孟祥超，徐 洋，韓守華，陳能貴，鄒志文，郭華軍

（中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023）

0 引言

準噶爾盆地西北緣為新疆油田最富集的油氣聚集區(qū)之一，二疊系中、深層碎屑巖儲層為近年來的勘探熱點之一，2010～2011年，JL2井在上烏爾禾組P3w恢復試油獲高產(chǎn)油流后，該區(qū)帶尤其是東部靠近凹陷的斜坡區(qū)滾動勘探取得新進展，展示良好的勘探前景.對該區(qū)二疊系中、深層碎屑巖儲層，前人研究主要集中于儲層巖性、孔隙類型、物性特征等方面[1-4］，對主要膠結(jié)物及孔隙成因機理的分析不夠深入，尤其缺乏對沸石類礦物平面展布規(guī)律及與產(chǎn)能關(guān)系的論述.濁沸石是研究區(qū)上烏爾禾組儲層中最重要的膠結(jié)物類型，近年來，東部近斜坡區(qū)鉆遇的高產(chǎn)儲層中濁沸石膠結(jié)物含量較高，前人認為濁沸石展布受控于物源區(qū)火山碎屑物質(zhì)[5-6］，主要發(fā)育在近物源的水上沉積環(huán)境[7-8］.筆者以鑄體薄片微觀鑒定分析為基礎(chǔ)，分析不同沉積微相砂體內(nèi)發(fā)育的膠結(jié)物類型，結(jié)合區(qū)域地層及不整合面時空展布特征，認為濁沸石發(fā)育受砂體沉積微相類型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制，并對溶孔的發(fā)育程度及儲層產(chǎn)能產(chǎn)生重要影響，據(jù)此對優(yōu)質(zhì)儲層的分布范圍進行預(yù)測.

1 區(qū)域地質(zhì)概況及儲層基本特征

中拐凸起構(gòu)造位置處于準噶爾盆地西北緣克百斷裂帶東南部，東部自北向南與瑪湖凹陷、盆1井西凹陷、沙灣凹陷3個生烴中心緊鄰，位于三大生油凹陷的迎烴面方向[9-11］，構(gòu)造位置非常有利.

研究區(qū)自上而下鉆遇地層白堊系吐谷魯群（K1tg），侏羅系齊古組（J3q）、三工河組（J1s）、八道灣組（J1b），三疊系白堿灘組（T3b）、上克拉瑪依組（T2k2）、下克拉瑪依組（T2k1）、百口泉組（T1b），二疊系上烏爾禾組（P3w）、下烏爾禾組（P2w）、夏子街組（P2x）、風城組（P1f）和佳木河組（P1j）.其中，下烏爾禾組（P2w）、夏子街組（P2x）、風城組（P1f）僅發(fā)育在東部斜坡區(qū)，研究區(qū)主體部位表現(xiàn)為上烏爾禾組（P3w）與佳木河組（P1j）地層呈角度不整合接觸，東部斜坡區(qū)表現(xiàn)為上烏爾禾組（P3w）與下烏爾禾組（P2w）地層呈角度不整合接觸（見圖1）.

二疊紀以來，準噶爾盆地西北緣為繼海西運動后形成的海相—殘余海相向陸相演化的前陸盆地[12-14］，構(gòu)造巖漿活動劇烈，形成較厚的中基—中酸性火山巖、火山碎屑巖和正常陸相碎屑巖沉積，且中拐地區(qū)位于克—百斷裂帶下盤近物源區(qū)，該區(qū)二疊系地層整體成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度較低，主要以巖屑砂礫巖為主（見圖2），巖屑組分主要為中基—中酸性火山巖[15-16］.目的層上烏爾禾組儲層粒間膠結(jié)物以濁沸石為主，其體積分數(shù)為2%～8%，其次為高嶺石、硅質(zhì)及鐵方解石；孔隙類型以濁沸石溶孔、剩余粒間孔為主，次為粒內(nèi)溶孔；孔隙度主分布在10%～15%之間，滲透率主分布在（1～50）×10-3μm2之間，整體屬低孔低滲儲層.

