朱世發(fā)，朱筱敏，吳 冬，劉英輝，李盼盼，姜淑賢，劉學(xué)超

(1.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 2.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)油氣儲層中火山物質(zhì)蝕變及控制因素

朱世發(fā)1,2，朱筱敏1,2，吳 冬1,2，劉英輝1,2，李盼盼1,2，姜淑賢1,2，劉學(xué)超1,2

(1.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 2.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

通過巖心分析、顯微鏡下觀察(常規(guī)、鑄體薄片和掃描電鏡)、巖石地球化學(xué)分析測試等技術(shù)手段，以準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)油氣儲層為實例，研究了火山巖、火山碎屑巖和火山巖屑質(zhì)砂礫巖中的火山玻璃、火山碎屑、長石以及輝石、角閃石等火山物質(zhì)的低溫-埋藏蝕變作用。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，在含火山物質(zhì)油氣儲層中，常見對儲集空間具有重要影響的自生礦物主要有綠泥石、沸石(包括方沸石、片沸石和濁沸石)、方解石、鈉長石和自生的石英。結(jié)合共生關(guān)系、元素組成和元素遷移，分析了自生礦物的微觀特征和成因，建立了火山物質(zhì)蝕變的成巖演化序列，可以概括為：①火山玻璃水化—蒙脫石化—沸石化及各種沸石的轉(zhuǎn)化——鈉長石化；②鐵鎂礦物影響的綠泥石化；③長石蝕變向綠泥石和方解石轉(zhuǎn)化，后期發(fā)生鈉長石化。在研究區(qū)，火山物質(zhì)的蝕變和自生礦物的析出與中-基性的母巖物質(zhì)組成密切相關(guān)，并受地層溫度、壓力、孔隙水的化學(xué)性質(zhì)控制。研究火山物質(zhì)蝕變的產(chǎn)物、蝕變過程及控制因素，能夠明確含火山物質(zhì)的油氣儲層質(zhì)量差異機(jī)理，為優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測提供科學(xué)的依據(jù)。

自生礦物；蝕變作用；成巖序列；火山物質(zhì)；油氣儲層；準(zhǔn)噶爾盆地

火山物質(zhì)的成巖作用具有明顯的特殊性[1-5]，如脫?；⒅亟Y(jié)晶等。前人針對火山碎屑巖的成巖作用、自生礦物類型及特征等進(jìn)行了大量的工作[6-9]，但關(guān)于火山物質(zhì)成巖演化及控制因素的分析相對較少。雖然火山物質(zhì)的蝕變過程和產(chǎn)物已經(jīng)被火山巖石學(xué)家廣泛討論[10-14]，但蝕變形成的不同自生礦物對油氣儲集層性能影響的重要性和差異性，前人缺乏系統(tǒng)、全面的研究。

在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)，火山巖類及以火山巖巖屑為主要巖石成分的碎屑巖是重要的油氣儲層類型。研究巖石成分中火山物質(zhì)的蝕變過程、形成的自生礦物及孔隙演化規(guī)律對油氣勘探具有重要的意義。本文通過微觀鏡下薄片分析(巖石、鑄體薄片和掃描電鏡)、巖心觀察、巖石地球化學(xué)分析測試等技術(shù)手段，系統(tǒng)總結(jié)研究區(qū)含火山物質(zhì)油氣儲層中的各種自生礦物特征，分析其成因，探討火山物質(zhì)蝕變的成巖演化序列，明確火山物質(zhì)蝕變和自生礦物析出的控制作用，為具有相似地質(zhì)背景的含火山物質(zhì)油氣儲層評價、預(yù)測提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，屬于西部隆起區(qū)內(nèi)的克-夏斷階帶二級構(gòu)造單元，勘探面積5 000 km2(圖1)。周緣山系出露地層和目前鉆、測井資料揭示，研究區(qū)火山活動頻繁且主要集中在泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)—早二疊世[15-16]，火山噴發(fā)方式為裂隙式噴發(fā)[17-19]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地理位置(a)、構(gòu)造剖面(b)及巖性柱狀圖(c)Fig.1 Location(a)，structural profile(b)and lithologic column(c)of the northwestern margin of Junggar Basin

在斷裂帶上盤，缺失二疊系，部分地區(qū)缺失三疊系和侏羅系；在下盤地層發(fā)育較完整，二疊系埋深主要在2 300～4 700 m，沉積厚度為1 000～1 700 m。以559井為例，受斷裂逆掩活動影響，二疊系自上而下的烏爾禾組、風(fēng)城組被擠壓抬升，遭受強烈的剝蝕，保留下來的底部佳木河組為扇三角洲沉積，其大套砂礫巖中發(fā)育多期噴發(fā)的火山巖和火山碎屑巖(圖1)。

