陳波，尤新才，張銀，張順存，史基安

瑪南地區(qū)烏爾禾組成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

陳波1，2*，尤新才3，張銀4，張順存1，史基安1

1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京石景山100049；3.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000；4.中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依834000

利用巖芯觀察、鑄體薄片鑒定、掃描電鏡、X衍射分析方法并結(jié)合測(cè)錄井等資料，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)集巖以礫巖為主，發(fā)育少量砂巖，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。目前研究區(qū)儲(chǔ)層成已處于中成巖階段B期，成巖作用復(fù)雜，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，其中壓實(shí)作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的孔隙破壞性最大，是導(dǎo)致儲(chǔ)層低孔低滲的根本原因；膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響具有雙面性，膠結(jié)物的發(fā)育一方面減少了儲(chǔ)層孔隙度，但亦在一定程度上抵御了壓實(shí)應(yīng)力，并為后期溶蝕作用的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；研究區(qū)儲(chǔ)層埋藏較深，經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)和膠結(jié)作用，儲(chǔ)層物性差，而溶蝕作用形成的次生孔隙有效地改善了儲(chǔ)層物性，是研究區(qū)在低孔低滲背景下形成局部相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要途徑。

準(zhǔn)噶爾盆地；瑪南地區(qū)；二疊系；烏爾禾組；成巖作用；儲(chǔ)層物性

引言

準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)重要的大型含油氣盆地之一，盆地西北緣是該盆地中油氣最富集、勘探程度最高的地區(qū)，該區(qū)可劃分為西北緣斷階帶、中拐凸起、瑪湖凹陷西斜坡和昌吉凹陷西斜坡等幾個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元［1-2］。多年的勘探實(shí)踐表明，瑪湖凹陷西斜坡區(qū)由于緊鄰生烴凹陷，構(gòu)造位置有利，成藏條件優(yōu)越，成為油氣勘探的有利區(qū)帶，前期在瑪湖凹陷西斜坡區(qū)取得了良好的勘探效果。近年來(lái)，隨著準(zhǔn)噶爾盆地石油勘探開(kāi)發(fā)研究的深入，勘探層位由淺層的侏羅系、三疊系逐漸拓展到二疊系，但在準(zhǔn)噶爾盆地以往的研究中，目的層多集中在侏羅系，而對(duì)于二疊系的研究，且大多集中于不整合與油氣成藏、斷裂活動(dòng)及其沉積響應(yīng)方面的研究［3-4］，前期勘探成果表明瑪湖凹陷西斜坡區(qū)南坡（簡(jiǎn)稱(chēng)瑪南地區(qū)）區(qū)域勘探程度和研究程度較低，勘探潛力巨大，是盆地增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要地區(qū)?，斈系貐^(qū)二疊系自下而上分為佳木河組（P1j）、風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）、下烏爾禾組（P2w）和上烏爾禾組（P3w），其中烏爾禾組為重要的油氣勘探層位，為此，筆者通過(guò)鉆井巖芯、鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射及測(cè)錄井資料等，對(duì)瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期為該區(qū)域油氣的勘探開(kāi)發(fā)及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)提供一定的地質(zhì)理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地在晚石炭世-二疊紀(jì)，由于哈薩克斯坦板塊和準(zhǔn)噶爾板塊碰撞，形成了西準(zhǔn)噶爾盆地邊界山脈，其前緣形成了碰撞前陸凹陷，并開(kāi)始推覆活動(dòng)，早期在凹陷內(nèi)沉積了下石炭統(tǒng)二疊系，晚期推覆體進(jìn)一步活動(dòng)，并推覆于中二疊統(tǒng)夏子街組、烏爾禾組之上，加速了有機(jī)質(zhì)的成烴過(guò)程，為西北緣油氣來(lái)源奠定了基礎(chǔ)，瑪湖凹陷內(nèi)的多套烴源巖為烏爾禾儲(chǔ)集層提供了豐富的油源，且烏爾禾組圈閉類(lèi)型多樣，蓋層發(fā)育穩(wěn)定，成藏配置較好［5-6］。