圖1 中拐地區(qū)地層發(fā)育特征Fig.1 Stratum feature in Zhongguai region

圖2 中拐地區(qū)二疊系巖礦組分三角圖Fig.2 Triangle chart of mineral component in permian，Zhongguai region

2 濁沸石膠結(jié)及溶蝕機理

研究區(qū)上烏爾禾組母巖富含火山碎屑物質(zhì)，結(jié)合濁沸石成因的研究成果[17-18］，依據(jù)濁沸石在砂巖中的產(chǎn)狀，把中拐地區(qū)上烏爾禾組濁沸石的形成分為2個階段.第一階段為斜長石和火山物質(zhì)水化而形成的濁沸石，產(chǎn)狀主要表現(xiàn)為濁沸石沿解理交代長石顆粒或火山巖巖屑中的長石斑晶.該類產(chǎn)狀的濁沸石在研究區(qū)薄片觀察中極少見，可以推測由此機制形成的濁沸石含量很少.第二階段主要為斜長石的鈉長石化作用，產(chǎn)狀主要表現(xiàn)為充填于粒間的濁沸石膠結(jié)物.由于鈉長石化作用可提高孔隙水中鈣離子的濃度，加之有大量溶解的二氧化硅的存在，更促進濁沸石在粒間沉淀.該類產(chǎn)狀的濁沸石在研究區(qū)最為常見（見圖3），斜長石的鈉長石化作用為研究區(qū)濁沸石形成的主要成因機制.

圖3 濁沸石膠結(jié)、溶蝕及伴生礦物顯微特征Fig.3 Micro-feature of laumontite cementation-corrosion and its associated minerals

濁沸石（CaAl2Si4O12·4H2O）在砂巖中主要以膠結(jié)物形式產(chǎn)出，是一種典型的成巖自生礦物.濁沸石膠結(jié)物的形成需要堿性水介質(zhì)環(huán)境，在堿性水介質(zhì)條件下，斜長石顆粒及火山碎屑顆粒中的斜長石組分水解—濁沸石化，反應(yīng)過程中伴生鈉長石[17-18］（見圖3（a）），以鈣長石為例，反應(yīng)式：

反應(yīng)所需的Na＋、Si4＋離子由二疊系巖屑中高火山碎屑組分中的蒙脫石向伊利石、綠泥石轉(zhuǎn)化過程中大量脫水而析出[18-19］；長石組分主要來自碎屑長石顆粒及火山巖屑顆粒中的長石組分.

濁沸石是架狀含水鋁硅酸鹽礦物，｛110｝解理非常發(fā)育，遇酸極易沿濁沸石解理縫發(fā)生溶蝕，溶蝕較充分時，孔隙內(nèi)僅見濁沸石殘晶（見圖3（b）），具同一消光位.

濁沸石溶蝕需要酸性流體成巖環(huán)境，伴生礦物為自生高嶺石及硅質(zhì)、方解石（見圖3（c）和（d））.沉積巖中自生濁沸石溶解的化學方程式[18-19］：

3 濁沸石含量與溶孔、產(chǎn)能關(guān)系

對濁沸石含量—孔隙度的相關(guān)性研究表明，濁沸石含量與孔隙度之間存在一個門檻值16%，即當濁沸石體積分數(shù)小于16%時，濁沸石含量—孔隙度呈正相關(guān)，即濁沸石作為后期溶蝕的物質(zhì)基礎(chǔ)，增孔作用明顯；當濁沸石體積分數(shù)超過16%時，濁沸石含量—孔隙度之間呈明顯的負相關(guān)，此時巖石大部分被濁沸石膠結(jié)，導致后期酸性溶蝕流體難以對其進行有效溶蝕，濁沸石主要表現(xiàn)為減孔作用.研究區(qū)二疊系上烏爾禾組儲層濁沸石膠結(jié)物體積分數(shù)分布在2%～8%之間，濁沸石膠結(jié)物含量—濁沸石溶孔含量呈明顯的正相關(guān)（見圖4），即濁沸石膠結(jié)物的作用主要體現(xiàn)為抑制壓實作用、保護原生孔隙及作為后期濁沸石溶孔發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ).濁沸石膠結(jié)物的存在多保留3%～8%的孔隙度（見圖5）.

圖4 中拐地區(qū)二疊系濁沸石膠結(jié)物含量—濁沸石溶孔含量關(guān)系交匯圖Fig.4 Relation map of the content of laumontite-corrosion pore in Permian，Zhongguai region

圖5 中拐地區(qū)二疊系孔隙度—深度交匯圖Fig.5 Relation map of porosity-depth in permian，Zhongguai region

濁沸石膠結(jié)物含量與東部斜坡區(qū)儲層的產(chǎn)能也具有明顯的正相關(guān)性，產(chǎn)液達到10～20m3／d產(chǎn)能井的濁沸石膠結(jié)物含量也相應(yīng)較高，平均體積分數(shù)達4.61%（見圖6）.

