新疆红连地区七克台组储层成岩作用与成岩相

肖冬生, 陈 旋, 杨 帅, 文川江, 张 华, 雷 涛

(1.中国石油吐哈油田公司 勘探开发研究院，新疆 哈密 839009；2.中国石油大学 地球科学学院，北京102249；3.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)



新疆红连地区七克台组储层成岩作用与成岩相

肖冬生1, 陈 旋1, 杨 帅2, 文川江1, 张 华1, 雷 涛3

(1.中国石油吐哈油田公司 勘探开发研究院，新疆 哈密 839009；2.中国石油大学 地球科学学院，北京102249；3.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

吐哈盆地红连地区中侏罗统七克台组油气勘探潜力巨大。在综合运用普通薄片、铸体薄片和扫描电镜等资料的基础上，系统分析七克台组储集砂岩成岩作用特征，建立成岩演化序列，进而分析成岩相特征及有利成岩相的分布。结果表明：七克台组储集砂岩成岩阶段总体处于中成岩阶段A-B期，主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用和破裂作用。压实作用、硅质胶结作用、碳酸盐胶结作用对储层起破坏性作用；建设性的成岩作用主要为早期绿泥石环边胶结作用、溶蚀作用和破裂作用。初步进行了成岩相特征的研究，划分出5种成岩相类型，其中环边绿泥石胶结-硅质、高岭石充填-剩余原生粒间孔成岩相和伊利石、方解石充填-剩余原生粒间孔-溶蚀孔成岩相为较有利的成岩相类型。

成岩相；成岩作用；七克台组；红连地区

红连地区位于吐哈盆地台北凹陷西部，北邻胜北生油洼陷，长期处于洼陷南缘斜坡区，为油气聚集有利区带(图1)。该区已发现第三系鄯善群、白垩系三十里大墩组、上侏罗统喀拉扎组及中侏罗统七克台组-三间房组多套含油层系[1]，是凹陷主要含油Ⅱ级构造带之一。红连地区上侏罗统及更新的地层以背斜、断背斜型构造油气藏为主，勘探、开发程度较高；而中侏罗统油气分布受储层控制作用明显，表现为岩性油气藏特征，勘探程度较低。前人针对中侏罗统在构造特征、沉积特征及油气成藏主控因素方面做了大量研究工作[2-12]，但储层微观特征及优质储层平面分布方面尚未开展系统研究，已成为制约该区中侏罗统岩性油气藏勘探的主要因素之一。越来越多的研究证实，成岩作用、成岩相研究与沉积相研究相结合能够全面把握优质储层的微观特征及平面分布状况[13-18]，更好地指导岩性油气藏勘探。

本文以红连地区中侏罗统七克台组为研究对象，通过岩心观察、普通薄片分析、铸体薄片分析、扫描电镜分析等测试分析手段，在系统分析储层岩石学特征、物性特征的基础上，研究红连地区七克台组储集砂岩成岩作用类型及其特征，并建立成岩演化序列，在此基础上揭示成岩相在研究区的平面展布特征及有利成岩相的分布，为后续的油气勘探提供理论依据。

1 区域地质与沉积背景

红连构造带位于台北凹陷胜北洼陷南缘斜坡区，介于火焰山上冲构造带和七克台上冲构造带之间，东西向长33 km，南北向宽12 km，区带面积约400 km2。受燕山期和喜马拉雅期构造活动的影响，研究区构造非常复杂。在总体北倾的背景上，呈“南北分三带、东西分三脊”构造格局，即自南向北分为上冲斜坡带、中部隆起带和坡洼过渡带3排构造，自西向东可分为连木沁脊隆带、胜北-红南脊隆带和红西-红南脊隆带。研究区发育2组断裂，分别为近东西走向的上冲断裂和近南北走向的走滑断裂，为沟通中下侏罗统烃源岩的油气运移通道。

