黃蕓，梁舒藝，李艷平，趙進(jìn)雍

（1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

準(zhǔn)噶爾盆地沙帳斷褶帶二疊系云質(zhì)巖儲層特征及成因分析

黃蕓1，梁舒藝2，李艷平1，趙進(jìn)雍1

（1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

云質(zhì)巖儲集層在準(zhǔn)噶爾盆地為一套成因特殊、富含油氣的儲集層，屬致密油勘探。以準(zhǔn)噶爾盆地卡拉麥里山前凹陷沙帳斷褶帶二疊系平地泉組一段云質(zhì)巖儲層為研究對象，通過對巖石學(xué)、成巖作用、儲集空間類型、粘土礦物二次鑒定及成因機(jī)理分析指出：沙帳斷褶帶云質(zhì)巖按產(chǎn)狀分為紋層狀、均勻分布狀、不規(guī)則層狀、團(tuán)塊狀和裂縫充填5種類型；白云巖化巖流體中鎂離子主要來自火山玻璃脫?；淮笠?guī)模白云巖化母巖為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r；鄰區(qū)火山活動及后期火山凝灰質(zhì)蝕變和成巖交代為云質(zhì)巖儲層形成的主要原因。HB2井在二疊系平地泉組一段云質(zhì)巖中經(jīng)酸化壓裂獲得工業(yè)油流，改寫了長期以來“平一段只有烴源巖發(fā)育層段”的認(rèn)識，證實沙帳斷褶帶發(fā)育有云質(zhì)巖儲層源儲一體的致密油藏類型。

準(zhǔn)噶爾盆地；平地泉組；云質(zhì)巖；凝灰?guī)r；儲層特征；成因機(jī)理

近年來鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組、準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組云質(zhì)巖、吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組云質(zhì)巖、沙帳-石樹溝凹陷二疊系平地泉組云質(zhì)巖，松遼盆地扶余油層及青山口組，渤海灣盆地歧口凹陷沙一段白云巖與沙三段泥質(zhì)白云巖段，吐哈盆地丘東洼陷南斜坡水西溝群等層段在致密油勘探開發(fā)中取得重要進(jìn)展[1-2]。早期發(fā)現(xiàn)的與白云巖有關(guān)的油氣藏及儲層研究成果多以海相白云巖儲集層為主[3-7]，針對陸相盆地內(nèi)白云巖成因、成巖作用及儲集特征等研究尚在探索階段[8-11]。

2012年以來，準(zhǔn)噶爾盆地以二疊系湖相云質(zhì)巖儲層為目的層的致密油勘探成效顯著。云質(zhì)巖主要分布于二疊系3大凹陷中，即西北緣山前瑪湖凹陷風(fēng)城組，南緣博格達(dá)山前凹陷蘆草溝組，東部卡拉麥里山前凹陷平地泉組(圖1)[10-11]?，敽枷荻B系風(fēng)城組和博格達(dá)山前凹陷二疊系蘆草溝組因勘探效果良好，鉆試井基礎(chǔ)資料多，研究成果豐富[12-15]?，敽枷蒿L(fēng)成組主要為云質(zhì)砂泥巖和云質(zhì)不等粒砂巖，博格達(dá)山前凹陷蘆草溝組主要發(fā)育云質(zhì)粉細(xì)砂巖和泥晶質(zhì)云質(zhì)巖。云質(zhì)巖成因主要為同生、準(zhǔn)同生作用，局部地區(qū)發(fā)育埋藏成巖云質(zhì)巖和熱液后生云質(zhì)巖。本文據(jù)沙帳斷褶帶二疊系云質(zhì)巖儲層的12口井巖心及薄片觀察，利用巖石學(xué)分析數(shù)據(jù)，研究分析了二疊系平地泉組云質(zhì)巖儲層特征和成因機(jī)理，指出火山活動與后期白云巖化關(guān)系密切，為卡拉麥里山前凹陷平地泉組云質(zhì)巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育控制因素和平面分布預(yù)測提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

