張哨楠

(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)

沙特魯卜哈里盆地Unayzah組砂巖儲(chǔ)層特征

張哨楠

(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)

沙特魯卜哈里盆地Unayzah組是中東地區(qū)重要的含油氣層位,野外地質(zhì)調(diào)查研究和鉆井地質(zhì)研究的結(jié)果表明,Unayzah組的沉積環(huán)境是在干旱條件下沉積的風(fēng)成沙丘、干鹽湖、季節(jié)性辮狀河流以及風(fēng)化殼。由于Unayzah組砂巖中石英含量比較高,巖石類型主要為石英砂巖,成巖作用較為簡(jiǎn)單,成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的改造和影響比較小。儲(chǔ)集空間類型主要為粒間孔隙。Unayzah組是魯卜哈里盆地油氣勘探的主要目的層。

儲(chǔ)層Unayzah組魯卜哈里盆地沙特

魯卜哈利(Rub‘Al Khali)盆地位于波斯灣盆地內(nèi)大地構(gòu)造背景最為穩(wěn)定的二級(jí)構(gòu)造單元中,構(gòu)造變動(dòng)較為微弱[1～3]。盆地西北部與中阿拉伯穹隆相鄰,東部逐漸過(guò)渡為東魯卜哈利次盆的深凹,南部位于西魯卜哈利次盆的腹地及卡塔爾隆起的南緣傾伏端(圖1)。

Unayzah組主要為一套紫紅色砂泥巖沉積。巖石粒度變化較大,從粉、細(xì)砂巖變化至中粒、粗粒砂巖及礫巖沉積。本組出現(xiàn)多層由粗向上逐漸變細(xì)的正韻律層序。雜色及灰白色礫巖,礫石以硅質(zhì)為主,見(jiàn)綠色和白色碎屑,白色碎屑較軟。雜色,紫紅色含礫中粗粒砂巖,見(jiàn)斜層理、平行層理、交錯(cuò)層理。中細(xì)粒砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖,具小型槽狀交錯(cuò)層理及水流波紋;局部見(jiàn)沉積滑動(dòng)變形。本組地層中部及上部見(jiàn)2～3層膠結(jié)疏松的石英砂巖,分選和磨圓均好,分析為風(fēng)成砂巖。Unayzah組儲(chǔ)層巖石學(xué)的特征為巖石類型比較多,有石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑砂巖。由于在Unayzah組沉積時(shí),整個(gè)環(huán)境主要為干鹽湖,季節(jié)性的河流以及洪水帶入碎屑物質(zhì)進(jìn)入盆地,因此,巖石的成分比較復(fù)雜。Unayzah組是阿拉伯盆地重要的產(chǎn)油層位,因此,在盆地的北部研究比較多,而在魯卜哈里盆地,由于處在勘探的早期,資料比較少,研究程度較低。本研究是在野外地質(zhì)調(diào)查和有限的鉆井資料研究的基礎(chǔ)上對(duì)該層的儲(chǔ)層特征進(jìn)行討論。Unayzah組是典型的大陸紅層沉積[4,5],它主要有各種礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖沉積組成,在一些鉆井中可以見(jiàn)到硬石膏巖薄層和硬石膏結(jié)核。在地層上Unayzah組底部為前Unayzah組不整合面,其頂部也為一個(gè)區(qū)域不整合面。區(qū)域地質(zhì)研究表明,Unayzah組的沉積相類型有沖積扇、風(fēng)成砂、季節(jié)性河流和干鹽湖,這些沉積類型都以紅色為基調(diào),因此,在野外和鉆井巖心中極易識(shí)別。

圖1 阿拉伯板塊主要構(gòu)造單元及盆地位置圖Fig.1 The main tectonic units ofArabia plate and location of Rub‘Al KhaliBasin

1 Unayzah組的沉積相類型

1.1 風(fēng)成砂沉積

風(fēng)成砂沉積是Unayzah組的重要組成部分,而且在盆地的北部也是重要的儲(chǔ)集巖石之一,由于在風(fēng)成沉積中,碎屑的分選和磨圓非常好,因此,儲(chǔ)集性能最為優(yōu)越。風(fēng)成沉積在盆地內(nèi)以兩種形式存在,一種是以風(fēng)成沙丘的形式,一種是以風(fēng)成薄層或者混積在粉砂巖或者泥巖中。

