准噶尔盆地西北缘二叠系下乌尔禾组储层控制因素分析*

梅华平，陈玉良，龚福华，陈开研，刘明军，胡志鹏，纪 璇，甯 濛

(1.长江大学 地球科学学院，湖北 武汉430100;2.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉430100;3.长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安710054)

0 引 言

准噶尔盆地西北缘是盆地四大含油气区带之一，准噶尔盆地西北缘位于西准噶尔造山带与准噶尔地块之间，是西北部重要的油气产区，其西北边界大型逆冲断裂带，从南西到北东，主要有红-车断裂带、克-乌断裂带、乌-夏断裂带等大型断裂带，八区下乌尔禾组位于准噶尔盆地西北缘西部隆起带克乌逆掩断裂南白碱滩断裂的下盘，整体构造形态为东南倾的单斜［1-8］。其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(图1)。

下乌尔禾组发育有大套厚层的砂砾岩，为主要的开发层位，勘探开发潜力巨大。对于该区储层特征的研究也逐渐引起专家学者们的重视。文中通过现场的岩心观察，结合取样分析所得的岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、压汞分析数据等资料对储层岩石学特征、物性和孔隙结构特征、储集空间类型及其影响因素进行了较为系统的研究和评价。

图1 准噶尔盆地西北缘八区地理位置图Fig.1 Geographical location in eight area in northwestern margin of Junggar Basin

1 储层岩石学特征

现场岩心和地表露头表明，准噶尔盆地西北缘八区二叠系下乌尔禾组下乌尔禾组主要以砂砾岩、细砾岩、砂质砾岩沉积为主，岩性组合为(泥质)砂砾岩、泥质含砾砂岩与砂质泥岩、泥岩。典型岩心照片如图2 所示。

通过对薄片资料的统计分析，P2w 砾石成分砾石成分(体积分数约占61.25%)以火山碎屑岩砾石(体积分数约占36.23%，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20.52%，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0.07%，沉积岩砾石体积分数约占4. 43%;砂质成分(体积分数约占28.29%)以火山碎屑岩砂质(体积分数约占16.12%，包括凝灰岩、沉凝灰岩和火山灰砂质)为主，其次为火山岩砂质(体积分数约占5.83%，石英类体积分数约为2.19%，长石类体积分数约为2.44%)和沉积岩砂质(体积分数约为1.19%)，变质岩砂质体积分数仅占到了0.52%.

图2 下乌尔禾组典型岩芯照片Fig.2 Typical core photos of Xiawuerhe formation

研究区P2w 杂基成分以泥质为主，体积分数约为2. 43%，其次为黏土矿物，体积分数约为0.74%(绿泥石占0.65%、方解石占0.05%、方沸石占0.04%)。胶结物体积分数为7.29%，以方解石、方沸石、钠长石为主，其次为铁方解石、铁白云石、白云石等，其中方解石、方沸石、钠长石体积分数分别占到了2.54%，2.51%，1.02%.

整体来讲，P2w 以发育砂砾岩、细砾岩为特征，整体粒度较粗，分选差，磨圆次棱角-次圆状，颗粒间以线接触为主，胶结类型多为孔隙-接触式胶结，次为孔隙式和压嵌式。

2 储层物性及孔隙结构特征

2.1 储层物性特征

通过对下乌尔禾组27 口井2514 个样品实验分析的孔隙度和渗透率进行统计分析表明，孔隙度分布区间为0. 71% ～50. 05%，平均孔隙度为9.58%，渗透率平均值为4.43 ×10-3μm2.

具有低孔低渗的特征。渗透率和孔隙度表现为正相关性，渗透率在一定程度上受到孔隙度发育程度的制约。下乌尔禾组为大套厚层的砂砾岩沉积为主，岩性较为致密，主要以微裂缝与孔隙的组合作为储集空间。

2.2 孔隙结构特征

通过13 口井136 个压汞数据统计分析得到如下表格(表1)，可以得出，下乌尔禾组排驱压力比较高，储层的孔喉连通性不好，渗透性较差。虽然中值半径的平均值相对较大，但中值压力平均值较高，达到11.08 MPa，储层的原始产能相对较低。分选系数达到了1.77，孔喉的分选性不是很好。

表1 下乌尔禾组压汞数据统计表Tab.1 Mercury injection data statistics of Xiawuerhe Formation

3 储集空间类型

岩心观察、薄片观察、扫描电镜分析发现，下乌尔禾组砂砾岩储层储集空间可分为原生孔隙、次生孔隙、裂缝，以原生孔隙为主(图3)。

图3 下乌尔禾组储集空间类型及其百分比柱状图Fig.3 Reservoir space types and percentage histogram of Xiawuerhe Formation

