羅 威

(1. 中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029； 2. 中國科學院大學，北京 100049)

隨著油氣勘探開發(fā)技術(shù)的飛速發(fā)展，盆地中淺層油氣資源勘探程度不斷提高，而深層油氣資源逐漸受到地質(zhì)學家的廣泛關(guān)注[1-2]。與中淺層油氣儲層相比，深層-超深層油氣儲層地質(zhì)演化時間長[3-4]，儲層物性差[5]，儲層評價與預測難度大[6-7]。深埋演化過程中，儲層儲集物性特征主要受控于成巖演化過程。因而識別成巖作用類型，建立精確成巖演化序列是研究儲層形成演化過程的基礎。

本文以庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶巴什基奇克組為研究對象，主要原因是研究區(qū)儲層埋藏深度大，地質(zhì)演化時間長，成巖演化過程復雜，是分析成巖演化序列的良好靶區(qū)。通過成巖序列解析有助于認識研究區(qū)儲層形成演化過程及其時空展布特征，從而降低油氣勘探風險[2]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北部邊緣，發(fā)育多個次級構(gòu)造單元[8-9](圖1)。其中克拉蘇構(gòu)造帶油氣資源豐富，先后發(fā)現(xiàn)了克拉、大北以及克深等大型氣田，為西氣東輸工程提供了重要的能源保障[10-11]?？死K構(gòu)造帶井區(qū)自上而下鉆遇的地層有第四系、新近系、古近系、白堊系，其中白堊系主要鉆遇巴什基奇克組，為主要的油氣層[12]。

中生代以來，南天山造山帶活化控制著庫車坳陷的盆地格局。南天山造山帶向南逆沖擠壓，導致庫車坳陷撓曲沉降，形成北山南盆的古地理格局[13-14]。巴什基奇克組為扇三角洲-辮狀河三角洲沉積體系，平面上不同河道砂體側(cè)向連接，垂向上多期河道砂體相互疊置[15-16]，從而形成巨大的油氣儲集砂體。巴什基奇克組儲層埋深多在5 000 m以下，儲集物性相對較差，為尋找優(yōu)質(zhì)儲層提供了挑戰(zhàn)。

圖1 庫車坳陷研究區(qū)位置

2 儲層巖石學特征

巴什基奇克組儲層巖石主要為紅褐色長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，石英含量50%～65%，長石含量9%～23%，主要以鉀長石和斜長石為主，巖屑含量20%～30%，以變質(zhì)巖屑和火山巖屑為主。砂巖填隙物含量較高，雜基主要以泥質(zhì)和鐵質(zhì)物質(zhì)為主，含量1%～10%，粘土礦物主要以伊利石、伊蒙混層、綠泥石為主；膠結(jié)物以碳酸鹽巖礦物、石膏及少量石英次生加大為主，含量1%～15%，局部可達25%。

巖石分選與磨圓中等，巖石顆粒多以線接觸為主，次為凹凸接觸和點接觸。巴什基奇克組砂巖以顆粒支撐為主，具有低成分成熟度，中等結(jié)構(gòu)成熟度特征。

3 成巖演化序列3.1 成巖礦物

巴什基奇克組表現(xiàn)為咸化沉積水體，以堿性成巖環(huán)境為主[15，17]，主要發(fā)育方解石、石膏、粘土礦物及赤鐵礦等充填物。在深埋演化過程中成巖流體屬性波動式變化，會形成石英次生加大、鐵方解石等膠結(jié)物。
3.1.1 方解石

通過薄片觀察、掃描電鏡和陰極發(fā)光分析，方解石主要存在兩期。第一期方解石形成于同生-早成巖期，由于沉積水體為堿性，鹽度較高，沉淀早期方解石，以泥晶或細粒狀存在(圖2a)，充填于原生孔隙中或交代石英顆粒，陰極發(fā)光主要呈橙黃色。第二期形成在儲層深埋中早期階段，以粗粒亮晶為主(圖2b)，該期次方解石一部分圍繞早期方解石生長，顯示早期泥晶方解石向后期的亮晶方解石轉(zhuǎn)變；另一部分方解石主要充填在次生孔隙中，是地層流體中的Ca2+、Mg2+與CO32-相結(jié)合的產(chǎn)物。陰極發(fā)光主要呈暗紅色(圖2c)，包裹體均一溫度在90～120℃之間[18-19]。兩期方解石陰極發(fā)光顏色的轉(zhuǎn)變表明相關(guān)離子含量以及氧化環(huán)境的改變[19]。
3.1.2 粘土礦物

薄片觀察與掃描電鏡分析表明，研究區(qū)自生粘土礦物主要包括伊利石、伊蒙混層、綠泥石。自生粘土礦物主要有礦物包膜和孔隙充填(圖2d、圖2e)兩種賦存形式，其中孔隙充填結(jié)構(gòu)顯著降低儲集性能，將原生孔隙逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖紫?；而粘土礦物包膜在研究區(qū)廣泛發(fā)育，有效阻擋了石英次生加大的形成，有利于儲層孔隙的保存。
3.1.3 石英膠結(jié)物

