準噶爾盆地烏夏地區三疊系成巖相定量研究

譚開俊，許多年，尹 路，代冬冬，齊 雯

（1.西南石油大學資源與環境學院；2.中國石油勘探開發研究院西北分院）

0 引言

隨著勘探程度的日益加深，準噶爾盆地烏夏地區三疊系目前主要以地層-巖性油氣藏勘探為主。在烴源巖和構造等成藏條件基本明確的情況下，尋找有效儲集體是勘探工作的重點和核心。儲層的性質與埋藏后的成巖作用關系密切，且建設性成巖作用是決定儲層有效性的關鍵。筆者通過成巖相研究，有效地確定了與儲層性質直接相關的有利儲集體［1-3］，并很好地指導了研究區的油氣勘探。

1 儲層特征

研究區三疊系儲層巖性以沖積扇、扇三角洲、辮狀河以及三角洲沉積的砂巖、含礫砂巖和砂質礫巖為主［4］。其中，砂巖以巖屑砂巖為主，長石巖屑砂巖次之。碎屑顆粒中石英含量為13%；長石含量為14%；巖屑含量為73%，且火山巖巖屑含量較高（51.9%），變質巖巖屑含量次之（13.6%），硅質巖巖屑含量較少（3.9%）。研究區巖石顆粒粒度總體較粗，分選較差，結構成熟度較低，顆粒以次棱角狀—次圓狀居多（占樣品總數的75.6%），顆粒接觸關系以線接觸為主（占顆粒總數的63.8%），點接觸次之（占顆粒總數的13.2%），少量為凹凸接觸；雜基以泥質為主（含量為2.56%），水云母化泥質次之（含量為2.06%）；膠結物主要有碳酸鹽、硅質、黏土礦物和沸石類等，以接觸式和孔隙—接觸式膠結為主，鑲嵌式膠結次之；儲層的儲集空間類型以次生溶孔為主（占樣品總數的55.4%），剩余粒間孔次之（占樣品總數的29.6%），少量為界面縫（占樣品總數的9.6%）和裂縫（占樣品總數的5.4%）；儲層孔隙度為8%～18%，平均孔隙度為12.02%，滲透率為0.16～320mD，平均滲透率為1.35mD，屬中孔、中低滲儲層。

2 成巖作用

筆者通過研究普通薄片和鑄體薄片中的巖石成分、結構和成巖標志，并分析掃描電鏡下黏土礦物的晶體形態，認為烏夏地區三疊系儲層主要發育壓實作用、膠結作用和溶解作用3種成巖作用，而交代作用少見。

2.1 壓實作用

壓實作用是研究區常見的一種成巖作用，自沉積物沉積期開始，一直存在于埋藏過程中。研究區三疊系壓實作用的主要特征有：①顆粒接觸緊密（圖版Ⅰ-1、圖版Ⅰ-2）；②塑性顆粒及雜基條帶彎曲變形，個別顆粒破碎（圖版Ⅰ-3）；③發育由塑性顆粒及泥質團塊形成的假雜基；④剛性顆粒發育裂紋，邊緣破裂。

2.2 膠結作用

研究區三疊系儲層中的膠結物主要有碳酸鹽（含量為 5.23%）、硅質（含量為 0.22%）、黏土礦物（含量為0.88%）和沸石類（含量為0.14%）等。

碳酸鹽膠結物主要包括方解石、（含）鐵方解石、菱鐵礦以及白云石和（含）鐵白云石（圖版Ⅰ-4）。方解石在研究區分布居多，有微晶方解石和亮晶方解石2種產狀，并以亮晶方解石為主；（含）鐵方解石呈嵌晶結構，不均勻充填于顆?？紫堕g；菱鐵礦常以微晶狀、團塊狀以及晶粒狀產出；白云石和（含）鐵白云石常沿碎屑顆粒周圍呈斷續的薄膜式膠結，或分散充填于孔隙中。

硅質膠結物主要為次生加大石英，以不規則窄邊狀或鋸齒狀次生加大邊出現（圖版Ⅰ-5）。早期硅質膠結以石英周邊幾乎都發育次生加大為特征，晚期硅質膠結以石英次生加大邊生長不規則且延長有限為特征。石英次生加大常與長石等礦物溶解作用相伴生，且有溶解作用越強，硅質膠結作用也越強的現象。

