李朋威,羅 平,陳 敏,宋金民,金廷福,王果謙
(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083; 2.中國石油 勘探開發(fā)研究院,北京 100083;3.鋼研納克檢測技術有限公司,北京 100081; 4.成都理工大學,四川 成都 610059)
塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖儲層特征與成因
李朋威1,羅 平2,陳 敏3,宋金民4,金廷福4,王果謙4
(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083; 2.中國石油 勘探開發(fā)研究院,北京 100083;3.鋼研納克檢測技術有限公司,北京 100081; 4.成都理工大學,四川 成都 610059)
通過野外露頭地質觀察、薄片鑒定與孔滲分析等,詳細研究了塔里木盆地西北緣什艾日克剖面上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖巖石學和儲層特征,并簡要分析了儲層成因。研究認為該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖以微生物白云巖為主,約占整個上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖的70.37%。根據是否具有疊層構造,將該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物巖劃分為疊層石和非疊層石兩大類型,其中,疊層石類包括層狀疊層石、丘狀疊層石和小型孤立柱狀疊層石,并以層狀疊層石為主,結構以紋層球粒、泥晶為特征;而非疊層石包括非疊層藍細菌球粒巖和非疊層藍細菌泡沫綿層巖,結構以球粒、泡沫綿層為特征。根據儲集性,可將該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物巖儲層劃分為上、下兩段,上段儲層要優(yōu)于下段。層狀疊層石和非疊層藍細菌球粒、泡沫綿層白云巖為有利儲集巖石類型。微生物結構、白云石化和溶蝕作用為微生物巖儲層形成的有利因素,其中微生物結構是基礎,決定著微生物巖儲層的孔隙類型及其孔隙結構特征,而白云石化和溶蝕作用則為微生物巖儲層有效孔隙形成的關鍵因素,上段儲層較好更得益于表生巖溶作用的影響。
微生物,碳酸鹽巖儲層;上震旦統(tǒng);塔里木盆地
微生物碳酸鹽巖分布廣泛,在時代上可以追溯到早太古代,并以中-新元古代、寒武紀和早奧陶世最為發(fā)育,中奧陶世以來其數量大量減少并常與后生生物建造共同構成復合礁,或單獨發(fā)育于生物大滅絕之后[1-4]。因此,微生物碳酸鹽巖主要發(fā)育于中奧陶世以前的古老地層中,且往往埋藏較深。作為一種特殊的巖石類型,微生物碳酸鹽巖不僅具有重要的沉積學研究意義,同時也具有重要的工業(yè)價值。微生物碳酸鹽巖能夠形成重要的烴源巖和良好的油氣儲層[4],在美國阿拉巴馬州、東西伯利亞地區(qū)、巴西桑托斯盆地、阿曼鹽盆地和哈薩克斯坦以及我國的四川盆地和渤海灣盆地等地都獲得了大量賦存于微生物碳酸鹽巖儲層中的油氣[5-16]。微生物碳酸鹽巖儲層是過去油氣勘探中較少關注的一類儲層類型,這類儲層因其特殊的巖石結構類型和潛在的油氣勘探潛力而逐漸受到關注。
塔里木盆地微生物碳酸鹽巖豐富且類型多樣,并主要分布在上震旦統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)[17]。通過野外露頭和鏡下觀察,發(fā)現塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物巖以疊層石和具有多種藍細菌結構的非疊層微生物巖為主,宏觀特征較為單一;寒武系開始出現了巨觀構造微生物礁,并出現了大量的凝塊石以及表附菌、葛萬菌等造礁微生物;奧陶系微生物巖則明顯減少,以疊層石多見。在前期研究中,多位學者針對該區(qū)微生物巖的沉積與演化、成因等方面已經開展了較多的研究工作。