柳忠泉，曾治平，田繼軍，李艷麗，李萬安，張文文，張治恒

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015；2.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊 830047）

0 引言

頁巖油以其“源儲一體、原位聚集、規(guī)模資源”等特性逐漸成為常規(guī)油氣的重大接替資源，隨著新技術(shù)、新理論的發(fā)展，國內(nèi)外頁巖油勘探開發(fā)均已取得重大的突破［1-4］?！疤瘘c”是指在成熟烴源巖發(fā)育背景下，優(yōu)質(zhì)頁巖油儲層的發(fā)育段，可改造形成較高開發(fā)效益的層段，具有“源儲共生”的特征［5-8］。近年來，吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油勘探開發(fā)取得了長足的進(jìn)展，但對其“甜點”儲層孔隙類型、成因及其分布的認(rèn)識不足仍制約著儲層品質(zhì)和開發(fā)效果［9-12］。為了解決這一問題，諸多學(xué)者從地質(zhì)學(xué)與地球物理學(xué)方面進(jìn)行了相關(guān)研究［13-14］。地質(zhì)學(xué)方面，王然等［15］認(rèn)為蘆草溝組頁巖油“甜點”的優(yōu)勢巖性主要是巖屑長石粉細(xì)砂巖、云屑砂巖和砂屑白云巖，儲集空間為溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔、裂縫；鮑海娟等［16］認(rèn)為蘆草溝組頁巖油在縱向上形成了白云質(zhì)砂巖（下“甜點”）—泥巖、白云質(zhì)泥巖—白云質(zhì)砂巖、砂質(zhì)白云巖（上“甜點”）—泥巖、白云質(zhì)泥巖的組合；方巧等［17］認(rèn)為影響“甜點”儲層物性的主控因素為成巖作用和微裂縫發(fā)育特征；操應(yīng)長等［18］認(rèn)為“甜點”的不同儲集空間及物性特征是多種成巖作用復(fù)合影響所致。地球物理學(xué)方面，董巖等［19］提出了基于地震波形指示的頁巖油“甜點”高分辨率預(yù)測技術(shù)；吳俊軍等［20］通過疊后地震反演確定蘆草溝組頁巖油上“甜點”的范圍；賈曙光等［21］開展疊前和疊后地震反演預(yù)測頁巖油“甜點”，形成了頁巖油“甜點”地震預(yù)測方法。然而，現(xiàn)有研究多是集中對儲層孔隙類型和“甜點”預(yù)測分析，對其形成機(jī)制的研究仍較為薄弱。

綜合利用巖心、X 射線衍射、掃描電鏡、鑄體薄片和孔滲測試等資料對吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油上、下“甜點”儲層物性特征和儲集空間類型進(jìn)行分析，從宏觀沉積環(huán)境和微觀成巖作用的角度討論上、下“甜點”儲層差異及形成機(jī)制；以測井、地震資料預(yù)測“甜點”的分布，以期為該區(qū)域下一步優(yōu)質(zhì)頁巖油勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

依準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元劃分，吉木薩爾凹陷位于東部隆起區(qū)，屬二級構(gòu)造單元［11］，經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山多期次構(gòu)造運動［22-23］，各期構(gòu)造運動在凹陷內(nèi)部以沉降為主，現(xiàn)今周緣被沙奇凸起、古西凸起、阜康斷裂帶、北三臺凸起所環(huán)繞，邊界明顯。凹陷西部構(gòu)造埋深較大，向東地層逐漸抬升變淺，呈西斷東超的單斜形態(tài)，面積約1 278 km2［24-26］（圖1a）。蘆草溝組沉積厚度為100～350 m，是一套陸相咸化湖盆沉積，巖石粒度較細(xì)，根據(jù)測井資料及巖性特征，自下而上將二疊系蘆草溝組分為蘆一段（P2l1）和蘆二段（P2l2），其中蘆一段以細(xì)粒碎屑巖為主，碳酸鹽巖和含泥質(zhì)巖類較少，蘆二段巖性在縱向上互層頻繁，碳酸鹽巖增多，混積巖類較發(fā)育。下“甜點”位于蘆一段，上“甜點”位于蘆二段（圖1b），經(jīng)鉆井試油均見工業(yè)油流［27］。蘆草溝組巖石類型以泥巖、碳酸鹽巖、粉—細(xì)砂巖及多組分混積巖為主，其中儲層主要為粉砂巖、砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)砂巖和白云質(zhì)泥巖。

