陳 林，許 濤，張立寬，劉傳鵬，繆 灝

（1．勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000； 2．中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組毯砂成巖演化及其物性演化分析

陳 林1，許 濤1，張立寬2，劉傳鵬1，繆 灝1

（1．勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東東營 257000； 2．中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

通過儲層鏡下觀察分析，研究準(zhǔn)中1區(qū)塊三工河組二段毯砂儲層的微觀特征；根據(jù)自生礦物之間的交代關(guān)系及礦物的溶解—充填等現(xiàn)象，分析各成巖作用發(fā)生的先后順序；結(jié)合油氣充注史研究，建立儲層成巖演化序列與油氣充注的耦合關(guān)系，分析主成藏期毯砂的物性及其輸導(dǎo)能力．結(jié)果表明：該毯砂受成巖作用改造強(qiáng)烈，現(xiàn)今儲層物性整體以低孔低滲為主，孔隙類型主要為次生溶蝕孔，儲層經(jīng)歷多期溶解、多期膠結(jié)的過程，并伴隨多期油氣充注；在主成藏期，毯砂埋藏較淺，處于成巖早期，物性較好，可成為較好的橫向輸導(dǎo)層，在油源斷層較少的情況下，與各級斷層一起構(gòu)成斷—毯式輸導(dǎo)體系，使油氣得以大范圍輸導(dǎo)．

成巖演化；物性演化；準(zhǔn)噶爾盆地腹部；毯砂；三工河組；油氣充注

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地在侏羅紀(jì)時(shí)呈現(xiàn)盆大、水淺、坡小的湖盆背景，受北部烏爾禾、北西向克拉瑪依兩大物源體系控制，在準(zhǔn)中1區(qū)塊廣泛發(fā)育三角洲沉積［1—4］．其中，三工河組二段上亞段（J1s12）主要發(fā)育曲流河三角洲前緣沉積，地層呈“泥包砂”的沉積特征，砂體呈孤立狀分布，連通性較差；三工河組二段下亞段（J1s22）主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，廣泛發(fā)育一套縱向厚度大且相互疊置、橫向延伸范圍廣呈泛連通的“毯砂”［2，5］．該毯砂油氣顯示豐富，且多口探井見到工業(yè)油流，成為重點(diǎn)勘探目的層之一［6—7］．

該區(qū)油源主要為下部二疊系烴源巖［8］，油源斷層相對較少，垂向輸導(dǎo)性能差，油氣大范圍輸導(dǎo)成為評價(jià)該區(qū)勘探潛力的關(guān)鍵．張善文［9］提出塊狀砂體橫向運(yùn)移的概念，為該區(qū)油氣輸導(dǎo)的研究提供思路．在勘探過程中，于衛(wèi)星［10］提出該毯砂可成為較好的輸導(dǎo)層，對于油氣的輸導(dǎo)和成藏具有重要的意義，即J1s12發(fā)育的泛連通毯砂可成為一套重要的橫向輸導(dǎo)層，與深、淺斷層一起形成斷—毯式立體輸導(dǎo)體系，使沿少量油源斷層運(yùn)移到該毯砂上的油氣可以大范圍的橫向運(yùn)移，并沿著切穿毯砂的次級斷層運(yùn)移到更上部的層位成藏．然而，因目前埋藏較深，該毯砂受成巖作用改造強(qiáng)烈，現(xiàn)今物性整體以低孔低滲儲層為主，輸導(dǎo)能力有限，成藏期儲層物性及是否能夠成為較好的輸導(dǎo)層，一直未能得到證實(shí)．因此，研究該毯砂的成巖演化過程及與油氣充注的對應(yīng)關(guān)系，對于研究物性演化過程，分析儲層的致密化過程及在成藏關(guān)鍵期的物性特征，評價(jià)毯砂在成藏關(guān)鍵期的輸導(dǎo)能力、勘探潛力及研究油氣的成藏規(guī)律等具有重要的指導(dǎo)意義．

通過儲層鏡下觀察分析和油氣充注史研究，筆者建立成巖演化序列和油氣充注的對應(yīng)關(guān)系，明確成藏關(guān)鍵期儲層的成巖作用特征及其對物性的影響，初步確立成藏關(guān)鍵期該毯砂具有較好的物性特征，證實(shí)毯砂在成藏關(guān)鍵期的輸導(dǎo)能力．