七克台组沉积期，研究区发育南部物源辫状河—三角洲—湖泊沉积体系，发育河泛平原、沼泽、辫状河道、三角洲前缘水下分流河道、河口坝、席状砂等典型亚相和微相类型[2-6]。七克台组三角洲属小型贫砂三角洲，单砂层厚度为2～10 m，横向变化快，岩性以粉砂岩、细砂岩为主，局部为含砾砂岩(图2)，储层总体欠发育。

2 储层特征

2.1 储层岩石学特征

根据8口钻井100件普通薄片和铸体薄片的鉴定分析，红连地区七克台组储集砂岩类型主要为长石岩屑砂岩，少量岩屑砂岩(图3)，岩屑成分主要以酸性火山岩、凝灰岩为主，变质岩碎屑次之，沉积岩碎屑少量。8口钻井92件样品显示石英端元质量分数(w)为13%～43%，均值为27%；长石端元质量分数为7%～40%，均值为23%；岩屑端元质量分数为29%～78%，均值为44%。

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area

图2 红南2井七克台组岩心综合柱状图Fig.2 Integrated histogram of drilling core of Qiketai Formation from Well HN2

图3 红连地区七克台组砂岩QFR投点图Fig.3 Plot of Q, F, R for Qiketai Formation sandstone samples in Honglian area

胶结物类型主要以铁方解石和高岭石为主，偶见白云石胶结物。铁方解石质量分数变化范围较大，为0.5%～38%，均值为8.18%；高岭石质量分数区间相对较窄，为0.5%～3%，均值为2.58%。孔隙式胶结，颗粒支撑，颗粒之间点-线接触关系为主，少量线到凹凸接触，棱角至次棱角状，粒径主要为0.1～0.5 mm，中到细粒砂岩为主，整体表现为成分成熟度和结构成熟度都较低的特征。

2.2 储集岩物性

8口钻井161件孔隙度样品显示，孔隙度(q)为2.23%～19.9%，均值为12.04%。8口钻井147件渗透率样品显示，渗透率(K)为(0.05～56)×10-3μm2，均值为4.83×10-3μm2。储层物性整体情况较差，属于低孔特低渗储层，从储层孔渗相关度来看，二者之间具有较好的相关度，表明研究区主要为孔隙型储层(图4)。

图4 红连地区七克台组砂岩孔隙度、渗透率相关度投点图Fig.4 The relation between porosity and permeability of Qiketai Formation sandstone samples in Honglian area

3 主要成岩作用

通过对红连地区相关钻井普通薄片、铸体薄片和扫面电镜等资料分析，研究区七克台组主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用和破裂作用4种成岩作用类型。

3.1 成岩作用特征

3.1.1 压实作用

压实作用是沉积期后作用中最为普遍的一种，其对储集层物性主要表现为破坏性作用。该成岩作用类型也是研究区主要的破坏性成岩作用类型之一。红连地区由于在斜坡区之上，虽然整体埋深相对较浅，但不同钻井之间埋深还是存在较大差异，因此碎屑颗粒的接触关系以点接触和线接触为主，凹凸接触和缝合线接触在部分井位发育。

在显微镜下可以发现部分碎屑颗粒由于受压实作用的影响，呈现出撕裂状(图5-A)，颗粒之间的接触关系由点接触转变为线-凹凸接触(图5-A)，这些特征都表现出压实作用对沉积岩/物巨大的改变。

