何 周 史基安 唐 勇 丁 超 張順存

(1.新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū) 新疆克拉瑪依 834000;2.中國科學院油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 3.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

準噶爾盆地西北緣二疊系碎屑巖儲層成巖相與成巖演化研究①

何 周1史基安2唐 勇3丁 超1張順存2

(1.新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū) 新疆克拉瑪依 834000;2.中國科學院油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 3.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

西北緣克百地區(qū)二疊系砂礫巖儲層是準噶爾盆地最重要的油藏儲集巖之一。運用偏光顯微鏡在對碎屑巖儲層的成巖作用、自生礦物及孔隙特征詳細觀察的基礎(chǔ)上,結(jié)合掃描電鏡、孔滲測試及測井、錄井資料的分析,對該區(qū)二疊系砂礫巖儲層的巖石類型和成巖作用進行了研究,指出壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用是影響該類儲層物性的主要成巖作用。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合成巖作用和成巖階段的研究,劃分出了7個成巖相:1)高成熟強溶蝕相,2)高成熟強膠結(jié)相,3)高成熟中膠結(jié)中溶蝕相,4)高成熟弱壓實相,5)高成熟強壓實相,6)低成熟弱壓實相,7)低成熟強壓實相,并對各個成巖相的形成條件、成巖特征、成巖環(huán)境、成巖演化序列和成巖模式進行了歸納和總結(jié),對不同成巖相的砂礫巖儲集性能進行了分析,闡述了優(yōu)良儲層發(fā)育的主要成巖相帶及沉積相帶。

準噶爾盆地西北緣 二疊系碎屑巖 成巖作用 成巖相 儲集性能

0 前言

準噶爾盆地西北緣克百地區(qū)二疊系以碎屑巖為主,主要分布于克百斷裂下盤,在二疊系底部的佳木河組可見到少量的火山巖沉積。碎屑巖中砂礫巖(包括砂礫巖及細礫巖)含量較大,占總體含量的55%以上。該區(qū)儲層物性變化非常大,即使同一種巖性,其物性隨著沉積環(huán)境和成巖作用的不同,變化也較大。研究區(qū)儲層物性總體上比較差,以低孔、低滲儲層為主,也有一些地方的物性相對較好,屬于有利儲層發(fā)育區(qū)帶。研究表明該區(qū)以砂礫巖為主的碎屑巖儲層的儲集性能一方面受沉積相的控制,同時也明顯受到成巖作用的影響。研究區(qū)二疊系的沉積環(huán)境以扇三角洲為主,有利儲層往往發(fā)育于扇三角洲前緣沉積相帶,但這種沉積環(huán)境在縱向和橫向的變化較快,導致了儲層的非均質(zhì)性增強;加之不同沉積相帶和不同埋藏深度下,儲層的沉積成巖作用類型差別很大,對儲層的影響作用也不一樣,因此,有利儲層的預測難度很大。本文試圖通過對砂礫巖類碎屑巖儲層的沉積條件和成巖作用特征的深入研究,根據(jù)影響儲層物性的砂礫巖的形成條件(水動力條件)以及壓實、膠結(jié)和溶蝕等成巖作用的強度,對砂礫巖儲層的成巖相進行分類,在此基礎(chǔ)上,研究不同成巖相對砂礫巖儲層的控制作用,以期為優(yōu)質(zhì)儲層的預測及其發(fā)育狀況的研究提供借鑒。

1 概況

準噶爾盆地是我國西北大型含油氣盆地之一,盆地西北緣是新疆油田公司重要的油氣產(chǎn)區(qū),該區(qū)西北邊界為大型逆沖斷裂帶,從南西到北東,主要有紅-車斷裂帶、克-烏斷裂帶、烏-夏斷裂帶等大型斷裂帶[1-3]。本文的研究區(qū)是盆地西北緣克烏斷裂的南段克百斷裂下盤二疊系(圖1),該區(qū)自南向北分別分為白22井區(qū)、克89井區(qū)和百口泉井區(qū),本項研究所涉及的層位為二疊系的風城組、夏子街組和下烏爾禾組。

巖芯描述和錄井資料顯示,研究區(qū)二疊系儲集巖類有兩類巖石:一類是火山巖,分布較局限,主要見于二疊系底部的佳木河組;另一類則是以砂礫巖為主的碎屑巖類,其巖性主要為砂礫巖(除絕大多數(shù)為砂礫巖外,還包括少量細礫巖和砂質(zhì)礫巖),另見少量中礫巖?？税俚貐^(qū)二疊系礫巖非常發(fā)育,礫巖所占比例可達到70%～75%,部分地區(qū)甚至更高。其特征為:①礫巖中細礫巖和小礫巖所占比例較高;②部分灰綠色礫巖的結(jié)構(gòu)成熟度較高,礫石顆粒具有較好的分選性和磨圓度。棕紅色和紫紅色巖石的結(jié)構(gòu)成熟度較低、雜基含量往往較高;③礫巖中所夾的泥巖或砂巖較少,厚度較薄;④礫巖巖屑中火山巖類巖屑特別是凝灰?guī)r巖屑非常發(fā)育,統(tǒng)計結(jié)果顯示,砂礫巖中礫石成分眾多,其中凝灰?guī)r占60%,砂巖占10%,安山巖、霏細巖和流紋巖分別占9%、8%和7%[4]。

圖1 研究區(qū)二疊系井位及井區(qū)分布圖Fig.1 The distribution of Permian wells in the study area

