單 祥，何文軍，郭華軍，鄒志文，陳希光，竇 洋，彭 博

1中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；2中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 前言

近年來(lái)，頁(yè)巖油作為非常規(guī)油氣資源已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)常規(guī)油氣的重要接替和油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要類(lèi)型［1］。中國(guó)陸相頁(yè)巖油資源量豐富，廣泛分布在四川盆地侏羅系［2］、松遼盆地白堊系［3］、渤海灣盆地古近系［4］、鄂爾多斯盆地三疊系［5］、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系［6］等層系。其中，準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)西部陸相頁(yè)巖油的重要探區(qū)，其二疊系湖相烴源巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高，發(fā)育細(xì)粒湖相混積頁(yè)巖，平面分布范圍廣，為頁(yè)巖油形成提供了有利的地質(zhì)條件［7］。

準(zhǔn)噶爾盆地東部吉木薩爾凹陷中二疊統(tǒng)蘆草溝組咸化湖盆頁(yè)巖油勘探已獲得巨大成功［8-9］，盆地西部瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組將是準(zhǔn)噶爾盆地頁(yè)巖油勘探的重要接替層系。風(fēng)城組發(fā)育一套堿湖相混積頁(yè)巖儲(chǔ)層，F(xiàn)3井、FC1井、FN7井等多口井在這套頁(yè)巖中獲得了工業(yè)油流，從而引起勘探家們對(duì)風(fēng)城組頁(yè)巖油的廣泛關(guān)注，并在風(fēng)城組油氣富集條件［10-11］、沉積環(huán)境［12-13］、白云質(zhì)巖成因［14-16］、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制因素［17-21］、烴源巖評(píng)價(jià)［22-23］等方面開(kāi)展了大量研究工作，取得了比較豐富的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。近期，MY1井在風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層發(fā)育段通過(guò)直井大段分層壓裂，獲得最高50.6 m3的日產(chǎn)油，進(jìn)一步證實(shí)了瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油的巨大勘探潛力［7］。

勘探實(shí)踐也表明瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層巖礦組分復(fù)雜，巖石類(lèi)型和儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣，儲(chǔ)層受到成巖作用的強(qiáng)烈改造而表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性［18,20］。前人已對(duì)風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層特征及控制因素方面開(kāi)展過(guò)研究，指出裂縫和溶孔是2類(lèi)主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，白云石化作用、溶蝕作用和構(gòu)造作用是控制“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的主要因素［17-19］。但是，前人將風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層籠統(tǒng)地按“白云質(zhì)巖類(lèi)”進(jìn)行研究，未區(qū)分粉砂巖類(lèi)、泥巖類(lèi)、白云巖類(lèi)在成巖作用及其控制孔隙類(lèi)型發(fā)育方面的差異性，導(dǎo)致研究結(jié)果對(duì)該套頁(yè)巖油儲(chǔ)層的精細(xì)評(píng)價(jià)以及“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)的指導(dǎo)性不強(qiáng)。因此，本文綜合利用巖心、薄片、X射線(xiàn)衍射、電子探針和掃描電鏡等資料，明確準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型、儲(chǔ)集空間類(lèi)型、成巖作用特征，分析不同巖石類(lèi)型的成巖作用與儲(chǔ)集空間之間的關(guān)系，以期為瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地是晚石炭世發(fā)展起來(lái)的中國(guó)西北部大型含油氣盆地之一，其由哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊和西伯利亞板塊碰撞拼合而成，經(jīng)受海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造［24］。研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷及其周緣，包括烏夏斷裂帶及瑪湖凹陷西斜坡區(qū)（圖1a）。早石炭世末期到石炭紀(jì)末期，伴隨一系列陸塊碰撞事件，洋盆關(guān)閉，準(zhǔn)噶爾盆地周緣山界形成。二疊紀(jì)早期，造山帶垂直載荷作用造成巖石圈撓曲，西北緣前陸盆地開(kāi)始形成［25-26］。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)劇烈但持續(xù)時(shí)間短，逆沖斷裂和斷層相關(guān)褶皺發(fā)育，且褶皺形態(tài)復(fù)雜，主要發(fā)育一系列北東向、北東東向斷裂，為巖漿活動(dòng)和古流體運(yùn)移提供了通道。從盆地邊緣到瑪湖凹陷斜坡區(qū)依次為推覆帶、斷階帶、斷裂前緣帶、斜坡帶。