圖6 中拐凸起斜坡區(qū)二疊系膠結(jié)物類型—日產(chǎn)液量對比直方圖Fig.6 Relation histogram of cement typeper production in permian，Zhongguai slope region

4 濁沸石膠結(jié)物展布規(guī)律及優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)預(yù)測

分析薄片鑒定資料及地層空間展布特征，研究區(qū)濁沸石膠結(jié)物分布受砂體沉積微相類型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制.

4.1 濁沸石垂向展布

在沉積作用下，不同沉積微相的砂體具有不同的成巖作用特征，分析中拐地區(qū)東部斜坡區(qū)上烏爾禾組砂體沉積微相與各種成巖自生礦物的展布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)成巖過程中自生礦物，尤其是濁沸石的展布受砂體沉積微相控制比較明顯，研究區(qū)二疊系地層整體屬扇三角洲前緣亞相沉積，儲層微相類型以水下分流河道砂體為主，少數(shù)河口壩砂體.薄片觀察發(fā)現(xiàn)，濁沸石含量與相帶之間關(guān)系密切，疊置的厚層主河道以濁沸石膠結(jié)為主，濁沸石體積分數(shù)一般為4%～8%，最高可達12%（見圖7）；較薄孤立的分支河道以鐵方解石、硅質(zhì)膠結(jié)為主，少量濁沸石膠結(jié)；河口壩以硅質(zhì)、鐵方解石膠結(jié)為主，罕見濁沸石膠結(jié).這主要是因為在疊置的主河道厚砂體中，河流的疊置沖刷作用強烈，后期河道沉積底部的粗粒物質(zhì)對前期河道沉積上部的細粒物質(zhì)不斷沖刷削蝕，使頂部含黑云母層的細粒層被剝蝕殆盡，層內(nèi)非均質(zhì)性弱，原生孔隙保存較多，孔隙連通性較好，孔隙水易于流通，壓實水、成巖水與斜長石離子交換能力強，易于形成濁沸石中—強膠結(jié)相；孤立的分支河道砂體因厚度較薄，平面河道改道頻繁，砂體平面連通性差，壓實水、成巖水[19］進入后流動性差，不易形成濁沸石膠結(jié)，代之以方解石、硅質(zhì)膠結(jié)，少量的濁沸石膠結(jié)物僅發(fā)育在局部較粗粒的中細砂巖中；河口壩在本區(qū)較少發(fā)育，由于孤立、層薄，成巖水、壓實水流動性差，以方解石、硅質(zhì)膠結(jié)為主.

圖7 中拐地區(qū)二疊系沉積微相-膠結(jié)物類型（φ為孔隙度，K為滲透率）Fig.7 Comprehensive map of sedimentary facies-cement type in permian，Zhongguai region

4.2 濁沸石平面展布

濁沸石膠結(jié)物的形成需要堿性水介質(zhì)環(huán)境，據(jù)研究區(qū)黏土礦物X線衍射資料（見圖8），下二疊統(tǒng)（P2w-P1j）主要以伊蒙混層＋伊利石＋綠泥石＋綠蒙混層（I／S＋I＋C＋C／S）等堿性黏土礦物組合為主，反應(yīng)堿性成巖水介質(zhì)環(huán)境；自上二疊統(tǒng)（P3w）開始，典型酸性黏土礦物高嶺石（K）開始大量出現(xiàn)，反應(yīng)成巖環(huán)境開始轉(zhuǎn)入酸性，即P3w地層本身不具備生成大量濁沸石膠結(jié)物所需的堿性水介質(zhì)條件，堿性水介質(zhì)源主要來自下伏P2w地層.本區(qū)P2w地層自東部凹陷區(qū)向西部中拐凸起呈逐層超覆展布，研究區(qū)內(nèi)P2w地層主要分布于稍遠物源區(qū)的JL2-L205一線以東區(qū)帶，該區(qū)帶內(nèi)堿性水介質(zhì)通過不整合面及斷裂自P2w地層進入P3w地層，為濁沸石膠結(jié)物的形成創(chuàng)造介質(zhì)條件.該區(qū)扇體主河道部位，濁沸石主要以中—強膠結(jié)為主，局部扇體交匯地帶，以濁沸石弱膠結(jié)為主；近物源區(qū)的K004井一線，一方面遠離P2w堿性水介質(zhì)源；另一方面顆粒邊緣多發(fā)育黏土襯邊膜，抑制濁沸石的膠結(jié)，從而導致近物源區(qū)濁沸石膠結(jié)物不發(fā)育（見圖9）.由圖9可知，濁沸石消失線大致對應(yīng)于湖岸線，即本區(qū)濁沸石膠結(jié)物主要發(fā)育于湖岸線附近及水下扇三角洲前緣相帶.

