海拉尔盆地贝中次凹南屯组成岩作用及优质储层主控因素

2019-10-23李玲玲刘剑营王永超

世界地质 2019年3期

李玲玲，刘剑营，王永超

1.黑龙江省致密油和泥岩油成藏研究重点实验室，黑龙江大庆 163712；2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712

0 引言

海拉尔盆地位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟境内，为中、新生代的多旋回、叠合式、断陷--坳陷型盆地。贝中次凹是海拉尔盆地贝尔湖坳陷内最富油气的构造单元之一。海拉尔盆地沉积地层自下而上依次为：布达特群、兴安岭群、扎赉诺尔群(分为铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组和伊敏组)和贝尔湖群[1--4]，其中南屯组是贝中次凹重要的勘探目的层位，作为提交储量的重点地区，贝中次凹储层研究还存在以下问题：储层中发育火山碎屑岩及火山碎屑岩--陆源碎屑岩之间的过渡岩石类型，其岩性及成岩作用特征更为复杂；储层普遍低孔低渗的背景下存在物性较好的优质储层[5--6]，其控制因素需要深入分析。笔者主要运用普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、X--射线衍射和茜素红染色等技术方法, 系统分析了贝中次凹南屯组储层的岩石学、成岩作用特征，并分析了优质储层的控制因素，为贝中次凹油气勘探提供了储层研究的技术支撑。

1 储层岩石学特征

通过显微镜下薄片鉴定，贝中次凹南屯组岩石类型主要有火山碎屑岩类、火山--沉积岩类和陆源碎屑岩类(表1、图1)。

a.凝灰岩， X3井，2 408.83 m，单偏光，×4；b. 熔结凝灰岩,X3井，2 428.79 m，单偏光，×2；c. 沉凝灰岩，X3井，2 414.4 m，单偏光，×4；d. 凝灰质砂岩，X6井，2 346.3 m，单偏光，×2；e.凝灰质定向排列，X3井，2 424.63 m，单偏光，×4；f.脱玻化作用，X5井，2 713.53 m，正交偏光,×10； g. 栉壳状石英，X3井，2 406.1 m，扫描电镜，×550；h.方解石连生结构，X3井，2 417.38 m，正交偏光,×4；i.搭桥状伊利石，X3井，2 421.9 m，扫描电镜，×700；j.绒线团状绿泥石，X5井，2 712.79 m，扫描电镜，×1900；k.蜂窝状伊蒙混层，X2井，2 666.84 m，扫描电镜，×1500；l.绿泥石贴附在颗粒表面或充填于孔隙中，X7井，2 528.39 m，扫描电镜，×1500； m.方解石交代碎屑，X3井，2 416.89 m，正交偏光,×10；n. 长石溶解，X3井， 2 418.51 m，单偏光，×10；o.方解石溶解，X3井，2 418.51 m，单偏光，×10；p.凝灰质溶解，X2井，2 653.7 m，单偏光，×2。图1 岩石类型及成岩作用Fig.1 Rock types and diagenesis

岩类岩性结构火山碎屑/%陆源碎屑/%石英长石岩屑泥质杂基/%碳酸盐胶结物/%分选性磨圆胶结类型接触关系火山碎屑岩类凝灰岩凝灰结构>90陆源碎屑<10 差棱角火山-沉积岩类沉凝灰岩沉凝灰结构50～90陆源碎屑10～50中偏差棱角凝灰质砂岩凝灰质砂状结构10～50陆源碎屑50～90中偏差次棱角--次圆孔隙式点--线陆源碎屑岩类砂岩碎屑结构<1010～2714～3437～691～61～6中次棱角--次圆孔隙式点--线

火山碎屑岩以凝灰岩为主(图1a)，少量熔结凝灰岩(图1b)。凝灰岩主要为晶屑凝灰岩、岩屑凝灰岩，少量玻屑凝灰岩,为凝灰结构，火山碎屑含量>90%，碎屑呈棱角状，其中晶屑多为斜长石和石英，少量弯曲变形的黑云母，岩屑主要为中基性喷出岩岩屑(如安山岩、玄武岩岩屑)和凝灰岩岩屑。熔结凝灰岩中碎屑以塑性玻屑和塑性岩屑为主，含有少量刚性碎屑如晶屑，为熔结凝灰结构，塑性玻屑可见燕尾状分叉，刚性碎屑边缘可见塑变不强的弧面棱角状外形。

