塔里木盆地塔中－巴楚地区志留系柯坪塔格组成岩作用及成岩相

李 锟，于炳松

刘清俊，任 艳 （中国地质大学（北京）地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083）

塔里木盆地塔中－巴楚地区志留系柯坪塔格组成岩作用及成岩相

李 锟，于炳松

刘清俊，任 艳 （中国地质大学（北京）地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083）

塔中－巴楚地区志留系柯坪塔格组是塔里木盆地重要的勘探目的层之一。在对该区柯坪塔格组沉积背景认识的基础上，通过铸体薄片、扫描电镜、电子探针及X射线衍射等分析方法对储层成岩作用进行了系统的研究，认为研究区砂岩主要经历了压实－压溶作用、胶结作用、溶解作用，目前已达到了晚成岩A期的末期。塔中地区与巴楚地区柯坪塔格组成岩作用的差异主要是原始沉积环境导致的物质成分差异所致，并最终导致了物性的差异。依据成岩作用对物性的影响，划分出4种成岩相，其中早期碳酸盐胶结物强溶解与晚期弱－中等充填成岩相为最有利储集相带，强石英次生加大成岩相、碳酸盐强烈胶结成岩相和强烈压实成岩相不利于孔隙的发育。

柯坪塔格组；成岩作用；成岩相；塔中－巴楚地区；塔里木盆地

塔中－巴楚地区构造上隶属于塔里木盆地中央隆起带中部的塔中低隆及西部的巴楚断隆，面积约7×104km2，整体处于阿瓦提、满加尔、塔西南和塘古巴斯4个生烃坳陷包围之中，勘探潜力巨大［1］。柯坪塔格组是塔里木盆地在志留纪稳定克拉通内拗陷背景下沉积的一套滨浅海陆源碎屑沉积，可细分为下段、中段和上段，塔中地区缺失下段和中段［2］。柯坪塔格组一直是塔里木盆地台盆区油气勘探的重点层位，以往的研究成果多集中在沉积特征、储层特征等方面，而对于控制储集层发育和分布的关键——成岩特征，特别是成岩相的研究相对薄弱。通过铸体薄片、扫描电镜、电子探针和X射线衍射等分析方法，笔者对塔中－巴楚地区柯坪塔格组砂岩储层成岩作用特征及成岩相进行系统研究，以期为储层评价提供地质依据。

1 储层岩石学特征

研究区柯坪塔格组沉积总体处于潮坪－浅海陆棚相的沉积环境［3］，以粉砂岩、细砂岩为主，少量中砂岩，颗粒分选中等－好，磨圆度以次圆－次棱角状为主，结构成熟度较高。岩石类型主要为岩屑砂岩、长石岩屑质石英砂岩和岩屑石英砂岩，塔中地区局部发育前滨－临滨背景下形成的成熟度较高的石英砂岩（图1）。

研究区柯坪塔格组碎屑成分以石英为主，占碎屑颗粒的30%～95%，平均72.9%，多具波状消光；岩屑含量变化较大，在1%～56%之间，平均19.7%，以硅质岩岩屑和泥质岩岩屑为主；长石含量相对较低，为1%～25%，平均7.3%；黑云母含量较少，常呈定向排列，局部可见绢云母化。填隙物主要为铁方解石和硅质胶结物，泥质杂基含量较少。

图1 塔中－巴楚地区柯坪塔格组砂岩类型

2 成岩作用类型及其特征

研究区柯坪塔格组主要经历了压实和胶结等破坏性成岩作用、碎屑颗粒及胶结物的溶解等建设性成岩作用，而交代作用对储层物性影响较小。

2.1 压实作用

研究区柯坪塔格组砂岩储层目前埋深较大，压实－压溶作用总体较强，主要表现为：①碎屑颗粒间以线状接触为主，局部为凹凸状接触（图2（a））；②石英、长石等脆性颗粒可见压裂纹；③常见黑云母被挤压变形；④泥质岩屑等塑性颗粒被挤入粒间孔中形成大量假杂基（图2（a））。强烈的压实使储层原生孔隙不可逆地消除，同时压溶过程产生的Si2＋还为后期的硅质胶结提供物质来源，对储层发育极为不利。

