李　玲，德勒恰提，陳春勇，譚　強，馮　偉（.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊830047;.中國石油新疆油田分公司準東采油廠，新疆阜康83500）

北三臺凸起東南緣梧桐溝組儲集層成巖演化特征

李玲1，德勒恰提1，陳春勇2，譚強2，馮偉1
（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊830047;2.中國石油新疆油田分公司準東采油廠，新疆阜康831500）

二疊系梧桐溝組是準噶爾盆地北三臺凸起重要的勘探目的層，已發(fā)現(xiàn)典型的巖性-地層油藏。綜合鑄體薄片、掃描電鏡、電子探針及X射線衍射等資料，對梧桐溝組的成巖作用進行了系統(tǒng)研究。二疊系梧桐溝組儲集層主要經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶蝕作用，目前正處于早成巖階段B期和中成巖階段A期。研究區(qū)黏土礦物以自生高嶺石和伊蒙混層為主，酸性水介質(zhì)及有機質(zhì)在成巖過程中產(chǎn)生大量酸和CO2，為長石碎屑高嶺石化創(chuàng)造了有利條件。富含火山碎屑和地溫梯度低、蒙皂石伊利石化速度慢是研究區(qū)黏土礦物富含伊蒙混層的重要原因。

準噶爾盆地；北三臺凸起；梧桐溝組；成巖演化；儲集層；黏土礦物

研究區(qū)位于準噶爾盆地北三臺凸起東南緣，吉木薩爾凹陷與阜康斷裂帶之間（圖1），面積約1 046 km2.海西運動中期，由于西地斷裂的強烈逆沖，上盤持續(xù)隆起，構(gòu)造高部位缺失中、下二疊統(tǒng)。海西運動末期，研究區(qū)才沉積了上二疊統(tǒng)梧桐溝組及三疊系上倉房溝群，梧桐溝組超覆不整合在石炭系之上，沉積厚度120~250 m，與上覆韭菜園組假整合接觸。研究區(qū)梧桐溝組儲集層為一套泛濫平原背景下的曲流河河道亞相沉積，平面上主河道沿臺8井—B5022井—B5018井—北83井—B501井一線呈近南北向展布，向東西兩側(cè)儲集層很快減薄尖滅，河道寬度約2 km，延伸長度大于6 km.研究區(qū)南部臺48井區(qū)由于接受來自南部博格達山的物源，而北部北32井區(qū)物源為北三臺凸起，具有雙物源的特點。北22井、北83井、北84井和北201井的鉆探結(jié)果證實，其含油性、產(chǎn)能與砂層主體展布密切相關(guān)，油藏明顯受巖性控制[1]。本文討論儲集層成巖作用對孔隙演化的影響過程，以期對巖性油氣藏勘探和開發(fā)提供幫助。

1　儲集層基本特征

1.1儲集層巖石學(xué)特征

研究區(qū)梧桐溝組儲集層巖性為細-中砂巖及含礫砂巖，碎屑顆粒中石英和長石含量低，平均含量分別為5.2%和8.4%。巖屑含量普遍很高，為68%~95%，平均86.4%，以凝灰?guī)r、安山巖、硅化巖、霏細巖等火山巖巖屑為主，其中凝灰?guī)r巖屑含量最高。沉積巖巖屑則主要為泥巖和硅質(zhì)巖屑。砂巖成分成熟度低，屬近物源沉積，碎屑顆粒呈次圓—棱角狀，分選中等—較差，顆粒間以點線、凹凸接觸普遍，膠結(jié)類型以孔隙及孔隙-壓嵌式為主，膠結(jié)物主要為碳酸鹽、硅質(zhì)、沸石類及鈉長石。儲集層黏土礦物以伊蒙混層為主（64.0%），其次是高嶺石（30.4%），同時含少量的伊利石（5.6%），儲集層水敏性較弱。儲集層平均孔隙度19.2%，平均滲透率5.7 mD，為中孔低滲的中等儲集層。

