中拐地区上乌尔禾组浊沸石展布规律及优质储层预测

孟祥超，徐 洋，韩守华，陈能贵，邹志文，郭华军

（中国石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023）

0 引言

准噶尔盆地西北缘为新疆油田最富集的油气聚集区之一，二叠系中、深层碎屑岩储层为近年来的勘探热点之一，2010～2011年，JL2井在上乌尔禾组P3w恢复试油获高产油流后，该区带尤其是东部靠近凹陷的斜坡区滚动勘探取得新进展，展示良好的勘探前景.对该区二叠系中、深层碎屑岩储层，前人研究主要集中于储层岩性、孔隙类型、物性特征等方面[1-4］，对主要胶结物及孔隙成因机理的分析不够深入，尤其缺乏对沸石类矿物平面展布规律及与产能关系的论述.浊沸石是研究区上乌尔禾组储层中最重要的胶结物类型，近年来，东部近斜坡区钻遇的高产储层中浊沸石胶结物含量较高，前人认为浊沸石展布受控于物源区火山碎屑物质[5-6］，主要发育在近物源的水上沉积环境[7-8］.笔者以铸体薄片微观鉴定分析为基础，分析不同沉积微相砂体内发育的胶结物类型，结合区域地层及不整合面时空展布特征，认为浊沸石发育受砂体沉积微相类型、距P2w碱性水介质源距离两方面因素控制，并对溶孔的发育程度及储层产能产生重要影响，据此对优质储层的分布范围进行预测.

1 区域地质概况及储层基本特征

中拐凸起构造位置处于准噶尔盆地西北缘克百断裂带东南部，东部自北向南与玛湖凹陷、盆1井西凹陷、沙湾凹陷3个生烃中心紧邻，位于三大生油凹陷的迎烃面方向[9-11］，构造位置非常有利.

研究区自上而下钻遇地层白垩系吐谷鲁群（K1tg），侏罗系齐古组（J3q）、三工河组（J1s）、八道湾组（J1b），三叠系白碱滩组（T3b）、上克拉玛依组（T2k2）、下克拉玛依组（T2k1）、百口泉组（T1b），二叠系上乌尔禾组（P3w）、下乌尔禾组（P2w）、夏子街组（P2x）、风城组（P1f）和佳木河组（P1j）.其中，下乌尔禾组（P2w）、夏子街组（P2x）、风城组（P1f）仅发育在东部斜坡区，研究区主体部位表现为上乌尔禾组（P3w）与佳木河组（P1j）地层呈角度不整合接触，东部斜坡区表现为上乌尔禾组（P3w）与下乌尔禾组（P2w）地层呈角度不整合接触（见图1）.

二叠纪以来，准噶尔盆地西北缘为继海西运动后形成的海相—残余海相向陆相演化的前陆盆地[12-14］，构造岩浆活动剧烈，形成较厚的中基—中酸性火山岩、火山碎屑岩和正常陆相碎屑岩沉积，且中拐地区位于克—百断裂带下盘近物源区，该区二叠系地层整体成分成熟度、结构成熟度较低，主要以岩屑砂砾岩为主（见图2），岩屑组分主要为中基—中酸性火山岩[15-16］.目的层上乌尔禾组储层粒间胶结物以浊沸石为主，其体积分数为2%～8%，其次为高岭石、硅质及铁方解石；孔隙类型以浊沸石溶孔、剩余粒间孔为主，次为粒内溶孔；孔隙度主分布在10%～15%之间，渗透率主分布在（1～50）×10-3μm2之间，整体属低孔低渗储层.

图1 中拐地区地层发育特征Fig.1 Stratum feature in Zhongguai region

图2 中拐地区二叠系岩矿组分三角图Fig.2 Triangle chart of mineral component in permian，Zhongguai region

2 浊沸石胶结及溶蚀机理

研究区上乌尔禾组母岩富含火山碎屑物质，结合浊沸石成因的研究成果[17-18］，依据浊沸石在砂岩中的产状，把中拐地区上乌尔禾组浊沸石的形成分为2个阶段.第一阶段为斜长石和火山物质水化而形成的浊沸石，产状主要表现为浊沸石沿解理交代长石颗粒或火山岩岩屑中的长石斑晶.该类产状的浊沸石在研究区薄片观察中极少见，可以推测由此机制形成的浊沸石含量很少.第二阶段主要为斜长石的钠长石化作用，产状主要表现为充填于粒间的浊沸石胶结物.由于钠长石化作用可提高孔隙水中钙离子的浓度，加之有大量溶解的二氧化硅的存在，更促进浊沸石在粒间沉淀.该类产状的浊沸石在研究区最为常见（见图3），斜长石的钠长石化作用为研究区浊沸石形成的主要成因机制.

