玛北斜坡区三叠系百口泉组储集层成岩作用及孔隙演化

许琳，常秋生，陈新华，陶亲娥，王忠泉

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆 克拉玛依 834000）

玛北斜坡区三叠系百口泉组储集层成岩作用及孔隙演化

许琳1，常秋生1，陈新华2，陶亲娥1，王忠泉1

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆 克拉玛依 834000）

玛北斜坡区三叠系百口泉组储集层以砾岩、砂砾岩及砂岩为主。针对该套储层成分成熟度低、磨圆度较差、分选性差的特点，运用薄片鉴定、扫描电镜、物性分析等资料，分析出百口泉组储层经历了压实、胶结、溶蚀、烃类侵位等成岩作用及成岩事件，确定该段储层处于中成岩阶段B期及相应的成岩演化序列。认为该区的主要孔隙类型为剩余粒间孔隙、粒内溶孔及部分微裂缝。由于成岩作用对孔隙结构的改造作用，孔隙演化整体上呈减小趋势，其中溶蚀作用及烃类侵位决定了玛北斜坡区优质储层的发育状况。

玛北斜坡区；三叠系百口泉组；成岩作用；孔隙演化

玛北油田位于准噶尔盆地西北缘断阶带下盘，属玛湖凹陷北斜坡带，北接乌夏断裂带，构造较简单，表现为东南倾的平缓单斜，局部发育低幅度平台、背斜或鼻状构造，断裂较少［1］。该区地层发育较全，自下而上有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及白垩系，各层系均为区域性不整合。其中目的层三叠系百口泉组与二叠系下乌尔禾组间缺失上乌尔禾组，为一角度不整合。玛湖凹陷三叠系百口泉组砾岩、砂砾岩储集层发育，是西北缘油气勘探及获得效益储量的重要目的层。近年来，环玛湖凹陷地区的勘探取得重大突破，玛北地区勘探力度也不断加大，急需深化对三叠系百口泉组储层的地质认识作为精细储层研究的基础工作。研究区沉积后经历了各类复杂的成岩作用，在埋藏成岩过程中各种成岩作用对砂砾岩孔隙结构影响较大，次生孔隙在百口泉组砂砾岩中发育很广，为研究区最主要的储集空间之一，其发育程度直接决定着砂砾岩的储集能力。因此，为有效评价和预测该区储层特征，开展砂砾岩储层成岩作用及孔隙演化研究具重要意义。

1 储集层基本特征

1.1 岩石学特征

玛北斜坡区三叠系百口泉组储集岩主要为砂砾岩、砾岩及砂岩。全岩分为陆源砂屑及填隙物2部分，其中陆源碎屑以岩屑为主，其次为石英和长石，砾岩、砂砾岩中，石英、长石含量较少；岩屑组分主要为中酸性火山熔岩及火山碎屑岩，其次为粉砂岩、泥岩、泥板岩、千枚岩等；填隙物主要为泥质、高岭石和方解石，少量岩石中见有硅质及方沸石。总体上具粒级较粗，成分成熟度和结构成熟度较低的特点［2-3］。

1.2 物性特征

对玛北斜坡区砂砾岩储层物性进行分析，发现研究区百口泉组砂砾岩储层储集物性较差。孔隙度差别较小，主要分布于4%～16%；渗透率差别较大，主要分布区间为0.04×10-3μm2～10.0×10-3μm2（表1）。主要含油层位百二段储层孔隙度平均7.27%，渗透率平均1.2×10-3μm2，主要为低孔低渗和低孔特低渗储层。随着埋藏深度的增加，孔隙度略有减小［2-3］，渗透率随着深度的增加而增大。

表1 玛北地区三叠系百口泉组各小层孔渗统计表Table 1 The Statistics of Porosity and permeability in Baikouquan Formation