2 “甜點”特征

2.1 巖石學(xué)特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下“甜點”巖性復(fù)雜且存在差異［28-31］。對70 個樣品進(jìn)行鏡下分析發(fā)現(xiàn)，上“甜點”巖石類型主要為砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、微晶白云巖、白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，厚度占比依次為29%，19%，9%，9%，9%和6%；下“甜點”巖石類型主要為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和微晶白云巖，厚度占比依次為30%，19%，15%，11%，9% 和8%。上“甜點”白云巖含量高于下“甜點”。

通過對3 口井204 個樣品進(jìn)行X 射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，吉木薩爾凹陷蘆草溝組整體呈正韻律沉積特征，沉積環(huán)境持續(xù)變化，縱向上礦物組分差異明顯，其中方解石含量自下而上呈現(xiàn)出持續(xù)降低的特征；白云石含量則呈持續(xù)增高的趨勢；長英質(zhì)礦物和黏土礦物在“甜點”發(fā)育段占比明顯區(qū)別于其他層段。整體而言，上“甜點”石英、長石以及白云石含量高于下“甜點”，黏土礦物、方解石含量低于下“甜點”；下“甜點”TOC含量高于上“甜點”（圖2）。

2.2 物性特征

通過分析研究區(qū)蘆草溝組70 個樣品的物性參數(shù)可知，上“甜點”孔隙度為4.2%～18.3%，均值為9.4%，滲透率為0.000 1～0.100 0 mD，均值為0.063 7 mD；下“甜點”孔隙度為4.2%～18.3%，均值為9.3%，滲透率為0.001 0～1.000 0 mD，均值為0.023 1 mD。上“甜點”56%以上的樣品孔隙度大于7.0%，所有樣品滲透率小于0.100 0 mD（圖3a），下“甜點”79%以上的樣品孔隙度大于7.0%，但超過95%的樣品滲透率不足0.100 0 mD（圖3b）。此外，巖性不同，孔隙度和滲透率也表現(xiàn)出較弱相關(guān)性（表1），符合吉木薩爾凹陷多源混積、非均質(zhì)性強的頁巖油儲層特征［32-34］。

表1 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組“甜點”巖性及物性統(tǒng)計Table 1 Lithologies and physical properties of sweet spots of Permian Lucaogou Formation in Jimsar Sag

2.3 儲集空間類型

研究區(qū)蘆草溝組儲層面孔率較低，為0.16%～7.78%，均值為0.53%，原生孔隙和次生孔隙并存。通過薄片及掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，儲層發(fā)育原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、微裂縫等，以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔為主。在鏡下可見剩余粒間孔和溶蝕孔并存（圖4a），證明原生孔隙受成巖作用影響被破壞；粒間溶孔發(fā)育的程度受溶蝕作用的影響，殘余粒間孔被溶蝕擴(kuò)大，形成了許多分布不均勻的粒間溶孔（圖4b）；粒內(nèi)溶孔常發(fā)育在長石和白云石等不穩(wěn)定的礦物中，受酸性流體溶蝕，一般形成條帶狀溶孔，對儲層貢獻(xiàn)較大（圖4a），多見于上“甜點”段；蘆草溝組儲層中多發(fā)育白云石晶間孔和方解石晶間孔，孔徑較小，連通性較差（圖4c，4d）；微裂縫主要受成巖作用的影響，受構(gòu)造活動影響較?。▓D4e—4g），裂縫中后期充填有方解石、白云石（圖4f），鏡下可見瀝青物質(zhì)充填其中（圖4h），證明其可作為烴類物質(zhì)運移的通道。此外，儲層也發(fā)育因礦物溶蝕形成的白云石、方解石、高嶺石晶間溶孔和因砂巖粒間雜基被溶蝕形成的基質(zhì)溶孔（圖4i），但這些孔徑一般較小且連通性差，溶蝕程度弱，對儲層的貢獻(xiàn)較小。