總體上，石炭紀(jì)-早二疊世，西北緣構(gòu)造活動強烈伴隨頻繁的火山噴發(fā)，火山巖-火山碎屑巖巖體規(guī)模大、分布廣，巖性主要為火山碎屑巖和玄武巖、玄武安山巖、安山巖、安山玄武巖等一系列中基性熔巖，僅烏-夏地區(qū)風(fēng)城組見酸性的流紋質(zhì)火山碎屑巖(圖2)。地球化學(xué)分析表明，下二疊統(tǒng)的火山巖類SiO2含量多在50%～70%，K2O+Na2O含量一般小于8%，多為亞堿系列。玄武安山巖類基本為鈣堿性系列，SiO2含量明顯高于洋中脊玄武巖MORB，而與島弧玄武巖較接近。下二疊統(tǒng)的粗碎屑巖主要由北部石炭系火山巖區(qū)供源，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，巖石成分以凝灰?guī)r等各種火山巖巖屑為主，平均含量大于70%。下二疊統(tǒng)火山巖系與粗碎屑巖扇體平面相鄰、垂向間互，組成復(fù)合巖性油氣儲層，是西北緣地區(qū)克拉瑪依油田主力產(chǎn)油層系之一[13-16，20-21]。

2 自生礦物微觀特征

在研究區(qū)下二疊統(tǒng)混積儲層中，常見對儲集空間

具有重要影響的自生礦物主要有綠泥石、沸石(包括方沸石、片沸石和濁沸石)、方解石、鈉長石和自生的石英。不同礦物產(chǎn)出特征、成因以及與火山物質(zhì)蝕變的關(guān)系各不相同。

2.1 綠泥石

自生綠泥石在研究區(qū)含火山物質(zhì)的油氣儲層中主要有以下6種賦存狀態(tài)：①火山玻璃基質(zhì)摻雜，一般呈放射狀或不規(guī)則片狀(圖3a)，多發(fā)育在凝灰?guī)r或熔巖的玻璃基質(zhì)中；②火山巖中輝石、角閃石斑晶和云母碎片蝕變(圖3b)，在研究區(qū)最為常見；③長石解理處沉淀，具有典型的葉片狀晶形，是長石沿解理被交代的產(chǎn)物，在碎屑巖和火山巖儲層中均可見；④孔隙的環(huán)邊襯里，綠泥石呈不規(guī)則片狀緊密排列，多見于結(jié)構(gòu)成熟度較高的砂礫巖粒間孔或火山巖的氣孔中；⑤孔隙及裂縫充填，多為絨球狀，普遍見于砂礫巖和火山(碎屑)巖儲集空間；⑥顆粒邊緣綠泥石包膜，綠泥石呈針狀或不規(guī)則片狀，僅出現(xiàn)在砂礫巖的碎屑周圍，與孔隙的環(huán)邊相比，顯然顆粒的包膜是在碎屑巖強烈壓實作用之前形成的。

2.2 沸石

根據(jù)沸石的鏡下特征和X-衍射及電子探針分析認(rèn)為，西北緣地區(qū)下二疊統(tǒng)儲層中主要發(fā)育方沸石、片沸石和濁沸石3種類型。方沸石晶形多為四角三八面體或呈不規(guī)則的等軸粒狀(圖3c)，產(chǎn)出于格架顆粒之間或呈交代物沿著顆粒邊緣或最薄弱的環(huán)節(jié)如礦物解理、微細(xì)裂縫處析出，常見方沸石顆粒不同程度的溶蝕現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)片沸石發(fā)育普遍，不同晶體形態(tài)產(chǎn)出特征不同。片狀片沸石晶體多沿著碎屑顆粒的邊緣大致垂直生長，常以半充填方式產(chǎn)出于砂、礫巖的粒間孔隙中；板狀和條狀晶體則以半充填或全充填方式產(chǎn)于碎屑巖或火山巖的裂隙中，在板條狀晶體之間常發(fā)育有晶間孔(圖3d)；連生狀晶體為全充填式膠結(jié)物，析出于粒間孔隙之中，對儲層破壞嚴(yán)重。柱狀濁沸石集合體常常作為孔隙充填的膠結(jié)物出現(xiàn)，部分交代斜長石顆粒。

圖2 下二疊統(tǒng)火山巖巖石分類圖解Fig.2 Classification of volcanic rocks in the Lower Permian

圖3 自生礦物鏡下特征Fig.3 Microscopic characteristics of authigenic mineralsa.基質(zhì)中分布的放射狀綠泥石，夏202井，4 826.27 m，流紋質(zhì)角礫熔結(jié)凝灰?guī)r；b.輝石角閃石綠泥石化，克202井，3 966.29 m，安山巖；c.溶蝕的方沸石(An)及團(tuán)粒狀綠泥石，檢烏44井，2 875.71 m，中粗砂質(zhì)礫巖，孔隙度Φ=14.29%；d.砂礫巖中片沸石晶間孔，注意片沸石膠結(jié)對儲層的破壞，b1802井，2 030.25 m，Φ=5.4%，鑄體(藍(lán)色)單偏光；e.基質(zhì)碳酸鹽化，808井，3 117.90 m，凝灰質(zhì)角礫巖，Φ=23.41%；f.板狀鈉長石與玫瑰花狀綠泥石，夏201井，4 932.77 m，灰色流紋質(zhì)角礫熔結(jié)凝灰?guī)r，Φ=7.4%