1.1.1 風(fēng)成沙丘

圖3 鉆井巖心揭示的風(fēng)成沙丘沉積,高角度的交錯(cuò)層理,細(xì)到中粒結(jié)構(gòu),分選好,磨圓好。Shamah-1井巖心照片F(xiàn)ig.3 Eolian dune deposit showing high-angle cross bedding in the core which consists ofwell sorted and roundness and fine to medium grained sandstone,Well Shamah-1,core photo

在野外露頭上,Unayzah組的風(fēng)成沙丘沉積主要表現(xiàn)為具有大型交錯(cuò)層里的沙丘和塊狀砂巖組合在一起[6](圖2),在鉆井巖心中,風(fēng)成沙丘的沉積表現(xiàn)為高角度的交錯(cuò)層理以及松散的砂巖。野外所觀察到的風(fēng)成沙丘在不同的剖面位置所顯示出來(lái)的規(guī)模也有很大差別。在Buraydah地區(qū),風(fēng)成沙丘的厚度較大,沙丘最厚處可達(dá)2.5 m,在沙丘尖滅處,交錯(cuò)層理的角度逐漸變緩,反映出是一個(gè)較為寬緩的沙丘沉積。在Yadamh地區(qū)風(fēng)成沙丘的厚度較小,厚度約60 cm,但是交錯(cuò)層理的角度比較高約為40°左右,是典型的風(fēng)成沉積。在鉆井巖心中,風(fēng)成沙丘的高角度交錯(cuò)層理清晰可見(jiàn)(圖3),一個(gè)連續(xù)的風(fēng)成沙丘厚度可達(dá)10 m,和風(fēng)成沙丘沉積組合在一起的低角度交錯(cuò)層理紅色砂巖也是風(fēng)成沙丘組合的一部分,它是在風(fēng)成沙丘之間或者在風(fēng)成沙丘的背風(fēng)面,由于風(fēng)所攜帶的沙子經(jīng)過(guò)風(fēng)成沙丘隨能量的減弱而沉積下來(lái)。

圖2 二疊系Unayzah地層中的風(fēng)成沙丘沉積和風(fēng)成塊狀砂巖Fig.2 Eolian dune sandstone deposit ofUnayzah Formation

圖4 薄片中的風(fēng)成砂巖的雙峰結(jié)構(gòu),細(xì)粒沙子充填在粗粒顆粒的空隙之中。碎屑的磨圓度較高。Fig.4 Bi-modal size distribution of eolian sandstones in thin section.Fine sand filled in the pores composed by coarse grains.The coarse grains are well rounded.Photos from thin section ofWells of Tkma-2 and Sheh-0002

1.1.2 風(fēng)成混合沉積

風(fēng)成混合沉積是指在其它沉積物中可以識(shí)別出有風(fēng)的作用所沉積下來(lái)的碎屑,最常見(jiàn)的是礫質(zhì)沙漠(Regs)沉積和季節(jié)性辮狀河道沉積中含有風(fēng)成沉積碎屑。礫質(zhì)沙漠沉積在現(xiàn)代的沙漠中比較常見(jiàn),在礫石中含有分選好和磨圓好的風(fēng)成砂,因此,在結(jié)構(gòu)上具有典型的雙峰結(jié)構(gòu),粗粒的峰值部分為粗粒、極粗粒的砂或者礫石,細(xì)粒的峰值部分為粗粉砂或者細(xì)粉砂級(jí)。礫質(zhì)沙漠的成因主要是由于風(fēng)的作用,細(xì)粒部分被風(fēng)所帶走,而殘留下風(fēng)所不能攜帶的粗粒物質(zhì),因粗粒部分具有較大的孔隙,能夠允許粉砂級(jí)的碎屑保存在孔隙中,粗粒部分阻擋了風(fēng)的作用,使得細(xì)粒部分能夠保存下來(lái),形成雙峰結(jié)構(gòu)。圖4表現(xiàn)了在顯微鏡下這種典型雙峰結(jié)構(gòu)的風(fēng)成砂沉積特征。

在季節(jié)性辮狀河道沉積物中也可以識(shí)別出風(fēng)成沙的沉積[7],由于季節(jié)性辮狀河道長(zhǎng)期暴露在大氣之中,在枯水季節(jié),沒(méi)有流水沉積,只有風(fēng)的作用,在風(fēng)的作用下,河道表面的沉積物被改造,風(fēng)所攜帶的沉積物也可在干枯的河道中沉積下來(lái),這些沉積物可以形成薄的透鏡體,也可以形成不連續(xù)的薄層,一些風(fēng)成沙也可以和殘積在河道中的滯留粗粒沉積物混合沉積在一起。風(fēng)成沙常常集中在季節(jié)性河道的背風(fēng)部分或者河道的一側(cè),在河道中出現(xiàn)風(fēng)成沙,也說(shuō)明河道具有季節(jié)性的特征。