烏爾禾組內(nèi)部?jī)?chǔ)蓋組合配置良好、縱向上多層含油、平面上廣泛成藏，存在東北、西北兩大物源體系（不同母巖類(lèi)型），西北物源體系可以細(xì)分出紅山嘴、黃羊泉、夏子街三大物源，東北可以分出瑪東、夏鹽兩大物源，儲(chǔ)層的形成條件和物源區(qū)具有多樣性［4-5］，瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組處于克百斷裂帶與中拐凸起之間（圖1），儲(chǔ)集空間復(fù)雜，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The location of the research area

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層10余口鉆井巖芯資料的詳細(xì)觀察描述和對(duì)200多張巖石薄片、鑄體薄片的鑒定分析，綜合錄井資料和測(cè)井資料，分析表明，瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組巖性主要為礫巖和砂巖，其中礫巖占77.31%。礫巖以灰色、灰綠色的砂礫巖和小礫巖為主，發(fā)育少量的砂質(zhì)不等粒小礫巖、砂質(zhì)礫巖等，礫巖中以凝灰?guī)r為主的火山巖類(lèi)巖屑含量較高，石英和長(zhǎng)石含量低，成分成熟度較低；礫石磨圓中等，多為次棱角狀——次圓狀（圖2a），分選較差，結(jié)構(gòu)成熟度較低；砂巖主要發(fā)育中砂巖和細(xì)砂巖，多呈灰色，砂巖類(lèi)型以巖屑砂巖為主，偶見(jiàn)少量長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖；碎屑組分中，石英含量1.00%～36.00%，平均8.24%，長(zhǎng)石含量1.00%～34.00%，平均11.24%，巖屑含量43.00%～96.00%，平均80.53%，填隙物中膠結(jié)物平均含量較雜基高，以泥質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)和方解石膠結(jié)為主，硅質(zhì)膠結(jié)較少（圖2b）；瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征反映出研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層具有近物源快速沉積的特點(diǎn)。

圖2 瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組巖石學(xué)特征Fig.2 The petrologic characteristics of Permian Urho Formation in Manan Region

3 成巖作用類(lèi)型及特征

碎屑巖儲(chǔ)層物性主要受到沉積作用和成巖作用控制，沉積作用控制著儲(chǔ)層物性的平面分布，而成巖作用控制著儲(chǔ)層物性在縱向上的演化，是決定砂體能否最終成為有效儲(chǔ)集體的關(guān)鍵［7-8］。對(duì)研究區(qū)取芯井巖芯的掃描電鏡、鑄體薄片分析表明，研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷了較為復(fù)雜的成巖作用，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，交代作用及重結(jié)晶作用在研究區(qū)相對(duì)不發(fā)育。

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是沉積物固結(jié)成巖的主要作用之一，沉積物在埋藏過(guò)程中，由于上覆沉積物不斷堆積，地層靜負(fù)荷壓力增大，壓實(shí)應(yīng)力使疏松沉積物排出粒間水，孔隙體積縮小［9］。壓實(shí)作用包括機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)（壓溶作用），在埋藏較淺或成巖早期階段，機(jī)械壓實(shí)對(duì)儲(chǔ)層的影響明顯，在埋藏較深或成巖晚期階段，壓溶作用逐漸起主導(dǎo)作用。研究區(qū)儲(chǔ)層壓實(shí)作用在鏡下常表現(xiàn)如圖3所示。

圖3 瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組壓實(shí)作用特征圖Fig.3 The compaction characteristics of Permian Urho Formation in Manan Region

（1）碎屑顆粒在壓實(shí)作用下發(fā)生錯(cuò)位和定向排列，石英、長(zhǎng)石和重礦物等部分剛性碎屑顆粒被壓裂，表面存在脆性裂紋（圖3a）。

（2）儲(chǔ)層中的塑性顆粒，如黑云母、泥質(zhì)巖屑、千枚巖屑等在壓實(shí)應(yīng)力下易發(fā)生彎曲變形而擠入孔隙喉道中呈假雜基現(xiàn)象。

