徐國(guó)盛,張 平,徐芳艮,王 霄,楊 成
(油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都610059)
準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起南端的車(chē)排子地區(qū)是重要的產(chǎn)油氣區(qū)塊。宋傳春依據(jù)區(qū)域構(gòu)造發(fā)育狀況及白堊系分布特征,將車(chē)排子凸起劃分為西部高凸起帶、東部低凸起帶、東側(cè)紅車(chē)斷裂帶及南側(cè)艾卡斷裂帶等4個(gè)構(gòu)造單元[1],車(chē)排子凸起具有多含油層系、多油藏類(lèi)型、多油質(zhì)品位的“三多”成藏特征。由于過(guò)去勘探程度低、資料較少,對(duì)基礎(chǔ)石油地質(zhì)條件研究投入不夠,前人的研究主要針對(duì)車(chē)排子地區(qū)油氣運(yùn)移與成藏等熱點(diǎn)問(wèn)題,導(dǎo)致對(duì)白堊系吐谷魯群儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化認(rèn)識(shí)水平較低,制約了石油勘探的進(jìn)一步快速展開(kāi)。因此,本文通過(guò)巖心觀(guān)察、薄片鑒定,對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子地區(qū)白堊系吐谷魯群儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型、孔隙類(lèi)型、儲(chǔ)集物性、成巖作用及孔隙演化進(jìn)行研究,進(jìn)一步提高對(duì)該套儲(chǔ)層的成巖作用、孔隙演化和油氣儲(chǔ)集運(yùn)聚能力的認(rèn)識(shí),旨在為下一步勘探開(kāi)發(fā)部署提供理論依據(jù)。
準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部,南依天山山脈的伊林黑比爾根山,北鄰阿爾泰山脈的青格里底山,東、西夾于克拉美麗山與扎伊爾山之間,是一個(gè)近似三角形的前陸盆地,面積13.6×104km2,是中國(guó)重要的含油氣盆地[2]。車(chē)排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣南段,西北方向與扎伊爾山相鄰,西南、東南方向分別和四棵樹(shù)凹陷、昌吉凹陷相接(圖1)。車(chē)排子凸起帶由于地層埋藏淺,侏羅系與白堊系不甚發(fā)育,直接披覆在石炭系的基底之上。侏羅紀(jì)末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致車(chē)排子地區(qū)進(jìn)一步隆升,侏羅紀(jì)充填溝谷的地層被剝蝕,后期逐步沉積白堊系。白堊紀(jì)之后再次隆升剝蝕,殘留部分白堊系[3]。侏羅紀(jì)末的燕山Ⅱ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最終定型的車(chē)排子凸起,主要為下石炭統(tǒng)包谷圖組凝灰?guī)r剝蝕區(qū),其上被下白堊統(tǒng)吐谷魯群逐層超覆,在吐谷魯群近源沖積扇角礫巖填平補(bǔ)齊的基礎(chǔ)上,發(fā)育吐谷魯群沖積扇—湖泊沉積體系。古近紀(jì)末的喜馬拉雅Ⅱ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是形成白堊系上覆角度不整合的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[4]。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of the Chepaizi area in Junggar Basin
車(chē)排子凸起是一個(gè)在石炭系火成巖基底之上發(fā)育起來(lái)的繼承性凸起,其主體形成時(shí)間較早,自晚海西期以來(lái),長(zhǎng)期處于隆起狀態(tài)。車(chē)排子地區(qū)僅保留了吐谷魯群,缺失了上白堊統(tǒng)艾里克湖組及古近系安集海河組,和上覆新近系沙灣組與下伏包古圖組均為角度不整合。吐谷魯群為一套沖積扇-扇三角洲-湖泊沉積的砂泥巖體系。
經(jīng)薄片觀(guān)察分析,統(tǒng)計(jì)出每個(gè)樣品中碎屑組分(石英、長(zhǎng)石、巖屑)的含量,共有34個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)參與三角投圖(圖2)。吐谷魯群儲(chǔ)層主要為長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖及長(zhǎng)石巖屑砂巖??傮w來(lái)說(shuō),碎屑顆粒較細(xì),分選、磨圓較好,結(jié)構(gòu)成熟度較高。
