陳文玲,羅 平,單鈺銘,楊式升,宋金民

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué),四川成都610059;2.中國石油勘探開發(fā)研究院)

塔里木蘇蓋特布拉克地區(qū)肖爾布拉克組白云巖儲(chǔ)層特征分析

陳文玲1,2,羅 平2,單鈺銘1,楊式升2,宋金民2

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué),四川成都610059;2.中國石油勘探開發(fā)研究院)

通過野外觀察、薄片和鑄體薄片鑒定、物性測(cè)試等手段,對(duì)蘇蓋特布拉克地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征以及物性特征進(jìn)行了分析。認(rèn)為肖爾布拉克組發(fā)育厚度大、巖性純的白云巖儲(chǔ)層,其巖石類型以殘余顆粒白云巖和紋層狀泥晶白云巖為主,儲(chǔ)集空間以溶蝕孔洞和構(gòu)造溶蝕縫為主,儲(chǔ)層類型為孔洞-裂縫型?？紫抖绕骄禐?.5%,滲透率平均值為0.635×10-3μm2,儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ級(jí)儲(chǔ)層。影響研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素有沉積作用、白云石化作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

蘇蓋特布拉克地區(qū);肖爾布拉克組;白云巖儲(chǔ)層;巖溶作用

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)塔里木盆地柯坪地區(qū)阿克蘇市烏什縣阿合雅鄉(xiāng)蘇蓋特布拉克地區(qū),位于阿克蘇市西北約100km處,柯坪斷隆東北部(圖1)。

圖1 塔里木盆地蘇蓋特布拉克地區(qū)位置

塔里木盆地的寒武系除庫車坳陷、塔南隆起、東南坳陷以及鐵克力克斷隆局部缺失外,全區(qū)均有分布,主要出露于柯坪、巴楚和庫魯克塔格地區(qū),在塔北英買力-牙哈地區(qū)、巴楚地區(qū)、塔中地區(qū)以及塔東地區(qū)井下均有鉆遇。本文對(duì)寒武系地層的劃分采用的是柯坪地區(qū)的分類。下寒武統(tǒng)地層從老到新依次為:玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組。蘇蓋特布拉克剖面主要出露震旦系至中上寒武統(tǒng)沙依里克組的地層,地層相對(duì)完整,出露較好,所測(cè)5條剖面中主要的巖性為紋層狀球?；?guī)r、紋層狀殘余球粒白云巖和殘余顆粒結(jié)晶白云巖,肖爾布拉克組厚140m。該套白云巖巖性純、厚度大、物性好、是蘇蓋特布拉克地區(qū)下寒武統(tǒng)最好的儲(chǔ)層段。

2 巖石學(xué)特征

蘇蓋特布拉克剖面的肖爾布拉克組的巖石類型白云巖,白云石含量在93%～97%之間,方解石含量小于1%,泥質(zhì)占3%～7%之間,為純白云巖。白云巖主要有兩種,還有其他巖石類型。

2.1 殘余顆粒粉-細(xì)晶白云巖

殘余顆粒白云巖是顆?；?guī)r經(jīng)過強(qiáng)烈或完全白云石化作用改造的產(chǎn)物。晶粒以粉晶為主,粒級(jí)從泥晶-粉細(xì)晶不等,晶形為它形到半自形。顆粒有球粒、砂屑、礫屑和凝塊。殘余球粒粉晶白云巖和殘余砂屑粉細(xì)晶白云巖是肖爾布拉克組的主要巖石類型。殘余礫屑在多層分布,磨圓度小,由于白云石化,顆粒邊界不清楚,仍能見到壓實(shí)壓溶微縫合線,由殘余球?；蛏靶冀M成,為近源搬運(yùn)。殘余凝塊粉晶白云巖雖然只在某些層段發(fā)育,但易發(fā)生溶蝕作用,利于形成儲(chǔ)層。

2.2 紋層狀殘余球粒粉晶白云巖

常見到紋層構(gòu)造的白云巖,紋層多為泥(鐵)質(zhì)或有機(jī)質(zhì)含量較多的泥晶層與粉晶層的互層。見殘余顆粒結(jié)構(gòu),球粒為主,砂屑次之。有少量白云巖的泥質(zhì)含量占20%,定名為紋層狀殘余顆粒泥質(zhì)白云巖。

