准噶尔盆地永进油田西山窑组油藏成岩演化及成藏史

任新成

（中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257001）

准噶尔盆地腹部地区侏罗系是油气勘探的主要目的层位之一，埋藏深度普遍在4 000～7 000 m，属于深层—超深层储集层[1-3]。受埋深及其他因素影响，储集层物性以低孔低渗为主。低渗储集层具有结构和成分成熟度低、储集层物性差、孔喉半径小、基质渗透率低、受后期成岩作用影响大、成岩差异性明显、非均质性强等特征[4-6]。永进油田位于准噶尔盆地中央坳陷沙湾凹陷东部（图1），其主要含油层中侏罗统西山窑组（J2x）埋深为5 600～6 400 m，油气显示丰富，特别是永1井在5 873～5 888 m 测试日产轻质油72.03 m3，产气10 562 m3，上报预测储量近亿吨，展示出准噶尔盆地腹部超深层碎屑岩仍具备良好的成藏条件，勘探潜力巨大。多年以来，前人对永进油田储集层特征及其控制因素方面开展了大量的工作[7-12]，但多侧重于储集层本身的增孔与减孔特征及其控制因素分析，对储集层成岩演化过程与油气充注的耦合关系、关键成储和成藏期的厘定涉及较少。

本文以油气充注期次为主线，以具荧光差异的不同时期生成的沥青与成岩自生矿物间的接触关系为依据，阐明永进油田深层油气生成过程与成岩过程的相互耦合历史，再现流体与岩石相互作用过程，建立永进油田西山窑组超深层碎屑岩有利储集层与油气充注耦合模式，旨在为该区有利储集层的预测及勘探目标优选提供依据。

图1 永进油田区域位置Fig.1.Regional location of Yongjin oilfield

1 地质概况

准噶尔盆地为古生代晚期以来形成的复合叠加盆地，石炭系—新近系发育齐全。在侏罗纪整体为一拗陷盆地，该时期盆地腹部接受了巨厚的内陆河湖及三角洲沉积，从下至上依次为八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组和喀拉扎组，为有利的储盖层发育阶段之一。二叠纪至早侏罗世，研究区位于准噶尔盆地中央坳陷沙湾凹陷和莫南凸起；中—晚侏罗世，受燕山运动压扭作用的影响，车排子—莫索湾一带逐渐隆升，形成车莫古隆起，该隆起位于盆1 井西凹陷和沙湾凹陷之间，是2 个生烃凹陷重要的油气运移指向区。此外，古隆起区中—上侏罗统遭受不同程度剥蚀，剥蚀厚度可达700 m。研究区位于车莫古隆起的南翼，在晚侏罗世，地层向北抬升遭受剥蚀，缺失中侏罗统头屯河组、上侏罗统齐古组和喀拉扎组[13-15]。在地震剖面上，西山窑组与白垩系为明显的削截不整合接触。中侏罗统西山窑组为永进油田主力含油层段，发育辫状河三角洲沉积，研究区内三角洲前缘砂体大面积分布，主要为灰色中—细砂岩。地层的北东向剥蚀尖灭及北西向的断层切割，配合砂体的岩性尖灭，形成了大量地层-构造-岩性复合圈闭。

2 储集层特征

永进油田西山窑组以煤层为标志层，可划分为煤下及煤上两段，均已发现油藏。西山窑组主要发育10～15 m 厚灰色细砂岩，砂岩中岩屑平均含量最高，为51.67%，石英和长石平均含量较少，分别为32.68%和15.25%，主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩。碎屑为颗粒支撑，点、线和凹凸接触均发育，以孔隙和压嵌式胶结为主，也见次生加大和薄膜式胶结。泥质杂基含量一般为2%～4%，碳酸盐矿物胶结物含量多为3%～5%，个别达18%，含少量铁质胶结物。储集空间以原生粒间孔隙和次生溶蚀孔隙为主，可细分为剩余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、晶间孔等。