3 “甜點”發(fā)育機(jī)理

頁巖油“甜點”通常具備相對較優(yōu)的物性條件和儲集空間，對頁巖油含油性和可開采性具有重要的地質(zhì)意義。通過對吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組宏觀沉積體系以及微觀巖石學(xué)分析，認(rèn)為其“甜點”發(fā)育受多重因素的影響，沉積微相在宏觀上控制著“甜點”的發(fā)育和分布；成巖過程中的壓實、膠結(jié)以及溶蝕作用不同程度改變了儲層物性條件；生烴和構(gòu)造作用也是影響儲層發(fā)育的重要因素。

3.1 沉積微相對“甜點”物性的影響

對研究區(qū)39 口井的巖石類型、顏色、巖性組合、測井曲線和沉積構(gòu)造等沉積相標(biāo)志進(jìn)行綜合分析，共識別出三角洲相和咸化湖泊相2 種沉積相類型，三角洲前緣、濱湖、淺湖、半深湖和深湖5 種沉積亞相，近岸壩、遠(yuǎn)岸壩、近岸灘、遠(yuǎn)岸灘、淺湖泥、半深湖泥、深湖泥、云坪及分流河道等9 種沉積微相（圖5）。

蘆草溝組沉積時期，水平面的頻繁變化造成沉積相帶呈環(huán)狀分布［26］，整體上呈現(xiàn)由敞流湖盆逐漸變?yōu)殚]流湖盆，上“甜點”段水體更加咸化的特點［13，26］。在上“甜點”沉積期，從凹陷邊緣到中心，遠(yuǎn)岸灘、遠(yuǎn)岸壩逐漸過渡為淺湖泥、半深湖泥及深湖泥微相（圖6a），研究區(qū)南部主要發(fā)育灘壩沉積，規(guī)模和影響范圍小于下“甜點”。在下“甜點”沉積期，形成了呈北東向展布的以灘壩相、咸化湖泊相和三角洲相為主的沉積環(huán)境（圖6b）。

不同的微相類型發(fā)育不同巖性組合，儲層物性也有所差異［35］，如表2 所列，近岸灘和遠(yuǎn)岸灘微相對應(yīng)的物性最好，其次為遠(yuǎn)岸壩和云坪，半深湖泥則明顯物性較差；下“甜點”整體物性較好，比上“甜點”分布范圍大。此外，沉積微相還影響后期成巖作用和生烴排酸等過程［12］?？拷枷葸吔纾练e環(huán)境主要以灘壩相為主，離物源更近，原生粒間孔和剩余粒間孔較發(fā)育，平均孔隙度為5.4%～12.4%，平均滲透率為0.054 0～0.114 0 mD，是有利于優(yōu)質(zhì)儲層形成的環(huán)境?？拷枷葜胁?，以淺水環(huán)境為主，細(xì)粒沉積物增多，物性也相對降低，平均孔隙度為1.8%～7.3%，平均滲透率為0.007 0～0.062 0 mD，但其烴源巖配置好，有利于烴源巖的發(fā)育。

表2 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組沉積微相物性參數(shù)統(tǒng)計Table 2 Physical property parameters of sedimentary microfacies of Permian Lucaogou Formation in Jimsar Sag

3.2 成巖作用對儲集空間的影響

除沉積環(huán)境對儲層物性的影響之外，研究區(qū)蘆草溝組“甜點”還受到壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用的共同影響。

（1）壓實作用：蘆草溝組壓實減孔率與地層埋深成正相關(guān)（圖7），石英、長石等剛性顆粒含量隨深度的增加逐漸減少（參見圖2），抗壓實能力降低。鏡下可見炭質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、伊利石順層定向分布（圖8a，8b），礦物顆粒接觸關(guān)系也受此影響，儲層孔隙受到嚴(yán)重破壞，下“甜點”沉積環(huán)境以云坪及遠(yuǎn)岸灘為主，碳酸鹽巖含量高于上“甜點”，壓實作用對下“甜點”物性的改變尤為明顯。

