塔里木盆地于奇东地区东河塘组砂岩成岩作用及其对储层的影响

王元君 田 蒙 王 峻

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

泥盆系东河砂岩又称东河砂岩段、东河塘组，最先是发现于塔里木盆地北部东河1井，是中国首次发现的连续厚度达275m的巨厚滨海相石英砂岩油气藏（含油段厚度101m）［1］；其后相继在东河塘油田、塔中4油田和哈德逊油田中发现了东河砂岩，并取得了重大的勘探成果。在2006年以前，东河砂岩一直被认为是分选好、成分成熟度高、储集物性好的一套优质储层［2］；但随着认识的深入，发现东河砂岩是形成于海西早期由西向东大规模海侵时的一套由西向东不断超覆、减薄、尖灭的砂体。它不是一个等时沉积体，而是一个岩性相似的跨时代的沉积体［3］。东河砂岩并不都是好的储层，西部地区物性差，不能作为有效储层；最好的储层位于塔北隆起周边（即阿克库勒凸起周边），其次是塔中地区［4，5］。

近年来，随着测试分析技术的发展，成岩作用由定性研究逐渐转化为定量研究，并与沉积学、层序地层学等学科紧密结合，出现了诸如成岩相、成岩演化数值模拟等概念及研究思路［6－10］。随着油气勘探的深入，人们认识到成岩过程是储层优劣的最终决定因素，尤其是针对深部储层［11，12］。鉴于成岩作用对储层发育、改造的重要性，本文对于奇东及邻区东河塘组砂岩的成岩作用、成岩演化及储层发育的影响因素开展深入研究，对明确研究区储层的形成机制及储层发育的主控因素有重要意义，也可以为该区以后的勘探提供参考。

1 地质概况

于奇东地区处于阿克库勒凸起东北部、库尔勒鼻凸西部（图1）。该区的构造演化与阿克库勒凸起的形成发展息息相关。阿克库勒凸起是以下古生界为主体组成的一个整体往北东抬升、向南西倾伏的大型鼻状凸起构造；志留—泥盆系呈剥蚀尖灭楔形体，环绕凸起东、南、西部边缘分布；下石炭统剥蚀尖灭楔形体超覆于奥陶系—泥盆系之上［13，14］。

东河塘组分布在于奇东地区东南部，由西北向东南逐渐增厚，钻遇厚度16～134m。该组与上覆地层下石炭统巴楚组角砾岩段呈平行不整合接触，与下伏奥陶系的不同层位呈角度不整合接触。沉积环境为三角洲—滨岸砂坝相，上部为浅灰、灰白色细—中粒石英砂岩、钙质细粒石英砂岩，局部夹紫红色、灰绿色泥岩和灰色石英粉砂岩，含黄铁矿晶体；下部为紫红色、深灰色泥岩，与浅灰、绿灰色细粒石英砂岩、石英粉砂岩及泥质粉砂岩不等厚互层，夹灰紫色中砾岩，底部见一层细砾岩。

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

2 岩石学特征

东河塘组储集体主要有两类：滨岸的沿岸砂坝砂体和潮控三角洲砂体。滨岸体系沿岸砂坝储集砂体主要为灰白色细粒石英砂岩和岩屑石英砂岩，以中－细粒砂为主，碎屑物分选好，磨圆较好，胶结类型为孔隙－基底式，总体上结构成熟度较高（图2）。碎屑组分中石英的质量分数在90%以上，以单晶石英为主；长石和岩屑含量低（图3）。潮控三角洲前缘储集砂体为浅灰色细粒岩屑石英砂岩和杂色细砾岩，以中－细粒砂和细砾状砂为主，碎屑物分选一般，磨圆一般，胶结类型为孔隙－基底式，总体上该成因类型的砂岩结构成熟度中等。碎屑组分中石英的质量分数一般为75%～79%，以单晶石英为主；长石的质量分数为1%～7%，岩屑的质量分数为17%～24%：成分成熟度中等。

