准噶尔盆地车排子地区吐谷鲁群储层成岩作用与孔隙演化

徐国盛，张 平，徐芳艮，王 霄，杨 成

（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）

准噶尔盆地西部隆起南端的车排子地区是重要的产油气区块。宋传春依据区域构造发育状况及白垩系分布特征，将车排子凸起划分为西部高凸起带、东部低凸起带、东侧红车断裂带及南侧艾卡断裂带等4个构造单元［1］，车排子凸起具有多含油层系、多油藏类型、多油质品位的“三多”成藏特征。由于过去勘探程度低、资料较少，对基础石油地质条件研究投入不够，前人的研究主要针对车排子地区油气运移与成藏等热点问题，导致对白垩系吐谷鲁群储层成岩作用及孔隙演化认识水平较低，制约了石油勘探的进一步快速展开。因此，本文通过岩心观察、薄片鉴定，对准噶尔盆地车排子地区白垩系吐谷鲁群储层的岩石类型、孔隙类型、储集物性、成岩作用及孔隙演化进行研究，进一步提高对该套储层的成岩作用、孔隙演化和油气储集运聚能力的认识，旨在为下一步勘探开发部署提供理论依据。

1 地质背景

准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部，南依天山山脉的伊林黑比尔根山，北邻阿尔泰山脉的青格里底山，东、西夹于克拉美丽山与扎伊尔山之间，是一个近似三角形的前陆盆地，面积13.6×104km2，是中国重要的含油气盆地［2］。车排子凸起位于准噶尔盆地西北缘南段，西北方向与扎伊尔山相邻，西南、东南方向分别和四棵树凹陷、昌吉凹陷相接（图1）。车排子凸起带由于地层埋藏浅，侏罗系与白垩系不甚发育，直接披覆在石炭系的基底之上。侏罗纪末期的构造运动，导致车排子地区进一步隆升，侏罗纪充填沟谷的地层被剥蚀，后期逐步沉积白垩系。白垩纪之后再次隆升剥蚀，残留部分白垩系［3］。侏罗纪末的燕山Ⅱ幕构造运动最终定型的车排子凸起，主要为下石炭统包谷图组凝灰岩剥蚀区，其上被下白垩统吐谷鲁群逐层超覆，在吐谷鲁群近源冲积扇角砾岩填平补齐的基础上，发育吐谷鲁群冲积扇—湖泊沉积体系。古近纪末的喜马拉雅Ⅱ幕构造运动是形成白垩系上覆角度不整合的主要构造运动［4］。

图1 准噶尔盆地车排子地区区域构造位置图Fig.1 Tectonic location of the Chepaizi area in Junggar Basin

2 吐谷鲁群储集层特征

2.1 岩石类型

车排子凸起是一个在石炭系火成岩基底之上发育起来的继承性凸起，其主体形成时间较早，自晚海西期以来，长期处于隆起状态。车排子地区仅保留了吐谷鲁群，缺失了上白垩统艾里克湖组及古近系安集海河组，和上覆新近系沙湾组与下伏包古图组均为角度不整合。吐谷鲁群为一套冲积扇－扇三角洲－湖泊沉积的砂泥岩体系。

经薄片观察分析，统计出每个样品中碎屑组分（石英、长石、岩屑）的含量，共有34个数据点参与三角投图（图2）。吐谷鲁群储层主要为长石石英砂岩、岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩。总体来说，碎屑颗粒较细，分选、磨圆较好，结构成熟度较高。

图2 吐谷鲁群砂岩成分三角图Fig.2 Triangular diagram of sandstone composition in Tugulu Group

2.1.1 碎屑组分

碎屑组分中石英的质量分数为65%～84%，多为单晶石英，少量多晶石英（多为燧石）；长石的质量分数为5%～30%，主要类型为斜长石、正长石、微斜长石、条纹长石、微纹长石及钙化长石；岩屑的质量分数为3%～24%，主要来源于火成岩与变质岩，部分为沉积岩，主要类型有云母片岩、绿泥石、千枚岩、凝灰岩、火山岩（多为基性玄武岩）、石英岩及泥岩岩屑；重矿物的含量较少，其质量分数不到1%，主要为石榴石、绿帘石、榍石及电气石；内碎屑主要为泥质砂屑与灰质砂屑，部分内碎屑颗粒直径可以达到2mm，属于砾屑；自生矿物主要为黄铁矿，黄铁矿易形成结核，将颗粒包住。