朱誠順等較早開展了塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物巖的研究,重點研究了疊層石的分布、產出層位、組合類型等,并用于地層對比與劃分[18-20];史基安等則研究上震旦統(tǒng)微生物白云巖結構及其成因,均認為其形成與微生物調節(jié)作用有關[21-22];宋金民等就阿克蘇露頭區(qū)下寒武統(tǒng)微生物碳酸鹽巖建造、演化與儲層發(fā)育特征進行了研究[23-25];胡文瑄等側重塔里木盆地柯坪地區(qū)寒武系微生物白云巖特征、成因及意義進行了詳細研究[26];由雪蓮等則研究了巴楚地區(qū)中-上寒武統(tǒng)疊層石白云巖中微生物礦化組構特征及其成因[27];Riding對塔北、塔西南和塔中地區(qū)奧陶系微生物巖開展了鈣化藍細菌的研究,并側重于藍細菌類型與微生物群落的研究[28-32]。
目前,塔里木盆地碳酸鹽巖油氣勘探主要側重于下古生界[33-35],而上震旦統(tǒng)油氣勘探基本上處于起步階段,還沒有獲得實質性的突破。宋立勛等結合鉆井和部分地震資料對盆地區(qū)上震旦統(tǒng)分布特征及古地理概貌方面做了探索性研究工作[36]。葉德勝等對塔北、塔東地區(qū)上震旦統(tǒng)白云巖巖石學、地球化學及儲層特征進行了分析,認為藻白云巖為塔里木盆地上震旦統(tǒng)有利的儲集巖石類型,并初步提出白云巖化模式[37-39]。張增耀等則結合新的地震資料進一步對盆地區(qū)震旦系的分布特征、沉積體系及構造格局等做了補充工作[40]。何金有等針對震旦系頂部古巖溶風化殼及其油氣勘探意義作了分析與闡述[41]。在鉆井過程中,目前只有塔東低凸起的塔東1井、塔東2井和塔北隆起沙4井、星火1井等鉆遇上震旦統(tǒng)白云巖,且僅沙4井獲得了工業(yè)油流;盆地中西部巴楚隆起區(qū)的塔參1井、方1井、和4井、同1井以及塔中地區(qū)中深1井雖鉆遇震旦系但均未見到上震旦統(tǒng)白云巖。
總體上,有關該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物巖相關的儲層還未見報道,本文旨在從現代微生物儲層研究的角度,通過野外露頭地質觀察與室內薄片鑒定,分析塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)微生物巖巖石學和儲層特征,以便查明有利的儲集巖石類型及其結構特征,進而分析上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖儲層發(fā)育的主控因素,為塔里木盆地的深層油氣勘探提供重要依據。
塔里木盆地周邊的震旦系集中出露于盆地西北緣的阿克蘇-烏什地區(qū)、東北緣庫魯克塔格和西南緣鐵克里克地區(qū)[36,40]。其中,阿克蘇-烏什地區(qū)的震旦系主要出露于阿克蘇、烏什和柯坪之間的阿克蘇-烏什縣南山一帶,分布在巧恩布拉克、尤爾美納克、蘇蓋特布拉克、奇格布拉克及肖爾布拉克地區(qū)(圖1a)。在構造上,該區(qū)位于柯坪斷隆北端,南華系-震旦系發(fā)育較為齊全,研究程度較高,具有我國“揚子區(qū)”沉積特征(表1),同時也是我國研究前寒武系與寒武系界線的重點地區(qū)之一。
新元古代末期,受Rodinia超大陸裂解影響,塔里木板塊周邊開始裂解。南華紀—震旦紀期間,塔里木板塊先后經歷了大陸裂谷—半深?!獮I淺?!獜V海碳酸鹽巖臺地等幾個發(fā)展階段。上震旦統(tǒng)奇格布拉克組為廣海碳酸鹽巖臺地環(huán)境下沉積的中-厚層狀白云巖,富含疊層石、核形石和微古植物化石[18]。該組全區(qū)分布較穩(wěn)定,沉積厚度141~195m,自東向西略有增厚[42]。奇格布拉克組與下伏蘇蓋特布拉克組為整合接觸,與上覆下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組呈不整合接觸,并有不同的表現形式,除塔中、塔北、塔東局部地區(qū)兩者呈角度不整合關系外,盆地周邊及內部大部分地區(qū)為平行不整合關系[40-41]。
本文以什艾日克剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組微生物白云巖為主要研究對象,重點探討微生物白云巖類型及其儲層發(fā)育特征。該區(qū)震旦系與寒武系呈平行不整合接觸關系,上震旦統(tǒng)頂部為一套厚度約46m的古巖溶風化殼,頂部為一套垮塌角礫巖,可見變形構造和溶蝕孔洞,下部可見清晰的疊層、似花邊構造(剖面似花邊而得名)以及大型洞穴等,洞穴內被針鐵礦等暗色礦物所充填;風化殼下伏為一套厚度巨大、分布穩(wěn)定的微生物白云巖。該剖面位于阿克蘇市西南方向,距阿克蘇市約14千米,鄰近314國道,交通相對便利,是震旦系地層研究的首選剖面(圖1b)。