沙帳斷褶帶為準(zhǔn)噶爾盆地東北緣卡拉麥里山前凹陷中的二級構(gòu)造單元，東西以帳東斷裂、沙西斷裂為界，分別與石樹溝凹陷和五彩灣凹陷相接，北界為卡拉麥里山，南界為沙奇凸起。

研究區(qū)自晚古生代以來經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等構(gòu)造運動。位于東準(zhǔn)噶爾褶皺山系和準(zhǔn)噶爾地塊間的卡拉麥里前陸沖斷帶是海西期東準(zhǔn)噶爾洋盆消減及弧陸碰撞形成的造山帶組成部分，呈近EW向展布。二疊紀(jì)時期受基底大斷裂壓扭作用，沖斷帶進(jìn)一步向SW擴(kuò)展，形成“南北兩凹夾中間一凸”的構(gòu)造格局，“南凹”為發(fā)育二疊系蘆草溝組云質(zhì)巖的吉木薩爾凹陷，“中間一凸”為沙奇凸起，“北凹”即卡拉麥里山前凹陷，其沉降中心屬沙帳斷褶帶，發(fā)育二疊紀(jì)平地泉組湖相云質(zhì)巖構(gòu)造凹陷[16]①楊迪生，黃蕓.卡拉麥里山前石炭系古前陸沖斷帶構(gòu)造模式建立及勘探領(lǐng)域選擇，2011。沙帳斷褶帶平地泉組發(fā)育的云質(zhì)巖類集中于底部平一段中部(簡稱平一段云質(zhì)巖)，巖性主要為白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)粉砂巖、白云化凝灰?guī)r和含生屑云巖，是一套沉積于咸湖環(huán)境，受機(jī)械沉積作用、化學(xué)沉積作用及火山活動作用共同影響的陸源碎屑與碳酸鹽的混積巖。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地中下二疊統(tǒng)湖相云質(zhì)巖分布圖Fig.1 Distribution map of Lower-middle Permian Lacustrine-facies dolomitic rock in Junggar basin1.主要物源方向；2.次要物源方向；3.相界線；4.地層超覆線；5.地層剝蝕線；6.云質(zhì)巖發(fā)育區(qū)；7.半深湖；8.淺湖；9.辮狀河三角洲；10.扇三角洲前緣

2 云質(zhì)巖儲層特征及產(chǎn)出狀態(tài)

2.1 巖性特征

據(jù)H1、H2、HB2等井的巖心觀察及H1、H2、H11等150塊樣品鑄體薄片鑒定結(jié)果表明，二疊系平地泉組一段以湖相細(xì)粒沉積為主，為一套粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r與云質(zhì)巖的混積巖。云質(zhì)巖類主要為云質(zhì)粉細(xì)砂巖、云質(zhì)泥巖、云質(zhì)凝灰?guī)r和含生屑泥質(zhì)云巖等(圖2)，白云巖化強(qiáng)烈，為云質(zhì)巖儲層。特點如下：①儲層粒徑細(xì)、結(jié)構(gòu)成熟度低。平一段云質(zhì)巖儲層粒徑較細(xì)，為0.031 3～0.125 mm，白云巖化強(qiáng)烈，殘存碎屑顆粒多呈次棱角-棱角狀(圖2-a,b,c,d)；②常見化石碎片及內(nèi)碎屑。內(nèi)碎屑主要為泥粒、泥晶云質(zhì)團(tuán)粒、泥晶菱鐵礦團(tuán)粒，偶見鮞粒。生物化石碎片主要為介形蟲、膠磷礦化魚骨化石(圖2-c)。

圖2 云質(zhì)巖儲層巖心和薄片特征Fig.2 Core and slice features of dolomitic rocka——HB2，2 624.5 m，云質(zhì)粉細(xì)砂巖，底部見紋層狀白云巖；b——H11，1 549.5 m，粉砂質(zhì)云質(zhì)泥巖（-）50×；c——H7井，1 720.83 m，含生屑泥質(zhì)泥晶云巖，生屑主要為雙殼類（-）50×；d——HB1，2 534.65 m，強(qiáng)云化粉砂巖（+）50×