2.1.2 填隙物

根据镜下薄片观察分析，碎屑岩中填隙物的含量变化较大，质量分数一般为4%～45%。填隙物中的杂基主要为泥质，其中易产生弥漫性孔隙。胶结物主要为钙质，部分为泥质，还有少量淀绿泥石环边胶结物。

2.2 孔隙类型

车排子地区吐谷鲁群储层主要的储集空间为粒间孔、扩大粒间溶孔、粒内溶孔及溶缝，其中粒间孔占据主导地位。

2.2.1 粒间孔

粒间孔是指成岩期形成的孔隙，该类孔隙在储集空间中占有主导地位；但粒间孔分布不均，部分井吐谷鲁群储层粒间孔的孔隙度可达10%，而部分井未见粒间孔，所以储层非均质性强。粒间孔与颗粒接触边缘平直，多呈多边形，孔隙直径约0.05mm，孔隙之间喉道较为发育（图3-A）。此类孔隙可作为油气运聚的最佳储集空间。

2.2.2 扩大粒间溶孔

扩大粒间溶孔是一种次生孔隙，该类孔隙在吐谷鲁群储层中较为常见（图3-B），其含量可多达8%。扩大粒间溶孔的形成是受有机酸溶解作用所致，主要是溶解长石颗粒或钙质胶结物，有时会溶解绿泥石，其中还可见未被完全溶解的长石和钙质。其形状不规则，与颗粒接触边缘凹凸不平；明显大于颗粒，直径可达0.2mm。该类孔隙较大，周围喉道也甚为发育，可以作为油气重要的储集空间。

2.2.3 粒内溶孔

粒内溶孔在吐谷鲁群储层中较为少见，碎屑颗粒中花岗岩、火山岩、泥岩、石英及云母中可见粒内溶孔。花岗岩碎屑中，石英颗粒被碱性液体溶解，剩余长石，形成粒内溶孔（图3-C）。云母沿解理缝溶解，也能出现粒内溶孔。该类孔隙出现在颗粒内部，直径＜10μm，孔隙之间没有连通的喉道，对油气运聚的贡献不大。

图3 吐谷鲁群砂岩储层孔隙类型显微照片Fig.3 Thin section photos of the pore types of the Tugulu Group sandstone reservoir

2.2.4 溶缝

在吐谷鲁群储层中，虽然溶缝仅占1%～5%，但对油气运聚意义非凡。因为它不仅是油气的储集空间，也是渗滤通道，溶缝的存在，可大幅度提高岩石的渗透率。溶缝的宽度＞20μm，主要是溶解长石和钙质胶结物形成的，有时溶缝可连通扩大的粒间溶孔（图3-D）。

2.3 储集物性

对车排子地区北部吐谷鲁群砂岩储层物性数据的统计分析表明，孔隙度、渗透率变化范围较大，岩心样品的孔隙度实测值主要在5%～30%之间，渗透率分布在0.01×10－3～1 100×10－3μm2之间，多属中低孔、中低渗—特低渗储层。储层的渗透率随孔隙度的增加而增大，呈较好的指数式正相关关系（图4），说明有效的储集空间还是以原生的粒间孔为主。

3 成岩作用及对孔隙的影响

成岩作用是指沉积物沉积之后直至发生变质作用之前，或因构造运动重新抬升至地表遭受风化作用以前，沉积岩所发生的物理、化学和生物的作用［5］。车排子地区吐谷鲁群储层成岩作用类型有压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用。根据成岩作用对储层孔隙的影响，可分为破坏性和建设性。研究区压实作用和钙质胶结作用对储层孔隙具有破坏性影响，淀绿泥石环边胶结物的形成和溶解作用对储层孔隙具有建设性影响。

3.1 压实作用

图4 吐谷鲁群储层孔渗相关性图Fig.4 The relationship of the porosity and permeability of the Tugulu Group reservoir

压实作用贯穿整个成岩过程，是指沉积物在上覆水体和沉积物负荷压力下，水分不断排出，体积缩小，孔隙度降低的过程（曾允孚，1987），其表现形式主要为脆性颗粒发生破裂和黏土矿物定向排列。因为车排子地区吐谷鲁群储层的埋深仅为几十米到几百米，压实强度较弱，颗粒之间主要是悬浮不接触—点接触，所以仅石英类刚性矿物见少量破裂纹，但黑云母的定向排列较明显（图5－A）。压实作用对储层的孔隙具有破坏作用，压实作用强度与埋藏深度呈正相关性［5］。由于吐谷鲁群砂岩的埋藏较浅，所以经过早成岩期的机械压实作用后，孔隙减少幅度不大。

