麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组角砾岩储层特征

2021-04-08李慧莉尤东华李建交谭广辉刘士林

岩性油气藏 2021年2期

李慧莉，尤东华，李建交，谭广辉，刘士林

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126；3.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011；4.中国石化油田勘探开发事业部，北京 100728）

0 引言

塔里木盆地麦盖提斜坡北新1 井在古近系阿尔塔什组膏岩之下首次揭示了一套角砾岩，其厚度为266 m（未穿），岩性主要为白云质角砾岩、灰质角砾岩、白云岩和灰岩，并且获得了油气，其勘探潜力引起了广泛关注。但该套地层归属、角砾岩成因以及下覆的“环形构造”引起了广泛讨论。罗少辉等［1］、李建交等［2］基于详细的岩石学、岩石化学（碳氧同位素和铱及其它微量元素）和古生物（孢粉和有孔虫）的研究，结合地震层序追踪，提出该套碳酸盐岩地层分属古近系吐依洛克组和上白垩统依格孜牙组，将油气产层段划归古近系吐依洛克组，而岳勇等［3］基于岩石学（岩性和X 射线衍射分析）、古生物（孢粉）、碎屑锆石U-Pb 同位素年龄的研究，提出该套地层整体归属上白垩统依格孜牙组。本文分层采用李建交等［2］的分层方案，即把该套白云质角砾岩储层划归古近系吐依洛克组。为进一步评价该领域的勘探潜力，张长建等［4］基于地震资料解释，探讨了北新1 井区“环形坳陷”的成因，吕海涛等［5］基于原油的地球化学特征，分析了油气来源和成藏特征。但是，前期并未对北新1 井首次钻揭的该套储层的特征及成因开展研究。

北新1 井在吐依洛克组角砾岩段顶部测试产油层段（6 916～6 932 m）及其上、下进行了连续取心，这为储层发育特征及成因研究提供了资料基础。利用产油段连续取心获得的实物及分析化验资料开展储层特征及成因研究，以期为评价该层段的勘探潜力提供新的依据。

1 地质背景

北新1 井位于新疆维吾尔自治区和田地区皮山县境内，构造位置处于塔里木盆地塔西南坳陷麦盖提斜坡［图1（a）］。麦盖提斜坡受盆地周缘大地构造环境及其演化的控制，古生代以来主要经历了碳酸盐岩台地发育阶段（∈—O2）、和田古隆起形成及埋藏阶段（O3—P1-2）、区域性抬升剥蚀阶段（P2—K）和塔西南前陆盆地的叠加改造阶段（E—Q）［6-8］。在麦盖提斜坡，全区发育了寒武系—中下奥陶统碳酸盐岩、石炭系—二叠系海陆过渡相碳酸盐岩和碎屑岩、古近系海相蒸发岩和碎屑岩以及新近系陆相沉积［9-10］，局部分布有上奥陶统陆棚相泥质岩和志留—泥盆系海相碎屑岩；普遍缺失三叠系、侏罗系和下白垩统。

图1 麦盖提斜坡北新1 井位置（a）和吐依洛克组岩心综合柱状图（b）Fig.1 Locations of well Beixin-1 in Markit Slope（a）and comprehensive core histogram of Tuylock Formation（b）

