馬永平 ,張獻(xiàn)文,朱 卡,王國(guó)棟,潘樹(shù)新,黃林軍,張 寒,關(guān) 新
(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,蘭州 730020;2.甘肅煤田地質(zhì)局一四九隊(duì),蘭州 730020;3.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探事業(yè)部,新疆克拉瑪依 834000)
扇三角洲由鄰近高地的沖積扇提供物源,在盆地邊緣的水上和水下形成一定規(guī)模的碎屑沉積體[1-2],是重要的油氣儲(chǔ)集體類型之一。依據(jù)沉積期湖盆空間與物源供給關(guān)系,扇三角洲分為退積式、進(jìn)積式及吉爾伯特式[3],其中退積式扇三角洲沉積時(shí),湖盆處于水進(jìn)擴(kuò)張階段,沉積物由湖盆中心向盆地邊緣退積,扇體規(guī)模逐漸萎縮,縱向上沉積物粒度向上變細(xì)[4-6]。瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組發(fā)育廣覆式退積型扇三角洲砂礫巖沉積[7],該套地層位于風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)烴源灶之上[8],斷裂及大型不整合面輸導(dǎo)體系也較發(fā)育[9-10],不整合面之上砂礫巖儲(chǔ)層疊置連片[11],具備形成大型地層巖性油氣藏的有利條件。學(xué)者們對(duì)該沉積類型的發(fā)育模式及油氣富集成藏特征開(kāi)展了大量研究,主要包括以下幾個(gè)方面:①準(zhǔn)噶爾盆地多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及多期次湖平面升降造就了沉積演化的多旋回性,沖積體系提供的粗碎屑巖與洪泛平原及濱淺湖泥巖形成了良好的時(shí)空耦合,奠定了巖性圈閉的物質(zhì)基礎(chǔ)[12-13]。②上烏爾禾組沉積期,周緣老山持續(xù)隆升,物源供給充足,與大型淺水緩坡型古地理背景構(gòu)成了良好的源-匯系統(tǒng),持續(xù)性湖侵及多級(jí)坡折發(fā)育為砂體疊置連片發(fā)育提供了重要條件,從而形成了大型淺水退覆式扇三角洲沉積[14]。上烏爾禾組砂礫巖沉積可分為水上和水下2 種沉積環(huán)境,主要受物源和水動(dòng)力條件控制,二者在巖石組成及填隙物成分上存在明顯差異。在后期復(fù)雜成巖作用改造下,既形成了分選好、泥質(zhì)含量低、物性較好的優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲(chǔ)層,又形成了粒度大小混雜、泥質(zhì)含量高、非均質(zhì)性強(qiáng)的致密儲(chǔ)層[15-17]。③研究區(qū)油氣成藏特征受儲(chǔ)層類型控制明顯,主要發(fā)育3 類油藏,分別為厚層低豐度巖性油藏、互層狀巖性油藏和泥包砂型薄層巖性油藏[18-19]。
學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注了上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層的宏觀特征及沉積模式,對(duì)儲(chǔ)層微觀演化、成因機(jī)理及控制因素的研究較為薄弱,且上烏爾禾組復(fù)雜的巖石組分導(dǎo)致地震響應(yīng)特征不明顯、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大,需要多曲線結(jié)合多方法反演來(lái)預(yù)測(cè)砂礫巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的平面展布,預(yù)測(cè)結(jié)果往往存在多解性,增大了勘探的難度[20-21]。筆者以沉積環(huán)境分析為基礎(chǔ),開(kāi)展巖石學(xué)特征、物性及成巖作用研究,深入剖析砂礫巖儲(chǔ)層微觀特征及主控因素,以期為瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組砂礫巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及有利區(qū)帶評(píng)價(jià)提供借鑒。
