肖冬生, 陳 旋, 楊 帥, 文川江, 張 華, 雷 濤

(1.中國石油吐哈油田公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009；2.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；3.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

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新疆紅連地區(qū)七克臺組儲層成巖作用與成巖相

肖冬生1, 陳 旋1, 楊 帥2, 文川江1, 張 華1, 雷 濤3

(1.中國石油吐哈油田公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009；2.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；3.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

吐哈盆地紅連地區(qū)中侏羅統(tǒng)七克臺組油氣勘探潛力巨大。在綜合運用普通薄片、鑄體薄片和掃描電鏡等資料的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析七克臺組儲集砂巖成巖作用特征，建立成巖演化序列，進而分析成巖相特征及有利成巖相的分布。結(jié)果表明：七克臺組儲集砂巖成巖階段總體處于中成巖階段A-B期，主要經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和破裂作用。壓實作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用對儲層起破壞性作用；建設(shè)性的成巖作用主要為早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用、溶蝕作用和破裂作用。初步進行了成巖相特征的研究，劃分出5種成巖相類型，其中環(huán)邊綠泥石膠結(jié)-硅質(zhì)、高嶺石充填-剩余原生粒間孔成巖相和伊利石、方解石充填-剩余原生粒間孔-溶蝕孔成巖相為較有利的成巖相類型。

成巖相；成巖作用；七克臺組；紅連地區(qū)

紅連地區(qū)位于吐哈盆地臺北凹陷西部，北鄰勝北生油洼陷，長期處于洼陷南緣斜坡區(qū)，為油氣聚集有利區(qū)帶(圖1)。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)第三系鄯善群、白堊系三十里大墩組、上侏羅統(tǒng)喀拉扎組及中侏羅統(tǒng)七克臺組-三間房組多套含油層系[1]，是凹陷主要含油Ⅱ級構(gòu)造帶之一。紅連地區(qū)上侏羅統(tǒng)及更新的地層以背斜、斷背斜型構(gòu)造油氣藏為主，勘探、開發(fā)程度較高；而中侏羅統(tǒng)油氣分布受儲層控制作用明顯，表現(xiàn)為巖性油氣藏特征，勘探程度較低。前人針對中侏羅統(tǒng)在構(gòu)造特征、沉積特征及油氣成藏主控因素方面做了大量研究工作[2-12]，但儲層微觀特征及優(yōu)質(zhì)儲層平面分布方面尚未開展系統(tǒng)研究，已成為制約該區(qū)中侏羅統(tǒng)巖性油氣藏勘探的主要因素之一。越來越多的研究證實，成巖作用、成巖相研究與沉積相研究相結(jié)合能夠全面把握優(yōu)質(zhì)儲層的微觀特征及平面分布狀況[13-18]，更好地指導(dǎo)巖性油氣藏勘探。

本文以紅連地區(qū)中侏羅統(tǒng)七克臺組為研究對象，通過巖心觀察、普通薄片分析、鑄體薄片分析、掃描電鏡分析等測試分析手段，在系統(tǒng)分析儲層巖石學(xué)特征、物性特征的基礎(chǔ)上，研究紅連地區(qū)七克臺組儲集砂巖成巖作用類型及其特征，并建立成巖演化序列，在此基礎(chǔ)上揭示成巖相在研究區(qū)的平面展布特征及有利成巖相的分布，為后續(xù)的油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)與沉積背景

紅連構(gòu)造帶位于臺北凹陷勝北洼陷南緣斜坡區(qū)，介于火焰山上沖構(gòu)造帶和七克臺上沖構(gòu)造帶之間，東西向長33 km，南北向?qū)?2 km，區(qū)帶面積約400 km2。受燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造活動的影響，研究區(qū)構(gòu)造非常復(fù)雜。在總體北傾的背景上，呈“南北分三帶、東西分三脊”構(gòu)造格局，即自南向北分為上沖斜坡帶、中部隆起帶和坡洼過渡帶3排構(gòu)造，自西向東可分為連木沁脊隆帶、勝北-紅南脊隆帶和紅西-紅南脊隆帶。研究區(qū)發(fā)育2組斷裂，分別為近東西走向的上沖斷裂和近南北走向的走滑斷裂，為溝通中下侏羅統(tǒng)烴源巖的油氣運移通道。

