林 新

(中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

玉北地區(qū)鷹山組儲集層成巖作用及孔隙演化

林 新

(中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

根據(jù)薄片、地化分析、陰極發(fā)光、包裹體測溫等技術(shù)，對玉北地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組碳酸鹽巖的成巖作用類型、序列及其與孔隙演化的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究。認(rèn)為玉北地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組儲集層經(jīng)歷了準(zhǔn)同生白云石化、埋藏白云石化、三期溶蝕、三期膠結(jié)、充填和壓實(shí)、壓溶等主要成巖作用，其中對儲集層孔隙發(fā)育起建設(shè)性作用的是白云石化和溶蝕作用。根據(jù)成巖作用的先后順序以及成巖作用過程中孔隙的演化特點(diǎn)，總結(jié)了鷹山組的成巖序列及孔隙的演化規(guī)律。

玉北地區(qū)；鷹山組；成巖作用；孔隙演化

1 研究區(qū)概況

玉北地區(qū)位于塔里木盆地塔西南坳陷麥蓋提斜坡，北與巴楚隆起南緣的瑪扎塔格構(gòu)造帶相接，南鄰葉城坳陷，西接麥蓋提斜坡西段，東與塘古巴斯坳陷過渡帶相接[1-2](圖1) 。區(qū)內(nèi)奧陶系主要發(fā)育兩套儲集層，即下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組、中-下奧陶統(tǒng)鷹山組儲集層，巖性從下向上由局限臺地環(huán)境沉積的結(jié)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖向開闊臺地環(huán)境沉積的云質(zhì)灰?guī)r、顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r過渡。儲集空間主要為溶孔、溶洞、裂縫以及結(jié)晶白云巖中發(fā)育的晶間孔、晶間溶孔，其中裂縫為重要的滲濾通道[3-5]。

圖1 玉北地區(qū)構(gòu)造位置

儲集層孔隙度主要集中在0.6%～3.9%，平均1.5%，滲透率主要集中在(0.002～1.000)×10-3μm2，平均0.28×10-3μm2，物性較差，具特低孔特低滲特征。由于玉北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲集層研究相對較少[6-10]，本文以中-下奧陶統(tǒng)鷹山組鏡下薄片觀察為基礎(chǔ)，借助于地化分析、陰極發(fā)光及包裹體測溫等手段對研究區(qū)鷹山組碳酸鹽巖儲集層成巖作用特征及其與孔隙演化的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期對玉北地區(qū)鷹山組儲集層特征有更深入的認(rèn)識。

2 儲集層主要成巖作用類型及特征

對玉北地區(qū)鷹山組儲集性能有重要影響的成巖作用包括白云石化、三期溶蝕、三期膠結(jié)、充填和壓實(shí)、壓溶等作用。其中對儲集層孔隙發(fā)育起建設(shè)性作用的有白云石化和溶蝕作用；起破壞性作用的有膠結(jié)、充填和壓實(shí)、壓溶作用。各種成巖作用相互疊加，強(qiáng)烈地改造著區(qū)內(nèi)碳酸鹽沉積物的原始面貌[11]。

2.1 白云石化作用

白云巖發(fā)育于鷹山組中下部。根據(jù)白云石的晶粒大小、地球化學(xué)等特征，可將研究區(qū)鷹山組中白云石化作用分為準(zhǔn)同生白云石化和埋藏白云石化兩期。

2.1.1 準(zhǔn)同生白云石化

該作用形成的白云石，以泥晶、泥-粉晶為主，少數(shù)為粉晶，晶粒很細(xì)，大多數(shù)小于0.005 mm，有序度比較低，反映白云石結(jié)晶速度快[12]。晶體以半自形為主，少數(shù)為自形晶，晶間含少量黏土礦物。陰極射線下不發(fā)光或者發(fā)昏暗光，F(xiàn)e、Mn微量元素含量低；碳、氧穩(wěn)定同位素相對比較重，δ13C為0.6‰～1.6‰(PDB)，平均為1.17‰(PDB)；δ18O為-4.6‰～-7.7‰(PDB)，平均為-6.4‰(PDB)(表1)；鍶同位素比值較高，為0.709 68～0.710 90，平均0.710 29(表2)。根據(jù)碳、氧同位素組成計(jì)算得到的古鹽度指數(shù)(Z值)一般大于120，進(jìn)一步說明白云石化水體鹽度高(Scott and Ihsan，1997)。上述特征表明：這類白云巖主要是在干熱的潮坪環(huán)境中形成的，由于強(qiáng)的蒸發(fā)作用使文石和石膏沉淀，因此研究區(qū)這類白云巖多呈紋層狀分布，連續(xù)性較好(圖2a)。