本文研究的目的層下二疊統(tǒng)風(fēng)城組（P1f）沉積于前陸背景下，沉積期間伴隨有強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。風(fēng)城組與上覆下二疊統(tǒng)夏子街組（P1x）、下伏下二疊統(tǒng)佳木河組（P1j）均呈不整合接觸。西北緣由于造山帶沖斷造成地層強(qiáng)烈抬升剝蝕，為風(fēng)城組近源沉積提供了物源，在前陸前淵凹陷及斜坡區(qū)形成了扇三角洲沉積體系（圖1a），凹陷邊緣發(fā)育厚層的扇三角洲平原和內(nèi)前緣砂礫巖體，向湖盆區(qū)巖性逐漸過(guò)渡為扇三角洲外前緣白云質(zhì)砂巖和湖相白云質(zhì)泥頁(yè)巖（圖1b）。由盆地邊緣到湖盆中心，巖相整體呈現(xiàn)由粗到細(xì)的有序變化，油藏也呈現(xiàn)常規(guī)油藏—致密油藏—頁(yè)巖油藏的有序分布特點(diǎn)［7］。風(fēng)城組沉積時(shí)期氣候較干旱，發(fā)育白云石、鐵白云石和碳酸氫鈉石等多種堿類(lèi)礦物，具有堿湖沉積特征［13］。

圖1 研究區(qū)風(fēng)城組沉積相平面圖、連井沉積相對(duì)比剖面及地層柱狀圖Fig.1 Sedimentary facies plan,inter-well sedimentary facies correlation section and lithologic column of Fengcheng Formation in study area

風(fēng)城組整體呈“西斷東超”的特征，自下而上可劃分為3個(gè)巖性段（圖1c），分別為風(fēng)一段（P1f1）、風(fēng)二段（P1f2）和風(fēng)三段（P1f3）。風(fēng)一段沉積時(shí)期受火山作用影響明顯，巖性主要為深灰色白云質(zhì)泥巖和灰黑色泥質(zhì)白云巖互層，局部發(fā)育火山巖和火山碎屑巖；風(fēng)二段水體鹽度最高，巖性主要為深灰色—灰黑色泥質(zhì)白云巖與白云質(zhì)泥巖薄互層，含碳酸鈉鈣石等大量堿性礦物；風(fēng)三段水體鹽度降低，巖性組合主要為深灰色泥質(zhì)白云巖與白云質(zhì)泥巖，向上過(guò)渡到深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層。

2 風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層特征

2.1 巖石類(lèi)型及礦物組分

風(fēng)城組是在堿湖背景下受鄰近物源、火山活動(dòng)共同影響沉積的一套細(xì)粒巖地層，巖礦組分復(fù)雜。分析結(jié)果表明，風(fēng)城組巖石礦物成分有3種來(lái)源：第1種是與陸源碎屑有關(guān)的礦物成分，主要為火山巖巖屑、長(zhǎng)石、石英碎屑顆粒（圖2a），長(zhǎng)石的含量遠(yuǎn)高于石英，有少量黏土礦物，黏土礦物含量通常低于10%。第2種是與火山沉積作用有關(guān)的礦物成分，主要為微細(xì)火山塵（圖2b），成分為長(zhǎng)英質(zhì)火山顆粒和火山玻璃，其次為砂級(jí)斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等火山灰晶屑（圖2c）。第3種是與內(nèi)源化學(xué)沉淀相關(guān)的礦物，有方解石、白云石等碳酸鹽礦物，以白云石為主并有3種類(lèi)型，即同生—準(zhǔn)同生成因的泥晶白云石（圖2d）、交代或重結(jié)晶成因的自形—半自形白云石（圖2e）、裂縫充填的白云石（圖2f）；其次為碳鈉鈣石（圖2g）、硅硼鈉石（圖2h）、蘇打石、氯碳鈉鎂石等鹽類(lèi)礦物，偶見(jiàn)硬石膏（圖2i）等硫酸鹽礦物。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層礦物的微觀特征Fig.2 Microscopic characteristics of minerals of shale oil reservoir of Fengcheng Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