砂岩中刚性颗粒的含量及早期胶结作用的发育程度对压实作用的强度具有较大的影响［4］。巴楚地区柯坪塔格组目前埋深将近3000m，塔中地区则大部分达到5000～6000m，但巴楚地区压实作用反而表现更加强烈。这主要是由于矿物成分差异所致：巴楚地区塑性岩屑以及杂基的含量相对较高，在压实过程中抗压实能力较弱，容易变形，因此压实作用表现比较强烈；而塔中地区石英含量普遍高于巴楚地区，石英等刚性颗粒具有较强的抗压能力，加之早期碳酸盐胶结物的大量形成也增加了岩石的抗压强度，因此压实作用较巴楚地区弱，相对有利于原生孔隙的保存。

2.2 胶结作用

岩石薄片、电镜及探针等分析表明，研究区柯坪塔格组胶结作用总体较强，胶结物主要为碳酸盐、硅质和粘土矿物，此外还有少量自生长石、黄铁矿等。胶结作用使得原生孔隙进一步降低。

2.2.1 碳酸盐胶结

碳酸盐胶结物的数量、分布方式以及与压实作用的先后顺序都在很大程度上影响着碎屑岩储层的质量。研究区柯坪塔格组碳酸盐胶结物含量变化较大，体积分数在0.1%～35%之间，平均15%左右。铸体薄片及电子探针分析表明，研究区柯坪塔格组碳酸盐胶结物可分为早、晚两期，早期主要为呈基底式胶结的泥晶方解石及微晶白云石，晚期主要为中细晶及连晶铁方解石、铁白云石。早期碳酸盐胶结物的形成能够抑制后期的压实作用，将原生孔隙转化为潜在孔隙，为后期溶蚀形成次生孔隙提供条件。

2.2.2 硅质胶结

研究区柯坪塔格组硅质胶结总体较为普遍，硅质胶结物含量1%～10%，平均1.72%。硅质胶结物的沉淀受到温度、流体pH值等因素的影响。当碎屑颗粒之间形成局部酸性环境，孔隙水中游离Si2＋便会在石英碎屑边缘沉淀形成次生加大边（图2（b））。次生加大是柯坪塔格组硅质胶结的主要产出形式，常可见1～2期加大现象，加大边宽以1～5μm为主，第1期胶结时由于孔隙空间发育，加大边自形程度较好；第2期则由于孔隙空间减少而呈不规则状。随着孔隙水中游离Si2＋浓度增加，形成了少量充填于孔隙中的自生粒状微晶石英集合体（图2（c））。

研究区柯坪塔格组硅质胶结物的来源包括多期烃类注入［5］溶蚀的石英、长石颗粒、蒙皂石转变成伊利石以及早期压溶作用所产生的游离态的硅。塔中地区柯坪塔格组硅质胶结作用总体比巴楚地区强烈，这主要是受碎屑颗粒成分，尤其是石英颗粒含量的影响。碎屑石英含量越高，石英胶结物含量也越高。如塔中47井上砂岩段石英砂岩中自生石英含量平均可达4.6%，最高可达9.5%。石英的次生加大及自生石英使原生孔隙降低，且极不易于后期改造，对储层影响较大。

2.2.3 粘土矿物胶结

研究区柯坪塔格组粘土矿物类型主要有伊／蒙混层矿物（35.9%）、伊利石（29.1%）、绿泥石（27.3%）和高岭石（7.3%）。伊／蒙混层矿物扫描电镜下多为蜂窝状或卷片状包裹在颗粒表面或充填在颗粒之间（图2（d）），随着成岩强度的加大，逐渐向伊利石转化（图2（e））。伊利石主要呈环边方式产出，少部分呈针状和丝絮状充填于孔隙空间（图2（f））。绿泥石在铸体薄片下一般呈膜状（图2（f）），包膜一般厚2～8μm，电镜扫描下呈针叶状或绒球状（图2（g））。绿泥石膜的存在能够有效地阻止颗粒的自生加大，并在一定程度上增强砂岩的抗压实能力［6］。高岭石主要由长石、云母等矿物蚀变而成，研究区柯坪塔格组长石、云母含量较低，因此自生高岭石较少，常呈书页状或六方板状的集合体（图2（g））。