图3 浊沸石胶结、溶蚀及伴生矿物显微特征Fig.3 Micro-feature of laumontite cementation-corrosion and its associated minerals

浊沸石（CaAl2Si4O12·4H2O）在砂岩中主要以胶结物形式产出，是一种典型的成岩自生矿物.浊沸石胶结物的形成需要碱性水介质环境，在碱性水介质条件下，斜长石颗粒及火山碎屑颗粒中的斜长石组分水解—浊沸石化，反应过程中伴生钠长石[17-18］（见图3（a）），以钙长石为例，反应式：

反应所需的Na＋、Si4＋离子由二叠系岩屑中高火山碎屑组分中的蒙脱石向伊利石、绿泥石转化过程中大量脱水而析出[18-19］；长石组分主要来自碎屑长石颗粒及火山岩屑颗粒中的长石组分.

浊沸石是架状含水铝硅酸盐矿物，｛110｝解理非常发育，遇酸极易沿浊沸石解理缝发生溶蚀，溶蚀较充分时，孔隙内仅见浊沸石残晶（见图3（b）），具同一消光位.

浊沸石溶蚀需要酸性流体成岩环境，伴生矿物为自生高岭石及硅质、方解石（见图3（c）和（d））.沉积岩中自生浊沸石溶解的化学方程式[18-19］：

3 浊沸石含量与溶孔、产能关系

对浊沸石含量—孔隙度的相关性研究表明，浊沸石含量与孔隙度之间存在一个门槛值16%，即当浊沸石体积分数小于16%时，浊沸石含量—孔隙度呈正相关，即浊沸石作为后期溶蚀的物质基础，增孔作用明显；当浊沸石体积分数超过16%时，浊沸石含量—孔隙度之间呈明显的负相关，此时岩石大部分被浊沸石胶结，导致后期酸性溶蚀流体难以对其进行有效溶蚀，浊沸石主要表现为减孔作用.研究区二叠系上乌尔禾组储层浊沸石胶结物体积分数分布在2%～8%之间，浊沸石胶结物含量—浊沸石溶孔含量呈明显的正相关（见图4），即浊沸石胶结物的作用主要体现为抑制压实作用、保护原生孔隙及作为后期浊沸石溶孔发育的物质基础.浊沸石胶结物的存在多保留3%～8%的孔隙度（见图5）.

图4 中拐地区二叠系浊沸石胶结物含量—浊沸石溶孔含量关系交汇图Fig.4 Relation map of the content of laumontite-corrosion pore in Permian，Zhongguai region

图5 中拐地区二叠系孔隙度—深度交汇图Fig.5 Relation map of porosity-depth in permian，Zhongguai region

浊沸石胶结物含量与东部斜坡区储层的产能也具有明显的正相关性，产液达到10～20m3／d产能井的浊沸石胶结物含量也相应较高，平均体积分数达4.61%（见图6）.

图6 中拐凸起斜坡区二叠系胶结物类型—日产液量对比直方图Fig.6 Relation histogram of cement typeper production in permian，Zhongguai slope region

4 浊沸石胶结物展布规律及优质储层发育区预测

分析薄片鉴定资料及地层空间展布特征，研究区浊沸石胶结物分布受砂体沉积微相类型、距P2w碱性水介质源距离两方面因素控制.