2.2 孔隙特征

平一段以湖相細(xì)粒沉積為主，凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r發(fā)育，儲層孔隙總體不發(fā)育。據(jù)分辨程度將云質(zhì)巖儲層孔隙特征分為顯孔和納米孔兩類(圖3)。其中顯孔在普通顯微鏡下可見，類型主要為微裂縫及顆粒晶間孔、晶間溶蝕孔(圖3-a,b,c,d)。納米孔在顯微鏡下不可視，未見藍(lán)色鑄體，掃描電鏡下可見大量納米級晶間孔(圖3-e,f)。

圖3 沙帳斷褶帶云質(zhì)巖儲層孔隙類型Fig.3 Pore types of dolomitic rock in Shazhang Fault-fold belta——H11井，1 550.3 m，含粉砂質(zhì)云質(zhì)泥巖，富含有機(jī)質(zhì)，基質(zhì)呈微層狀發(fā)黃褐-暗黃色熒光，晶間孔被瀝青質(zhì)充填，發(fā)深褐-褐黃色熒光（-）50×熒光薄片；b——H11井，1 543.8 m，紋層狀泥晶云巖，微晶白云石呈紋層狀分布，白云石晶間孔及晶間溶孔中被原油充填（-）50×；c——H11井，1 516.15 m，含碳質(zhì)云質(zhì)泥巖，（-）50×，層間縫；d——H065井，1 596.99 m，云質(zhì)粉砂巖，發(fā)育微裂縫 （-）50×；e——HB2井，2 623.04 m，云質(zhì)粉砂巖，顯微鏡下未見可視孔（-）25×；f——HB2井，2 623.04 m，掃描電鏡照片，發(fā)育大量納米級晶間孔

2.3 儲層物性特征

對研究區(qū)12口井320個實測孔隙度與滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，平一段云質(zhì)巖儲層孔隙度為0~26%，主值區(qū)間0~20%，平均8.41%，其中孔隙度小于10%的占到總孔隙度的60.67%；滲透率為0.001×10-3~ 245×10-3μm2，主值區(qū)間呈雙峰分布，分別為小于0.01×10-3μm2和1×10-3~10×10-3μm2，平均0.38×10-3μm2，小于1×10-3μm2，占總樣品數(shù)的90.02%，總體為低孔低滲致密儲層。局部高孔滲樣品與微裂縫和溶蝕孔關(guān)系密切。二疊紀(jì)時期強(qiáng)逆沖擠壓的構(gòu)造活動，為微裂縫發(fā)育提供了有效的地質(zhì)背景。微裂縫不僅改善儲層儲集空間，并為后期溶蝕作用提供了流體運移通道。如果沒有微裂縫，溶蝕作用難以發(fā)生。

2.4 云質(zhì)巖產(chǎn)出狀態(tài)

平一段云質(zhì)巖按產(chǎn)狀分為紋層狀、均勻分布狀、不規(guī)則層狀、團(tuán)塊狀和裂縫充填5種產(chǎn)狀類型(圖4)。

紋層狀白云巖 紋層狀白云巖分布局限，以準(zhǔn)同生云化作用為主。鏡下表現(xiàn)為礦物晶形細(xì)小、自形程度差等特征。白云石由泥晶白云石和細(xì)粉晶白云石組成，晶粒細(xì)小(小于0.03 mm)，晶形差，半自形-它形晶為主，晶間有少量粘土礦物。

均勻分布狀白云巖 均勻分布狀白云巖是相對其它4種不均勻分布的產(chǎn)狀類型而言，白云石晶粒結(jié)構(gòu)均一，屬構(gòu)造隆起部位、不整合面附近的混合云化的準(zhǔn)同生后白云巖，包括成巖白云巖和后生白云巖等，巖性特征與準(zhǔn)同生白云巖不同，其晶粒一般較粗，主要呈細(xì)晶或中晶，甚至粗晶，表面帶呈砂糖狀，常稱之為“砂糖白云巖”。常呈中層或中厚層狀，常有各種交代殘余結(jié)構(gòu)或殘余構(gòu)造。后生白云巖鏡下表現(xiàn)為白云石晶體表面潔凈，細(xì)晶、粉晶白云石。在介質(zhì)條件穩(wěn)定環(huán)境下，形成晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一、成分純凈的白云巖。