石英次生加大僅在局部層段發(fā)育，顯著降低儲層巖石的儲集物性。研究區(qū)石英次生加大主要存在兩期，第一期石英次生加大主要形成于構(gòu)造抬升的表生成巖作用階段，巖石遭受大氣水的淋濾作用，長石和巖屑等不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕，次生加大提供物質(zhì)來源(圖2f)，此階段石英次生加大包裹體溫度小于90℃，鹽度較低，平均為3.5%[17]。第二期石英次生加大主要發(fā)生于深埋演化階段，有機酸的大量充注導致長石和巖屑等不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕，形成大量的伊利石和伊蒙混層礦物，同時也為石英次生加大提供了物質(zhì)基礎(圖2g)。該階段形成石英次生加大中的包裹體主要為與烴類伴生的鹽水包裹體和甲烷包裹體，均一溫度分布在120～170℃之間，鹽度較高，分布在10%～15%左右[17]。

3.1.4 赤鐵礦

赤鐵礦形成主要與地表巖石有氧風化作用有關(guān)[20]，由于研究區(qū)沉積初期水體呈現(xiàn)氧化和堿性特征，有利于赤鐵礦的形成。赤鐵礦主要來源于富鐵礦物的蝕變，尤其是不穩(wěn)定的含鐵硅酸鹽礦物。赤鐵礦在砂巖中通常以礦物包膜和孔隙充填兩種形式存在(圖2i)。

3.1.5 石膏

圖2 巴什基奇克組成巖礦物典型照片

局部層段還可見石膏膠結(jié)物的發(fā)育，多呈嵌晶膠結(jié)形式產(chǎn)出，占據(jù)儲層原始孔隙，導致儲層儲集物性的惡化；同時可見石膏對石英石等礦物顆粒邊緣具有強烈的交代作用(圖2h)。

3.2 壓實作用

根據(jù)鏡下觀察表明，儲層深埋演化過程中機械壓實占主導地位，巖石顆粒主要以線接觸為主。在薄片尺度上，可見石英等脆性顆粒破碎，云母等塑形顆粒被壓彎發(fā)生塑性變形，礦物顆粒長軸定向排列(圖3a、b)，局部可見壓溶作用，進而形成石英的次生加大邊。盡管研究區(qū)儲層埋深較大，但是局部層段儲層壓實作用較弱，主要原因是早期同生期形成的方解石膠結(jié)物可以抑制壓實作用的發(fā)生，同時晚期構(gòu)造擠壓活動強烈，孔隙流體壓力增加以及烴類大規(guī)模充注形成的異常高壓能進一步抑制壓實作用的進行[21-23]。

3.3 溶蝕作用

巴什基奇克組溶蝕孔隙發(fā)育，溶蝕作用主要包括長石、巖屑及少量的方解石膠結(jié)物(圖3c、圖3d)。主要的溶蝕作用存在兩期[23-24]：早期大氣水淋濾和晚期有機酸溶蝕作用。長石和巖屑等礦物溶蝕現(xiàn)象普遍，可見長石鑄?？缀蛶r屑篩狀孔。根據(jù)包裹體和有機熒光特征，研究區(qū)存在兩期液態(tài)油的充注和一期天然氣的充注[22](圖4)，其中第一期液態(tài)油為低成熟油，具有黃褐色熒光特征，第二期液態(tài)油為高成熟油，具藍白色熒光，第三期的天然氣未見熒光跡象。因此，有機酸伴隨著油氣的充注，形成一定數(shù)量溶蝕孔隙，改善儲集性能。

3.4 破裂作用

圖3 巴什基奇克組儲層成巖作用典型照片

庫車坳陷構(gòu)造活動強烈，儲層埋藏演化早期，發(fā)生大規(guī)模構(gòu)造抬升，形成近WE向構(gòu)造裂縫，輸導大氣水垂向淋濾，最大影響范圍可達100 m。儲層深埋演化過程，側(cè)向構(gòu)造擠壓活動強烈，形成了一系列NW向和NNW向構(gòu)造裂縫，成為有機酸運移通道，并且在裂縫周圍可見明顯的擴溶現(xiàn)象(圖3e、圖3f)。同時晚期構(gòu)造裂縫輸導深部油氣向上運移，促使油氣聚集成藏。