4.1 浊沸石垂向展布

在沉积作用下，不同沉积微相的砂体具有不同的成岩作用特征，分析中拐地区东部斜坡区上乌尔禾组砂体沉积微相与各种成岩自生矿物的展布规律，发现成岩过程中自生矿物，尤其是浊沸石的展布受砂体沉积微相控制比较明显，研究区二叠系地层整体属扇三角洲前缘亚相沉积，储层微相类型以水下分流河道砂体为主，少数河口坝砂体.薄片观察发现，浊沸石含量与相带之间关系密切，叠置的厚层主河道以浊沸石胶结为主，浊沸石体积分数一般为4%～8%，最高可达12%（见图7）；较薄孤立的分支河道以铁方解石、硅质胶结为主，少量浊沸石胶结；河口坝以硅质、铁方解石胶结为主，罕见浊沸石胶结.这主要是因为在叠置的主河道厚砂体中，河流的叠置冲刷作用强烈，后期河道沉积底部的粗粒物质对前期河道沉积上部的细粒物质不断冲刷削蚀，使顶部含黑云母层的细粒层被剥蚀殆尽，层内非均质性弱，原生孔隙保存较多，孔隙连通性较好，孔隙水易于流通，压实水、成岩水与斜长石离子交换能力强，易于形成浊沸石中—强胶结相；孤立的分支河道砂体因厚度较薄，平面河道改道频繁，砂体平面连通性差，压实水、成岩水[19］进入后流动性差，不易形成浊沸石胶结，代之以方解石、硅质胶结，少量的浊沸石胶结物仅发育在局部较粗粒的中细砂岩中；河口坝在本区较少发育，由于孤立、层薄，成岩水、压实水流动性差，以方解石、硅质胶结为主.

图7 中拐地区二叠系沉积微相-胶结物类型（φ为孔隙度，K为渗透率）Fig.7 Comprehensive map of sedimentary facies-cement type in permian，Zhongguai region

4.2 浊沸石平面展布

浊沸石胶结物的形成需要碱性水介质环境，据研究区黏土矿物X线衍射资料（见图8），下二叠统（P2w-P1j）主要以伊蒙混层＋伊利石＋绿泥石＋绿蒙混层（I／S＋I＋C＋C／S）等碱性黏土矿物组合为主，反应碱性成岩水介质环境；自上二叠统（P3w）开始，典型酸性黏土矿物高岭石（K）开始大量出现，反应成岩环境开始转入酸性，即P3w地层本身不具备生成大量浊沸石胶结物所需的碱性水介质条件，碱性水介质源主要来自下伏P2w地层.本区P2w地层自东部凹陷区向西部中拐凸起呈逐层超覆展布，研究区内P2w地层主要分布于稍远物源区的JL2-L205一线以东区带，该区带内碱性水介质通过不整合面及断裂自P2w地层进入P3w地层，为浊沸石胶结物的形成创造介质条件.该区扇体主河道部位，浊沸石主要以中—强胶结为主，局部扇体交汇地带，以浊沸石弱胶结为主；近物源区的K004井一线，一方面远离P2w碱性水介质源；另一方面颗粒边缘多发育黏土衬边膜，抑制浊沸石的胶结，从而导致近物源区浊沸石胶结物不发育（见图9）.由图9可知，浊沸石消失线大致对应于湖岸线，即本区浊沸石胶结物主要发育于湖岸线附近及水下扇三角洲前缘相带.

图8 中拐地区垂向黏土矿物序列Fig.8 Vertical order of clay minerals in Zhongguai Region

浊沸石发育受砂体沉积微相类型、距P2w碱性水介质源距离两方面因素控制，浊沸石中—强胶结带主要分布于扇体主河道处，自东部斜坡区至西部凸起，沿3个扇体主河道逆流方向浊沸石胶结物发育程度逐渐减弱（见图9）.

4.3 优质储层发育区预测

叠置的主河道砂体原生孔隙比较发育，孔隙水较易流动，与斜长石离子交换能力强，易于形成浊沸石胶结，同时浊沸石的胶结又在一定程度抑制压实作用的进行，因此，浊沸石胶结物主要分布在叠置水下分流主河道的厚砂体内.

中拐地区上乌尔禾组主要发育浊沸石、硅质、方解石、绿泥石、高岭石等胶结物，其中，浊沸石是一种含水的硅铝酸盐矿物，其成分及晶体结构与斜长石非常相似，以其明显的｛110｝解理及典型的波状消光特征区别于长石颗粒，有机酸性水容易沿其解理缝进行溶蚀，形成浊沸石溶孔.当溶蚀程度较轻时，可使浊沸石解理缝扩大；当溶蚀程度较强烈时，粒间溶孔内仅见少量浊沸石残晶残留，残晶具同一消光位.有机酸对硅酸盐的溶解能力远远大于对碳酸盐的溶解，因此，当有机质大量生油之前脱羧基作用形成的有机酸性水进入扇三角洲前缘砂体中时，优先溶解叠置主河道中的浊沸石胶结物，形成次生孔隙，且平面上从东部的酸源凹陷区向西部凸起方向，浊沸石的溶蚀作用逐渐减弱，从而自东部斜坡区向西部凸起区，沿3个扇体主河道逆流方向依次形成浊沸石强溶蚀带—浊沸石中溶蚀带—浊沸石弱溶蚀带.后期生成的油气沿浊沸石次生溶蚀孔隙通道向砂岩上倾方向运移、成藏，现今探明的油气藏多分布在叠置主河道砂体中.

