准噶尔盆地西北缘五、八区二叠系上乌尔禾组储层成岩作用和成岩相研究

王辉 （中石油新疆油田分公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834000）

梅华平（长江大学地球科学学院）油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 武汉 430100

杨丽，李想 （中石油新疆油田分公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834000）

陈开研，刘明军，李笑天张福榕，张翔，龚福华 （长江大学地球科学学院）油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 武汉 430100

准噶尔盆地西北缘五、八区二叠系上乌尔禾组储层成岩作用和成岩相研究

王辉 （中石油新疆油田分公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834000）

梅华平
（长江大学地球科学学院）油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 武汉 430100

杨丽，李想 （中石油新疆油田分公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834000）

陈开研，刘明军，李笑天张福榕，张翔，龚福华 （长江大学地球科学学院）油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 武汉 430100

通过现场岩心观察，结合岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光等微观图像资料，对准噶尔盆地西北缘五八区二叠系上乌尔禾组储层岩石学特征及微观特征进行了系统的研究，深入剖析了区内主要的成岩作用类型、成岩阶段、成岩序列以及成岩作用对储集物性的影响。结果表明，上乌尔禾组储层主要成岩作用类型有压实作用、成岩收缩、胶结作用、交代作用和溶解作用，处于中成岩阶段B期；可划分出4类成岩相，即砾缘缝－浊沸石溶蚀相、伊利石胶结相、方解石胶结相、石膏－高岭石胶结相。

准噶尔盆地；上乌尔禾组；成岩作用；成岩相

随着中国陆上油气勘探的不断发展，岩性－地层油气藏已成为部分大型盆地的主要勘探方向，勘探研究领域也逐渐从沉积相向成岩作用和成岩相延伸。成岩作用是储层发育和形成的必要环节，控制着储层的物性［1～3］。近年来，有关于储层成岩作用的研究逐渐引起的国内外专家、学者们的重视，在理论研究及具体实践应用中都取得较大的进展。地下复杂的岩矿成分、多变的温度和压力环境、广泛的流体来源、不同的埋藏深度决定了成岩作用过程的复杂和成岩现象的多解，导致对成岩相定义、形成机理以及类型的划分标准不统一，划分方案多样［1，4～7］。

准噶尔盆地西北缘五、八区二叠系上乌尔禾组 （P3w）以低孔、低渗的砂砾岩沉积为主，成岩作用类型多样，成岩过程复杂，建设性的成岩作用和成岩相带分布区常为优质储层发育处。因此，对研究区成岩作用的研究及成岩相带的划分就显得尤为重要。

1 区域地质概况

五、八区位于准噶尔盆地西北缘西部隆起带上，包括红车断阶带、克－百断裂带和中拐凸起。研究区西南部紧邻红山嘴断块，北部毗邻南白碱滩断裂带，东北部与百口泉探区相接，东南部为玛湖凹陷，呈鼻隆形态，北翼平缓，由斜坡向玛湖凹陷过渡 （见图1）。

准噶尔盆地西北缘五、八区P3w与下三叠统呈区域性不整合，主要发育冲积扇、扇三角洲以及近岸水下扇。P3w上部以棕红色泥岩为沉积标志，夹有灰褐色泥质砂岩薄层；中部为灰绿色、褐灰色砂岩与泥岩不等厚互层；下部为灰绿色砂砾岩、砂岩与棕灰色、褐色、褐灰色泥岩不等厚互层。砾岩沉积主要发育于冲积扇扇根亚相的主河道微相，为一套有利储层。