（2）膠結(jié)作用：蘆草溝組碳酸鹽膠結(jié)物主要包括方解石和白云石（圖8c），其形成溫度具有2 個明顯的區(qū)間，分別為69.63～91.73 ℃和99.63～122.89 ℃［36］，說明蘆草溝組發(fā)生了2 期碳酸鹽膠結(jié)。第Ⅰ期碳酸鹽膠結(jié)造成約60%的減孔率，由于發(fā)生于早成巖期，以堿性環(huán)境為主，快速的壓實埋深使泥巖排出堿性咸化湖地層水，導(dǎo)致巖層中Ca2+濃度升高［37-39］，膠結(jié)作用加強，大量原生孔隙被碳酸鹽膠結(jié)物充填。第Ⅱ期碳酸鹽膠結(jié)物形成于中成巖階段［40］，由于烴源巖生烴作用導(dǎo)致大量有機(jī)酸生成［41］，沉積環(huán)境過渡為弱堿性，難以提供碳酸鹽大量膠結(jié)的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于上“甜點”沉積期水體比下“甜點”更加咸化，上“甜點”碳酸鹽膠結(jié)物含量高于下“甜點”。

蘆草溝組黏土礦物膠結(jié)也普遍發(fā)育，伊利石以勢能最低的方式定向分布于基質(zhì)或溶孔內(nèi)（圖8d）；伊/蒙混層在儲層中以不規(guī)則形式產(chǎn)出，填充于基質(zhì)或粒間孔隙中（圖8e），破壞了孔隙結(jié)構(gòu)，降低了儲層物性。

（3）溶蝕作用：晚侏羅世末期和晚白堊世末期是蘆草溝組烴源巖的2 個主要排烴期［28］，存在2 期大規(guī)模有機(jī)酸排酸期，對應(yīng)2 期溶蝕作用。第Ⅰ期有機(jī)酸溶蝕長石，緊鄰的排烴期會使得溶蝕孔隙被有機(jī)質(zhì)所充填（圖8f，8g）；第Ⅱ期溶蝕作用發(fā)生于晚白堊世，以未充填溶蝕孔為特征（圖8h）；第Ⅰ期溶蝕作用增孔率略大于第Ⅱ期。溶蝕作用是蘆草溝組“甜點”形成的重要成巖過程，有機(jī)質(zhì)在成熟過程中釋放大量有機(jī)酸和CO2，降低了孔隙流體的pH值［42］，促進(jìn)了溶蝕作用的發(fā)生，掃描電鏡下可見長石碎屑邊緣的溶蝕現(xiàn)象（圖8h）。此外，由于受黏土礦物轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生無機(jī)酸的影響［43］，高嶺石晶體間也形成了少量晶間溶孔（圖8i）。蘆草溝組礦物溶蝕的先后順序為凝灰質(zhì)組分、長石、方解石和白云石［13］。隨著堿性流體pH 值的降低，溶蝕作用由弱變強，因此就會導(dǎo)致溶蝕高峰形成較晚，儲層質(zhì)量得到改善的時間也較晚。

綜合不同成巖作用的影響分析（圖9）認(rèn)為，早成巖期堿性環(huán)境下地層埋深快速增大，壓實作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致孔隙度迅速減小，后經(jīng)生烴排酸中和，在中成巖期弱堿性環(huán)境下溶蝕作用增強，形成大量溶蝕孔，改善了儲層性質(zhì)。蘆草溝組上、下“甜點”孔隙度的演化規(guī)律由強壓實—較強膠結(jié)—弱溶蝕—再膠結(jié)的成巖作用規(guī)律所控制。

原始孔隙度的計算公式［44］為

式中：So為特拉斯克分選系數(shù)，So=P25/P75，在粒度概率累積曲線可以求得，P25和P75分別為粒度概率累積曲線上25%和75%處對應(yīng)的顆粒直徑，mm。

由上式計算得出上、下“甜點”的原始孔隙度分別為24.6%和25.9%，經(jīng)壓實和膠結(jié)作用減孔過程和溶蝕作用增孔過程后，平均孔隙度變?yōu)?.4%和9.3%。