2.3 方解石

為了進(jìn)一步探討輸出信號與偏置電流之間的關(guān)系,研究了偏置電流與檢測輸出電壓的幅值關(guān)系,如圖7所示。從圖7中可以看出,測得的信號隨施加的偏置電流的大小呈單調(diào)變化但并不具有線性,造成該結(jié)果非線性的因素主要有以下兩點:

方解石在火山基質(zhì)中一般為細(xì)晶或無定形，且常與綠泥石、沸石、自生石英等礦物伴生；常見斑狀的細(xì)晶方解石交代物(圖3e)；有時自生方解石含量較少，呈星點狀散布在基質(zhì)中?；鹕交|(zhì)碳酸鹽化后，可以發(fā)生溶蝕，例如凝灰?guī)r孔隙性較差，但基質(zhì)碳酸鹽化后溶蝕可以形成有效孔隙。在鎂離子富集的成巖環(huán)境，方解石化的沉凝灰?guī)r可以發(fā)生埋藏白云巖化作用。在砂礫巖的粒間孔和火山巖的氣孔、裂縫中，常見方解石充填。

2.4 鈉長石

研究區(qū)火山巖類中的自生鈉長石晶體通常呈板狀或板條狀，常與自生的石英、綠泥石、各種沸石和方解石礦物伴生(圖3d)，充填氣孔或火山基質(zhì)的空隙中。砂礫巖中的斜長石特別是富鈣長石蝕變后，鈉長石往往沿其解理面生長；見鈉長石以斜長石碎屑次生加大邊的形式出現(xiàn)。

3 成巖序列討論

混積儲層中火山玻璃質(zhì)始終處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，自由能高，特別是在研究區(qū)一直以來的火山活動和構(gòu)造活動影響下，溫壓條件高，極易被蝕變即脫玻化形成更穩(wěn)定的礦物如粘土礦物和沸石等[22-23]。本次研究根據(jù)自生礦物的微觀特征、共生和伴生關(guān)系、穩(wěn)定性以及相應(yīng)的溫度參數(shù)，確定火山物質(zhì)蝕變成巖演化的序列。

下二疊統(tǒng)儲層含大量火山玻璃質(zhì)，分布在碎屑巖的凝灰?guī)r巖屑和火山巖的基質(zhì)中?？紫端幕瘜W(xué)性質(zhì)早期主要受易溶火山玻璃的溶解作用控制。由于火山玻璃物質(zhì)粒度細(xì)，并含有大量不穩(wěn)定的礦物，在受溶液作用迅速分解后可放出大量K+，Na+，Ca2+，Mg2+等離子，使溶液呈強堿性，同時為各種自生礦物的形成和轉(zhuǎn)化提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

隨著鹽度和堿性的增加，孔隙水先后到達(dá)各個礦物的飽和度。埋深越大，地溫越高，使火山玻璃質(zhì)的溶解速率加快，孔隙水到達(dá)礦物飽和度的速率也大大提高。最先在過飽和堿性溶液中析出的礦物是蒙脫石[24]。在研究區(qū)，蒙脫石部分向伊利石轉(zhuǎn)化形成混層礦物(圖4a)。由于孔隙水鹽度和pH值增大的速率大于蒙脫石沉淀的速率，火山玻璃質(zhì)早期蝕變產(chǎn)物蒙脫石處于過飽和狀態(tài)，孔隙水鹽堿度快速上升到長石穩(wěn)定范圍，鉀長石和鈉長石析出[25]。如圖3f所示，析出的自生鈉長石與粘土礦物伴生。隨后斜發(fā)沸石和石英沉淀,轉(zhuǎn)化溫度大約為44 ℃[26]。斜發(fā)沸石析出對孔隙水化學(xué)性質(zhì)有著重要的影響，改變孔隙水離子比率。斜方沸石是早期不穩(wěn)定的沸石礦物類型，隨著成巖蝕變的進(jìn)行，隨后斜發(fā)沸石在研究區(qū)被方沸石和鈉長石取代(圖4b)，轉(zhuǎn)化溫度約為84 ℃[26]。此時，蒙脫石在鐵鎂離子富集的成巖環(huán)境部分轉(zhuǎn)化為綠泥石(85～160 ℃)(圖4c)。在富鈣斜發(fā)沸石向方沸石轉(zhuǎn)化過程中，釋放的Ca2+有利于方解石的形成[27]。圖4c和圖4d中的綠泥石推測為蒙脫石轉(zhuǎn)化形成；圖4d中方解石的沉淀與火山物質(zhì)蝕變過程中Ca2+離子的溶解析出關(guān)系密切。