前人對(duì)于細(xì)粒巖分類(lèi)做過(guò)大量工作，提出多種分類(lèi)方案［27-28］?？紤]到風(fēng)城組發(fā)育毫米至厘米級(jí)紋層結(jié)構(gòu)、高頻巖性疊加，從礦物成因角度的分類(lèi)方案造成巖性分類(lèi)結(jié)果復(fù)雜繁瑣，不利于指導(dǎo)生產(chǎn)，因此本文在MY1井、FN3井巖心觀察的基礎(chǔ)上，通過(guò)巖心、薄片、掃描電鏡、X衍射等資料分析，基于巖石粒度和礦物組分，將風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型分為粉砂巖類(lèi)、泥巖類(lèi)和白云巖類(lèi)3大類(lèi)。以MY1井系統(tǒng)取心資料為例，粉砂巖類(lèi)占比約為32%，泥巖類(lèi)占比約為55%，白云巖類(lèi)占比約為13%。

粉砂巖類(lèi) 包括凝灰質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)粉砂巖以及泥質(zhì)粉砂巖。巖心上常見(jiàn)交錯(cuò)層理、粒序?qū)永砗屯冃螛?gòu)造(圖3a)，巖心熒光照片常見(jiàn)大面積條帶狀黃色熒光（圖3b）。巖石中的碎屑組分主要為陸源碎屑以及砂級(jí)的凝灰質(zhì)火山晶屑（圖2a），其含量在50%～80%之間；其次為細(xì)粒的火山塵填隙物和碳酸鹽填隙物，兩者含量通常小于40%。X衍射結(jié)果顯示，長(zhǎng)英質(zhì)含量為60%～85%，碳酸鹽含量小于30%。QEMSCAN（quantitative evaluation of minerals by scanning electron microscopy，掃描電鏡礦物定量評(píng)價(jià)）圖像顯示巖石成分主要為石英、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦，少量的白云石、伊利石（圖3c）。垂向上，主要發(fā)育在風(fēng)三段和風(fēng)二段中上部水體鹽度較低的沉積時(shí)期。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油3類(lèi)儲(chǔ)層巖心及薄片特征Fig.3 Core and thin section characteristics of shale oil reservoir of Fengcheng Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

白云巖類(lèi) 包括凝灰質(zhì)白云巖、粉砂質(zhì)白云巖和泥質(zhì)白云巖。巖心上多呈塊狀或具有水平紋層（圖3d），巖心熒光照片常見(jiàn)斑塊狀黃色熒光（圖3e）。需要說(shuō)明的是，本文研究區(qū)的白云巖指薄片中白云石含量大于50%的一類(lèi)巖石，風(fēng)城組很少有白云石含量達(dá)到90%以上的純白云巖，巖石中往往混有陸源粉砂、火山物質(zhì)以及碳鈉鈣石、硅硼鈉石等鹽類(lèi)礦物。從白云石成因看，研究區(qū)的白云巖類(lèi)既有原始沉積的泥粉晶白云巖（圖2d），也有沉火山塵凝灰?guī)r（泥巖）經(jīng)過(guò)成巖交代和重結(jié)晶作用而形成的凝灰質(zhì)白云巖。X衍射結(jié)果顯示，這類(lèi)巖石的碳酸鹽含量大于40%，長(zhǎng)英質(zhì)含量小于50%。QEMSCAN圖像顯示巖石成分主要為白云石、石英、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石，少量黃鐵礦、伊利石（圖3f）。白云巖類(lèi)主要發(fā)育在風(fēng)二段中部，對(duì)應(yīng)強(qiáng)烈蒸發(fā)、水體鹽度較高的沉積演化階段。