3.2 胶结作用

胶结作用是孔隙溶液中沉淀出矿物质将松散的沉积物粘结成坚硬岩石的过程，发生在成岩作用的各个时期，使砂岩孔隙度和渗透率降低。车排子地区吐谷鲁群砂岩胶结作用主要为碳酸盐类及黏土类胶结。

3.2.1 碳酸盐胶结物

储层中碳酸盐胶结作用表现为方解石胶结，其类型为接触－孔隙式胶结。根据薄片观察，钙质胶结物含量变化较大，其质量分数主要分布于1%～5%与20%～30%之间。一般钙质胶结物含量越高，对孔隙的破坏作用越大。钙质胶结物是由于方解石沉淀形成，主要在早成岩晚期形成。一方面，早成岩期方解石沉淀形成胶结物，充填部分孔隙，对颗粒有一定支撑作用，减缓了机械压实作用造成的孔隙破坏；同时方解石胶结物易受有机酸溶解，形成溶孔、溶缝。另一方面，由于在早成岩后期，大量方解石沉淀形成钙质胶结物，充填了大部分孔隙空间，使得孔隙大量减少、喉道堵塞，所以吐谷鲁群砂岩最终形成中低孔、中低渗—特低渗储层。

图5 成岩作用类型显微照片Fig.5 Thin section photos of the diagenesis types

3.2.2 黏土矿物胶结物

绿泥石是化学物质沉淀形成的，吐谷鲁群储层中，绿泥石的赋存形式有：①附着于颗粒周围，②充填于孔隙中［6］。在颗粒周围赋存的绿泥石，称为淀绿泥石环边胶结物（图5-B），是由于同生期化学物质沉淀形成的。有淀绿泥石环边胶结物存在时，颗粒之间的接触关系主要为点－线接触，可保护孔隙。通常淀绿泥石环边胶结物越发育，岩石孔隙度越高。充填于孔隙中的绿泥石，主要形成于早成岩期，对孔隙有破坏作用；但同时孔隙中的绿泥石能增强早成岩期碎屑颗粒的抗压能力。因绿泥石形成时需要富铁、镁的碱性介质条件，所以碱性流体环境是早成岩期绿泥石沉淀形成的必要条件。

自生高岭石沉淀于早成岩期，其形成主要是由于长石类易发生溶解。高岭石呈现书页状或蠕虫状［6］，富集于粒间孔与粒间溶孔之中，从而堵塞孔隙。高岭石易受有机酸溶解形成弥漫性孔隙；但该类孔隙细小且不连通，对油气运聚贡献不大。

3.3 交代作用

车排子地区吐谷鲁群砂岩主要出现钙质交代，被交代的矿物为长石、云母、燧石等，其中最多的是钙质交代长石。长石可完全被钙质交代，也可出现不完全交代。次生方解石胶结物主要是沿着颗粒边缘进行交代，其交代边缘呈锯齿状、蚕食状与港湾状。同时储层中也有泥质填隙物与黄铁矿不完全交代碎屑。泥质填隙物主要为水云母和绿泥石，沿颗粒边缘向中心进行交代，其边缘形状不规则。黄铁矿从边缘沿长石的解理缝进行交代，交代边缘呈锯齿状。交代作用对孔隙演化没有直接影响；但砂岩中主要出现钙质交代碎屑，而钙质易受后期有机酸溶解形成溶孔、溶缝，对孔隙还是有一定建设性意义。

3.4 溶解作用

溶解作用在车排子地区吐谷鲁群砂岩中大量出现，早成岩期，石英岩和花岗岩中的石英组分受碱性流体溶解，形成粒内溶孔。但主要的溶解作用还是有机酸溶解长石、火山岩内部的长石组分形成粒内溶孔；同时可见黑云母沿解理面受溶解、泥岩内受溶解形成粒内溶孔。扩大粒间溶孔与溶缝的形成主要还是钙质胶结物受有机酸溶解，部分溶孔中可见残余的绿泥石，证明部分溶孔是少量绿泥石胶结物受溶解形成的。溶缝的形成将连通粒间孔、扩大粒间溶孔、部分粒内溶孔，这将提高岩石孔隙度与渗透率。