2.3 其他巖石類型

①泥晶礫屑白云巖:有的礫屑由球粒組成,有的礫屑內(nèi)顯示紋層構(gòu)造,還含有少量的砂質(zhì),為長英質(zhì)。礫屑磨圓度好,排列有定向性。②碎裂礫屑粉晶白云巖和垮塌角礫巖:礫屑由球粒組成,碎裂結(jié)構(gòu)明顯,研究區(qū)不常見。顆粒由白云石球粒組成,角礫周圍充填粉晶方解石。這兩種巖石可能為孔洞垮塌沉積而成。③角礫狀殘余顆粒白云巖:由于裂縫非常發(fā)育,把原巖切割成角礫狀。原巖主要為殘余球粒粉晶白云巖。以上類型白云巖發(fā)育在斷層和破碎帶,如果形成早于油氣運(yùn)移,將會(huì)成為好的儲(chǔ)集層段。

3 儲(chǔ)集空間類型及特征

研究區(qū)肖爾布拉克組儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分為孔洞型、孔洞-裂縫型和裂縫-孔洞型三種,主要為孔洞型,裂縫-孔洞型次之。孔隙類型以構(gòu)造縫和溶蝕孔、洞、縫等次生孔隙為主,孔隙和裂縫主要有以下幾種。

3.1 孔隙

孔隙包括溶孔、溶洞、晶間孔和晶間溶孔等類型,一般直徑數(shù)微米-數(shù)百微米。

(1)粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔:主要分布于殘余顆粒白云巖中。它是區(qū)內(nèi)最主要的孔隙類型,它的形成是溶蝕作用對(duì)顆粒間的亮晶填隙物選擇性溶蝕的結(jié)果。大小一般在0.5～1.5mm,分布不均,多被充填。充填物為方解石和白云石,有少量硅質(zhì)充填在部分孔隙中。

(2)溶洞:非選擇性溶蝕而成,大小不等,充填或半充填。剖面白云巖露頭上可以看到很很多孔洞層,直徑主要在2～10mm之間,大的有50mm,巨晶方解石充填。

(3)晶間孔和晶間溶孔:研究區(qū)晶體之間多為致密鑲嵌接觸,晶間孔多分布在結(jié)晶較好的殘余顆粒粉細(xì)晶白云巖中。大小0.001～0.03mm,局部被灰泥或有機(jī)質(zhì)充填-半充填。晶間溶孔是在白云石晶間孔的基礎(chǔ)上溶蝕擴(kuò)大而成,巖心上常表現(xiàn)為“針孔狀”特征,鏡下可見到孔隙邊緣具明顯溶蝕的痕跡。大小約0.03mm,半充填或充填有機(jī)質(zhì)。

3.2 裂縫

裂縫主要有構(gòu)造縫、縫合線和構(gòu)造溶蝕縫三種。

(1)構(gòu)造縫:一般與褶皺、斷層有密切關(guān)系,并具多期性,是區(qū)內(nèi)最主要的裂縫類型。縫壁平直,多數(shù)寬0.03mm,最寬可達(dá)1.5mm。早期縫被方解石和白云石充填,具備儲(chǔ)、滲性能的構(gòu)造縫,以半充填有機(jī)質(zhì)和少量泥質(zhì)或未充填的晚期構(gòu)造縫為主。多期不同產(chǎn)狀的裂縫相互交切形成網(wǎng)狀裂縫,使巖石破碎,大大提高了巖石孔滲性。

(2)縫合線:受壓實(shí)作用和壓溶作用形成,縫寬不到0.03mm,泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填,形狀多為波狀、不規(guī)則狀。低角度縫合線與常紋層伴生,與層面平行,呈鋸齒狀。高角度縫在殘余礫屑白云巖中分布較多。沿縫合線溶蝕可形成許多斷續(xù)溶孔,成為好的儲(chǔ)集空間。

(3)構(gòu)造溶蝕縫:早期的構(gòu)造縫溶蝕改造的結(jié)果,其縫寬一般在0.05～0.10mm,表現(xiàn)為破裂面的不規(guī)則溶蝕擴(kuò)大,半充填或充填溶孔、溶洞多與其伴生。

4 物性特征

4.1 研究區(qū)物性特征

表1為研究區(qū)肖爾布拉克組孔洞層發(fā)育較好的層位8塊樣品物性表。其面孔率最低0.3%,最高2.8%,平均2.3%?？紫抖茸钚?.7%,最大6.4%,平均3.5%。滲透率最小0.022×10-3μm2,最大5.62×10-3μm2,平均 0.635×10-3μm2。其中 SP3-15-W1的滲透率值為5.62×10-3μm2,鏡下鑒定該層樣品的裂縫非常發(fā)育,為張開縫。其儲(chǔ)集空間類型為裂縫-孔洞型。

表1 研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)

4.2 研究區(qū)與井區(qū)物性對(duì)比

根據(jù)前人研究,塔里木盆地下寒武統(tǒng)沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線,發(fā)育有北西向展布的臺(tái)地相帶白云巖儲(chǔ)層[2]。根據(jù)測(cè)井和物性分析,對(duì)這些井的孔滲特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并與研究區(qū)物性特征進(jìn)行對(duì)比,見表2。