2.1.2 埋藏白云石化

a.泥晶云巖呈層狀分布，YB1-2X 井，5 445.07 m，正交光； b.白云石呈自形-半自形，局部晶間孔隙充填瀝青，霧心亮邊特征明顯，中晶白云巖，YB8井，7 178.07 m，單偏光；c.硅質(zhì)巖中裂縫充填白云石，并在硅質(zhì)上見粉晶白云石，以自形為主，少量半自形，YB3井，5 258.53 m，正交光；d.順層溶蝕孔洞發(fā)育，亮晶砂屑-礫屑灰?guī)r，YB1井，5 617.2m，單偏光；e.縫合線溶蝕擴(kuò)大充填瀝青，中-粗晶白云巖，YB6A井，6 713.47 m，單偏光；f.輕質(zhì)油侵染白云石晶間孔、晶間溶孔，細(xì)晶白云巖，YB6A，6 713.47 m，單偏光；g.第二期膠結(jié)物被溶，粒間溶孔充填瀝青，亮晶鮞粒砂屑灰?guī)rYB1井，5 617.25 m，單偏光；h.白云石晶間溶孔充填粉砂、赤鐵礦、泥質(zhì)，粗晶白云巖，YB3井，5 317 m，正交光；i.第一期膠結(jié)物呈纖維狀，在顆粒周圍形成等厚環(huán)邊，見泥晶套，第二期膠結(jié)物呈粒狀充填孔洞；第三期膠結(jié)物以單晶形式充填剩余孔隙，與第一、二期膠結(jié)物呈不整合接觸，亮晶鮞粒砂屑灰?guī)r，YB1井，5 615.72 m，單偏光；j.壓實(shí)作用致使砂屑顆粒壓扁拉長，砂屑灰?guī)r，YB3井， 5 364.96 m，單偏光；k.壓溶作用強(qiáng)烈，縫合線發(fā)育，被有機(jī)質(zhì)和方解石充填，泥晶灰?guī)r，PSB2井，7 190.9 m，單偏光；l.多期裂縫發(fā)育，裂縫中充填三期方解石膠結(jié)物，從縫壁向中心依次發(fā)育粉晶方解石、細(xì)至中晶方解石到粗晶方解石，亮晶砂屑灰?guī)r，YB1井，5 719.16 m，單偏光圖2 玉北地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組主要成巖作用鏡下薄片特征

該作用形成的白云石晶粒較粗大，多為中晶(0.25～0.50 mm)、細(xì)晶(0.05～0.25 mm)，甚至粗晶(0.5～1.0 mm)，有序度較高。晶體以半自形、它形為主，少數(shù)為自形晶，波狀消光明顯；鏡下可見，細(xì)晶白云石呈鑲嵌接觸、粗晶白云石多為線-凹凸接觸，而中晶白云石晶體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)或霧心亮邊結(jié)構(gòu)(圖2b)；在陰極光下，細(xì)至粗晶白云石發(fā)橘紅色光，表明Fe、Mn微量元素含量高[13]；碳、氧、鍶同位素?cái)?shù)值較泥-粉晶白云巖低，碳同位素組分δ13C為-0.1‰～-1.5‰(PDB)，氧穩(wěn)定同位素δ18O為-6‰～-9.6‰(PDB)(表1)，鍶同位素比值為0.708 97～0.709 48(表2)；根據(jù)流體包裹體分析，其均一化溫度為103～198 ℃，反映其形成溫度較高。此外，縫合線附近多見白云石晶體出現(xiàn)，還可見硅質(zhì)巖上分布白云石(圖2c)，這些顯然為埋藏白云石化的重要證據(jù)。石化作用形成的晶間孔、晶內(nèi)孔以及后期的晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔是研究區(qū)主要的儲集空間類型，其部分被方解石、白云石或硅質(zhì)充填，也可見瀝青和有機(jī)質(zhì)充填，還可見輕質(zhì)油侵染白云石或儲存于白云石晶體間隙中。