2 成巖作用類型及特征

研究區(qū)二疊系砂礫巖經(jīng)受了較強的成巖作用改造,其中能反映其成巖階段或經(jīng)歷較高成巖溫度的特征有:①砂礫巖中含鐵方解石和自形白云石等晚期碳酸鹽巖自生礦物常見;、②不僅石英次生加大或硅質(zhì)膠結(jié)作用常見,而且許多火山巖巖屑受壓發(fā)生強烈變形或發(fā)生破裂;③自生沸石類礦物常見,許多沸石發(fā)生強烈溶蝕;④對砂礫巖碳酸鹽氧、碳穩(wěn)定同位素測定結(jié)果顯示,其形成溫度主要在70～90℃之間[5]。據(jù)此研究區(qū)的砂礫巖主要處于晚成巖A期成巖階段。

影響克百地區(qū)二疊系砂礫巖儲層物性的主要成巖作用為壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用,壓溶作用、交代作用和重結(jié)晶作用等對儲層物性影響較小。研究結(jié)果顯示,其中壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用與儲層物性的關(guān)系極其密切。壓實作用是儲層物性最主要的破壞作用;膠結(jié)作用一方面作為骨架支撐顆粒,抵御了部分壓實作用的影響,另一方面也成為堵塞儲層孔隙的物質(zhì);溶蝕作用不但在一定程度上提高了儲層的孔隙度,而且還連通了部分孔隙,增加了油氣運移的通道[6]。

(1)壓實作用

研究區(qū)二疊系處在克百斷裂下盤,埋藏較深,壓實作用對研究區(qū)砂礫巖儲層物性具有較強破壞作用。在顯微鏡下可觀察到的壓實現(xiàn)象有:塑性的云母碎片發(fā)生撓曲、一些泥巖巖屑擠壓變形、形成假雜基、剛性顆粒斷裂等。一般認為,壓實作用的最大深度為2 500 m[7,8]。由于研究區(qū)礫巖中含有較多的火山巖巖屑,其中部分火山巖巖屑如凝灰?guī)r巖屑、火山碎屑巖巖屑等在埋藏深度達到3 500 m以下時,在強壓實應(yīng)力作用下就會發(fā)生部分塑性變形,與周圍碎屑顆粒呈凹凸接觸,使砂礫巖中的粒間孔隙遭到進一步破壞,導致砂礫巖儲層物性急劇變差,這時砂礫巖的孔隙度一般小于10%,滲透率小于1 X10-3μm2。研究區(qū)砂礫巖儲層的壓實作用強度除了與埋藏深度有關(guān)外,還與巖石的成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度相關(guān)。當研究區(qū)二疊系砂礫巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低,火山巖及雜基含量較高時,抑制了碳酸鹽類等早期化學膠結(jié)作用的發(fā)育,加之泥質(zhì)雜基的潤滑作用,造成機械壓實作用對儲層物性的影響顯著增大(圖2)。

(2)膠結(jié)作用

顯微觀察和研究表明,研究區(qū)二疊系砂礫巖的膠結(jié)物類型多樣,常見的有硅質(zhì)(包括石英增生)、碳酸鹽類(包括方解石、含鐵方解石和白云石)、沸石類(主要為方沸石、片沸石和濁沸石)、自生黏土礦物(常見高嶺石、綠泥石和伊利石)和石膏等[9～12]。由于研究區(qū)砂礫巖沉積時,準噶爾二疊紀古湖泊環(huán)境為微咸水體,造成早成巖階段水介質(zhì)偏堿性,這有利于砂礫巖中早期方解石膠結(jié)物和沸石類膠結(jié)物的發(fā)育,雖然這些膠結(jié)物占據(jù)了砂礫巖的粒間孔隙,并對其物性條件產(chǎn)生一定負面影響,但是早期膠結(jié)物的支撐作用可大大減緩壓實作用對砂礫巖儲層粒間孔隙的破壞,當粒間孔隙水的地球化學性質(zhì)發(fā)生改變時,這些早期膠結(jié)物常發(fā)生溶蝕作用,可改善砂礫巖的儲集條件(圖3)。

圖2 研究區(qū)二疊系砂礫巖的壓實作用特征A。百101井,2 659.71 m,P2 x,砂礫巖的成熟度高,雜基含量少,壓實作用弱,粒間孔發(fā)育。B。白22井,4 293.0 m,P1 f,砂質(zhì)礫巖。雜基含量較高,泥質(zhì)膠結(jié),強烈壓實作用使火山巖巖屑發(fā)生塑性變形,粒間孔隙喪失殆盡。Fig.2 The characteristics of the compacted Permian sandy conglomeratesA.Well Bai101,2659.71m,P2 x,conglomerateswith high degree ofmaturity and low degree of the content ofmatrix,less cementation,develops intergranular pores;B.Well Bai22,4 293.0 m,P1 f,sandy conglomerates with high degree of the content ofmatrix,severe compaction andshale cementation result in plastic deformation taking place in lithic fragmentswith the intergranular pores completely filled。

圖3 研究區(qū)二疊系砂礫巖膠結(jié)作用特征A。百101井,2659.71m,P2 x,砂礫巖的結(jié)構(gòu)成熟度較高,雜基含量非常少,早期鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育,壓實作用較弱。B?？?6井,3211.27m,P1 f,灰色砂質(zhì)礫巖?？梢姺浇馐桶自剖瘍善谔妓猁}膠結(jié)物Fig.3 The characteristics of the compacted Permian sandy conglomeratesA.Well Bai101,2659.71m,P2 x,conglomerates with high degree of texturematurity and low degree of the content ofmatrix.the early calcareous cementation is developed.the compaction is weak;B.Well Ke 86,3211.27m,P1 f, grey sandy conglomerateswhich can be seen two kinds of carbonate cement:calcite and dolomite。