準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)西部地區(qū)重要的含油氣盆地之一。瑪湖凹陷位于盆地中央坳陷的最西段,呈北東—南西向展布,面積約5 000 km2(圖1),凹陷西鄰西北緣老山,與克百斷裂帶、烏夏斷裂帶相接,東接石英灘、三個(gè)泉、夏鹽凸起及英西凹陷,西南及南部被中拐凸起和達(dá)巴松凸起遮擋[22-24]。
上烏爾禾組主要分布在瑪湖凹陷南部及西南部,地層自西向東超覆于下烏爾禾組之上,與下烏爾禾組和上覆三疊系百口泉組均呈不整合接觸。上烏爾禾組自下而上可劃分為3 段,分別為烏一段(P3w1)、烏二段(P3w2)和烏三段(P3w3),地層厚度自北西向南東逐漸增加。上烏爾禾組以近物源的粗碎屑沉積為主,地層厚度為20~300 m,巖性包括砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂和泥巖,其中砂礫巖顏色以灰褐色、褐灰色、灰色及深灰色為主,泥巖以褐色為主。自下而上巖石粒度逐漸變細(xì)、礫石含量逐漸減少,具明顯的湖侵退覆式沉積特征(圖2)。
依據(jù)鉆井巖心、測(cè)井曲線及地震資料等綜合分析,瑪湖凹陷上烏爾禾組以扇三角洲沉積為主,沉積中心發(fā)育小范圍湖泊相沉積,自西向東發(fā)育車排子中拐、克拉瑪依、白堿灘及達(dá)巴松等4 個(gè)大扇群[25-26]。扇三角洲可劃分出扇三角洲平原和扇三角洲前緣2 個(gè)亞相(圖3)。
扇三角洲平原亞相是扇三角洲水上近距離搬運(yùn)而沉積的部分,主要為氧化環(huán)境。受季節(jié)性水流影響,形成重力流、片流及辮狀河流疊置發(fā)育的厚層塊狀沉積。巖性包括砂礫巖、砂質(zhì)泥巖,部分為泥礫互層狀,顆粒大小混雜、分選差,填隙物以褐紅色為主,泥質(zhì)含量高,總體表現(xiàn)為低成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度,以差儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層為主。
扇三角洲前緣亞相是扇三角洲水下遠(yuǎn)距離搬運(yùn)而沉積的部分,主要為還原環(huán)境。在牽引流為主的水動(dòng)力作用下,沉積物分選、磨圓均較好,泥質(zhì)含量較低,儲(chǔ)層質(zhì)量較扇三角洲平原亞相明顯提高。扇三角洲前緣亞相主要包括水下分流河道、水下分流河道間、遠(yuǎn)砂壩和河口砂壩等微相。
(1)水下分流河道微相。水下分流河道是上烏爾禾組扇三角洲前緣普遍發(fā)育的微相類型,為主要的油氣儲(chǔ)集體。巖性為砂礫巖、含礫砂巖和砂巖等,顏色為灰色、灰綠色,常見(jiàn)板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、平行層理等沉積構(gòu)造,自然電位及電阻率曲線呈齒狀箱型或鐘型。
(2)水下分流河道間微相。水下分流河道間主要為弱水動(dòng)力條件下沉積的灰色、灰綠色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖,在水下分流河道儲(chǔ)集體側(cè)翼形成良好的封堵。該微相常見(jiàn)水平層理、波狀層理,自然電位及電阻率為低幅度平直曲線。
(3)遠(yuǎn)砂壩微相。沉積物在牽引流作用下進(jìn)入湖盆后,受水下河流和湖水共同改造,在水下分流河道末端形成以粉—細(xì)砂巖為主的席狀遠(yuǎn)砂壩沉積,粒序上表現(xiàn)為下細(xì)上粗,發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、波狀層理等。自然電位與電阻率曲線呈薄層指狀。
(4)河口砂壩微相。研究區(qū)上烏爾禾組河口砂壩微相發(fā)育較少,僅在克拉瑪依扇群鉆遇,以中—細(xì)砂巖為主,自下而上可見(jiàn)逆粒序韻律層疊加。
