高長(zhǎng)海,張嘉豪 張新征

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580) (中石化勝利油田分公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營(yíng) 257064)

砂質(zhì)巖儲(chǔ)層物性主要受構(gòu)造、沉積和成巖等作用的控制，其中成巖作用決定著儲(chǔ)層的最終物性等[1～3]。不整合代表的是后期地質(zhì)作用對(duì)前期地層不同性質(zhì)和程度的改造[4]，后期地質(zhì)作用對(duì)不整合儲(chǔ)層的物性起至關(guān)重要的控制作用[5]，直接決定了其能否作為有效的油氣運(yùn)移通道和儲(chǔ)集空間。近年來(lái)，隨著地層油氣藏勘探地位的不斷提升，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始重視不整合儲(chǔ)層成巖作用的研究，并取得了一定成果[6～8]，但由于不整合儲(chǔ)層獨(dú)特的形成機(jī)制以及成巖過(guò)程的復(fù)雜性，不整合儲(chǔ)層成巖作用的定性研究仍不足，定量研究日益成為不整合儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)的目標(biāo)。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣一直是地層油氣藏勘探的重要對(duì)象，目前已在夏子街、烏爾禾、瑪北、五區(qū)南等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了眾多與不整合相關(guān)的地層油氣藏[9,10]，其油氣儲(chǔ)量約占盆地總儲(chǔ)量的10%，顯示了地層油氣藏良好的勘探前景。然而，自2005年以來(lái)，碎屑巖地層油氣藏的勘探一直未能取得大的突破，不整合儲(chǔ)層成巖作用特征及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響、成巖作用定量評(píng)價(jià)等成為制約地層油氣藏勘探的關(guān)鍵因素。以準(zhǔn)噶爾盆地夏子街地區(qū)三疊系頂部不整合為例，通過(guò)對(duì)3口井、14塊巖心樣品薄片、掃描電鏡等的分析測(cè)試，開展了不整合儲(chǔ)層成巖作用特征研究，探討了成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，以期拓展對(duì)不整合儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)地層油氣藏的精細(xì)勘探與開發(fā)。

1 地質(zhì)背景

夏子街地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，東鄰夏1井區(qū)，西北鄰夏18-36井區(qū)，向南即為瑪湖凹陷，勘探面積約21km2。該區(qū)地層自下而上依次發(fā)育二疊系上烏爾禾組(P3w)，三疊系百口泉組(T1b)、克拉瑪依組(T2k)、白堿灘組(T3b)，侏羅系八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J3q)以及白堊系吐谷魯群(K1tg)。三疊紀(jì)末期燕山運(yùn)動(dòng)造成T3b和T2k遭受不同程度的風(fēng)化剝蝕，后期沉積的J1b直接超覆于三疊系之上，形成了該區(qū)最重要的三疊系與侏羅系之間的區(qū)域不整合面(圖1)。不整合面之上為一套辮狀河流相正旋回碎屑沉積，以發(fā)育心灘和河道充填微相為主[11，12]，巖性主要為礫巖，其次為砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖等，儲(chǔ)層平均孔隙度大于16%，平均滲透率大于50mD；不整合面之下主要為扇三角洲辮狀河道、水下分流河道沉積[13]，巖性主要為厚層狀砂巖夾薄層含礫砂巖等，儲(chǔ)層孔隙度在4.78%～19.2%之間，平均孔隙度小于15%，平均滲透率小于10mD。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地夏子街地區(qū)油藏分布圖

2 成巖作用特征

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用改變了碎屑顆粒的排列方式，使之由疏松逐漸變得致密，是造成儲(chǔ)層原生孔隙減少的主要原因[14]。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，不整合儲(chǔ)層內(nèi)的碎屑顆粒多呈次圓狀，含有大量泥巖、千枚巖等塑性巖屑顆粒以及凝灰?guī)r、流紋巖等半塑性巖屑顆粒，通常具低成分成熟度和中結(jié)構(gòu)成熟度的特點(diǎn)，顆粒接觸關(guān)系幾乎均為線接觸(圖2(a)、(b))。

2.2 溶蝕作用

溶蝕作用對(duì)不整合儲(chǔ)層物性具有重要的建設(shè)作用[15]。不整合儲(chǔ)層內(nèi)的溶蝕現(xiàn)象十分普遍，溶蝕物質(zhì)主要為長(zhǎng)石、巖屑以及碳酸鹽膠結(jié)物等，溶蝕孔隙以粒間溶孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔，可以明顯分辨出2期溶蝕作用的存在，早期發(fā)生在高嶺石化之后，石英加大之前，晚期則發(fā)生在菱鐵礦膠結(jié)之后，且部分剩余粒間孔及溶蝕孔被后期鐵泥質(zhì)充填、侵染(圖2(c)～(f))。