不規(guī)則層狀白云巖 當(dāng)富含Mg2+的地層水進(jìn)入潛流帶層面或裂隙，由于壓力減小和CO2的放出，一些碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)物質(zhì)再次沿層面、滲透性巖層和裂隙沉淀出。沿滲透性較好的巖層成巖交代形成的白云巖受非滲透薄層分割呈不規(guī)則層狀。

團(tuán)塊狀白云巖 富鎂離子水在裂隙、層間縫、泄水通道、溶孔、溶洞附近沉淀，成巖交代或化學(xué)析出形成團(tuán)塊狀白云巖。巖心觀察白云石團(tuán)塊集合體直徑一般大于4 mm，大小分布不均，鏡下為明顯團(tuán)塊狀。團(tuán)塊狀白云巖分布受構(gòu)造縫（包括泥巖擠壓變形形成的破裂縫）、層間縫等微裂縫控制。

裂縫充填白云巖 裂縫充填白云石為一種化學(xué)沉積的膠結(jié)物、充填物。白云石與石英、方解石、硅硼鈉石等礦物充填裂隙，呈亮晶膠結(jié)物，干凈透明，不含原巖殘余物。

3 云質(zhì)巖成因探討

3.1 鎂離子來源

無論是同生、準(zhǔn)同生還是后生白云石，均需豐富的鎂離子來源為物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)礦物學(xué)和巖石地球化學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析，推測沙帳斷褶帶鎂離子來源主要有以下3種，其中火山活動形成的大量凝灰?guī)r中火山玻璃脫?；擎V離子的主要來源。

火山玻璃脫?；?早—中二疊世全球火山活動劇烈，準(zhǔn)噶爾盆地也不例外[17]。準(zhǔn)東緣造山帶及盆地內(nèi)可見多套玄武巖、流紋巖及安山巖，沉積地層中見多層凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂泥巖，火山作用強(qiáng)烈，凝灰?guī)r分布較廣。沙帳斷褶帶二疊系平地泉組一段的湖相細(xì)粒沉積物，以往多認(rèn)為是泥質(zhì)巖或粉砂質(zhì)泥巖，但全巖X衍射分析表明其粘土含量極低[18]，對粘土礦物層狀結(jié)構(gòu)、正延長方向和干涉色的二次鑒定，均為凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r[19]，即大面積分布的平地泉組一段湖相“泥巖”實為火山灰物質(zhì)凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r。微細(xì)沉凝灰?guī)r和泥巖在偏光顯微鏡下均呈集合體分布，前者巖漿成分單一，礦物成分多為中長石類，據(jù)負(fù)延長特征和定向排列的光性特征可與泥巖區(qū)分[19]。其產(chǎn)狀與云質(zhì)巖常呈交互紋層，云質(zhì)巖的發(fā)育緊鄰凝灰?guī)r層。

圖4 沙帳斷褶帶平一段云質(zhì)巖成因類型及產(chǎn)出特征Fig.4 Genetic type and output features of dolomitic rock in the first section of Pingdiquan formation in Shazhang Fault-fold belt

火山灰沉積后常發(fā)生火山玻璃脫?；饔?，即火山玻璃總是趨于向晶體方向（礦物）的轉(zhuǎn)化，在堿性地層水條件下，析出物為蒙脫石、斜長石和石英，其過程會分離出Mg2+[20]?，F(xiàn)有的150塊薄片樣品中無典型的火山玻璃相，火山玻璃已脫玻化的證據(jù)主要有：①圍繞細(xì)小石英、斜長石晶形的基質(zhì)部分明顯顯示光性特征，正交鏡下產(chǎn)生灰白色干涉色，為脫?；L英質(zhì)；②玻屑本身全部顯示光性，說明玻屑已整體脫?；?，脫玻產(chǎn)物為長英質(zhì)及粘土質(zhì)。

