劉英輝，朱筱敏，朱 茂，廖宗寶，王小軍，王俊懷

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中海石油（中國(guó)）有限公司 上海分公司，上海200030；3.中海石油（中國(guó)）研究總院，北京100027；4.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

0 引言

近年來(lái)，致密油、致密氣、頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源已成為國(guó)內(nèi)外油氣勘探的新亮點(diǎn)，其中致密油被國(guó)外學(xué)者贊譽(yù)為“黑金”［1-4］。致密油通常是指空氣滲透率＜2mD或覆壓基質(zhì)滲透率＜0.2mD的砂巖、粉砂巖、灰?guī)r和白云巖等作為儲(chǔ)層的油氣資源，以分布面積大及臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖為特征，單井基本無(wú)自然產(chǎn)能，或自然產(chǎn)能無(wú)商業(yè)價(jià)值，但在一定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)［3，5-8］。

在美國(guó)，致密油的勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)均已成熟，目前已在19個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了致密油，可采儲(chǔ)量高達(dá)23 億 t［4，7］。 目前，我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá) 50% 以上，急需取得油氣勘探領(lǐng)域的重大突破，因此，致密油勘探受到人們的重視［3，5］。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組油層巖性復(fù)雜，埋深大（4 000～5 000m），裂縫和溶孔均發(fā)育，孔隙度＜10%，滲透率＜2mD，孔喉半徑多＜1μm，是典型的致密儲(chǔ)層。2009年，風(fēng)城1井在風(fēng)城組獲得高產(chǎn)油流（試油日產(chǎn)油109.8 t），并提交石油控制儲(chǔ)量3 575萬(wàn)t；2011年，風(fēng)南7井再獲突破，經(jīng)壓裂日產(chǎn)油8.65～10.38 t。但是，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組致密油勘探目前仍處于起步探索階段，對(duì)其儲(chǔ)層特征，特別是儲(chǔ)集空間類(lèi)型及“甜點(diǎn)”區(qū)分布影響因素研究程度均低。筆者利用巖心、常規(guī)薄片、鑄體薄片及孔滲壓汞等數(shù)據(jù)，分析準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征和物性特征，探討優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層影響因素，以期為該區(qū)致密油勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，現(xiàn)今構(gòu)造處于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊和塔里木板塊的交會(huì)地帶，屬前陸盆地。烏—夏地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，北靠哈拉阿拉特山，南臨瑪湖凹陷，西起扎伊爾山，東至紅旗壩地區(qū)，勘探面積約2 000 km2（圖1）。研究區(qū)逆掩構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，深層斷裂發(fā)育，同時(shí)伴生眾多與主斷裂平行或斜交的次生斷裂，構(gòu)成一系列斷階帶，為油氣運(yùn)移成藏提供了優(yōu)質(zhì)通道［9-11］。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)位置及風(fēng)城組沉積相平面展布圖Fig.1 Location of the Wu-Xia area and sedimentary facies of Fengcheng Formation in Junggar Basin

準(zhǔn)噶爾盆地在早石炭世末期發(fā)生洋/陸轉(zhuǎn)換，晚石炭世—早二疊世盆地發(fā)生劇烈周緣碰撞，形成二疊紀(jì)前陸盆地沉積格局［10，12］。二疊系自下而上依次發(fā)育佳木河組（P1j）、風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）以及下烏爾禾組（P2w）［13-14］，目的層風(fēng)城組厚度為400～1 400m，自下而上可分為風(fēng)一段、風(fēng)二段和風(fēng)三段，地層向東尖滅。風(fēng)城組發(fā)育期，研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)劇烈，氣候炎熱，蒸發(fā)作用較強(qiáng)，淡水補(bǔ)給相對(duì)匱乏，同時(shí)火山活動(dòng)頻繁，形成了一套與扇三角洲—湖泊—火山巖相關(guān)的巖層（參見(jiàn)圖1），為半深湖暗色白云石化泥巖與灰綠色白云石化凝灰?guī)r間互的地層組合，僅北東部近源區(qū)見(jiàn)扇三角洲前緣粉—細(xì)砂巖（圖 2）。

圖2準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)風(fēng)城組風(fēng)南1井巖性序列及沉積環(huán)境Fig.2 Lithological column and sedimentary environment of Fengnan 1 well of Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