圖2 吐谷魯群砂巖成分三角圖Fig.2 Triangular diagram of sandstone composition in Tugulu Group
2.1.1 碎屑組分
碎屑組分中石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~84%,多為單晶石英,少量多晶石英(多為燧石);長(zhǎng)石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~30%,主要類(lèi)型為斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、微紋長(zhǎng)石及鈣化長(zhǎng)石;巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~24%,主要來(lái)源于火成巖與變質(zhì)巖,部分為沉積巖,主要類(lèi)型有云母片巖、綠泥石、千枚巖、凝灰?guī)r、火山巖(多為基性玄武巖)、石英巖及泥巖巖屑;重礦物的含量較少,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)不到1%,主要為石榴石、綠簾石、榍石及電氣石;內(nèi)碎屑主要為泥質(zhì)砂屑與灰質(zhì)砂屑,部分內(nèi)碎屑顆粒直徑可以達(dá)到2mm,屬于礫屑;自生礦物主要為黃鐵礦,黃鐵礦易形成結(jié)核,將顆粒包住。
2.1.2 填隙物
根據(jù)鏡下薄片觀(guān)察分析,碎屑巖中填隙物的含量變化較大,質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為4%~45%。填隙物中的雜基主要為泥質(zhì),其中易產(chǎn)生彌漫性孔隙。膠結(jié)物主要為鈣質(zhì),部分為泥質(zhì),還有少量淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物。
車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間為粒間孔、擴(kuò)大粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及溶縫,其中粒間孔占據(jù)主導(dǎo)地位。
2.2.1 粒間孔
粒間孔是指成巖期形成的孔隙,該類(lèi)孔隙在儲(chǔ)集空間中占有主導(dǎo)地位;但粒間孔分布不均,部分井吐谷魯群儲(chǔ)層粒間孔的孔隙度可達(dá)10%,而部分井未見(jiàn)粒間孔,所以?xún)?chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。粒間孔與顆粒接觸邊緣平直,多呈多邊形,孔隙直徑約0.05mm,孔隙之間喉道較為發(fā)育(圖3-A)。此類(lèi)孔隙可作為油氣運(yùn)聚的最佳儲(chǔ)集空間。
2.2.2 擴(kuò)大粒間溶孔
擴(kuò)大粒間溶孔是一種次生孔隙,該類(lèi)孔隙在吐谷魯群儲(chǔ)層中較為常見(jiàn)(圖3-B),其含量可多達(dá)8%。擴(kuò)大粒間溶孔的形成是受有機(jī)酸溶解作用所致,主要是溶解長(zhǎng)石顆?;蜮}質(zhì)膠結(jié)物,有時(shí)會(huì)溶解綠泥石,其中還可見(jiàn)未被完全溶解的長(zhǎng)石和鈣質(zhì)。其形狀不規(guī)則,與顆粒接觸邊緣凹凸不平;明顯大于顆粒,直徑可達(dá)0.2mm。該類(lèi)孔隙較大,周?chē)淼酪采鯙榘l(fā)育,可以作為油氣重要的儲(chǔ)集空間。
2.2.3 粒內(nèi)溶孔
粒內(nèi)溶孔在吐谷魯群儲(chǔ)層中較為少見(jiàn),碎屑顆粒中花崗巖、火山巖、泥巖、石英及云母中可見(jiàn)粒內(nèi)溶孔。花崗巖碎屑中,石英顆粒被堿性液體溶解,剩余長(zhǎng)石,形成粒內(nèi)溶孔(圖3-C)。云母沿解理縫溶解,也能出現(xiàn)粒內(nèi)溶孔。該類(lèi)孔隙出現(xiàn)在顆粒內(nèi)部,直徑<10μm,孔隙之間沒(méi)有連通的喉道,對(duì)油氣運(yùn)聚的貢獻(xiàn)不大。
圖3 吐谷魯群砂巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型顯微照片F(xiàn)ig.3 Thin section photos of the pore types of the Tugulu Group sandstone reservoir
2.2.4 溶縫
在吐谷魯群儲(chǔ)層中,雖然溶縫僅占1%~5%,但對(duì)油氣運(yùn)聚意義非凡。因?yàn)樗粌H是油氣的儲(chǔ)集空間,也是滲濾通道,溶縫的存在,可大幅度提高巖石的滲透率。溶縫的寬度>20μm,主要是溶解長(zhǎng)石和鈣質(zhì)膠結(jié)物形成的,有時(shí)溶縫可連通擴(kuò)大的粒間溶孔(圖3-D)。