七克臺組沉積期，研究區(qū)發(fā)育南部物源辮狀河—三角洲—湖泊沉積體系，發(fā)育河泛平原、沼澤、辮狀河道、三角洲前緣水下分流河道、河口壩、席狀砂等典型亞相和微相類型[2-6]。七克臺組三角洲屬小型貧砂三角洲，單砂層厚度為2～10 m，橫向變化快，巖性以粉砂巖、細砂巖為主，局部為含礫砂巖(圖2)，儲層總體欠發(fā)育。

2 儲層特征

2.1 儲層巖石學(xué)特征

根據(jù)8口鉆井100件普通薄片和鑄體薄片的鑒定分析，紅連地區(qū)七克臺組儲集砂巖類型主要為長石巖屑砂巖，少量巖屑砂巖(圖3)，巖屑成分主要以酸性火山巖、凝灰?guī)r為主，變質(zhì)巖碎屑次之，沉積巖碎屑少量。8口鉆井92件樣品顯示石英端元質(zhì)量分數(shù)(w)為13%～43%，均值為27%；長石端元質(zhì)量分數(shù)為7%～40%，均值為23%；巖屑端元質(zhì)量分數(shù)為29%～78%，均值為44%。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

圖2 紅南2井七克臺組巖心綜合柱狀圖Fig.2 Integrated histogram of drilling core of Qiketai Formation from Well HN2

圖3 紅連地區(qū)七克臺組砂巖QFR投點圖Fig.3 Plot of Q, F, R for Qiketai Formation sandstone samples in Honglian area

膠結(jié)物類型主要以鐵方解石和高嶺石為主，偶見白云石膠結(jié)物。鐵方解石質(zhì)量分數(shù)變化范圍較大，為0.5%～38%，均值為8.18%；高嶺石質(zhì)量分數(shù)區(qū)間相對較窄，為0.5%～3%，均值為2.58%。孔隙式膠結(jié)，顆粒支撐，顆粒之間點-線接觸關(guān)系為主，少量線到凹凸接觸，棱角至次棱角狀，粒徑主要為0.1～0.5 mm，中到細粒砂巖為主，整體表現(xiàn)為成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低的特征。

2.2 儲集巖物性

8口鉆井161件孔隙度樣品顯示，孔隙度(q)為2.23%～19.9%，均值為12.04%。8口鉆井147件滲透率樣品顯示，滲透率(K)為(0.05～56)×10-3μm2，均值為4.83×10-3μm2。儲層物性整體情況較差，屬于低孔特低滲儲層，從儲層孔滲相關(guān)度來看，二者之間具有較好的相關(guān)度，表明研究區(qū)主要為孔隙型儲層(圖4)。

圖4 紅連地區(qū)七克臺組砂巖孔隙度、滲透率相關(guān)度投點圖Fig.4 The relation between porosity and permeability of Qiketai Formation sandstone samples in Honglian area

3 主要成巖作用

通過對紅連地區(qū)相關(guān)鉆井普通薄片、鑄體薄片和掃面電鏡等資料分析，研究區(qū)七克臺組主要經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和破裂作用4種成巖作用類型。

3.1 成巖作用特征

3.1.1 壓實作用

壓實作用是沉積期后作用中最為普遍的一種，其對儲集層物性主要表現(xiàn)為破壞性作用。該成巖作用類型也是研究區(qū)主要的破壞性成巖作用類型之一。紅連地區(qū)由于在斜坡區(qū)之上，雖然整體埋深相對較淺，但不同鉆井之間埋深還是存在較大差異，因此碎屑顆粒的接觸關(guān)系以點接觸和線接觸為主，凹凸接觸和縫合線接觸在部分井位發(fā)育。

在顯微鏡下可以發(fā)現(xiàn)部分碎屑顆粒由于受壓實作用的影響，呈現(xiàn)出撕裂狀(圖5-A)，顆粒之間的接觸關(guān)系由點接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榫€-凹凸接觸(圖5-A)，這些特征都表現(xiàn)出壓實作用對沉積巖/物巨大的改變。

3.1.2 膠結(jié)作用

紅連地區(qū)七克臺組膠結(jié)作用類型多樣，其中以黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)為主。

a.黏土礦物膠結(jié)