2 致密油儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

據(jù)巖心觀察、顯微薄片鑒定及X射線(xiàn)衍射全巖分析，準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組主要發(fā)育5種巖石類(lèi)型：云質(zhì)巖類(lèi)、凝灰?guī)r類(lèi)、砂巖類(lèi)、泥巖類(lèi)和鹽巖類(lèi)，并以云質(zhì)巖類(lèi)為主。

2.1.1 云質(zhì)巖類(lèi)

研究區(qū)風(fēng)城組巖石普遍發(fā)育白云石化作用，其中白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%～57.3%，平均為24.4%，巖性主要為云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖等（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-4），其中云質(zhì)凝灰?guī)r最富集。云質(zhì)巖類(lèi)主要發(fā)育于烏爾禾斷褶區(qū)及瑪湖西斜坡，其中烏爾禾斷褶區(qū)風(fēng)4、風(fēng)7和風(fēng)南3井區(qū)均較發(fā)育，厚度為300～600m（參見(jiàn)圖2）。

2.1.2 凝灰?guī)r類(lèi)

研究區(qū)風(fēng)城組發(fā)育期，火山活動(dòng)頻繁，形成了大量的火山細(xì)粒物質(zhì)，常見(jiàn)沉凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、粉砂質(zhì)凝灰?guī)r和泥質(zhì)凝灰?guī)r，它們大部分發(fā)生白云石化作用，呈灰色和灰黑色，巖性致密，常呈紋層狀和塊狀分布?；鹕侥椅镔|(zhì)可漂移數(shù)百公里，剝蝕區(qū)多為火山凝灰物質(zhì)。研究區(qū)凝灰?guī)r類(lèi)分布面積和厚度均較大，其中瑪湖西斜坡厚度最大，為1 000m。

2.1.3 砂巖類(lèi)

研究區(qū)北西部發(fā)育規(guī)模較小的扇三角洲—湖泊沉積體系（參見(jiàn)圖1），巖性以凝灰質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，多發(fā)生白云石化。砂巖類(lèi)儲(chǔ)層僅分布于北西部風(fēng)城1和風(fēng)城011等井區(qū)近物源區(qū)，厚度可達(dá)數(shù)十米。

2.1.4 泥質(zhì)巖類(lèi)

多為泥質(zhì)凝灰?guī)r，少量為凝灰質(zhì)泥巖和硅質(zhì)泥巖。X射線(xiàn)衍射分析表明，研究區(qū)細(xì)粒沉積物中黏土礦物含量很低，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.6%［15］。研究區(qū)泥質(zhì)巖類(lèi)主要分布于扇三角洲遠(yuǎn)端的湖盆沉積區(qū)，且分布范圍較小。

2.1.5 鹽巖類(lèi)

研究區(qū)發(fā)育一套鹽巖組合，主要有硅硼鈉石（NaBSi3O8）（圖版Ⅰ-5）、碳鈣鈉石［Na2Ca2（CO3）3］、碳鎂鈉石［Na2Mg2（CO3）3］、硬石膏和石膏等。 鹽巖富集說(shuō)明地層水中富含大量的Na+，Ca2+和Mg2+，為咸化湖泊濃縮蒸發(fā)所致。鹽巖富集區(qū)見(jiàn)異常高壓網(wǎng)狀縫（圖版Ⅰ-6），可能與深部熱水沿?cái)嗔焉仙嘘P(guān)［16］。鹽巖類(lèi)在湖盆中心水深最大處異常富集，厚度可達(dá)300～500m。

2.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

據(jù)巖心觀察、鑄體薄片及掃描電鏡分析，研究區(qū)風(fēng)城組儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型為裂縫、溶孔、晶間孔和原生孔，其中裂縫是最重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，溶孔次之。致密油藏為裂縫-溶孔型。