微生物碳酸鹽巖為塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖中最主要的一類巖石類型,并以微生物白云巖為主,在露頭和鏡下均可見到廣泛發(fā)育的微生物白云巖,且類型多樣。以什艾日克剖面上震旦統(tǒng)為例,通過巖石學統(tǒng)計,微生物白云巖約占整個上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖的70.37%(圖2)。
圖1 塔里木盆地阿克蘇-柯坪地區(qū)地質簡圖(a)與什艾日克露頭剖面(b)[37]
表1 塔里木盆地新元古界地層對比[43]
Table 1 Stratigraphic correlation of the Neoproterozoic of the Tarim Basin[43]
據統(tǒng)計,該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物白云巖以疊層石和非疊層藍細菌白云巖為主,分別占整個上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖的29.78%和40.59%。其中,疊層石根據紋層形態(tài)又可劃分為層狀、丘狀和柱狀疊層石,而非疊層石類依據其結構類型可分為非疊層藍細菌球粒白云石和非疊層藍細菌泡沫綿層白云巖。
2.1 疊層石白云巖
疊層石是指宏觀上呈紋層狀的底棲微生物沉積
巖[44]。該區(qū)疊層石白云巖廣泛發(fā)育于上震旦統(tǒng)奇格布拉克組,以層狀疊層石為主,可見丘狀和柱狀疊層石等,球粒、泥晶和亮晶結構發(fā)育。
2.1.1 層狀疊層石
層狀疊層石,即成層分布且紋層近水平的一類疊層石,主要發(fā)育于潮間帶上帶至潮上帶環(huán)境。層狀疊層石為塔里木盆地上震旦統(tǒng)較為發(fā)育的一類微生物巖類型,縱向上明顯以上震旦統(tǒng)奇格布拉克組中部最為發(fā)育,約占該區(qū)整個上震旦統(tǒng)微生物巖的26.89%。在露頭表面和鏡下均可看到亮暗相間的紋層結構(圖3,圖4d—i),紋層呈水平或微波狀,側向上紋層可以是連續(xù)、斷續(xù)狀或雜亂狀展布,局部可見窗格構造(圖4h—i),窗格孔大多被亮晶白云石全充填或半充填。結構類型以泥晶、球粒和亮晶為主(圖4d—i),泥晶或球粒往往構成層狀疊層石的暗色紋層,亮層主要亮晶白云石組成。球粒一般近圓形或橢圓形,其直徑大多小于0.3mm,邊緣模糊,具有微生物球粒特征。疊層石的發(fā)育一般具有一定的韻律性,在露頭表面,層狀疊層石一般顏色呈深灰色,并常與淺灰色砂屑(鮞粒)或泡沫綿層白云巖間互發(fā)育,構成微生物巖沉積旋回(圖3)。
圖2 塔里木盆地什艾日克剖面上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖含量
鏡下還可見到切穿紋層的高角度壓溶縫以及沿紋層展布的水平壓溶縫。這種壓溶縫一般只發(fā)生于層狀疊層石內,表明層狀疊層石易于受到成巖壓實作用的影響。
2.1.2 丘狀疊層石
丘狀疊層石在該區(qū)上震旦統(tǒng)不常見,主要發(fā)育于下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組頂部,多與碎屑巖以混積層系的形式產出(圖3),亦可零稀見于上震旦統(tǒng)奇格布拉克組,約占整個剖面的1.26%。在露頭表面,丘狀疊層石在地層中呈暗黑色丘狀正凸起,與淺灰色圍巖具有明顯的顏色差別,其紋層呈半球形或箱狀(圖3)。塔里木盆地西北緣下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組廣泛發(fā)育混積巖或混積層系,為超大陸板塊裂解、拉張背景下從裂谷碎屑沉積體系向穩(wěn)定的碳酸鹽巖臺地沉積體系轉換過渡下的產物。王杰瓊等對該區(qū)混積巖的類型進行了詳細劃分并闡述了其成因,認為該套混積巖為構造、環(huán)境和氣候條件等共同作用下的產物[45]。