表1 研究區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組碳氧同位素特征

表2 研究區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組鍶同位素特征

2.2 溶蝕作用

通過對鏡下薄片和巖心的詳細(xì)觀察，認(rèn)為研究區(qū)鷹山組儲集層發(fā)育三期溶蝕作用，分別為準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕、埋藏期溶蝕及表生期溶蝕作用。其中埋藏期溶蝕作用對鷹山組儲集層改造最普遍、最強(qiáng)烈。

2.2.1 準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用

富含二氧化碳的大氣淡水對不穩(wěn)定的礦物組分高鎂方解石、文石溶解后，孔隙特征往往具有選擇性溶蝕的特征。研究區(qū)該期溶蝕作用的識別標(biāo)志是：第一期海底纖狀方解石膠結(jié)物被部分或全部溶蝕，殘留的纖狀方解石與第二期粒狀方解石呈不整合接觸；順層發(fā)育的溶蝕孔洞部分被方解石或白云石充填(圖2d)；殘余粒內(nèi)孔被白云石充填；巖心上見縫合線、裂縫被綠泥石充填；發(fā)育示頂?shù)讟?gòu)造等。

2.2.2 埋藏期溶蝕作用

這種作用對研究區(qū)鷹山組儲集空間的形成貢獻(xiàn)最大，形成晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔、溶縫及溶洞等非選擇性孔隙。從鏡下薄片觀察，推測研究區(qū)至少發(fā)育了兩期埋藏溶蝕作用，第一期溶蝕作用形成的孔、洞、縫中充填瀝青(圖2e)，在全區(qū)均發(fā)育；第二期溶蝕作用形成的白云石晶間溶孔被輕質(zhì)油侵染，現(xiàn)今表現(xiàn)為棕褐色油斑(圖2f)，僅在部分井區(qū)見到，如玉北1-2X井區(qū)。

2.2.3 表生期溶蝕作用

該作用發(fā)生在沉積物埋藏后由于構(gòu)造運(yùn)動被抬升到地表后發(fā)生的溶蝕作用。研究區(qū)表生溶蝕作用發(fā)育早晚兩期，早期溶蝕作用在鏡下表現(xiàn)為第二期膠結(jié)物部分被溶甚至涉及第一期膠結(jié)物(圖2g)。該期溶蝕所形成的孔隙雖多被后期膠結(jié)物所充填，但它卻為酸性地層水提供了運(yùn)移通道，是發(fā)生埋藏溶蝕作用的重要場所。晚期溶蝕作用較弱，在研究區(qū)所見識別標(biāo)志：黃鐵礦發(fā)生褐鐵礦化；在縫合線、微裂縫內(nèi)發(fā)育氧化鐵；見粗大晶白云石析出氧化鐵；沿縫合線溶蝕擴(kuò)大充填泥質(zhì)；白云石晶間溶孔充填滲濾粉砂、泥質(zhì)、赤鐵礦或滲濾云泥(圖2h)；裂縫內(nèi)充填滲濾灰泥、云泥等。

2.3 膠結(jié)作用

鏡下觀察，玉北地區(qū)鷹山組儲集層經(jīng)歷了三期膠結(jié)作用，分別為海底膠結(jié)作用、大氣淡水膠結(jié)作用、埋藏期膠結(jié)作用。

2.3.1 第一期海底膠結(jié)作用

該期膠結(jié)產(chǎn)物主要有纖狀方解石、葉片狀石英等，其多因后期溶蝕作用遭到較嚴(yán)重破壞，但在玉北1井區(qū)、玉北5井區(qū)鷹山組保存較好。鏡下發(fā)現(xiàn)，該期方解石膠結(jié)物多呈纖維狀、纖柱狀，垂直顆粒壁生長，形成等厚環(huán)邊，偶見泥晶套，膠結(jié)物分布致密(圖2i)；具有在陰極射線下發(fā)桔黃色光等特點(diǎn)。在玉北1-2X井鷹山組發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)物，見藻砂屑邊緣生長葉片狀石英膠結(jié)物，其表面干凈明亮，藻砂屑是準(zhǔn)同生期硅化作用的產(chǎn)物。以上均顯示無論是方解石膠結(jié)物還是硅質(zhì)膠結(jié)物都形成于海底成巖環(huán)境。