3.1 原生孔隙

原生孔隙作为下乌尔禾组主要储集空间类型之一，包括原生粒间孔和剩余原生粒间孔。原生粒间孔隙受岩性以及沉积环境等控制因素的影响，很难保存下来;在经受来自上覆地层的压实或胶结充填作用之后，其孔径会变小，原生孔隙度会降低［9］，原生孔隙便转变成了剩余原生孔隙。因此，原生孔隙也可称为剩余原生孔隙，主要受砂岩成分、组构和成岩作用的控制。下乌尔禾组以剩余粒间孔占主要地位(图4(a)、图4(b))。此外，碎屑岩粘土矿物中的晶间孔隙也属于一种原生孔隙类型，在下乌尔禾组也比较发育，占到孔隙总体积的11.7%左右，主要为方沸石晶间孔，其次为方解石晶间孔隙。

3.2 次生孔隙

图4 下乌尔禾组储集空间类型照片Fig.4 Reservoir space types of Xiawuerhe Formation

碎屑颗粒、填隙物随埋藏环境变化而被溶蚀、交代或原生孔隙被改造后所形成的孔隙［10］。下乌尔禾组储层次生孔隙包括粒间溶孔、粒内溶孔、晶间溶孔、晶内溶孔、晶模孔、铸模孔和基质溶孔等等。

粒间溶孔(图4(c)):颗粒间由于颗粒或者填隙物中可溶组分发生选择性溶蚀而形成的一种孔隙类型，此类孔隙连通性较好，孔隙形状不规则，常呈锯齿状、港湾状［10］。下乌尔禾组地层中一般以0. 04 ～0. 15 mm 的小孔为主，其次是粒径为0.15 ～0.25 mm 的中孔，局部出现大孔，占到孔隙总体积的3.84%.

粒内溶孔(图4(d)):碎屑颗粒内部所含的可溶性矿物组分发生溶蚀形成的一类孔隙，常与粒间溶孔相伴生，且互相连通，但分布很不均匀［11］。下乌尔禾组粒内溶孔主要以方沸石的粒内溶孔为主，占孔隙总体积的13.06%，对储层的贡献性也不是很大。

晶间、晶内溶孔(图4(e)，图4(f)):易溶填隙物内部发生不完全溶解而形成的溶蚀孔隙，研究区多为方沸石、长石晶体间或者晶内的溶蚀。晶间、晶内溶孔在下乌尔禾组非常发育，占到了孔隙总体积的29.2%.此类孔隙虽然孔径较小，但其连通性较好、分布广泛、数量较多，并且多与溶蚀粒间孔相伴生，往往形成孔径较大的储集空间，对储层的贡献很大。

晶模孔、铸模孔(图4(g)):晶体或者易溶碎屑组分完全被溶解而保留其晶体或者碎屑颗粒形态假象所产生的一类次生孔隙［10］。只要由于岩屑以及长石、方沸石的溶蚀形成，在砂砾岩储层中此类孔隙总体上不发育，只占孔隙总体积的5.12%，不是主要的储集空间类型。

基质溶孔:易溶基质成分内部发生局部溶解而形成的溶蚀孔隙，此类孔隙孔径不大，常与其他孔隙类型相伴生，对储层贡献非常有限，仅仅只占到孔隙总体积的1.27%.

3.3 裂缝

构造裂缝(图4(h)):受构造作用影响而形成的裂缝，常切穿碎屑颗粒及填隙物延伸。

砾缘缝:是指粒径大、磨圆好、表面干净的砾岩储层在成岩压实作用过程中泥质填隙物脱水收缩的形成的一种成岩裂缝，即砾缘缝。是砾岩储层中一种典型的建设性的储集空间，对储层贡献较大。

4 储集空间控制因素分析

4.1 原生孔隙

1)成岩压实。沉积物在埋藏过程中，随着成岩压实作用的进行，原生孔隙的数量会大大减少。八区二叠系下乌尔禾组储层砾石成分和砂质成分均以火山碎屑岩成分(即沉凝灰岩、凝灰岩)为主，抗压实能力很弱，极易被压实，在成岩压实作用早期便有大量的原生孔隙消失或向微孔转化。原始孔隙空间被压实程度通常用视压实率来表示(图5)，可以看出视压实率程度主要集中在70% ～90%之间，其次为40% ～70%之间。压实作用中等-较强。