圖4 自生礦物伴生關(guān)系及成巖序列Fig.4 Association of authigenic minerals and their diagenetic sequencea.伊/蒙混層與自生石英、碳酸鹽類礦物、沸石類礦物共生，瑪4井，3 528.48 m，砂礫巖，孔隙度Φ=5.6 %；b.鈉長石晶體、絨球狀綠泥石與方沸石的溶蝕，注意后生成的鈉長石較方沸石穩(wěn)定，檢烏32井，2 997.04 m，砂礫巖，Φ=12.9 %；c.片沸石與不規(guī)則片狀綠泥石，拐104井，3 300.72 m，泥質(zhì)砂巖，Φ=10.42%；d.粒表葉片狀綠泥石及碳酸鹽類礦物(CAL)，檢烏44井，2 871.97 m，含礫砂巖，Φ=17.06 %；e.長石向綠泥石轉(zhuǎn)化，百73井，1 448.25 m，安山質(zhì)凝灰熔巖；f.片沸石后期濁沸石化，克005井，2 794 m，砂巖，正交光；g.片狀片沸石被板條狀鈉長石交代，百101井，2 643.54 m，砂礫巖；h.柱狀濁沸石向鈉長石轉(zhuǎn)化，瑪4井，3 525.32 m，砂礫巖

在火山玻璃水解蝕變的過程中，輝石、角閃石和黑云母等鐵鎂礦物亦不同程度的發(fā)生綠泥石化作用(圖3b)。在鐵鎂離子參與下，火山(碎屑)巖中的長石斑晶或晶屑以及蝕變析出的鉀長石也可能向綠泥石轉(zhuǎn)化(圖4e)。

研究區(qū)內(nèi)各種沸石礦物的形成是熱力學(xué)條件變換的過程，并不代表變質(zhì)作用的開始。斜發(fā)沸石轉(zhuǎn)化而來的方沸石在鈣離子參加的條件下，約120 ℃[28]向片沸石轉(zhuǎn)化；如圖4f，片沸石后期向濁沸石轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化溫度約為140 ℃[29]，交代過程可以描述為：

Ca4KAl9Si27O72·26H2O=4CaAl2Si4O12·4H2O+

8SiO2+KAlSi3O8+10H2O

(1)

鈉長石化是成巖后期的礦物轉(zhuǎn)化，各種沸石(方沸石在120 ℃[22])和長石(鉀長石在120～150 ℃[30])都可以作為鈉長石的交代母質(zhì)。圖4b中后沉淀的鈉長石穩(wěn)定性高于方沸石，鈉長石的形成與方沸石溶解、轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。圖4g和圖4h分別為片沸石和濁沸石的鈉長石化。方解石的沉淀貫穿火山物質(zhì)蝕變的整個過程，并非前人研究所說是最終的蝕變產(chǎn)物[31]。

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沉積環(huán)境中的火山碎屑物質(zhì)經(jīng)歷了劇烈的蝕變作用。凝灰質(zhì)砂礫巖中大量的自生礦物(如沸石)與火山物質(zhì)有關(guān)，沉積物的成巖過程包括：火山物質(zhì)與非火山碎屑物混合堆積，火山碎屑的交代、溶解和析出自生礦物，析出的成巖礦物(特別是沸石和方解石)膠結(jié)沉積物，最后埋藏成巖。

綜上所述，在研究區(qū)火山物質(zhì)的蝕變過程可以總結(jié)為：①火山玻璃水化—蒙脫石化—沸石化及各種沸石的轉(zhuǎn)化——鈉長石化(圖4a，b，f，g)；②鐵鎂礦物影響的綠泥石化(圖3b)；③長石蝕變向綠泥石和方解石轉(zhuǎn)化，后期發(fā)生鈉長石化(圖4e)。綠泥石常與鈣質(zhì)礦物如片沸石和方解石共生，這與富鈣長石的綠泥石化過程析出鈣離子有關(guān)(圖4c，d)。在火山物質(zhì)蝕變過程中，自生的石英和方解石是普遍的伴生礦物。值得注意的是，各成巖轉(zhuǎn)化階段需要滿足一定的溫壓以及水介質(zhì)條件(圖5)。

4 火山物質(zhì)蝕變控制因素

研究區(qū)火山物質(zhì)的蝕變和自生礦物的析出與母巖物質(zhì)組成密切相關(guān)，并受地層溫度、壓力、孔隙水的化學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)環(huán)境的熱力學(xué)條件(開放或封閉系統(tǒng))等因素控制。

4.1 母巖成分

研究區(qū)中基性為主的原始火山物質(zhì)成分對蝕變礦物組合具有明顯的影響。粗碎屑巖巖石成分中的火山巖屑主要來自北部石炭系火山巖區(qū)，石炭系火山巖系與下二疊統(tǒng)同樣以中基性為主[12]，因此混積儲層中這些高含鐵鎂礦物的火山物質(zhì)蝕變很大程度上影響綠泥石、白云石等含鎂礦物的形成。淺埋藏條件，硅質(zhì)凝灰?guī)r中的方沸石由早期沸石轉(zhuǎn)化而來[27]；基性火山灰中方沸石可以脫玻化沉淀[26]。隨著埋深增加，沸石礦物類型和母巖成分之間的關(guān)系減弱，研究區(qū)中深層(埋深大于3 000 m)硅鋁質(zhì)和鎂鐵質(zhì)凝灰?guī)r中主要沸石礦物為低硅的方沸石、片沸石和濁沸石，非常少見高硅類型的沸石(如斜發(fā)沸石和絲光沸石)。另外，在碎屑巖和中基性火山熔巖中鈉長石的形成主要是長石的鈉長石化，中基性母巖不穩(wěn)定的斜長石組分含量高，可能更利于鈉長石化發(fā)生；烏-夏地區(qū)風(fēng)城組流紋質(zhì)凝灰?guī)r中，鈉長石化直接受流紋質(zhì)玻璃脫?；刂?。方解石的析出與基性鈣長石的水解關(guān)系密切。