2.2.1 裂縫

烏—夏地區(qū)風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層中，裂縫是最主要的儲(chǔ)集空間（圖版Ⅱ-1～Ⅱ-4），占儲(chǔ)集空間的53%，對(duì)致密油有效儲(chǔ)層的發(fā)育起到了決定性的作用。研究區(qū)主干斷裂主要為百—烏斷裂、夏紅北斷裂及烏蘭林格斷裂等一系列北東向和北北東向斷裂（參見(jiàn)圖1）。風(fēng)城組裂縫主要為構(gòu)造作用形成的構(gòu)造縫，壓實(shí)作用形成的泄水縫（圖版Ⅱ-3）和縫合線(xiàn)（圖版Ⅱ-4）及異常高壓形成的網(wǎng)狀縫［17-18］（圖版Ⅰ-6）；以高角度裂縫（40°～70°）為主，水平縫（＜ 10°）和垂直縫（＞70°）次之。宏觀裂縫（開(kāi)度為0.2mm左右）僅在風(fēng)26和風(fēng)7等井區(qū)主斷裂附近可見(jiàn)；微裂縫（開(kāi)度為0.003～0.025mm）全區(qū)發(fā)育，靠近主斷裂區(qū)富集。裂縫主要發(fā)育于云質(zhì)巖類(lèi)和凝灰?guī)r類(lèi)儲(chǔ)層中，白云石為脆性礦物，故發(fā)生白云石化的地區(qū)裂縫最富集。裂縫常被白云石、方解石、石膏、硅硼鈉石或?yàn)r青等充填（圖版Ⅱ-2～Ⅱ-4）。微裂縫產(chǎn)生的面孔率平均高達(dá)1.7%，不僅大大改善了儲(chǔ)層的連通性，而且為溶蝕流體的流動(dòng)提供了通道，有利于溶孔的形成。

2.2.2 溶蝕孔隙

研究區(qū)風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層中溶孔占儲(chǔ)集空間的35%，常見(jiàn)有晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔和基質(zhì)溶孔。溶孔主要發(fā)育于白云石化強(qiáng)烈的烏爾禾半封閉湖灣區(qū)及風(fēng)城1井區(qū)云質(zhì)砂巖類(lèi)儲(chǔ)層中，被溶蝕的礦物主要有白云石、方解石以及鹽類(lèi)礦物（圖版Ⅱ-5～Ⅱ-7）。溶蝕流體在構(gòu)造擠壓及熱對(duì)流的驅(qū)動(dòng)下常沿構(gòu)造縫和層理面等構(gòu)造薄弱面流動(dòng)，故裂縫發(fā)育區(qū)溶蝕作用較為強(qiáng)烈。例如，風(fēng)城1井的云質(zhì)粉砂巖中溶孔為最主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，占儲(chǔ)集空間的70%以上［15］。溶孔的發(fā)育不僅改善了儲(chǔ)層物性，而且增大了儲(chǔ)集空間，對(duì)研究區(qū)致密儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)的形成產(chǎn)生了重要作用。

2.2.3 晶間孔隙

研究區(qū)風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層中晶間孔僅占儲(chǔ)集空間的11%，且孔隙較小，一般不超過(guò)幾微米，多由白云石化和重結(jié)晶作用等后期成巖交代作用形成。晶間孔于自生礦物中較常見(jiàn)，如方解石和白云石等結(jié)晶體礦物之間形成的孔隙，構(gòu)造作用形成的裂縫充填物中也常見(jiàn)晶間孔（圖版Ⅱ-8～Ⅱ-9）。晶間孔分布不均勻，常與裂縫帶共生，對(duì)致密儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”的形成有一定的貢獻(xiàn)。

2.2.4 原生孔隙

研究區(qū)風(fēng)城組沉積于半封閉湖灣環(huán)境，沉積物粒度較細(xì)，并由于埋深較大（4 000～5 000m），原生孔已基本不存在，且孔隙連通性差。原生孔主要為原生剩余粒間孔，僅占儲(chǔ)集空間的1%，常見(jiàn)于砂巖類(lèi)致密油儲(chǔ)層中，單獨(dú)的原生孔很難形成有利儲(chǔ)層。

2.3 儲(chǔ)層物性特征

據(jù)研究區(qū)風(fēng)城組500余塊儲(chǔ)層樣品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度較低，最小值為0.04%，最大值為27.3%，一般為1%～10%，平均為3.86%，孔隙度＞10%的樣品僅占樣品總數(shù)的5%左右；儲(chǔ)層空氣滲透率數(shù)值變化很大，最小值＜0.01mD，最大值為1 016.01mD，平均為0.17mD，＜2mD的樣品占樣品總數(shù)的 85% 左右（圖 3），屬致密儲(chǔ)層［3，19］。 由圖3可看出，研究區(qū)風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層孔隙度和滲透率沒(méi)有明顯的線(xiàn)性關(guān)系，說(shuō)明其孔隙類(lèi)型主要為次生孔隙和裂縫，原生孔所占比例較低；滲透率的波動(dòng)范圍極大，說(shuō)明裂縫的存在至關(guān)重要，是改善儲(chǔ)層物性的主要因素。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層孔滲關(guān)系（據(jù)文獻(xiàn)［3］修改）Fig.3 Porosity and permeability of tight oil reservoirs ofFengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