巖相是指在特定沉積環(huán)境中形成的巖石或巖石組合,反映了沉積期的水動(dòng)力條件變化[27-28]。巖心觀察結(jié)果顯示,瑪湖凹陷二疊系上統(tǒng)退覆式扇三角洲砂礫巖沉積體系的巖相類型復(fù)雜,依據(jù)泥質(zhì)含量、粒度、支撐方式及沉積構(gòu)造等,參考其他學(xué)者們的研究成果[29-31],劃分出3 類11 種巖相類型。
3.1.1 礫巖相
礫巖相是上烏爾禾組最發(fā)育的巖相類型,據(jù)研究區(qū)23 口鉆遇上烏爾禾組地層錄井資料統(tǒng)計(jì),礫巖相占地層總厚度的50%以上,以基質(zhì)支撐或顆粒支撐為主[32],包括砂礫巖、細(xì)礫巖以及少量中礫巖,主要發(fā)育塊狀、槽狀交錯(cuò)層理,可劃分為7 類次級(jí)巖相(圖4)。
(1)基質(zhì)支撐礫巖相。該巖相分選差,通常為塊狀構(gòu)造。依據(jù)基質(zhì)類型可進(jìn)一步細(xì)分為泥質(zhì)支撐礫巖相和砂質(zhì)支撐礫巖相2 類。泥質(zhì)支撐礫巖相為高泥質(zhì)含量的碎屑流沉積[33],泥巖一般為褐色或紅褐色,不同粒徑的礫石“漂浮”于泥巖基質(zhì)中,受上覆地層壓實(shí)作用影響,礫石長(zhǎng)軸方向通常平行于層理面,偶見(jiàn)直立狀礫石;砂質(zhì)支撐礫巖相是以砂巖為主要填隙物的富砂碎屑流沉積,主要是較強(qiáng)水動(dòng)力條件下的扇三角洲水上或水下的河道沉積物,砂巖為灰褐色或灰色,礫石漂浮于砂質(zhì)顆粒中,礫石長(zhǎng)軸方向大多與層理面斜交,上覆地層的壓實(shí)作用對(duì)礫石產(chǎn)狀有所調(diào)整。
(2)顆粒支撐礫巖相。該巖相沉積構(gòu)造不發(fā)育,以塊狀為主。依據(jù)顆粒分選程度可進(jìn)一步細(xì)分為同級(jí)顆粒支撐礫巖相和多級(jí)顆粒支撐礫巖相2類。同級(jí)顆粒支撐礫巖相是礫石分選、磨圓均較好的水下分流河道牽引流沉積,水動(dòng)力較穩(wěn)定,通常發(fā)育在一個(gè)完整沉積序列的中上部,礫石主要為細(xì)礫巖和中礫巖,顆粒間呈點(diǎn)接觸,孔隙發(fā)育、連通性好,是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的巖相類型之一;多級(jí)顆粒支撐礫巖相的礫石大小混雜、分選和磨圓均較差,中—粗粒礫石間充填細(xì)礫和砂質(zhì),主要為扇三角洲平原亞相洪流沉積物[34],以厚層塊狀為主,粒間孔隙不發(fā)育、連通性差,是物性較差的巖相類型之一。
(3)定向排列礫巖相。該巖相以砂質(zhì)基質(zhì)和分選、磨圓均較好的疊瓦狀礫石為主,是典型的扇三角洲前緣水下分流河道牽引流沉積,礫石通常呈層狀或疊瓦狀定向排列,顆粒以細(xì)礫巖為主,相互間呈點(diǎn)接觸,粒間孔隙發(fā)育,但連通性相對(duì)較差。
(4)粒序?qū)永淼[巖相。該巖相由多套正粒序礫巖或砂礫巖地層疊置而成,粒序變化頻繁,是研究區(qū)主要的巖相類型之一,以間歇性洪水沉積物為主,普遍發(fā)育于扇三角洲平原河道或前緣水下分流河道的中上部。
(5)槽狀層理礫巖相。該巖相主要是分選中等的中礫巖和細(xì)礫巖,以砂質(zhì)基質(zhì)支撐為主,礫石呈槽狀排列,礫石間可見(jiàn)侵蝕切割現(xiàn)象,發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理,是扇三角洲前緣水下分流河道中下部沉積物,反映水動(dòng)力較強(qiáng)的沉積環(huán)境。
3.1.2 砂巖相
瑪湖凹陷上烏爾禾組砂巖相發(fā)育范圍及厚度均較小,主要發(fā)育于扇三角洲體系的遠(yuǎn)端,砂巖占地層厚度的20%左右,包括含礫砂巖、粗砂巖、細(xì)砂巖等,可見(jiàn)平行層理、斜層理、槽狀層理、粒序?qū)永淼瘸练e構(gòu)造。
(1)塊狀含礫砂巖相。該巖相以粗粒、中粒砂巖為主,含少量礫石,砂巖分選、磨圓均較好,礫石直徑較小,長(zhǎng)軸方向近平行于層面,呈塊狀構(gòu)造,反映了較強(qiáng)水動(dòng)力條件下的扇三角洲前緣高密度濁流沉積環(huán)境,是研究區(qū)重要的儲(chǔ)層類型之一。