2 储集层成岩作用

玛北斜坡区三叠系百口泉组储层成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和烃类侵位作用等。

2.1 压实作用

玛北斜坡区百口泉组储层埋藏深度为2 800～3 300 m，部分储集岩经受了较强压实作用改造。受压实作用影响较大的储层主要为分选性较差、泥质杂基含量较高、碳酸盐胶结物含量较低的砂砾岩。部分储层在压实过程中凝灰岩等半塑性岩屑受压变形，压实作用对储层物性产生较大破坏性作用。压实作用除了与埋藏深度有关外，还与岩石的成分成熟度和结构成熟度相关［4-6］。玛北斜坡区三叠系百口泉组发育在冲积扇、扇三角洲平原沉积环境下，形成的储层结构成熟度、成分成熟度很低，压实作用对储层破坏性更大。只有在有利沉积相带上，由于长期水流的淘洗作用，淘洗较充分，受渗流作用影响小，分选较好，泥质杂基含量较低的储集岩，受压实作用改造有所减弱，可保存一些相对优质储层。显微观察表明，百口泉组碎屑岩中可见到的压实作用现象主要是塑性岩屑被挤压变形、出现假杂基等。主要由于一方面杂基含量的大量发育堵塞了储集岩的粒间孔，造成物性变差；另一方面杂基含量较高的储层，碳酸盐等化学胶结物含量低，压实作用对储层影响大。

2.2 胶结作用

百口泉组砂岩和砾岩中的胶结物类型多样，常见有碳酸盐类（主要为方解石、铁方解石），少量方沸石和硅质（包括石英增生和粒间孔边缘的自生石英小晶体）、自生粘土矿物（常见高岭石、绿泥石和伊利石等）和石膏等。

玛北斜坡区三叠系百口泉组砂砾岩储层中常见方解石等碳酸盐胶结物发育，部分储集岩中碳酸盐胶结物含量较高，充填了大量粒间孔隙，造成储层物性急剧变差。有些储集岩的粒间孔隙边缘，可见自形方解石胶结物发育，方解石胶结物对储层影响具双面性。

2.3 溶蚀作用

玛北斜坡区三叠系百口泉组砂砾岩储层的储集空间主要是剩余粒间孔及粒内溶孔。后者包括碳酸盐等胶结物、长石等碎屑颗粒的溶蚀、还有部分杂基的溶蚀。其中泥质杂基含量较少的扇三角洲前缘水下分流河道微相的砂砾岩的胶结物及颗粒往往容易发生溶蚀作用［7-8］。

图1 玛北斜坡区三叠系百口泉组储集岩成岩作用特征Fig.1 Reservoirrockdiagenesischaracteristicsin BaikouquanFormation

2.4 烃类侵位作用

百口泉组的百二段为主要含油层段，在烃类进入砂砾岩孔隙系统后，原来的水-岩2相系统改变为水-油-岩3相系统，造成岩石的水润湿性改变，导致储层地球化学环境发生较大的变化。在原来的水岩介质中发生的各种无机成岩反应大多受到抑制，如石英次生加大、伊利石和铁白云石形成作用均趋向于停止，利于原生孔隙的保存。而烃类侵入可使钾长石的溶解加快，利于次生溶蚀孔隙的形成［9-10］。

3 储层成岩阶段划分与孔隙演化

3.1 成岩阶段划分

据岩石颗粒接触特征、自生矿物的成分、形态、产状、生成顺序和组合特征以及有机质成熟度确定研究区的成岩阶段［11-14］。研究区的成岩阶段可划分为早成岩（A、B）和中成岩（A、B）两个阶段，具体特征如下：