研究區(qū)不同巖石類(lèi)型的儲(chǔ)層物性差異較大。其中云質(zhì)粉砂巖平均孔隙度為5.23%，凝灰質(zhì)白云巖平均孔隙度為6.63%，均高于風(fēng)城組碎屑巖儲(chǔ)層平均孔隙度3.86%（表1）。云質(zhì)粉砂巖物性相對(duì)較好，這是由于粉砂質(zhì)的分選、磨圓及抗壓實(shí)能力均好于凝灰質(zhì)，后期的溶蝕作用也較凝灰質(zhì)強(qiáng)。凝灰質(zhì)白云巖發(fā)生了強(qiáng)烈的白云石化作用，使巖石脆性加大，裂縫更發(fā)育。根據(jù)研究區(qū)取心段不同巖性?xún)?chǔ)層的含油氣性分析，云質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)白云巖含油性均相對(duì)較高（表2）。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)風(fēng)城組不同巖性孔隙度Table 1 Porosity of different lithologies of FengchengFormation in Wu-Xia area of Junggar Basin

表2 準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)風(fēng)城組不同巖性?xún)?chǔ)層巖心的含油氣性Table 2 Cores fluorometric analysis of different rock types of Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

研究區(qū)風(fēng)城組儲(chǔ)層排驅(qū)壓力一般＞3MPa，孔喉半徑＜1μm，主要為0.03～1.00μm，退汞效率較差。風(fēng)城組孔滲數(shù)據(jù)及喉道特征均表明研究區(qū)發(fā)育致密儲(chǔ)層。

3 儲(chǔ)層物性影響因素分析

準(zhǔn)噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層具有裂縫-溶孔雙重介質(zhì)特征，儲(chǔ)層物性主要受白云石化作用強(qiáng)度、裂縫和溶孔發(fā)育程度及其耦合關(guān)系等因素影響。

3.1 白云石化作用

據(jù)巖石薄片和X射線(xiàn)衍射分析（參見(jiàn)圖2），風(fēng)城組云質(zhì)巖類(lèi)的礦物組成復(fù)雜，其中白云石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%～57.3%，很少超過(guò)50%，平均24.4%，巖性主要為云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖等，以云質(zhì)凝灰?guī)r最富集，統(tǒng)稱(chēng)云質(zhì)巖類(lèi)。

云質(zhì)巖類(lèi)的產(chǎn)狀以紋層狀、條帶狀（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-2）、團(tuán)塊狀、絲絮狀和星散狀為主，常沿層理和裂隙充填分布，鏡下呈半自形—自形，以粉晶—細(xì)晶為主，常見(jiàn)霧心亮邊和環(huán)帶交代殘余結(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-3～Ⅰ-4）。其中紋層狀微晶白云石推測(cè)為準(zhǔn)同生成因，以晶形差、顆粒小和層狀分布為特征［20］；星散狀與絲絮狀粉—細(xì)晶白云石為中埋藏成因，以粉—細(xì)晶、半自形—自形和霧心亮邊發(fā)育為特征；團(tuán)塊狀細(xì)—中晶白云石可能為中—深埋藏成因或與熱液活動(dòng)密切相關(guān)，以晶面不規(guī)則緊密接觸為特征。

白云石不僅脆性大，而且易發(fā)生溶蝕，巖石白云石化有利于產(chǎn)生有效儲(chǔ)集空間（參見(jiàn)表1）。研究區(qū)風(fēng)城組泥巖、粉砂巖和凝灰?guī)r的平均孔隙度分別為0.6%，3.64%和2.71%，發(fā)生白云石化后分別為3.35%，5.23%和6.63%，儲(chǔ)層物性得到了改善。巖心、測(cè)井及地震反演綜合研究均表明，風(fēng)城組云質(zhì)巖類(lèi)主要分布于烏爾禾—風(fēng)城地區(qū)。