通過鏡下觀察,發(fā)現丘狀疊層石的結構類型與其形成的時期有關。早期混積層系內的丘狀疊層石以紋層狀的球粒結構為特征,紋層較為雜亂,斷續(xù)分布(圖4a),而晚期碳酸鹽巖臺地內的丘狀疊層石不僅具有紋層的球粒結構,同時也出現了泡沫綿層結構,也即開始出現了色球菌生物群落。
丘狀疊層石在不同的沉積環(huán)境內表現出不同的沉積規(guī)律。在混積臺地內,丘狀疊層石常與碎屑巖呈韻律性沉積,隨著碳酸鹽巖增厚、變純,丘狀疊層石向層狀疊層石轉變;而在碳酸鹽巖臺地內,丘狀疊層石一般發(fā)育于碳酸鹽巖沉積旋回的下部,代表一種相對較深的沉積產物。一般認為丘狀疊層石形成于潮間帶,因此,丘狀疊層石與層狀疊層石的韻律性沉積反映了潮間帶與潮上帶的頻繁性交互變化。在混積臺地內,陸源碎屑的加入從某種程度上抑制了微生物的形成,以形成孤立、規(guī)模較小的丘狀生物建隆為主;而在清潔的碳酸鹽巖臺地內,在沉積水體相對較深的環(huán)境條件下,由于光線較弱,同樣限制了微生物種群的發(fā)育,微生物群落為了尋求更多的陽光而形成丘狀微生物建隆。
圖4 塔里木盆地什艾日克剖面上震旦統(tǒng)疊層石白云巖特征
2.1.3 柱狀疊層石
塔里木盆地上震旦統(tǒng)柱狀疊層石分布較為局限,主要發(fā)育于上震旦統(tǒng)奇格布拉克組的底部(圖3),且成層分布,厚約2~2.2 m,并在奇格布拉克至什艾日克一帶分布穩(wěn)定,橫向具有可對比性,可作為震旦系上、下統(tǒng)分界限的鑒別標志。通過野外露頭觀察,柱狀疊層石層由多層小型孤立柱狀疊層石組成,形成于淺潮下帶環(huán)境;柱狀疊層石往往呈孤立狀分布,彼此間未見連接但緊密相鄰,露頭表面呈凹凸不平的疙瘩狀,橫剖面可見同心圈層結構(圖3);規(guī)模小,其直徑一般只有10~15 cm,柱體高大,多為20~30 cm。
柱狀疊層石白云巖以球粒結構為特征(圖4b,c),且球粒往往構成疊層石的暗色或深灰色紋層,紋層厚度不一,一般為1~5 mm,亮色紋層由一般亮晶白云石構成,厚約0.5~5 mm。
2.2 非疊層藍細菌白云巖
非疊層藍細菌白云巖,指不具有明顯的疊層構造的一類微生物巖類型。在塔里木盆地,上震旦統(tǒng)非疊層藍細菌白云巖不同于寒武系常見凝塊石和樹枝石等微生物巖類型,具有其獨特性。這類巖石獨特性在于露頭表面幾乎看不到明顯的微生物巖宏觀特征,但鏡下可見球粒和泡沫綿層結構等微生物結構特征。除此之外,還可見到一些具有包覆結構的核形石等。因此,非疊層藍細菌白云巖在露頭表面往往難以識別,尤其具有泡沫綿層結構藍細菌白云巖往往被誤認為砂屑白云巖。
2.2.1 非疊層藍細菌球粒白云巖
非疊層藍細菌球粒巖是指具有藍細菌球粒結構但不具有疊層構造的一類非疊層類微生物巖。它與疊層石藍細菌球粒巖的不同之處在于前者球粒呈分散分布,且不構成暗色紋層(圖5a,b)。非疊層藍細菌球粒白云巖在什艾日克剖面上震旦統(tǒng)相對不常見,僅占整個碳酸鹽巖的6.57%,且主要發(fā)育于奇格布拉組中部。
2.2.2 非疊層藍細菌泡沫綿層白云巖
非疊層藍細菌泡沫綿層巖是指具有藍細菌泡沫綿層結構的一類非疊層類微生物巖。這類巖石為該區(qū)上震旦統(tǒng)最為發(fā)育的一類微生物巖,主要發(fā)育于上震旦統(tǒng)奇格布拉組中上部,約占整個上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖的34.02%。鏡下觀察發(fā)現,泡沫綿層形態(tài)多樣,可見不規(guī)則狀、蜂窩狀和花邊狀等形態(tài)。鏡下可見泡沫綿層與砂礫屑共生,表明泡沫綿層微生物巖可能形成于水動力條件相對較強的潮坪環(huán)境。
不規(guī)則狀或蜂窩狀泡沫綿層為該區(qū)上震旦統(tǒng)非疊層微生物白云巖最常見的泡沫綿層結構類型。不規(guī)則狀泡沫綿層往往彼此之間相互連接構成網絡狀,綿層腔長軸直徑相對較大,一般分布在0.5~1.5 mm(圖5d);蜂窩狀泡沫綿層個體往往獨立分布,且相對較小,但較均一,長軸直徑為0.25~1 mm(圖5e,f,h);泡沫綿層邊緣可因強烈的泥晶化作用而呈暗黑色(圖5e)。泡沫綿層白云巖內還可見微生物席,并與泡沫綿層間互發(fā)育(圖5e,f)。目前針對微生物席的定義具有多重性,尚未統(tǒng)一的答案[46],早期學者強調微生物席是一個紋層狀的微生物群落[47-48],從“席”的字面含義,本文更支持這一觀點,微生物巖中暗色線狀沉積物為紋層狀微生物群落遺跡的典型代表。此種巖類的另一個特點就是泡沫綿層腔極其發(fā)育,但綿層腔大多已被纖維狀和粒狀白云石充填。