3.1.1 早成岩阶段

早成岩阶段A期处于该阶段的沉积物，颗粒呈未接触状-点接触状，粒间体积大，压实作用较弱，颗粒间多被早期泥晶碳酸盐矿物充填（主要为泥晶方解石、泥晶菱铁矿等）。岩石疏松，呈未固结-半固结状，以原生粒间孔为主，次为填隙物（陆源粘土杂基、泥晶碳酸盐）内微孔隙。粘土矿物中蒙脱石含量高，蒙脱石层在伊/蒙混层中含量大于70%。埋藏温度14℃～70℃，镜煤反射率（Ro）＜0.4%。有机质未成熟，处于生化甲烷阶段。孔隙水与底水或大气降水相通，孔隙水中CO2分压高，加之有机质很快腐烂分解，可生成腐殖酸，成岩环境以酸性特征为主［15-16］。

早成岩阶段B期颗粒间仍以点接触为主，出现部分线接触，压实作用逐渐增强。岩石呈半固结状，粒间被部分泥晶方解石或泥晶白云石充填，并出现溶蚀现象，形成原生粒间孔、粒间溶孔和填隙物内溶孔组合。该期原生粒间孔受压实作用和胶结作用影响，孔隙体积减小，向下次生溶蚀孔隙增加。Ro为0.4%～0.7%，有机质半成熟，成岩环境为酸性，开始出现混层粘土矿物，蒙脱石层含量70%～50%，属无序混层带。此外，在局部地区可见少量自生硅质胶结物或石英次生加大，在部分火山岩岩屑周围或长石颗粒边缘可出现少量自生方沸石。

3.1.2 中成岩阶段

中成岩阶段A期颗粒间以线接触为主，压实作用较强，岩石多已固结，开始出现少量粉晶铁白云石。可见石英和长石自生加大现象。主要孔隙类型为剩余粒间孔及颗粒溶孔，少量粒间溶孔，粒间溶孔主要为粒间方解石及泥质杂基溶蚀而成。伊/蒙混层矿物普遍出现，蒙脱石层含量50%～20%，为有序混层带。处于中成岩A期上部的地层的Ro值达0.7%～1.3%，有机质处于低成熟阶段，开始生成热解烃，大量有机酸生成，并与粘土矿物演化过程中析出的层间水混合，进入孔隙水体中，对岩石中化学性质不稳定的长石、火山岩屑和碳酸盐矿物等易溶组分进行溶蚀，并生成大量次生溶蚀孔隙［17-18］。

中成岩阶段B期该期典型标志为刚性颗粒间普遍呈线接触，甚至出现凸凹接触类型，粒间体积较小。Ro值为1.3%～2.0%。成岩自生矿物中开始大量出现晚期铁方解石，并交代石英颗粒，使其边缘呈不规则状，交代强烈时石英呈残余状，漂浮在碳酸盐交代物中。当孔隙水地球化学环境（特别是pH值）发生变化时，极易发生溶蚀［19-20］。

3.2 成岩序列与孔隙演化

准噶尔盆地玛北斜坡区三叠系百口泉组埋藏深度一般2 800～3 300 m，碎屑岩普遍经受较强的压实作用改造，碎屑颗粒大都以点接触-线接触为主，砂岩和砾岩物性普遍较差，其中原生孔隙已大量丧失，仅在砂岩中见较发育的原生粒间孔，次生孔隙为最主要孔隙类型。

1.已出现的成岩标志；2.少量或可能出现的成岩标志

图3 玛北斜坡区三叠系百口泉组储层成岩演化模式图Fig.3 Reservoir diagenetic evolution pattern in Baikouquan Formation

通过对玛北斜坡区三叠系百口泉组储集岩成岩特征及孔隙类型研究，建立了该区储层成岩序列及孔隙演化模式（图2，3）。通过研究，确定百口泉组储集岩所处的成岩阶段主要为中成岩阶段B期，部分埋藏较浅的储集岩则处于中成岩阶段A期。减少约3%的孔隙，构成了储层的混生孔隙发育段。研究区目的层段储层的胶结作用使孔隙度在经历了机械压实后又一次大幅度的降低。由于玛北斜坡区三叠系百口泉组储层中石英的含量较少，抗压能力较弱。因此，目的层段只保留了少量的原始孔隙［21］。