圖5 火山物質(zhì)蝕變成巖演化序列及自生礦物析出Fig.5 Diagenetic evolution and precipitation sequence of authigenic minerals during alteration of volcanics

4.2 溫度和壓力

火山物質(zhì)的蝕變過程及不同自生礦物的析出對溫度和壓力條件非常敏感，溫度升高及壓力增加有利于脫玻化[32]。西北緣石炭紀(jì)至早二疊世以來的火山活動使巖層溫度升高，有利于玻璃質(zhì)中質(zhì)點的活動及重新排列。另外，長期大規(guī)模的逆掩推覆和構(gòu)造擠壓加快玻璃質(zhì)的脫?；M(jìn)程。研究表明，靠近斷裂的百56、風(fēng)5等井區(qū)(井位見圖1)，構(gòu)造擠壓強烈，巖石中火山物質(zhì)劇烈蝕變，發(fā)育大量晚成巖自生礦物如鈉長石和濁沸石等；遠(yuǎn)離斷裂的井區(qū)如百73井和風(fēng)南1井，蝕變程度弱，鈉長石等礦物少見。

不同礦物的析出及轉(zhuǎn)化需要不同的溫度和壓力作為臨界條件。綜合分析表明，研究區(qū)的火山物質(zhì)蝕變是在低溫變質(zhì)(<200 ℃)和埋藏成巖環(huán)境進(jìn)行(圖6)。前人基于日本油田的8口鉆井資料分析，新鮮火山玻璃與斜發(fā)沸石-絲光沸石轉(zhuǎn)換帶平均溫度約為44 ℃[23]。隨著埋深和溫度、壓力的增加，貧水的濁沸石比含水較多的片沸石穩(wěn)定，片沸石轉(zhuǎn)化為濁沸石。在研究區(qū)，這一轉(zhuǎn)化過程相對應(yīng)的Ro(鏡質(zhì)體反射率)為1.4%。Iijima[23]認(rèn)為，方沸石的鈉長石化溫度約為123 ℃，這一溫度比實驗室(pH2O=p總)測得數(shù)據(jù)低得多[33-34]。在研究區(qū)，相對應(yīng)的Ro值為1.05%，溫度與Iijima[26]得到結(jié)果相當(dāng)。

4.3 孔隙水化學(xué)性質(zhì)

水為活動組分，可增加玻璃質(zhì)中質(zhì)點運動，缺乏水分很難脫?；?。

研究區(qū)下二疊統(tǒng)混積儲層巖石成分中含有大量的凝灰?guī)r巖屑和火山灰物質(zhì)，這些火山物質(zhì)是形成不同自生礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于火山灰粒度細(xì)，并含有大量低溫(<200 ℃)時不穩(wěn)定的礦物，在受溶液作用迅速分解后可放出大量K+，Na+，Ca2+，Mg2+等離子，使溶液呈強堿性且鹽度升高，很有利于沸石、鈉長石等自生硅酸鹽礦物的形成和方解石的沉淀。通常沸石形成環(huán)境是中性-堿性水，pH值多為7～10[35]。pH值在7～9時，易于形成高Si/Al硅鋁比的沸石礦物(如片沸石)[27]。在Fe2+和Mg2+存在且孔隙水為堿性的條件下，有利于蒙脫石向綠泥石轉(zhuǎn)化。研究區(qū)下二疊統(tǒng)現(xiàn)今地層水主要為NaHCO3型，呈弱堿性。

圖6 研究區(qū)混積儲層中火山物質(zhì)主要成巖事件及與溫度的關(guān)系Fig.6 Main diagenetic events of volcanics in the hybrid reservoirs in the study area and their relationship with temperature

研究區(qū)內(nèi)中基性火山物質(zhì)水解、蝕變析出大量金屬離子，滿足多種自生礦物的形成；元素的活動性及離子比例影響成巖演化過程。Ca2+與 Na+的比例顯然某種程度上影響各種沸石礦物的類型和轉(zhuǎn)化[11]；缺少Fe2+和Mg2+綠泥石不能形成。單離子類型的沸石如方沸石或濁沸石在缺乏Na+或Ca2+的情況下不能形成。多離子類型的沸石(如片沸石等)可以因離子的特有的活動比率而形成[23]。在鈣離子富集的情況下，滿足一定的溫度和壓力，研究區(qū)早期形成的沸石(如斜發(fā)沸石、方沸石)向鈣質(zhì)沸石(片沸石和濁沸石)轉(zhuǎn)化。在富鈣沸石向貧鈣沸石轉(zhuǎn)化過程中，釋放的Ca2+有利于方解石的析出(圖5)。與富含石英或長石的碎屑巖相比，含火山物質(zhì)的巖層中自生礦物的早期形成更多受火山物質(zhì)水解、蝕變控制，后期可能受地層水運移影響。