（3）隨壓實(shí)作用的增強(qiáng)，碎屑顆粒接觸方式由點(diǎn)接觸逐漸變?yōu)榫€(xiàn)接觸，甚至出現(xiàn)凹凸接觸（圖3b）。

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用可發(fā)生在成巖作用的各個(gè)階段，并且具有現(xiàn)世代性的特點(diǎn)［10］。研究區(qū)的膠結(jié)類(lèi)型多樣，以碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)、沸石類(lèi)膠結(jié)等類(lèi)型為主。

3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)

瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組碳酸鹽膠結(jié)物較為常見(jiàn)，主要發(fā)育方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石以及部分菱鐵礦和高鎂方解石等。菱鐵礦和高鎂方解石主要為早成巖期產(chǎn)物，呈集合體狀、包膜狀，部分因重結(jié)晶作用而呈粉晶、細(xì)晶狀［11］；成巖早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物晶形較小，主要為方解石、白云石，多呈斑塊狀，成巖中后期形成的碳酸鹽膠結(jié)物晶形較大，常呈星點(diǎn)狀、鑲嵌狀充填于粒間孔隙間，多含鐵，以鐵方解石、鐵白云石為主，鑄體薄片下呈暗紅色（圖4a）。

圖4 瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組膠結(jié)作用特征圖Fig.4 The cementation characteristics of Permian Urho Formation in Manan Region

3.2.2 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)儲(chǔ)層中硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英次生加大和自生石英晶體的形式生長(zhǎng)于孔隙壁和粒間孔隙內(nèi)。以往的研究中，通常認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)物SiO2來(lái)源于壓溶作用或者長(zhǎng)石的溶解和黏土礦物的相互轉(zhuǎn)化［12-13］，在研究區(qū)儲(chǔ)層巖芯薄片中，只在局部觀察到壓溶現(xiàn)象，而在掃描電鏡下常見(jiàn)石英次生加大或自生石英與長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象共生（圖4b），因此，研究區(qū)儲(chǔ)層中SiO2主要源自長(zhǎng)石在酸性介質(zhì)條件下的高嶺石化。

3.2.3 黏土礦物膠結(jié)

X衍射分析表明，研究區(qū)儲(chǔ)層黏土礦物普遍發(fā)育，常見(jiàn)的黏土礦物有綠泥石、高嶺石、伊蒙混層和伊利石膠結(jié)物等（表1）。成巖早期形成的綠泥石多呈微細(xì)葉狀垂直于碎屑顆粒表面生長(zhǎng)，形成襯邊膠結(jié)，成巖中后期綠泥石多呈纖維狀充填于粒間孔隙中；在酸性介質(zhì)環(huán)境下，研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石顆粒和易溶巖屑發(fā)生溶蝕作用形成高嶺石，掃描電鏡下，高嶺石多呈蠕蟲(chóng)狀或書(shū)頁(yè)狀集合體充填于粒間孔隙和溶蝕孔隙中，并常和自生石英相伴生（圖4c、圖4d）；高嶺石在富含Ca2+的環(huán)境下向蒙脫石轉(zhuǎn)化，形成伊/蒙混層，伊/蒙混層是蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物，在富含K+的環(huán)境下，轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?，隨著埋藏深度和地溫增大，伊利石含量變高。

表1 二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層黏土礦物X衍射分析Tab.1 The X-ray diffraction analysis of authigenic clay mineral in Permian Urho Formation

3.2.4 沸石類(lèi)膠結(jié)