西山窑组砂岩大范围稳定分布，但物性存在一定差异，孔隙度为2.10%～14.00%，平均为8.40%；渗透率为0.02～2.82 mD，平均为0.33 mD，砂岩储集层孔渗性总体较差。但该区含油砂岩的物性相对较好，比如永1 井5 873.4—5 888.2 m 井段，孔隙度为13.97%，渗透率为10.45 mD，为低孔低渗中等储集层，能够为油气成藏提供较好的储集空间。

3 主要成岩作用

永进油田西山窑组储集层现埋深6 000 m 左右，经历了压实、胶结和溶蚀3大关键性成岩作用，持续压实、多期胶结及多期溶蚀使得成岩演化序列较为复杂。

3.1 压实作用

西山窑组砂岩压实程度很强，压实作用在储集层致密化过程中起重要作用。物性较好的砂岩中，压实作用主要促使颗粒间紧密接触，使颗粒以点—线接触为主，缩小了颗粒间孔隙；物性较差的砂岩中，大量塑性岩屑塑性变形，颗粒间则以线—凹凸接触为主。

3.2 胶结作用

永进油田西山窑组储集层中，胶结作用主要包括碳酸盐矿物胶结、黏土矿物胶结和硅质胶结。

（1）碳酸盐矿物胶结 碳酸盐矿物胶结物在研究区最为普遍，西山窑组中存在丰富的白云石、铁白云石、方解石和铁方解石。其中，粒状白云石和铁白云石是永进油田最为重要和最具特征的一类碳酸盐矿物胶结物，粒状或连晶式发育的粗晶白云石，在粒间孔内多以粒状出现，具有良好的自形特征（图2）。从结构上看，粒状白云石沉淀使储集层丧失一定孔隙，形成于骨架颗粒间以点接触为主的时期，该时期粒状白云石由孔隙边缘向孔隙中心部位生长，虽然使该成岩期的储集层孔隙度减小，渗透率降低，但在后期酸性流体活动下能够发生大量溶解，从而为晚期包括油气在内的流体活动提供空间，对储集层孔隙起到较好的保护作用。其形成之前已发生一期石英加大，之后则发生了一期溶蚀作用，随后发生了一期油气充注，充注的原油演变成如今的碳质沥青。

图2 永进油田西山窑组砂岩储集层碳酸盐矿物胶结物主要类型Fig.2.Main types of carbonate cements in sandstone reservoirs of Xishanyao formation in Yongjin oilfield

（2）黏土矿物胶结 永进油田黏土矿物总体上以高岭石含量最高，绿泥石与伊蒙混层含量次之，伊利石最少。高岭石和绿泥石晶形较粗大，镜下易识别，高岭石对储集层物性影响较大，绿泥石主要在颗粒边缘形成栉壳状胶结，对储集层物性影响不大。

自生高岭石在研究区内分布最为广泛，高岭石晶形发育较好，基本为手风琴状和蠕虫状充填于粒间孔内，多数应形成于较低温度下，温度在40 ℃左右。高岭石均为方解石溶蚀形成，沉淀于溶蚀孔内，在绝对减小孔隙空间体积外，为后期流体活动保存了小部分可供活动的晶间微孔。早期高岭石沉淀后，晶间微孔内被油浸染，荧光呈黄褐色。

（3）硅质胶结 研究区西山窑组硅质胶结物形成于60～145 ℃的成岩温度条件下[16]，即从成岩阶段早期到成岩阶段晚期硅质胶结都可以发生。西山窑组硅质胶结物普遍发育，平均含量为1%左右，多表现为一期加大边，偶见二期加大边。根据石英加大边的发育特征，认为研究区硅质胶结物的形成绝对减小了孔隙空间，但由于加大边规模不大，在原生粒间孔发育较好的砂岩中剩余大量原生粒间孔。而在不稳定组分含量高、分选差、连通性差的砂岩中，硅质多为近物源沉淀并将本身就很低的孔隙空间致密胶结，极大降低了储集层物性。