5 結(jié)論

1) 沉積環(huán)境中的火山碎屑物質(zhì)與火山作用形成的火山巖和火山碎屑巖，在低溫-埋藏成巖條件下普遍經(jīng)歷了劇烈的蝕變作用，成巖演化多期、復(fù)雜。火山物質(zhì)水解、蝕變析出大量金屬離子，滿足多種自生礦物的形成。

2) 在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)火山巖-碎屑巖混積儲層中，常見的與火山物質(zhì)蝕變相關(guān)且對儲集空間具有重要影響的自生礦物主要有綠泥石、各種沸石(包括方沸石、片沸石和濁沸石)、方解石、鈉長石和自生的石英等。不同礦物微觀特征、成因以及對儲集空間的影響各不相同。

3) 基于自生礦物的微觀特征、共生關(guān)系、穩(wěn)定性以及相應(yīng)的溫度參數(shù)等，建立了研究區(qū)火山物質(zhì)蝕變的成巖演化序列，分析了不同自生礦物析出和轉(zhuǎn)化的成巖條件。

4) 研究區(qū)火山物質(zhì)的蝕變和自生礦物的析出與中-基性的母巖物質(zhì)組成密切相關(guān)，并受地層溫度(44～140 ℃)、壓力(如橫向構(gòu)造擠壓)、孔隙水的化學(xué)性質(zhì)(如NaHCO3型地層水、陽離子比例)控制。

[1] Garcia-Romero E,Vegas J,Baldonedo J L,et al.Clay minerals as alteration products in basaltic volcaniclastic deposits of La Palma(Canary Islands,Spain)[J].Sedimentary Geology,2005,174(3):237-253.

[2] 程日輝，沈艷杰，顏景波,等.海拉爾盆地火山碎屑巖的成巖作用[J].巖石學(xué)報，2010,26(1):47-54. Cheng Rihui,Shen Yanjie,Yan Jingbo,et al.Diagenesis of volcanic clastic rocks in Hailaer Basin[J].Acta Petrologica sinica,2010,26(1):47-54.

[3] 張斌.松遼盆地南部張強凹陷義縣組火山巖儲層特征及成藏規(guī)律[J].石油與天然氣地質(zhì)，2013，34(4)：508-515. Zhang Bin.Characteristics and hydrocarbon accumulation patterns of volcanic rocks in the Yixin Formation Zhangqiang depression,sou-thern Songliao Basin[J].Oil & Gas Geology,2013，34(4)：508-515.

[4] 劉祥,郎建軍,楊清福.火山碎屑沉積物是油氣的重要儲層[J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(6):859-866. Liu Xiang,Lang Jianjun,Yang Qingfu.Pyroclastic deposits:an important reservoir for hydrocarbon accumulation[J].Oil & Gas Geology,2011,32(6):859-866.

[5] 劉萬洙,黃玉龍,龐彥明,等.松遼盆地營城組中基性火山巖成巖作用:礦物晶出序列、杏仁體充填和儲層效應(yīng)[J]. 巖石學(xué)報,2010,26(1):158-164. Liu Wanzhu,Huang Yulong,Pang Yanming,et al.Diagenesis of intermediate and mafic volcanic rocks of Yingcheng Formation in the Songliao basin:sequential crystallization,amygdule falling and reservoir effect[J]. Acta Petrologica Sinica,2010,26(1):158-164.

[6] 劉立，高玉巧，曲希玉，等.海拉爾盆地烏爾遜凹陷無CO2氣儲層的巖石學(xué)與碳氧同位素特征[J].巖石學(xué)報，2006,22(8):2229-2236. Liu Li,Gao Yuqiao,Qu Xiyu,et al.Petrology and carbon-oxygen isotope of inorganic CO2gas reservoir in Wuerxun depression,Hailaer basin[J].Acta Petrologica Sinica,2006,22(8):2229-2236.

[7] 劉萬沫，龐彥明，吳河勇,等.松遼盆地深層儲層砂巖中火山碎屑物質(zhì)在成巖階段的變化與孔隙發(fā)育[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，2007,37(4):698-702. Liu Wanzhu,Pang Yanming,Wu Heyong,et al.Relationship between pore-space evolution and deeply buried alteration during diagenetic stage of the volcanic fragments in reservoir greywacke from the Song-liao Basin,NE China[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2007,37(4):698-702.

[8] 萬從禮,翟慶龍.生油巖與火成巖的相互作用研究初探:有機(jī)酸對火成巖的蝕變及過渡金屬對有機(jī)質(zhì)演化的催化作用[J].地質(zhì)地球化學(xué),2001,29(2):46-51. Wan Congli,Zhai Qinglong.Interaction between source rocks and igneous rocks-a preliminary investigation of dissolution of igneous rocks by organic acids and catalysis of transition metals in the generation of hydrocarbons in the source rocks[J]. Geology Geochemistry,2001,29(2):46-51.