綠泥石是紅連地區(qū)七克臺組常見的黏土礦物之一。通過掃描電鏡觀察到本區(qū)綠泥石膠結(jié)物主要表現(xiàn)為2種賦存狀態(tài)：一種是作為孔隙襯邊方式產(chǎn)出的綠泥石薄膜，是早期成巖階段的產(chǎn)物，在掃描電鏡下呈葉片狀、花瓣狀等形態(tài)(圖5-B)。另一種是充填于孔隙中的綠泥石(圖5-C)，掃描電鏡下呈針葉狀或絨球狀。其中對儲層物性起改善作用的主要是以襯邊方式產(chǎn)出的綠泥石薄膜，它的存在一方增加了巖石的抗壓實能力，另一方面能夠較好地抑制石英的次生加大，從而有利于原生孔隙的保存和孔隙之間的連通。而充填于孔隙中起填隙作用的綠泥石對儲層起破壞性作用。研究發(fā)現(xiàn)紅連地區(qū)七克臺組綠泥石主要以第一種方式產(chǎn)出。但是，同時也發(fā)現(xiàn)儲層砂巖發(fā)育綠泥石薄膜之后，后期硅質(zhì)或方解石不同程度充填于粒間孔隙中，堵塞孔隙，起破壞性作用。因此，這類起破壞作用的物質(zhì)越少，環(huán)邊綠泥石對儲層的有利影響越明顯。

高嶺石也是七克臺組發(fā)育最普遍的一種黏土礦物，它主要是由其他礦物蝕變轉(zhuǎn)化而來。顯微鏡下，高嶺石以孔隙填充形式產(chǎn)出，在掃描電鏡下呈書頁狀、片狀分布(圖5-D)。如前所述，紅連地區(qū)七克臺組儲層砂巖以長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主，富含硅酸鹽礦物為本區(qū)高嶺石的大量產(chǎn)生奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。高嶺石對儲層的改良主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是高嶺石粒度較粗、結(jié)晶好，高嶺石晶間微孔隙發(fā)育；二是將無孔隙的長石、云母碎屑蝕變成微孔隙十分發(fā)育的高嶺石集合體。

圖5 紅連地區(qū)七克臺組成巖作用顯微特征Fig.5 Diagenesis characteristics of Qiketai Formation in the Honglian area(A)黑云母撕裂狀，顆粒間凹凸接觸，連1井，深度3 256.78～3 256.82 m，正交偏光，20×; (B)高嶺石集合體及片絲狀伊利石充填于碎屑顆粒之間，粒表附著綠泥石，連3井，深度3 273.60 m； (C)次生石英晶體及綠泥石集合體充填于粒間孔隙中，見殘留粒間孔隙，紅南2井，深度2 747.20 m； (D)書頁狀高嶺石集合體充填于粒間孔隙中，紅南4井，深度3 175.3 m； (E)次生石英晶體充填于粒間孔隙中，連3井，深度3 301.15 m； (F)次生石英晶體充填于粒間孔隙中，高嶺石集合體附著于石英晶體表面，連3井，深度3 299.95 m； (G)方解石晶體充填于粒間孔隙中，紅南2井，深度2 645.35 m； (H)長石顆粒沿解理被溶蝕淋濾， 紅西4井，深度2 576.05 m； (I)長石顆粒輕微次生加大呈階梯狀，可見粒間微縫，連3井，深度3 301.15 m

b.硅質(zhì)膠結(jié)作用

硅質(zhì)膠結(jié)物在研究區(qū)十分普遍，以石英的次生加大和自生石英方式產(chǎn)出。次生加大邊常以單晶石英為核，次生加大部分與原生石英顆粒之間在顯微鏡下可見黏土質(zhì)或者鐵質(zhì)薄膜。掃描電鏡下自生石英顆粒往往具有良好的晶體外形，并充填于剩余原生粒間孔隙中(圖5-E、F)；原生石英顆粒往往晶形較差。石英次生加大和自生石英的存在，侵占了原有的孔隙空間，喉道變窄或者消失，導(dǎo)致儲層物性變差，因此，硅質(zhì)膠結(jié)作用對儲層往往起破壞性作用。

c.碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物在研究區(qū)的七克臺組主要表現(xiàn)為晚期埋藏階段碳酸鹽膠結(jié)物，以嵌晶或連晶狀產(chǎn)出，晶形往往較好，呈菱面體(圖5-G)。碳酸鹽巖膠結(jié)物往往是充填在次生粒間孔隙之中，造成孔隙的變小或消失，喉道變窄或堵塞，因此對儲層有著較為明顯的破壞性作用。

