11 Oil reservoir profile in the western slope of the Mahu Sag

實(shí)驗(yàn)②中溶蝕生成液中Al3+、Si4+、K+、Na+、Ca2+離子的析出是鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石溶蝕的直接證據(jù)，且Na+和Ca2+濃度較高，反應(yīng)斜長(zhǎng)石溶蝕更多，該反應(yīng)機(jī)理方程式如下：

隨著溫度的升高，Al3+、Si4+、Na+、K+離子濃度均增加（圖9a～d），反映溫度越高越有利于長(zhǎng)石的溶蝕，這主要受化學(xué)熱力學(xué)的控制，長(zhǎng)石溶蝕是吸熱反應(yīng)，溫度越高越有利于化學(xué)反應(yīng)向正向進(jìn)行[16]。低泥雜基樣品溶蝕生成液中Al3+濃度在120 ℃和140 ℃的下降可能是由于有機(jī)酸根與Al3+形成了絡(luò)合鋁酸根[20]。Mg2+和部分Ca2+則來自于碳酸鹽膠結(jié)物，隨著反應(yīng)溫度升高和反應(yīng)時(shí)間的持續(xù)，Mg2+濃度持續(xù)下降（圖9e），這可能受兩方面影響：一是隨著溶蝕反應(yīng)的進(jìn)行，樣品中碳酸鹽膠結(jié)物量降低，二是碳酸鹽溶蝕反應(yīng)是吸熱反應(yīng)[30]，溫度越高越不利于反應(yīng)的進(jìn)行。而Ca2+離子濃度先下降后上升（圖9f），則表明隨著溫度升高和反應(yīng)的持續(xù)，斜長(zhǎng)石溶蝕逐漸成為生成液中Ca2+的主要來源。從低泥質(zhì)和高泥質(zhì)兩組樣品溶蝕生成液離子濃度看，低泥質(zhì)樣品溶蝕生成液中Al3+、Si4+、K+、Na+均明顯高于高泥質(zhì)樣品，這表明低泥質(zhì)含量的儲(chǔ)層更有利于溶蝕作用的進(jìn)行。而高泥質(zhì)樣品溶蝕生成液Mg2+、Ca2+更高則主要是由于含有更多碳酸鹽膠結(jié)物。

5 油氣勘探意義

由高溫高壓內(nèi)部溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)可知，開放體系下，有機(jī)酸可以有效溶蝕儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石礦物，其不僅能改善儲(chǔ)層孔隙度，還能增加儲(chǔ)層中小孔隙和小喉道的數(shù)量，有效提高儲(chǔ)層滲透率。溫度越高長(zhǎng)石溶蝕量越大，因此對(duì)于深部?jī)?chǔ)層而言，地層溫度高，有利于長(zhǎng)石溶蝕，此外，低泥質(zhì)含量砂礫巖長(zhǎng)石溶蝕量越大。由瑪湖凹陷不同相帶泥質(zhì)含量和滲透率交會(huì)圖可知（圖12），扇三角外前緣砂礫巖泥質(zhì)含量通常小于5%，內(nèi)前緣砂礫巖泥質(zhì)含量為5%～8%，平原相砂礫巖泥質(zhì)含量通常大于8%。根據(jù)泥質(zhì)含量將這三類砂礫巖分別稱為貧泥砂礫巖、含泥砂礫巖和富泥砂礫巖。根據(jù)泥質(zhì)含量和滲透率交會(huì)圖，結(jié)合溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)可知，貧泥砂礫巖原始滲透性較好，有利于酸性流體的滲流，水巖反應(yīng)更加充分，長(zhǎng)石溶蝕效率更高。由瑪湖凹陷百口泉組孔隙度—深度圖可知（圖13），貧泥砂礫巖和含泥砂礫巖在3 500 m 以下存在次生孔隙帶，貧泥砂礫巖溶蝕增孔量最高可達(dá)5%，而富泥砂礫巖幾乎不發(fā)育次生孔隙帶。現(xiàn)階段，百口泉組油氣勘探從斜坡區(qū)走向凹陷區(qū)，儲(chǔ)層埋深加大、地溫升高、壓實(shí)作用更強(qiáng)，是否發(fā)育有利儲(chǔ)層是勘探面臨的關(guān)鍵問題。根據(jù)上述模擬實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)結(jié)合實(shí)際的孔隙度—深度演化模型，凹陷區(qū)扇三角洲外前緣水下分流河道貧泥砂礫巖有利于溶蝕孔隙的形成，埋深超過4 000 m 也發(fā)育溶孔型儲(chǔ)層，下一步可將凹陷區(qū)作為尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利領(lǐng)域，這一認(rèn)識(shí)提升了百口泉組深部?jī)?chǔ)層的油氣勘探價(jià)值。

圖12 瑪湖凹陷不同相帶砂礫巖泥雜基含量和滲透率交會(huì)圖Fig.12 Permeability vs. matrix of conglomerate deposited in different sedimentary facies in Mahu Sag

圖13 瑪湖凹陷百口泉組三類砂礫巖孔隙度—深度圖Fig.13 Depth vs. porosity of three types of conglomerate in Baikouquan Formation, Mahu Sag

6 結(jié)論

（1）開放體系高溫高壓條件下，有機(jī)酸溶蝕砂礫巖中長(zhǎng)石組分可以有效提高儲(chǔ)層孔隙度以及滲透率，溶蝕作用顯著增加半徑10μm 左右的小孔隙和小喉道，對(duì)滲透率的改善效果尤為顯著。

（2）有機(jī)酸溶蝕模擬生成液中的陽離子（Al3+、Si4+、Na+、K+、Ca2+）表明斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕，并且溫度越高，泥質(zhì)含量越低，長(zhǎng)石溶蝕量越大。

（3）斜坡區(qū)百口泉組扇三角洲外前緣水下分流河道貧泥砂礫巖泥質(zhì)含量低、地溫高，有利于長(zhǎng)石溶蝕，埋深超過4 000 m 仍發(fā)育相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，是尋找溶孔儲(chǔ)層的有利領(lǐng)域。