3 不同成岩作用对储层的影响

通过对研究区及附近区域7口钻井的岩石薄片、扫描电镜资料的综合分析，认为研究区东河塘组砂岩储层在埋藏过程中主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和自生矿物的形成等作用。其中对储层发育影响比较大的有压实、胶结和溶蚀3种成岩作用。

3.1 压实作用

经过镜下薄片观察和扫描电镜观测显示，研究区内砂体埋深较大，可见较明显的压实作用，颗粒多呈线接触，显微镜下偶见压裂现象（图4）。砂岩储集体的压实作用受岩性和碳酸盐胶结的影响较大，在杂基、塑性矿物颗粒及岩屑含量低的部位，由于碳酸盐胶结物大量形成的缘故，支撑起上覆地层的压力，压实作用相对较弱；相反，塑性岩屑和矿物颗粒及杂基含量较高的部位，压实作用较强，岩性较为致密。因此，对于成熟度较高的滨岸砂体，其杂基、塑性矿物颗粒及岩屑含量低，压实作用有利于储层的形成。

图2 东河塘组砂岩显微特征Fig.2 Micrographs of sandstones in Donghetang Formation

图3 YQ1井东河塘组砂岩分类投点图Fig.3 Sandstones classification map of Donghetang Formation in Well YQ1

3.2 胶结作用

3.2.1 碳酸盐胶结

碳酸盐胶结物是研究区最主要的胶结物，以方解石为主。方解石一般晶形不好，多充填粒间，反映为早期沉淀的胶结物。由于早期形成的方解石易发生溶解，可形成贴粒缝和溶孔。铁方解石在偏光显微镜下以被染成紫红色与方解石相区别；铁方解石的沉淀晚于方解石，充填于方解石被溶蚀后形成的溶孔中，并呈交代方解石产出（图5）。铁白云石是另一种常见的碳酸盐胶结物，它的形成一般要晚于方解石和铁方解石。由于白云石的结晶能力强，故在多数情况下以很好的菱面体形态充填在孔隙中。

一般来说，碳酸盐胶结作用是使储层孔渗性降低的主要因素。统计结果表明，储层的孔隙度与碳酸盐胶结物含量呈负相关关系。早期碳酸盐胶结物虽然使原生孔隙遭受充填；但另一方面，碳酸盐的早期胶结作用可使压实作用和压溶作用受到抑制，保护了原生孔隙，同时也为溶解作用准备了易溶的物质基础。在本区的成岩演化过程中，碳酸盐胶结使得储层较好地保存了一定的原生孔隙，并在随后的溶蚀作用下释放出来，对储层的发育有积极作用。

图4 东河塘组压实作用镜下特征（颗粒间呈现点－线接触）Fig.4 Micrographs of compaction in Donghetang Formation

图5 东河塘组碳酸盐胶结物特征Fig.5 Carbonate cements characteristics of Donghetang Formation

3.2.2 石英次生加大胶结

研究区储层可见较多的石英次生加大胶结，但加大级别不同，大多数为宽窄不一、分布不均匀、不连续的Ⅰ—Ⅱ级加大（图6）。石英次生加大通常与碳酸盐胶结物和长石的溶解作用，以及高岭石的沉淀现象共存。石英次生加大现象表明成岩作用由早期碳酸盐胶结的碱性环境向酸性环境的转化，在储层演化中，它充填粒间孔隙，是造成孔隙度降低的重要因素。