圖4 研究區(qū)二疊系儲層中溶蝕作用特征A。百56井,3 344.75 m,P1 f,礫巖中早期泥晶方解石膠結(jié)物已發(fā)生強烈溶蝕作用;B。百烏7井,2 667.50 m,P2 x,油浸礫巖中沸石膠結(jié)物溶蝕特征Fig.4 The characteristics of the dissolved Permian sandy conglomeratesA.Well Bai56,3 344.75 m,P1 f,the earlymicritic calcite in conglomerates which had severe corroding effect; B.Well Baiwu 7,2 667.50 m,P2 x,the dissolution characteristics of laumontite cement in conglomerateswhich is oil immersion

(3)溶蝕作用

在研究區(qū),這種溶蝕作用對砂礫巖儲層的各種組分的溶解程度是不同的。主要表現(xiàn)在各種易溶的砂礫巖組分發(fā)生部分溶解、甚至全部溶解,并形成多種類型的次生孔隙,因而對砂礫巖的儲集性能有較大的改善作用[6,10～13]。溶蝕作用的發(fā)生必須具備三個前提條件:①充足的酸性流體;②砂巖中有一定量的可溶組分;③可供酸性流體運移的通道。微觀研究表明,研究區(qū)碎屑巖中可供溶蝕的組分非常豐富,常發(fā)生的溶蝕作用有:①碎屑顆粒的溶蝕作用,主要是凝灰?guī)r、安山巖、霏細巖等火山巖碎屑發(fā)生溶蝕形成各種黏土礦物;②膠結(jié)物的溶蝕作用,主要為早期碳酸鹽膠結(jié)物和沸石類(片沸石、方沸石和濁沸石等)膠結(jié)物及少量長石質(zhì)膠結(jié)物發(fā)生溶蝕;③雜基的溶蝕作用,主要是長石質(zhì)或碳酸鹽巖類等易容物質(zhì)為主的粗雜基發(fā)生溶蝕作用(圖4)。

3 成巖相的劃分

3.1 成巖相劃分方案

由于儲集巖的成巖作用是沉積環(huán)境的繼續(xù)和發(fā)展,沉積環(huán)境必然對儲集巖的成巖作用產(chǎn)生巨大影響。而成巖相是在成巖與構(gòu)造等作用下,沉積物經(jīng)歷一定成巖作用和演化階段的產(chǎn)物,包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)、孔洞縫等綜合特征。它反映的是不同成巖環(huán)境和成巖礦物的組合特征,是由成巖作用組合特征所決定的。某類成巖相時空分布的范圍稱為成巖相區(qū)。成巖相可以根據(jù)成巖環(huán)境和成巖類型來劃分[14,15]。

前已述及,沉積環(huán)境在宏觀上控制著克百地區(qū)砂礫巖儲層的物性條件,其中最重要的影響機理是:不同的沉積環(huán)境由于其水動力條件不同,造成砂礫巖的磨圓度、分選性和雜基含量的差異,從而導致結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度的差異,這不僅產(chǎn)生了砂礫巖的原生孔隙度的差別,更重要的是其中雜基含量對砂礫巖在成巖過程中發(fā)生的壓實、膠結(jié)和溶蝕等成巖作用產(chǎn)生了巨大影響。因此,根據(jù)對克百地區(qū)二疊系砂礫巖的沉積和成巖作用與儲集性相關(guān)性的研究,可以歸納出:砂礫巖中的雜基含量、壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用是決定砂礫巖儲層物性最重要的因素,這也是研究區(qū)二疊系砂礫巖儲層的成巖相帶劃分的基本因素。

根據(jù)砂礫巖中雜基含量的多少(以10%為界),將砂礫巖分為高成熟和低成熟兩類(雜基含量低于10%的砂礫巖為高成熟砂礫巖,亦即有較高的結(jié)構(gòu)成熟度和較高的成分成熟度,雜基含量高于10%的砂礫巖為低成熟砂礫巖,其結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度都較低),再根據(jù)壓實作用的強弱(主要根據(jù)碎屑顆粒接觸強度和半塑性的火山巖巖屑是否變形來確定)分為強壓實和弱壓實兩類。通常情況下,經(jīng)受強壓實的砂礫巖中,膠結(jié)作用一般都較弱,因此溶蝕作用也不發(fā)育,也就是說強壓實砂礫巖中不存在發(fā)育中等以上程度的膠結(jié)和溶蝕作用的條件,因此不再對該類砂礫巖儲層進行細分。而低成熟(雜基含量高于10%)分為強壓實和弱壓實兩類成巖相,其中弱壓實成巖相的砂礫巖,雖還保留一定的孔隙,但其孔徑和喉道都極細,也不存在發(fā)育中等以上程度膠結(jié)和溶蝕作用的條件,因此這類砂礫巖儲層也不再細分。剩下的就是高成熟度中壓實和弱壓實的砂礫巖,這類砂礫巖由于其原生孔隙度較高,其成巖特征和物性條件多變,表現(xiàn)出它所經(jīng)受的成巖環(huán)境和成巖序列多樣,歸納起來主要有四類:弱壓實類,其中膠結(jié)作用和溶蝕作用都不突出;強溶蝕類,溶蝕作用非常發(fā)育;強膠結(jié)類,膠結(jié)和交代作用非常發(fā)育,膠結(jié)物含量超過10%;中等膠結(jié)和中溶蝕類,膠結(jié)作用和溶蝕作用既不強也不弱。

