塔里木盆地玉北地区奥陶系成岩作用研究

蒋海军，林新，岳勇，邓锋，马中远，吴礼明

（中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

塔里木盆地玉北地区奥陶系成岩作用研究

蒋海军，林新，岳勇，邓锋，马中远，吴礼明

（中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

玉北地区奥陶系是塔里木盆地海相碳酸盐岩油气勘探的重要目的层和产层。通过观察岩石薄片和铸体薄片，结合岩心观察、扫描电镜、阴极发光，辅以地化资料等，对玉北地区奥陶系成岩作用进行研究，认为：玉北地区奥陶系的主要建设性成岩作用有岩溶、白云化、重结晶和溶蚀作用等，破坏性成岩作用有压实-压溶、胶结、硅化和充填作用等，此外，还有去白云化、褐铁矿化、泥晶化等对储集性能影响极小的成岩作用，可划分为同生成岩阶段、早—晚成岩阶段和表生成岩阶段。

玉北地区；奥陶系；成岩作用；成岩阶段

碳酸盐岩成岩作用是指碳酸盐岩沉积物在沉积后到变质之前，这一漫长阶段所发生的改变沉积物与沉积岩性质和结构特征的各种物理、化学及生物变化［1］，对碳酸盐岩储层的物性特征具重要影响。碳酸盐岩储层物性主要受沉积相、成岩作用和构造作用影响与控制，构造作用仅影响特定区域，成岩作用和沉积相是影响储层质量的重要因素。影响储层质量的先天因素沉积相决定储层原始物性和空间分布，成岩作用为影响储层质量的后天因素，决定储层的最终物性［2］。2010年7月，玉北1井在奥陶系鹰山组获工业油流，取得塔里木盆地麦盖提斜坡奥陶系碳酸盐岩储层油气勘探的导向性突破，证实了麦盖提斜坡奥陶系存在丰富的油气资源。近年来随着勘探的不断深入，有较多研究成果探讨塔里木盆地奥陶系储集层特征及成因，提出多种成岩作用方面的主控因素［3-5］。归纳起来主要有压实压溶、胶结、白云石化、表生岩溶、有机酸和热液溶蚀等。笔者在大量岩心观察和薄片鉴定基础上，利用地球化学资料，对该区奥陶系成岩作用进行探讨，以期为研究区储层预测及勘探开发提供依据。

1 区域地质背景

塔里木盆地是我国最大的内陆盆地，蕴藏丰富的石油和天然气资源。玉北地区位于塔里木盆地西南凹陷麦盖提斜坡东段，北与中央隆起区巴楚隆起接壤，南邻喀什凹陷、叶城-和田凹陷，西北接柯坪断隆，东与塘古巴斯凹陷过渡［6-7］，是中石化塔里木盆地勘探程度相对较低区域，总面积12 957.933 km2，目前共有钻井27口，其中探井16口（玉中1井正钻）。该工区可分为麦盖提1、2、3区块，从西往东依次为西部斜坡区、中部平台区和东部断褶区。地跨叶城、皮山、墨玉、和田、洛浦、策勒等县市境内（图1）。奥陶系是中石化西北油田分公司重要勘探目的层系［8］，本文对奥陶系包括良里塔格组、一间房组、鹰山组上段、鹰山组下段、蓬莱坝组成岩作用及阶段进行探讨。

2 奥陶系储层岩石学类型

通过对玉北地区奥陶系15口取心井600块岩心和岩石薄片观察，分别对奥陶系各组段岩石类型进行统计，认为良里塔格组生屑灰岩较发育，岩石类型以鲕粒灰岩和砂屑灰岩为主；一间房组岩性相对单一，以砂屑灰岩为主；鹰山组上段岩性较复杂，以砂屑灰岩和泥晶灰岩为主；鹰山组下段以结晶白云岩为主，可见硅质岩；蓬莱坝组以结晶白云岩为主，次为硅质白云岩和硅质岩（图2）。