沙帳地區(qū)云質(zhì)巖發(fā)育多與凝灰?guī)r相鄰且與陸源碎屑巖呈相互消長關(guān)系，從一定程度上說明火山活動及火山玻璃脫玻化對云質(zhì)巖形成的影響，依此推測沙帳斷褶帶地層水中的Mg2+主要來源為火山灰沉積后脫玻化和富鎂火山巖礦物自身轉(zhuǎn)化或流體淋濾及溶蝕產(chǎn)生。

局部發(fā)育殘留海水 沙帳斷褶帶處于東準(zhǔn)噶爾造山帶前緣坳陷內(nèi)，早—中二疊世處于一個整體海退階段，為海灣或近海湖泊沉積環(huán)境，沉積水體為殘留海水。其中含有豐富Ca2+、Mg2+、Sr2+、Mn2+等離子的海水，提供了地層水中部分白云巖化所需離子。

深大斷裂作用 卡拉麥里碰撞帶前緣具前陸盆地沉積特征，具逆掩性質(zhì)的卡拉麥里斷裂帶的長期活動，可將深層含Mg2+地下水沿斷層帶至二疊系平地泉組，從而增加了地層水中Mg2+含量。

3.2 云質(zhì)巖成因

沙帳斷褶帶云質(zhì)巖的形成不是某一種白云巖化作用結(jié)果，而是多種白云巖化作用的疊加效應(yīng)。通過平一段云質(zhì)巖巖礦特征、地球化學(xué)分析及準(zhǔn)噶爾盆地二疊系古氣候演化綜合分析，認(rèn)為沙帳斷褶帶二疊系平一段云質(zhì)巖主要有準(zhǔn)同生白云巖化和火山物質(zhì)蝕變交代兩種成因類型，其次還有埋藏白云巖化作用、混合云化作用等(圖5)。

圖5 沙帳斷褶帶云質(zhì)巖成因模式Fig.5 The Formation mechanism of dolomitic rock in Shazhang Fault-fold belt1.砂礫巖；2.粉砂巖；3.粉砂質(zhì)白云巖；4.灰泥巖；5.泥質(zhì)白云巖；6.凝灰?guī)r；7.凝灰質(zhì)白云巖

二疊系平地泉組沉積期，該湖灣區(qū)湖水鹽度偏高，沉積水體安靜，湖盆中沉積粉砂巖、鈣質(zhì)泥巖和凝灰?guī)r。成巖作用早期，在富含鎂離子的孔隙水作用下，發(fā)生了較強(qiáng)的白云巖化作用，形成準(zhǔn)同生成因的白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)凝灰?guī)r等。云質(zhì)巖與凝灰?guī)r呈相鄰互層產(chǎn)出，常見水平層理、波狀紋層，鏡下微晶白云石呈紋層狀分布，富含有機(jī)質(zhì)。大量凝灰物的分布與沙帳斷褶帶平一段強(qiáng)白云巖化關(guān)系少有文獻(xiàn)提及，本文提出火山物質(zhì)蝕變與成巖交代是該區(qū)云質(zhì)巖的主要成因類型?；鹕侥椅镏械幕鹕讲ＡO易水解，在堿性地層水條件下，析出蒙脫石、斜長石和石英 。蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程中可釋放出大量Na+、Ca2+、Mg2+等離子，釋放出的Ca2+有利于方解石的形成[20]。研究區(qū)斜長石溶蝕現(xiàn)象普遍，溶蝕析出的Ca2+結(jié)合地層水中的CO32－、CO2可形成方解石。后期富Mg 鹵水沿斷裂、層間縫、微裂縫滲濾早期形成的方解石，成巖交代形成團(tuán)塊狀、絲絮狀等不同產(chǎn)出特征的白云巖。