這樣就將克百地區(qū)二疊系砂礫巖分為以下7個成巖相,并對研究區(qū)風城組和夏子街組各段的成巖相平面分布進行了研究:1)高成熟強溶蝕相;2)高成熟強膠結(jié)相;3)高成熟中膠結(jié)中溶蝕相;4)高成熟弱壓實相;5)高成熟強壓實相;6)低成熟弱壓實相;7)低成熟強壓實相。

3.2 各類成巖相的發(fā)育條件及特征

(1)能高成熟強溶蝕相

1 )形成條件:碎屑顆粒經(jīng)過較充分的淘洗;早期膠結(jié)作用較發(fā)育;酸性流體大量侵入;溶解物質(zhì)大部分被帶出;晚期膠結(jié)作用較弱。2)成巖特征:碎屑顆粒表面較干凈,粒間雜基含量低;早期膠結(jié)作用較發(fā)育,碎屑顆粒之間碳酸鹽、沸石等易溶膠結(jié)物發(fā)育;酸性環(huán)境下不穩(wěn)定的沸石類礦物、碳酸鹽礦物強烈溶蝕;自生黏土礦物較少。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選較好,原生粒間孔隙發(fā)育;溶蝕孔隙主要為粒間溶蝕擴大孔;孔隙喉道較粗,溶蝕物質(zhì)不易沉淀。4)代表井:百烏18井、百101井、檢烏7井等。

(2)高成熟強膠結(jié)相

1 )形成條件:碎屑顆粒經(jīng)過較充分的淘洗;早期膠結(jié)作用非常發(fā)育;酸性流體侵入很少;溶蝕作用不發(fā)育;晚期孔隙水為強堿性。2)成巖特征:碎屑顆粒表面較干凈,粒間雜基含量低;早期方解石膠結(jié)作用非常發(fā)育;壓實作用較弱;溶蝕作用不發(fā)育,自生黏土礦物較少;發(fā)育強烈的晚期碳酸鹽膠結(jié)交代作用。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選中等,原生粒間孔隙較發(fā)育;原生孔隙大都被早期膠結(jié)物所充填;孔隙喉道較細,孔隙水流動不暢;晚期膠結(jié)物使孔隙喪失殆盡。4)代表井:白22井、克202井、克89井等。

(3)高成熟中膠結(jié)中溶蝕相

1 )形成條件:碎屑顆粒經(jīng)過一定的淘洗;中期沸石類膠結(jié)作用較發(fā)育;有酸性流體大量侵入;溶蝕作用較發(fā)育;晚期孔隙水為堿性,造成碳酸鹽礦物沉淀。2)成巖特征:碎屑顆粒間雜基含量較低;中期沸石類膠結(jié)作用非常發(fā)育;沸石類溶蝕作用較發(fā)育,自生黏土礦物較常見;晚期碳酸鹽膠結(jié)交代作用較發(fā)育。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選中等,原生粒間孔隙較發(fā)育;粒間孔大都被沸石類膠結(jié)物所充填;孔隙喉道中等,自生黏土礦物常見;晚期膠結(jié)物使孔隙損失較大。4)代表井:白22井、檢烏7井、百101井等。

(4)高成熟弱壓實相

1 )形成條件:碎屑顆粒經(jīng)過充分淘洗;早期膠結(jié)作用較發(fā)育,中期膠結(jié)物較多;有酸性流體大量侵入,溶蝕作用較發(fā)育;埋藏深度不大,晚期孔隙水性質(zhì)變化不大;晚期自生礦物罕見。2)成巖特征:碎屑顆粒間雜基含量很低;早期和中期碳酸鹽及沸石類礦物膠結(jié)作用較發(fā)育;溶蝕作用較發(fā)育,自生黏土礦物較少;埋深較淺,壓實作用較弱;晚期膠結(jié)作用不發(fā)育。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選好,原生粒間孔隙發(fā)育;部分粒間孔被易溶膠結(jié)物所充填;孔隙喉道較大,自生黏土礦物罕見;埋藏較淺,晚期膠結(jié)物罕見。4)代表井:百烏18井、百101井、412井等。

(5)高成熟強壓實相

1 )形成條件:碎屑顆粒經(jīng)過充分淘洗;早期和中期膠結(jié)作用不很發(fā)育;少量酸性流體侵入,溶蝕作用不發(fā)育;埋藏深度較大,晚期孔隙水性質(zhì)變化不大;晚期自生礦物罕見。2)成巖特征:碎屑顆粒間雜基含量較低;早期和中期碳酸鹽及沸石類礦物膠結(jié)作用不發(fā)育;溶蝕作用不發(fā)育,自生黏土礦物較少;埋深較大,壓實作用強烈,半塑性顆粒變形明顯;晚期膠結(jié)作用不發(fā)育。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選好,原生粒間孔隙發(fā)育;壓實作用使大部分粒間孔喪失;孔隙喉道較細,自生黏土礦物罕見;埋藏較深,晚期膠結(jié)物較少。4)代表井:克87井、檢烏9井、克202井、百56井等。

(6)低成熟弱壓實相

1 )形成條件:沉積時水動力穩(wěn)定性差,碎屑顆粒未經(jīng)過淘洗;早期和中期膠結(jié)作用不很發(fā)育;溶蝕作用不發(fā)育;埋藏深度不大,壓實作用不是很強;晚期自生礦物罕見。2)成巖特征:碎屑顆粒分選差,雜基含量高;早期和中期碳酸鹽及沸石類礦物膠結(jié)作用不發(fā)育;溶蝕作用不發(fā)育,自生黏土礦物較少;埋深較淺,壓實作用不是很強;晚期膠結(jié)作用不發(fā)育。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選差,原生粒間孔隙低;壓實作用是粒間孔喪失的最主要原因;孔隙喉道較細,自生黏土礦物罕見;埋藏較淺,晚期膠結(jié)物對儲層孔隙度影響較小。4)代表井:百56井、百烏18井、412井等。