2.3 膠結(jié)作用

不整合儲(chǔ)層的膠結(jié)作用以碳酸鹽膠結(jié)和黏土礦物膠結(jié)為主，其次是硅質(zhì)膠結(jié)(圖2(g)～(j))。碳酸鹽膠結(jié)以普遍發(fā)育菱鐵礦為特征(約占33.9%)，呈球粒狀或粉晶狀分布于粒間；方解石膠結(jié)較少(約占8.7 %)，未見鐵方解石、白云石及鐵白云石膠結(jié)。黏土礦物主要有伊-蒙混層、伊利石、高嶺石及綠泥石，蒙皂石消失是不整合儲(chǔ)層重要的成巖標(biāo)志，說(shuō)明儲(chǔ)層至少進(jìn)入了中成巖階段；蒙皂石脫水向伊利石轉(zhuǎn)化，伊-蒙混層與伊利石含量較高(體積分?jǐn)?shù)19%～69%)，高嶺石是含量最高的黏土礦物(體積分?jǐn)?shù)28%～81%)，綠泥石含量較少(體積分?jǐn)?shù)<10%)。硅質(zhì)膠結(jié)主要以石英次生加大邊形式出現(xiàn)(圖2(j))，體積分?jǐn)?shù)普遍低于3 %。石英次生加大程度隨著距不整合面距離的增大而增強(qiáng)。

2.4 破裂作用

隨著埋深的增加，上覆地層壓力不斷增大，造成巖石礦物顆粒間的擠壓破裂并產(chǎn)生微裂縫。微裂縫的形成不僅有利于酸性流體的運(yùn)移和發(fā)生溶蝕，還可將溶蝕后產(chǎn)生的高濃度流體排出，導(dǎo)致溶蝕作用進(jìn)一步加強(qiáng)。不整合儲(chǔ)層內(nèi)的微裂縫較發(fā)育，可將剩余原生孔隙及次生孔隙連接起來(lái)，從而大大改善不整合儲(chǔ)層的物性(圖2(k)、(l))。

圖2 三疊系頂部不整合半風(fēng)化巖石層的成巖特征

2.5 成巖階段

依據(jù)鏡下觀察，不整合儲(chǔ)層主要成巖演化序列為：顆粒黏土化、壓實(shí)作用→綠泥石化、伊利石化→方解石化→高嶺石化→溶蝕作用→石英加大作用→菱鐵礦化→溶蝕作用→鐵泥質(zhì)充填。在上述基礎(chǔ)上，根據(jù)成巖作用階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5477—2003)，通過(guò)分析鏡質(zhì)體反射率、最高熱解溫度及伊-蒙混層比等成巖演化階段敏感性參數(shù)，結(jié)合孔隙類型、黏土礦物發(fā)育特征，將成巖演化階段劃分為早成巖A、B亞期和中成巖A亞期，目前整體處于中成巖A亞期。巖石顆粒的蝕變現(xiàn)象普遍且有規(guī)律，表現(xiàn)為蝕變程度隨距不整合面距離的增加而減弱(圖3)。

圖3 不整合儲(chǔ)層成巖作用階段劃分

3 成巖作用評(píng)價(jià)

表1 不整合儲(chǔ)層成巖作用強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)夏子街地區(qū)3口井14塊巖石樣品數(shù)據(jù)分析結(jié)果，借鑒常規(guī)儲(chǔ)層成巖作用定量評(píng)價(jià)方法[16，17]，以視壓實(shí)率、視膠結(jié)率和視相對(duì)溶蝕孔隙度參數(shù)分別衡量壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用強(qiáng)度，劃分了不整合儲(chǔ)層成巖作用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。在該基礎(chǔ)上，結(jié)合巖石顆粒性質(zhì)、孔隙組成以及填隙物組成的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)，分別計(jì)算了三疊系頂部不整合儲(chǔ)層的視壓實(shí)率、視膠結(jié)率及視相對(duì)溶蝕孔隙度，其平均值分別為67.28%、42.97%和65.00%(見表2)?？梢钥闯觯瑝簩?shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)不整合儲(chǔ)層物性的影響均比較大，也反映出成巖作用的復(fù)雜性。