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)塊構(gòu)造上位于中央拗陷帶的中西部，勘探面積約為3 600km2，主體位于盆1井西凹陷和昌吉凹陷北斜坡，處于生油凹陷區(qū)內(nèi)，資源潛力大．目前該區(qū)勘探程度相對較高，已完鉆探井26口，多口井獲得工業(yè)油流，探明石油地質(zhì)儲量2×107t，主要目的層侏羅系三工河組（J1s）具備形成大中型巖性、構(gòu)造—巖性油氣藏的地質(zhì)條件．根據(jù)沉積旋回特征，三工河組（J1s）自上而下分為3段：三工河組一段（J1s1）、二段（J1s2）和三段（J1s3），其中J1s2為主要的砂巖發(fā)育層系，成為研究區(qū)主要的勘探目的層，自上而下又細(xì)分為三工河組二段上亞段（J1s12）和三工河組二段下亞段（J1s22）砂組．

2 儲層特征

2．1 巖石學(xué)特征

J1s22毯砂在巖性上主要由厚層淺灰色中—細(xì)砂巖及粗砂巖、含礫粗砂巖構(gòu)成，夾有多層深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥礫巖．沉積組構(gòu)上以巖屑質(zhì)長石砂巖為主（見圖1），石英平均體積分?jǐn)?shù)為33．8%，長石平均體積分?jǐn)?shù)為20．2%，巖屑平均體積分?jǐn)?shù)為45．9%，以中酸性火山巖巖屑為主；其次為變質(zhì)巖巖屑及沉積巖巖屑．填隙物中雜基平均體積分?jǐn)?shù)為2．9%，膠結(jié)物平均體積分?jǐn)?shù)為6．6%，主要為碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、黏土礦物膠結(jié)物及少量鐵質(zhì)膠結(jié)物．另外，征沙村地區(qū)可見大量（硬）石膏膠結(jié)物．整體上該套儲層分選中等—偏好，顆粒磨圓以次棱角狀為主，粒間支撐方式以顆粒支撐為主，顆粒之間主要呈點(diǎn)—線接觸到線接觸；膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，可見基底式膠結(jié)．表明J1s12毯砂具有低成分成熟度、富含巖屑、雜基含量低和高結(jié)構(gòu)成熟度的巖石學(xué)特征．

2．2 儲集特征

J1s12毯砂孔隙度多分布在10%～15%之間，滲透率多分布在（0．1～50．0）×10—3μm2之間，整體屬于低孔低滲、超低滲儲層．通過鏡下觀察分析，儲集空間類型主要可見原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及少量裂縫，但整體以長石和碳酸鹽膠結(jié)物的次生溶蝕孔為主，其次為少量原生粒間孔．

圖1 準(zhǔn)中1區(qū)塊侏羅系三工河組二段下亞段毯砂儲層巖石組構(gòu)三角圖Fig．1 The J1s22sandstone ditrital composition of block 1of cen—tral Junggar basin

3 成巖作用特征

J1s12毯砂埋藏較深（3 300～5 500m），成巖階段相對較高［11］，壓實(shí)作用較強(qiáng)烈，顆粒以點(diǎn)—線接觸到線接觸為主，并可見凹凸接觸，膠結(jié)作用主要為碳酸鹽膠結(jié)，其次為硅質(zhì)膠結(jié)，表現(xiàn)為石英次生加大，并可見多期（見圖2（b）），黏土礦物主要見自生高嶺石．膠結(jié)物不僅充填原生粒間孔，也會充填在前期溶孔中（見圖2（a）），壓實(shí)作用和膠結(jié)物作用導(dǎo)致孔隙大量損失．交代作用普遍存在，類型多樣（見圖2（b）、（d）、（f）），不僅可見膠結(jié)物交代顆粒，也可見膠結(jié)物之間的相互交代；溶解作用主要為長石顆粒及碳酸鹽膠結(jié)物溶解（見圖2（a）），石英顆粒及其加大邊也發(fā)生溶解（見圖2（c）），也可見少量巖屑的溶解等．研究區(qū)J1s12毯砂成巖階段高，成巖作用強(qiáng)烈，儲層物性受成巖作用改造顯著．

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組二段成巖現(xiàn)象Fig．2 Main kinds of diagenetic phenomena in J1s2of block 1in central Junggar basin

4 成巖演化序列及其與油氣充注的耦合關(guān)系

根據(jù)巖石薄片中自生礦物間的交代關(guān)系及礦物間的溶解—充填等現(xiàn)象，分析各成巖作用發(fā)生的先后順序及期次，結(jié)合流體包裹體熒光資料及均一溫度，確定油氣充注期次及其與各成巖作用的對應(yīng)關(guān)系，建立成巖演化與油氣充注的耦合關(guān)系．