沸石類(lèi)膠結(jié)物的形成與分布和火山物質(zhì)有著密切的關(guān)系［14］，研究區(qū)碎屑巖物源搬運(yùn)距離較近，儲(chǔ)層中凝灰質(zhì)等火山碎屑含量較高，在埋藏成巖過(guò)程中，在孔隙流體作用下火山物質(zhì)的溶解提供了沸石類(lèi)膠結(jié)物形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。在西北緣二疊系儲(chǔ)層中，沸石類(lèi)礦物以膠結(jié)物和裂隙充填物的形式產(chǎn)出，普遍見(jiàn)于粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙中［15］，瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組沸石類(lèi)膠結(jié)物類(lèi)型有濁沸石、方沸石、片沸石等，常呈纖維狀、片狀形式沿著碎屑顆粒邊緣生長(zhǎng)或以晶粒狀、馬牙狀形式充填于孔隙空間中（圖4d）。

3.3 溶蝕作用

當(dāng)儲(chǔ)層中存在一定量的可溶蝕組分，在具有合適的流體介質(zhì)環(huán)境以及一定的流體運(yùn)移通道的條件下，碎屑巖中的碎屑顆粒、膠結(jié)物及可溶雜基都可發(fā)生溶蝕作用而產(chǎn)生次生孔隙。在成巖作用中后期，有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟過(guò)成熟階段，地層中有機(jī)質(zhì)在較高的溫壓條件下產(chǎn)生大量的有機(jī)酸和CO2，地層流體pH值降低，孔隙流體介質(zhì)呈酸性，在酸性流體介質(zhì)下，長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定顆粒以及膠結(jié)物和易溶雜基發(fā)生溶蝕作用。瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層溶蝕對(duì)象主要為長(zhǎng)石、巖屑、黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)物，長(zhǎng)石顆粒多沿解理縫溶蝕，形成斑點(diǎn)狀、港灣狀的粒內(nèi)溶孔，溶蝕強(qiáng)烈時(shí)在掃描電鏡下可見(jiàn)長(zhǎng)石被溶蝕成蜂窩狀（圖5a）；巖屑顆粒邊緣發(fā)生溶蝕時(shí)常形成不規(guī)則狀的粒間擴(kuò)大孔（圖5b），碎屑顆粒局部發(fā)生溶蝕時(shí)則易形成長(zhǎng)條狀、斑點(diǎn)狀的粒內(nèi)溶孔，顆粒發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕時(shí)碎屑顆粒整體被溶蝕從而形成鑄?？祝惶妓猁}、黏土礦物和沸石類(lèi)等膠結(jié)物在溶蝕作用下多形成填隙物溶孔及晶間孔。

圖5 瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組溶蝕作用特征圖Fig.5 The dissolution characteristic of Permian Urho Formation in Manan Region

4 成巖階段序列劃分及孔隙演化

根據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟度、儲(chǔ)層顆粒接觸特征、自生黏土礦物組合特征、孔隙組合類(lèi)型等成巖作用特征參數(shù)，對(duì)瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組碎屑巖的成巖演化階段序列進(jìn)行了劃分：研究區(qū)鏡質(zhì)體反射率Ro值在1.7%～2.0%，有機(jī)質(zhì)演化處于高成熟階段；研究區(qū)儲(chǔ)層埋藏較深，普遍埋藏于3 800 m以下，碎屑顆粒以線(xiàn)接觸為主，部分顆粒呈凹凸?fàn)罱佑|；自生黏土礦物中出現(xiàn)少量鐵方解石、鐵白云石等中晚期碳酸鹽膠結(jié)物，高嶺石、伊利石和沸石類(lèi)膠結(jié)物等自生黏土也較常見(jiàn)；研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型多樣，以次生孔隙為主，其原因?yàn)樵趶?qiáng)壓實(shí)作用下，原生孔隙基本消失殆盡，成熟-過(guò)成熟階段的有機(jī)質(zhì)在高溫壓條件下發(fā)生脫羧作用，使儲(chǔ)層流體介質(zhì)pH值降低呈酸性，長(zhǎng)石顆粒、自生黏土礦物及儲(chǔ)層中的火山巖巖屑易發(fā)生溶蝕作用而產(chǎn)生次生孔隙，主要包括粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔，同時(shí)研究區(qū)儲(chǔ)層中發(fā)育少量的微裂縫和晶間微孔；綜合上述成巖作用特征，確定研究區(qū)儲(chǔ)層主要處于中成巖階段B期（圖6）。