對(duì)車(chē)排子地區(qū)北部吐谷魯群砂巖儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明,孔隙度、滲透率變化范圍較大,巖心樣品的孔隙度實(shí)測(cè)值主要在5%~30%之間,滲透率分布在0.01×10-3~1 100×10-3μm2之間,多屬中低孔、中低滲—特低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層的滲透率隨孔隙度的增加而增大,呈較好的指數(shù)式正相關(guān)關(guān)系(圖4),說(shuō)明有效的儲(chǔ)集空間還是以原生的粒間孔為主。
成巖作用是指沉積物沉積之后直至發(fā)生變質(zhì)作用之前,或因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)重新抬升至地表遭受風(fēng)化作用以前,沉積巖所發(fā)生的物理、化學(xué)和生物的作用[5]。車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群儲(chǔ)層成巖作用類(lèi)型有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用。根據(jù)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的影響,可分為破壞性和建設(shè)性。研究區(qū)壓實(shí)作用和鈣質(zhì)膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙具有破壞性影響,淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成和溶解作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙具有建設(shè)性影響。
圖4 吐谷魯群儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性圖Fig.4 The relationship of the porosity and permeability of the Tugulu Group reservoir
壓實(shí)作用貫穿整個(gè)成巖過(guò)程,是指沉積物在上覆水體和沉積物負(fù)荷壓力下,水分不斷排出,體積縮小,孔隙度降低的過(guò)程(曾允孚,1987),其表現(xiàn)形式主要為脆性顆粒發(fā)生破裂和黏土礦物定向排列。因?yàn)檐?chē)排子地區(qū)吐谷魯群儲(chǔ)層的埋深僅為幾十米到幾百米,壓實(shí)強(qiáng)度較弱,顆粒之間主要是懸浮不接觸—點(diǎn)接觸,所以?xún)H石英類(lèi)剛性礦物見(jiàn)少量破裂紋,但黑云母的定向排列較明顯(圖5-A)。壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層的孔隙具有破壞作用,壓實(shí)作用強(qiáng)度與埋藏深度呈正相關(guān)性[5]。由于吐谷魯群砂巖的埋藏較淺,所以經(jīng)過(guò)早成巖期的機(jī)械壓實(shí)作用后,孔隙減少幅度不大。
膠結(jié)作用是孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)將松散的沉積物粘結(jié)成堅(jiān)硬巖石的過(guò)程,發(fā)生在成巖作用的各個(gè)時(shí)期,使砂巖孔隙度和滲透率降低。車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群砂巖膠結(jié)作用主要為碳酸鹽類(lèi)及黏土類(lèi)膠結(jié)。
3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)物
儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)作用表現(xiàn)為方解石膠結(jié),其類(lèi)型為接觸-孔隙式膠結(jié)。根據(jù)薄片觀(guān)察,鈣質(zhì)膠結(jié)物含量變化較大,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布于1%~5%與20%~30%之間。一般鈣質(zhì)膠結(jié)物含量越高,對(duì)孔隙的破壞作用越大。鈣質(zhì)膠結(jié)物是由于方解石沉淀形成,主要在早成巖晚期形成。一方面,早成巖期方解石沉淀形成膠結(jié)物,充填部分孔隙,對(duì)顆粒有一定支撐作用,減緩了機(jī)械壓實(shí)作用造成的孔隙破壞;同時(shí)方解石膠結(jié)物易受有機(jī)酸溶解,形成溶孔、溶縫。另一方面,由于在早成巖后期,大量方解石沉淀形成鈣質(zhì)膠結(jié)物,充填了大部分孔隙空間,使得孔隙大量減少、喉道堵塞,所以吐谷魯群砂巖最終形成中低孔、中低滲—特低滲儲(chǔ)層。