泥巖類(lèi) 指由粒級(jí)小于0.003 9 mm的組分或顆粒組成的巖石，主要包括白云質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。巖心上常見(jiàn)紋層、水平層理、泄水構(gòu)造和同生變形構(gòu)造（圖3g），巖心熒光照片常見(jiàn)平行層面的紋層狀黃色熒光（圖3h）。巖石主要組分為長(zhǎng)英質(zhì)、方解石、白云石和有機(jī)質(zhì)，黏土礦物含量較低，通常不足10%。研究區(qū)泥巖是泥級(jí)的火山塵和少量陸源粉砂以及碳酸鹽類(lèi)如白云石等礦物混積而成（圖2b），很大一部分的泥巖在成因上屬于沉火山塵凝灰?guī)r范疇。X衍射結(jié)果顯示，長(zhǎng)英質(zhì)含量在50%～60%之間，碳酸鹽含量在25%～40%之間。QEMSCAN圖像顯示巖石成分主要為細(xì)粒的石英、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石，少量的黃鐵礦、白云石、伊利石（圖3i）。泥巖類(lèi)作為風(fēng)城組頁(yè)巖油的主要巖性在整個(gè)層段都有分布，常與粉砂巖類(lèi)和白云巖類(lèi)形成互層。

2.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

根據(jù)巖心、薄片、掃描電鏡等資料，風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類(lèi)型有殘余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔、泄水縫、層理縫和微裂縫等6類(lèi)。

殘余粒間孔風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層粒度細(xì)、埋深大（斜坡區(qū)埋深大于4 500 m），巖石整體的壓實(shí)作用較強(qiáng)，故粒間孔的孔徑較小，鑄體薄片下一般不易觀察到。通過(guò)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)粒間孔可分為微米級(jí)（1～10 μm）（圖4a）和納米級(jí)（通常在300～900 nm）（圖4b）2類(lèi)。微米級(jí)殘余粒間孔在粉砂巖類(lèi)中最發(fā)育，其次是白云巖類(lèi)中，而泥巖類(lèi)通常發(fā)育納米級(jí)的殘余粒間孔。

溶蝕孔是風(fēng)城組重要的孔隙類(lèi)型。最常見(jiàn)的溶蝕物質(zhì)為陸源長(zhǎng)石碎屑、火山碎屑中的長(zhǎng)石晶屑（圖4c,4d）以及分散的火山灰。白云石、碳鈉鈣石等碳酸鹽礦物的溶蝕多見(jiàn)于斷裂帶部位，為大氣水淋濾溶蝕的結(jié)果。溶蝕孔在粉砂巖類(lèi)中最發(fā)育，其次是白云巖類(lèi)，泥巖類(lèi)中不發(fā)育。

晶間孔指白云石、硅硼鈉石、硅質(zhì)礦物等晶體之間的孔隙。風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層普遍含白云石、硅硼鈉石、火山玻璃等礦物，在成巖過(guò)程中，這些礦物發(fā)生重結(jié)晶作用，可形成各類(lèi)晶間孔隙（圖4e，4f）。白云石晶間孔的孔徑通常小于5 μm，火山玻璃重結(jié)晶產(chǎn)生的晶間孔的孔徑在5～10 μm之間，硅硼鈉石的晶間孔的孔徑可達(dá)50～100 μm。晶間孔在白云巖類(lèi)以及泥巖類(lèi)中較發(fā)育。

泄水縫泄水縫是泥巖中特有的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。泄水縫一般垂直于地層的層理方向延伸，呈蛇曲形態(tài)（圖4g），常被方解石、白云石、碳鈉鈣石、硅質(zhì)等礦物充填（圖2f），部分未被完全充填的泄水縫可以成為油氣賦存的有效空間。泄水縫寬度一般在0.2～2 mm之間，幾乎所有的泄水縫都被白云石、碳鈉鈣石以及硅質(zhì)礦物充填。部分泄水縫中的硅質(zhì)礦物及白云石充填物發(fā)生重結(jié)晶作用而形成晶間孔，碳鈉鈣石等充填物發(fā)生溶蝕作用而形成溶孔，致使泄水縫可以成為油氣運(yùn)聚空間，但通常這類(lèi)泄水縫占比不到20%。

層理縫層理是巖石在沉積時(shí)形成的力學(xué)薄弱面，在沉積和成巖過(guò)程中，由于各種地質(zhì)作用，容易形成沿層理面分布的層理縫。層理縫在巖心上呈順微層理面分布，可見(jiàn)原油沿層理縫滲出（圖3h）。在沒(méi)有原油滲出的部位，很難識(shí)別層理縫。層理縫在風(fēng)城組泥巖類(lèi)中比較發(fā)育。