3 奥陶系储层成岩作用类型

3.1 泥晶化作用

泥晶化作用主要见于生物屑灰岩中，在生物屑外缘见有生物钻孔和泥晶套（图3-a），保存完整，未见被搬运和磨蚀的痕迹，表明该区颗粒灰岩经历了海底潜流成岩环境。

图1 玉北地区地理位置图Fig.1 The map of Yubei area

图2 良里塔格组、一间房组、鹰山组上段、鹰山组下段、蓬莱坝组岩石类型柱状图Fig.2 The rock type column of LianglitageFomation、Yijianfang Fomation、Yingshan（upper、lower）Fomation and PenglaibaFomation

3.2 压实压溶作用

压实压溶作用是碳酸盐岩中既常见又重要的成岩作用，压实作用使碳酸盐岩颗粒由疏松变得致密甚至缝合线接触，降低孔隙度。当然，缝合线是压溶作用最明显标志，可作为流体运移的通道，晚期沿缝合线溶蚀，形成串珠状溶蚀孔隙（图3-b）。

3.3 胶结作用

第一期海底胶结作用该期胶结作用发生于海底成岩环境，形成的胶结物多因后期溶蚀作用遭到较严重破坏，各井该期胶结物含量不均，高者达5%，低者小于1%。多呈纤柱状、纤维状、放射纤维状，垂直颗粒（鲕粒、砂屑）壁生长，形成等厚环边，胶结物分布致密（图3-c）。这些胶结物的存在一方面说明早期胶结较严重，同时这些较易被破坏或重结晶的胶结也说明后期成岩改造相对较弱［9-10］。

图3 岩石照片Fig.3 The rock photos

第二期大气淡水胶结作用该期胶结作用发生于大气淡水成岩环境，包括大气淡水渗流带和潜流带两个亚环境。该期胶结作用在渗流带较常见，主要为新月型或悬垂状胶结物或等轴粒状胶结物。胶结物晶粒一般小于0.10 mm，含量在10%～25%，覆盖于纤状胶结物上或直接覆盖于颗粒上（图3-d）。

第三期埋藏胶结作用见第一、第二期胶结物充填后所剩余的粒间孔隙中的中、粗晶方解石，含量较少。阴极射线下一般不发光，混合染色鉴别为含铁方解石，聚片双晶发育（图3-e）。

3.4 溶蚀作用

准同生期大气淡水溶蚀本期大气淡水溶蚀作用主要发生在亮晶鲕粒、砂屑灰岩中，纤状方解石胶结物被部分或全部溶蚀，残留的纤状方解石与第二期粒状方解石呈不整合接触（图3-f），形成铸模孔和粒内孔等。

埋藏期溶蚀埋藏溶蚀作用在研究区奥陶系均有发育，其识别标志为：①孔隙边缘多呈港湾状；②白云石晶内孔、硅质内溶孔充填黑色沥青质，孔隙边部也可见黑色碳质沥青；③缝合线周围的溶孔也见沥青充填痕迹（图3-g）。

表生期溶蚀研究区表生溶蚀作用可划分为早晚两期，早期表生溶蚀作用发生于沉积物浅埋藏以后抬升到地表，即第二期胶结物形成之后第三期胶结物形成之前，在镜下表现为第二期胶结物部分被溶甚至涉及第一期胶结物（图3-g）。在沉积物埋藏成岩后被抬升到地表则会发生晚期表生溶蚀，产生随机分布的次生溶孔和较大溶洞。本区晚期溶蚀作用较弱，其识别标志有：①黄铁矿发生褐铁矿化；②在缝合线、微裂缝内有氧化铁；③白云石晶间溶孔和裂缝内充填渗滤粉砂、泥质、赤铁矿或渗滤云泥。

3.5 白云化作用

准同生期白云石化在蒸发环境下，沉积物尚未完全脱离沉积水体时，即被含Mg2+的卤水交代而形成。本区准同生白云石化主要形成纹层状泥晶云岩、砂屑泥-粉晶云岩。其白云石晶形较好，以自形、半自形晶为主（图3-i）。