圖8 中拐地區(qū)垂向黏土礦物序列Fig.8 Vertical order of clay minerals in Zhongguai Region

濁沸石發(fā)育受砂體沉積微相類型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制，濁沸石中—強膠結(jié)帶主要分布于扇體主河道處，自東部斜坡區(qū)至西部凸起，沿3個扇體主河道逆流方向濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度逐漸減弱（見圖9）.

4.3 優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)預(yù)測

疊置的主河道砂體原生孔隙比較發(fā)育，孔隙水較易流動，與斜長石離子交換能力強，易于形成濁沸石膠結(jié)，同時濁沸石的膠結(jié)又在一定程度抑制壓實作用的進行，因此，濁沸石膠結(jié)物主要分布在疊置水下分流主河道的厚砂體內(nèi).

中拐地區(qū)上烏爾禾組主要發(fā)育濁沸石、硅質(zhì)、方解石、綠泥石、高嶺石等膠結(jié)物，其中，濁沸石是一種含水的硅鋁酸鹽礦物，其成分及晶體結(jié)構(gòu)與斜長石非常相似，以其明顯的｛110｝解理及典型的波狀消光特征區(qū)別于長石顆粒，有機酸性水容易沿其解理縫進行溶蝕，形成濁沸石溶孔.當溶蝕程度較輕時，可使?jié)岱惺饫砜p擴大；當溶蝕程度較強烈時，粒間溶孔內(nèi)僅見少量濁沸石殘晶殘留，殘晶具同一消光位.有機酸對硅酸鹽的溶解能力遠遠大于對碳酸鹽的溶解，因此，當有機質(zhì)大量生油之前脫羧基作用形成的有機酸性水進入扇三角洲前緣砂體中時，優(yōu)先溶解疊置主河道中的濁沸石膠結(jié)物，形成次生孔隙，且平面上從東部的酸源凹陷區(qū)向西部凸起方向，濁沸石的溶蝕作用逐漸減弱，從而自東部斜坡區(qū)向西部凸起區(qū)，沿3個扇體主河道逆流方向依次形成濁沸石強溶蝕帶—濁沸石中溶蝕帶—濁沸石弱溶蝕帶.后期生成的油氣沿濁沸石次生溶蝕孔隙通道向砂巖上傾方向運移、成藏，現(xiàn)今探明的油氣藏多分布在疊置主河道砂體中.

根據(jù)濁沸石膠結(jié)物平面展布范｀圍圈定有利儲層發(fā)育區(qū)（見圖9），JL2-J205一線以東、3個主扇體的水下分流河道區(qū)帶，作為溶蝕物質(zhì)基礎(chǔ)的濁沸石膠結(jié)物較發(fā)育，且平面上靠近酸源凹陷、垂向上有通源斷裂溝通，具備形成溶孔型儲層的條件，該區(qū)帶內(nèi)井控程度低，為溶孔型優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū).目前，在該有利區(qū)內(nèi)已相繼部署5口井，初步鉆探見到良好的油氣顯示，勘探潛力巨大.

圖9 中拐地區(qū)二疊系上烏爾禾組濁沸石平面展布Fig.9 Plan map of laumontite in P3w，Zhongguai Region

5 結(jié)論

（1）上烏爾禾組濁沸石膠結(jié)物含量與濁沸石溶孔含量、產(chǎn)能呈正相關(guān)，濁沸石膠結(jié)物的存在可多保留3%～8%的孔隙度，日產(chǎn)液達到10～20m3的產(chǎn)能井的濁沸石膠結(jié)物含量也相應(yīng)較高.

（2）濁沸石膠結(jié)物分布受砂體沉積微相類型、距P2w堿性水介質(zhì)源距離兩方面因素控制.疊置的主河道砂體，濁沸石以中—強膠結(jié)為主；孤立的分支河道砂體，濁沸石以中—弱膠結(jié)為主；河口壩砂體，罕見濁沸石膠結(jié).

（3）濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度與距P2w堿性水介質(zhì)源的距離密切相關(guān)，自東部斜坡區(qū)至西部凸起，沿3個扇體主河道逆流方向濁沸石膠結(jié)物發(fā)育程度逐漸減弱.

（4）JL2-J205一線以東、3個主扇體的水下分流河道區(qū)帶，濁沸石膠結(jié)物較發(fā)育，靠近酸源凹陷、有通源斷裂溝通，為濁沸石溶孔優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)，勘探潛力巨大.

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