图1 准噶尔盆地西北缘五、八区地理位置图

2 储层特征

2.1岩石学特征

通过对研究区薄片资料的统计分析表明，P3w主要以一套棕红色的泥岩沉积作为标志，砾岩、砂砾岩较发育。砾石成分 （体积分数约占65.22%）以火山碎屑岩砾石 （体积分数约占46.53%，包括凝灰岩砾石、沉凝灰岩砾石）和火山岩砾石 （体积分数约占12.12%，包括安山岩、流纹岩、霏细岩和花岗岩砾石）为主，变质岩砾石体积分数约占1.88%，沉积岩砾石体积分数约占4.69%；砂质成分 （体积分数约占32.51%）以火山碎屑岩砂质 （体积分数约占16.53%，包括凝灰岩、沉凝灰岩和火山灰砂质）为主，其次为沉积岩砂质 （体积分数约占4.6%，石英类体积分数约为3.29%，长石类体积分数约为2.67%）和火山岩砂质 （体积分数约为4.0%），变质岩砂质体积分数仅占到了1.42%。

图2 P3w典型岩心照片

研究区P3w杂基成分以泥质为主，体积分数约为1.18%，其次为黏土矿物，体积分数约为0.62%（高岭石占0.27%、水云母占0.21%、绿泥石占0.09%、浊沸石占0.05%），胶结物体积分数约为0.47%，以浊沸石、石膏为主，其次为方解石、高岭石等，其中浊沸石体积分数占到了0.19%。

整体来讲，P3w以发育砾岩、砂砾岩及不等粒砂岩为特征，整体粒度较粗，分选差，磨圆中等，颗粒间以线接触为主，胶结类型多为接触式，次为孔隙－接触式。

2.2 储层物性及微观孔隙结构特征

储层储集性能与孔隙度、渗透率等储层物性表征参数有着直接的关系，孔隙度和渗透率的高低决定了储集性能的好坏。研究区P3w岩心取样试验分析所得，孔隙度一般为7%～13%，平均为8.9%，渗透率一般为1～8mD，属低孔－低渗型储层。但在砾缘缝发育的区域，渗透率较高，试油效果较好，为区内原油高产区。

孔隙类型以粒间孔 （包括原生粒间孔、剩余粒间孔）、粒间溶孔、粒内溶孔以及砾缘缝为主 （见图3）。研究区P3w典型孔隙类型如图4所示。

图3 P3w孔隙类型统计柱状图

图4 P3w典型孔隙类型照片

3 成岩作用研究

3.1 压实作用

压实作用是指沉积物沉积后，在上覆地层压力与静水压力的共同作用下，将地层孔喉中的水分排出，使碎屑颗粒排列变得更加紧密，部分塑性组分发生变形或者以假杂基的形式挤入孔隙中 （见图5），脆性、刚性颗粒发生破裂，最终导致孔隙度降低，渗透率变差的一种成岩作用［6，8～10］。这个过程中，随着压实作用的增强，颗粒间的接触关系由点接触→线接触→凹凸接触 （见图6）逐级变化，损失的孔隙不可逆转。因此，压实作用是一种以物理变化为主的破坏性的埋藏成岩作用。

研究区压实作用较为强烈，而原始沉积物孔隙空间被压实的程度往往用视压实率来表征，其计算公式如下所示［2，11］：

图5 假杂基（克002井，P3w，2581.48m） 图6 线接触（克102井，P3w，3940.6m）

如图7所示，研究区P3w视压实率平均为79.13%，绝大部分集中在70%～90%之间。结合现场岩心观察与岩石铸体薄片分析来看，P3w砾岩颗粒之间以颗粒支撑为主，砾石粒径大，抗压实能力强，岩心较为疏松；砂砾岩颗粒之间以杂基支撑为主，砾石颗粒一般为细砾－中砾，抗压实能力相对较弱，颗粒之间以线接触为主，反映压实作用较强。

图7 研究区视压实率频率直方图

3.2 成岩收缩

成岩收缩是指粒径大、磨圆好、表面干净的砾岩在成岩压实作用过程中泥质填隙物脱水收缩的一种作用，成岩收缩往往形成砾缘缝 （见图8），一般出现在研究区冲积扇扇根亚相的主河道微相。砾石坚硬、抗压实能力强，成岩收缩是一种建设性的成岩作用。