圖5 成巖作用類(lèi)型顯微照片F(xiàn)ig.5 Thin section photos of the diagenesis types
3.2.2 黏土礦物膠結(jié)物
綠泥石是化學(xué)物質(zhì)沉淀形成的,吐谷魯群儲(chǔ)層中,綠泥石的賦存形式有:①附著于顆粒周?chē)诔涮钣诳紫吨校?]。在顆粒周?chē)x存的綠泥石,稱(chēng)為淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物(圖5-B),是由于同生期化學(xué)物質(zhì)沉淀形成的。有淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物存在時(shí),顆粒之間的接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線(xiàn)接觸,可保護(hù)孔隙。通常淀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物越發(fā)育,巖石孔隙度越高。充填于孔隙中的綠泥石,主要形成于早成巖期,對(duì)孔隙有破壞作用;但同時(shí)孔隙中的綠泥石能增強(qiáng)早成巖期碎屑顆粒的抗壓能力。因綠泥石形成時(shí)需要富鐵、鎂的堿性介質(zhì)條件,所以堿性流體環(huán)境是早成巖期綠泥石沉淀形成的必要條件。
自生高嶺石沉淀于早成巖期,其形成主要是由于長(zhǎng)石類(lèi)易發(fā)生溶解。高嶺石呈現(xiàn)書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀[6],富集于粒間孔與粒間溶孔之中,從而堵塞孔隙。高嶺石易受有機(jī)酸溶解形成彌漫性孔隙;但該類(lèi)孔隙細(xì)小且不連通,對(duì)油氣運(yùn)聚貢獻(xiàn)不大。
車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群砂巖主要出現(xiàn)鈣質(zhì)交代,被交代的礦物為長(zhǎng)石、云母、燧石等,其中最多的是鈣質(zhì)交代長(zhǎng)石。長(zhǎng)石可完全被鈣質(zhì)交代,也可出現(xiàn)不完全交代。次生方解石膠結(jié)物主要是沿著顆粒邊緣進(jìn)行交代,其交代邊緣呈鋸齒狀、蠶食狀與港灣狀。同時(shí)儲(chǔ)層中也有泥質(zhì)填隙物與黃鐵礦不完全交代碎屑。泥質(zhì)填隙物主要為水云母和綠泥石,沿顆粒邊緣向中心進(jìn)行交代,其邊緣形狀不規(guī)則。黃鐵礦從邊緣沿長(zhǎng)石的解理縫進(jìn)行交代,交代邊緣呈鋸齒狀。交代作用對(duì)孔隙演化沒(méi)有直接影響;但砂巖中主要出現(xiàn)鈣質(zhì)交代碎屑,而鈣質(zhì)易受后期有機(jī)酸溶解形成溶孔、溶縫,對(duì)孔隙還是有一定建設(shè)性意義。
溶解作用在車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群砂巖中大量出現(xiàn),早成巖期,石英巖和花崗巖中的石英組分受堿性流體溶解,形成粒內(nèi)溶孔。但主要的溶解作用還是有機(jī)酸溶解長(zhǎng)石、火山巖內(nèi)部的長(zhǎng)石組分形成粒內(nèi)溶孔;同時(shí)可見(jiàn)黑云母沿解理面受溶解、泥巖內(nèi)受溶解形成粒內(nèi)溶孔。擴(kuò)大粒間溶孔與溶縫的形成主要還是鈣質(zhì)膠結(jié)物受有機(jī)酸溶解,部分溶孔中可見(jiàn)殘余的綠泥石,證明部分溶孔是少量綠泥石膠結(jié)物受溶解形成的。溶縫的形成將連通粒間孔、擴(kuò)大粒間溶孔、部分粒內(nèi)溶孔,這將提高巖石孔隙度與滲透率。
車(chē)排子工區(qū)位于車(chē)排子凸起北部區(qū)域,離昌吉凹陷相對(duì)較近,且昌吉凹陷內(nèi)二疊系生烴強(qiáng)度大,以紅車(chē)斷裂帶-不整合為輸導(dǎo)體系,遠(yuǎn)源運(yùn)移聚集于白堊系的地層與巖性圈閉中[7,8]。工區(qū)內(nèi)白堊系受多期構(gòu)造抬升的影響,部分原油遭受破壞和降解,形成稠油。吐谷魯群儲(chǔ)層中,油氣充注成藏主要是白堊紀(jì)后期到古近紀(jì)時(shí)期。稠油的瀝青含量較高,通過(guò)鏡下薄片觀(guān)察,稠油充填于孔隙中[9](圖6)。
圖6 瀝青充填孔隙顯微照片F(xiàn)ig.6 Thin section photos of the pores of filling asphalt
油氣充注成藏對(duì)儲(chǔ)層成巖作用的影響主要有兩個(gè)方面[10,11]:①對(duì)儲(chǔ)層壓實(shí)作用的影響:孔隙中烴類(lèi)流體能增大孔隙的流體壓力,而烴類(lèi)的充注使孔隙流體變?yōu)閮上?,?dǎo)致流體排出受阻,在儲(chǔ)層中形成超壓,這種超壓能削弱壓實(shí)作用,使得原生孔隙得以保存。②對(duì)儲(chǔ)層溶解作用的影響:在早成巖中期,由于有機(jī)酸溶解長(zhǎng)石與鈣質(zhì)膠結(jié)物形成擴(kuò)大粒間溶孔及溶縫。而有機(jī)酸的形成,主要是因?yàn)檫h(yuǎn)源二疊系烴源巖在熱演化過(guò)程中釋放出的。