3.1.2 胶结作用

红连地区七克台组胶结作用类型多样，其中以黏土矿物胶结、硅质胶结和碳酸盐胶结为主。

a.黏土矿物胶结

绿泥石是红连地区七克台组常见的黏土矿物之一。通过扫描电镜观察到本区绿泥石胶结物主要表现为2种赋存状态：一种是作为孔隙衬边方式产出的绿泥石薄膜，是早期成岩阶段的产物，在扫描电镜下呈叶片状、花瓣状等形态(图5-B)。另一种是充填于孔隙中的绿泥石(图5-C)，扫描电镜下呈针叶状或绒球状。其中对储层物性起改善作用的主要是以衬边方式产出的绿泥石薄膜，它的存在一方增加了岩石的抗压实能力，另一方面能够较好地抑制石英的次生加大，从而有利于原生孔隙的保存和孔隙之间的连通。而充填于孔隙中起填隙作用的绿泥石对储层起破坏性作用。研究发现红连地区七克台组绿泥石主要以第一种方式产出。但是，同时也发现储层砂岩发育绿泥石薄膜之后，后期硅质或方解石不同程度充填于粒间孔隙中，堵塞孔隙，起破坏性作用。因此，这类起破坏作用的物质越少，环边绿泥石对储层的有利影响越明显。

高岭石也是七克台组发育最普遍的一种黏土矿物，它主要是由其他矿物蚀变转化而来。显微镜下，高岭石以孔隙填充形式产出，在扫描电镜下呈书页状、片状分布(图5-D)。如前所述，红连地区七克台组储层砂岩以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩为主，富含硅酸盐矿物为本区高岭石的大量产生奠定了物质基础。高岭石对储层的改良主要体现在以下两个方面：一是高岭石粒度较粗、结晶好，高岭石晶间微孔隙发育；二是将无孔隙的长石、云母碎屑蚀变成微孔隙十分发育的高岭石集合体。

图5 红连地区七克台组成岩作用显微特征Fig.5 Diagenesis characteristics of Qiketai Formation in the Honglian area(A)黑云母撕裂状，颗粒间凹凸接触，连1井，深度3 256.78～3 256.82 m，正交偏光，20×; (B)高岭石集合体及片丝状伊利石充填于碎屑颗粒之间，粒表附着绿泥石，连3井，深度3 273.60 m； (C)次生石英晶体及绿泥石集合体充填于粒间孔隙中，见残留粒间孔隙，红南2井，深度2 747.20 m； (D)书页状高岭石集合体充填于粒间孔隙中，红南4井，深度3 175.3 m； (E)次生石英晶体充填于粒间孔隙中，连3井，深度3 301.15 m； (F)次生石英晶体充填于粒间孔隙中，高岭石集合体附着于石英晶体表面，连3井，深度3 299.95 m； (G)方解石晶体充填于粒间孔隙中，红南2井，深度2 645.35 m； (H)长石颗粒沿解理被溶蚀淋滤， 红西4井，深度2 576.05 m； (I)长石颗粒轻微次生加大呈阶梯状，可见粒间微缝，连3井，深度3 301.15 m

b.硅质胶结作用

硅质胶结物在研究区十分普遍，以石英的次生加大和自生石英方式产出。次生加大边常以单晶石英为核，次生加大部分与原生石英颗粒之间在显微镜下可见黏土质或者铁质薄膜。扫描电镜下自生石英颗粒往往具有良好的晶体外形，并充填于剩余原生粒间孔隙中(图5-E、F)；原生石英颗粒往往晶形较差。石英次生加大和自生石英的存在，侵占了原有的孔隙空间，喉道变窄或者消失，导致储层物性变差，因此，硅质胶结作用对储层往往起破坏性作用。

c.碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物在研究区的七克台组主要表现为晚期埋藏阶段碳酸盐胶结物，以嵌晶或连晶状产出，晶形往往较好，呈菱面体(图5-G)。碳酸盐岩胶结物往往是充填在次生粒间孔隙之中，造成孔隙的变小或消失，喉道变窄或堵塞，因此对储层有着较为明显的破坏性作用。

3.1.3 溶蚀作用

通过扫描电镜、铸体薄片和普通薄片样品的分析，红连地区七克台组溶蚀作用较为发育，主要表现为长石颗粒和石英颗粒发生不同程度的溶解(图5-H)。长石的溶解对储层物性的改善有着积极的作用。在扫描电镜下可以观察到长石的溶解作用主要是沿着解理缝发生的，在这种情况下，一方面由于长石颗粒尚保存着较好的外形，具有一定的抗压实能力，同时溶解掉的物质形成了较为有利的储集空间。石英颗粒的溶蚀在镜下所见往往是发生在颗粒的边缘，被溶蚀成残蚀状、港湾状等不规则边界；但被溶解部位往往都被后期的黏土矿物填充，因此对于储层物性没有显著的影响。