2 角砾岩储层基本特征

2.1 角砾岩岩性特征

对北新1 井古近系吐依洛克组第2 至第7 回次岩心进行了详细的描述和岩石薄片鉴定，该套地层岩性主要为白云质角砾岩、角砾状白云岩、白云岩和灰岩；由上至下可以分为4 个储层段，表现为角砾岩段、白云质角砾岩段、白云岩段叠覆的不等厚互层［图1（b）］。①混合角砾岩段（6 902.00～6 922.48 m）。该储层段段岩性为角砾岩，角砾成分主要为灰白色亮晶砂屑灰岩和浅灰色、灰白色和深灰色粉晶云岩；角砾分选和磨圆极差，角砾间主要为碳酸盐岩填隙物，可见少量硅质陆源碎屑［图2（a）—（e）］。②白云岩段（6 922.48～6 925.68 m）。该储层段岩性单一，为浅灰色、灰黄色粉晶云岩，可见白云岩破裂，呈角砾状［图2（f）—（h）］。③云质角砾岩段（6 925.68～6 934.61 m）。该段岩性主要为角砾岩，角砾成分单一，为灰色、灰黄色、灰红色粉晶云岩，分选和磨圆差［图2（i）—（j）］。④角砾状白云岩段（6 934.61～6 938.17 m）。该储层段岩性为浅灰色、灰褐色粉晶云岩，白云岩破碎，呈角砾状［图2（k）—（m）］。

图2 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组取心段岩性及储集空间宏观特征（a）—（d）灰色角砾岩，角砾成分为灰白色砂屑灰岩和灰色，深灰色白云岩；（a）角砾分选差，磨圆较差—差，填隙物为碳酸盐岩灰泥，岩心纵切面，6 906.70 m；（b）岩心纵切面和外观，6 910.69 m；（c）裂缝发育，见有机质充填，裂缝切穿角砾和碳酸盐岩灰泥，岩心纵切面，6 913.12 m；（d）裂缝发育，见有机质充填，裂缝切穿角砾和碳酸盐岩灰泥，岩心纵切面，6 918.46 m；（e）灰色云质角砾岩，角砾成分为灰白色、灰黄色白云岩；分选差，磨圆较差—差，填隙物为碳酸盐岩灰泥，裂缝发育，裂缝交切处形成小缝洞，见有机质充填，岩心外观，6 922.03 m；（f）—（h）浅灰色、灰黄色粉晶云岩，角砾状粉晶云岩；（f）水平裂缝发育，岩心纵切面，6 922.92 m；（g）网状缝发育，裂缝交切处形成小缝洞，岩心外观，6 923.12 m；（h）裂缝发育，见有机质充填和斑块状分布，岩心纵切面，6 925.68 m；（i）—（k）灰红色、灰黄色云质角砾岩，角砾成分单一，为灰色和灰黄色、灰红色粉晶云岩；（i）见水平缝和沿裂缝分布的溶蚀孔洞以及孤立溶蚀孔洞，岩心外观，6 932.15 m；（j）网状缝和溶蚀孔发育，见有机质充填，岩心纵切面，6 934.37 m；（k）见裂缝与溶蚀孔洞，岩心外观，6 934.37 m；（l）—（m）浅灰色—灰红色粉晶云岩，白云岩破碎呈角砾状；（l）见溶蚀孔洞，岩心外观，6 935.95 m；（m）网状缝发育，岩心纵切面，6 937.79 m；（n）—（p）灰色、深灰色云质角砾岩，角砾成分单一，为深灰色粉晶云岩，分选和磨圆差；（n）裂缝发育，被方解石充填，岩心纵切面，7 078.31 m；（o）岩心纵切面，7 078.62 m；（p）岩心外观，7 079.43 m；（q）灰色粉晶云岩，见“揉皱”构造和破裂面，破裂面光滑，见擦痕，岩心外观，7 080.74 m，7 080.88 m；（r）灰色、灰白色粉晶云岩夹薄层泥岩，见揉皱变形，岩心外观，7 081.11 mFig.2 Lithologies and macroscopic characteristics of reservoir space of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

在第7 回次取心段之下到7 086 m 之上录井岩性为灰色、灰黄色粉细晶云岩、角砾状白云岩，以及云质角砾岩互层，与白云岩段、云质角砾岩段、角砾状白云岩段的岩性特征相似，地层也属于古近系吐依洛克组［3］。第8 回次取心（7 077.77～7 083.27 m）揭示，上部为灰色角砾状白云岩，底部为深灰色、灰绿色泥岩［图2（n）—（r）］。在7 086 m 之下，主要为深灰色灰岩夹泥岩薄层，岩性特征与吐依洛克组显著不同，地层归属上白垩统依格孜牙组［1，3］。