以次生孔隙为主的孔隙递减阶段以次生孔隙为主的孔隙递减阶段主要发育在中成岩阶段的晚期，一般埋深在2 700 m以下，以次生孔隙发育为特征，由于晚胶结作用导致次生孔隙大量被破坏，孔隙度继续降低。

4 结论与认识

砂砾岩储层经成岩演化作用，其原生孔隙大部分被破坏，主要以次生孔隙为主。孔隙演化经历了原生孔隙的破坏、次生孔隙的形成和次生孔隙的破坏3个阶段。随着成岩作用的进行，储层的孔隙类型和孔隙大小发生一系列的变化。

以原生孔隙为主的孔隙递减阶段以原生孔隙为主的孔隙递减阶段为成岩早期阶段，其埋深一般不大于1 700 m，以原生孔隙发育为特征。储集砂体在渐进的压实改造下，粒间孔隙不断缩小，孔隙度呈现递减的趋势。

混合孔隙发育段混合孔隙发育段在成岩中期，一般位于1 700～2 700 m，以原生孔隙与次生孔隙的广泛共生为特征。一方面储层在压实作用和胶结作用的联合改造下原生孔隙大量减少；另一方面，碎屑水溶液对长石、岩屑和碳酸盐胶结物进行溶蚀改造，产生部分次生孔隙，两者组合使得岩石

（1）玛北斜坡区三叠系百口泉组储层主要发育砂岩、砾岩和砂砾岩，储层具低孔、低渗、特低渗的特征。

（2）影响玛北斜坡区三叠系百口泉组砂砾岩储层储集性的成岩作用主要是压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

（3）玛北斜坡区三叠系百口泉组储集岩成岩阶段主要为中成岩阶段B期，部分埋藏较浅的储集岩则处于中成岩阶段A期。砂砾岩储层经成岩演化作用，其原生孔隙大部分被破坏，主要以次生孔隙为主。孔隙演化经历了原生孔隙的破坏、次生孔隙的形成和次生孔隙的破坏3个阶段。

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Diagenesis and Pore Evolution of Reservoir in Baikouquan Formation in Triassic，Mabei Oilfield，Junggar Basin

Xu Lin1，Chang Qiusheng1，Chen XinHua2，Tao Qine1，Wang Zhongquan1
（1.Xinjiang Oilfield Company，Petrochina，Research Institute of Exploration and Development Karamay，Xinjiang，834000，China；2.Xinjiang Oilfield Company，Petrochina，Research Institute of Experimention examination，Karamay，Xinjiang，834000，China）

The main rock type is sandstone and conglomerate in Baikouquan formation reservoir of Mabei Oilfield.In view of the reservoir with low compositional maturity，poor roundness，poorly sorted，using thin section，scanning electron microscope，porosity and permeability analysis and other data，analysis of Baikouquan reservoir experienced compaction，cementation，dissolution，hydrocarbon emplacement，diagenesis and diagenetic event，determine the reservoir in the middle diagenetic stage B and corresponding diagenetic evolution sequence.That the main pore types in this area for the remainder intergranular pore，intragranular dissolved pore and micro fracture，due to diagenetic modification on the pore structure，pore evolution showed an overall decreasing trend，and the dissolution and hydrocarbon emplacement determines the quality reservoir development status in Mabei Oilfield.

Mabei Oilfield；Baikouquan Reservoir；Diagenesis；Pore evolution

1000-8845（2015）01-90-05

P534.45

A

项目资助：国家科技重大专项（20112X05001-006）项目资助

2014-01-03；

2014-03-18；作者E-mail：dqxulin@petrochina.com.cn

许琳（1985-），女，陕西商洛人，2012年毕业于长江大学地球科学学院矿物学、岩石学、矿床学专业，从事沉积储层方面的研究