花邊狀泡沫綿層邊緣由兩層到數層亮暗相間的同心紋層構成,似花邊,且泡沫綿層腔較大,呈橢圓形或長條狀,長軸直徑最大可達7.5 mm,但腔內常常被多期次、多世代的白云石充填,可見殘留孔或晶間溶孔(圖5g)。這種現象曾被稱為“葡萄花邊構造”,在四川盆地上震旦統(tǒng)尤為發(fā)育,并認為是燈影組主要的儲氣構造[49];王興志等將與這種構造相關的孔洞稱為“葡萄花邊洞”,常出現于雜色白云質巖溶角礫巖和各種產狀的溶縫之中[13];向芳等均證明這是表生巖溶作用的產物,并可作為表生溶蝕作用的標志[50-51];方少仙等認為這種構造是由先前形成的溶蝕溶洞被若干世代的非疊層石生態(tài)系蘭細菌和白色纖維狀亮晶白云石環(huán)洞壁交替充填而成[52]。相對四川盆地上震旦統(tǒng)燈影組,這類結構或構造在塔里木盆地上震旦統(tǒng)地層中并不常見,分布較局限,主要分布于微生物白云巖儲層二段頂部(圖3)??紤]到其也為微生物作用下的產物,具有類似的綿層腔,暫將其歸為泡沫綿層類,但這種結構為次生成因,鏡下常見其與原生泡沫綿層或球粒共生。
3.1 儲層劃分
根據野外露頭與鏡下觀察,并結合微生物巖物性分析,將該區(qū)上震旦統(tǒng)奇格布拉克組微生物白云巖儲層劃分為上、下兩段(圖3)。
微生物巖儲層上、下段厚度分別為29.3 m和24 m,其中儲層上段位于古巖溶風化殼之下,緊鄰古巖溶風化殼。兩段儲層物性存在較大差別,其中儲層下段孔隙度較小,一般分布在2.0%~3.2%,滲透率很低,一般小于0.01×10-3μm2;儲層上段孔隙度相對較大,一般分布在2.9%~8.1%,且滲透率也較高,一般大于1.0×10-3μm2。因此,相比較而言,儲層上段的儲集性能要優(yōu)于儲層下段(圖6)。
3.2 孔隙類型
研究區(qū)上震旦統(tǒng)奇格布拉克組微生物白云巖儲集空間類型多樣,以發(fā)育窗格孔、球粒相關溶蝕孔、泡沫綿層腔內溶孔、泡沫綿層腔鑄??住⑴菽d層腔超大溶孔以及晶間與晶間溶孔等為特征。
圖5 塔里木盆地什艾日克剖面上震旦統(tǒng)非疊層藍細菌白云巖儲層特征
圖6 塔里木盆地什艾日克剖面上震旦統(tǒng)不同微生物巖儲層段物性特征
3.2.1 窗格孔
窗格孔一般認為是碳酸鹽巖沉積早期形成的原生孔隙,但目前大多已被亮晶方解石或白云石所充填或半充填,局部存在殘留晶間孔。未充填完全的窗格孔可作為一種儲集空間,并且這類孔隙可在適當的條件下,如埋藏溶蝕作用下發(fā)生選擇性溶蝕作用而形成有利的儲集空間。窗格孔在該區(qū)上震旦統(tǒng)奇格布拉克組中上部較為常見,并主要發(fā)育于層狀疊層石的亮色紋層內(圖4i)。
3.2.2 球粒相關溶蝕孔
球粒相關溶蝕孔是指與球粒溶蝕相關的溶蝕孔隙。這類孔隙一般與球粒的分布有關,并主要分布在球粒相對集中的部位,且分布在球粒周邊,其大小、形狀都與球粒相似(圖5a,b),直徑一般小于0.3mm。由藍細菌形成的球粒有機質含量相對較高,在埋藏成巖過程中隨著溫度的升高會生成酸性物質,從而對周邊物質,尤其是白云石結晶較粗的有利部位進行選擇性溶蝕,往往可以看到白云石溶蝕殘余(圖5b)。因此,這種溶蝕孔隙的形成可能為埋藏成巖環(huán)境下溶蝕作用的結果。這類孔隙分布較為廣泛,為塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物白云巖儲層重要的儲集空間之一。
3.2.3 泡沫綿層腔內溶蝕孔
泡沫綿層腔內溶蝕孔是指泡沫綿層腔內溶蝕孔隙,并主要以腔內晶間溶孔的形式出現,泡沫綿層腔未被完全溶蝕,可見泡沫綿層腔殘余。這類孔隙一般見于網絡狀泡沫綿層白云巖內,鏡下雖然常見,但溶蝕一般很不徹底,彼此間缺乏連通性(圖5d),因此認為是塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物白云巖儲層次要的儲集空間。其形成類似于球粒相關溶蝕孔,形成于埋藏溶蝕作用。
3.2.4 泡沫綿層腔鑄???/p>