[9] 黃思靜,李小寧,黃可可,等.四川盆地西部棲霞組熱液白云巖中的自生非碳酸鹽礦物[J].成都理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,39(4):343-352. Huang Sijing,Li Xiaoning,Huang Keke,et al.Authigenic noncarbonate minerals in hydrothermal dolomite of Middle Permian Qixia Formation in the west of Sichuan Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2012,39(4):343-352.

[10] Crovisier J L,Thomassin J H,Juteau T,et al.Experimental seawater basaltic glass interaction at 50 ℃:study of early developed phases by electron-microscopy and X-ray photoelectron spectrometry[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1983,47(3):377-387.

[11] Zhou W M,Peacor D R,Alt J C,et al.TEM study of the alteration of interstitial glass in MORB by inorganic processes[J].Chemical Geo-logy,2001,174(1):365-376.

[12] Zhu S F ,Zhu X M,Niu H P,et al.Genetic mechanism of dolomitization in Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin,China[J].Acta Geologica Sinica(English Edition),2012,86(2):447-461.

[13] Zhu Shifa,Zhu Xiaomin,Wang Xulong,et al.Zeolite diagenesis and its control on petroleum reservoir quality of Permian in northwestern margin of Junggar Basin,China[J].Science China Earth Sciences,2012,55(3):386-396.

[14] 朱世發(fā),朱筱敏,劉繼山,等.富孔熔結(jié)凝灰?guī)r成因及油氣意義——以準(zhǔn)噶爾盆地烏-夏地區(qū)風(fēng)城組為例[J].石油勘探與開發(fā)，2012，39(2):162-171. Zhu Shifa,Zhu Xiaomin,Liu Jishan,et al.Genesis and hydrocarbon significance of vesicular welded tuffs in Fengcheng Formation in Wu-Xia area,Junggar Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(2):173-183.

[15] 張善文.準(zhǔn)噶爾盆地哈拉阿拉特山地區(qū)風(fēng)城組烴源巖的發(fā)現(xiàn)及石油地質(zhì)意義[J].石油與天然氣地質(zhì)，2013，34(2)：145-152. Zhang Shanwen.Identification and its petroleum geologic significance of the Fengcheng Formation source rocks in Hala’alt area,the northern margin of Junggar Basin[J].Oil & Gas Geology，2013，34(2)：145-152.

[16] 鄒才能，侯連華，陶士振,等.新疆北部石炭系大型火山巖風(fēng)化體結(jié)構(gòu)與地層油氣成藏機(jī)制[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，2011,41(11):1613-1626. Zou Caineng,Hou Lianhua,Tao Shizhen,et al.Hydrocarbon accumulation mechanism and structure of large-scale volcanic weathering crust of the Carboniferous in northern Xinjiang,China[J].Science China Earth Sciences,2011,41(11):1613-1626.

[17] 毛翔，李江海，張華添，等.準(zhǔn)噶爾盆地及其周緣地區(qū)晚古生代火山機(jī)構(gòu)分布與發(fā)育環(huán)境分析[J].巖石學(xué)報，2012,28(7):2381-2391. Mao Xiang,Li Jianghai,Zhang Huatian,et al.Study on the distribution and developmental environment of the Late Paleozoic volcanoes in Junggar Basin and its adjacent areas[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(7):2381-2391.

[18] 鮮本忠,?；ㄅ?朱筱敏,等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)火山巖巖性、巖相及其與儲層的關(guān)系[J].高校地質(zhì)學(xué)報,2013,19(1),46-55. Xian Benzhong, Niu Huapeng, Zhu Xiaomin, et al. Early Permian volcanic lithology, lithofacies and their relations to reservoir in northwestern margin of the Junggar Basin[J]. Geological Journal of China Universities, 2013, 19(1), 46-55.

[19] 董國棟,張琴,朱筱敏,等.火山巖儲層研究現(xiàn)狀及存在問題——以準(zhǔn)噶爾盆地克-夏地區(qū)下二疊統(tǒng)火山巖為例[J]．石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(4)：511-519. Dong Guodong,Zhang Qin,Zhu Xiaomin et al.Current status and problems of volcanic reservoir study:an example from the Lower Permian volcanic rocks in Ke-Xia area of Junggar Basin[J].Oil & Gas Geology.2012,33(4):511-519.

[20] 朱世發(fā),朱筱敏,王一博,等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百地區(qū)三疊系儲層溶蝕作用特征及孔隙演化[J].沉積學(xué)報.2010,28(3):547-555. Zhu Shifa,Zhu Xiaomin,Wang Yibo,et al.Dissolution characteristics and pore evolution of Triassic reservoir in Ke-Bai Area,Northwestern Margin of Junggar Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica.2010,28(3):547-555.

[21] 朱世發(fā),朱筱敏,陶文芳,等.準(zhǔn)噶爾盆地烏夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組云質(zhì)巖類成因研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報,2013,19(1):38-45. Zhu Shifa,Zhu Xiaomin,Tao Wenfang,et al.Origin of dolomitic reservoir rock in the Permian Fengcheng Formation in Wu-Xia Area of the Junggar Basin[J].Geological Journal of China Universities,2013,19(1):38-45.