表2 不整合儲(chǔ)層成巖作用定量評(píng)價(jià)參數(shù)表

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

4.1 壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

隨著埋深增加，不整合儲(chǔ)層的壓實(shí)作用呈線性增加趨勢(shì)，而孔隙度則呈線性下降趨勢(shì)(圖4(a)、(b))，壓實(shí)作用造成儲(chǔ)層孔隙度變化為-25%左右。該控制作用主要受埋深、碎屑顆粒性質(zhì)及其含量的影響，儲(chǔ)層內(nèi)高含量的塑性、半塑性碎屑顆粒(62%)在上覆地層壓力作用下發(fā)生柔性變形被部分?jǐn)D入粒間孔隙中，從而使其原生孔隙遭受破壞(圖3)。

4.2 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

不整合儲(chǔ)層中普遍發(fā)育的菱鐵礦堵塞了大量孔隙空間，大大降低了儲(chǔ)層的孔隙度。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，隨著膠結(jié)程度的增加，孔隙度呈降低趨勢(shì)(圖3，圖4(c))。另外，膠結(jié)作用主要是使不整合儲(chǔ)層的孔隙度降低，而不是支撐顆粒使原生孔隙保存。

圖4 不整合儲(chǔ)層成巖作用與深度、孔隙度關(guān)系圖

4.3 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

不整合儲(chǔ)層的孔隙度隨著溶蝕作用強(qiáng)度的增加呈遞增趨勢(shì)(圖3，圖4(d))，這不僅表明溶蝕作用是增加孔隙的重要成巖作用，也間接反映出溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙在孔隙類型中占有重要的比例。從評(píng)價(jià)結(jié)果(見表2)看，不同井、不同深度的儲(chǔ)層視相對(duì)溶蝕孔隙度均比較高(平均51%)，說(shuō)明溶蝕作用對(duì)不整合儲(chǔ)層物性具有重要影響。

4.4 破裂作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

不整合儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的微裂縫(圖2(k)、(l))，多為遭受風(fēng)化淋濾作用形成的溶蝕型微裂縫，增加了半風(fēng)化巖石層的滲流能力，對(duì)改善輸導(dǎo)性能具有積極作用。

4.5 成巖作用強(qiáng)度比較

圖5 不整合儲(chǔ)層壓實(shí)作用與膠結(jié)作用相對(duì)強(qiáng)弱評(píng)價(jià)圖

壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)孔隙度的相對(duì)作用強(qiáng)度可以通過(guò)壓實(shí)減孔量和膠結(jié)減孔量進(jìn)行評(píng)價(jià)。如圖5所示，不整合儲(chǔ)層的樣品點(diǎn)全部落在對(duì)角線的左下方，說(shuō)明壓實(shí)作用的減孔量大于膠結(jié)作用，是造成儲(chǔ)層物性變差的首要成巖作用。以膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)、溶蝕面孔率來(lái)分別衡量膠結(jié)作用、溶蝕作用，依據(jù)膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)和溶蝕面孔率的相對(duì)大小來(lái)表征溶蝕作用和膠結(jié)作用之間的強(qiáng)弱，如圖6所示，不整合儲(chǔ)層溶蝕作用對(duì)孔隙的形成產(chǎn)生的影響更大。

5 結(jié)論

1)不整合儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用主要包括

壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和破裂作用。不同的成巖作用具有不同的特征，壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒間以線接觸為主；膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，其次為菱鐵礦；溶蝕作用較強(qiáng)，溶蝕孔隙發(fā)育，以粒間溶孔為主；破裂作用形成的微裂縫不發(fā)育。

2)不整合儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖演化過(guò)程：顆粒黏土化、壓實(shí)作用→綠泥石化、伊利石化→方解石化→高嶺石化→溶蝕作用→石英加大作用→菱鐵礦化→溶蝕作用→鐵泥質(zhì)充填，目前處于中成巖A亞期，巖石的蝕變程度隨距不整合面距離的增加而減弱。

3)成巖作用對(duì)不整合儲(chǔ)層孔隙的發(fā)育具有重要影響，其相對(duì)強(qiáng)弱順序依次為壓實(shí)作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用和破裂作用。壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是使孔隙減少、物性變差的重要成巖作用，而溶蝕作用則是改善儲(chǔ)層物性的最主要成巖作用。

圖6 不整合儲(chǔ)層溶蝕作用與膠結(jié)作用相對(duì)強(qiáng)弱評(píng)價(jià)圖