3.3 胶结作用

胶结作用是碎屑岩中主要的成岩作用之一，是指矿物质从孔隙溶液中沉淀，将松散的沉积物固结为岩石的作用［8，9］。一方面，胶结作用是降低储层中孔隙度和渗透率的主要因素之一，属于一种破坏性的成岩作用；另一方面，早期的胶结作用，如黏土矿物胶结，一般呈颗粒环边出现，能有效抑制其他成岩作用的进行。胶结作用的强弱可以用视胶结率来表示，其计算公式如下［2，11］：

图8 砾缘缝照片

研究区胶结作用较弱，如图9所示，视胶结率多小于10%，平均为3.99%。通过对岩石薄片、电镜扫描、阴极发光等资料的统计分析表明，P3w胶结物以方解石、伊利石、浊沸石、石膏为主，典型胶结类型分析照片如图10所示。

3.4 交代作用

交代作用是指矿物被溶解，同时被孔隙所沉淀出来的矿物所置换的过程。研究区交代作用分布广泛，主要包括碳酸盐矿物交代碎屑颗粒、碳酸盐矿物之间的交代、沸石交代颗粒、黏土矿物交代颗粒等。

3.5 溶解作用

溶解作用是指砂岩中的碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，包括最稳定的石英颗粒和硅质胶结物，在一定的成岩环境中不同程度地发生溶解，产生次生孔隙，使碎屑岩的孔隙度和渗透率提高，是一种建设性的成岩作用。研究区主要以浊沸石的溶蚀为主，其次为长石、方解石，少量方沸石及黏土矿物 （如高岭石）溶蚀形成晶间溶孔［12］。此外，碎屑岩中火山岩组分 （凝灰岩、安山岩等）在适宜的条件下也会发生一定程度的溶蚀［13］（见图11）。

图9 研究区视胶结率频率直方图

图10 P3w典型胶结类型电镜扫描照片

图11 P3w典型溶蚀类型

4 成岩作用阶段确定及成岩序列分析

P3w沉积环境具有多物源、近物源、堆积快、变化大、水动力强等特点，成为影响粗粒碎屑岩成岩作用的重要因素［14］。砂砾岩储层整体进入中成岩阶段B期。对成岩作用类型、过程，自生矿物形成的时间顺序及叠加关系进行系统分析，可以确定研究区成岩序列为：机械压实→早期黏土膜形成→早期方解石胶结→少量硅质胶结 （石英次生加大）→大量沸石类胶结→自生黏土矿物沉淀→酸性流体侵入→长石颗粒溶解→沸石类矿物溶蚀→方解石溶蚀→自生高岭石形成和硅质胶结→晚期方解石沉淀→铁白云石沉淀。

5 成岩相分析

在成岩相研究中由于成岩作用过程复杂，故对成岩相的定义与划分标准至今没有统一，划分方案多种多样。结合研究现状及目的层段的地质特点，重点考虑成岩作用对砂砾岩物性的影响，将P3w成岩相 （见图12）划分为4类，即伊利石胶结相、方解石胶结相、石膏－高岭石胶结相、砾缘缝－浊沸石溶蚀相。

5.1 伊利石胶结相

伊利石多在中成岩期由伊－蒙混层演化而来。其结晶度随埋藏深度的增加而变大，自生伊利石含量随着深度的增加逐渐较少。扫描电镜下伊利石多以丝状、搭桥或片状存在于孔隙壁和喉道壁，呈孔隙衬垫或孔隙充填式产出，在喉道桥接处堵塞喉道，对孔隙度和渗透率的影响较大，是储层低渗的一个重要原因。