4．1 成巖演化序列

首先，分析礦物的溶解作用及礦物間的溶解—充填關(guān)系，可見長石顆粒發(fā)生溶蝕，溶蝕孔隙中部分被碳酸鹽膠結(jié)物所充填，且碳酸鹽膠結(jié)物也發(fā)生溶蝕（見圖2（a）），推斷長石溶蝕早于碳酸鹽膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕；也見到石英顆粒及其加大邊發(fā)生溶蝕，且溶蝕空間也被碳酸鹽膠結(jié)物充填（見圖2（c）、（d）），可判斷石英加大早于石英溶蝕和碳酸鹽膠結(jié)［12］．

其次，分析各自生礦物間的相互交代及充填關(guān)系，可見碳酸鹽膠結(jié)物交代石英加大邊或充填在Ⅱ期石英加大邊的外側(cè)（見圖2（b）），也可見石英加大充填在碳酸鹽膠結(jié)物的膠結(jié)剩余粒間孔中（見圖2（e）），說明至少存在三期石英加大，第Ⅰ、Ⅱ期加大早于碳酸鹽礦物的膠結(jié)，第Ⅲ期加大晚于碳酸鹽礦物的膠結(jié)的．在征沙村地區(qū)可見硬石膏膠結(jié)物交代石英加大邊及其被碳酸鹽膠結(jié)物膠結(jié)（見圖2（e）、（f）），說明硬石膏的膠結(jié)要早于碳酸鹽礦物的膠結(jié)．

因此，各成巖作用的先后順序可歸納為：長石溶解／Ⅰ期石英加大→Ⅱ期石英加大→石英溶蝕→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期石英加大／碳酸鹽膠結(jié)物溶解．

4．2 油氣充注與成巖演化的耦合關(guān)系

人們利用烴源巖熱演化、流體包裹體均一溫度等方法研究研究區(qū)油氣充注史［1，13—17］，認(rèn)為存在多期油氣充注，如李丕龍等認(rèn)為研究區(qū)J1s發(fā)生早、晚兩期油氣充注：第Ⅰ期與瀝青伴生的早期鹽水流體包裹體均一溫度為50～65℃，對應(yīng)油氣成藏時(shí)間為J2—K1；第Ⅱ期與烴類流體包裹體伴生的鹽水流體包裹體均一溫度為80～105℃和105～140℃，對應(yīng)油氣充注時(shí)間為K2初—E［1］．蔣銳等對烴源巖的生排烴史的模擬結(jié)果表明，K1末是盆地最大的一次生排烴，表明K1末—K2初為主要油氣充注期［17］．

根據(jù)熒光薄片資料，不同時(shí)期充注的烴類流體被捕獲在不同期次的石英加大邊的塵線中（見圖3），Ⅰ期石英加大邊的塵線中捕獲一期烴類流體，Ⅱ期石英加大邊的外側(cè)又捕獲另一期烴類流體（呈黃色熒光），且孔隙中瀝青及石英顆粒內(nèi)裂縫中烴類包裹體熒光下呈藍(lán)白色，至少存在三期烴類充注，且烴類充注與石英加大期次關(guān)系為：Ⅰ期油氣充注（呈藍(lán)、藍(lán)白色熒光，多變成瀝青）→Ⅰ期石英加大／Ⅱ期油氣充注→Ⅱ期石英加大／Ⅲ期油氣充注．

圖3 沙1井侏羅系三工河組二段儲層薄片鏡下微觀特征（a、b為同一視域）Fig．3 The J1s2reservoir thin section characteristics under the microscope of well Sha l

油氣充注一方面可促進(jìn)酸溶性礦物的溶解，另一方面抑制自生礦物的形成及礦物間的交代和轉(zhuǎn)化［18—22］，結(jié)合油氣充注與石英加大的關(guān)系，認(rèn)為三期油氣充注伴隨著三期酸性流體的注入，進(jìn)而形成三期石英加大和三期酸性溶解．統(tǒng)計(jì)不同含油級別儲層的膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)及溶解面孔率，含油儲層的膠結(jié)物含量明顯低于不含油儲層的，且含油儲層的溶解程度也明顯高于不含油儲層的（見圖4），說明主充注期處于碳酸鹽膠結(jié)的早期，油氣的充注抑制碳酸鹽膠結(jié)物的繼續(xù)沉淀，且?guī)淼挠袡C(jī)酸溶蝕長石顆粒及已沉淀的碳酸巖膠結(jié)物．未被充注的儲層碳酸巖膠結(jié)物繼續(xù)沉淀，儲集空間被大量充填，導(dǎo)致現(xiàn)今物性較差．另外，長石的溶解產(chǎn)物在適當(dāng)條件下以自生高嶺石和石英加大邊的形式沉淀［19，23］，因此認(rèn)為每期酸性溶蝕后均可能產(chǎn)生高嶺石及石英的次生加大．