2.3 溶解作用

深层优质碎屑岩储层的形成往往与有机质成熟产生的有机酸和二氧化碳溶于水形成的碳酸对颗粒及胶结物的溶解有关［7］。从志留纪起，塔里木盆地下古生界烃源岩经历了3期生、排烃［8］。柯坪塔格组的溶解作用与这3期烃类的注入密切相关，主要表现为硅质、长石和碳酸盐胶结物的溶解（图2（h））。

硅质的溶解现象较为常见，镜下表现为石英及硅质岩屑颗粒内部、边缘及石英加大边的溶解。一般认为SiO2的溶解作用发生在碱性条件下。但研究表明，有机质成熟或古油藏遭破坏烃类微生物降解产生的有机酸在常温常压、水介质呈中性甚至酸性条件时仍可对石英产生溶解作用［5，9］。柯坪塔格组第1次硅质溶解正是发生志留纪末－泥盆纪初第1期的烃类注入，主要表现为石英颗粒边缘锯齿状、港湾状溶蚀，并且大部分石英颗粒与次生加大边间可见明显的残余油膜（图2（b））。此外2期次生加大边均可见溶蚀现象，说明在此之后至少又发生了2次硅质的溶解。长石在成岩早期即开始发生溶解，往往沿其解理面或边缘溶蚀后形成形态规则的粒内溶孔（图2（f）、（i））。碳酸盐胶结物的溶解主要为早期泥晶方解石的强烈溶解，晚期铁方解石则溶解较弱（图2（h））。

巴楚地区溶解作用总体弱于塔中地区，这可能是由于巴楚地区压实作用强烈，造成许多岩屑被压实变形挤入孔隙之中形成假杂基堵塞原始粒间孔，酸性孔隙水难以进入产生溶蚀。总体来说，研究区柯坪塔格组溶解作用较弱，溶解增孔量有限，但对于改善储层物性仍然具有重要的影响。

2.4 成岩阶段划分

根据碎屑岩成岩阶段划分标准（SY／T5477－2003），将研究区柯坪塔格组成岩阶段定为晚成岩A期的末期（图3）。

图3 塔中－巴楚地区柯坪塔格组成岩作用与孔隙演化模式图

主要依据有：①砂岩普遍经受了较强的压实作用改造，碎屑颗粒以线接触为主，局部呈凹凸接触，原生孔隙已大量丧失；②长石、岩屑、早期碳酸盐胶结物、石英颗粒边缘及其次生加大边均普遍遭受溶蚀，孔隙组合类型以次生孔隙为主；③粘土矿物主要为伊／蒙混层、伊利石、绿泥石及少量高岭石，未见蒙脱石，伊／蒙（I／S）混层中的蒙脱石（S）含量为25%～30%之间；④铁方解石等晚期碳酸盐胶结物大量出现；⑤塔中11井石英包裹体均一温度113～121℃，平均117℃；⑥镜质体反射率Ro值在0.9%～1.3%之间。

3 成岩相类型及其特征

成岩相是成岩环境和成岩矿物的综合，是构造、流体、温压等条件对沉积物综合作用的结果，包括岩石颗粒、胶结物、组构、孔洞缝等综合特征，是决定储集层性能的核心要素之一［10］。成岩相的研究对于储集体形成机理、空间分布及定量评价研究具有重要意义，能进一步明确与储集性能直接相关的有利成岩储集体，更加有效地指导油气勘探。笔者依据成岩作用对储层物性的影响，结合薄片观察和沉积相平面展布特征，划分出以下4种成岩相带。

图4 塔里木盆地塔中－巴楚地区柯坪塔格组成岩相展布图

1）早期碳酸盐胶结物强溶解与晚期弱－中等充填成岩相 主要分布在塔中地区及巴楚县一带（图4），为前滨、临滨、三角洲前缘水下分流河道及潮下带沉积背景下形成的石英砂岩、岩屑质石英砂岩和长石岩屑质石英砂岩。由于早期碳酸盐强烈胶结，抑制了岩石后期的压实作用，使原生孔隙大量转化为潜在孔隙。随着有机质的成熟产生有机酸以及二氧化碳溶于水形成碳酸，早期碳酸盐胶结物遭受强烈溶蚀作用，产生大量次生孔隙，而晚期铁方解石胶结较弱，形成了原生孔隙与次生孔隙的叠加，孔隙度一般在6%～14%之间，为好储层。