2.3.2 第二期大氣淡水膠結(jié)作用

形成于大氣淡水成巖環(huán)境，產(chǎn)物包括大氣淡水滲流帶和大氣淡水潛流帶兩種膠結(jié)物。其中滲流帶膠結(jié)物有兩種表現(xiàn)形式：一種是由細(xì)粒方解石組成的新月型或懸垂?fàn)钅z結(jié)物；另一種為等軸粒狀方解石或柱狀石英，在充填孔洞時(shí)，從孔隙邊部向中心顆粒變粗，形成晶簇狀(圖2i)。滲流帶膠結(jié)物晶粒一般小于0.10 mm，覆蓋于纖狀膠結(jié)物之上或直接覆蓋于顆粒之上；陰極發(fā)光下，膠結(jié)物發(fā)光顏色、強(qiáng)度與碳酸鹽巖顆粒基本一致。潛流帶膠結(jié)物為共軸生長邊膠結(jié)物，常見于棘皮碎屑顆粒周圍，研究區(qū)發(fā)育較少。

2.3.3 第三期埋藏膠結(jié)作用

主要形成于深埋藏環(huán)境，其方解石或硅質(zhì)膠結(jié)物的共同特征是晶體明亮粗大，以單晶形式充填于前兩期膠結(jié)物充填后所剩余的粒間孔隙空間(圖2i)，并與前期膠結(jié)物呈結(jié)構(gòu)不整合關(guān)系。在陰極射線下一般不發(fā)光，發(fā)育聚片雙晶。本區(qū)這類膠結(jié)物含量不高，但往往導(dǎo)致孔隙、次生孔隙儲集性能大大降低。

2.4 壓實(shí)壓溶作用

研究區(qū)鷹山組壓實(shí)作用表現(xiàn)為兩種形式，一是顆粒密集填積的機(jī)械壓實(shí)作用，主要發(fā)育于淺埋藏環(huán)境。由于第一期纖狀等厚環(huán)邊膠結(jié)物、第二期粒狀膠結(jié)物對巖石的支撐作用，使得機(jī)械壓實(shí)現(xiàn)象在本區(qū)表現(xiàn)不明顯，僅在YB3井見砂屑顆粒壓扁拉長，局部破碎(圖2j)，YB1-2X見白云石化后的殘留物藻砂屑具定向排列壓實(shí)。另一種是以縫合線形式存在的化學(xué)壓實(shí)作用，即壓溶作用[14]，主要表現(xiàn)為碳酸鹽顆?；蚓鎻澢疏偳稜?，研究區(qū)多發(fā)生于中-深埋藏環(huán)境。少數(shù)縫合線中見有機(jī)質(zhì)、瀝青質(zhì)充填，說明縫合線可作為油氣儲集空間和運(yùn)移通道，而多數(shù)縫合線被泥質(zhì)、方解石全充填(圖2k)。

2.5 充填作用

研究區(qū)孔、洞、縫大多受不同程度充填，充填物以方解石為主，也有泥質(zhì)、白云石、硅質(zhì)等。研究區(qū)鷹山組方解石充填物最多可識別出3期。如在玉北1井5 603.74 m 、5 719.16 m等處，溶蝕縫被亮晶方解石全充填，從縫壁向中心依次發(fā)育粉晶方解石、細(xì)至中晶方解石到粗晶方解石，表明研究區(qū)發(fā)生了三期充填作用，其中以第三期最為強(qiáng)烈(圖2l)。

3 成巖序列與孔隙演化史

根據(jù)鏡下薄片、碳氧鍶同位素及包裹體分析等資料，總結(jié)出玉北地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組成巖作用先后順序，并建立了研究區(qū)鷹山組成巖序列及孔隙的演化規(guī)律。玉北地區(qū)鷹山組依次經(jīng)歷了同生成巖階段、早成巖階段、第一次表生成巖階段、早-中成巖階段、第二次表生成巖階段及中成巖階段。