1.2 季節(jié)性辮狀河流沉積

圖5 FYDH-1井巖芯,礫質(zhì)砂巖及含礫砂巖,沖刷現(xiàn)象明顯,粗粒礫石集中在巖石的底部。頻繁的沖刷反映了河道的變遷和陣發(fā)性的洪水暴發(fā)Fig.5 Conglomeratic coarse sandstone and pebbly sandstone showing frequently erosion.Conglomerate concentrated on the base which reflected the shiftingof braided river and seasonal flooding

在Unayzah組的野外露頭和鉆井巖心中經(jīng)?？梢?jiàn)在褐紅色的粉砂質(zhì)泥巖中夾有厚度不等的中粒砂巖和含礫粗—中粒砂巖,以及具有密度流特征的砂質(zhì)粉砂巖。在這些砂巖中交錯(cuò)層理比較發(fā)育,巖石的顏色比較雜,有灰色、灰黃色和褐黃色以及它們的混合顏色。圖5是FYDH-1井Unayzah組季節(jié)性辮狀河流的巖芯照片,從圖中可以看出,季節(jié)性辮狀河流的沖刷性比較明顯,灰綠色小礫石多順層排列,形成交錯(cuò)層理,其上部具有明顯的沖刷特征,巖石的分選較差,礫石具有一定的磨圓度,定向排列,礫石成分主要為河道沖刷侵蝕側(cè)向的粉砂質(zhì)泥巖。粒度較粗的礫石集中在每一韻律的底部。圖中也可見(jiàn)到,這種韻律性在不同時(shí)期其沉積厚度有較大的變化,可能反映了季節(jié)性的變化以及氣候的變化,韻律比較厚的沉積反映河流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),而韻律比較薄的沉積可能反映了河流的頻繁改道,說(shuō)明陣發(fā)性的洪水沉積,沖刷頻繁,碎屑分選差,雜基含量高[8,9]。

薄片粒度分析的結(jié)果表明,在季節(jié)性辮狀河道中粒度曲線有兩種特征(圖6)。一種曲線特征表現(xiàn)為粒度分選比較好,曲線斜率高,反映水體能量比較高,而且持續(xù)流動(dòng)的特點(diǎn);一種表現(xiàn)為粒度分布不集中,曲線斜率低,反映混和沉積的特點(diǎn)。在同一段巖心中,在沒(méi)有明顯的環(huán)境變化的情況下,說(shuō)明了水體流動(dòng)的不穩(wěn)定性,在穩(wěn)定流體的作用下,碎屑分選好,粒度集中,在洪水時(shí)期,流體的流態(tài)變化比較大,導(dǎo)致碎屑的分選變化也比較大,形成了粒度分布范圍較寬的特點(diǎn)。沉積構(gòu)造的組合表明,沖刷現(xiàn)象比較明顯,而且在砂巖中交錯(cuò)層理也比較發(fā)育。

1.3 干鹽湖沉積

在野外露頭區(qū),Unayzah組中的干鹽湖沉積及其組合表現(xiàn)為一套紅色礫質(zhì)沙漠,之上為一套紅色細(xì)砂巖,向上為紅色粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖,中夾多層0.5 cm厚度石膏層,向上為灰色細(xì)粉砂巖,頂面見(jiàn)波痕。這一套沉積特征表明,干鹽湖的沉積是短暫的,而且湖水的鹽度也只達(dá)到膏鹽沉積的鹽度,說(shuō)明盡管蒸發(fā)作用比較強(qiáng),既便沒(méi)有大量水體的供給,也達(dá)不到石鹽沉積的鹽度。其灰色的具有波痕細(xì)粉砂巖沉積,可能反映了湖水比較多時(shí)的沉積特點(diǎn)。從野外露頭的資料看,干鹽湖沉積的壽命比較短暫,而且水體的多寡取決于泄水的來(lái)源和供給的量。在干旱氣候條件下,缺少水的供給就決定了沙漠中湖泊的季節(jié)性和暫時(shí)性。

圖6 季節(jié)性辮狀河道沉積的粒度概率分布曲線Fig.6 Grain size distribution of ephemeral braided river deposit