1.2儲集層空間類型

依據(jù)研究區(qū)梧桐溝組儲集層近150個數(shù)據(jù)點的普通薄片、鑄體薄片、熒光薄片及掃描電鏡分析得出，儲集層孔隙主要為原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙以剩余粒間孔為主，次生孔隙以溶蝕孔隙為主，其中剩余粒間孔占44.8%，次生粒間溶孔占36.4%，粒內(nèi)溶孔占9.2%，微裂縫占6.5%（圖2）。在研究區(qū)臺48井、北88井、B502井梧桐溝組儲集層剩余粒間孔較為發(fā)育。這類孔隙一般個體較大，孔隙連通性好。砂巖中的次生粒間溶孔主要由泥質(zhì)雜基溶蝕和成巖階段晚期碎屑顆粒溶解作用形成。但多數(shù)次生粒間孔在成巖晚期受到不同程度充填，如自生石英、高嶺石、早期方解石等自生礦物。喉道類型主要有孔隙縮小型、縮頸型、片狀或彎片狀以及管束狀喉道?？紫犊s小型喉道主要出現(xiàn)于剩余粒間孔中，其喉道是孔隙的縮小部分，常見顆粒支撐、漂浮狀態(tài)顆粒接觸以及無膠結(jié)物式類型。其孔隙結(jié)構(gòu)屬于孔隙大、喉道粗類型，孔喉比接近1，巖石的孔隙幾乎都是有效的；縮頸型喉道主要出現(xiàn)在粒間孔及溶蝕較強烈的地方，孔隙大、喉道細、孔喉直徑比較小，可能造成部分孔隙為無效孔隙[2]。

圖1　研究區(qū)位置

圖2　研究區(qū)儲集層空間類型分布

2　成巖作用類型

（1）壓實作用研究區(qū)梧桐溝組儲集層埋深2200~ 3 100 m，北深南淺，因而壓實作用在橫向與縱向上均有差異。研究區(qū)東南部的臺48井和臺42井梧桐溝組儲集層壓實作用較強，顆粒間以線接觸和凹凸接觸為主，可見高嶺石擠壓變形，斜長石因受擠壓沿解理縫破裂，塑性巖屑呈彎曲變形并被強烈擠入粒間孔隙中，部分形成假雜基（圖3a）。而研究區(qū)西北部的北78井、北10井儲集層壓實作用較弱，原生孔隙較發(fā)育，顆粒間點接觸和縫合線接觸[3]。研究區(qū)可塑性巖石碎屑的比例隨壓實作用增強而增大，近物源區(qū)火山碎屑巖含量高，壓實壓溶作用均較遠物源區(qū)強烈。

（2）膠結(jié)作用研究區(qū)梧桐溝組儲集層砂巖中常見的膠結(jié)物主要為方解石、不同產(chǎn)狀的各類自生黏土礦物及沸石類等。碳酸鹽膠結(jié)物比較發(fā)育，含量為2%~20%，主要為早期形成的方解石（圖3b），其充填粒間孔或交代長石碎屑，多呈它形、半自形或鑲嵌狀充填于孔洞中。碳酸鹽膠結(jié)物的發(fā)育雖然減小了粒間體積，但為后期酸性水的溶蝕作用和次生溶孔溶洞的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，因此對孔隙度降低影響不大[3]。研究區(qū)梧桐溝組儲集層普遍發(fā)育粒間充填的蠕蟲狀、不規(guī)則狀的高嶺石，平均含量30.4%，伴隨發(fā)育伊蒙混層，二者含量此消彼長。高嶺石類黏土礦物主要形成于酸性水介質(zhì)條件下埋藏成巖階段。該時期大量巖屑和少量長石遭受不同程度的溶蝕，孔隙水中鋁硅酸鹽含量增高，進而沉淀出高嶺石（圖3c）。不規(guī)則狀、似蜂巢狀伊蒙混層主要分布于顆粒表面，平均含量為64%.該類黏土礦物的成因是富含火山碎屑的砂巖中蒙皂石隨著成巖作用加強，埋深增大，逐漸轉(zhuǎn)化為伊蒙混層，其形成環(huán)境需富含鉀離子。偶見少量呈彎曲片狀的伊利石附著顆粒表面或充填于孔隙間。據(jù)薄片分析認為，黏土礦物純度較高、具良好的透明度的單礦物為自生黏土礦物，其成長可能來源于孔隙水的沉淀作用、巖石中不穩(wěn)定組分的蝕變作用等一系列水巖作用。在掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)粒狀石英晶體（圖3d），高嶺石與石英次生加大或自生石英常共生，并且石英次生加大常與長石等礦物溶解作用相伴生，且有溶解作用越強，硅質(zhì)交代作用越強的現(xiàn)象，說明硅質(zhì)膠結(jié)物的來源之一可能為長石或火山巖屑的溶解產(chǎn)物。一定量的硅質(zhì)膠結(jié)物可以增強砂巖的抗壓實強度，阻止壓實作用對原生孔隙的破壞[4]。沸石類膠結(jié)物見于富含火山碎屑的砂巖中，是火山碎屑、長石與地下水相互作用的產(chǎn)物，主要為方沸石，含量2% ~5%，研究區(qū)東南部常見。經(jīng)大量薄片觀察發(fā)現(xiàn)，沸石類膠結(jié)物周圍普遍出現(xiàn)不同程度的溶蝕現(xiàn)象，因此認為沸石類礦物的膠結(jié)作用也為后期溶蝕作用產(chǎn)生大量溶蝕孔隙提供了條件[5]。

