韓登林 ，李維鋒 ，許曉宏 ，洪國良，李凌高

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 荊州，434023；2. 長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州，434023；3. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

一直以來，對儲層性能的預(yù)測及其非均質(zhì)性主控因素的探求都是一個困擾儲層地質(zhì)研究者的難題。儲層儲集性能的優(yōu)劣以及非均質(zhì)性的強弱受控于砂體初始沉積環(huán)境，其后期埋藏?zé)嵫莼^程中所經(jīng)歷的種類繁多且周而復(fù)始的成巖改造也對其起著至關(guān)重要的作用[1-3]。但在針對儲層儲集性能的研究過程中，有關(guān)后期成巖改造的研究往往滯后于初始沉積模式的研究，以至在很多情況下對于儲層所表現(xiàn)出的非均質(zhì)性特征往往缺乏可行和可信的解釋。塔里木盆地泥盆系東河塘組是近年來重要的勘探目的層，特別是針對塔西南新區(qū)群苦恰克構(gòu)造帶而言，東河塘組是勘探目標(biāo)的重點，也受到了諸多沉積學(xué)家和儲層地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注，并在層序、沉積等方面取得了較為一致的認(rèn)識。但上述研究并未深究儲層性能所表現(xiàn)出的強烈的層間差異性特征。為此，本文作者在前人研究的基礎(chǔ)上，探究成巖改造的差異對于儲層性能層間差異的控制效應(yīng)，并進(jìn)一步討論由此所引發(fā)的連帶效應(yīng)。

1 地質(zhì)概況及儲層性能層間差異

群苦恰克構(gòu)造帶位于塔里木盆地西南坳陷麥蓋提斜坡處，北靠西克爾構(gòu)造帶，西鄰喀什凹陷，南接葉城凹陷和和田凹陷，東北鄰巴楚前緣隆起，向東與塘古孜巴斯凹陷過渡(見圖1[4])。在其構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了巴什托普油田，而泥盆系東河塘組即為該油田的重點勘探層段之一。

東河砂巖發(fā)育于晚泥盆世晚期，該套地層在群苦恰克構(gòu)造帶內(nèi)厚約100余m，下段地層以灰色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，上段地層以深灰色、灰色飽含油、熒光細(xì)砂巖為主，中部為一套厚層的綠灰色泥巖夾薄層灰色粗砂巖。目前，總體上認(rèn)為研究區(qū)東河塘組地層上下兩段均是以濱岸相沉積為主，主要發(fā)育臨濱和前濱亞相，砂體的沉積相帶分布穩(wěn)定，兩套砂體的初始沉積(水動力)模式大致相近[5-10]。

在儲層儲集物性方面，東河塘組儲層上下兩段砂巖卻大不相同，其中上段砂巖孔隙度均值僅為3.73%，而下段砂巖儲層孔隙度均值高達(dá)10.96%，下段砂巖物性明顯優(yōu)于上段砂巖的物性(見圖2)。產(chǎn)出于相近沉積水動力條件下的兩套碎屑巖儲層，其儲集物性呈現(xiàn)出較大的差異，顯然，前人對于該套儲層初始沉積模式的認(rèn)識無法對研究層段強烈的層間物性差異特征進(jìn)行合理的解釋。因此，為了提高儲層評價和預(yù)測精度，必須對儲層后期成巖改造模式進(jìn)行研究。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要示意圖[4](有修改)Fig.1 A simplified map showing tectonic location of study area

圖2 研究區(qū)東河塘組儲層儲集物性垂向分布特征Fig.2 Vertical characteristic of reservoir quality in Donghetang Formation in study area

2 取樣及分析方法

樣品取自群苦恰克構(gòu)造帶內(nèi)的5口探井中，隸屬于泥盆系東河塘組取心段。用于鏡下觀察的樣品按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5913—2004)制成鑄體薄片，并采用茜素紅和鐵氰化鉀的復(fù)合液(質(zhì)量比為 1:5)對薄片進(jìn)行染色，以便于在鏡下區(qū)分不同類型的碳酸鹽膠結(jié)物。為了便于后期分析，進(jìn)行鏡下統(tǒng)計的樣品均為細(xì)砂巖，且分選為中等-較好，以此屏蔽粒度、分選等因素對儲層成巖特征的制約。選擇29個有代表性的分選較好的細(xì)砂巖樣，采用 X線熒光光譜儀測試方式(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5163—1995)，對黏土礦物成分及含量進(jìn)行測定；選擇20個有代表性的樣品經(jīng)新鮮破裂面鍍金之后，進(jìn)行掃描電鏡(LEO1450VP)測試。在測試過程中，具體礦物成分則通過多晶X線衍射儀(INCA ENERGY 300)確定。