4 “甜點”分布預(yù)測

4.1 測井響應(yīng)特征

吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組共發(fā)育上、下2套“甜點”，在對蘆草溝組測井響應(yīng)特征和波阻抗特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了“甜點”巖性及其常規(guī)測井曲線的響應(yīng)特征（圖10），上“甜點”巖性自然伽馬（GR）、深側(cè)向電阻率（RLLD）為高值，且曲線呈尖峰狀；下“甜點”巖性GR呈中值，RLLD值明顯升高。核磁孔隙度能直觀反映儲層物性［45］，可作為識別“甜點”的敏感參數(shù)，核磁孔隙度高于5.5% 與“甜點”有較高的對應(yīng)關(guān)系［19］，綜合含油氣性分析發(fā)現(xiàn)物性越好，含油性越好（圖11）。

4.2 地震反演結(jié)果

在反演剖面上，中高阻抗特征即為“甜點”的反映，如圖12 所示，P2l2與P2l1的“甜點”橫向分布較穩(wěn)定、厚度大，上“甜點”向北在吉15 井附近遭受剝蝕，向南在吉5 井附近遭受剝蝕，主要在凹陷中東部發(fā)育，南北不發(fā)育，下“甜點”在凹陷內(nèi)均有分布。

4.3 “甜點”分布特征

本次研究統(tǒng)計了80 口鉆井資料，結(jié)合測井響應(yīng)、波阻抗特征分析與沉積相展布，繪制了吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下“甜點”厚度圖。上“甜點”主要分布在凹陷東斜坡處，北部在吉36-12 井—吉36-6 井—吉35 井—吉15 井—吉151 井—吉20 井一線遭受剝蝕，南部在吉5 井—吉45 井一線遭受剝蝕，厚度大于15 m 的上“甜點”呈近東西向?qū)捑弾罘植迹诩?74 井附近上“甜點”厚度達(dá)40 m 以上，吉23 井達(dá)45 m 以上，西部吉頁1 井厚度為38 m，總體來說，凹陷中心最厚，向凹陷邊緣逐漸變?。▓D13a）。下“甜點”在全凹陷均有分布，厚度大于25 m的下“甜點”呈近東西向?qū)捑弾罘植迹穸认虮?、向南緩慢減小，向東快速減小，其中吉頁1 井下“甜點”厚度最厚可達(dá)73 m?？傮w而言，凹陷西部厚于東部，南部厚于北部（圖13b）。

5 結(jié)論

（1）吉木薩爾凹陷蘆草溝組上“甜點”巖性主要為砂質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)粉砂巖。下“甜點”巖性主要為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及白云質(zhì)泥巖，上“甜點”石英、長石以及白云石含量高于下“甜點”，黏土礦物、方解石含量低于下“甜點”。儲層具有原生孔和次生孔并生，次生孔為主的特點，也可見微裂縫發(fā)育。次生孔包括粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、基質(zhì)溶孔和礦物晶間溶孔，其中又以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔最常見、占比最大。

（2）吉木薩爾凹陷蘆草溝組灘壩微相和云坪微相以粉細(xì)砂巖、云質(zhì)巖類為主，物性較以泥巖為主的半深湖泥微相更優(yōu)。壓實作用和膠結(jié)作用封堵了儲層原始孔隙，溶蝕作用對改善儲層物性有一定效果，是形成“甜點”的重要成巖過程。壓實作用的減孔率略高于膠結(jié)作用，上“甜點”碳酸鹽膠結(jié)物含量高于下“甜點”。

（3）吉木薩爾凹陷蘆草溝組上“甜點”具有“高自然伽馬-高電阻率”的特征，測井曲線呈尖峰狀；下“甜點”具有“中自然伽馬-高電阻率”的特征；核磁孔隙度可作為研究區(qū)儲層評價分類和“甜點”識別的敏感參數(shù)，核磁孔隙度高于5.5%與“甜點”有較好的對應(yīng)關(guān)系；“甜點”在地震反演上表現(xiàn)為中高阻抗特征。

（4）吉木薩爾凹陷蘆草溝組上“甜點”主要分布在凹陷中東部，厚度由凹陷中心向邊緣逐漸減??；下“甜點”在全凹陷均有分布，呈西厚東薄，南厚北薄分布趨勢。