準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起白堊系整體埋藏較淺,深度多為300~600m,儲(chǔ)層成巖作用較弱,屬于成巖作用早期,其主要標(biāo)志有:①吐谷魯群所處的古地溫較低,基本低于40°C,有機(jī)質(zhì)成熟度較低,Ro<0.3%;②吐谷魯群膠結(jié)疏松,壓實(shí)作用較弱,主要的儲(chǔ)集空間為原生的粒間孔,以孔隙式、接觸-孔隙式膠結(jié)為主;③經(jīng)薄片觀(guān)察,未見(jiàn)石英的次生加大邊,黏土膠結(jié)物只見(jiàn)高嶺石,無(wú)沸石類(lèi)膠結(jié)物。
研究區(qū)吐谷魯群的沉積環(huán)境為扇三角洲前緣-濱淺湖亞相,其中以濱淺湖砂壩微相為主。車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中,沉積時(shí)孔隙度介于27%~33%之間(圖7)。同生期-早成巖期的整個(gè)埋藏過(guò)程中,機(jī)械壓實(shí)減少的孔隙平均為12%。同生期-早成巖早期,綠泥石發(fā)生化學(xué)沉淀形成的環(huán)邊膠結(jié)物,使孔隙減少4%~8%;但綠泥石環(huán)邊的形成能抵抗后期的機(jī)械壓實(shí),具有保護(hù)孔隙的作用。早成巖中期,黃鐵礦充填約1%~4%的孔隙。之后,有機(jī)酸溶解鈣質(zhì)膠結(jié)物、長(zhǎng)石組分形成擴(kuò)大粒間溶孔或溶縫,使孔隙增加8%~24%。早成巖后期,方解石沉淀形成膠結(jié)物,孔隙減少1%~16%。最終,殘余的孔隙度分布范圍在18%~24%之間。
a.車(chē)排子地區(qū)白堊系吐谷魯群儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖及長(zhǎng)石巖屑砂巖。沉積物粒度較細(xì),分選、磨圓較好,結(jié)構(gòu)成熟度高。膠結(jié)物主要為碳酸鹽類(lèi)及黏土類(lèi),碳酸鹽膠結(jié)物的膠結(jié)類(lèi)型為接觸-孔隙式膠結(jié),而淀綠泥石則為環(huán)邊膠結(jié)。
圖7 車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群儲(chǔ)集層成巖作用與孔隙演化模式圖Fig.7 Mode of diagensis and pore evolution of the sandstone in Tugulu Group of Chepaizi area
b.吐谷魯群儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣,主要有粒間孔、擴(kuò)大粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和溶縫。但僅有粒間孔、擴(kuò)大粒間溶孔及溶縫對(duì)油氣運(yùn)聚貢獻(xiàn)較大。巖心樣品分析結(jié)果,孔隙度分布在5%~30%之間,滲透率主要為(0.01~1 100)×10-3μm2,多屬中低孔、中低滲-特低滲之間,體現(xiàn)了較強(qiáng)的非均質(zhì)性。
c.油氣充注成藏對(duì)吐谷魯群儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化有建設(shè)性影響,一方面烴類(lèi)的早期充注,能提高巖石的抗壓能力,粒間孔得以保存;另一方面烴類(lèi)在熱演化過(guò)程中,釋放出的有機(jī)酸能溶解長(zhǎng)石或鈣質(zhì),形成擴(kuò)大粒間溶孔及溶縫。
d.白堊系埋藏較淺,深度多為300~600m,所處古地溫低于40℃,屬于早成巖期,成巖作用較弱。成巖作用類(lèi)型有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用,恢復(fù)了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成巖作用序列與孔隙演化過(guò)程,最終優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度介于18%~24%之間。所以車(chē)排子地區(qū)吐谷魯群儲(chǔ)層勘探目標(biāo)應(yīng)以孔隙度>18%的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層為主。
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成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2015年5期