3.2.3 铁质胶结

东河塘组砂岩中可见少量铁质胶结物，呈斑点状分布（图7－A），局部见铁质结核（图7－B），主要以黄铁矿的形式产出，形成于中成岩B期，对储层起破坏性作用。

3.2.4 黏土矿物胶结

研究区内东河砂岩主要见伊利石、伊蒙混层、高岭石胶结。伊利石胶结主要呈针状和丝絮状，或以膜状分布在粒表，并且主要以伊蒙混层的形式附着在颗粒表面或充填于孔隙中。高岭石胶结物相对较多，常呈书页状、蠕虫状、手风琴状，主要充填在粒间孔中。黏土矿物特别是高岭石和伊蒙混层占据了一定的粒间孔隙，在一定程度上降低了砂体的储集性能；但它们又往往是长石、杂基等物质溶蚀作用的结果，是溶蚀孔形成的产物。

3.2.5 胶结作用的期次

通过胶结作用的研究，认为胶结作用的期次为碳酸盐胶结－石英次生加大－碳酸盐胶结－黏土矿物形成转化及自生石英晶体形成。早期浅埋藏过程中，沉积物中的富钙质流体沉淀，形成方解石胶结物（图8－A）；随着埋藏加深，腐殖质在相对浅的埋藏地点发生氧化反应，在埋藏压实过程中释放出有机酸，形成酸性环境，碳酸盐胶结物溶解释放原生孔隙，溶蚀长石等硅酸盐矿物释放出硅质（或者在同生－早成岩阶段火山作用提供的硅质），沉淀形成石英次生加大（图8－B，C），同时有蒙皂石或伊蒙混层的生成；在继续埋藏加深的过程中，石英次生加大逐渐停滞，碳酸盐开始沉淀，同时黏土矿物大量充填于粒间空隙，有少量含铁方解石形成（图8－D）。

图6 东河塘组Ⅰ—Ⅱ级石英次生加大现象Fig.6 TheⅠ－Ⅱgrade quartz overgrowth phenomenon of Donghetang Formation

图7 东河塘组砂岩的铁质胶结及黄铁矿结核Fig.7 Ferruginous cements and coal blendes in the sandstones of Donghetang Formation

图8 东河塘组胶结作用特征Fig.8 Cementation characteristics in Donghetang Formation

3.3 溶蚀作用

研究区砂岩的溶蚀作用主要表现为碳酸盐胶结物、黏土杂基、长石颗粒、部分岩屑的溶蚀，甚至石英颗粒表面亦有弱溶蚀作用。对储层影响最大的是碳酸盐胶结物的溶蚀，而黏土杂基、长石颗粒、石英颗粒和部分岩屑的溶蚀形成的次生孔隙是次要的（图8－B，C）。

碳酸盐胶结物被溶蚀主要形成大量的粒间溶孔，长石的溶蚀形成粒内溶蚀孔和粒缘溶蚀孔。总体上看，长石和部分岩屑溶蚀作用相对碳酸盐胶结物溶解作用对次生孔隙发育的贡献要小一些，由黏土杂基被强烈溶蚀也可形成丰富的粒间溶孔。产生溶蚀作用的主要原因是有机质在埋藏过程中所形成的富含有机酸和碳酸的热液对不稳定组分进行溶解作用所致，黏土矿物脱水对溶蚀作用的进行有重要促进作用。

4 成岩演化与孔隙演化的关系

通过对该地区东河砂岩的成岩作用、自生矿物（数量、类型）、孔隙类型的研究，并参考古地温、有机质成熟度等研究成果，认为于奇东地区的东河砂岩成岩作用可达中成岩B期（表1）。即东河塘组的成岩作用经历了同生期、早成岩阶段（分为A期、B期）、中成岩阶段（分为A期、B期）。