(2)粒序?qū)永砩皫r相。該巖相以細(xì)粒、粗粒砂巖為主,自下而上呈由粗到細(xì)的正粒序?qū)永順?gòu)造特征,顆粒分選、磨圓均較好,巖心以灰色為主,反映了扇三角洲前緣水下分流河道中上部的高密度沉積特征。
(3)槽狀層理砂巖相。該巖相以灰色砂巖為主,發(fā)育較為明顯的槽狀交錯(cuò)層理,粒度分選性較差,主要是較強(qiáng)水動(dòng)力下扇三角洲前緣水下分流河道牽引流沉積。
3.1.3 泥巖相
瑪湖凹陷上烏爾禾組頂部普遍發(fā)育一套褐色或灰褐色泥巖,對(duì)油氣聚集成藏具有區(qū)域性蓋層作用,能形成有效遮擋[35]。該套泥巖常含有少量粉砂巖、砂巖,偶見(jiàn)礫石,一般為塊狀構(gòu)造,部分可見(jiàn)水平層理,反映了弱水動(dòng)力環(huán)境以及扇三角洲沉積體系曾遭受震蕩性湖侵改造。
瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層廣泛發(fā)育,巖石類型有礫巖、砂礫巖、含礫砂巖等,顏色以灰色、褐色、灰褐色為主。砂礫巖成分包括凝灰?guī)r、霏細(xì)巖、花崗巖、安山巖等火成巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑及沉積巖巖屑[圖5(a)]。其中,凝灰?guī)r巖屑含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),平均體積分?jǐn)?shù)超過(guò)50.0%。顆粒間填隙物由膠結(jié)物和雜基組成[圖5(b)],膠結(jié)物包括沸石類、方解石、硅質(zhì)及凝灰質(zhì)等,其中濁沸石、方解石、凝灰質(zhì)、方沸石等易溶膠結(jié)物含量較高,為后期成巖過(guò)程中儲(chǔ)層的溶蝕改造奠定了物質(zhì)基礎(chǔ);雜基以泥質(zhì)為主,其絕對(duì)含量較高,是造成原始粒間孔隙大量損失及連通性變差的主要因素之一[36]。扇三角洲砂礫巖沉積體系發(fā)育多種成因類型的巖相,不同巖相的巖石結(jié)構(gòu)參數(shù)差異明顯(表1)。牽引流及高密度濁流形成的巖石結(jié)構(gòu)總體較好,泥質(zhì)含量低(體積分?jǐn)?shù)均小于2.5%)、分選較好(粒徑分布均小于10.0 mm,分選系數(shù)均小于2.0)、排驅(qū)壓力低(均小于0.50 MPa)。洪水期泥石流形成的巖石結(jié)構(gòu)總體較差,泥質(zhì)含量高(體積分?jǐn)?shù)均大于3.0%)、粒徑分布范圍大(1.5~65.0 mm)、分選性差(分選系數(shù)多為1.5~6.4)、排驅(qū)壓力高(均大于0.50MPa)。
表1 瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組不同巖相巖石結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Rock texture for different lithofacies of Permian Upper Urho Formation in Mahu Sag
瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組孔隙度為6.0%~15.0%,平均值為9.3%;滲透率為0.02~100.00 mD,平均值為2.10 mD(圖6)。其中,49% 的樣品(207個(gè))滲透率小于1.20 mD,38%的樣品(162 個(gè))滲透率為1.20~10.00 mD??傮w上,上烏爾禾組儲(chǔ)層屬于低孔低滲型儲(chǔ)層。
422 個(gè)樣品的物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,以牽引流為主形成的塊狀、砂質(zhì)支撐礫巖相及砂巖相具有較高的孔隙度和滲透率(圖7)。其中,粒序?qū)永砩皫r相、塊狀含礫砂巖相、粒序?qū)永淼[巖相、同級(jí)顆粒支撐礫巖相以及砂質(zhì)支撐礫巖相物性較好,平均孔隙度為7.2%~11.4%,滲透率為1.30~19.80 mD,是形成上烏爾禾組優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲(chǔ)層的主要巖相類型。