5.2 方解石胶结相

早期方解石胶结物以孔隙式或连晶式充填于孔隙之中，堵塞部分原生孔隙，使得孔隙度和渗透率降低，是一种对储层破坏性很强的成岩相。这种成岩相在研究区较为普遍。

5.3 石膏-高岭石胶结相

石膏 （包括硬石膏）是研究区主要的胶结物之一，其晶体常发育为板状或纤维状，亦有粒状集合体。高岭石是各类长石溶蚀后的主要产物，按照其颗粒形态与结晶程度可将其大致分为2类：一类形成于成岩作用早期，呈分散片状或蠕虫状生长于粒表，晶形较差，晶间孔隙不发育；另一类则以书页状松散堆积于长石次生溶孔或粒间孔隙中，晶间孔隙较为发育，一般出现在晚成岩阶段。石膏－高岭石胶结相也是一种破坏性成岩相。

图12 准噶尔盆地西北缘五八区P3w成岩相平面图

5.4 砾缘缝-浊沸石溶蚀相

研究区砾岩填隙物成岩收缩现象主要发育于砾岩沉积中，砾缘缝也是研究区主要的储集空间类型。同时，储层中含有较多的火山碎屑和凝灰质，其富含的Si2＋和Ca2＋是浊沸石沉淀过程中的必要成分，为浊沸石提供了物质来源。由于浊沸石的解理发育，因此酸性水容易沿解理缝溶蚀浊沸石［15～19］，使砂砾岩储层次生孔隙发育，成为油气聚集的有利区域。砾缘缝－浊沸石溶蚀相在研究区广泛发育。

6 结论

1）准噶尔盆地西北缘五八区二叠系上乌尔禾组主要以一套砾岩、砂砾岩、砂岩以及棕红色泥岩组合的沉积为主，整体粒度较粗，分选差，磨圆度中等，颗粒间以线接触为主，属低孔-低渗型储层。孔隙类型以粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔及砾缘缝为主。

2）研究区主要成岩作用类型有压实作用、成岩收缩、胶结作用、交代作用和溶解作用，其中压实作用较强，胶结作用整体较弱。

3）区内上乌尔禾组储层成岩阶段主要处于中成岩阶段B期，成岩序列为：机械压实→早期黏土膜形成→早期方解石胶结物→少量硅质胶结 （石英次生加大）→大量沸石类胶结→自生黏土矿物沉淀→酸性流体侵入→长石颗粒溶解→沸石类矿物溶蚀→方解石溶蚀→自生高岭石形成和硅质胶结→晚期方解石沉淀→铁白云石沉淀。

4）研究区主要的成岩相带可分为4类，分别为伊利石胶结相、石膏-高岭石胶结相、方解石胶结相和砾缘缝－浊沸石溶蚀相，其中砾缘缝－浊沸石溶蚀相在研究区广泛发育，为油气聚集的有利区域。

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［编辑］ 邓磊

Reservoir Diagenesis and Diagenetic Facies of Upper W u'erhe Form ation of Perm ian in Regions 5 and 8 of Northwestern M argin of Junggar Basin

WANG Hui，MEIHuaping，YANG Li，LI Xiang，CHENG Kaiyan，LIU Mingjun，LI Xiaotian，ZHANG Furong，ZHANG Xiang，GONG Fuhua (First Author's Address:No.2 Oil Production Plant，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay 834000，Xinjiang，China)

The petrologic and microscopic characteristicsof reservoirs in UpperWu'erhe Formation of Permian of Regions5 and 8 in the northwestern margin of Junggar Basin were systematically studied.The diagenetic types，diagenetic stages，sequence and the effect of diagenesis on reservoir physical propertywere analyzed deeply.The study result indicates that its genetic types are compaction，genetic shrinkage，gelation，metasomasis and dissolution，it is at Stage B of genesis and 4 diagenetic facies can be divided，such as gravel flange joints-laumonite dissolution facies，illite cemented facies，calcite cemented facies，gypsum-kaolinite cementation facies.

Junggar Basin;UpperWu'erhe Formation;diagenesis;diagenetic facies

TE122.2

A

1000-9752（2014）05-0037-07

2013-10-03

王辉 （1979-），男，2002年大学毕业，高级工程师，现主要从事油藏评价等方面的工作。

龚福华 （1962-），博士，教授；E-mail：gfh911911＠vip.sina.com.cn。