根据浊沸石胶结物平面展布范｀围圈定有利储层发育区（见图9），JL2-J205一线以东、3个主扇体的水下分流河道区带，作为溶蚀物质基础的浊沸石胶结物较发育，且平面上靠近酸源凹陷、垂向上有通源断裂沟通，具备形成溶孔型储层的条件，该区带内井控程度低，为溶孔型优质储层发育区.目前，在该有利区内已相继部署5口井，初步钻探见到良好的油气显示，勘探潜力巨大.

图9 中拐地区二叠系上乌尔禾组浊沸石平面展布Fig.9 Plan map of laumontite in P3w，Zhongguai Region

5 结论

（1）上乌尔禾组浊沸石胶结物含量与浊沸石溶孔含量、产能呈正相关，浊沸石胶结物的存在可多保留3%～8%的孔隙度，日产液达到10～20m3的产能井的浊沸石胶结物含量也相应较高.

（2）浊沸石胶结物分布受砂体沉积微相类型、距P2w碱性水介质源距离两方面因素控制.叠置的主河道砂体，浊沸石以中—强胶结为主；孤立的分支河道砂体，浊沸石以中—弱胶结为主；河口坝砂体，罕见浊沸石胶结.

（3）浊沸石胶结物发育程度与距P2w碱性水介质源的距离密切相关，自东部斜坡区至西部凸起，沿3个扇体主河道逆流方向浊沸石胶结物发育程度逐渐减弱.

（4）JL2-J205一线以东、3个主扇体的水下分流河道区带，浊沸石胶结物较发育，靠近酸源凹陷、有通源断裂沟通，为浊沸石溶孔优质储层发育区，勘探潜力巨大.

[1]李丕龙，冯建辉，陆永潮，等.准噶尔盆地构造沉积与成藏[M］.北京：地质出版社，2010.Li Pilong，Feng Jianhui，Lu Yongchao，et al.Structure，sedimentation and reservoir in Junggar basin[M］.Beijing：Geology Press，2010.

[2]雷振宇，卞德智.准噶尔盆地西北缘扇体形成特征及油气分布规律[J］.石油学报，2005，26（1）：8-12.Lei Zhenyu，Bian Dezhi.Characteristics of fan forming and oil-gas distribution in north western margin of Junggar basin[J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26（1）：8-12.

[3]雷振宇，鲁兵，蔚远江，等.准噶尔盆地西北缘构造演化与扇体形成和分布[J］.石油与天然气地质，2005，26（1）：86-91.Lei Zhenyu，Lu Bing，Wei Yuanjiang，et al.Tectonic evolution and development and distribution of fans on northwestern edge of Junggar basin[J］.Oil ＆ Gas，2005，26（1）：86-91.

[4]宋永东，戴俊生，吴孔友.准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带构造特征与油气成藏模式[J］.西安石油大学学报：自然科学版，2009，24（3）：17-24.Song Yongdong，Dai Junsheng，Wu Kongyou.Study on the structural features and hydrocarbon accumulation modes of Wuxia fault belt in the northwest margin of Junggar basin[J］.Joumal of Xi＇an Shiyou University：Natural Science Edition，2009，24（3）：17-24.

[5]李军，王炜，王书勋.青西油田沉凝灰岩储集特征[J］.新疆石油地质，2006，27（3）：288-289.Li Jun，Wangwei，Wang Shuxun.Reservoir feature of congeal-limestone in Qingxi oilfield[J］.Xinjiang Petroleum Geology，2006，27（3）：288-289.

[6]陈奋雄，李军，师志龙，等.准噶尔盆地西北缘车—拐地区三叠系沉积相特征[J］.大庆石油学院学报，2012，36（2）：23-26.Chen Fenxiong，Li Jun，Shi Zhilong，et al.Sedimentary facies feature of triassic in Cheguai region，northwestern of Junggar basin[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2012，36（2）：23-26.