埋藏白云石化在高温条件下，因压溶作用形成的富Mg2+粒间水，及在压实成岩过程中蒙脱石等粘土矿物转化为伊利石析出Mg2+的作用均有利于埋藏云化作用的发生。由此形成的白云石晶粒较粗大，多为中细晶，甚至粗晶，晶形多以半自形、自形晶为主，具明显波状消光（图3-j）。

3.6 硅化作用

图4 YB3，灰色泥晶灰岩，多条斜交缝被方解石、泥质充填Fig.4 The grey micritic limestone，a lot of obligue fracture filled with calcite and mud in YB3

研究区硅化作用可划分为同生期、成岩期两期，主要发生在结晶白云岩中。其中同生期硅化表现为生屑硅化，强度微弱，含量小于1%。成岩期硅化在研究区主要表现为两种形式：①细小自形、半自形短柱状石英切割缝合线或沿缝合线分布，含量小于1%；②结晶云岩中硅质交代及充填，是研究区主要硅化形式。在结晶白云岩中，溶蚀充填硅质，显示生长环带，呈周期性变化。在荧光下发光环带与不发光环带相间分布，说明在硅质充填时油气间歇性进入（图3-k）。

3.7 充填作用

玉北地区奥陶系碳酸盐岩储层中发现的最常见充填物是方解石和白云石。充填物多为粒状，以细晶为主，粉晶及中粗晶少见。研究区各井中发育的裂缝，多被方解石充填（图3-l）。

3.8 重结晶作用

奥陶系重结晶作用比较发育，一般呈斑块状，形成粉-细晶或中晶结构，常见残留的泥微晶“团粒”或砂屑残留结构，形成时间一般较早。重结晶作用可使矿物结构变粗，晶间孔增大，有利于增加岩石的孔隙度（图3-m）。

3.9 岩溶作用

溶洞及洞穴充填物钻遇奥陶系半充填与未充填溶洞过程中，常出现钻具放空和钻井液漏失等现象。如玉北1-2在井段5 283.28～5 284.93 m钻具放空1.65 m，返出原油22 m3。玉北3井钻遇溶洞及溶洞充填物，玉北1井、玉北9井溶洞中充填的方解石（图3-n，o）。

扩溶缝扩溶缝在玉北地区奥陶系较发育，且产状不同。这些被岩溶作用扩大溶蚀的节理或构造缝，有些未被充填，有些则被灰绿-紫红色泥质、石英砂及少量碳酸盐岩角砾、粒状方解石和白云石充填（图4）。

蜂窝状的溶蚀孔洞溶蚀孔洞多呈蜂窝状，部分呈拉长状沿水平方向分布，面孔率为3%～12%。最高达15%以上，孔洞间连通性较好（图5）。白云岩中溶蚀孔洞的充填程度较低，仅部分溶蚀孔洞为少量泥质、白云石、方解石、硅质充填至半充填。蜂窝状溶蚀孔洞型储层测井响应特征为：密度测井值略降低，中子孔隙度略增大，声波时差变化不大。双侧向测井值明显减小，呈小的“负差异”。成像测井资料上可见深黑色暗斑，表明该井段井筒中钻井液与溶蚀孔洞中侵入的液体连通。溶蚀孔洞发育说明岩石曾在渗流或潜流环境中受到溶解作用，可能有埋藏贡献。

图5 玉北5井测井处理成果图（6 466～6 491 m）Fig.5 The processing result chart of the Yubei 5 well（6 466～6 491 m）