3 成巖因素

3.1 碎屑礦物組分

群苦恰克構(gòu)造帶泥盆系東河塘組碎屑巖儲層巖石類型主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖(圖3)，礦物成分以石英顆粒和巖屑為主(平均含量分別為 70%和26%)，長石顆粒含量次之。其中：石英顆粒主要以單晶石英為主，鮮見多晶石英；巖屑則以火山巖巖屑為主，沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑含量相近。顆粒之間主要呈點-線接觸，東河塘組砂巖成分成熟度較高，分選、磨圓均較好；泥質(zhì)含量較低，一般為3%～5%，均值為3.4%。

巖石類型在層間(上段砂巖與下段砂巖)存在較明顯的差別。以群4井、群5-1井和群601井為例，同一單井在上段砂巖中的石英含量明顯高于下段砂巖中的石英含量，從而表現(xiàn)為群5-1井和群601井下段砂巖儲層以巖屑砂巖為主；而上段砂巖儲層則以巖屑石英砂巖為主。而在巖屑組分在不同層段之間也存在差異，主要體現(xiàn)在東河塘組下段砂巖內(nèi)的火山巖巖屑含量明顯比上段砂巖的含量高，這種物質(zhì)組分上的差別反映了層間物源的差異，并在埋藏后期造成了成巖改造的層間差異化。

3.2 成巖改造特征

3.2.1 壓實作用

東河塘組上、下2段砂巖內(nèi)顆粒的接觸類型差異明顯(圖4(a)和(b))，其中上段砂巖憑借硅質(zhì)加大邊使得碎屑顆粒之間主要呈線甚至凹凸接觸，而若以硅質(zhì)膠結(jié)前顆粒接觸狀態(tài)作為壓實效應(yīng)的強弱來進(jìn)行判斷，則顆粒之間主要呈點-線接觸，很少有凹凸接觸，而這與下段砂巖的顆粒接觸類型基本一致，整體上壓實效應(yīng)較弱，而這種較弱的壓實效應(yīng)也表明研究層段內(nèi)原始沉積組分通過壓溶作用所能提供的硅源較為有限。

3.2.2 溶蝕作用

溶蝕改造在東河塘組上下兩段砂巖內(nèi)雖然較為常見，但溶蝕的對象不同：上段砂巖溶蝕改造主要針對硅質(zhì)成分(石英)，并以石英次生加大邊的溶蝕較為常見(圖4(a))，表明上段砂巖中關(guān)鍵的溶蝕改造在成巖序列上晚于石英次生加大，而主要集中于儲層深埋藏階段(地層溫度＞70 ℃)，而另一方面也說明在該階段儲層孔隙流體曾呈現(xiàn)堿性特征[11]。至下段砂巖溶蝕改造則主要針對長石(主要是鉀長石)和巖屑(主要是火山巖巖屑)等不穩(wěn)定礦物組分進(jìn)行(圖4(c))。雖然溶蝕改造在上下兩套砂巖內(nèi)針對的對象不同，但兩者溶蝕增孔量均較小(上下段砂巖中溶蝕增孔量分別為 0.25%和

2.1%)，因此，溶蝕改造的層間差異并不是上述儲層性能層間差異的主控因素。

圖3 研究區(qū)東河塘組儲層碎屑組分特征Fig.3 Characteristic of clastic composition in Donghetang formation in study area

圖4 研究區(qū)東河塘組儲層成巖改造微觀特征Fig.4 Microscopic characteristic of diagenetic alteration in Donghetang Formation in study area

3.2.3 膠結(jié)作用

(1) 碳酸鹽膠結(jié)物。碳酸鹽膠結(jié)物(主要為白云石和鐵白云石)在研究區(qū)東河塘組上下兩段砂巖中均較為常見，但整體含量也均較少(不足2%)，而且兩者在膠結(jié)產(chǎn)狀上也基本一致，即菱形的白云石與半自形至自形的細(xì)晶鐵白云石主要呈充填孔隙的形式產(chǎn)出(圖4(c))。鐵方解石僅在個別樣品中零星可見。