3.1.3 溶蝕作用

通過掃描電鏡、鑄體薄片和普通薄片樣品的分析，紅連地區(qū)七克臺組溶蝕作用較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為長石顆粒和石英顆粒發(fā)生不同程度的溶解(圖5-H)。長石的溶解對儲層物性的改善有著積極的作用。在掃描電鏡下可以觀察到長石的溶解作用主要是沿著解理縫發(fā)生的，在這種情況下，一方面由于長石顆粒尚保存著較好的外形，具有一定的抗壓實能力，同時溶解掉的物質(zhì)形成了較為有利的儲集空間。石英顆粒的溶蝕在鏡下所見往往是發(fā)生在顆粒的邊緣，被溶蝕成殘蝕狀、港灣狀等不規(guī)則邊界；但被溶解部位往往都被后期的黏土礦物填充，因此對于儲層物性沒有顯著的影響。

3.1.4 破裂作用

破裂作用是指在外力作用下儲集砂巖顆粒發(fā)生形變破碎。破裂作用具有多方面的效果，破裂作用形成的裂縫系統(tǒng)在未被后期填充膠結(jié)的情況下本身就是良好的儲集空間；同時，在喉道系統(tǒng)發(fā)育不好的儲集層，裂縫又作為良好的喉道將各個孤立的孔隙連接起來，較好地改善了儲層的物性。顯微鏡下，可見裂縫較為發(fā)育，其對儲層物性起建設(shè)性作用(圖5-I)。

3.2 成巖演化序列

根據(jù)2003版《石油天然氣行業(yè)標準碎屑巖成巖階段劃分標準》，結(jié)合研究區(qū)自生礦物發(fā)育分布特征，儲集砂巖孔隙類型、儲集砂巖結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造特征，紅連地區(qū)七克臺組儲集砂巖經(jīng)歷的成巖順序如下：早期壓實—石英Ⅰ級加大—早期碳酸鹽膠結(jié)物沉淀—溶蝕孔產(chǎn)生及自生高嶺石生成—石英Ⅱ級加大—晚期壓實—長石次生加大的出現(xiàn)，其成巖階段總體達到中成巖A-B期(圖6)。

4 成巖相

成巖相最早由美國學(xué)者L.B.Railback提出，并得到了全球?qū)W者的廣泛認可。查閱眾多學(xué)者的文獻資料發(fā)現(xiàn)，成巖相的定義較為混雜，尚無一個統(tǒng)一的被廣泛接受的概念；但成巖相研究囊括成巖作用、成巖環(huán)境、成巖環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)3個方面已成為共識[13-18]?；诖耍鶕?jù)紅連地區(qū)七克臺組成巖作用類型、成巖礦物特征共劃分出5種成巖相(圖7)。

a. 環(huán)邊綠泥石膠結(jié)-硅質(zhì)、高嶺石充填-剩余原生粒間孔成巖相

環(huán)邊綠泥石主要表現(xiàn)以孔隙襯邊方式產(chǎn)出的黏土膜，它的存在一方面阻礙了次生石英的形成，同時綠泥石在孔隙之中也能夠起到一定的支撐作用，增加了巖石的抗壓實能力。研究發(fā)現(xiàn)環(huán)邊綠泥石膠結(jié)與硅質(zhì)、高嶺石充填在工區(qū)為伴生關(guān)系，主要發(fā)育于紅西4井區(qū)和紅南2井區(qū)。紅南2井位于三角洲前緣水下分流河道環(huán)境，孔隙度為9.28%～19.9%，均值為16.68%；滲透率變?yōu)?0.18～56)×10-3μm2，均值為13.84×10-3μm2。紅西4井位于三角洲前緣河口壩環(huán)境，孔隙度為3.43%～15.3%，均值為8.82%；滲透率為(0.05～8.4)×10-3μm2，均值為1.72×10-3μm2。二者同屬一個成巖相，儲層物性的差異主要是由沉積環(huán)境導(dǎo)致沉積物粒度上的差別所引起。

b. 強壓實-伊利石充填-溶蝕孔成巖相

伊利石充填+溶蝕孔成巖相主要見于連北1井區(qū)。在埋深足夠的情況下，富含鉀長石砂巖在酸性水作用下形成。 伊利石形成后在地下流體作用下極易膨脹，將原生孔隙堵塞或者切割；同時受酸性流體的作用，部分碎屑顆粒被溶蝕成孔隙。該類成巖相儲層的孔隙度顯著弱于第一種成巖相類型，孔隙度為5%～6.3%，均值為5.65%：顯示出此類成巖作用對儲層巨大的破壞性作用。

圖6 紅連地區(qū)七克臺組儲集砂巖成巖階段劃分Fig.6 Classification of diagenetic stages of Qiketai Formation in the Honglian area