4 储层孔隙演化

车排子工区位于车排子凸起北部区域，离昌吉凹陷相对较近，且昌吉凹陷内二叠系生烃强度大，以红车断裂带－不整合为输导体系，远源运移聚集于白垩系的地层与岩性圈闭中［7，8］。工区内白垩系受多期构造抬升的影响，部分原油遭受破坏和降解，形成稠油。吐谷鲁群储层中，油气充注成藏主要是白垩纪后期到古近纪时期。稠油的沥青含量较高，通过镜下薄片观察，稠油充填于孔隙中［9］（图6）。

图6 沥青充填孔隙显微照片Fig.6 Thin section photos of the pores of filling asphalt

油气充注成藏对储层成岩作用的影响主要有两个方面［10，11］：①对储层压实作用的影响：孔隙中烃类流体能增大孔隙的流体压力，而烃类的充注使孔隙流体变为两相，导致流体排出受阻，在储层中形成超压，这种超压能削弱压实作用，使得原生孔隙得以保存。②对储层溶解作用的影响：在早成岩中期，由于有机酸溶解长石与钙质胶结物形成扩大粒间溶孔及溶缝。而有机酸的形成，主要是因为远源二叠系烃源岩在热演化过程中释放出的。

准噶尔盆地车排子凸起白垩系整体埋藏较浅，深度多为300～600m，储层成岩作用较弱，属于成岩作用早期，其主要标志有：①吐谷鲁群所处的古地温较低，基本低于40°C，有机质成熟度较低，Ro＜0.3%；②吐谷鲁群胶结疏松，压实作用较弱，主要的储集空间为原生的粒间孔，以孔隙式、接触－孔隙式胶结为主；③经薄片观察，未见石英的次生加大边，黏土胶结物只见高岭石，无沸石类胶结物。

研究区吐谷鲁群的沉积环境为扇三角洲前缘－滨浅湖亚相，其中以滨浅湖砂坝微相为主。车排子地区吐谷鲁群优质储层中，沉积时孔隙度介于27%～33%之间（图7）。同生期－早成岩期的整个埋藏过程中，机械压实减少的孔隙平均为12%。同生期－早成岩早期，绿泥石发生化学沉淀形成的环边胶结物，使孔隙减少4%～8%；但绿泥石环边的形成能抵抗后期的机械压实，具有保护孔隙的作用。早成岩中期，黄铁矿充填约1%～4%的孔隙。之后，有机酸溶解钙质胶结物、长石组分形成扩大粒间溶孔或溶缝，使孔隙增加8%～24%。早成岩后期，方解石沉淀形成胶结物，孔隙减少1%～16%。最终，残余的孔隙度分布范围在18%～24%之间。

5 结论

a.车排子地区白垩系吐谷鲁群储层岩石类型主要为长石石英砂岩、岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩。沉积物粒度较细，分选、磨圆较好，结构成熟度高。胶结物主要为碳酸盐类及黏土类，碳酸盐胶结物的胶结类型为接触－孔隙式胶结，而淀绿泥石则为环边胶结。

图7 车排子地区吐谷鲁群储集层成岩作用与孔隙演化模式图Fig.7 Mode of diagensis and pore evolution of the sandstone in Tugulu Group of Chepaizi area

b.吐谷鲁群储集空间类型多样，主要有粒间孔、扩大粒间溶孔、粒内溶孔和溶缝。但仅有粒间孔、扩大粒间溶孔及溶缝对油气运聚贡献较大。岩心样品分析结果，孔隙度分布在5%～30%之间，渗透率主要为（0.01～1 100）×10－3μm2，多属中低孔、中低渗－特低渗之间，体现了较强的非均质性。

c.油气充注成藏对吐谷鲁群储层成岩作用及孔隙演化有建设性影响，一方面烃类的早期充注，能提高岩石的抗压能力，粒间孔得以保存；另一方面烃类在热演化过程中，释放出的有机酸能溶解长石或钙质，形成扩大粒间溶孔及溶缝。

d.白垩系埋藏较浅，深度多为300～600m，所处古地温低于40℃，属于早成岩期，成岩作用较弱。成岩作用类型有压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用，恢复了优质储层成岩作用序列与孔隙演化过程，最终优质储层孔隙度介于18%～24%之间。所以车排子地区吐谷鲁群储层勘探目标应以孔隙度＞18%的优质储层为主。

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