(2) 黏土礦物膠結(jié)物。X線衍射分析結(jié)果表明：東河塘組儲層內(nèi)黏土礦物組合中，伊利石占據(jù)著主導(dǎo)地位。至于高嶺石和綠泥石，則含量較少(圖5)。對于伊利石來說，其在下段砂巖內(nèi)主要以石英顆粒包膜的形式產(chǎn)出，礦物形態(tài)呈蜂窩狀，且在顆粒接觸部位伊利石包膜明顯缺失(圖4(d)，(e)，(f)和(g))，表明伊利石包膜并非發(fā)育于儲層的同沉積期，也不是早期成巖階段的產(chǎn)物，而是在地層進(jìn)入埋藏階段且受到一定程度壓實之后，才開始在顆粒周圍形成包膜；而在上段砂巖內(nèi)，伊利石的產(chǎn)狀特征發(fā)生改變，主要以充填孔隙型產(chǎn)出。

圖5 研究區(qū)東河塘組儲層部分樣品黏土礦物X線衍射特征譜圖Fig.5 X-ray diffraction characteristic of clay minerals in Donghetang Formation in study area

(3) 硅質(zhì)(主要為石英)加大。研究層段內(nèi)石英次生加大程度在層間的差異十分顯著，表現(xiàn)在東河塘組上段砂巖內(nèi)，硅質(zhì)加大非常發(fā)育甚至異常強烈，硅質(zhì)膠結(jié)含量在0～6%之間(均值為3.93%)，膠結(jié)程度強烈使得原生孔隙幾乎消失(見圖4(a)和(h))。本次研究雖然沒有直接的顯微測溫數(shù)據(jù)(研究層段現(xiàn)今地層溫度在130 ℃以上)，但憑借著次生石英完好的晶型及其在碎屑顆粒接觸部位次生石英基本缺失的現(xiàn)象，可以認(rèn)定石英次生加大主要發(fā)育于埋藏成巖階段。而在下段砂巖儲層中，硅質(zhì)膠結(jié)量在0～2%之間(均值僅為0.05%)，硅質(zhì)加大零星可見。這種石英膠結(jié)效應(yīng)的強烈反差對于儲層儲集物性層間差異性的影響是至關(guān)重要的。

4 討論

4.1 儲層物性層間差異的成巖因素

研究層段層間物性差異異常強烈，而2套砂體之間石英膠結(jié)效應(yīng)的強弱是造就上述層間差異性的首要因素。由于上下兩段砂巖相隔不足50 m，地層溫度的層間差異幾乎可以忽略，由此可以認(rèn)為儲層內(nèi)硅源的供給與獲取差別是造成上述差異最重要的因素。

4.1.1 硅源的供給

儲層內(nèi)硅源的供給涉及2個方面，即內(nèi)部供給和外部供給。內(nèi)部供給主要依靠碎屑顆粒的壓溶或者溶蝕而提供硅源，而外部供給則主要通過層間或斷層的疏導(dǎo)體系由外向內(nèi)進(jìn)行硅質(zhì)運移。從研究層段內(nèi)碎屑顆粒點-線的接觸狀態(tài)(以硅質(zhì)膠結(jié)前顆粒接觸狀態(tài)作為判斷，見圖4(a)，(b)和(d))以及不穩(wěn)定碎屑顆粒較為有限的溶蝕效應(yīng)，表明研究層段內(nèi)部所能供給的硅源并不足以形成如此大規(guī)模的硅質(zhì)膠結(jié)物，因此，儲層內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)主要依賴于外部供給硅源。

4.1.2 硅源的獲取

如果石英顆粒與外來的硅源相互隔離，那么即使硅源充足，也很難在石英顆粒表面找到結(jié)核點從而形成石英膠結(jié)物。顆粒包膜則正是具有這種隔絕效應(yīng)，從而對于石英次生有著明顯抑制作用的因素[12-15]，常見的包膜類型包括微晶石英、綠泥石和瀝青[12,15-16]。本文的研究表明：伊利石包膜對于石英次生加大的抑制效應(yīng)同樣明顯，而同時這一抑制效應(yīng)成為了東河塘組上下兩段砂巖儲集物性的分水嶺，上段砂巖石英次生加大強烈發(fā)育，原生孔隙幾乎被次生石英占據(jù)殆盡，而下段砂巖石英次生加大少有發(fā)育，使得粒間孔隙除了部分被碳酸鹽膠結(jié)物所占據(jù)外，多數(shù)被保留下來，從而在現(xiàn)今儲集物性上，上下兩段砂巖表現(xiàn)出強烈的層間差異性特征。