成巖作用是沉積物在成藏過(guò)程中受物理、化學(xué)及生物作用壓實(shí)、固結(jié)成巖的過(guò)程,對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響分為建設(shè)性作用和破壞性作用[37-38]。其中,建設(shè)性作用主要包括成巖早期顆粒表面形成的綠泥石膜、溶蝕作用以及壓實(shí)過(guò)程中剛性顆粒的破裂等,破壞性作用主要包括壓實(shí)作用和膠結(jié)作用[39-42]。
3.4.1 壓實(shí)作用
143 塊鑄體薄片觀察結(jié)果顯示,上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層碎屑顆粒接觸關(guān)系主要為點(diǎn)—線接觸[圖8(a)],部分為線—凸凹接觸或縫合線接觸[圖8(b)],為中等壓實(shí)—強(qiáng)壓實(shí)階段,壓實(shí)作用是造成研究區(qū)儲(chǔ)層原始孔隙大量損失的關(guān)鍵因素,但壓實(shí)過(guò)程中也產(chǎn)生了顆粒破碎現(xiàn)象,形成了微裂縫[圖8(c)—(d)],可為后期油氣的充注和運(yùn)移提供通道,改善了儲(chǔ)層孔隙間的連通性。
3.4.2 膠結(jié)作用
82 塊樣品的掃描電鏡(SEM)觀察結(jié)果顯示,瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層膠結(jié)作用強(qiáng),膠結(jié)物類型主要包括3 類:①以方解石為主的碳酸鹽類膠結(jié)物,常以鑲嵌狀、襯邊狀、粒狀或次生加大邊產(chǎn)出[圖9(a)]。②硅質(zhì)膠結(jié)物以自生石英小晶體狀存在于碎屑顆粒邊緣、粒內(nèi)溶孔中[圖9(b)—(c)],砂礫巖儲(chǔ)層成分成熟度低,石英占比低。③自生黏土礦物類膠結(jié)物,包括以完整晶簇狀產(chǎn)出于顆粒間的沸石類膠結(jié)物[圖9(d)—(e)]、顆粒表面發(fā)育的蜂窩狀或似蜂窩狀伊蒙混層[圖9(f)—(g)]、粒間絲片狀和搭橋狀的伊利石[圖9(h)—(i)]、粒間大量充填的蠕蟲狀和書頁(yè)狀高嶺石[圖9(j)]以及顆粒表面葉片狀的綠泥石等[圖9(k)]。膠結(jié)物的填充使得原始粒間孔隙變小,對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量起破壞性作用,但早期形成于顆粒表面的綠泥石膜能起到抗壓實(shí)作用,使得部分原生孔隙得以保存。因此膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層演化發(fā)揮著破壞性和建設(shè)性雙重作用。
3.4.3 溶蝕作用
瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層溶蝕作用普遍發(fā)育,有效改善了儲(chǔ)層質(zhì)量,主要溶蝕礦物包括巖屑、長(zhǎng)石等不穩(wěn)定顆粒、方解石膠結(jié)物和沸石類膠結(jié)物。砂礫巖儲(chǔ)層中礫石成分以火山巖巖屑為主,凝灰質(zhì)成分含量高,為次生溶蝕孔的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ),常在顆粒表面或內(nèi)部發(fā)生溶蝕,形成條帶狀、斑狀或蜂窩狀溶蝕孔隙[圖10(a)—(b)]。儲(chǔ)層中長(zhǎng)石含量較高,常沿長(zhǎng)石解理面或長(zhǎng)石邊緣形成溶蝕孔隙[圖10(c)—(d)],部分長(zhǎng)石蝕變成高嶺石等黏土礦物,從而產(chǎn)生晶間孔[圖10(e)—(f)]。膠結(jié)作用形成的方解石[圖10(g)]、濁沸石[圖10(h)—(i)]及方沸石[圖10(j)—(k)]在酸性孔隙流體作用下也發(fā)生了溶蝕,形成了溶蝕孔。
3.4.4 成巖演化階段劃分