3.3 溶蚀作用

溶蚀作用导致砂岩中次生孔隙的形成，研究区西山窑组胶结作用主要发生在较早时期，后期则以溶蚀作用为主。溶蚀相与含油性关系密切，含油性较好的砂岩储集层溶蚀作用一般较强，含油性较差储集层则主要因岩石成分和结构，未能为后期流体对其改造提供有利条件。一般情况下，发育溶蚀作用砂岩中，塑性岩屑含量低，粒度较粗，胶结物含量较低。而溶蚀作用不发育的砂岩正好相反，粒间有大量的铁白云石胶结物，塑性岩屑和杂基含量高，为泥质致密胶结，孔隙不发育。

4 储集层成岩与油气充注耦合关系

4.1 储集层成岩演化过程

研究区西山窑组主要成岩产物为铁方解石、铁白云石及部分方解石和白云石，另常见石英加大边，黏土矿物常见高岭石和绿泥石，成岩产物较为丰富。依据一些对成岩环境要求较为严格的成岩产物作为划定特定时期特定环境的标志，梳理了成岩演化过程。

西山窑组大致经历了3 期流体活动及成岩作用：第一期成岩作用主要发生于早成岩阶段A 期，研究区西山窑组埋藏最浅，主要生成方解石和白云石，以及少量铁方解石和铁白云石（图3）。第一期流体活动中，首先发生了长石质胶结，在长石加大边外侧，有基底式胶结的粒状白云石充填在粒间孔中（图3a），说明长石加大边形成时间最早。同为碱性环境的成岩产物，稍晚于白云石形成时期，发生了后一期方解石的胶结作用（图3b），并有过微弱的溶蚀作用（图3c）。此外，沉积初期还沉积了部分绿泥石和高岭石，高岭石明显形成于绿泥石膜形成之后（图3d），代表该期流体中具酸性和碱性两幕流体活动。综上所述，研究区西山窑组第一期成岩作用先后顺序依次为：绿泥石生成，长石加大边形成，白云石胶结，方解石胶结，第一期溶蚀到高岭石形成。

图3 永进油田西山窑组砂岩储集层第一期成岩过程主要特征Fig.3.Main characteristics of the first diagenetic stage of sandstone reservoirs of the Xishanyao formation in Yongjin oilfield

第一期无机流体活动末的酸性溶蚀作用，在一定程度上增加了储集层孔隙空间，从而使第二期流体活动能在更大范围内进行物质和能量的交换。第二期成岩作用主要发生于早成岩阶段B 期，西山窑组储集层成岩作用在这次流体活动期间达到高峰，流体活动过程更为复杂，形成丰富的成岩产物（图4）。早期长石加大边形成后，在剩余粒间孔内形成了大量白云石胶结物，而胶结物内的溶蚀孔表明其胶结后遭受了一期较强的溶蚀作用，孔隙内还可看到褐色油质的浸染（图4a）。嵌晶式的铁方解石胶结物内包裹有粒状铁白云石，表明铁方解石胶结发生于铁白云石溶解之后（图4b）。铁方解石被溶蚀后在溶蚀粒间孔内沉淀大量高岭石。研究区第二期成岩的主要过程为：长石加大边胶结、方解石胶结、白云石胶结、铁白云石胶结、铁方解石胶结、第二期溶蚀、石英加大边到高岭石形成。

根据西山窑组储集层的埋藏演化史，进入第三期大范围成岩作用阶段时，成岩作用处于中成岩阶段A期。研究区西山窑组储集层已较为致密，压实作用在这一时期成为影响储集层质量最重要的因素之一。大量流体无法在孔隙中自由流动，不能形成范围较为广泛的成岩作用带。这一时期常见的成岩产物主要为黄铁矿和粒间溶蚀孔内的长石雏晶。

图4 永进油田西山窑组砂岩储集层第二期成岩过程主要特征Fig.4.Main characteristics of the second diagenetic stage of sandstone reservoirs of the Xishanyao formation in Yongjin oilfield