2)胶结作用。如图6 所示，视胶结率程度主要集中在10% ～30%之间，胶结程度中等。胶结物主要为方解石、方沸石、钠长石及少量铁方解石、铁白云石、白云石、硅质等，胶结物的存在使得原生孔隙开始转化或者消失，导致储层孔隙度、渗透率大大降低。

3)砾石支撑作用。砾岩、砂砾岩储层在成岩压实过程中，砾石格架之间相互支撑，起到了一定的抗压实作用，使得充填于砾石之间的砂质成分或者基质组分得到了比较好的保护，这样部分原生孔隙可以很好的保存下来。

图5 下乌尔禾组视压实率直方图Fig.5 Frequency histogram of apparent compacting rate of Xiawuerhe Formation

图6 下乌尔禾组视胶结率直方图Fig.6 Frequency histogram of apparent cementing rate of Xiawuerhe Formation

4.2 溶蚀孔隙

溶解作用是形成次生孔隙的主要作用，溶蚀流体早期主要为下渗的大气水，主要发生于浅层或邻近不整合面附近的储层中。晚期为有机质热成熟过程中产生的有机酸，主要发生于生油门限温度之上的深度范围内。下乌尔禾组溶蚀作用主要受到碎屑颗粒成分、胶结物组分以及孔隙流体性质等因素的影响，可导致其储层平均新增孔隙3% ～5%左右。

4.2.1 碎屑颗粒成分

沉凝灰岩和凝灰岩为下乌尔禾组砂砾岩储层中砾石和砂质的主要成分，导致砾石和砂质成分中不稳定组分比较多。大量岩石薄片、铸体薄片以及扫描电镜资料表明，该区砾岩、砂砾岩储层中砾内、砾间溶孔和晶内溶孔均较发育，这些都与不稳定组分当中的方沸石、钠长石(如图7)等易溶矿物组分有关。因此，方沸石和钠长石等易溶矿物富集的储集相带，溶蚀孔隙往往都很发育。

4.2.2 胶结物成分

胶结物一方面是让大量原生孔隙遭到破坏，储层物性变差;另一方面，在一定的条件下，胶结物当中的方解石、方沸石等可溶组分也会发生一定程度上的溶蚀，形成相当数量的次生孔隙。

图7 下乌尔禾组典型溶蚀类型照片Fig.7 Typical dissolution types of Xiawuerhe Formation

4.2.3 孔隙流体性质

在成岩过程中，随着地层埋藏深度的不断增加和有机酸的释放，孔隙流体逐渐转变成酸性，使得大量的酸敏矿物组分，如方解石、钠长石等发生溶蚀，改善储集空间。

4.3 裂缝

4.3.1 构造运动

八区二叠系下乌尔禾组同沉积断裂发育，以一级和二级断裂为主。断裂伴随的破裂作用会伴随一些裂缝的形成，这样不仅改善了储层的储集性能，还为大气淡水、酸性流体进入砂砾储集空间提供了运移通道，通过溶蚀作用或交代作用形成次生孔隙，改善了储层的物性。

4.3.2 火山作用

下乌尔禾组下伏风城组和佳木河组火山爆发比较频繁，火山岩体中由于可挥发组分富集，造成局部压力急剧增加，导致隐蔽爆炸产生，进而形成裂缝。

4.3.3 差异压实作用

在成岩过程中，由于砾与砾之间、砾石与基质之间抗压实能力不同，导致差异压实，在砾石周缘普遍形成一些形态不规则、弯曲度较大的砾缘缝。

5 结 论

1)准噶尔盆地西北缘八区二叠系下乌尔禾组主要以一套砂砾岩、细砾岩沉积为主，砾石和砂质成分均以火山碎屑岩为主，整体粒度较粗，分选差，磨圆次棱角-次圆状;

2)下乌尔禾组砂砾岩储层岩性较为致密，物性较差，孔喉的分选性不好，非均质性强，属低孔-低渗型储层;

3)储集空间以原生孔隙为主，次为次生孔隙中晶内溶孔和粒内溶孔;其它孔隙类型也起到较好连通作用，形成良好的储集空间组合;

4)成岩压实、胶结作用以及砾石支撑控制着下乌尔禾组储层原生孔隙的形成与保存;碎屑颗粒组分和孔隙流体性质往往是能否形成次生孔隙的关键因素;裂缝的形成多受构造运动、火山作用和差异压实作用的影响。

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