泡沫綿層腔鑄??资侵概菽d層腔被完全溶蝕后所產生的孔隙,僅保留了泡沫綿層腔的形狀或泡沫綿層腔的邊緣。這類孔隙一般出現于蜂窩狀泡沫綿層腔內,且極其發(fā)育(圖5h,i),大小和形狀類似綿層腔,但這類孔隙連通性較差,多被泡沫綿層腔邊緣所隔擋,其面孔率約為13%,為塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物白云巖儲層中較好的儲集空間。其形成類似于泡沫綿層腔內溶孔,主要形成于埋藏溶蝕作用,只是溶蝕得更加徹底。
3.2.5 泡沫綿層腔超大溶孔
泡沫綿層腔超大溶孔是指溶蝕孔隙大于泡沫綿層腔本身的一類儲集空間。這類孔隙主要分布于微生物巖儲層上段,臨近古巖溶風化殼儲層(圖3),大多為泡沫綿層腔溶蝕后,被進一步溶蝕而成,“花邊狀泡沫綿層腔”的發(fā)育表明該段受過表生巖溶作用的影響。通過分析,認為這類孔隙的形成是埋藏溶蝕作用與表生巖溶作用共同作用的結果,早期埋藏巖溶作用形成的泡沫綿層腔內溶孔或泡沫綿層腔鑄??缀笃谟纸洑v了表生巖溶作用的影響而形成這種超大溶蝕孔隙。同時,鏡下觀察可發(fā)現這類溶孔會受到微生物席的約束而主要分布于微生物席之間(圖5f)。這類孔隙發(fā)育相對廣泛,為塔里木盆地上震旦統(tǒng)微生物白云巖儲層重要的儲集空間。
3.2.6 其他孔隙
除了以上與微生物結構相關的孔隙之外,還存在晶間與晶間溶孔、壓溶縫以及張開裂縫等。這類孔隙一般發(fā)育相對有限,為次要的儲集空間。
3.3 儲集層物性與微生物結構
總體而言,微生物白云巖儲層的孔隙度一般分布在3.0%~8.0%,最大可達9.3%,而滲透率較低,一般小于0.01×10-3μm2,最大可達6.2×10-3μm2。從鑄體薄片也可以看出,微生物白云巖儲層的孔隙之間連通性均較差,因此,這類儲層屬于中孔特低滲儲層。
通過鏡下觀察與統(tǒng)計,該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物巖中柱狀疊層石和丘狀疊層石孔隙基本不發(fā)育,層狀疊層石和非疊層藍細菌白云巖則為較有利的儲集巖石類型。不同類型的微生物巖的物性差別較大(圖7,圖8)。其中,非疊層泡沫綿層白云巖物性最好,其孔隙度為3.0%~9.3%,呈正態(tài)分布,滲透率小于6.2×10-3μm2;其次為非疊層球粒白云巖,其孔隙度為2.9%~3.0%,滲透率很低,小于0.01×10-3μm2;疊層石球粒白云巖物性最差,為2.0%~2.9%,而滲透率小于0.2×10-3μm2。因此,微生物白云巖儲層物性與微生物巖結構關系密切。相比較而言,泡沫綿層結構最有利于儲集空間的形成。
概括起來,微生物白云巖儲層的主要受以下幾個因素的控制,它們分別是埋藏壓實與膠結作用、微生物結構、白云石化與溶蝕作用。其中埋藏壓實與膠結作用為微生物巖儲層的破壞性因素,而微生物結構、白云石化和溶蝕作用為微生物白云巖儲層形成的有利因素。
圖7 塔里木盆地什艾日克剖面上震旦統(tǒng)儲集巖石物性特征
圖8 塔里木盆地微生物結構與儲集層物性關系
4.1 埋藏壓實與膠結作用
層狀疊層石內可見較多壓溶縫發(fā)育,既有平行于紋層的壓溶縫,也有切穿紋層的高角度壓溶縫,這表明該區(qū)上震旦統(tǒng)地層曾受到強烈的壓實作用。沉積期或準同生期形成的窗格孔以及泡沫綿層腔大多已被亮晶白云石膠結充填。以上現象表明早期形成的原生孔隙在后期埋藏壓實與膠結過程中被大大破壞。
4.2 微生物結構
微生物結構對該類儲層的控制主要表現在以下3個方面:①微生物結構決定了該類儲層孔隙類型及其結構特征。具有亮暗紋層相間的層狀疊層石以發(fā)育窗格孔為特征,并主要分布于亮色紋層內;非疊層球粒藍細菌白云巖主要發(fā)育于球粒相對集中的區(qū)域,其溶蝕孔隙形狀和大小與球粒類似,而非疊層藍細菌泡沫綿白云巖的孔隙一般分布于泡沫綿層腔內及其周邊,以泡沫綿層腔內溶孔、鑄??缀统笕芸诪樘卣?。②微生物結構對孔隙的保存作用。微生物碳酸鹽巖一般成巖較早,在沉積早期就已經固結成巖,因此具有相對堅硬的微生物格架并有利于孔隙的保存。③白云石化和溶蝕作用的結構選擇性。一般來說,與微生物球?;蚺菽d層腔相關的白云石結晶較粗,尤其泡沫綿層腔內白云石結晶相對較粗,而結晶較粗的白云石更有利于晶間孔和溶蝕孔隙的形成。
4.3 白云石化作用
前已表述,微生物巖白云石化作用具有結構選擇性,白云石晶粒較粗的部位晶間孔與晶間溶孔更加發(fā)育。大量的薄片鑒定表明,泡沫綿層邊緣往往由泥晶白云巖組成,而綿層腔內大多由結晶相對粗大的纖狀、粒狀白云石組成,其腔內晶間孔與晶間溶蝕相對發(fā)育,這也是泡沫綿層白云巖儲層物性相對較好的一個重要因素。