構(gòu)造縫巖心及成像測(cè)井圖上均可觀察到構(gòu)造裂縫，巖心上裂縫常伴隨著原油的滲出（圖4h），薄片下也可以看到與構(gòu)造縫相關(guān)的微裂縫（圖4i）。MY1井巖心觀察可見(jiàn)，研究區(qū)構(gòu)造裂縫有斜交縫和網(wǎng)狀縫，裂縫密度為2～12條/m，裂縫寬度多小于1 mm。構(gòu)造縫在粉砂巖類(lèi)以及白云巖類(lèi)中均較為發(fā)育。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.4 Space types of shale oil reservoir of Fengcheng Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

2.3 儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)

風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層物性總體較差，以FN1井和FN4井為例，剔除孔隙度小于2%的非儲(chǔ)層樣品，孔隙度大于5%的儲(chǔ)層樣品只占總樣品數(shù)的13.1%。根據(jù)巖心觀察，除裂縫發(fā)育的層段外，儲(chǔ)層孔隙度小于5%的巖石含油性一般較差。在孔隙度大于5%的樣品中，平均孔隙度約為6.6%。從不同巖性的物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看（表1）：粉砂巖類(lèi)平均孔隙度最高，為5.2%，平均滲透率為0.35×10-3μm2；白云巖類(lèi)平均孔隙度為3.4%，平均滲透率0.25×10-3μm2；泥巖類(lèi)平均孔隙度只有2.1%，平均滲透率0.21×10-3μm2。

通過(guò)高壓壓汞實(shí)驗(yàn)對(duì)不同巖性的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征（圖5，表1）：粉砂巖類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力低于5 MPa，進(jìn)汞飽和度峰值大于90%（圖5a），最大孔喉半徑可達(dá)540 nm，平均孔喉半徑分布在210～240 nm之間，孔喉半徑中值為240～280 nm（圖5b），滲透率分布峰值對(duì)應(yīng)的孔喉半徑約250 nm（圖5c），孔隙結(jié)構(gòu)最好。白云巖類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力為5～30 MPa，進(jìn)汞飽和度峰值在56%～72%之間（圖5d），最大孔喉半徑可達(dá)134 nm，平均孔喉半徑分布在11～32 nm范圍，孔喉半徑中值為6～15 nm（圖5e），滲透率分布峰值對(duì)應(yīng)的孔喉半徑約25 nm（圖5f），孔隙結(jié)構(gòu)中等。泥巖類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力大于45 MPa，進(jìn)汞飽和度峰值在35%～45%之間（圖5g），最大孔喉半徑為15 nm，平均孔喉半徑分布范圍為5～6 nm（圖5h），滲透率分布峰值對(duì)應(yīng)的孔喉半徑在6～10 nm之間（圖5i），孔隙結(jié)構(gòu)最差。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油3類(lèi)儲(chǔ)層特征Table 1 Parameters of shale oil reservoir of Fengcheng Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層高壓壓汞孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Pore structure characteristics of high pressure mercury injection of shale oil reservoir of Fengcheng Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

以上研究表明，不同巖石類(lèi)型發(fā)育不同的儲(chǔ)集空間，繼而導(dǎo)致了儲(chǔ)層物性和孔隙結(jié)構(gòu)的差異性。粉砂巖類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為微米級(jí)殘余粒間孔、長(zhǎng)石和凝灰質(zhì)溶孔以及構(gòu)造縫，儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)最優(yōu)，巖心觀察的含油巖心面積百分比一般在30%以上。白云巖類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為微米級(jí)殘余粒間孔、晶間孔以及構(gòu)造縫，儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)中等，含油巖心面積百分比一般在10%～30%。泥巖類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以晶間孔、泄水縫和層理縫為主，物性和孔隙結(jié)構(gòu)較差，含油巖心面積百分比一般小于10%。