黏土礦物膠結物主要包括高嶺石、伊/蒙混層和綠泥石（圖版Ⅰ-6），蒙脫石相對較少。高嶺石大部分為自生成因，晶體呈假六邊形，集合體呈蠕蟲狀和書頁狀，常以孔隙充填的形式產出。伊/蒙混層常呈不規則狀附著于粒表或充填于粒間孔隙中。綠泥石有4種產出形式：①綠泥石圍繞顆粒周圍呈孔隙襯邊產出，這種黏土環邊均勻地包繞在顆粒外面，阻礙了顆粒與孔隙水的接觸，從而減少了其他膠結物的沉淀，同時，作為顆粒間的膠結物，綠泥石可以支撐顆粒，抵抗一定的機械壓實作用，從而有利于原生粒間孔的保存［5-6］；②不規則片狀和絨球狀充填于孔隙中；③顆粒綠泥石化，綠泥石呈葉片狀；④分散狀混于雜基中。

沸石類膠結物主要包括方沸石、片沸石和濁沸石，且方沸石最為發育（圖版Ⅰ-7）。方沸石在鏡下呈假六邊形，常沿著顆粒向粒間孔隙中呈馬牙狀生長，常與方解石共生形成粒間膠結物堵塞孔隙，并于后期因遭受溶蝕而形成次生孔隙，從而改善了儲集性能；片沸石因多包含鐵離子而呈橘紅色，呈板條狀晶體分散于孔隙中，或沿顆粒周圍向粒間孔隙中呈馬牙狀生長；濁沸石一般呈柱狀、纖維狀充填于孔隙中。

2.3 溶解作用

研究區三疊系發育的溶解作用主要有以下2種類型：

（1）顆粒溶解，常見巖屑及長石顆粒溶解形成次生孔隙（圖版Ⅰ-8、圖版Ⅰ-9），表現為3種特征：①顆粒邊緣溶解呈不規則狀，向中心擴展形成粒間擴大溶孔；②巖屑顆粒內僅部分礦物或局部發生溶解而形成斑點狀、蜂窩狀和條紋狀粒內溶孔；③顆粒發生強烈溶解僅少量殘余或顆粒完全溶解形成鑄?？紫?。

（2）粒間填隙物溶解，主要為粒間方解石及方沸石溶解。

3 成巖相內涵及定量評價

3.1 成巖相內涵

對于成巖相的定義不同學者表述不一，但多數學者都涉及到了成巖作用及其產物等內容。從一般意義上講，成巖相是指沉積物在構造、流體和溫壓等作用下，經歷一定成巖作用和成巖演化的產物，具有一定的空間分布形態和規律。不同成巖相具有特定的巖石學特征、地球化學特征和巖石物理特征［2］。成巖相研究與傳統的儲層研究相比，更趨于半定量化或定量化，且描述精度更進一步，可指出砂體中的有利成巖體，目標與儲集性能直接相關［3］。

3.2 成巖作用強度的定量評價

筆者在詳細分析研究區三疊系儲層特征及主要成巖作用的基礎上，通過計算3種成巖作用（壓實作用、膠結作用和溶解作用）的強度，定量研究了該區三疊系的成巖相特征，其步驟為：①恢復原始孔隙度；②恢復壓實后粒間剩余孔隙度；③計算視壓實率、視膠結率和溶蝕率；④建立壓實程度、膠結程度和溶蝕程度的分類標準；⑤通過井-震結合，編制不同層組的壓實程度、膠結程度和溶蝕程度分布圖并進行疊合，對成巖相進行定量評價。

3.2.1 原始孔隙度的恢復

恢復砂巖原始孔隙度是定量評價不同類型成巖作用影響儲層孔隙演變程度的基本前提，通常采用Beard等［7］對不同分選狀況下未固結砂巖實測的初始孔隙度關系式來計算，即

式中：D1=2-Ф75；D3=2-Ф25（Ф75與 Ф25為篩析法粒度實驗數據）。

3.2.2 壓實后粒間剩余孔隙度的恢復

恢復壓實后的粒間剩余孔隙度主要用于評價壓實作用對原生粒間孔的破壞程度。在沉積物進入埋藏期后，上覆沉積物靜壓力、孔隙水壓力、沉積物顆粒的物理性質（如剛性、塑性、半塑性）以及填隙物成分和含量等因素將綜合制約原生孔隙的消亡方式。所以，恢復剩余粒間孔隙度也是定量評價后期化學膠結作用和交代作用對孔隙的破壞程度及次生孔隙的形成對孔隙改善程度的前提。剩余粒間孔隙度可采用下式來恢復：