依據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[43],結(jié)合顆粒接觸關(guān)系、孔隙發(fā)育特征、自生礦物類型、包裹體測(cè)溫等多參數(shù)[44],對(duì)瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層進(jìn)行了成巖階段劃分(圖11),砂礫巖儲(chǔ)層埋深為2 000~4 000 m,壓實(shí)作用中等—強(qiáng),剛性顆粒緊密堆積且發(fā)育微裂縫,顆粒間以點(diǎn)—線接觸為主,偶見(jiàn)線—凸凹接觸,原生粒間孔不發(fā)育。在弱酸性地層水改造下,溶蝕作用有效改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力,次生溶蝕孔成為主要孔隙類型,碳酸鹽類和沸石類填隙物、火山碎屑、長(zhǎng)石等為主要溶蝕對(duì)象。X射線衍射分析結(jié)果顯示,研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層中自生礦物包括伊蒙混層、高嶺石、綠泥石、伊利石及各種沸石類礦物,其中伊蒙混層中蒙脫石層含量極低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10.0%)。鏡質(zhì)體反射率Ro值為1.38%~1.90%,平均為1.76%。含油砂礫巖中流體包裹體的均一溫度分析結(jié)果顯示,地質(zhì)歷史時(shí)期曾發(fā)生2 期流體活動(dòng),其均一溫度分別為80~100 ℃和110~120 ℃[45]。綜上所述,瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層的成巖階段可劃分為中成巖B 期。
瑪湖凹陷上烏爾禾組沉積期為淺水湖侵環(huán)境,物源供給穩(wěn)定、充足,發(fā)育退覆式扇三角洲砂礫巖沉積體系。井震結(jié)合分析結(jié)果表明,上烏爾禾組一段—三段隨湖侵規(guī)模的不斷擴(kuò)大,沉積物組分、結(jié)構(gòu)及物性等均存在明顯差異。
上烏爾禾組一段沉積期(P3w1),水體淺且面積小,僅在沉積中心發(fā)育扇三角洲前緣亞相,現(xiàn)今的凹陷斜坡區(qū)發(fā)育扇三角洲平原沉積,該時(shí)期物源供給充足,在季節(jié)性水流作用下,沉積物以填平補(bǔ)齊方式快速堆積于低洼區(qū),形成了多套數(shù)十米厚的塊狀砂礫巖沉積體,包括泥質(zhì)支撐礫巖相、多級(jí)顆粒支撐礫巖相等,僅發(fā)育少量殘余粒間孔,溶蝕作用不發(fā)育,儲(chǔ)層物性最低;上烏爾禾組二段沉積期(P3w2),湖侵范圍增大,扇三角洲平原亞相快速后退。該時(shí)期以牽引流沉積為主,在凹陷斜坡區(qū)發(fā)育一系列相互疊置的扇三角洲前緣亞相朵狀扇體,形成了以水下分流河道微相為主的砂礫巖儲(chǔ)層,包括砂質(zhì)支撐礫巖相、同級(jí)顆粒支撐礫巖相、粒序?qū)永淼[巖相、粒序?qū)永砩皫r相及槽狀交錯(cuò)層理砂巖相等,溶蝕作用較發(fā)育,儲(chǔ)層物性總體較好;上烏爾禾組三段沉積期(P3w3),湖侵范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,沉積了一套全區(qū)穩(wěn)定分布的厚層泥巖。該時(shí)期以前扇三角洲和淺湖沉積為主,儲(chǔ)層規(guī)模較小,僅在古地貌高部位的溝槽內(nèi)零星分布透鏡狀砂礫巖,包括塊狀含礫砂巖相、粒序?qū)永砩皫r相等,溶蝕作用普遍發(fā)育,儲(chǔ)層物性最好(圖12)。
上烏爾禾組一段和二段儲(chǔ)層總體上物性較差,但仍發(fā)育相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。泥質(zhì)含量與孔隙度、滲透率均呈負(fù)相關(guān)性(圖13),并且泥質(zhì)含量與滲透率的相關(guān)性明顯強(qiáng)于泥質(zhì)含量與孔隙度的相關(guān)性,即隨著泥質(zhì)含量的降低,滲透率呈數(shù)量級(jí)增大,表明泥質(zhì)含量對(duì)砂礫巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力,尤其是滲流能力有著重要影響。