3 風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層成巖作用

對(duì)瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間形成與演化最重要的成巖作用有壓實(shí)作用、溶蝕作用、脫?；c重結(jié)晶作用以及構(gòu)造破裂作用。不同巖類(lèi)經(jīng)歷的成巖作用類(lèi)型和過(guò)程存在差異，導(dǎo)致孔隙類(lèi)型的差異。

3.1 壓實(shí)作用

由于風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層巖性細(xì)，所以各類(lèi)巖石的壓實(shí)作用整體較強(qiáng)，是影響粒間孔和晶間孔發(fā)育的主要成巖作用。壓實(shí)越強(qiáng)，粒間孔和晶間孔保存越少，孔隙半徑越小，但不同巖石類(lèi)型的壓實(shí)程度有差異。相對(duì)而言，粉砂巖類(lèi)壓實(shí)作用中等，掃描電鏡下可見(jiàn)細(xì)小的碎屑石英和長(zhǎng)石顆粒之間殘留微米級(jí)的粒間孔隙（圖4a）。白云巖類(lèi)中的泥粉晶白云石的壓實(shí)較強(qiáng)，常見(jiàn)強(qiáng)壓實(shí)壓溶作用形成的縫合線(xiàn)。隨著白云巖中凝灰質(zhì)晶屑和陸源長(zhǎng)英質(zhì)碎屑含量的增加，巖石抗壓能力變強(qiáng)，壓實(shí)作用逐漸變?nèi)?。泥巖類(lèi)壓實(shí)作用最強(qiáng)，局部粒間見(jiàn)百納米級(jí)的孔隙（圖4b），并常發(fā)育泄水縫。隨著上覆地層壓力不斷增加，在欠壓實(shí)作用下流體不能有效排出，導(dǎo)致局部產(chǎn)生高孔隙流體壓力，流體外溢撕裂沉積物并向上運(yùn)移，產(chǎn)生裂縫作為泄水通道［29］，即為泄水縫（圖4g）。

3.2 溶蝕作用

溶蝕作用是風(fēng)城組頁(yè)巖油“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層形成的重要因素，包括陸源碎屑長(zhǎng)石顆粒、凝灰質(zhì)火山物質(zhì)中的長(zhǎng)石晶屑與基質(zhì)以及碳酸鹽組分的溶蝕。根據(jù)溶蝕物質(zhì)、溶孔發(fā)育位置并結(jié)合地質(zhì)背景綜合分析［19-20］，認(rèn)為研究區(qū)的溶蝕作用主要有2種類(lèi)型：一種為大氣淡水溶蝕，主要為沉積間斷期間或構(gòu)造抬升期的大氣淡水淋濾溶蝕；另一種為有機(jī)酸溶蝕，主要為埋藏成巖期烴源巖中有機(jī)質(zhì)成熟生烴伴隨的有機(jī)酸溶蝕控制。

淡水淋濾溶蝕主要發(fā)育在西北緣的斷裂構(gòu)造帶。由于斷裂的發(fā)育和構(gòu)造抬升，造成地層剝蝕和缺失，從而溝通了地下水與大氣降水，使得不同層位的地下水、大氣水發(fā)生循環(huán)，對(duì)經(jīng)過(guò)地區(qū)的巖石進(jìn)行溶蝕，而且由于斷裂造成的破碎和裂縫加快了溶蝕作用的進(jìn)程，增強(qiáng)了溶蝕作用的效果。在巖心和成像測(cè)井圖上均可見(jiàn)淡水淋濾溶蝕作用形成的碳鈉鈣石的溶蝕現(xiàn)象。埋藏溶蝕主要發(fā)育在斜坡區(qū)，這與距離優(yōu)質(zhì)烴源巖分布區(qū)較近有關(guān)，溶蝕物質(zhì)主要為陸源及火山碎屑中的長(zhǎng)石晶屑以及分散狀的火山基質(zhì)（圖4c，4d）。

