石金華，楊 成，李仕遠，王 鵬

(1.中國地質大學(北京)，北京 100083；2.中國石油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

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扎哈泉儲層致密史與致密油聚集關系探討

石金華1，楊 成2，李仕遠2，王 鵬2

(1.中國地質大學(北京)，北京 100083；2.中國石油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

扎哈泉是柴達木盆地西南部致密油勘探新區(qū)域，為深入認識致密油聚集規(guī)律，通過儲層成因機理控制因素、成巖作用致密史模擬、致密油氣充注及聚集成藏史分析，對儲層致密史與致密油聚集關系進行了研究。結果表明：沉積作用的巖石學特征奠定了儲層形成的物質基礎，是致密儲層形成的內(nèi)因；壓實、膠結等成巖作用是儲層致密的重要外因；儲層致密化時間為距今7 Ma；距今5 Ma致密油開始成藏，為Ⅰ期成藏。綜合分析認為，扎哈泉致密油具有儲層先致密油氣后聚集、晚期成藏的地質特征。該研究對致密油地質認識及勘探具有重要指導意義。

致密油；儲層致密史；油氣聚集；油氣成藏；柴達木盆地

0 引 言

致密油以吸附或游離狀態(tài)賦存在烴源巖中，或是與烴源巖互層、緊鄰致密砂巖或碳酸鹽巖等儲層，未經(jīng)長距離、大規(guī)模運移的石油聚集，其滲透率小于1×10-3μm2，孔隙度小于10%[1]。致密儲層形成主要受控于沉積作用和成巖作用。前人研究認為儲層致密史與油氣聚集有3種關系：即先致密后聚集、先聚集后致密、邊致密邊聚集[2-4]。扎哈泉上干柴溝組是柴達木盆地勘探發(fā)現(xiàn)致密油的重要新區(qū)域[5-6]，根據(jù)物性資料統(tǒng)計表明，研究區(qū)孔隙度為6.5%，滲透率為0.43×10-3μm2，儲層致密史與致密油聚集關系不甚明確。通過致密儲層形成機理、控制因素與油氣聚集成藏研究，探討儲層致密史與油氣充注聚集的時間匹配關系。

1 致密儲層形成的控制因素

1.1 沉積作用

扎哈泉上干柴溝組沉積時，受東柴山與鐵木里克2個沉積物源的作用[7]，礦物成分復雜，形成巖屑長石砂巖和長石巖屑，其中，砂巖石英含量為32.3%，長石含量為25.4%，巖屑含量為42.7%(火成巖為16.20%，變質巖為6.20%，碳酸鹽巖為12.10%，泥質為3.70%，硬石膏為0.95%，沸石為0.60%，內(nèi)碎屑為2.90%)。剛性顆粒的石英、長石含量偏低，非剛性碎屑物的巖屑含量較高，在成巖作用中抗壓性能差。巖石粒度分析、薄片觀察顯示：巖石的粒徑為0.05～0.45 mm，巖性以粉細砂巖為主，成分成熟度為0.46，巖石結構為次棱角—次圓狀，分選為中等—差，顆粒支撐。儲集空間以原生孔為主，其次為溶蝕孔，見少量微裂縫(圖1a—c)。沉積作用特征決定了成巖作用中巖石的孔隙變化及抗壓實能力，沉積巖石學特征奠定了成巖演化基礎，對致密儲層形成起決定性作用。

1.2 成巖作用

1.2.1 壓實作用

隨著埋深增加，在上覆壓力持續(xù)作用下，碎屑顆粒重新緊密排列、壓實、膠結甚至顆粒變形，壓實作用下孔隙大幅度降低。石英、長石含量低而巖屑含量高，在上覆壓力下易發(fā)生塑性變形，或以假雜基狀充填于顆粒之間，接觸方式隨著壓實作用增加發(fā)生變化，以點接觸至點—線接觸至線狀接觸為主(圖1d)，壓溶作用不強烈。巖屑物質與剛性顆粒緊密膠結，大部分原生孔隙喪失，不利于次生孔隙保存，壓實作用是導致孔隙減少的最直接、最重要的外部因素。