上烏爾禾組儲(chǔ)層巖石粒度分選較差,包括粗礫巖、中礫巖、粉砂巖等,這類大小不一的顆粒組合不利于形成較好的儲(chǔ)層物性[46-47]。若粒度過(guò)大,粒間孔隙容易被細(xì)粒沉積物充填,如泥質(zhì)支撐礫巖相、多級(jí)顆粒支撐礫巖相等;若粒度過(guò)小,巖石顆粒抵抗壓實(shí)作用的能力有限,顆粒緊密堆積,粒間孔隙較小。研究區(qū)不同粒度的巖石對(duì)應(yīng)的孔隙度-滲透率交會(huì)圖顯示(圖14),分選較好、粒度相對(duì)較細(xì)的含礫砂巖、中—細(xì)砂巖、粗砂巖以及部分砂礫巖的物性較高,而粒度較大的中礫巖和粒度較小的粉砂巖物性較差。
瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組成巖演化序列分析結(jié)果表明,砂礫巖儲(chǔ)層已進(jìn)入中成巖B 期,鏡質(zhì)體反射率平均為1.76%,有機(jī)質(zhì)演化到高成熟階段,有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的大量有機(jī)酸沿?cái)嗔押筒徽厦孢M(jìn)入上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層中,使地層中流體介質(zhì)呈弱酸性,長(zhǎng)石等碎屑顆粒、凝灰?guī)r巖屑、碳酸鹽和沸石類膠結(jié)物等易溶組分形成了大量次生溶蝕孔,改善了儲(chǔ)層物性,形成了部分相對(duì)優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。
砂礫巖儲(chǔ)層在機(jī)械壓實(shí)及膠結(jié)作用后,原生粒間孔隙大量損失,孔隙度隨埋深加大明顯減小,但在埋深2 600~3 800 m 處存在明顯的孔隙度增大現(xiàn)象,孔隙度的演化趨勢(shì)表明溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有一定的改善效果。整個(gè)孔隙演化過(guò)程中,儲(chǔ)層先后經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)、早期膠結(jié)、有機(jī)酸溶蝕和晚期碳酸鹽膠結(jié)等4 個(gè)階段(圖15)。通過(guò)計(jì)算可得,研究區(qū)上烏爾禾組溶蝕增孔量平均為3.2%。
總體來(lái)看,瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主控因素包括沉積作用和成巖作用。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育于水動(dòng)力條件較強(qiáng)的扇三角洲前緣水下分流河道中部,分選相對(duì)較好、泥質(zhì)含量較低、可溶性膠結(jié)物發(fā)育,溶蝕增孔作用明顯,且砂礫巖扇體呈多期發(fā)育,形成了橫向連片、縱向疊置的大規(guī)模儲(chǔ)集體。
(1)瑪湖凹陷上烏爾禾組發(fā)育一套退覆式扇三角洲砂礫巖儲(chǔ)層,包括礫巖相、砂巖相和泥巖相等3 種類型,以凝灰質(zhì)礫巖為主,其次為以凝灰?guī)r巖屑為主的巖屑砂巖,具有“低孔低滲”特征。不同巖相具有不同的巖石結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層物性,牽引流及密度流沉積的巖石泥質(zhì)含量較低、分選較好,儲(chǔ)層物性較好;泥石流和洪流沉積的巖石結(jié)構(gòu)混雜、儲(chǔ)層物性差。
(2)瑪湖凹陷上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層質(zhì)量受沉積作用和成巖作用2 個(gè)方面因素控制。沉積作用控制了儲(chǔ)層的物質(zhì)組成和宏觀展布,成巖作用包括壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用,進(jìn)一步改變了巖石物性和孔隙結(jié)構(gòu)。