通過(guò)薄片觀察和掃描電鏡下各類(lèi)成巖現(xiàn)象的分析，結(jié)合成巖作用特征及自生黏土礦物成因，厘定了研究區(qū)儲(chǔ)層成巖作用序列：壓實(shí)作用?→早期綠泥石膜形成?→早期泥晶方解石膠結(jié)物沉淀?→石英次生加大?→烴類(lèi)充注?→長(zhǎng)石顆粒溶蝕?→自生高嶺石形成?→方解石及沸石類(lèi)膠結(jié)物溶蝕?→晚期鐵方解石、鐵白云石充填；研究區(qū)儲(chǔ)層隨著埋藏的加深和成巖作用的加劇，孔隙空間大致經(jīng)歷了原生孔隙發(fā)育?→原生孔隙迅速減少?→混合孔隙發(fā)育?→次生孔隙發(fā)育?→次生孔隙減少的過(guò)程；綜上，建立了研究區(qū)的成巖階段序列及孔隙演化模式圖（圖6）。

圖6 瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層成巖序列及孔隙演化圖Fig.6 Diagenetic sequences and porosity evolution of Permian Urho Formation in Manan region

5 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

碎屑巖儲(chǔ)層物性主要受到沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用的控制，成巖作用直接控制孔隙演化，是決定砂體能否最終成為有效儲(chǔ)集體的關(guān)鍵［16-17］。成巖作用是瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組形成中低滲儲(chǔ)層的主要成因，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響作用不盡相同。

5.1 壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

碎屑沉積物的粒間孔隙在壓實(shí)應(yīng)力的作用下迅速降低，儲(chǔ)層物性變差。隨著埋藏深度的增加，壓實(shí)作用加強(qiáng)，在成巖早期或埋藏較淺的階段以機(jī)械壓實(shí)為主，前人研究［18］認(rèn)為，機(jī)械壓實(shí)作用影響的最大埋藏深度為2 500 m左右，隨著埋藏深度的增加和成巖作用的加劇，機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層影響逐漸減弱，壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響增強(qiáng)。

瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組平均埋深在3 500 m左右，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞明顯，碎屑顆粒接觸方式以線(xiàn)接觸為主，部分出現(xiàn)凹凸接觸（圖3b），壓實(shí)程度較強(qiáng)；研究區(qū)儲(chǔ)層中含有較多的火山巖類(lèi)巖屑和泥質(zhì)雜基，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低，火山巖巖屑在壓實(shí)應(yīng)力下易發(fā)生彎曲變形而擠入孔喉中，占據(jù)了粒間孔隙使原生孔隙體積迅速減小，泥質(zhì)雜基在一定程度上抑制了碳酸鹽類(lèi)等早期膠結(jié)物的發(fā)育，導(dǎo)致在成巖作用早期，由于沉積物缺少了作為支撐骨架的碳酸鹽類(lèi)等早期膠結(jié)物的支撐，使得壓實(shí)作用更易破壞沉積物中的原生孔隙，造成原生孔隙度下降［19］；此外，由于泥質(zhì)雜基的潤(rùn)滑作用，碎屑沉積物易被迅速壓實(shí)，加大了壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞力，此時(shí)砂礫巖儲(chǔ)層的孔隙度一般小于10%，滲透率小于1 mD。通過(guò)對(duì)二疊系烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層的顯微觀察和砂礫巖儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合Houseknecht D W在1987年［20］提出的壓實(shí)作用、膠結(jié)作用與粒間孔隙體積損失的關(guān)系圖，可定量評(píng)價(jià)研究區(qū)儲(chǔ)層原生粒間孔隙體積在壓實(shí)作用下的損失量，結(jié)果表明，壓實(shí)作用造成研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層的孔隙度損失量可達(dá)2.0%～34.0%，平均27.6%，為儲(chǔ)層原始孔隙損失的主要因素（圖7）。