圖4 侏羅系三工河組二段不同含油級別儲層對應(yīng)膠結(jié)物平均體積分?jǐn)?shù)、平均溶蝕面孔率直方圖Fig．4 The J1s2statistical histogram of different oil bearing grade reservoir corresponding average cement content and average dissolution face rate

因此，成巖演化與油氣充注的耦合關(guān)系可建立為：壓實(shí)作用→Ⅰ期油氣充注／Ⅰ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅰ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→Ⅱ期油氣充注／Ⅱ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅱ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期油氣充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸鹽膠結(jié)物溶解）．

5 成藏關(guān)鍵期毯砂物性

根據(jù)成巖演化與流體演化的對應(yīng)性，主成藏期毯砂在成巖階段上處于成巖階段的早期，碳酸鹽膠結(jié)物尚未強(qiáng)烈膠結(jié)．根據(jù)單井埋藏史及熱史圖，結(jié)合主成藏期時(shí)間（即K1末—K2初沉積時(shí)期）可見，該時(shí)期J1s22毯砂埋深較淺，地溫小于80℃，鏡質(zhì)體反射率Ro＜0．5%（見圖5），基本處于早成巖階段．因此，可判斷：主成藏期毯砂未被強(qiáng)烈壓實(shí)，也未被強(qiáng)烈膠結(jié)，儲層物性較好，成為較好的儲集層及輸導(dǎo)層．準(zhǔn)中1區(qū)塊J1s22毯砂的成巖演化、油氣充注及其物性演化見圖6．

圖5 莊1井單井埋藏史及熱史Fig．5 The burial history and thermal history of Well Zhuang1

6 毯砂對油氣輸導(dǎo)的意義

在主成藏期，研究區(qū)J1s22毯砂物性較好，由于橫向上廣泛連通，因此可做為重要的橫向輸導(dǎo)層及儲集層．由于研究區(qū)油源斷層相對較少，該毯砂可以使沿少量油源斷層運(yùn)移到該毯砂上的油氣得以很好的橫向輸導(dǎo)，同時(shí)也可以沿著切割該毯砂的次級斷層源源不斷地向上輸導(dǎo)，到達(dá)上部層位的各類圈閉中而富集成藏．因此，該毯砂對于該層及其上部層位油氣藏的形成發(fā)揮重要作用，可以預(yù)測上部的圈閉只要有斷層與該毯砂相連，就有可能富集成藏．因此，該區(qū)毯砂及其上部J1s12、J2x及K1q等儲層具有較大勘探潛力．

圖6 準(zhǔn)中1區(qū)塊侏羅系三工河組二段毯砂成巖演化及物性演化Fig．6 Diagenesis evolution and reservoir quality evolution of J1s2in block 1of central Junggar basin

7 結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組J1s2毯砂現(xiàn)今成巖階段較高，受成巖作用改造強(qiáng)烈，儲集空間以次生溶蝕孔隙為主，多屬低孔、低滲儲層范疇．

（2）J1s2毯砂儲層經(jīng)歷多期膠結(jié)、多期溶解的過程，并經(jīng)歷三期油氣充注，每期充注均導(dǎo)致地層水的酸性降低，形成多期的石英加大和多期的酸性溶蝕．其成巖演化及油氣充注的耦合關(guān)系為：Ⅰ期油氣充注／Ⅰ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅰ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→Ⅱ期油氣充注／Ⅱ期酸性溶解（長石溶解）／Ⅱ期石英加大／高嶺石膠結(jié)→硬石膏膠結(jié)→碳酸鹽膠結(jié)→Ⅲ期油氣充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸鹽膠結(jié)物溶解）．除沉積因素的基礎(chǔ)控制外，油氣充注不僅抑制碳酸鹽礦物的繼續(xù)膠結(jié)，而且?guī)淼乃嵝越橘|(zhì)對酸敏性礦物產(chǎn)生溶解，形成次生孔隙，是控制儲層物性的關(guān)鍵因素．

（3）在主成藏期，J1s2毯砂基本處于早成巖階段，物性較好，可成為較好的儲集層及輸導(dǎo)層，與油源斷層及溝通毯砂的次級斷層構(gòu)成斷—毯式輸導(dǎo)體系，可使油氣有效地進(jìn)行大范圍橫向及垂向運(yùn)移，對該毯砂及其上部地層油氣藏的形成具有重要貢獻(xiàn)，也明確研究區(qū)較大的勘探潛力．

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TE122．1

A

2095—4107（2013）05—0010—07

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．002

2013—06—25；編輯：陸雅玲

國家油氣重大專項(xiàng)（2011ZX05002—002）

陳 林（1984—），男，碩士，助理工程師，主要從事石油地質(zhì)綜合方面的研究．