4.2 伊利石的產(chǎn)出

伊利石次生產(chǎn)出的常見因素有兩類，即分別由蒙脫石和高嶺石轉(zhuǎn)化而來。但在低于120 ℃的溫度下，高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)換的速率極低[17]，在成巖序列上比儲層內(nèi)的大規(guī)模石英次生加大還要晚，使得其對于石英次生加大的抑制沒有太大的貢獻(xiàn)[18]。而對于蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化來說，其主要發(fā)生在 60～110 ℃環(huán)境下[19]，甚至在20～30 ℃的低溫環(huán)境(埋藏深度在500 m左右)也能發(fā)生[20]；另一方面，從微觀尺度上來看，由蒙脫石轉(zhuǎn)換而成的伊利石在礦物形態(tài)上多呈蜂窩狀，而由高嶺石轉(zhuǎn)換而成的伊利石則多呈片狀[21]，研究層段內(nèi)伊利石普遍蜂窩狀的產(chǎn)狀表明其來源自蒙脫石的轉(zhuǎn)化(見圖4(e)，(f)和(g))。但由于研究層段內(nèi)的蒙脫石幾乎完全轉(zhuǎn)換成伊利石或者其他礦物，目前尚無法得知確切的蒙脫石礦物成分。從顆粒接觸部位黏土包膜的缺失現(xiàn)象可以肯定蒙脫石亦形成于地層埋藏之后，其成因可能與儲層內(nèi)火山巖巖屑的溶蝕改造有關(guān)。

4.3 上述成巖因素的連帶效應(yīng)

除了東河塘組上下兩段儲層內(nèi)原生孔隙保存方面存在明顯差異外，上段砂巖儲層內(nèi)的裂縫(構(gòu)造縫和收縮縫)較之下段砂巖更為發(fā)育(見圖4(h))。東河塘組上段砂巖在一定程度的埋深壓實下，由于強烈的硅質(zhì)膠結(jié)，使得該段儲層的原生孔隙消失，而其巖石應(yīng)變物理屬性則趨近于剛性，呈現(xiàn)出類似灰?guī)r的剛性特征，對于外部的構(gòu)造抬升(或埋深)或深層次構(gòu)造應(yīng)變更為敏感，因此，更易于在縫隙產(chǎn)出[22]。

5 結(jié)論

(1) 群苦恰克構(gòu)造帶內(nèi)泥盆系東河塘組碎屑巖儲層性能表現(xiàn)出較強烈的層間差異性特征，即下段砂巖的儲集物性明顯優(yōu)于上段砂巖的物性，而這種差異性并非由兩者初始沉積環(huán)境之間的差異所引發(fā)。研究層段沉積埋藏之后的石英次生加大效應(yīng)在層間的強烈反差被認(rèn)定為是上述差異性的主控因素。

(2) 下段砂巖內(nèi)附著在石英顆粒表面的伊利石包膜是造成下段砂巖石英次生加大不發(fā)育的主要因素，繼而也成為掌控上述層間儲集物性層間差異性的決定因素。這種伊利石包膜則是在埋藏成巖過程中由先期形成的蒙脫石包膜經(jīng)轉(zhuǎn)化而來。

(3) 上述成巖差異不僅使下段砂巖原生孔隙多數(shù)被保存，而且也使得上段砂巖原生孔隙消失，從而使得上段砂巖這種趨近于灰?guī)r巖石物理特征的地層，對于外部的構(gòu)造抬升(或埋深)或深層次構(gòu)造應(yīng)變顯得更為敏感。因此，相對于下段砂巖來說，上段砂巖儲層內(nèi)的縫隙產(chǎn)出也更加頻繁。

致謝：本文在實驗測試過程中得到了中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所楊賽紅博士和長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院趙峰碩士的協(xié)助，在此一并表示感謝！

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