（3）溶蝕作用研究區(qū)梧桐溝組儲集層砂巖發(fā)生溶蝕作用的物質(zhì)主要是巖屑等不穩(wěn)定的顆粒及少量長石、方解石、濁沸石和硅質(zhì)填隙物。次生孔隙發(fā)育段主要是巖屑及其膠結(jié)物發(fā)生溶蝕所致（圖3g），巖屑顆粒中含量較高的火山巖屑物質(zhì)為次生溶蝕孔隙發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；同時溶蝕作用在方解石膠結(jié)強烈的巖石中也形成了大量溶蝕孔洞。薄片照片中有證據(jù)顯示，在溶蝕帶附近，有少量碳酸鹽膠結(jié)物、長石及巖屑殘余斑點[6]。由此認為溶蝕事件是發(fā)生在大規(guī)模膠結(jié)作用之后，是形成儲集層粒間溶孔最重要的建設(shè)性成巖作用之一。

圖3　研究區(qū)二疊系梧桐溝組砂巖成巖作用微觀特征

3　成巖階段劃分

通過鑄體薄片進行統(tǒng)計，結(jié)合黏土礦物X射線衍射分析、掃描電鏡及陰極發(fā)光等資料對研究區(qū)梧桐溝組砂巖進行巖石學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)反映造巖礦物形成溫度或者形成順序并普遍分布的自生礦物有:碳酸鹽膠結(jié)物以方解石為主，少見自生沸石類礦物；硅質(zhì)膠結(jié)物以自生石英及石英次生加大為主；黏土礦物含量較少。在原生粒間孔隙中可見到自生硅質(zhì)（石英質(zhì)）膠結(jié)物，自生石英晶形好，次生加大級別較高，推斷部分已經(jīng)進入中成巖階段[7-8]。鈣質(zhì)膠結(jié)物如長石的溶蝕、板狀鈉長石化（圖3f）以及方沸石、濁沸石的分布，為成巖環(huán)境的解釋和成巖階段的劃分提供了依據(jù)。此外儲集層中自生黏土礦物種類、含量及伊蒙混層比也是該研究區(qū)劃分成巖階段和成巖序列的重要依據(jù)之一[9]（圖4）。根據(jù)砂巖中黏土礦物種類及含量，參照黏土礦物成巖演化序列，認為研究區(qū)梧桐溝組古地溫為80~110℃[10]。綜合上述分析，推斷研究區(qū)二疊系梧桐溝組經(jīng)歷了3個成巖階段，目前所處的成巖階段主要為早成巖階段B期和中成巖階段A期。