(1)同生成巖階段。在海底成巖環(huán)境中，研究區(qū)泥晶化作用、硅化作用等影響不明顯，以海底膠結(jié)作用占主導(dǎo)地位，使原生孔隙度從沉積初期的10%～25%降到5%～20%；當(dāng)沉積物暴露于大氣淡水成巖環(huán)境中，原生粒間孔、白云石晶間孔及部分海底膠結(jié)物等遭受淡水淋濾，形成粒間溶孔、鑄模孔及晶間溶孔等次生孔隙，使孔隙度增加2%～5%。

(2)早成巖階段。沉積物進(jìn)入淺埋藏環(huán)境，隨著埋深的逐漸增大，由于上覆載荷作用，壓實(shí)作用增強(qiáng)，形成微裂縫或微縫合線；同時(shí)埋藏白云石化作用和重結(jié)晶作用形成了少量的次生孔隙，但均被方解石、泥質(zhì)及硅質(zhì)等嚴(yán)重充填，沉積物孔隙度直線下降，幾乎降到0附近。

(3)第一次表生成巖階段。當(dāng)沉積物被抬升到近地表環(huán)境，表生期溶蝕作用、構(gòu)造破裂作用及充填作用開始發(fā)生，溶蝕作用和破裂作用都能改善儲集層物性，其中溶蝕作用以第二期膠結(jié)物被溶為主，形成2%～5%孔隙度。然而溶縫、溶蝕孔洞中泥質(zhì)、硅質(zhì)等不溶成分較多，造成孔隙度下降到2%左右。

(4)早-中成巖階段。在淺-中埋藏環(huán)境中，沉積物再次被埋深，壓實(shí)強(qiáng)度增大，埋藏膠結(jié)作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致沉積物孔隙度接近0。白云石化作用形成細(xì)晶、中晶白云巖，粉晶、細(xì)晶白云巖重結(jié)晶為中晶白云巖，晶間孔增大；溶蝕作用形成晶間溶孔、溶縫等次生孔隙；壓溶作用形成縫合線，三者綜合作用改善了儲集層孔滲能力并提高了儲集層的連通性，孔隙度增加4%～8%。在中成巖早期，第一期油氣充填上述作用形成的晶間溶孔、溶縫及縫合線等，并伴隨方解石、硅質(zhì)等充填，使儲集層孔隙度降為1%～2%。

(5)第二次表生成巖階段。沉積物再次被抬升到表生成巖環(huán)境中，由于本次表生溶蝕作用強(qiáng)度較第一次弱，因此該階段孔隙度變化不大，儲集層孔隙度為1%～3%。

(6)中成巖階段。隨埋深進(jìn)一步增加，研究區(qū)進(jìn)入中-深埋藏成巖階段，強(qiáng)烈的埋藏膠結(jié)作用、充填作用致使孔隙度降到0附近。由于埋藏云化作用、埋藏溶蝕作用及重結(jié)晶作用的影響，儲層孔隙度增加8%左右。中成巖晚期，第二期油氣充填孔、洞及縫等，后期硅質(zhì)交代、充填孔隙嚴(yán)重，孔隙度降為0.5%～4.0%，保留至今。

4 結(jié)論

(1)控制玉北地區(qū)鷹山組儲集層孔隙發(fā)育的主要建設(shè)性成巖作用是白云石化及溶蝕作用。其中溶蝕作用分為準(zhǔn)同生期、表生期(兩期)和埋藏期(兩期)，埋藏期溶蝕對儲集空間貢獻(xiàn)最大，其產(chǎn)生的晶間溶孔、洞、縫等是主要儲集空間。

(2)玉北地區(qū)鷹山組儲集層依次經(jīng)歷了同生成巖階段、早成巖階段、第一次表生成巖階段、早-中成巖階段、第二次表生成巖階段及中成巖階段。不同階段成巖作用特征及其對儲集層孔隙度的影響各有不同。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2017)01-0012-05

2016-07-27

林新，工程師，1986年出生，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)礦物巖石及礦床學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事碳酸鹽巖沉積和儲層研究。

中國石油化工股份有限公司重大先導(dǎo)項(xiàng)目“塔里木盆地塔中-玉北地區(qū)油氣富集規(guī)律研究與突破目標(biāo)”(2013KTXD01)資助。

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