在鉆井巖心中,干鹽湖的沉積表現(xiàn)為連續(xù)薄層的粉砂質(zhì)泥巖,泥巖的紋層構(gòu)造發(fā)育,而在有些鉆井巖芯中,紅色的泥巖成厚層塊狀,不顯示層理特征,尤其是在粉砂質(zhì)泥巖中表現(xiàn)最為明顯。Senalp(2005, workshop discussion)認(rèn)為由這種簡(jiǎn)單的粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖薄互層沉積可能構(gòu)成了干鹽湖的主要沉積類型,在野外的一些露頭上,它們常常和泥流沉積很接近,而這些泥流沉積是沖積扇的末端沉積特征。紋層狀的泥巖沉積常夾在厚層狀的泥巖和粉砂巖地層中。紋層狀泥巖代表了湖水短缺時(shí)的沉積,而厚層的或者沒(méi)有層理的泥巖和粉砂巖則代表了洪水季節(jié)向湖中補(bǔ)充水量時(shí)的沉積特征。在泥巖中有時(shí)可以見(jiàn)到干裂作用,在干裂中充填的物質(zhì)可以是和干裂泥巖相同的物質(zhì),也可以是粉砂或者泥質(zhì)粉砂。此外,在野外的剖面中還可見(jiàn)到的另一種地質(zhì)現(xiàn)象就是古土壤。通常人們把古土壤作為一個(gè)層序的界面,代表了一次較大規(guī)模的構(gòu)造活動(dòng),也就是人們常說(shuō)的古風(fēng)化殼。因?yàn)楦稍锏臍夂驐l件、季節(jié)性的湖水泛濫,暫時(shí)性的湖泊,季節(jié)性的辮狀河流沉積,這些沉積環(huán)境都說(shuō)明在Unayzah組絕大部分時(shí)間沉積物是暴露在大氣之中,并遭受風(fēng)化作用,在長(zhǎng)期沒(méi)有接受到沉積作用的地方,所經(jīng)歷的就是風(fēng)化作用,因此古土壤的存在也證明了干鹽湖的暫時(shí)性發(fā)育的特征。古土壤帶的發(fā)育特征主要表現(xiàn)為與周圍巖性的不協(xié)調(diào),為含有鈣質(zhì)結(jié)核和硅質(zhì)結(jié)核的松散紅色泥土。

2 UNAYZAH組的儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

UNAYZAH組在巖心觀察中主要為一套紫紅色砂泥巖沉積。巖石粒度變化較大,從粉細(xì)砂巖變化至中粒、粗粒砂巖及礫巖沉積。本組出現(xiàn)多層由粗向上逐漸變細(xì)的層序。雜色及灰白色礫巖,礫石以硅質(zhì)為主,見(jiàn)綠色和白色碎屑,白色碎屑較軟。雜色,紫紅色含礫中粗粒砂巖,見(jiàn)斜層理、平行層理、交錯(cuò)層理。中細(xì)粒砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖,具小型槽狀交錯(cuò)層理及水流波紋;局部見(jiàn)沉積滑動(dòng)變形。本組地層中部及上部見(jiàn)2～3層膠結(jié)疏松的石英砂巖,分選和磨圓均好,分析為風(fēng)成砂巖。粉砂巖及泥巖中見(jiàn)干裂。本組織地層巖心中裂縫不發(fā)育,偶見(jiàn)裂縫存在。