圖7 烏爾禾組壓實(shí)及膠結(jié)作用對(duì)粒間孔隙損失關(guān)系圖Fig.7 Plot of intergranular volume versus compaction and cement for Urho Formation in Manan Region

5.2 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

膠結(jié)作用是沉積物轉(zhuǎn)變成沉積巖的重要作用，也是使儲(chǔ)層孔隙度和滲透率降低的主要原因之一［21］。膠結(jié)物在成巖過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具有雙面性，首先，膠結(jié)物充填于部分粒間孔隙中，減少了儲(chǔ)層孔隙度，對(duì)儲(chǔ)層物性起到了破壞作用，但是在成巖作用早期的膠結(jié)物（如碳酸鹽膠結(jié)物和部分自生黏土礦物）可以對(duì)碎屑顆粒起到支撐作用，抵御了部分壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞，成巖中后期，在一定的孔隙流體環(huán)境下，膠結(jié)物作為可溶組分，為后期溶蝕作用的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層膠結(jié)物類(lèi)型有碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、沸石類(lèi)膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)等。碳酸鹽類(lèi)膠結(jié)物在研究區(qū)儲(chǔ)層中普遍發(fā)育，可形成于成巖作用的各個(gè)時(shí)期，成巖早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物晶形較小，對(duì)儲(chǔ)層孔隙空間的影響較小且可作為骨架顆粒減少了壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞，對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)存在一定的積極意義，而研究區(qū)儲(chǔ)層目前已處于中成巖B期，以發(fā)育晶形較大的碳酸鹽膠結(jié)物為主，對(duì)孔隙空間的占據(jù)明顯，破壞了儲(chǔ)層物性；研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物多以石英次生加大的形式產(chǎn)出，沸石類(lèi)膠結(jié)物常呈纖晶粒狀、馬牙狀充填形式產(chǎn)出，兩類(lèi)膠結(jié)物以不同的產(chǎn)出形式充填于孔隙和喉道中，將原本連通的孔喉分割成孤立的孔喉系統(tǒng)，喉道多變成彎片狀和縮頸狀，改變了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，降低了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。

不同黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性影響作用相去甚遠(yuǎn)，通過(guò)研究分析黏土礦物含量與孔隙度之間的關(guān)系，表明綠泥石和高嶺石含量和孔隙度大小成正相關(guān)性，而伊/蒙混層與伊利石含量和孔隙度大小呈明顯的負(fù)相關(guān)性（圖8）。綠泥石膠結(jié)物主要形成于早成巖時(shí)期［22］，早期綠泥石常沿粒間孔隙表面襯邊膠結(jié)，抵御了壓實(shí)作用對(duì)原生孔隙的破壞，另一方面，綠泥石薄膜的存在有效地抑制了自生石英的形成和次生石英加大，從而利于原生粒間孔隙的保存；高嶺石形成于酸性介質(zhì)環(huán)境下，前人研究認(rèn)為［23-24］，高嶺石通常是長(zhǎng)石溶解和次生孔隙發(fā)育的指示礦物，因而高嶺石含量越高儲(chǔ)層物性一般越好；伊/蒙混層是蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物，大多呈片狀和纖維狀，其大量發(fā)育可以堵塞孔隙喉道，降低儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率，隨著地層壓力的增大和溫度的升高，地層中K+含量逐漸增加，伊/蒙混層會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?，伊利石較其他自身黏土礦物在孔隙空間生長(zhǎng)過(guò)程中延伸距離遠(yuǎn)，常呈針絲狀和毛發(fā)狀大量的充填于細(xì)小孔喉中，嚴(yán)重地破壞了儲(chǔ)層物性。瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層中的碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、伊/蒙混層及伊利石膠結(jié)物是造成儲(chǔ)層物性變差的主要膠結(jié)物，膠結(jié)作用造成原生孔隙的損失達(dá)1.0%～30.0%，平均12.6%（圖8），總體上，研究區(qū)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙的破壞程度較壓實(shí)作用小。