各井下寒武統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層的孔隙類型以晶間孔、溶蝕孔洞、裂縫和溶縫為主,好的儲(chǔ)層段發(fā)生在裂縫較多處。各井的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ～Ⅰ型,研究區(qū)物性明顯優(yōu)于各井,綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ型?？梢?研究區(qū)下寒武統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層具有良好的儲(chǔ)集能力。

表2 研究區(qū)與井區(qū)儲(chǔ)層孔隙類型與物性對(duì)比

5 白云巖儲(chǔ)層主控因素分析

白云巖儲(chǔ)層的形成受多種因素制約,沉積相帶能起到?jīng)Q定性的控制作用;而成巖作用是疊加在沉積作用之上使儲(chǔ)層非均質(zhì)性更加劇烈的另一重要因素:一般而言,白云石化作用產(chǎn)生的晶間孔可以增加約10%的儲(chǔ)集空間;構(gòu)造作用在某種程度上能夠強(qiáng)烈改善儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性;巖溶作用也是增大白云巖儲(chǔ)集空間的一個(gè)有效途徑。

5.1 沉積相帶

沉積相帶不同,儲(chǔ)集性能有明顯的差異。研究區(qū)位于局限臺(tái)地相帶的灘相和潮坪相帶。對(duì)于肖爾布拉克組白云巖儲(chǔ)層而言,儲(chǔ)集性能最好的是淺水較高能地帶的顆粒灘。由于水動(dòng)力強(qiáng),顆粒間的各種灰泥會(huì)被淘洗干凈,形成原生粒間孔。這類原生孔的存在,有利于流體的進(jìn)入,為以后的白云石化和溶蝕奠定基礎(chǔ)。另外,由于水動(dòng)力條件的不同,較高能的臺(tái)地相沉積的儲(chǔ)集性優(yōu)于較低能的斜坡相和盆地相沉積。在鉆至塔里木盆地下寒武統(tǒng)的井中,沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線為北西向展布的局限臺(tái)地相帶,發(fā)育好的白云巖儲(chǔ)層。而塔東2井-塔東1井-米蘭1井-英東2井一線為斜坡相和深水盆地相沉積,發(fā)育大段的泥巖或泥巖和薄的白云巖的夾層,不具備儲(chǔ)集意義。

5.2 白云石化作用

研究區(qū)肖爾布拉克組的巖性除個(gè)別紋層狀泥晶灰?guī)r之外,均為白云巖。白云石化作用在成巖作用階段中占重要的位置。白云石化可以改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能,這是因?yàn)榘自茙r抗壓實(shí)和壓溶的能力比灰?guī)r強(qiáng)。因此,隨著埋藏深度的增大,白云巖孔隙度的降低速度比灰?guī)r小得多。在沒有外源的情況下,當(dāng)富鈣白云石轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的化學(xué)計(jì)量的白云石時(shí),其中過量的鈣將被帶走,在此過程中可以產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的晶間孔隙。在相同的自然條件下,白云巖比灰?guī)r更容易產(chǎn)生裂縫。白云巖在發(fā)生去云化和選擇性溶蝕時(shí),容易沿著原有的晶間縫隙形成晶間溶孔[2-5]。

研究區(qū)肖爾布拉克組的晶間溶孔一般發(fā)育在粉細(xì)晶-細(xì)晶白云巖中,井區(qū)下寒武統(tǒng)和4井以泥晶-粉晶為主,方1井以粉晶-細(xì)晶為主。從表2可以看出,方1井的孔隙度明顯優(yōu)于和4井,說明白云石化程度對(duì)孔隙度有明顯影響。白云石化程度大,晶粒也變大,其孔隙度也較好。

5.3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)肖爾布拉克組由于地層較老,歷史曾有過很多大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。由于白云巖巖性很脆,容易發(fā)生斷裂,而斷裂及其伴生的裂縫對(duì)酸性流體的通導(dǎo)和溶蝕作用也起著至關(guān)重要的作用。一方面,裂縫對(duì)改善儲(chǔ)層的孔、滲性至關(guān)重要,特別是由構(gòu)造作用所形成的破裂縫,可大大提高滲透率。另一方面,構(gòu)造斷裂體系可以限制流體(有機(jī)酸、地表水、地下水)運(yùn)移的方向,這些流體不僅使早期形成的溶蝕孔洞進(jìn)一步擴(kuò)大,而且可以形成新的溶蝕孔洞,裂縫本身的溶蝕擴(kuò)大也可以成為有利的儲(chǔ)集空間。因此,斷裂發(fā)育帶附近,尤其是多組斷裂交匯的地帶,往往能夠形成縫洞共生的較好的儲(chǔ)集層。