4.2 储集层有机流体荧光特征及活动期次

根据大量包裹体岩相学分析，永进油田西山窑组主要有3 期油气充注，第一期为中—晚侏罗世，第二期为白垩纪，第三期为新生代[17-18]。为进一步明确有机流体充注期次与成岩演化的耦合关系，需要进一步分析孔隙内烃类与成岩矿物的关系。

液态烃的荧光颜色可反映有机质的演化程度，即随有机质从低成熟向高成熟演化，荧光颜色依次为火红色、黄色、橙色、蓝色和蓝白色[19-20]。永进油田西山窑组储集层中沥青可分为3 类：黑色碳质沥青、黄色荧光油质沥青和蓝—蓝白色荧光油质沥青。其中，黑色碳质沥青的性质和赋存状态与油质沥青存在较大差别。

（1）黑色碳质沥青 永进油田西山窑组见到大量黑色碳质沥青，除层状分布的碳质沥青外，还可见大量孔隙式充填的碳质沥青（图5），在单偏光、正交光和反射光下均呈不透明的黑色，边缘部分略呈褐色渐变，荧光下大部分呈黑色，部分层状沥青在边缘有细层状黄色荧光。孔隙式充填的碳质沥青较为发育，粒径较大，在宏观上通常为微夹层中的粗粒，呈层状分布。

图5 永进油田西山窑组砂岩储集层碳质沥青显微特征Fig.5.Microscopic characteristics of carbonaceous asphalt in the sandstone reservoirs of the Xishanyao formation in Yongjin oilfield

孔隙中充填的沥青除不发光的碳质沥青外，还可见到黄色、蓝色等其他颜色荧光（图5b），表明第一期原油遭受氧化破坏后又发生过新的油气充注。在第一期原油充注过程中和完成后，成岩作用受到抑制，直至该期油气调整破坏，新的成岩作用重新开始。该期孔隙沥青的充注过程在早期已经发生，永进油田第一期成岩作用较强，而后发生了大范围的构造运动，与此荧光特征吻合，因此认为该期孔隙沥青充填发生于第一期成岩作用晚期。

（2）黄色和蓝白色荧光油质沥青 黄色荧光油质沥青充注时期应晚于碳质沥青和早于蓝白色荧光油质沥青，这一认识与流体包裹体的荧光和均一温度特征相一致。永进油田荧光特征整体偏黄色，部分为蓝白色。单偏光、正交光和荧光镜下经常可看到呈褐色、深褐色油质浸染颗粒间的杂基或者溶蚀孔边缘。

在石英加大边形成之前有过一期黄色荧光原油充注，而后无机流体侵入，为后期石英加大提供了条件，从而沉淀了一期石英加大边，之后在石英加大边之外的剩余粒间孔内沉淀了大量高岭石，高岭石晶间微孔被第三期原油浸染后在荧光下发蓝白色荧光（图6a）。在第一期油气充注后（被破坏成碳质沥青），发生了粒状白云石的沉淀，其后酸性流体的进入对白云石和铁白云石进行溶蚀，为第二期油气充注提供大量有效孔隙空间，此期原油在荧光下发黄色荧光（图6b）。第一期成岩作用形成的高岭石集合体内充填的原油在荧光下呈深褐色甚至黑色，但高岭石与颗粒接触部分，尤其是碎屑颗粒微裂缝内的蓝—蓝白色荧光表明，在最后一期成岩作用后，最后一期原油选择流通性较好的颗粒边缘和微裂缝进行充注（图6c、图6d）。

图6 永进油田西山窑组砂岩储集层油质沥青荧光特征Fig.6.Fluorescence characteristics of oleaginous asphalt in the sandstone reservoirs of the Xishanyao formation in Yongjin oilfield

4.3 储集层成岩—油气充注序列

永进油田西山窑组成岩作用复杂，成岩产物丰富，经历了3 期大范围的流体活动，每一期流体活动以一次油气大范围充注为终点。因为油气的注入改变了矿物生长的环境，阻断了无机流体内矿物离子间的相互交换，不仅使矿物离子无法找到着核生长点，也阻断了矿物得以生长的物质来源。每一期大范围的成岩作用过程中，均经历了多幕酸碱性流体的相互交换。根据鉴定分析，结合油气充注史，永进油田西山窑组的成岩与油气充注过程划分为如下3期（图7）。