4 應(yīng)用效果及研究意義

沙帳斷褶帶二疊系平地泉組一段不發(fā)育常規(guī)碎屑巖儲層，長期視為低效勘探層系。繼HB2井經(jīng)酸化壓裂在云質(zhì)巖中獲得工業(yè)油流，證實低滲致密油藏的存在。隨著沙帳斷褶帶二疊系云質(zhì)巖勘探持續(xù)推進(jìn)，云質(zhì)巖儲層的儲集特征與成因機(jī)理的深入研究對準(zhǔn)噶爾盆地卡拉麥里山前凹陷的致密油勘探及領(lǐng)域拓展意義重大。

云質(zhì)巖成因復(fù)雜導(dǎo)致其巖性的復(fù)雜及產(chǎn)狀的特殊性，其原巖為火山凝灰物質(zhì)的結(jié)論明確了云質(zhì)巖平面的廣布狀及垂向上的厚層狀；溶孔型與裂縫型兩類“甜點”主要集中在鄰近斷裂分布的團(tuán)塊狀云質(zhì)巖、絲絮狀云質(zhì)巖和不規(guī)則層狀云質(zhì)巖中。據(jù)成因機(jī)理研究成果，平地泉組一段最大湖泛面上下分布的暗色優(yōu)質(zhì)生油巖和準(zhǔn)同生細(xì)粒云質(zhì)巖交互層，具優(yōu)越的源儲一體近源聚集條件，為最佳致密油富集段?？臻g上在咸化湖灣區(qū)深凹帶和次凹帶最發(fā)育，其次分布在斜坡帶近凹一側(cè)的坡折帶或平臺帶中。

據(jù)此研究成果，在沙帳斷褶帶指導(dǎo)上鉆HD1井、HB021井，又向東拓展，在同樣是湖灣區(qū)且發(fā)育準(zhǔn)同生白云巖的石樹溝凹陷上鉆SS1井、SS011井，均在平地泉組一段云質(zhì)巖中獲得油流，確定卡拉麥里山前凹陷二疊系平地泉組一段為致密油富集區(qū)。

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Characteristics and Formation Mechanism for Dolomite Reservoir of Permian PingDiQuan Formation of ShaZhang Fault-fold Belts in Junggar Basin

Huang Yun1,Liang Shuyi2,Li Yanping1,Zhao Jinyong1
(1.Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company，Petrochina, Urumqi,Xinjiang,830013,China;2.China University of Petroleum(Hua Dong),Oil Engineering Institute, QingDao,Shandong,266580,China)

Dolomitic rock reservoir is a special origin and rich-hydrocarbon formation in Junggar Basin,which belongs to tight oil.Existing results all focus on Permian Fencheng formation located in northwest margin,and LuCaoGou formation located in eastern margin,it is studied little that the Permian PingDiQuan formatin of ShaZhang fault-fold belts in northeastern margin.Attributed by lithology,reservoir space and formation mechanism,the dolomitic rock of the PingDi-Quan Formation is divided into 5 types lamina dolomitic rock,uniform distribution,irregular thin-bed,clumps and crackfilling.Mg2+is mainly supplied from volcanic glass devitrification.The original rocks of the dolomitic rock are volcanic material(tuff),sedimentary tuff.The main formation mechanism is the procedure of Volcanic glass in the volcanic tuff material easily to take hydrolysis alteration.That well-HB2 obtaining Industrial oil flow by acid fracturing demonstrated that tight oil of source-reservoir-integration exist in dolomitic rock of the PingDiQuan Formation,ShaZhang fault-fold belts in Junggar Basin.

Junggar Basin;PingDiQuan formation;Dolomitic rock;Tuff;Reservoir features;Formation mechanism

1000-8845(2016)02-224-06

P618.13

A

2015-10-20;

2015-11-10;作者E-mail：huangyun@petrochina.com.cn

黃蕓（1969-），女，安徽臨泉人，高級工程師，碩士，1989年畢業(yè)于西北大學(xué)地質(zhì)系，從事油氣勘探研究工作