3.1.4 破裂作用

破裂作用是指在外力作用下储集砂岩颗粒发生形变破碎。破裂作用具有多方面的效果，破裂作用形成的裂缝系统在未被后期填充胶结的情况下本身就是良好的储集空间；同时，在喉道系统发育不好的储集层，裂缝又作为良好的喉道将各个孤立的孔隙连接起来，较好地改善了储层的物性。显微镜下，可见裂缝较为发育，其对储层物性起建设性作用(图5-I)。

3.2 成岩演化序列

根据2003版《石油天然气行业标准碎屑岩成岩阶段划分标准》，结合研究区自生矿物发育分布特征，储集砂岩孔隙类型、储集砂岩结构特征、构造特征，红连地区七克台组储集砂岩经历的成岩顺序如下：早期压实—石英Ⅰ级加大—早期碳酸盐胶结物沉淀—溶蚀孔产生及自生高岭石生成—石英Ⅱ级加大—晚期压实—长石次生加大的出现，其成岩阶段总体达到中成岩A-B期(图6)。

4 成岩相

成岩相最早由美国学者L.B.Railback提出，并得到了全球学者的广泛认可。查阅众多学者的文献资料发现，成岩相的定义较为混杂，尚无一个统一的被广泛接受的概念；但成岩相研究囊括成岩作用、成岩环境、成岩环境的物质表现3个方面已成为共识[13-18]。基于此，根据红连地区七克台组成岩作用类型、成岩矿物特征共划分出5种成岩相(图7)。

a. 环边绿泥石胶结-硅质、高岭石充填-剩余原生粒间孔成岩相

环边绿泥石主要表现以孔隙衬边方式产出的黏土膜，它的存在一方面阻碍了次生石英的形成，同时绿泥石在孔隙之中也能够起到一定的支撑作用，增加了岩石的抗压实能力。研究发现环边绿泥石胶结与硅质、高岭石充填在工区为伴生关系，主要发育于红西4井区和红南2井区。红南2井位于三角洲前缘水下分流河道环境，孔隙度为9.28%～19.9%，均值为16.68%；渗透率变为(0.18～56)×10-3μm2，均值为13.84×10-3μm2。红西4井位于三角洲前缘河口坝环境，孔隙度为3.43%～15.3%，均值为8.82%；渗透率为(0.05～8.4)×10-3μm2，均值为1.72×10-3μm2。二者同属一个成岩相，储层物性的差异主要是由沉积环境导致沉积物粒度上的差别所引起。

b. 强压实-伊利石充填-溶蚀孔成岩相

伊利石充填+溶蚀孔成岩相主要见于连北1井区。在埋深足够的情况下，富含钾长石砂岩在酸性水作用下形成。 伊利石形成后在地下流体作用下极易膨胀，将原生孔隙堵塞或者切割；同时受酸性流体的作用，部分碎屑颗粒被溶蚀成孔隙。该类成岩相储层的孔隙度显著弱于第一种成岩相类型，孔隙度为5%～6.3%，均值为5.65%：显示出此类成岩作用对储层巨大的破坏性作用。

图6 红连地区七克台组储集砂岩成岩阶段划分Fig.6 Classification of diagenetic stages of Qiketai Formation in the Honglian area