3.2 裂縫發(fā)育程度及其影響因素

在風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層中，裂縫對(duì)有效儲(chǔ)層的形成和分布均起到?jīng)Q定性的作用，是研究區(qū)致密油儲(chǔ)層高產(chǎn)最重要的影響因素。裂縫的識(shí)別可通過(guò)巖心觀察、成像測(cè)井及地震方法來(lái)進(jìn)行。儲(chǔ)層裂縫的成因不同，分布規(guī)律和影響因素也均不相同。縱向上，裂縫發(fā)育主要受巖性影響，巖石發(fā)生白云石化后，其脆性普遍變大，在構(gòu)造作用力下極易發(fā)產(chǎn)破裂；平面上，裂縫發(fā)育程度主要受構(gòu)造條件影響，一般情況下主斷裂附近為裂縫發(fā)育的密集區(qū)。烏爾禾斷褶帶深層斷裂異常發(fā)育，加之白云石化程度最大，巖石脆性大，為研究區(qū)裂縫最富集的地帶。

裂縫的存在不僅可以作為致密油的儲(chǔ)集空間，而且為油氣及溶蝕流體均提供了優(yōu)質(zhì)運(yùn)移通道。裂縫的發(fā)育程度直接影響著原油產(chǎn)量，如風(fēng)3井風(fēng)城組凝灰質(zhì)白云巖距斷裂近，裂縫密度達(dá)10.6條/m，日產(chǎn)原油100 t以上；遠(yuǎn)離斷裂的風(fēng)南4井風(fēng)城組凝灰質(zhì)白云巖裂縫密度小，僅0.5條/m，日產(chǎn)原油2 t。

3.3 溶孔發(fā)育程度及其與裂縫配置關(guān)系

風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層（特別是砂巖類(lèi)儲(chǔ)層）溶孔的發(fā)育程度決定了儲(chǔ)層的有效性。溶孔的發(fā)育主要受巖性影響，砂巖類(lèi)儲(chǔ)層最易發(fā)育溶孔，白云石、方解石、硅硼鈉石和鹽巖等自生礦物均易發(fā)生溶蝕。其次，裂縫是溶蝕流體運(yùn)移的優(yōu)良通道，溶孔經(jīng)常伴隨裂縫發(fā)育。有機(jī)質(zhì)生烴排放出大量有機(jī)酸，這些有機(jī)酸是溶蝕流體的主要來(lái)源。溶孔在云質(zhì)粉砂巖中最為發(fā)育，在主斷裂帶附近也較發(fā)育。

溶孔發(fā)育程度及其與裂縫配置關(guān)系的優(yōu)劣均極大地影響致密油儲(chǔ)層的產(chǎn)量，如烏355井在井深3 177～3 197m裂縫和溶孔發(fā)育且配置關(guān)系較好，溶孔被裂縫有效連通，日產(chǎn)油23 t；烏351井在井深3 310～3 322m溶孔孤立，裂縫不發(fā)育，溶孔未被有效連通，日產(chǎn)油不足 1 t［15］。

4 結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組油層巖性復(fù)雜，以云質(zhì)巖類(lèi)為主；儲(chǔ)集空間類(lèi)型以裂縫和溶孔為主，埋深大（4 000～5 000m），原生孔不發(fā)育；孔隙度為1%～10%，滲透率＜2mD，孔喉半徑多＜1μm，為典型的致密型儲(chǔ)層。

（2）白云石化作用、裂縫和溶孔的形成作用共同影響研究區(qū)風(fēng)城組相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育，尤其是裂縫局部異常發(fā)育的地區(qū)，儲(chǔ)層被改造，連通性變好，可形成“甜點(diǎn)”。其分布主要受以下因素影響：①巖石發(fā)生白云石化作用的強(qiáng)度。強(qiáng)烈的白云石化作用導(dǎo)致巖石脆性變大，更易產(chǎn)生裂縫，且白云石容易發(fā)生溶蝕。②主斷裂的發(fā)育強(qiáng)度。伴隨主斷裂產(chǎn)生的眾多裂縫和微裂縫，不僅增大了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，并且為溶蝕流體的運(yùn)移提供了優(yōu)質(zhì)通道。③溶蝕作用的強(qiáng)度。白云石和云質(zhì)粉砂巖均容易發(fā)生溶蝕作用，產(chǎn)生一定的儲(chǔ)集空間。

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