2）强石英次生加大成岩相 主要分布在塔中及巴楚地区柯坪县一带（图4），为前滨、上临滨以及潮下带沙坪背景下形成的成熟度较高的石英砂岩、岩屑质石英砂岩，石英含量在75%以上。石英颗粒次生加大较为强烈，往往发育1～2期次生加大边。强烈的石英次生加大使原生孔隙大量减少，且由于硅质胶结物不易于后期改造，储层现今孔隙类型以剩余原生孔为主，孔隙度一般在6%～10%之间，为差储层。

3）碳酸盐强烈胶结成岩相 主要分布于和田至阿瓦提县一带（图4），为潮坪相砂体中的细粒岩屑砂岩、岩屑质石英砂岩。碳酸盐胶结强烈，胶结物含量往往在20%以上，颗粒一般呈点接触或漂浮状。主要是早期泥晶方解石强烈胶结而后期溶蚀作用较弱，或早期泥晶方解石遭受溶蚀，但孔隙又被晚期铁方解石胶结强烈充填，使得孔隙度较小，一般在0.1%～4%之间，为差储层。

4）强烈压实成岩相 主要分布在巴楚地区（图4），为潮坪、浅海陆棚背景下沉积的成分成熟度较低的岩屑砂岩、长石岩屑质石英砂岩。由于岩屑等塑性颗粒及泥质杂基含量较高，压实作用表现较为强烈，颗粒间往往呈凹凸或呈压嵌式接触。强烈的压实作用使原生孔隙大幅度减少，同时大量的泥质杂基及假杂基使渗透率大幅降低，不利于后期孔隙水流动，导致后期胶结作用及溶蚀作用均较弱。孔隙度在0.5%～5%之间，为较差储层。

4 结 论

1）研究区柯坪塔格组储层主要为结构成熟度较高的岩屑砂岩、长石岩屑质石英砂岩和岩屑石英砂岩，塔中地区局部发育成熟度较高的石英砂岩。

2）研究区柯坪塔格组经历了强烈的压实作用和胶结作用，使得储层的原始孔隙大量损失；溶解作用总体较弱，增孔量有限。目前储层已处于晚成岩A期的末期。

3）原始沉积环境对后期成岩作用具有重要影响。塔中地区成分成熟度总体高于巴楚地区，导致其胶结作用和溶解作用强于巴楚地区，而压实作用弱于巴楚地区。

4）研究区柯坪塔格组可划分为4种成岩相带。其中早期碳酸盐胶结物强溶解与晚期弱－中等充填成岩相为最有利储集相带，强石英次生加大成岩相、碳酸盐强烈胶结成岩相和强烈压实成岩相不利于孔隙的发育。

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［编辑］ 宋换新

39 Diagenesis and Diagenetic Facies of Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area of Tarim Basin

L
I Kun，YU Bing－song，LIU Qing－jun，REN Yan

（First Authors Address：State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China）

Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area of Tarim Basin was one of the main target zones for oil exploration in Tarim Basin.Based on the recognition of depositional environment in Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area，various methods，such as cast thin section，scanning electron microscope，electronic probe and X－ray diffraction were used to systematically and thoroughly study the diagenesis in the area.It was considered that sandstone in the area went through the diagnesis stage of compaction，pressure－solution，cementation and solution，and currently it was at the telophase of late diagenesis stage of Period A.The differences of diagenesis between Tazhong Area and Bachu Area were mainly due to the component differences form the original depositional environment，and it finally led to the differences of porosity and permeability.According to the influence of diagenesis on porosity and permeability，it is divided into 4types of diagenetic facies，in which the strong dissolution of early carbonate cementation and medium to weak of later cementation diagenetic facies are the most favorable reservoir facies，while the strong quartz cementation ciagenetic facies，the strong carbonate cementation diagenetic facies and the strong compaction diagenetic facies are unfavorable for pores development.

Kepingta Formation；diagenesis；diagenetic facies；Tazhong－Bachu Area；Tarim Basin

book=353,ebook=353

TE122.2

A

1000－9752（2012）07－0039－06

2011－12－22

国家油气重大专项（2008ZX05005－04－06HZ）。

李锟（1987－），男，2010年大学毕业，硕士生，现主要从事含油气盆地沉积学方面的学习与研究工作。