(7)低成熟強壓實相

1 )形成條件:沉積時水動力穩(wěn)定性差,碎屑顆粒未經(jīng)過淘洗;早期和中期膠結(jié)作用不很發(fā)育;溶蝕作用不發(fā)育;埋藏深度大,壓實作用強烈;晚期自生礦物罕見。2)成巖特征:碎屑顆粒分選差,雜基含量高;早期和中期碳酸鹽及沸石類礦物膠結(jié)作用不發(fā)育;溶蝕作用不發(fā)育,自生黏土礦物較少;埋深較大,壓實作用使半塑性碎屑顆粒發(fā)生變形;晚期膠結(jié)作用不發(fā)育。3)儲層孔喉特征:碎屑顆粒分選差,原生粒間孔隙少;壓實作用是粒間孔喪失的最主要原因;孔隙喉道較細,自生黏土礦物罕見;埋藏較大,半塑性顆粒變形使儲層孔隙喪失殆盡。4)代表井:克202井、檢烏3井、百60井、克89井等。

4 成巖序列和孔隙演化模式

4.1 成巖環(huán)境和成巖條件分析

準噶爾盆地西北緣二疊紀發(fā)育了多次抬升、沉降,經(jīng)歷了多個構(gòu)造、沉積旋回。構(gòu)造運動控制了沉積作用和火山作用的發(fā)生、發(fā)育頻率及分布[1～3]?？税俚貐^(qū)二疊系發(fā)育于前陸盆地晚期的盆地演化序列中,沉積序列受控于盆地邊緣斷裂的逆沖推覆體的活動頻率、周期、湖平面的升降變化以及沉積物的供給等參數(shù)。該地區(qū)二疊紀的沉積環(huán)境具有多物源、近物源、堆積快、變化大、水動力強和沉積水體深度變化大等特點,這些沉積環(huán)境特征對該區(qū)粗粒碎屑巖成巖作用產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在:

(1)機械壓實作用對原生孔隙破壞程度大。鏡下觀察和統(tǒng)計表明,受壓實作用損失的原生孔隙基本在20%左右,部分樣品可達30%以上,經(jīng)受強烈壓實作用后砂礫巖的剩余原生孔隙度一般只有10%左右,所以研究區(qū)二疊系砂礫巖儲層普遍為低孔、低滲。該區(qū)二疊系儲集砂礫巖大多為近源砂體,具近物源、多物源、分選差、堆積快、變化快等特點,發(fā)育的沉積相主要為沖積扇、扇三角洲、辮狀河等相,這些近源砂體(特別是沖積扇、辮狀河河道等岸上沉積砂體)易受地表淡水影響,一般缺乏早期碳酸鹽膠結(jié)物,抗壓實能力較弱。玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r及火山碎屑巖是研究區(qū)二疊紀的主要沉積物源,因此二疊系砂礫巖中含有豐富的火山巖巖屑,特別是凝灰?guī)r和火山碎屑巖巖屑的抗壓實能力較弱,當埋藏深度超過4 000 m時,這類火山巖巖屑將發(fā)生半塑性變形,使剩余粒間孔隙喪失殆盡。

(2)膠結(jié)作用發(fā)育差異大、類型多、持續(xù)時間長。西北緣二疊系風城組等地層中發(fā)育有多層白云巖和白云巖化泥巖,說明西北緣的二疊系湖盆具有微咸水或半咸水的性質(zhì),由于咸水(鹽湖)盆地早期水介質(zhì)具有堿性特點,所以該地區(qū)的扇三角洲等水下沉積砂體中容易發(fā)育早期碳酸鹽膠結(jié)物(甚至硫酸鹽膠結(jié)物)。由于研究區(qū)碎屑巖中含有豐富的火山巖巖屑,這類巖屑在堿性水介質(zhì)條件下極易自生方沸石、片沸石和濁沸石等沸石類膠結(jié)物。此外,碎屑顆粒中長石和石英膠結(jié)(增生)也較常見。在成巖晚期(晚成巖階段B期),隨著砂礫巖中孔隙水地球化學環(huán)境的變化(pH值增大、CO2分壓的降低),含鐵方解石、白云石等晚期碳酸鹽膠結(jié)物將大量充填砂礫巖的殘余粒間孔隙中。

(3)沸石類和碳酸鹽類礦物的溶解可在砂礫巖儲層中形成大量次生孔隙,可顯著地改善其(特別是深部儲層)的儲集條件?？税俚貐^(qū)二疊系砂礫巖儲層的次生孔隙形成主要是在早成巖階段B期和晚成巖階段A期,在該時期由于瑪湖凹陷的二疊系湖相泥巖中含豐富的有機質(zhì),在其熱演化過程中,有機質(zhì)可以通過脫羧基作用生成一元、二元有機酸,并釋放出CO2和氮等組分,這些物質(zhì)可以溶入泥巖成巖演化過程中釋放出的壓實水和層間水中,并運移到砂礫巖的孔隙系統(tǒng)中,造成孔隙水的地球化學環(huán)境從弱堿性變?yōu)槿跛嵝?這時成巖早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物和沸石類礦物等易溶組分在酸性環(huán)境下就會發(fā)生強烈的溶蝕,形成次生孔隙發(fā)育帶。研究區(qū)二疊系次生孔隙發(fā)育帶砂礫巖的孔隙度基本都可達到10%以上,其中次生孔隙所占比例可達40%～60%。