火山--沉积岩类主要为沉凝灰岩(图1c)、凝灰质砂岩(图1d)。沉凝灰岩中火山碎屑含量在50%～90%，其中主要为岩屑，晶屑次之，玻屑较少，碎屑颗粒呈棱角状为主。凝灰质砂岩以陆源碎屑为主，含10%～50%的火山碎屑，碎屑颗粒呈次棱角--次圆状，孔隙式胶结，颗粒间呈点--线接触。

陆源碎屑岩类以中、细粒长石岩屑砂岩、岩屑砂岩为主(图2)，少量粉砂岩。砂岩碎屑中石英含量10%～27%；长石含量14%～34%；岩屑含量37%～69%；泥质含量1%～6%，方解石胶结物含量1%～6%，碎屑粒度为0.09～0.88 mm，中等分选，颗粒呈次棱角--次圆状，孔隙式胶结，颗粒间呈点--线接触。

图2 贝中次凹南屯组砂岩分类Fig.2 Sandstone classification of Nantun Formation in Beizhong sag

2 成岩作用类型

根据岩芯观察与显微镜下的薄片观察，并结合扫描电镜和X--射线衍射黏土矿物分析，确定了成岩作用类型有压实和压溶作用、玻璃质成分的脱玻化作用、胶结和交代作用及溶解作用等。

2.1 压实和压溶作用

压实作用是南屯组储层孔隙度降低、渗透性变差的主要因素。凝灰岩、沉凝灰岩的压实作用弱于凝灰质砂岩和砂岩，由于凝灰质成分在固结成岩过程中有一定的胶结作用，而使压实作用部分受阻[7]。凝灰岩、沉凝灰岩的压实作用表现为火山碎屑呈层状排列，有明显的定向性(图1e)，一些压扁拉长的塑性玻屑和塑性岩屑定向排列形成假流纹构造。凝灰质砂岩和砂岩的压实作用表现为塑性碎屑如白云母的挤压弯曲变形，刚性碎屑如石英破裂以及碎屑颗粒呈定向分布。压溶作用是和压实作用伴生的，南屯组压溶作用主要是石英碎屑的压溶，其结果使颗粒的边缘不平直，呈凹凸接触甚至缝合线接触。

2.2 玻璃质成分的脱玻化作用

玻屑凝灰岩和沉凝灰岩中含有不稳定的玻璃质成分[8]，玻璃质成分在成岩过程中逐渐转变为稳定态的结晶物质，形成细小的雏晶，进一步形成微晶(图1f)，形成霏细结构和球粒结构。

2.3 胶结和交代作用

南屯组储层胶结作用比较强，胶结物类型多样，包括硅质、方解石、黏土矿物及少量菱铁矿等。硅质胶结主要是石英胶结，其结构主要有栉壳状结构(图1g)和石英次生加大边结构。硅质胶结物的来源主要有火山碎屑的蚀变、长石的溶解和蚀变、黏土矿物转化过程中产生及石英碎屑的压溶作用。

方解石胶结多呈斑块状分布，局部呈连生结构(图1h)。南屯组储层黏土矿物胶结以伊利石(图1i)和绿泥石(图1j)为主，其次为伊蒙混层(图1k)。伊利石充填在粒间孔隙内呈丝缕状、搭桥状；绒线团状的绿泥石集合体贴附在碎屑颗粒表面或填充在孔隙内(图1l)；伊蒙混层贴附在碎屑颗粒表面呈蜂窝状、山峦状。菱铁矿胶结仅在局部少量发育，其胶结形式为薄膜状围绕颗粒。

交代作用主要表现为方解石交代碎屑及填隙物(图1m)，是胶结作用进一步扩大的结果。

2.4 溶解作用

南屯组储层溶解作用表现为长石、岩屑内不稳定组分的溶解(图1n)以及方解石胶结物和凝灰质填隙物的溶解(图1o，图1p)，从而形成粒内溶孔、粒间溶孔及铸模孔，增加了岩石的储集性能。