圖4　研究區(qū)二疊系梧桐溝組黏土礦物含量

3.1早成巖階段A期

由于準噶爾盆地地溫梯度較低，各類成巖演變縱向變化速度與中國東部含油氣盆地相差較大。在早成巖階段A期，主要的成巖作用為機械壓實作用，有機質(zhì)未成熟，黏土礦物以蒙皂石為主，砂巖中未見石英加大，長石溶解較少，可見早期碳酸鹽膠結(jié)，孔隙演化主要表現(xiàn)為原生孔隙的減少。隨著上覆沉積物的加厚，埋藏深度不斷增加，壓實作用逐漸增強，原始孔隙度不斷減少。

3.2早成巖階段B期

進入早成巖階段B期，受壓實作用與膠結(jié)作用的共同影響，原生孔隙開始減少，次生孔隙發(fā)育，形成原生孔隙、次生孔隙共存的局面。研究區(qū)北10井梧桐溝組砂巖中蒙皂石明顯向伊蒙混層轉(zhuǎn)化，伊蒙混層仍處于無序混層階段，混層中蒙皂石含量50%~70%（圖3e）。北78井砂巖見Ⅰ級石英次生加大現(xiàn)象，具有加大邊窄或自形晶面線性，掃描電鏡下見石英小雛晶，呈零星或相連成不完整晶面。整個研究區(qū)綠泥石含量很低，高嶺石呈蠕蟲狀普遍發(fā)育，并伴生發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)物。研究區(qū)東南部臺48井和臺42井中見有方沸石膠結(jié)物呈假六邊形充填孔隙（圖3h）。研究區(qū)西部北23井、北10井和東南部臺42井受火山碎屑顆粒的影響仍可見蒙皂石。這一階段的主要成巖事件為壓實作用繼續(xù)進行，軟顆粒受擠壓發(fā)生變形，原生粒間孔體積減小，同時巖屑中火山物質(zhì)發(fā)生硅化。

3.3中成巖階段A期

在中成巖階段A期，蒙皂石開始大量向伊利石轉(zhuǎn)變，伊蒙混層中蒙皂石含量為20%~50%，石英次生加大達到Ⅱ級，可見部分晚期亮晶方解石膠結(jié)特征，還可見自生礦物如板狀鈉長石、方沸石等充填孔隙。在有機酸的作用下，儲集層中長石等易溶鋁硅酸鹽組分的溶解繼續(xù)發(fā)生，一些長石含量極少的地層，將會發(fā)生大量火山巖巖屑的溶解，凝灰?guī)r巖屑、碎屑顆粒及粒間填隙物均發(fā)生一定程度的溶解，并出現(xiàn)碳酸鹽巖類膠結(jié)物的溶解。孔隙類型以次生孔隙為主，僅見少部分的原生孔隙。通過溶解作用釋放出的Fe3+，Al3+，Mg2+和Ca2+等堿性元素，使孔隙水由酸性變?yōu)槿鯄A性，有利于高嶺石向伊蒙混層轉(zhuǎn)化，并提供了石英次生加大的硅質(zhì)來源。研究區(qū)北88井、北10井、北78井、北23井、北83井和臺48井梧桐溝組二段砂巖中石英次生加大現(xiàn)象普遍，主要為Ⅱ級加大，呈自形晶面。由此判斷上述井區(qū)處于中成巖階段A期，這一階段的主要成巖事件有:①壓實作用使原生粒間孔大量減少；②溶蝕作用普遍發(fā)育，改善了儲集層物性；③石英次生加大達到Ⅱ級（中成巖階段A期的明顯標志，表1）。

表1　石英次生加大級別與成巖階段演化關(guān)系

3.4孔隙演化分析

通過計算研究區(qū)梧桐溝組砂巖孔隙度損失量來定性研究成巖作用。一般認為孔隙度增大是因建設(shè)性成巖作用（如溶蝕作用）而形成，而孔隙度損失是由于破壞性成巖作用而產(chǎn)生，因此孔隙演化趨勢與階段性成巖作用緊密相關(guān)。

（1）原始孔隙度的恢復(fù)儲集層中沉積物的原始孔隙度均與其顆粒的粒度、圓球度及分選性具有相關(guān)性。根據(jù)文獻［11］提供的孔隙度與分選系數(shù)資料，建立了潮濕地表環(huán)境下原始孔隙度與分選系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系:

原始孔隙度=20.91%+22.9%/分選系數(shù).（1）

根據(jù)研究區(qū)梧桐溝組砂巖樣品壓汞分析資料統(tǒng)計，梧桐溝組儲集層的平均分選系數(shù)是2.35，分選較差。按（1）式計算可得出梧桐溝組儲集層原始孔隙度平均為33.03%（表2）。

（2）孔隙度損失量定性確定儲集層在早成巖階段經(jīng)歷了機械壓實作用，顆粒受到擠壓變形，多以點-線、凹凸接觸，孔隙度在物理作用下減小。同時隨著埋深增大和溫度升高，儲集層普遍發(fā)育溶蝕作用。在顆粒緊密接觸處，石英和長石次生加大現(xiàn)象明顯，巖石顆粒之間由于石英和長石次生加大更緊密鑲嵌接觸，使原始粒間孔隙在物化作用下減少更明顯。由于研究區(qū)取心較少，僅根據(jù)實測孔隙度和面孔率來推斷孔隙損失量[12]。孔隙增生量可以認為是鑄體薄片資料中次生孔隙面孔率，計算得出研究區(qū)孔隙增生量平均為1.92%.根據(jù)前述計算，研究區(qū)原始孔隙度為33.03%，實測孔隙度為19.20%.研究區(qū)儲集層經(jīng)歷了壓實和膠結(jié)等破壞性成巖作用及溶解等建設(shè)性成巖作用后，孔隙損失量平均為12.14%（表2）。

根據(jù)以上計算結(jié)果，認為在早成巖階段A期，壓實作用為主導(dǎo)作用，碎屑顆粒重新排列并達到緊密堆積狀態(tài)，粒間孔隙體積減小。在早成巖階段B期，膠結(jié)作用占主導(dǎo)，見大量方解石膠結(jié)物，石英次生加大形成了再生式石英膠結(jié)物，蒙皂石明顯向伊蒙混層轉(zhuǎn)化，蠕蟲狀高嶺石發(fā)育，并伴生硅質(zhì)膠結(jié)物。中成巖階段A期，與油氣生成和液態(tài)窗口埋藏深度及溫度相對應(yīng)，烴源巖中有機質(zhì)分解產(chǎn)生的大量有機酸進入砂巖儲集層，孔隙流體呈酸性。在這種條件下，容易促成長石的溶解發(fā)生，同時砂巖中的方解石膠結(jié)物也發(fā)生了一定規(guī)模的溶解。不同程度的溶解作用對改善砂巖儲集層的儲集性能起到了積極的作用。

4　成巖作用影響因素

沉積相研究表明，研究區(qū)梧桐溝組為一套曲流河河道砂巖體，儲集巖性為中-細巖屑砂巖和含礫巖屑砂巖，分選中等—較差，碎屑顆粒呈次圓—棱角狀，磨圓相對較差，成分成熟度普遍較低，表明研究區(qū)距離物源區(qū)較近，搬運距離較短，沉積水動力較強。自生黏土礦物高嶺石的分布也受河道砂體展布的影響[13]。從整個研究區(qū)沉積相帶展布來看，在水動力強、泥質(zhì)含量少、粒度較粗的邊灘亞相和決口扇亞相最利于自生高嶺石發(fā)育，如北88井區(qū)、北83井區(qū)等，常呈書頁狀集合體狀或呈分散片狀，其晶體間常存在大量殘余孔隙、溶蝕孔隙和微孔隙。巖石成分是影響成巖作用另一重要因素。受博格達山構(gòu)造活動影響，二疊紀是準噶爾盆地東南緣火山活動最強烈、分布最廣泛時期，早期為基性巖漿活動開始，中期以中性巖漿噴發(fā)為主，晚期以少量酸性巖漿噴發(fā)為主。梧桐溝組沉積期為溫暖濕潤環(huán)境，植被較發(fā)育，在泛濫平原的背景下，水介質(zhì)呈酸性，該環(huán)境非常利于陸源碎屑高嶺石化。梧桐溝組黏土礦物以富含伊蒙混層為主要特征。其主要原因是，蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化需要較大埋深和較高地層溫度，而研究區(qū)地溫梯度低，因此進入中成巖階段晚期時仍以伊蒙混層為主；其次，由于研究區(qū)富含火山碎屑和凝灰物質(zhì)，也是導(dǎo)致蒙皂石的伊利石化作用一般只停留在伊蒙混層轉(zhuǎn)化階段。研究發(fā)現(xiàn)在富含火山碎屑及凝灰?guī)r的巖石中易形成方沸石[14]，大量的方沸石后期在酸性水介質(zhì)或有機酸的作用下易發(fā)生溶解作用，形成次生溶孔，為成巖作用晚期儲集物性得以改善提供條件。研究區(qū)梧桐溝組是具有次生孔隙帶發(fā)育條件的中孔低滲中等儲集層。