图7 红连地区七克台组储集砂体成岩相分布图Fig.7 Plane view of diagenetic facies of Qiketai Formation in the Honglian area

c. 强压实-硅质、高岭石充填-剩余原生粒间孔-溶蚀孔成岩相

此类成岩相主要是在酸性流体的作用下，长石类矿物发生蚀变作用，生成了硅质与高岭石。这二者在充填原生孔隙的同时，由于溶蚀作用的发生以及充填作用的不完全，保存了部分的剩余原生粒间孔、溶蚀孔。研究表明高岭石与硅质的形成也提高了碎屑颗粒的抗压实性，因此有利于剩余原生孔隙的保存；同时，高岭石颗粒间常发育有大量的晶间孔，有利于储层物性的改善。此类成岩相主要见于连3井与红南4井区域，其孔隙度为4%～12.8%，均值为8.82%；渗透率为(0.059～2.43)×10-3μm2，均值为0.92×10-3μm2：显示压实作用对储层物性巨大的破坏作用。

d. 伊利石、方解石充填-剩余原生粒间孔-溶蚀孔成岩相

伊利石-方解石充填-剩余原生粒间孔-溶蚀孔成岩相主要发育于红西5井区。该成岩作用对储层主要表现为破坏性作用，伊利石-方解石的充填导致储集空间被切割，同时其堵塞作用又导致储层渗透能力进一步降低。在该井区孔隙度均值为8.2%，渗透率均值为2.5×10-3μm2。

e. 压实成岩相

该种成岩相最显著的表现就是对原生孔隙的破坏；同时由于压实作用导致岩石的致密化，阻碍了后期流体的侵入，因此溶蚀孔洞也不发育，主要发育于连1井区。

5 结 论

a. 红连地区七克台组储集层岩石类型主要为中-细粒长石岩屑砂岩、岩屑砂岩；孔隙式胶结，颗粒支撑，颗粒之间点-线接触关系为主，少量线到凹凸接触；棱角状至次棱角状：整体表现为成分成熟度和结构成熟度都较低的特征。

b. 红连地区七克台组砂岩储集层总体处于中成岩A-B期，压实作用是最主要的破坏性成岩作用；绿泥石环边胶结、溶蚀作用对储层物性有较好的改善。

c. 红连地区七克台组砂岩储集层可划分为5种成岩相类型。其中环边绿泥石胶结-硅质、高岭石充填-剩余原生粒间孔成岩相和伊利石、方解石充填-剩余原生粒间孔-溶蚀孔成岩相为较有利成岩相类型。

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Diagenesis and diagenetic facies of the Qiketai Formation in Honglian area, Xinjiang, China

XIAO Dong-sheng1, CHEN Xuan1, YANG Shuai2, WEN Chuan-jiang1, ZHANG Hua1, LEI Tao3

1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,TuhaOilFieldBranchCompanyLtd.ofPetrochina,Hami839009,China; 2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Data of thin sections, cast slice, SEM and other analyses are used to study the diagenesis of Middle Jurassic Qiketai Formation in the Honglian area so as to establish the diagenetic evolution sequence and analyze the characteristics of diagenetic facies and distribution of favorable facies for accumulation of oil and gas. It shows that the sandstones of Qiketai Formation are in the mid-diagenetic A-B stage and experience destructive diageneses of compaction, siliceous cementation, carbonate cementation, and constructive diageneses of rim agglutination of chlorite at the early stage, solution and cataclasis. Five types of diagenetic facies are divided according to association types and evolutionary sequences of the diagenesis. Rim agglutination of chlorite-siliceous cementation, kaolinite-residual primary intergranular pore diagenetic facies and carbonate cementation-residual primary intergranular pore-dissolved pore diagenetic facies are favorable diagenetic facies in the study area.

diagenetic facies; diagenesis; Qiketai Formation; Honglian area

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.02

1671-9727(2016)06-0648-08

2015-04-15。 [基金项目] “十二五”国家科技重大专项(2011ZX05001-002-004);中国石油天然气股份公司重大科技专项(2012E-34-04)。

肖冬生(1982-)，男，博士，高级工程师，从事地震地质综合研究, E-mail:xdsh1982@126.com。

TE122.21; P588.2

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