其成岩演化与孔隙演化的关系如下：同生期－早成岩A期，沉积物中的富钙离子流体发生沉淀，形成方解石胶结物，其中颗粒胶结的白云石先于方解石胶结物充填于孔缝中。至早成岩B期，腐殖质在相对浅的埋藏地点因氧化反应，在埋藏压实过程中释放出有机酸，形成酸性环境，长石等硅酸盐矿物溶蚀释放出硅质，或者在同生－早成岩阶段火山作用提供的硅质，沉淀形成石英次生加大；少量方解石胶结物溶解，释放原生孔隙；同时有蒙皂石或伊蒙混层生成充填于原生孔隙中。至中成岩阶段，由于有机质的成熟，释放出有机酸，或者下伏地层有机酸的输入，长石和碳酸盐胶结物等进一步溶蚀形成次生孔隙，大量黏土矿物生成并充填于原生孔隙和次生孔隙中，形成次生微孔；同时有Ⅱ－Ⅲ级石英加大、自生石英晶体和钾长石次生加大及少量含铁方解石形成。该阶段形成的次生孔隙是东河塘组储层的主要储集空间。

表1 于奇东地区东河塘组成岩阶段划分Table 1 The classification of the diagenetic stages of Donghetang Formation in Yuqidong area

5 结论与认识

a.研究区东河塘组砂岩主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和自生矿物的形成等作用，其中对储层发育影响比较大的有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

b.东河塘组在碳酸盐胶结物的影响下，孔隙骨架支撑起上覆地层的压力，使得本区成熟度较高的滨岸砂体都保留有较好的原生孔隙。这也是东河塘组在塔北地区埋深达到5km时残余的孔隙度还较高的主要原因之一。

c.东河塘组砂岩成岩演化阶段已达中成岩B期，压实作用和部分胶结作用是使储层物性变差的主要原因。早成岩B期碳酸热液和腐殖质释放出的有机酸对不稳定组分的溶解是改善储层物性的重要因素。

［1］朱怀诚，罗辉，王启飞，等.论塔里木盆地“东河砂岩”的地质时代［J］.地层学杂志，2002，26（3）：197－200.

［2］郭建华，石媛媛，刘辰生，等.塔里木盆地阿克库勒凸起西缘东河砂岩储集物性非均质性研究［J］.沉积学报，2005，23（3）：406－411.

［3］顾家裕，张兴阳，郭彬程.塔里木盆地东河砂岩沉积和储层特征及综合分析［J］.古地理报，2006，8（3）：285－293.

［4］张哨楠，刘家铎，田景春，等.塔里木盆地东河塘组砂岩储层发育的影响因素［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2004，31（6）：658－662.

［5］旷理雄，郭建华，黄太柱.塔里木盆地北部于奇地区东河砂岩油气成藏与勘探前景［J］.西安石油大学学报：自然科学版，2008，23（6）：14－17.

［6］何东博，应凤祥，郑竣茂，等.碎屑岩成岩作用数值模拟及其应用［J］.石油勘探与开发，2004，31（6）：66－68.

［7］李忠，陈景山，关平.含油气盆地成岩作用的科学问题及研究前沿［J］.岩石学报，2006，22（8）：2113－2122.

［8］Mowers T T，Budd D A.Quantification of porosity and permeability reduction due to calcite cementation using computer－assisted petrographic image analysis techniques［J］.AAPG Bulletin，1996，80（3）：309－322.

［9］代金友，张一伟，熊琦华，等.成岩作用对储集层物性贡献比率研究［J］.石油勘探与开发，2003，30（4）：54－55.

［10］应凤祥，罗平，何东博，等.中国含油气盆地碎屑岩储集层成岩作用与成岩数值模拟［M］.北京：石油工业出版社，2004.

［11］雷卞军，刘斌，李世临，等.致密砂岩成岩作用及其对储层的影响［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2008，30（6）：57－61.

［12］吴富强，鲜学福.深部储层勘探、研究现状及对策［J］.沉积与特提斯地质，2006，26（2）：68－71.

［13］刘清俊，于炳松，周芳芳，等.阿克库勒凸起东河砂岩成岩作用与成岩相［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（5）：54－62.

［14］郭建华，朱美衡，刘辰生.阿克库勒凸起东河砂岩的沉积相与层序地层［J］.石油与天质，2005，26（6）：808－815.