4.2 成巖序列和成巖模式

通過以上對成巖作用的分析,在明確了克百地區(qū)二疊系的主要成巖作用特征與形成條件的基礎(chǔ)上,結(jié)合顯微鏡和掃描電鏡對研究區(qū)砂礫巖的自生礦物形成特征和相互關(guān)系的觀察與研究,建立了研究區(qū)二疊系各成巖相砂礫巖的成巖序列和成巖模式(圖5和圖6為高成熟中膠結(jié)中溶蝕相的成巖序列和成巖模式,其它各成巖相的圖略)。不同的成巖相,其成巖序列、成巖環(huán)境、成巖模式都不同,主要表現(xiàn)在早期不同含量的黏土雜基沉淀(高成熟的成巖相為少量黏土雜基)、早期不同含量的方解石膠結(jié)、早期不同含量的沸石類膠結(jié)、酸性流體侵入后碳酸鹽和沸石類膠結(jié)物(特別是沸石類膠結(jié)物)的不同程度的溶蝕、晚期自生礦物的沉淀、碳酸鹽類膠結(jié)物的膠結(jié)、交代等方面。由于篇幅所限,以下僅高成熟中膠結(jié)中溶蝕相成巖序列及成巖模式進行表述:

(1)高成熟中膠結(jié)中溶蝕相成巖序列:少量黏土雜基沉淀→早期方解石膠結(jié)→機械壓實→少量硅質(zhì)膠結(jié)→大量沸石類膠結(jié)→酸性流體侵入→部分沸石類礦物溶蝕→自生黏土礦物沉淀→晚期方解石膠結(jié)交代(圖5)。該成巖相的沉積環(huán)境介于高成熟強溶蝕相和高成熟強膠結(jié)相之間,因此其沉積時的水動力條件介于扇三角洲前緣水下分流河道與水下分流河道之間,該環(huán)境沉積的砂礫巖的結(jié)構(gòu)成熟度稍高,黏土雜基含量略低。早成巖期水介質(zhì)主要呈弱堿性至中性,因此早期方解石膠結(jié)物相對比較發(fā)育,早期方解石膠結(jié)物有效地抵御了機械壓實作用對原生孔隙的破壞,同時也為方沸石和片沸石等沸石類自生礦物的形成提供了空間,因此在晚成巖階段A期溶蝕作用也相對較發(fā)育,雖然在晚成巖B期有少量含鐵方解石和白云石等膠結(jié)物充填,但其孔隙度仍可保持在10%左右(圖5)。

(2)高成熟中膠結(jié)中溶蝕相砂礫巖由于早期方解石膠結(jié)物較發(fā)育,儲層物性受壓實作用損失的孔隙度并不是很大,一般為22%～28%,早期碳酸鹽膠結(jié)物含量通常大于5%(圖6),由于大量粒間孔隙得以保存,為沸石類自生礦物的發(fā)育創(chuàng)造了條件,并對期后溶蝕作用的發(fā)育創(chuàng)造了條件,因此該類砂礫巖在油氣成熟階段平均孔隙度可達15%左右,可能成為油氣運移的通道和聚集的主要場所,在成巖晚期雖有含鐵方解石和白云石的充填,但剩余原生孔隙和溶蝕孔隙的總和常在10%以上,因此該成巖相砂礫巖儲層的孔隙度常?？蛇_到10%以上(圖6)。

圖5 高成熟中膠結(jié)中溶蝕相成巖序列特征Fig.5 Parasequence of diagenesis and porosity evaluation of high mature-middle cementation-middle dissolution facies clastic rocks

圖6 高成熟中膠結(jié)中溶蝕相成巖模式Fig.6 The diageneticmodel of high mature-middle cementation-middle dissolution facies sandy conglomerate

5 成巖相分析在儲層評價和預測中的運用

油氣賦存于儲層中,儲層物性是決定儲層儲集性能及產(chǎn)能的主要因素。評價儲層物性的指標主要為孔隙度和滲透率?？紫缎缘暮脡闹苯記Q定巖層儲存油氣的數(shù)量,滲透性的好壞則控制了儲層內(nèi)所含油氣的產(chǎn)能。因此,在對油氣勘探目標區(qū)儲層進行評價和預測中,影響儲層物性的主控因素是最重要的分析因素。

前已述及,研究區(qū)的儲層主要是砂礫巖儲層,其儲集性能既與沉積相類型有關(guān),也與成巖作用存在密切的關(guān)系。本文在對砂礫巖儲層成巖相的劃分和研究中已經(jīng)考慮了沉積環(huán)境(水動力條件)對儲層成巖作用及物性特征的影響,因此運用成巖相可以有效地對該區(qū)不同層位砂礫巖儲層特征進行分析和預測。限于篇幅本文僅對研究區(qū)二疊系夏子街組(第二巖性段)的砂礫巖儲層成巖相分布特征及優(yōu)良儲層分布進行分析和預測。

圖7 研究區(qū)二疊系夏子街組二段成巖相圖Fig.7 The diagenetic facies of the secondmember in Xiazijie Formation of Permian in the study area