不同巖性之間的溶蝕作用也有差異。粉砂巖類(lèi)的溶蝕作用較強(qiáng)，陸源碎屑組分中的長(zhǎng)石、凝灰質(zhì)火山碎屑中的長(zhǎng)石晶屑以及分散的火山玻璃在有機(jī)酸、CO2等酸性流體作用下均可以發(fā)生溶蝕，長(zhǎng)石顆粒溶蝕形成港灣狀孔隙，火山碎屑的溶蝕則呈現(xiàn)不規(guī)則狀，部分長(zhǎng)石強(qiáng)烈溶蝕可形成鑄?？?。在粉砂巖類(lèi)中，長(zhǎng)石溶孔面孔率占總孔隙的35%～60%。白云巖類(lèi)的溶蝕作用受構(gòu)造位置的控制：在斜坡區(qū)，受成巖流體高二氧化碳分壓對(duì)溶蝕作用的抑制［30］，白云石一般不易發(fā)生溶蝕；而在斷裂帶，受不整合面大氣水淋濾的影響，碳酸鹽礦物溶蝕較發(fā)育。泥巖類(lèi)壓實(shí)作用整體較強(qiáng)，巖石具有紋層狀結(jié)構(gòu)，溶蝕作用較弱。

3.3 脫?；爸亟Y(jié)晶作用

風(fēng)城組沉積時(shí)期火山活動(dòng)活躍，造成儲(chǔ)層中廣泛分布火山碎屑。火山玻璃在溫度和壓力增高過(guò)程中逐漸轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶物質(zhì)，火山玻璃的脫玻化作用可以形成豐富的鈉長(zhǎng)石及硅質(zhì)晶間孔（圖4e），形成有效的儲(chǔ)集空間。由于風(fēng)城組富含火山碎屑，大量中基性火山物質(zhì)水解為白云石化作用提供了豐富的Ca2+、Mg2+等離子，而白云石重結(jié)晶作用形成微米級(jí)、亞微米級(jí)的晶間孔，有時(shí)形成毫米至厘米級(jí)的白云巖薄層。此外可見(jiàn)硅硼鈉石、水硅硼鈉石等鹽類(lèi)礦物重結(jié)晶為直徑可達(dá)數(shù)毫米的晶粒（圖4f），這些重結(jié)晶作用有利于晶間孔的形成以及使得先存的晶間孔隙變大。根據(jù)王俊懷等［16］和田孝茹等［31］的研究結(jié)果，風(fēng)城組硅硼鈉石的形成溫度介于95～110℃，白云石的形成溫度介于75～113℃，形成于中晚成巖期，處于風(fēng)城組烴源巖的生油窗內(nèi)，而風(fēng)城組油氣充注主要發(fā)生在早三疊世，地溫在100～110℃范圍內(nèi)，和白云石以及硅硼鈉石晶體的形成以及重結(jié)晶具有很好的匹配關(guān)系，因此重結(jié)晶形成的晶間孔可以成為油氣聚集的有效空間。白云石和硅硼鈉石的重結(jié)晶作用常見(jiàn)于白云巖類(lèi)以及白云質(zhì)泥巖中。

3.4 破裂作用

早二疊世海西運(yùn)動(dòng)末期，準(zhǔn)噶爾—吐魯番板塊向哈薩克斯坦板塊俯沖、消減以致發(fā)生碰撞，使西北緣地區(qū)成為碰撞隆起帶以及與隆起帶相鄰的碰撞前陸型沉積區(qū)，劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成西北緣發(fā)育大型逆沖斷裂以及相關(guān)的復(fù)雜褶皺，同時(shí)伴隨著廣泛的火山活動(dòng)；后期印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的推覆構(gòu)造活動(dòng)又不同程度地改造了海西期的斷裂分布，造就了現(xiàn)今的斷裂和裂縫發(fā)育格局［24-26］。潘曉添等［17］對(duì)研究區(qū)FN4井4 577.3 m、F15井3 464.83 m風(fēng)城組儲(chǔ)層樣品進(jìn)行的非定向聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)分析表明：研究區(qū)構(gòu)造裂縫主要有3個(gè)發(fā)育期，即印支期、燕山期和喜馬拉雅期，其中印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)裂縫發(fā)育期起到?jīng)Q定性作用。從裂縫中常見(jiàn)原油外滲現(xiàn)象（圖4h），表明研究區(qū)裂縫的開(kāi)啟程度高。對(duì)風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層而言，各種構(gòu)造裂縫的存在無(wú)疑是形成“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的重要因素。