在顯微鏡下,通過(guò)薄片鑒定,UNAYZAH組儲(chǔ)層巖石學(xué)的特征為巖石類型比較多,有石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑砂巖。石英砂巖:在石英砂巖中石英的含量多為98%左右,在一些薄片中,石英砂巖的石英含量可達(dá)100%。石英碎屑的圓度比較高。膠結(jié)物可見(jiàn)有硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)三種類型,一般膠結(jié)物類型組合為鈣質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)組合,硅質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)組合。鈣質(zhì)膠結(jié)通常為斑塊狀,或者單個(gè)粗大的方解石晶體充填粒間孔隙作為膠結(jié)物,偶爾可見(jiàn)方解石交代石英的現(xiàn)象。硅質(zhì)膠結(jié)是最為常見(jiàn)的膠結(jié)物類型,基本上都是以石英次生加大的形式產(chǎn)出。泥質(zhì)膠結(jié)為泥質(zhì)雜基全充填于粒間孔隙,阻礙了石英的次生加大,因而沒(méi)有硅質(zhì)的沉淀。在石英砂巖中,尤其在泥質(zhì)石英砂巖中,可見(jiàn)巖石具有雙峰結(jié)構(gòu)特征,兩種粒度的石英碎屑混雜沉積,不論粒度大小,石英碎屑的圓度都非常好,呈圓狀和次圓狀。這種石英砂巖可能屬于風(fēng)成沉積成因。巖屑砂巖:巖屑石英砂巖主要見(jiàn)于MKSR-1井的薄片中,表現(xiàn)為碎屑的成分主要為石英和巖屑兩種類型,石英的含量在65%～67%之間,石英的分選和圓度比較差,石英為棱角狀。填隙物為泥質(zhì),泥質(zhì)含量較高,一般為10%～15%左右;巖屑類型主要為泥質(zhì)巖巖屑,表面比較臟,受壓而變形。在這種填隙物的巖石中,成巖作用比較簡(jiǎn)單,幾乎沒(méi)有石英的膠結(jié)作用發(fā)生。巖屑石英砂巖:主要見(jiàn)于MKSR-1井中,石英碎屑的分選較好,次生加大明顯,石英含量約80%左右;巖屑為泥質(zhì)巖屑為主,巖屑多順層排列,集中分布,長(zhǎng)石少見(jiàn)。填隙物可見(jiàn)斑狀的鈣質(zhì)膠結(jié)2%,石英次生加大膠結(jié)明顯,含量約6%左右。長(zhǎng)石石英砂巖:長(zhǎng)石石英砂巖在薄片中較為少見(jiàn),僅在TK MN-2井中有一塊薄片為長(zhǎng)石石英砂巖,長(zhǎng)石含量約為4%左右,長(zhǎng)石的溶蝕現(xiàn)象明顯,長(zhǎng)石大部分被溶,僅留下零星的長(zhǎng)石殘余。石英含量94%左右,石英的圓度高、分選好。填隙物主要是泥質(zhì)雜基。

除了上述的幾種主要巖石類型外,在薄片下還可見(jiàn)到石英雜砂巖類型,石英碎屑局部呈漂浮狀分散在泥質(zhì)基質(zhì)中,這可能是由于洪水作用造成的,由于孔隙不發(fā)育,不屬于儲(chǔ)集巖類。

3 儲(chǔ)層成巖作用特征

由于UNAYZAH組是在干燥氣候條件下沉積的巖石,氣候的變化以及水流的變化對(duì)早期巖石的成巖作用影響較大,主要表現(xiàn)為隨季節(jié)的變化,沉積物經(jīng)常暴露在大氣之中,在淺埋藏的深度,亦即在活躍的地下水影響范圍內(nèi),成巖作用最為復(fù)雜。根據(jù)薄片鑒定的結(jié)果,UNAYZA組砂巖的成巖作用有:風(fēng)化作用、細(xì)粒物質(zhì)的機(jī)械滲入作用、硅質(zhì)和鈣質(zhì)的結(jié)核作用、溶解作用、膠結(jié)作用、壓實(shí)作用和自生礦物的形成作用。

3.1 風(fēng)化作用

在巖心觀察中發(fā)現(xiàn)NYY M-2井8 634～8 653 ft和BRDH-1井中4 593～4 606 ft的取心中可見(jiàn)都有將近1 m厚的風(fēng)化殼沉積特征,如圖7所示,巖石已經(jīng)風(fēng)化成蜂窩狀,表明風(fēng)化作用的強(qiáng)度比較大,也反映了在UNAYZAH組的沉積過(guò)程中曾經(jīng)歷了明顯的構(gòu)造抬生作用,或許有些沉積物被風(fēng)化剝蝕掉。這種風(fēng)化作用可能有利于下伏沉積物次生孔隙的發(fā)育。

圖7 巖心中見(jiàn)風(fēng)化作用特征,巖石已被風(fēng)化成蜂窩狀鈣結(jié)殼Fig.7 The rock has been deeplyweathered as honeycomb being calcrete,core photo ofWellNYY M-2