5　結(jié)論

（1）北三臺凸起東南緣二疊系梧桐溝組儲集層巖石類型以巖屑砂巖為主，巖石結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低，巖屑以火山巖巖屑為主（凝灰?guī)r巖屑含量最高）。梧桐溝組沉積期具有雙物源區(qū)特點。

（2）對研究區(qū)儲集層物性影響較大的成巖作用主要有機械壓實作用，碳酸鹽、硅質(zhì)及沸石類膠結(jié)物的膠結(jié)作用，巖屑等不穩(wěn)定顆粒及填隙物的溶蝕作用。其中孔隙度減小的主要原因是壓實作用，而后期發(fā)生的溶蝕作用對孔隙度有較為明顯的改善。目前研究區(qū)梧桐溝組砂巖成巖階段處于早成巖階段B期和中成巖階段A期。

（3）研究區(qū)成巖作用下黏土礦物以富含自生高嶺石、伊蒙混層為主。富含高嶺石的最主要原因，一是在酸性水介質(zhì)下，長石或者酸性巖屑容易發(fā)生蝕變，生成高嶺石；二是有機質(zhì)在成巖過程中產(chǎn)生大量酸和CO2，為長石碎屑高嶺石化創(chuàng)造了有利的條件。富含火山碎屑和地溫梯度低、蒙皂石伊利石化速度慢是研究區(qū)黏土礦物富含伊蒙混層的兩個重要原因。

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Diagenetic Evolution of Wutonggou Reservoir in Southeastern Margin of Beisantai Swell, Junggar Basin

LI Ling1,Delaqiati1,CHEN Chunyong2,TAN Qiang2,FENG Wei1
(1.College of Geology and MiningEngineering,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang 830047,China; 2.ZhundongProduction Plant,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Fukang,Xinjiang 831500,China)

The Permian Wutonggou formation is an important target zone for petroleum exploration in Beisantai swell of Junggar basin,and typical litho?stratigraphic reservoir has been found in it.Based on the analyses of core and sedimentary facies,combined with cast thin sec?tion,SEM,electron micro?probe and X?ray diffraction data,a systematic study of the diagenesis of the Wutonggou formation is presented in this paper.The Wutonggou reservoir underwent compaction,cementation and dissolution,and is in stage between early diagenetic period B and mid?diagenetic period A.The clay minerals in the study area are dominated by authigenic kaolinite and illite/smectite,and the acidic aqueous media and organic matter produce large amount of acid and CO2during diagenesis,which create favorable conditions for detrital feldspar kaolinization.The rich volcanic debris and low geothermal gradient as well as low speed of smectite illitization are the major rea?sons for rich illite/smectite in the clay minerals.

Junggar basin;Beisantai swell;Wutonggou formation;diagenetic evolution;reservoir;clay mineral

TE112.221

A

1001-3873（2015）04-0409-06

10.7657/XJPG20150406

2014-12-12

2015-04-20

新疆維吾爾自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新項目（XJGRI2013041）

李玲（1989-），女，新疆庫爾勒人，碩士研究生，礦產(chǎn)普查與勘探，（Tel）18699631819（E-mail）81922698@qq.com.