4 成巖作用與儲(chǔ)集空間的關(guān)系

不同巖類(lèi)的儲(chǔ)集空間類(lèi)型及儲(chǔ)集性質(zhì)不同，這既和巖石組分有關(guān)，又與經(jīng)受的成巖作用改造相關(guān)。對(duì)于粉砂巖類(lèi)，一方面該類(lèi)儲(chǔ)層的先天條件好，較粗的長(zhǎng)英質(zhì)顆粒具有較好的抗壓實(shí)能力，這使該類(lèi)儲(chǔ)層的壓實(shí)作用最弱，殘余粒間孔隙最發(fā)育且孔隙半徑較大（圖4a）；同時(shí)有機(jī)酸優(yōu)先進(jìn)入粉砂巖類(lèi)儲(chǔ)層中，導(dǎo)致粉砂巖類(lèi)溶蝕作用強(qiáng)，形成大量的長(zhǎng)石溶孔（圖4c）。白云巖類(lèi)形成于較高鹽度的沉積環(huán)境，常發(fā)育各種鹽類(lèi)礦物，白云石和硅硼鈉石等礦物的重結(jié)晶可以形成晶間孔隙（圖4f），成為有效儲(chǔ)集空間。泥巖類(lèi)儲(chǔ)層由于粒度細(xì)，并富含有機(jī)質(zhì)，故壓實(shí)作用較強(qiáng)，只發(fā)育納米級(jí)的殘余粒間孔隙（圖4b），但是該類(lèi)巖石發(fā)育快速壓實(shí)背景下的泄水縫，部分未被完全充填的泄水縫可以成為油氣運(yùn)聚的有效空間。由于風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層中普遍含有凝灰質(zhì)火山物質(zhì)，火山玻璃的脫?；爸亟Y(jié)晶作用形成的晶間孔在3類(lèi)巖石中均不同程度地發(fā)育（圖4e）。X衍射結(jié)果顯示風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層高含長(zhǎng)英質(zhì)和白云石等脆性礦物，黏土礦物含量通常低于10%（圖6），巖石脆性指數(shù)在70～100之間，不同巖性之間的脆性相差不大，總體上都有利于裂縫的產(chǎn)生，因而各類(lèi)型的儲(chǔ)層常表現(xiàn)出孔-縫雙重介質(zhì)特征。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷MY1井風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層礦物含量條形圖Fig.6 Mineral content bar chart of shale oil reservoir of Fengcheng Formtion of Well MY1 in Mahu Sag,Junggar Basin

5 結(jié)論

（1）風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層是一套成分復(fù)雜的巖石，按照粒級(jí)、成分可分為粉砂巖類(lèi)、白云巖類(lèi)、泥巖類(lèi)3大巖類(lèi)；儲(chǔ)集空間類(lèi)型多，發(fā)育粒間孔、溶蝕孔、晶間孔、泄水縫、構(gòu)造縫、層理縫等6種孔隙類(lèi)型，其中殘余粒間孔、溶蝕孔和裂縫是最重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，裂縫是較高產(chǎn)量的必要條件；以微米級(jí)殘余粒間孔及長(zhǎng)石溶孔為主要儲(chǔ)集空間的粉砂巖類(lèi)物性最好，孔隙結(jié)構(gòu)最優(yōu)，是瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油最重要的“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層類(lèi)型。

（2）風(fēng)城組頁(yè)巖油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間發(fā)育程度受控于或形成于成巖作用，成巖作用是導(dǎo)致風(fēng)城組不同巖性?xún)?chǔ)層儲(chǔ)集空間差異性以及儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)性的重要原因。壓實(shí)作用是影響粒間孔發(fā)育的主要成巖作用，溶蝕作用和破裂作用是頁(yè)巖油“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層形成的重要因素。風(fēng)城組儲(chǔ)層中火山玻璃的脫?；爸亟Y(jié)晶形成晶間孔，以及構(gòu)造活動(dòng)引起的破裂作用形成裂縫，造成了研究區(qū)頁(yè)巖油儲(chǔ)層常具有孔-縫雙重介質(zhì)特征。

致謝:中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院壽建峰教授對(duì)本文提出了寶貴意見(jiàn)，在此表示最誠(chéng)摯的謝意！