3.2 機(jī)械滲入作用

機(jī)械滲入作用最早是由Walker T R[8,9]提出來(lái)的,通過(guò)對(duì)美國(guó)西南部和墨西哥西北部新生代沖積物的研究,以及對(duì)現(xiàn)代活動(dòng)的沖積扇表面、干谷、常年河流河道的研究,并通過(guò)室內(nèi)模擬發(fā)現(xiàn),在粗粒沖積物中,當(dāng)其剛沉積時(shí),由于強(qiáng)的水流沖刷,孔隙間基本上不存在雜基,而對(duì)鉆井收集的全新世樣品的研究表明,在距地表幾英尺之下的粗粒碎屑中出現(xiàn)了豐富的粘土礦物雜基,他認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的原因是地表徑流在流動(dòng)過(guò)程中,流體所攜帶的細(xì)粒物質(zhì)在流經(jīng)這些粗粒沉積物時(shí)向下滲流所造成的。Walker根據(jù)滲入物質(zhì)在孔隙中的分布和排列特征劃分出四種成因機(jī)制:在滲流帶的聚集作用;近潛水面的聚集作用;在不透水層之上的聚集作用;近源滲入作用。劉寶珺等[10]對(duì)干旱氣候條件下陸相紅層沉積的砂巖成巖作用中,根據(jù)成巖結(jié)構(gòu)特征建立了近地表成巖環(huán)境,在不同的成巖環(huán)境中,機(jī)械滲入作用的表現(xiàn)形式不同。根據(jù)對(duì)UNAYZAH組巖石薄片的觀察,可以識(shí)別出兩種作用機(jī)理,即滲流帶的雜基聚集作用和潛流帶的聚集作用。

由于在UNAYZAH組沉積時(shí),整個(gè)盆地的氣候?qū)儆诟珊禋夂?在盆地沉積為干鹽湖,因此,具有發(fā)育機(jī)械滲入作用的條件。在所觀察的薄片中,這種作用僅見(jiàn)于TK MN-2井中,從沉積背景看,在UNAYZAH組中都應(yīng)該有這種成巖作用,可能是取心的原因,或者薄片取樣的原因在MKSR-1井中沒(méi)有觀察到,此外, MKSR-1井中僅有三塊薄片,不能代表整個(gè)井和UNAYZAH組的實(shí)際情況。下面就薄片觀察的成巖現(xiàn)象進(jìn)行描述。

滲流帶的機(jī)械滲入作用:由于在滲流帶內(nèi)孔隙水是不飽和的,是飽氣帶,水體的存在方式為顆粒表面的薄膜水或者呈懸掛的水滴,當(dāng)表面徑流攜帶碎屑物質(zhì)流經(jīng)多孔的沉積物時(shí),細(xì)小的物質(zhì)受薄膜水表面張力的作用而在顆粒表面排列,呈包殼的形式沉淀在顆粒的表面,如在TK MN-2井,井深為14 429.4 ft處,可見(jiàn)這種特征。細(xì)粒的粘土物質(zhì)圍繞顆粒沉淀,埋藏后的重結(jié)晶作用使其具有光性特征。此外,如果細(xì)粒物質(zhì)比較多,沉積物孔隙發(fā)育,則有可能出現(xiàn)粒間孔隙被所有細(xì)屑物質(zhì)所充填。在滲流帶,由于重力的影響,細(xì)屑物質(zhì)是從上向下聚集,滲入的深度取決于滲流帶的發(fā)育深度。

潛流帶的機(jī)械滲入作用:在滲流帶內(nèi),在重力作用下,水流的流動(dòng)方向與潛流帶明顯不同,在潛流帶,由于孔隙中是飽和水的,因此,細(xì)屑物質(zhì)到達(dá)潛流帶就從垂向運(yùn)移變?yōu)闄M向運(yùn)動(dòng),因此,其細(xì)屑物質(zhì)的產(chǎn)出特征與滲流帶完全不同,表現(xiàn)為近于水平的泥質(zhì)紋層,如TK MN-2井,深度為14 408.5 ft處的填隙物特征,可見(jiàn)多處都有近于水平方向發(fā)育的泥質(zhì)紋層。在同一塊薄片中,出現(xiàn)有兩種的機(jī)械滲入作用的產(chǎn)物,表明,當(dāng)時(shí)的這一深度處于滲流帶和潛流帶的交替深度(圖8)。

3.3 結(jié)核作用

結(jié)核作用在Unayzah組主要表現(xiàn)為硅質(zhì)結(jié)核的發(fā)育,如在薄片中可見(jiàn)各種類型的硅質(zhì)結(jié)核,結(jié)核物質(zhì)的礦物成分為玉髓,在正交偏光下,光學(xué)性質(zhì)為波狀消光。這種硅質(zhì)結(jié)核的形成可能是在潛流帶內(nèi)由于孔隙水中硅質(zhì)過(guò)飽和而呈結(jié)核沉淀下來(lái)。因?yàn)?如果是在成巖后期形成,則不可能有如此發(fā)育的空間,只能在沉積物沉積后不久就發(fā)生這種成巖作用,因?yàn)閴簩?shí)作用很弱,加上淡水的溶蝕作用,就有空間使得硅質(zhì)結(jié)核形成,也有水流不斷的供應(yīng)硅質(zhì)。因此,結(jié)核作用應(yīng)該發(fā)生在成巖作用的早期。也可能在機(jī)械滲入作用之后就發(fā)生了。