（1）第一期成岩作用和油气充注 主要发生在中—晚侏罗世，对应早成岩阶段A 期，储集层处于浅埋藏阶段，埋深为0～2 000 m，压实作用弱，储集层物性好，孔隙度为20%～30%。末期发生了第一期大规模油气充注。但由于侏罗纪末期车莫古隆起的抬升，西山窑组遭受长时间的风化剥蚀作用，油藏遭受破坏，形成大量碳质沥青充填于孔隙当中。第一期的成岩与油气充注过程如下：绿泥石、长石加大、白云石胶结、方解石胶结的依次生成，溶蚀作用，生成高岭石，最后为原油充注。

（2）第二期成岩作用和油气充注 主要发生在白垩纪，对应早成岩阶段B期，储集层埋深加大，为2 000～3 500 m，压实胶结作用进一步增强，储集层孔隙度为15%～20%。此阶段发生多次关键性流体活动和成岩事件，对超深层储集层孔隙的发育起到了关键作用。一是有机质进入成熟阶段，生成大量有机酸，发生较强的溶蚀作用，增孔效果明显；二是随着早白垩世末期大规模油气的充注，生烃增压传导至储集层当中，孔隙流体代替颗粒骨架承压，明显缓冲了机械压实作用，有利于原生孔隙保存[21-22]；三是油气充注明显抑制了胶结减孔作用；四是该期轻质油气充注能够溶解早期孔隙中充填的碳质沥青，从而进一步增加油气储集空间。该期油气充注规模最大，是储集层物性保持和改善的关键期，形成的油藏是永进油田主要的勘探目标。第二期的成岩与油气充注过程如下：长石加大边、方解石、白云石、铁白云石、铁方解石、溶蚀、石英加大边和高岭石的依次形成，到原油充注。

图7 永进油田西山窑组砂岩储集层成岩作用序列Fig.7.Diagenesis sequence of the sandstone reservoirs of the Xishanyao formation in Yongjin oilfield

（3）第三期成岩作用和油气充注 发生在古近纪—新近纪，对应中成岩阶段A期，储集层埋深为3 500～6 400 m，储集层物性在极强压实作用下，物性逐渐变差。在第二期油气充注中形成的油藏没有被改造破坏的情况下，仍然有相对较好的储集层物性，油层储集层孔隙度为8%～15%。该期有部分高成熟油气充注。第三期的成岩与油气充注过程如下：黄铁矿、白云石和铁白云石的依次形成，长石加大，最后为原油充注。

5 结论

（1）永进油田西山窑组储集层主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩，埋深6 000 m 左右，经历了压实、胶结和溶蚀3 大成岩作用。压实作用是导致孔隙减小的主要原因，碳酸盐矿物胶结、黏土矿物胶结和硅质胶结进一步破坏了孔隙。原生粒间孔隙的保存和溶蚀作用是永进油田深层仍然发育有效储集层的主要原因。

（2）永进油田经历了3 期成岩与油气充注过程。早期埋藏较浅，孔隙仍大量发育，第一期原油充注后在构造抬升过程中遭受氧化改造，大量碳质沥青占据孔隙。第二期成岩作用时期，发生大规模油气充注，有效抑制成岩作用保存孔隙；油气充注形成异常高压，明显缓解机械压实作用；溶蚀作用将储集层改造到历史最好阶段。这一阶段使得深层—超深层仍发育物性相对较好储集层。第三期成岩作用减弱，地层快速深埋压实使储集层物性进一步降低，该期有少量高成熟油气充注。

（3）第二期油气充注形成的油藏，储集层物性好，发育异常高压，是主要的勘探目标。基于以上认识新钻探的永301井在西山窑组5 541.6～5 552.0 m获高产工业油流，岩心孔隙度最高可达15.00%，渗透率为350.00 mD，取得了永进油田的勘探新发现。