圖7 紅連地區(qū)七克臺組儲集砂體成巖相分布圖Fig.7 Plane view of diagenetic facies of Qiketai Formation in the Honglian area

c. 強壓實-硅質(zhì)、高嶺石充填-剩余原生粒間孔-溶蝕孔成巖相

此類成巖相主要是在酸性流體的作用下，長石類礦物發(fā)生蝕變作用，生成了硅質(zhì)與高嶺石。這二者在充填原生孔隙的同時，由于溶蝕作用的發(fā)生以及充填作用的不完全，保存了部分的剩余原生粒間孔、溶蝕孔。研究表明高嶺石與硅質(zhì)的形成也提高了碎屑顆粒的抗壓實性，因此有利于剩余原生孔隙的保存；同時，高嶺石顆粒間常發(fā)育有大量的晶間孔，有利于儲層物性的改善。此類成巖相主要見于連3井與紅南4井區(qū)域，其孔隙度為4%～12.8%，均值為8.82%；滲透率為(0.059～2.43)×10-3μm2，均值為0.92×10-3μm2：顯示壓實作用對儲層物性巨大的破壞作用。

d. 伊利石、方解石充填-剩余原生粒間孔-溶蝕孔成巖相

伊利石-方解石充填-剩余原生粒間孔-溶蝕孔成巖相主要發(fā)育于紅西5井區(qū)。該成巖作用對儲層主要表現(xiàn)為破壞性作用，伊利石-方解石的充填導(dǎo)致儲集空間被切割，同時其堵塞作用又導(dǎo)致儲層滲透能力進一步降低。在該井區(qū)孔隙度均值為8.2%，滲透率均值為2.5×10-3μm2。

e. 壓實成巖相

該種成巖相最顯著的表現(xiàn)就是對原生孔隙的破壞；同時由于壓實作用導(dǎo)致巖石的致密化，阻礙了后期流體的侵入，因此溶蝕孔洞也不發(fā)育，主要發(fā)育于連1井區(qū)。

5 結(jié) 論

a. 紅連地區(qū)七克臺組儲集層巖石類型主要為中-細粒長石巖屑砂巖、巖屑砂巖；孔隙式膠結(jié)，顆粒支撐，顆粒之間點-線接觸關(guān)系為主，少量線到凹凸接觸；棱角狀至次棱角狀：整體表現(xiàn)為成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低的特征。

b. 紅連地區(qū)七克臺組砂巖儲集層總體處于中成巖A-B期，壓實作用是最主要的破壞性成巖作用；綠泥石環(huán)邊膠結(jié)、溶蝕作用對儲層物性有較好的改善。

c. 紅連地區(qū)七克臺組砂巖儲集層可劃分為5種成巖相類型。其中環(huán)邊綠泥石膠結(jié)-硅質(zhì)、高嶺石充填-剩余原生粒間孔成巖相和伊利石、方解石充填-剩余原生粒間孔-溶蝕孔成巖相為較有利成巖相類型。

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Diagenesis and diagenetic facies of the Qiketai Formation in Honglian area, Xinjiang, China

XIAO Dong-sheng1, CHEN Xuan1, YANG Shuai2, WEN Chuan-jiang1, ZHANG Hua1, LEI Tao3

1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,TuhaOilFieldBranchCompanyLtd.ofPetrochina,Hami839009,China; 2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Data of thin sections, cast slice, SEM and other analyses are used to study the diagenesis of Middle Jurassic Qiketai Formation in the Honglian area so as to establish the diagenetic evolution sequence and analyze the characteristics of diagenetic facies and distribution of favorable facies for accumulation of oil and gas. It shows that the sandstones of Qiketai Formation are in the mid-diagenetic A-B stage and experience destructive diageneses of compaction, siliceous cementation, carbonate cementation, and constructive diageneses of rim agglutination of chlorite at the early stage, solution and cataclasis. Five types of diagenetic facies are divided according to association types and evolutionary sequences of the diagenesis. Rim agglutination of chlorite-siliceous cementation, kaolinite-residual primary intergranular pore diagenetic facies and carbonate cementation-residual primary intergranular pore-dissolved pore diagenetic facies are favorable diagenetic facies in the study area.

diagenetic facies; diagenesis; Qiketai Formation; Honglian area

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.02

1671-9727(2016)06-0648-08

2015-04-15。 [基金項目] “十二五”國家科技重大專項(2011ZX05001-002-004);中國石油天然氣股份公司重大科技專項(2012E-34-04)。

肖冬生(1982-)，男，博士，高級工程師，從事地震地質(zhì)綜合研究, E-mail:xdsh1982@126.com。

TE122.21; P588.2

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