2.2 角砾岩储层物性特征

对北新1 井吐依洛克组连续取心段进行全直径取样和孔渗测试（图3），结果表明，云质角砾岩储层孔隙度为3.5%～10.4%，平均为6.9%，70% 以上的样品孔隙度为5%～8%。纵向上，由上向下孔隙度有增大的趋势［图3（a）］。全直径垂直渗透率为0.4～35.1 mD，平均为7.1 mD，70% 以上的样品垂直渗透率为1～10 mD。两个方向的水平渗透率为2.9～62.2 mD，略高于垂直渗透率，其平均值分别为10.4 mD 和9.3 mD［图3（b）］。

纵向上渗透率与孔隙度变化的相关性较弱，而储层物性与岩性有一定的对应关系。第5 和第6回次角砾状粉晶云岩和角砾成分单一为粉晶云岩的角砾岩具有较高的孔隙度和渗透率，第4 回次下部粉晶云岩具有较高的孔隙度。

图3 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组岩心样品全直径孔渗统计Fig.3 Statistics of full diameter porosity and permeability of core samples of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

2.3 角砾岩储集空间类型

北新1 井吐依洛克组储层储集空间主要为溶蚀孔洞和裂缝，其发育情况与孔渗测试结果具有良好的相关性。

岩心取心段可见裂缝和溶蚀孔洞发育。岩心外观裂缝极为发育，可见直立缝、斜交缝和水平缝；裂缝延伸长度为1.0～15.0 cm，宽度为0.1～1.0 mm；以未充填为主，少数半充填与充填（充填物多为方解石）。裂缝在纵向上分布不均匀，裂缝在角砾成分单一的粉晶云岩角砾岩段和角砾状白云岩段更为发育，不同方向的裂缝相互交切成网状，连通程度和开启程度较高［图2（g），（j），（m）］。取心段岩心均有孔洞发育。孔洞直径大多小于1 cm；纵向上分布不均匀，第4、第6 回次中岩性为粉晶云岩和角砾成分单一为粉晶云岩的角砾岩，溶蚀孔洞更为发育。部分孔洞分布于裂缝交切部位或沿裂缝分布，基本未充填；也有孔洞孤立分布，与裂缝无明显的相关性［图2（i）—（j），（k）—（l）］。

在铸体薄片中可见微裂缝、白云岩晶间溶孔和铸模孔发育。微裂缝同时切穿角砾和碳酸盐岩填隙物，说明微裂缝发育没有组构选择性。沿微裂缝有时可见弱溶蚀现象［图4（a2）—（a3）］。白云岩晶间溶孔主要见于粉晶云岩中，溶孔与石膏有伴生关系［图4（c1）—（c1+），（c2）—（c1+），（d1）—（d1+）］。铸模孔主要见于角砾成分单一为粉晶云岩的角砾岩段和角砾状白云岩段，铸模孔中有残余石膏［图4（b1）—（b4）］。在砾石成分相对复杂的角砾岩中未见白云岩晶间溶孔和铸模孔。

图4 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组角砾岩储层储集空间微观特征（a1）—（a4）角砾岩，6 907.34 m，单偏光；（a1）微裂缝切穿角砾和填隙物；（a2）微裂缝切穿角砾和填隙物；（a3)微裂缝切穿角砾和填隙物，有扩溶；（a4）多条微裂缝，切穿燧石和填隙物；（b1）—（b4）云质角砾岩，6 925.17 m，单偏光；（b1）膏溶铸模孔；（b2）含膏，微晶云岩角砾，发育溶蚀孔；（b3）发育膏溶角砾铸模孔；（b4）含膏，微晶云岩角砾溶蚀孔；（c1）—（c2+）含膏微晶云岩6 934.70 m；（c1）膏溶孔，单偏光；（c1+）膏溶孔，与（c1）同一视域正交光；（c2）膏溶孔，微裂缝，单偏光；（c2+）微裂缝，与（c2）同一视域正交光；（d1）—（e2）含膏微晶云岩，6 937.17 m；（d1）膏溶孔，单偏光；（d1+）膏溶孔，与（d1）同一视域正交光；（e1）膏溶孔，单偏光；（e2）角砾溶蚀孔，微晶云岩微裂缝，单偏光Fig.4 Microcosmic characteristics of breccia reservoir space of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