4.4 溶蝕作用
溶蝕作用對微生物白云巖儲層的形成至關重要,因為這類儲層儲集空間的形成大多與溶蝕作用有關,溶蝕作用大大改善了其儲集性能。通過分析認為,這里的溶蝕作用主要包括埋藏溶蝕和表生巖溶作用。微生物結構(球粒和泡沫綿層等)本身有機質含量相對較高,在埋藏成巖過程中隨著埋藏深度增加、溫度升高會產生有機酸和CO2等腐蝕性酸性物質,從而對周邊物質進行溶蝕而生成溶蝕孔隙,遠離古巖溶風化殼的溶蝕孔隙的形成大多與埋藏溶蝕作用有關。而在微生物巖儲層上段中上部由于受到表生巖溶作用的影響而形成很多超大溶蝕孔隙,從而進一步改善了微生物巖的儲集物性,其孔隙度和滲透率均出現了明顯的增大趨勢,因此,該段儲層的形成是在埋藏溶蝕作用的基礎上疊加了表生巖溶作用的結果。
因此,有利于微生物白云巖儲層形成的有利因素主要有3個:微生物結構、白云石化與溶蝕作用,其中,微生物結構是基礎,決定了微生物巖儲層的孔隙類型及其分布特征,并為白云石化和溶蝕作用提供了有利條件,而后期的白云石化和溶蝕作用是對這類儲層的一種疊加改造,對儲層的儲集能力往往起著決定性作用。
1) 塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖以發(fā)育層狀疊層石、柱狀疊層石、丘狀疊層石、非疊層藍細菌球粒巖和非疊層泡沫綿層巖為特征。
2) 微生物白云巖儲層可作為該區(qū)上震旦統(tǒng)重要的一類儲層類型,可將其劃分為上、下兩段,上段要優(yōu)于下段。層狀疊層石和非疊層藍細菌白云巖,尤其是非疊層藍細菌泡沫綿層白云巖為主要儲集巖石類型。
3) 微生物白云巖儲層儲集空間以發(fā)育窗格孔、球粒相關溶蝕孔、泡沫綿層腔內溶蝕孔、泡沫綿層腔鑄???、超大溶孔以及晶間和晶間溶孔等為特征。
4) 該區(qū)上震旦統(tǒng)微生物白云巖儲層為中孔低滲儲層,其孔隙度一般為3.0%~8.0%,而滲透率一般小于0.01×10-3μm2。
5) 埋藏壓實與膠結作用為微生物白云巖巖儲層形成的主要破壞性因素,而微生物結構、白云石化和溶蝕作用為儲層形成的建設性因素。其中,微生物結構決定了儲層的儲集空間類型與孔隙結構特征,并為白云石化和溶蝕作用的發(fā)生提供了有利的條件;白云石化和溶蝕作用是其儲集空間形成的關鍵因素,決定了其儲集性能,微生物巖儲層上段較好得益于表生巖溶作用的影響。
致謝:薄片觀察與鑒定過程中得到了中國石油勘探開發(fā)研究院楊式升高工的指導以及實驗中心羅忠、周川閩的幫助,野外地質考察工作由王鑫、陸朋朋等協(xié)助完成,在此表示衷心的感謝!
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(編輯 張玉銀)
Characteristics and origin of the Upper Sinian microbial carbonate reservoirs at the northwestern margin of Tarim Basin
Li Pengwei1,Luo Ping2,Chen Min3,Song Jinmin4,Jin Tingfu4,Wang Guoqian4
(1.Exploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Beijing100083,China;3.NCSTestingTechnologyCo.Ltd.,Beijing100081,China;4.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)
Through outcrop observation,thin section examination and physical property analysis,this paper studied the petrological and reservoir characteristics of the Upper Sinian microbial carbonates on the Shiairike section at the northwestern margin of the Tarim Basin and briefly discussed the origin of the microbial