克百地區(qū)二疊系夏子街組砂礫巖儲層各段的物性明顯好于風城組,但總體上低孔、低滲類儲層仍占有絕大多數(shù),優(yōu)良儲層所占比例不到10%(表1)。砂礫巖儲層物性隨著埋藏深度的增加而明顯減少,當埋藏深度大于3 500 m時,由于壓實作用增強,碎屑顆粒出現(xiàn)線接觸和凸凹接觸,粒間孔隙急劇減少,造成孔隙度明顯下降,但在不同井區(qū),由于其成巖相帶,儲層的儲集性能也存在顯著差異。如研究區(qū)夏子街組二段,其中砂礫巖儲層物性最好的成巖相是高成熟強溶蝕相,主要發(fā)育于百口泉井區(qū)。高成熟弱壓實相的儲層物性比高成熟強溶蝕相的稍差,主要發(fā)育于白22井區(qū)和百口泉井區(qū)。而物性較好的成巖相是高成熟中膠結(jié)中溶蝕成巖相,在白22井區(qū)和百口泉井區(qū)的發(fā)育范圍都較大。結(jié)合夏子街組二段儲層的埋藏深度,該段中最有利的儲層發(fā)育區(qū)位于百口泉井區(qū)百烏7井、百烏1井、百烏8井一帶;有利儲層發(fā)育于白22井區(qū)805井、806井一帶及百口泉井區(qū)高成熟強溶蝕成巖相分布區(qū)的西北面百56井、百烏18井一帶;而較有利的儲層發(fā)育位于上述兩種成巖相分布區(qū)的外圍,如白22井區(qū)檢烏4井、白22井、檢烏7井、檢烏33井一線之西北地區(qū),百口泉井區(qū)高成熟強溶蝕成巖相分布區(qū)的東南面一帶(圖7)。

表1 克百地區(qū)二疊系夏子街組砂礫巖儲層物性分區(qū)統(tǒng)計Table1 The reservoirs properties of Xiazijie Formation sandy conglomerates in the study area

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)二疊系砂礫巖的儲集性能既與沉積環(huán)境存在密切的關(guān)系,也明顯受成巖作用所影響。研究表明,影響該區(qū)二疊系砂礫巖儲集性能的成巖作用類型主要是壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。

(2)在對研究區(qū)二疊系砂礫巖儲層的成巖相研究和分析中,在充分研究了影響砂礫巖儲層物性的沉積和成巖主控因素后,將其劃分為7個成巖相:①高成熟強溶蝕相;②高成熟強膠結(jié)相;③高成熟中膠結(jié)中溶蝕相;④高成熟弱壓實相;⑤高成熟強壓實相;⑥低成熟弱壓實相;⑦低成熟強壓實相。

(3)研究區(qū)二疊系砂礫巖7種成巖相具有不同的形成條件、成巖特征、成巖環(huán)境、成巖序列和成巖模式。運用成巖相可以有效地對該區(qū)不同層位砂礫巖儲層特征進行分析和預測。

References)

1 雷振宇,魯兵,蔚遠江,等。準噶爾盆地西北緣構(gòu)造演化與扇體形成和分布[J]。石油與天然氣地質(zhì),2005,26(1):86-91[Lei Zhenyu,Lu Bing,Wei Yuanjiang,et al.Tectonic evolution and development and distribution of fans on northwestern edge of Junggar Basin [J]。Oil&Gas Geology,2005,26(1):86-91]

2 王惠民,吳華,靳濤,等。準噶爾盆地西北緣油氣富集規(guī)律[J]。新疆地質(zhì),2005,23(3):278-282[Wang Huimin,Wu Hua,Jin Tao,et al.Rule of hydrocarbon accumulation in the northwest edge of Junggar Basin[J]。Xinjiang Geology,2005,23(3):278-282]

3 陶國亮,胡文瑄,張義杰,等。準噶爾盆地西北緣北西向橫斷裂與油氣成藏[J]。石油學報,2006,27(4):23-28[Tao Guoliang,Hu Wenxuan,Zhang Yijie,et al.NW-trending transverse faults and hydrocarbon accumulation in the northwestern margin of Junggar Basin[J]。Acta Petrolei Sinica,2006,27(4):23-28]

4 張順存,陳麗華,周新艷,等?？税贁嗔严卤P二疊系砂礫巖的沉積模式研究[J]。石油與天然氣地質(zhì),2009,30(6):740-746[Zhang Shuncun,Chen Lihua,Zhou Xinyan,et al.Sedimentary model of sandy conglomerate of Permian in the footwallof Kebai Fault[J]。Oil& Gas Geology,2009,30(6):740-746]

5 張順存,郭建鋼,劉巍,等?？税贁嗔严卤P二疊系砂礫巖中碳酸鹽膠結(jié)物的氧、碳穩(wěn)定同位素組成及形成環(huán)境分析[J]。新疆地質(zhì), 2009,27(4):359-363[Zhang Shuncun,Guo Jiangang,Liu Wei,et al.Carbon and oxygen stable isotopic composition of carbonate cementation in Permian rudite of the footwall of Kebai-Fault[J]。Xinjiang Geology,2009,27(4):359-363]

6 姜在興。沉積學[M]。北京:石油工業(yè)出版社,2003[Jiang Zaixing.Sedimentology[M]。Beijing:Petroleum Industry Press,2003]

7 鄒才能,侯連華,匡立春,等。準噶爾盆地西緣二疊-三疊系扇控成巖儲集相成因機理[J]。地質(zhì)科學,2007,42(3):587-601[Zou Caineng,Hou Lianhua,Kuang Lichun,et al.Genetic mechanism of diagenesis-reservoir facies of the fan-controlled Permo-triassic in the western margin of Junggar Basin[J]。Chinese Journal of Geology, 2007,42(3):587-601]