圖4 庫車坳陷巴什基奇克組成巖演化序列

3.5 成巖環(huán)境演變

成巖早期主要發(fā)育的成巖礦物包括泥晶方解石、石膏和赤鐵礦，顯示早期的堿性成巖環(huán)境。地球化學分析表明，研究區(qū)儲層沉積期間古氣候具有溫濕、半干旱的特點，沉積水體具有堿性、咸化-半咸化的特點[15]。儲層埋深到1 000 m左右，發(fā)生構(gòu)造抬升，遭受大氣水的淋濾作用，地層水呈酸性，有利于石英次生加大的形成以及長石和巖屑的溶解作用。儲層在深埋演化過程中發(fā)生復雜的流體-巖石相互作用過程，同時溫度、壓力、流體特征也在波動變化。在深層地質(zhì)環(huán)境的控制下，儲層深埋演化早中期，地層水呈堿性，導致方解石、長石等膠結(jié)物的形成和石英的溶蝕作用。深層深埋演化晚期，構(gòu)造裂縫發(fā)育，烴源巖成熟，有機酸充注，地層流體呈酸性，長石和巖屑等不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕作用，石英次生加大顯著。通過地球化學分析，現(xiàn)今地層水主要包含K+、Na+、Ca+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-，PH平均值在5.7左右，呈現(xiàn)弱酸性[17]，表明有機酸充注之后，不穩(wěn)定礦物發(fā)生溶蝕，地層流體PH逐漸升高，呈現(xiàn)現(xiàn)今的地層水特征。因此，庫車坳陷巴什基奇克組儲層在深埋演化過程中先后經(jīng)歷了堿性-弱酸性-堿性-酸性等成巖流體過程。

3.6 成巖演化序列

綜合流體包裹體溫度和粘土礦物組合[18，23，25，26]，參考石油天然氣行業(yè)標準(SY/T5477-2003)，庫車坳陷巴什基奇克組砂巖儲層成巖演化階段可達到中成巖A期，局部達到中成巖B期。在儲層同生成巖作用階段，沉積水體呈堿性，有利于方解石、石膏、赤鐵礦以及蒙脫石等礦物的沉淀。同生期成巖礦物主要充填在原生孔隙中，導致儲層質(zhì)量的惡化。在早成巖A階段埋藏演化過程中可見泥晶方解石和石膏對石英等礦物顆粒邊緣的交代作用，也進一步反證同生-早成巖階段成巖流體呈現(xiàn)堿性特征。

儲層深埋1 000 m左右后，發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造抬升運動，進入表生成巖作用階段，形成大量近WE向的構(gòu)造裂縫，導致大氣水的淋濾和滲流，造成長石和巖屑等不穩(wěn)定礦物的溶蝕作用，局部層段溶蝕作用強烈，可見長石的鑄?？?，同時形成高嶺石，也為石英次生加大提供物質(zhì)基礎。由于構(gòu)造抬升運動，巴什基奇克組遭受剝蝕，形成不整合面，因而不整合面的發(fā)育控制著次生溶蝕孔隙的發(fā)育過程。垂向上，大氣水可影響100 m范圍內(nèi)的儲層溶蝕過程。

隨后，儲層進入早成巖B階段，成巖流體逐漸由弱酸性向堿性轉(zhuǎn)變。大量的亮晶方解石膠結(jié)物以及少量長石次生加大的出現(xiàn)，同時伴隨著石英的溶蝕作用，因而可見亮晶方解石對石英的交代作用。同時，由于堿性成巖環(huán)境，同生期的蒙脫石、表生期的高嶺石逐漸向伊利石和綠泥石轉(zhuǎn)化，并充填次生孔隙，局部綠泥石具有包殼結(jié)構(gòu)，有利于保存原始孔隙。

隨著儲層的深埋演化，地層溫度和壓力的升高，儲層進入中成巖A階段，局部層位進入中成巖B階段，烴源巖逐漸成熟，構(gòu)造活動強烈，形成大量的構(gòu)造裂縫，成為有機酸和油氣運移的主要通道。在構(gòu)造裂縫的疏導下，有機酸顯著的溶蝕長石和巖屑等不穩(wěn)定礦物，形成大量次生孔隙。

4 結(jié)論

(1)庫車坳陷巴什基奇克組主要為紅褐色的長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，成巖礦物包括方解石、粘土礦物、石英次生加大、石膏以及赤鐵礦。

(2)巴什基奇克組成巖演化過程復雜，經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶蝕、交代以及破裂等成巖演化過程及堿性-弱酸性-堿性-酸性等成巖流體過程，表現(xiàn)出差異的成巖礦物組合特征；目前成巖演化階段可達到中成巖A期，局部達到中成巖B期。

(3)庫車坳陷巴什基奇克組成巖演化序列：同生期-早成巖A期，泥晶方解石、石膏、赤鐵礦和蒙脫石形成；表生成巖期，構(gòu)造裂縫發(fā)育，長石和巖屑溶蝕以及石英次生加大和高嶺石形成；早成巖B期，亮晶方解石和伊利石與綠泥石形成，石英發(fā)生溶解；中成巖A-B期，構(gòu)造裂縫發(fā)育，有機酸溶蝕和三期油氣充注，長石和巖屑溶解，石英次生加大形成。

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