[22] Iijima A.Diagenetic transformation of minerals as exemplified by zeolites and silica—a Japanese view[M]∥Chilingarian G V,Wolf K H.Diagenesis Ⅱ.Amsterdam:Elsevier,1988:147-211.

[23] Sheppard R A,Hay R L.Formation of zeolites in open hydrologic systems[M]∥Bish D L,Ming D W.Natural zeolites:occurrence,properties,applications.Washington:Mineralogical Society America,2001:261-276.

[24] Chipera S J,Goff F,Goff C J.Zeolitization of intracaldera sediments and rhyolitic rocks in the 1.25 Ma lake of Valles caldera,New Mexico,USA[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research,2008,178(2):317-330.

[25] Kastner M.Authigenic feldspars in carbonate rocks[J].American Mineralogist,1971,56:1403-1442.

[26] Iijima A.Zeolites in petroleum and natural gas reservoirs.[M]∥Bish D L,Ming D W.Natural zeolites:occurrence,properties,applications.Washington:Mineralogical Society America,2001:47-402.

[27] Broxton D E,Btsh D L ,Warren R G.Distribution and chemistry of diagenetic minerals at Yucca mountain,Nye county,Nevada[J].Clays and Clay Minerals,1987,35(2):89-110.

[28] Koichi A,Toshie K.Transformational changes of clay minerals,zeolites and silica minerals during diagenesis[J].Sedimentology,1980,27(2):179-188.

[29] Cho M,Maruyama S,Liou J G.An experimental investigation of heulandite-laumontite equilibrium at 1 000 to 2 000 barpfluid[J].Contributions to Mineralogy and Petrology,1987,97(2),43-50.

[30] Mohamed B B,Bertrand F,Benoit M.Diagenetic albitization of K-feldspar and plagioclasein sandstone reservoirs:thermodynamic and kinetic modeling[J].Journal of Sedimentary Research,1993,63(6):1100-1109.

[31] Kacmazl H,Kokturk U.Zeolites and coexisting authigenic minerals in Miocene tuffs of the Alacati[J].Clays and Clay Minerals,2006,54(5):587-597.

[32] Christidis G.Formation and growth of smectites in bentonites:a case study from Kimolos Island,Aegean,Greece[J].Clays and Clay Minerals,2001,49(3):204-215.

[33] Thompson A B.Laumontite equibria and the zeolite facies[J].Ame-rican Journal of Science,1970,269(3):267-275.

[34] Bish D L,Aronson J L.Paleogeothermal and paleohydrologic conditions in silicic tuff from Yucca Mountain,Nevada[J].Clays and Clay Minerals,1993,41(2):148-161.

[35] Mariner R H,Surdam R C.Alkalinity and formation of zeolites in saline alkaline lakes[J].Science,1970,170(3961):977-980.

(編輯 張亞雄)

AlterationofvolcanicsanditscontrollingfactorsintheLowerPermianreservoirsatnorthwesternmarginofJunggarBasin

Zhu Shifa1,2,Zhu Xiaomin1,2,Wu Dong1,2,Liu Yinghui1,2,Li Panpan1,2,Jiang Shuxian1,2,Liu Xuechao1,2

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249;China)

Based on observations of available cores,thin-sections and SEM and analysis of rock geochemistry,we studied low-temperature-burial metamorphism(alteration)of volcanics in the Lower Permian at northwestern margin of Junggar Basin.These volcanics include volcanic glass,volcanic clasts,feldspar,and mafic minerals such as pyroxene and hornblende,etc.,which originate from lavas,pyroclastic rocks,and volcaniclastic sandstones or conglomerates.In oil/gas reservoirs containing volcanics,the authigenic minerals that are common but important to pore spaces include chlorite,zeolites(like analcime,heulandite,and laumontite),calcite,albite,and authigenic quartz.Based on the paragenetic relationship of minerals and the composition and migration of elements,we analyzed the microscopic characteristics and origins of authigenic minerals,and established diagenetic evolution models during volcanic alteration.The alteration can be summarized as follows:①volcanic glasses hydrolysis-montmorillization-zeolitization-albitization;②chloritization related to mafic minerals and smectites;③transformation of feldspar to chlorite,calcite,and finally to albite.The alteration of volcanics and the formation of authigenic minerals in the study area were controlled by various factors such as the precipitation of authigenic minerals,composition of neutral-basic host rocks,temperature and pressure,and the chemical behaviors of pore water.The study on alteration process,alteration products,and control factors is helpful to understand the mechanisms that cause the differences of volcanics-bearing reservoir qualities,so as to provide a scientific geological foundation for the predication of high-quality reservoirs.

authigenic mineral,alteration,diagenetic evolution,volcanics,hydrocarbon reservoir,Junggar Basin

2013-11-20;

：2013-12-30。

朱世發(fā)(1982—)，男，講師，沉積與儲層。E-mail:zhushifa_zsf@163.com。

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(41202107)；教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(新教師類)項目(20120007120004)；中國石油大學(xué)(北京)科研基金項目(KYJJ2012-01-20)；國家重大油氣專項(2011ZX05009-002；2011ZX05001-002)。

0253-9985(2014)01-0077-09

10.11743/ogg20140110

TE122.2

：A