carbonate reservoirs.The microbial carbonates are dominated by microbial dolomites,accounting for 70.37% of the whole Sinian carbonates.Based on having stromatilithic structure or not,the microbial carbonates are divided into stromatolites and non-stromatolites.The stomatolites include stratiform,domal and small isolate columnar types,with the stratiform stromatolites as the main type and pelletoid and micritic lamination as their texture characteristics.In contrast,the non-stromatolites include non-stromatolic cynobactiarial pellet rock and cyanobacterial foam spongy rock,featuring in pelletoid and foam sponge textures.According to physical property,the Sinian microbial carbonate reservoir can be divided into two intervals,with the upper interval being better than the lower.Among the microbial carbonates,the stratiform stromatolites and non-stromatolitic cyanobacterial dolostones especially with foam sponge-like texture are the favorable reservoir rocks.The reservoirs are characterized by fenestal,pellet-associated,foam sponge-associated dissolved porosity as their main reservoir space.The formation and distribution of the microbial carbonate reservoirs are mainly controlled by microfabrics,dolomatization and dissolution.Of these influencing factors,the microfabicsisthe fundamental factor determining the types of the pore space and their texture;the dolomization and dissolution are the critical factors determining the formation of effective pore space.The higher quality of the upper microbial carbonate reservoirs is also attributed to the epigenetic kastification.
microbial,carboante reservoir,Upper Sinian,Tarim Basin
2014-10-11;
2015-03-15。
李朋威(1983—),男,博士后,碳酸鹽巖沉積與儲層地質。E-mail:lipw.syky@sinopec.com。
中國石油勘探開發(fā)研究院院級項目(101001CQ0B52139);中國石化石油勘探開發(fā)研究院院級項目(G5800-12-ZS-YK514003)。
0253-9985(2015)03-0416-13
10.11743/ogg20150310
TE122.2
A