圖1 扎哈泉上干柴溝組儲層微觀特征

1.2.2 膠結作用

扎哈泉上干柴溝組儲層砂巖中，膠結物和雜基含量中等，膠結物含量為8.30%，主要成分為方解石，存在少量沸石類及硬石膏，雜基平均含量為3.75%，主要為黏土和灰泥質。方解石、白云石含量為23.15%，主要分布于碳酸鹽巖屑、方解石膠結物及內(nèi)碎屑中，白云石主要以巖屑組分存在。黏土礦物占15.30%，主要分布于泥質雜基、淺變質巖巖屑、長石及云母等顆粒溶蝕產(chǎn)物、泥礫中。研究區(qū)儲層主要有3種膠結作用：①碳酸鹽巖膠結。自生膠結物細晶與粉晶方解石呈粒狀、鑲嵌狀、櫛殼狀多形式充填于顆粒間及粒內(nèi)孔隙，其含量越高堵塞孔隙越多(圖1e)，減小孔隙空間作用越明顯，是導致孔隙減少的重要膠結礦物。②硫酸鹽巖膠結。主要礦物成分是硬石膏，呈晶粒狀、板條狀或連晶塊狀充填于粒間、粒內(nèi)孔隙中，使儲層固結致密(圖1f)，碳酸鹽巖與硫酸鹽巖含量高表明沉積時水體處于咸化環(huán)境中。③二氧化硅膠結作用。巖石薄片鏡下陰極發(fā)光觀察到石英以自生加大邊膠結物形式充填(圖1g)，減少儲集孔隙空間。膠結物與雜基含量越高則膠結作用越強，反之則膠結作用弱，持續(xù)的膠結作用使儲層更為致密。

1.2.3 溶蝕作用

研究區(qū)主要有2種溶蝕作用：一是對碳酸鹽巖溶蝕作用，成巖作用過程中排出的油田水及其他液體或有機酸等使碳酸鹽巖產(chǎn)生粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔(圖1b)；二是對長石原生粒內(nèi)孔、粒間孔溶蝕作用，原生粒內(nèi)、粒間孔在有機酸的溶蝕作用下，對礦物顆粒邊緣(主要是長石成分)產(chǎn)生了部分溶蝕作用，形成溶蝕擴大孔(圖1h、i)。溶蝕作用增加了孔隙，改善了儲集空間。

成巖過程的壓實、膠結作用導致孔隙大幅度減少，是形成致密儲層關鍵因素；而溶蝕作用雖增加了儲集空間，改善了儲層物性，但作用有限。

2 儲層致密史與油氣充注聚集耦合關系

2.1 致密儲層形成時間的確定

儲層形成時間確定方法有礦物成分測年法、包裹體測溫法、古孔隙度演化模擬法[8]。此次采用古孔隙度演化模擬方法來確定致密儲層形成時間。碎屑物質在沉積作用后，經(jīng)歷壓實、膠結、溶蝕溶解等各種成巖作用，最終形成致密儲層。根據(jù)不同成巖作用階段對孔隙演化的控制，建立各成巖作用孔隙演化模型，通過孔隙度分析確定儲層致密時間。

應用構建的孔隙演化總模型，模擬了扎哈泉上干柴溝組碎屑砂巖孔隙在不同地質歷史時間、不同埋藏深度、歷經(jīng)各種成巖作用的演化歷程(圖2)。

圖2 扎哈泉上干柴溝組儲層孔隙演化

由圖2可知，扎哈泉上干柴溝組(N1)自40 Ma開始沉積，原始孔隙度為33.87%；距今24 Ma埋深為800 m時，沉積速率第1次開始呈增加趨勢，壓實作用加強；距今22 Ma埋深為1 000 m時，孔隙度為24.83%；在22～11 Ma期間總體平穩(wěn)；距今11 Ma埋深達到2 000 m時，綜合作用下總孔隙度減少至13.53%，若僅單一壓實作用影響壓實后孔隙度為21.27%，因此，膠結作用使孔隙度減少了7.74%；距今11～5 Ma持續(xù)平穩(wěn)，在5 Ma時沉積速率第2次出現(xiàn)增強趨勢。古地溫達到80～100 ℃時，溶蝕作用導致孔隙度增加1.98%，壓實膠結作用導致孔隙度減少至9.09%，綜合成巖作用后孔隙度為11.07%，在穿越了酸化溶蝕窗之后，溶蝕作用減弱。膠結成巖與時間效應繼續(xù)發(fā)生作用，沉積至距今5 Ma后，孔隙度減少至5.36%，表明溶蝕作用后膠結作用繼續(xù)發(fā)生，致使儲層物性更差。

根據(jù)致密儲層定義，把成巖過程中儲層孔隙度為10%時作為致密儲層劃分界限，孔隙度小于10%時為致密儲層。應用總孔隙度演化模型分析，沉積至距今7 Ma時孔隙度為10.15%，達到致密儲層臨界點附近，表明距今7 Ma時儲層已經(jīng)致密化，隨著埋深增加，持續(xù)的成巖作用導致儲層更致密。

2.2 儲層致密史與油氣聚集史耦合關系

孔隙演化模型判定，扎哈泉上干柴溝組儲層致密于距今7 Ma開始形成，距今5 Ma開始油氣充注聚集，表明油氣充注聚集之前儲層已經(jīng)致密，即儲層致密史與致密油聚集關系為儲層先致密油氣后充注聚集。