2.4 角砾岩储层成岩特征

吐依洛克组角砾岩储层发育的主要建设性成岩作用是准同生期或成岩早期的膏溶作用和晚期的构造破裂作用。

角砾岩中角砾成分虽然有差异，但都具有“大小不一、棱角分明”的特点，大角砾“漂浮”于小角砾及更为细小的碳酸盐岩填隙物中（图2，4），指示角砾岩物理压实作用较弱。在镜下阴极发光薄片中，角砾岩总体呈较为一致的暗橘红色，指示化学胶结作用较弱［图5（a1）—（a3），（b1）—（b3）］。沿着裂缝有发亮橘黄色光的晚期方解石胶结物分布［图5（c1）—（c3）］，指示沿裂缝有一定程度的后期溶蚀和充填。粉细晶云岩阴极发光整体颜色一致，为暗橘红色［图5（d1）—（d3）］。

全岩稀土元素分析结果表明，储层发育段稀土元素含量整体较低，总量不超过10.006 μg/g。9 个样品都具有轻稀土相对富集和Eu 负异常的特征（表1，图6）。根据胡文瑄等［12］提出稀土元素配分模式，反映该段储层受后期成岩流体改造较弱，显示出海水来源具有继承性的特点。

图5 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组角砾岩储层发育段阴极发光特征（a1）—（a3）角砾岩，微裂缝充填有机质，岩石整体发橘红色光，6 902.94 m；（a1）单偏光；（a2）正交光；（a3）阴极发光；（b1）—（b3）角砾岩，微裂缝充填有机质，岩石整体发橘红色光，6 917.57 m；（b1）单偏光；（b2）正交光；（b3）阴极发光；（c1）—（c3）角砾岩，岩石整体发橘红色光，局部见发橘黄色光的碳酸盐岩胶结物，6 931.93 m；（c1）单偏光；（c2）正交光；（c3）阴极发光；（d1）—（d3）角砾岩，岩石整体发橘红色光，6 937.97 m；（d1）单偏光；（d2）正交光；（d3）阴极发光Fig.5 Cathodoluminescence characteristics of breccia reservoir of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

表1 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组白云质角砾岩储层稀土元素分析Table 1 Rare earth element analysis of dolomitic breccia reservoir of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

图6 北新1 井吐依洛克组角砾岩储层稀土元素配分特征Fig.6 Rare earth element distribution characteristics of breccia reservoir of Tuylock Formation in well Beixin-1

裂缝和溶蚀孔洞、微裂缝、白云岩晶间溶孔和铸模孔是该套角砾岩储层的主要储集空间类型。①普遍发生的膏溶作用形成了大量的溶蚀孔洞。溶蚀孔洞主要发育在粉晶云岩、角砾状粉晶云岩以及以粉晶云岩为主要成分的角砾岩中。铸体薄片镜下可见白云岩晶间溶孔和铸模孔中有石膏残余［图4（c1）—（c1+），（c2）—（c2+）］，（d1）—（d1+）］，指示岩石原始组构中更易溶解的石膏等不稳定矿物成分发生了早期选择性溶蚀。由此判断，膏溶作用是白云岩晶间溶孔和铸模孔发育的主控因素。岩石薄片阴极发光和岩石化学特征指示膏溶作用主要发生于准同生期或成岩早期。②大量未充填的裂缝与微裂缝也是重要的储集空间。根据产状判断，裂缝主要为构造成因，且构造破裂作用发生在角砾岩形成之后。岩心观察可见裂缝延伸形态多变，切穿角砾、碳酸盐岩填隙物和早期形成的溶蚀孔隙［图2（a），（c），（j）］。薄片观察可见多数微裂缝较为平直，切穿角砾、填隙物以及早期形成的溶蚀孔隙［图4（a1）—（a4），（c2）—（c2+）］。角砾岩形成之后的构造破裂作用是裂缝和微裂缝形成的主控因素。此外，在薄片中还可见到早期形成的裂缝被晚期方解石充填［图5（c1）—（c3）］，以及沿张开缝的扩溶现象，指示岩石构造破裂作用之后发生过晚期的溶蚀和充填作用。