5.4 溶蝕作用

包括碳酸鹽巖在石化過程中的各種溶蝕作用以及石化后構(gòu)造抬升至地表發(fā)生的巖溶現(xiàn)象。

5.4.1 早期大氣淡水溶蝕作用

蘇蓋特布拉克地區(qū)下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖普遍經(jīng)歷了早期大氣淡水成巖環(huán)境,這與頻繁的相對(duì)海平面升降和淺水碳酸鹽臺(tái)地易于暴露相關(guān)。經(jīng)過顯微薄片觀察發(fā)現(xiàn),在所有現(xiàn)在見到的粒間膠結(jié)物中,沒有纖狀方解石膠結(jié)物,僅有粒狀方解石膠結(jié)物。說明這期溶蝕作用發(fā)生在早期淺海海底膠結(jié)作用剛出現(xiàn)之后,即沉積物在海底只進(jìn)行了微弱的膠結(jié)作用就受到大氣淡水的溶蝕。早期淡水溶蝕作用形成的溶蝕孔、洞、縫由于后來的充填作用,已喪失儲(chǔ)集意義。在后期埋藏白云石化過程中也發(fā)生白云石化,為一期孔、縫。

5.4.2 中晚期深埋藏有機(jī)溶蝕作用

在薄片觀察中發(fā)現(xiàn),在晚期深埋藏成因的白云石晶間孔隙、或其它早期溶蝕孔隙中均有溶蝕擴(kuò)大現(xiàn)象。晶間溶孔中半充填-充填有機(jī)質(zhì),早期溶孔被溶蝕后又充填方解石。這些溶蝕孔為第二期孔,規(guī)模不大,僅在少數(shù)薄片中出現(xiàn),可見溶蝕作用是發(fā)生在深埋藏期白云石化作用之后的。白云巖在深埋成巖過程中,發(fā)育了具有儲(chǔ)集性能的次生孔隙,為油氣進(jìn)入儲(chǔ)層提供了儲(chǔ)集空間。而油氣進(jìn)入儲(chǔ)層后,有機(jī)質(zhì)隨埋深發(fā)生熱演化,伴生有CO2、有機(jī)酸等物質(zhì),造成白云石溶解的物質(zhì)主要是CO2,有機(jī)溶蝕作用產(chǎn)生的孔隙與油氣生成運(yùn)移配套,可能成為好的自生自儲(chǔ)的油藏。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)肖爾布拉克組發(fā)育大段較純的白云巖儲(chǔ)層,其沉積相為臺(tái)地相。主要巖石學(xué)特征為殘余顆粒粉晶白云巖和紋層狀殘余顆粒泥晶白云巖。研究區(qū)發(fā)育大量的構(gòu)造縫、溶孔、溶洞和溶蝕縫,儲(chǔ)層類型以孔洞-裂縫型為主,儲(chǔ)層評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層。井區(qū)下寒武統(tǒng)沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線,發(fā)育北西向展布的臺(tái)地相帶白云巖儲(chǔ)層,這些井的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層,是各井的主力產(chǎn)油(氣)層。

(2)肖爾布拉克組白云巖儲(chǔ)集空間的類型、發(fā)育程度以及空間展布受多種因素共同控制。沉積相帶中的顆粒灘體為儲(chǔ)集層展布和次生孔隙的發(fā)育奠定了基礎(chǔ);成巖過程中的白云石化作用和溶蝕作用形成了較多的晶間孔、晶間溶孔和溶蝕孔洞。歷史上的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得構(gòu)造縫非常發(fā)育,在構(gòu)造縫基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕,形成構(gòu)造溶蝕縫,大大的提高了儲(chǔ)層的滲透性?？傊?沉積作用、白云石化作用、構(gòu)造作用、巖溶作用是研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素。

(3)塔里木盆地下寒武統(tǒng)有利的層段發(fā)育在肖爾布拉克組,塔里木下寒武統(tǒng)臺(tái)地相帶白云巖儲(chǔ)層具有良好的勘探前景。

致謝

楊式升老師在薄片鑒定部分進(jìn)行指導(dǎo)并給予了很大的幫助,在此謹(jǐn)表謝意。

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編輯:吳官生

TE112.222

A

1673-8217(2010)01-0012-04

2009-07-20;改回日期:2009-09-04

陳文玲,1987年生,2007年畢業(yè)于成都理工大學(xué)能源學(xué)院,在讀碩士研究生,主要從事油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究工作。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃“973”項(xiàng)目(G2006CB202304)。