8 張福順,朱允輝,王芙蓉。準噶爾盆地腹部深埋儲層次生孔隙成因機理研究[J]。沉積學報,2008,26(3):469-478[Zhang Fushun,Zhu Yunhui,Wang Furong.Forming mechanism of secondary pores in deep burial reservoirs of Junggar Basin[J]。Acta Sedimentologica Sinica,2008,26(3):469-478]

9 何海清,晉慧娟。準噶爾盆地陸1井砂巖成巖作用及其對儲層的影響[J]。沉積學報,1991,9(4):69-77[He Haiqing,Jin Huijuan.Diagenesis of sandstone and its influence on reservoir property,Well Lu-1 of Luliang Uplift,Junggar Basin[J]。Acta Sedimentologica Sinica,1991,9(4):69-77]

10 黃思靜,黃培培,王慶東,等。膠結(jié)作用在深埋藏砂巖孔隙保存中的意義[J]。巖性油氣藏,2007,19(3):7-13[Huang Sijing, Huang Peipei,Wang Qingdong,etal.The significance of cementation in porosity preservation in deep-buried sandstones[J]。Lithologic Reservoirs,2007,19(3):7-13]

11 薛蓮花,史基安,晉慧娟。遼河盆地沙河街組砂巖中碳酸鹽膠結(jié)作用對孔隙演化控制機理研究[J]。沉積學報,1996,14(2): 102-109[Xue Lianhua,Shi Ji'an,Jin Huijuan.Study of controlling mechanism of carbonate cementation on porosity evolution in Lower Tertiary sandstones of the Liaohe Basin[J]。Acta Sedimentologica Sinica,1996,14(2):102-109]

12 羅靜蘭,張曉莉,張云翔,等。成巖作用對河流-三角洲相砂巖儲層物性演化的影響——以延長油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長2砂巖為例[J]。沉積學報,2001,19(4):541-547[Luo Jinglan,Zhang Xiaoli,Zhang Yunxiang,et al.The diagenetic impact on reservoirquality evolution of fluvial-deltaic sandstone:Taking an example from the Upper Triassic sandstones of Chang 2 Formation in the Yanchang oil field[J]。Acta Sedimentologica Sinica,2001,19(4):541-547]

13 茍迎春,李建齊,鄭紅軍,等。鄂爾多斯盆地富縣探區(qū)長6油層組成巖作用及其對物性的影響[J]。天然氣地球科學,2007,18 (3):360-364[Gou Yingchun,Li Jianqi,Zheng Hongjun,etal.Diagenesis of the Chang 6 Member,Upper Triassic,Fuxian Area of Ordos Basin[J]。Natural Gas Geoscience,2007,18(3):360-364]。

14 鄒才能,陶士振,周慧,等。成巖相的形成、分類與定量評價方法[J]。石油勘探與開發(fā),2008,35(5):526-540[Zou Caineng,Tao Shizhen,Zhou Hu,et al.Genesis,classification and evaluation method of diagenetic facies[J]。Petroleum Exploration and Development,2008,35(5):526-540]

15 張敏,王正允,王麗云,等。靖邊潛臺南部地區(qū)馬家溝組儲集巖的成巖作用及成巖相[J]。巖性油氣藏,2009,20(1):27-33 [Zhang Min,Wang Zhengyun,Wang Liyun,et al.Diagenesis and diagenetic facies of reservoir rocks of Majiagou Formation in southern Jingbian tableland,Ordos Basin[J]。Lithologic Reservoirs,2009,20 (1):27-33]

Characteristics of Diagenesis and Diagenetic Facies of Perm ian Clastic Reservoir in Northwest M argin of Junggar Basin

HE Zhou1SHIJi-an2TANG Yong3DING Chao1ZHANG Shun-cun2
(1.Fengcheng Field Operation District,Xinjiang Oilfield Com pany,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000; 2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000; 3.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Com pany,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000)

The Permian sandy conglomerates in Kebai area is one of themost important petroleum reservoir rocks in Junggar Basin.According to the result of the polarized microscope analysis of the diagenesis,authigenic mineral assemblage,pore characteristics of the clastic reservoir,and the study of scanning electron microscope(SEM),test of porosity and permeability,mud logging and well logging data,the type of rock and the diagenesis of Permian sandy conglomerates in the study area is studied.It suggests that the factors of influencing reservoir property in the study area are compaction,cementation and dissolution.In terms of the research on stage and characteristics of diagenesis, the Permian sandy conglomerate reservoirs in the study area are divided into seven diagenetic facies:1)highmaturestrong dissolution facies,2)highmature-strong cementation facies,3)highmature-middle cementation-middle dissolution facies,4)high mature-weak compression facies,5)high mature-strong compression facies,6)low matureweak compression facies,7)low mature-strong compression facies.Then,the conditions of diagenesis facies,the feature of diagenesis,the environment of diagenesis,model of diagenesis and evolutionary sequence of diagenesis are concluded and summarized.Furthermore,the reservoir properties of sandy conglomerate of different diagenesis facies is summarized.Themain lithofacies belt and sedimentary facies zone of high quality reservoir development zones is predicted and described.

the northwest edge of Junggar Basin;Permian clastic;diagenesis;diagenetic facies;reservoir properties

何周 男 1967年出生 高級工程師 石油地質(zhì)學 E-mail:hezhou@petrochina.com.cn

TE122.2

A

1000-0550(2011)06-1069-10

①國家科技重大專項(2008ZX05001-006)項目和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973項目)(編號:2011CB201104)資助。

2010-09-20;收修改稿日期:2010-11-11