3 角砾岩储层成因模式

结合区域构造和沉积背景，探讨北新1 井吐依洛克组白云质角砾岩储层成因。

3.1 膏溶作用与沉积环境

膏溶作用是在夹有蒸发岩的碳酸盐岩地层中常见的成岩作用类型，发育在局限潮坪和蒸发泻湖环境中。膏溶作用作为关键成储作用在鄂尔多斯盆地马家沟组和四川盆地雷口坡组的研究成果中曾有报道［13-14］。

丁孝忠等［15］认为，塔西南地区在晚白垩世—古近纪发生大范围的海侵和海退，沉积了依格孜牙组、吐依洛克组和阿尔塔什组等海相地层；其中上白垩统依格孜牙组为台地边缘和台地内碳酸盐岩沉积［16］，古近系吐依洛克组和阿尔塔什组演化为局限潮坪和蒸发泻湖相的蒸发岩组合［17-18］。该时期我国东部陆相咸化湖盆也有广泛发育［19-20］。

北新1 井揭示的依格孜牙组和吐依洛克组的岩性与塔西南山前地层有所区别，阿尔塔什组的岩性与塔西南山前地层基本一致。从纵向变化看，由依格孜牙组至吐依洛克组、阿尔塔什组，总体由灰岩向白云岩至膏泥岩呈连续过渡［1-3］，反映了晚白垩世—古近纪麦盖提斜坡整体为海退沉积背景。

北新1 井吐依洛克组的原始沉积环境主要为水体分层的缺氧咸水环境。从岩性上看，多块岩心呈灰黄色、灰红色、灰褐色［图2（e），（i）—（m）］，镜下可见膏溶现象。主量、微量元素分析表明（表2），陆源输入的Si 含量由下至上增加（第2 至第6 回次取心），与岩心和阴极发光观察到的结果一致。根据反映古盐度的指标w（Sr）/w（Ba）＞1，w（CaO）/w（CaO+Fe）＞0.5 判断，碳酸盐岩沉积于高盐度咸水环境［21-22］。其中w（CaO）/w（CaO+Fe）基本一致，而w（Sr）/w（Ba）变化较大，这可能与碳酸盐岩角砾成分变化有关。w（V）/w（V+Ni）为0.48～0.86，第6回次w（V）/w（V+Ni）＞0.84，指示水体为分层的缺氧环境［23-25］。在水体分层的缺氧咸水环境下，在准同生期和成岩作用早期，普遍发生的膏溶作用既形成储集空间，又改造原始沉积组构形成溶塌角砾岩。在连续取心段观察到2 套白云岩与白云质角砾岩交互出现，这可能是在海平面频繁振荡下沉积地层和溶塌改造叠覆的产物。第Ⅰ岩性段角砾成分较第Ⅲ岩性段角砾成分更为复杂，可能反映吐依洛克组顶部经历过较大范围的暴露和近源改造堆积。李建交等［2］、罗少辉等［1］在研究该套地层归属时也认为角砾岩为溶塌角砾和构造滑塌成因。