3.4 溶解作用

圖8 機(jī)械滲入作用。A為在滲流帶大氣淡水?dāng)y帶細(xì)粒物質(zhì)向下滲入,在顆粒周圍形成粘土的富集,同時(shí)有硅質(zhì)的結(jié)晶作用;B為在潛流帶流體由縱向改變?yōu)闄M向流動(dòng),攜帶的的細(xì)粒物質(zhì)沉積在粒間大孔隙中,可見(jiàn)有紋層狀的特征,因壓實(shí)作用而發(fā)生變形。Tkmn-2井,14 408.5 ftFig.8 Mechanic infiltration.A.Fresh waterwith fine clast penetrated downward into sediments and deposited around the clast and silica precipitated in the pore in the vadose zone.B.Fresh water flow in the horizontal direction in sediments, the fine fragments alongwith the water deposited in the pores and shows the laminated layer and deformation by compaction.Thin section photo from Well Tkmn-2,14 408.5 ft in depth

在薄片下觀察到的溶解作用主要為長(zhǎng)石和極少不穩(wěn)定礦物的溶解,以及粘土雜基的溶解作用。長(zhǎng)石的溶解作用可見(jiàn)長(zhǎng)石部分溶解的現(xiàn)象。雜基的溶蝕作用在Unayzah組較為常見(jiàn),可見(jiàn)粒間充填的雜基具有明顯的溶蝕作用,孔隙中還殘留有部分雜基,這種溶蝕作用有利于次生孔隙的發(fā)育。在TK MN-2井中的薄片觀察表明,在雜基膠結(jié)的石英砂巖中,由于雜基溶蝕而形成的孔隙為主要的儲(chǔ)集空間類型。

3.5 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用在Unayzah組主要為方解石的膠結(jié)作用、石英的膠結(jié)作用。方解石的膠結(jié)作用可以分為兩種類型,一種是方解石呈連晶結(jié)構(gòu),呈斑狀膠結(jié),含量可達(dá)15%,徹底破壞粒間孔隙;一種是后期的粗晶方解石膠結(jié)作用,半充填粒間孔隙,并對(duì)碎屑石英具有交代作用,從薄片觀察統(tǒng)計(jì)的結(jié)果看,方解石的膠結(jié)作用局部發(fā)育,并非普遍存在。石英的膠結(jié)作用在Unayzah組比較發(fā)育,而且膠結(jié)作用比較強(qiáng),石英呈次生加大的方式充填于粒間孔隙,對(duì)孔隙的破壞較強(qiáng),所觀察到的石英膠結(jié)作用幾乎徹底破壞了粒間孔隙。

3.6 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用在細(xì)粒砂巖中比較發(fā)育,在中粒和較粗粒砂巖中不發(fā)育,在中粒砂巖中顆粒的接觸關(guān)系主要為點(diǎn)接觸,少量的線接觸,凹凸接觸不常見(jiàn),因此,壓實(shí)作用在Unayzah組不太發(fā)育。

4 儲(chǔ)層物性特征

Unayzah組的儲(chǔ)層物性特征,從孔隙度分布特征看(圖9),孔隙度的分布比較散亂,僅有5%的孔隙度分布頻率高一些,同時(shí)也可以看出,在Unayzah組,孔隙度較大的樣品也存在比較好的孔隙度,由于在MKSR-1井中Unayzah組的厚度比較薄,相對(duì)于其它儲(chǔ)集層段而言,儲(chǔ)集條件稍差。在TK MN-2井的Unayzah組的孔隙度分布在4%出現(xiàn)主峰值,在15%左右也有一個(gè)高峰值,說(shuō)明儲(chǔ)層變化比較大。薄片鑒定的結(jié)果表明,在Unayzah組中,孔隙類型主要為殘余的粒間孔隙,少量粒間溶蝕孔隙。在風(fēng)成沙丘和季節(jié)性辮狀河道砂巖中,巖石的儲(chǔ)集物性較好,可能會(huì)出現(xiàn)高的孔隙度。從區(qū)域分布看,Unayzah組是主要的勘探目的層之一。