圖8 黏土礦物含量與孔隙度關(guān)系圖Fig.8 Relationship between clay content and porosity of Urho Formation in Manan Region

5.3 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

在一定的孔隙流體介質(zhì)條件下，儲(chǔ)層中的碎屑顆粒、膠結(jié)物、易溶雜基都可發(fā)生不同程度的溶蝕作用，溶蝕作用是形成次生孔隙，改善儲(chǔ)層物性的主要因素，尤其是對(duì)埋藏較深，壓實(shí)、膠結(jié)作用強(qiáng)烈的低孔低滲儲(chǔ)層，是其在低孔低滲背景下形成局部相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要途徑。

瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，長(zhǎng)石、巖屑含量較高，分選差，常見(jiàn)雜基和膠結(jié)物，長(zhǎng)石、巖屑及雜基等可溶物質(zhì)的普遍發(fā)育為后期溶蝕作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；研究區(qū)儲(chǔ)層已經(jīng)進(jìn)入中成巖階段B期，鏡質(zhì)體反射率Ro值在2.0%左右，有機(jī)質(zhì)演化處于高成熟階段，高溫高壓下有機(jī)質(zhì)向烴類(lèi)轉(zhuǎn)化過(guò)程中易發(fā)生脫羧作用，從而產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，使地層孔隙流體介質(zhì)呈酸性；在酸性流體介質(zhì)條件下，儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石等碎屑顆粒、火山巖巖屑、雜基、碳酸鹽膠結(jié)物及沸石類(lèi)膠結(jié)物等可溶組分發(fā)生溶蝕作用，形成了大量的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，改善了儲(chǔ)層物性；研究區(qū)儲(chǔ)層埋藏較深，經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)和膠結(jié)作用，通過(guò)對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層135個(gè)樣品的實(shí)測(cè)物性資料統(tǒng)計(jì)分析，表明烏爾禾組儲(chǔ)層孔隙度主要分布于2%～14%，滲透率主要集中于0.007～45.000 mD，屬于低孔低滲儲(chǔ)層，研究區(qū)儲(chǔ)層在經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用后原生孔隙基本消失殆盡，儲(chǔ)層物性差，孔隙度隨著埋藏深度的增加呈明顯的減少趨勢(shì)，但在埋深4 200 m下烏爾禾組（P2w）處存在一個(gè)明顯的溶蝕次生孔隙發(fā)育帶（圖9），顯然其孔隙度值明顯高于正常壓實(shí)和膠結(jié)作用值，溶蝕作用改善了儲(chǔ)層的物性，對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成具有積極作用。

圖9 瑪南地區(qū)烏爾禾組孔隙度與深度關(guān)系圖Fig.9 Relationship between porosity and depth of Urho Formation in Manan Region

6 結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地瑪南地區(qū)二疊系烏爾禾組儲(chǔ)層巖性以灰色及灰綠色的礫巖為主，其次發(fā)育少量砂巖，儲(chǔ)層中石英和長(zhǎng)石含量低，巖屑含量高，成分成熟度較低；碎屑巖顆粒磨圓中等，填隙物中膠結(jié)物含量較高，分選較差，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟低較低，反映了研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層具有近物源快速沉積的特點(diǎn)。

（2）研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷了較為復(fù)雜的成巖作用，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用，根據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟度、自生黏土礦物組合特征、孔隙組合類(lèi)型等成巖作用特征參數(shù)，確定研究區(qū)儲(chǔ)層主要處于中成巖階段B期，并結(jié)合成巖作用現(xiàn)象分析、自生黏土礦物成巖特征及孔隙類(lèi)型變化情況，厘定了儲(chǔ)層成巖作用階段序列及孔隙演化模式。