表1 奥陶系碳酸盐岩成岩作用特征Table 1 The carbonate diagnosis characteristics of Ordovician

图6 研究区奥陶系各组成岩作用差异Fig.6 The diagenesis difference of Ordovician in Yubei area

3.10 热液作用

蓬莱坝组白云岩中发育大量晶间孔，部分被溶蚀扩大，部分被多期硅质胶结或充填，见典型热液矿物马鞍状白云石（图3-p）。可能受热液作用影响。

4 成岩作用阶段划分

据玉北地区成岩作用特征和分布（表1，图6），结合岩心、薄片及测井等资料研究，认为玉北地区奥陶系良里塔格组、一间房组、鹰山组上段、鹰山组下段、蓬莱坝组成岩作用稍有差异。目前在玉北地区奥陶系储层中，能指示成岩环境，反映成岩阶段组分和成岩作用的类型。泥晶化作用反映海底潜流环境，属同生阶段；杂基（或基质）形成于早成岩期，是与其他颗粒同时沉积的矿物；强烈压溶作用、重结晶作用和白云化作用形成于中—晚成岩期；铁泥质残积物是表生环境岩溶产物。因此，可将奥陶系划分为同生成岩阶段、早成岩阶段、中成岩阶段、晚成岩阶段和表生成岩阶段。

据成岩作用研究，结合单井埋藏史等资料，推断玉北地区奥陶系的成岩序列为：基质、颗粒沉积→颗粒泥晶化→第一世代纤状胶结→大气淡水溶蚀→第二世代粒状胶结→压实作用→压溶缝合线→第三世代胶结→埋藏早期溶蚀→埋藏白云化、硅化→埋藏晚期溶蚀、热液溶蚀→充填和破裂作用→烃类充注及转化→重结晶作用→油气调整→晚期开启裂缝。

5 结论

（1）玉北地区奥陶系的主要建设性成岩作用有岩溶、白云化、重结晶和溶蚀作用等，破坏性成岩作用有压实-压溶、胶结、硅化和充填作用等。此外，还有去白云化、褐铁矿化、泥晶化等对储集性能影响极小的成岩作用；

（2）玉北地区奥陶系碳酸盐岩储层成岩阶段可分为同生成岩阶段、早成岩阶段、中成岩阶段、晚成岩阶段和表生成岩阶段。

（3）玉北地区奥陶系成岩序列为：基质、颗粒沉积→颗粒泥晶化→第一世代纤状胶结→大气淡水溶蚀→第二世代粒状胶结→压实作用→压溶缝合线→第三世代胶结→埋藏早期溶蚀→埋藏白云化、硅化→埋藏晚期溶蚀、热液溶蚀→充填和破裂作用→烃类充注及转化→重结晶作用→油气调整→晚期开启裂缝。

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Diagenesis Analysis of Ordovician of Yubei Area in Tarim Basin

Jiang Haijun，Lin Xin，Yue Yong，Deng Feng，Ma Zhongyuan，Wu Liming
（Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Sinopec，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Ordovician formation of Yubei area is an important purpose and production layer of oil and gas exploration about marine carbonate in Tarim basin.By observing rock and cast thin slice，combining the core observation，scanning electronic microscope，cathodoluminescence，supplemented by geochemical data and so on，the author studied the diagenesis of Ordovician formation inYubei area，the study showsthat:the major constructive diagenesises of Ordovician formation in Yubei area are karst，dolomitization recrystallization and dissolution，etc.The major destructive diagenesises of Ordovician formation in Yubei area are compaction-pressure solution，cementation silicon and filling the role，in addition，there are undolomitization，Limonitization，micritization which impact on reservoir properties minimally.Ordovician formation in Yubei area can be divided into Generation stage with rock，early middle and late diagenetic stage and epidiagenesis stage.

Yubei area；Ordovician；Diagenesis；Diagenetic stage

1000-8845（2015）01-78-06

P618.41

A

项目资助：中国石油化工股份有限公司重大先导项目“塔里木盆地塔中、玉北地区油气富集规律研究与突破目标”（2013KTXD01）资助

2014-03-12；

2014-04-24；作者E-mail：jhj0896@126.com.

蒋海军（1983-），男，湖北荆门人，助理工程师，2011年长江大学硕士研究生，主要从事沉积、储层等方面的研究