圖9MKSR-1井UNAYZAH組巖心分析孔隙度分布Fig.9 Distribution of sandstone porosity of Unayzah Formation

5 結(jié)論

根據(jù)對(duì)Unayzah組的沉積特征、巖石學(xué)特征、成巖作用和物性特征的分析,表明Unayzah組具有較好的儲(chǔ)集性能,尤其是在風(fēng)成砂和季節(jié)性辮狀河道砂巖發(fā)育良好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。受成巖作用的影響,在中到粗粒石英砂巖中由于不穩(wěn)定礦物的溶解以及較弱的壓實(shí)作用,粒間孔隙得以保存,成為有利的儲(chǔ)集巖石。

此文恰逢劉寶珺院士80誕辰,作為劉寶珺老師的學(xué)生謹(jǐn)以此文祝賀劉寶珺老師壽辰,感謝劉寶珺老師多年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)、關(guān)懷和照顧!也愿劉寶珺老師身體康健,為我國(guó)沉積地質(zhì)事業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)更多的人才,促進(jìn)沉積地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。

References)

1 ZieglerM A.Late Per mian to Holocene paleofacies evolution of the A-rabian plate and its hydrocarbon occurrences[J].GeoArabia,2001,6 (3):445-504

2 StoeserD B,Camp V E.Pan-African micro-plate accretion of the Arabian shield[J].Geological Society of America Bulletin,1985,96: 817-826

3 WendorL E,Bryant JW,DickensM F,et al.Paleozoic(Pre-Khuff) hydrocarbon geology of the GhawarArea,Eastern Arabia[J].GeoArabia,1998,3(2):273-302

4 Sharland P R,Archer T,Casey D M,et al.Arabian Plate Sequence Stratigraphy[M].GeoArabia Special Publication 2,Gulf Petrolink, Bahrain,2001:371

5 Sharland P R,CaseyD M,DaviesR B,et al.Arabian plate sequence stratigraphy-revisions to SP2[J].GeoArabia,2004,9(1):199-214

6 Walker R G,James N P.FaciesModels[M].Geological Association of Canada,2002

7 張哨楠,王成善,余光明.西雅爾崗地區(qū)晚白堊和老第三紀(jì)沖積扇及扇三角洲環(huán)境[J].礦物巖石,1985,5(3):39-51[Zhang Shaonan,WangChengshan,Yu Guangming.The alluvial fan and fan delta environment of late Cretaceous and Paleogene Period in Xiyaergong district,Tibet,China[J].Journal ofMineralogy and Petrology,1985,5 (3):39-51]

8 Turner P.Continental Red Beds,Developments in Sedimentology 1980,29

9 Waker T R.Diagenesis in first-cycle desert alluvium of Cenozoic age southwestern united states andNorthwesternMexico[J].Geological Society ofAmerica,1978,89(1):19-32

10 劉寶珺,余光明,王成善,等.西藏北部西雅爾崗地區(qū)白堊—第三系紅層的成巖作用及成巖環(huán)境[J].沉積學(xué)報(bào),1989,7(1): 11-28[Liu Baojun,Yu Guangming,Wang Chengshan,et al.Diagenesis and diagenetic environments of Cretaceous-Tertiary red-beds in the Xiyaer Gang Region of Northern Tibet[J].Acta Sedimentologica Sinica,1989,7(1):11-28]

Characteristics of Sandstone Reservoirs in Unayzah Formation in Rub Al Khali Basin SaudiArabia

ZHANG Shao-nan
(State Key Laboratory of O il and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)

Unayzah For mation is one of the most i mportant exploration target in Rub Al Khali Basin Saudi Arabia. The depositional facies analysis based on the studies of field investigation and well cores and thin section research shows the dune,seasonal river,playa and paleosol environments.The rocks are mainly quartzite which has the high porosity and fair permeability.The sandstone diagenesis ofUnayzah For mation has experienced the mechanic infiltration,concreation,dissolution,cementation and compaction.The diagenesis has relatively less influenced the quality of sandstone reservoirs because of the weak compaction and cementation.The pore types are mainly intergranular poresmaintainning the good reservoir space.

reservoir;Unayzah For mation;Rub Al KhaliBasin;SaudiArabia

book=5,ebook=257

張哨楠男1957年出生教授博士生導(dǎo)師E-mail:zsn@cdut.edu.cn

TE122.2+21

A

1000-0550(2010)05-0945-08

2010-05-20;收修改稿日期:2010-06-05