[7]杨晓萍，张宝民，雷振宇，等.含油气盆地中浊沸石的形成与分布及其对油气勘探的意义[J］.石油地质，2006（2）：35-37.Yang Xiaoping，Zhang Baomin，Lei Zhenyu，et al.Formation process and distribution and its exploration significance of laumontite in oil＆gas basin[J］.Petroleum Geology，2006（2）：35-37.

[8]卢文忠，朱国华，李大成，等.川中地区侏罗系下沙溪庙组浊沸石砂岩储层的发现及意义[J］.沉积储层，2004（5）：54-56.Lu Wenzhong，Zhu Guohua，Li Dacheng，et al.Discovery and significance of laumontite reservoir in J2x，Chuanzhong region[J］.Deposition and Reservoir，2004（5）：54-56.

[9]肖序常，汤耀庆.新疆北部大地构造特征[M］.北京：地质出版社，2008.Xiao Xuchang，Tang Yaoqing.Tectonic feature in northern Xinjiang[M］.Beijing：Geology Press，2008.

[10]梁云海，李文铅.新疆准噶尔造山带多旋回开合构造特征[J］.地质通报，2008，23：279-285.Liang Yunhai，Li Wenqian.Tectonic feature of multi circle open-close in orogenetic region，Junggar basin[J］.Geology Circular，2008，23：279-285.

[11]管树巍，李本亮，侯连华，等.准噶尔盆地西北缘下盘掩伏构造油气勘探新领域[J］.石油勘探与开发，2008，35（1）：17-22.Guan Shuwei，Li Benliang，Hou Lianhua，et al.New hydrocarbon exploration areas in footwall covered structures in northwestern margin of Junggar basin[J］.Petroleum Exploration and Development，2008，35（1）：17-22.

[12]范存辉，支东明，秦启荣，等.准噶尔盆地小拐地区佳木河组储层特征及主控因素[J］.大庆石油学院学报，2012，36（2）：48-51.Fan Cunhui，Zhi Dongming，Qin Qirong，et al.Reservoir feature and master control factor of P1jin Xiaoguai region，Junggar basin[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2012，36（2）：48-51.

[13]况军，齐雪峰.准噶尔前陆盆地构造特征与油气勘探方向[J］.新疆石油地质，2006，27（1）：5-9.Kuang Jun，Qi Xuefeng.The structural characteristics and oil-gas explorative direction in Junggar foreland basin[J］.Xinjiang Petroleum Geology，2006，27（1）：5-9.

[14]刘海涛，蒲秀刚，张光亚，等.准噶尔盆地白家海地区侏罗系扇三角洲沉积体系[J］.大庆石油学院学报，2010，34（6）：38-40.Liu Haitao，Pu Xiugang，Zhang Guangya，et al.Fan-delta sedimentary system of jurassic in Baijiahai region，Junggar basin[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2010，34（6）：38-40.

[15]伊振林，回琇，张保国，等.克拉玛依油田六中区克下组沉积微相分析[J］.大庆石油学院学报，2011，35（6）：24-26.Yi Zhenlin，Hui Xiu，Zhang Baoguo，et al.Sedimentary facies analysis of T2k1in middle 6th district，Kelamay oilfield[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2011，35（6）：24-26.

[16]杨晓萍，裘怿楠.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组浊沸石形成机理、分布规律与油气关系[J］.沉积学报，2002，20（4）：630-632.Yang Xiaoping，Qiu Yinan.Formation process and distribution of laumontite in Yanchang formation upper triassic of Ordos basin[J］.Acta Sedimentologica Sinica，2002，20（4）：630-632.

[17]白清华，柳益群，樊婷婷.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组浊沸石分布及其成因分析[J］.西北地质，2009，42（2）：102-105.Bai Qinghua，Liu Yiqun，Fan Tingting.Distribution and formation process of laumontite in Yanchang formation（upper triassic），Ordos basin[J］.Northwestern Geology，2009，42（2）：102-105.

[18]曾广策，朱云海，叶德隆.晶体光学及光性矿物学[M］.北京：中国地质大学出版社，2008.Zeng Guangce，Zhu Yunhai，Ye Delong.Crystal optics and light-nature mineralogy[M］.Beijing：Geology University of China Press，2008.

[19]吴海瑞.松辽盆地乾北地区青三段沉积微相发育特征及其对岩性油藏的控制作用[J］.大庆石油学院学报，2011，35（4）：9-11.Wu Hairui.Development feature of sedimentary facies and its control to lithology reservoir in Qing 3th group，Qianbei region of Songliao basin[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2011，35（4）：9-11.