表2 麦盖提斜坡北新1 井吐依洛克组角砾岩主量及部分微量元素分析Table 2 Analysis of major and trace elements in breccia of Tuylock Formation in well Beixin-1 in Markit Slope

3.2 构造破裂作用与构造环境

喜山期构造破裂作用也是吐依洛克组角砾岩成储重要的控制因素。岩心和薄片观察可见大量未充填和半充填的构造裂缝，发育于角砾岩形成之后，普遍见油气显示。

北新1 井下伏构造复杂。岳勇等［3］、张长建等［4］提出该井区下伏“圆形坳陷”属于二叠纪形成的“破火山口构造”，其坳陷形态控制着上覆碳酸盐岩沉积；火山期后的冷凝收缩形成的裂缝对储集物性的改善和油气充注成藏有重要作用［2，4］。从地震剖面上看，阿尔塔什组下覆吐依洛克组和依格孜牙组向两侧减薄而尖灭，下伏的复杂构造应当定型于该套碳酸盐岩地层沉积之前（图6）。与发生在吐依洛克组储层沉积成岩后的构造破裂作用关系不大。

侏罗纪以来塔西南地区经历了断陷、坳陷和前陆盆地的发展过程，其中侏罗纪至始新世，塔西南地区发育断陷盆地；从中新世开始，印度板块与欧亚板块之间发生陆陆碰撞，西昆仑发生剧烈的隆升，盆地边缘发生强烈的挠曲沉降以及褶皱和断裂，形成塔西南前陆盆地［26］，并在巴楚隆起南缘形成了逆冲滑脱的断裂［27］。虽然麦盖提斜坡不属于塔西南前陆盆地强烈冲断褶皱变形区，但具有一致的区域构造背景。张长建等［4］认为喜山期北新1 井区发育沿阿尔塔什组膏盐岩滑脱的逆冲断裂，控制着上覆地层的褶皱变形。阿尔塔什组膏盐岩上下构造变形迥然不同，在井区发育逆冲滑脱断层，贴近膏盐岩的下覆地层可能卷入断层破碎带，或者发生构造破裂作用（图7），在取心段观察到断层擦痕［参见图2（q）］。吕海涛等［5］研究北新1井出油层段流体包裹体均一温度后认为，吐依洛克组角砾岩油气成藏期为喜山中晚期。可见喜山期构造活动对该区成储和成藏均具有重要意义。

图7 麦盖提斜坡地震剖面Fig.7 Seismic section of Markit Slope

3.3 白云质角砾岩储层成因模式

图8 麦盖提斜坡吐依洛克组白云质角砾岩储层发育模式Fig.8 Development model of dolomitic breccia reservoir of Tuylock Formation in Markit Slope

在麦盖提斜坡吐依洛克组白云质角砾岩储层经历了膏溶作用和构造破裂作用等2 种建设性成岩改造。①在古近纪初期，受控于区域构造和沉积环境，吐依洛克组发育局限泻湖或潮坪环境下的灰岩-白云岩-含膏白云岩-膏岩组合［图8（a）］。②在准同生期及成岩早期，受海平面频繁震荡的影响，吐依洛克组角砾岩遭受大气淡水或正常海水的溶蚀改造，膏溶作用普遍发生。在含膏云岩中形成膏溶孔和白云岩晶间溶孔，含膏岩层发生溶塌作用而形成溶塌角砾岩或相关的滑塌角砾岩［图8（b）］。这种沉积—改造过程可随海平面多次升降而反复发生，形成了白云岩-角砾状白云岩-云质角砾岩的多次叠置。③在阿尔塔什组沉积期，井区沉积了厚层膏盐岩，吐依洛克组角砾岩储层可继续遭受一定程度的改造［图8（c）］。④喜山中晚期，发育沿阿尔塔什组膏盐岩滑脱的逆冲断层，其下覆吐依洛克组储层遭受构造破裂作用改造，裂缝发育，其后发生沿裂缝有埋藏期溶蚀和充填作用［图8（d）］。