2.3 研究意義與應用

扎哈泉上干柴溝組勘探區(qū)域面積達800 km2，仍處于前期勘探評價階段，勘探前景廣闊[6]。通過儲層致密史、孔隙演化史、致密油聚集充注時間及期次研究，揭示了儲層致密性與油氣充注的先后順序及聚集機理，提高了致密油儲層形成機理、源儲關系、致密油甜點區(qū)等基礎地質特征認識，指明了致密油聚集規(guī)律。為致密油勘探井位部署提供重要依據(jù)，對指導致密油勘探具有重要意義。結合此次研究成果及前期研究認識，在扎哈泉上干柴溝組部署勘探及評價井Z3、Z201、Z202，單井平均解釋油層厚度為13.3 m。試油層段儲層均無自然產(chǎn)量，壓裂措施改造后試油分別獲得了18、22、10 m3/d的工業(yè)油流，展示了該區(qū)致密油勘探具有廣闊前景。

圖3 埋藏史—地熱史關系

3 結 論

(1) 沉積作用過程中，扎哈泉上干柴溝組沉積時受雙物源影響，碎屑沉積物具有巖屑含量高，礦物組分類型多樣、組分復雜及結構、成分成熟度低的特點，沉積巖石學特征奠定了儲層致密化的物質基礎，是致密儲層形成的根本性內(nèi)因。

(2) 成巖作用過程中，壓實、膠結等成巖作用使孔隙減少，是儲層致密化的外部因素，溶蝕作用改善了儲集空間，但作用有限。

(3) 應用孔隙度模型模擬了致密儲層演化史，確定儲層致密時間為距今7 Ma。距今5 Ma致密油開始充注聚集，為Ⅰ期成藏，具有油氣持續(xù)充注聚集、晚期成藏特征。儲層致密史與致密油聚集關系研究表明，儲層先致密油氣后充注聚集成藏。

[1] 賈承造，等.中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景[J].石油學報，2012，33(3)：343-350.

[2] 楊曉萍，趙文智，等.低滲透儲層成因機理及優(yōu)質儲層形成與分布[J].石油學報，2007，28(4)：57-61.

[3] 于興河，李順利，楊志浩.致密砂巖氣儲層的沉積-成巖成因機理探討與熱點問題[J].巖性油氣藏，2015，27(1)：1-14.

[4] 曾濺輝，楊智峰，馮梟，等.致密儲層油氣成藏機理研究現(xiàn)狀及其關鍵科學問題[J].地球科學進展，2014，29(6)：651-661.

[5] 付鎖堂.柴達木盆地西部油氣成藏主控因素與有利勘探方向[J].沉積學報，2010，28(2)：373-379.

[6] 甘貴元，張建英，等.柴達木盆地北緣馬西氣藏儲集層研究[J].石油實驗地質，2014，36(5)：546-549.

[7] 王艷清，宮清順，等.柴達木盆地西部地區(qū)漸新世沉積物源分析[J].中國地質，2012，39(2)：426-435.

[8] 張哨楠.四川盆地西部須家河組砂巖儲層成巖作用及致密時間討論[J].礦物巖石，2009，29(4)：33-38.

[9] BEARD D C，WEYL P K.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand[J].AAPG Bulletin，1973，57(2)：349-369.

[10] SCHERER M.Parameters influencing porosity in standstones：a model for sandstone porosity prediction[J].AAPG Bulletin，1987，71(5)：485-491.

[11] ATHY L F.Density，porosity and compaction of sedimentary rock[J].AAPG Bulletin， 1930，14(1)：1-24.

[12] 劉震，邵新軍，金博，等.壓實過程中埋深和時間對碎屑巖孔隙度演化的共同影響[J].現(xiàn)代地質，2007，21(1)：125-132.

[13] 崔俊，周莉，張小波，等.柴達木盆地烏南油田致密砂巖儲層特征[J].中國石油勘探，2013，18(1)：22-28.

[14] 袁劍英，等.柴達木盆地高原復合油氣系統(tǒng)多元生烴和復式成藏[J].巖性油氣藏，2011，23(3)：7-14.

編輯 林樹龍

20160131；改回日期：20160518

國家科技重大專項“前陸盆地油氣成藏規(guī)律、關鍵技術及目標評價(二期)”(2011ZX05003)

石金華(1976-)，男，高級工程師，2001年畢業(yè)于大慶石油學院石油與天然氣地質勘查專業(yè)，現(xiàn)為中國地質大學(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，研究方向為油氣儲層地質與評價，主要從事油藏開發(fā)及管理工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.009

TE122.2

A

1006-6535(2016)04-0042-04