（3）不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響作用不同，壓實(shí)作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的孔隙破壞性最大且這種破壞作用是不可逆的；膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響具有雙面性，膠結(jié)物的發(fā)育占據(jù)了砂礫巖的粒間孔隙空間，減少了儲(chǔ)層孔隙度，但亦在一定程度上抵御了壓實(shí)應(yīng)力，在成巖中后期，膠結(jié)物作為可溶組分，為后期溶蝕作用的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；研究區(qū)儲(chǔ)層埋藏較深，經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)和膠結(jié)作用，儲(chǔ)層物性差，而溶蝕作用形成的次生孔隙改善了儲(chǔ)層物性，是研究區(qū)在低孔低滲背景下形成局部相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要途徑。

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史基安，1958年生，男，漢族，上海人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)、油氣地質(zhì)學(xué)等方面的研究。E-mail：jashi@lzb.ac.cn

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Effects of Diagenesis and Reservoir of the Urho Formation in Manan Region

CHEN Bo1，2*，YOU Xincai3，ZHANG Yin4，ZHANG Shuncun1，SHI Jian1

1.Provincial Key Laboratory of Petroleum Resources，Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou，Gansu 730000，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；4.Engineering Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China

Usingcoreobservation，castingthinsectionsidentification，scanningelectronmicroscopy（SEM），X-raydiffraction analysis method with logging and mud logging data，the characteristics of reservoir sandstone，diagenesis and its influence on reservoir physical property of the Permian Urho Formation in Manan region，Junggar Basin were studied.The results show that the reservoir rock types in the study area are mainly conglomerate，and a small amount of sandstone；reservoir compositional maturity and textural maturity are low.At present，the reservoir in the study area is mainly at the middle diagenetic stage B period，and reservoir experienced complicated diagenesis；the main diagenesis that has a greater influence on the reservoir property includes compaction，cementation and dissolution；the compaction effect of the reservoirs in the study area is the most devastating，being root of low porosity and low permeability reservoirs；cementation has two-sided influence on reservoir on the one hand.On the other hand，cement reduces the reservoir porosity，but also resists the compaction stress to a certain extent，and provides the material foundation for the later dissolution.The reservoir in the study area is deeply buried，and has experienced strong compaction and cementation.Therefore，reservoir property is poor，but is improved by the dissolution of secondary pore，which is an important approach to relatively high quality reservoirs in the study area under the background of low porosity and low permeability.

Junggar Basin；Manan region；Permian；Urho Formation；diagenesis；reservoir property

陳波，1985年生，男，漢族，浙江衢州人，博士研究生，主要從事油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)及油氣藏開(kāi)發(fā)研究。E-mail：cbo-11@163.com

尤新才，1982年生，男，漢族，江蘇泰興人，工程師，主要從事石油地質(zhì)勘探研究。E-mail：youxc@petrochina.com.cn

張銀，1987年生，女，漢族，陜西咸陽(yáng)人，碩士，主要從事油田地面工程方案的編制與研究工作。E-mail：zyin66@petrochina.com.cn

張順存，1973年生，男，漢族，甘肅定西人，副研究員，主要從事油氣儲(chǔ)層沉積學(xué)研究。E-mail：zhangshuncun@126.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2014.05.29.03

1674-5086（2016）01-0010-11

TE122

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150921.0810.026.html

陳波，尤新才，張銀，等．瑪南地區(qū)烏爾禾組成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，38（1）：10-20．

CHEN Bo，YOU Xincai，ZHANG Yin，et al．Effects of Diagenesis and Reservoir of the Urho Formation in Manan Region［J］．Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（1）：10-20．

2014-05-29網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-09-21

陳波，E-mail：cbo-11@163.com

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2011CB201104）；國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2011ZX05000-01-06）；甘肅省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)（1309-RTSA041）。