3 成岩阶段划分

南屯组的镜质体反射率(Ro)为0.45%～1.02%；最大热解温度(Tmax)主要分布于430℃～450℃之间；黏土矿物组合以伊利石和绿泥石为主，其次为伊蒙混层(表2)，高岭石主要发育于南屯组二段，自生矿物以方解石胶结、微晶石英胶结为主，局部出现石英次生加大现象。综合有机质成熟度、黏土矿物组合和自生矿物特征等参数，按照碎屑岩成岩阶段划分标准[9--10]，南屯组的成岩阶段主要为中成岩阶段A期(图3)。

表2 贝中次凹南屯组黏土矿物相对含量

Table 2 Relative contents of clay minerals of Nantun Formation in Beizhong sub-sag

层位样品数/块黏土矿物相对含量/%伊利石绿泥石伊蒙混层高岭石南屯组一段15672～243970～74630～515南屯组二段1853～183531～182524～41562～925

图3 贝中次凹南屯组成岩演化示意图Fig.3 Diagenetic stage model of Nantun Formation in Beizhong sag

4 成岩相划分

成岩相是一定成岩环境下各种成岩作用的综合反映，与储集性有直接关系。以影响储层物性的主控成岩作用及其强度、胶结物成分及其结构特征等因素将贝中次凹南屯组划分为3种成岩相类型。

压实相特征沉积条件差，为易于压实的含泥细、粉砂岩以及分选差、泥质含量高、成分成熟度和结构成熟度低的砂岩，物性较差，孔隙不发育，不利于油气的储集。

胶结相特征胶结作用强，方解石或硅质胶结物含量高且充填了粒间孔隙，降低了储集物性，但胶结物局部溶解或有裂缝时可形成次生孔缝。贝中次凹希3井南一段2 415～2 417.5 m段凝灰质砂岩，以方解石胶结为主，岩性致密，储集空间不发育，为胶结成岩相(图4)。

图4 希3井成岩相划分图Fig.4 Diagenetic facies division of Well Xi 3

溶解相特征有长石、岩屑、方解石胶结物和凝灰质填隙物的溶解，易形成次生孔隙发育带。如贝中次凹希3井南一段2 404～2 415 m、2 417.5～2 431 m凝灰岩及凝灰质砂岩储层溶解作用较强，包括方解石胶结物溶解、凝灰质溶解及岩屑长石溶解，该段总体上以溶解成岩相为主，形成一定量的次生溶孔，储集空间较发育(图4)。

5 优质储层主控因素

优质储层是指在低孔低渗背景下相对优质的储集层段。根据贝中次凹南屯组岩芯孔隙度渗透率特征分析，在2 400～2 700 m深度段内存在两个次生孔隙发育带。南屯组优质储层的控制因素有两个方面。

5.1 发育优势沉积相

沉积相是储层分布和发育的物质基础。通过岩芯观察描述，贝中次凹以扇三角洲和辫状河三角洲沉积体系为主。综合利用测井、录井和粒度分析等资料分析了单井沉积微相模式，编制了沉积相平面图。根据贝中次凹南一段沉积相划分，区内优质储层段的沉积相多为扇三角洲前缘亚相。由于扇三角洲前缘是陆上沉积与稳定水体过渡地带，物源供给充足，砂体发育，流体运移通畅，易于形成大量的次生孔隙，使储层物性变好。

5.2 成岩作用对储层的改造

图5 南屯组一段不同岩性孔隙度分布图Fig.5 Porosity profile of different lithology in the first section of Nantun Formation

溶解作用对于改善储层储集性能具有重要作用，包括长石、岩屑、方解石胶结物和凝灰质填隙物的溶解，其中凝灰质填隙物的溶解最为关键。对比发现，凝灰质填隙物含量高的岩石类型比相应的砂岩物性条件好，次生孔隙更为发育(图5)，分析其溶解机理，由于凝灰质填隙物不稳定，在有酸性水和连通粒间孔隙的环境下易于发生溶解作用，形成溶蚀孔隙，其次凝灰质在冷却收缩和脱水收缩过程中易形成收缩缝，增加了储层渗透性，此外凝灰质压实固结后具有一定的抗压实能力，能降低压实减孔率。