3.2.3 視壓實率、視膠結率和溶蝕率的計算

根據文獻［8-10］，視壓實率、視膠結率和溶蝕率可采用下式計算：

式（3）～（5）中，膠結物總量、面孔率及溶蝕面孔率可由鑄體薄片統計獲得。

筆者對烏夏地區三疊系各層組的視壓實率、視膠結率和溶蝕率進行了計算，結果表明：位于烏爾禾鼻隆的烏30井在克上組和克下組的視壓實率分別為47.59%和65.92%，視膠結率分別為9.95%和8.89%，溶蝕率分別為25.00%和26.47%；位于夏子街斷褶帶的夏77井在克上組和克下組的視壓實率分別為48.76%和48.75%，視膠結率分別為8.18%和8.96%，溶蝕率分別為40.00%和33.33%；位于夏子街鼻隆的夏65井在克下組和百口泉組的視壓實率分別為66.83%和48.75%，視膠結率分別為7.72%和8.05%，溶蝕率分別為66.67%和62.07%；位于烏夏斜坡區的夏81井在克上組、克下組以及百口泉組的視壓實率分別為52.54%，48.11%，45.52%，視膠結率分別為7.24%，9.47%，8.812%，溶蝕率分別為50.00%，27.50%，40.00%；位于瑪湖地區的瑪002井在克上組和百口泉組的視壓實率分別為74.06%和54.55%，視膠結率分別為18.68%和19.63%，溶蝕率分別為66.67%和71.43%。由計算結果的對比分析來看，研究區三疊系具有壓實作用較強、膠結作用較弱和溶解作用中等的特征，且在縱向和橫向上的成巖作用強度具有差異性。

3.3 成巖相類型

目前，國內外一些學者對成巖相提出了各種分類和命名方案，如根據成巖礦物、成巖事件以及成巖環境等進行命名，但多以定性為主［11-14］。筆者根據視壓實率、視膠結率和溶蝕率進行了成巖相類型的劃分，其分級標準見表1。

表1 壓實程度、膠結程度和溶解程度分級標準（%）Table 1 Grade scale for degreeof compaction,cementation and dissolution（%）

根據壓實作用程度及埋深，成巖相可劃分為3種類型（表1）：①弱壓實成巖相，主要發育在辮狀河、三角洲以及沖積扇沉積的中細砂巖中，埋深一般小于1 500m，處于早成巖期，壓實作用弱，顆粒間多為點接觸，云母顆粒壓實變形，以原生孔隙為主，物性好，孔隙度為17%～27%；②中等壓實成巖相，主要發育在沖積扇及扇三角洲沉積的含礫砂巖、中粗砂巖以及不等粒砂巖中，埋深一般為1 500～2 500m，處于早成巖期B亞期—中成巖期A亞期，壓實作用中等，顆粒間多為線接觸，以剩余粒間孔及次生溶孔為主，物性較好，孔隙度為12%～17%；③強壓實成巖相，主要發育在沖積扇及扇三角洲沉積的砂礫巖、含礫砂巖中，埋深一般大于2 500m，處于中成巖期B亞期—晚成巖期，壓實作用強，顆粒多為線—凹凸接觸，以溶孔和裂縫為主，物性中等—較差，孔隙度為4%～12%。

根據膠結程度的差異，成巖相可劃分為以下3種類型（表1）：①弱膠結成巖相，發育大量的碳酸鹽礦物膠結物，早期碳酸鹽以方解石為主，菱鐵礦次之，多呈充填孔隙式產出，晚期碳酸鹽為（含）鐵方解石及（含）鐵白云石，常以交代方式產出；②中等膠結成巖相，除發育部分碳酸鹽礦物外，還發育沸石類、硅質、鈉長石等膠結物，各種膠結物充填孔隙或交代顆粒，降低了儲集物性；③強膠結成巖相，發育硅質、黏土礦物和沸石類膠結物以及少量的碳酸鹽類膠結物。

根據溶蝕作用程度，成巖相可劃分為3種類型（表1）：①弱溶蝕成巖相，發育在較淺部儲層，處于準同生成巖期—早成巖期A亞期，以原生孔隙為主，儲層物性好；②中等溶蝕成巖相，發育在中深部儲層，處于早成巖期B亞期—中成巖期A亞期，以剩余粒間孔及次生溶孔為主，儲層物性較好—中等；③強溶蝕成巖相，發育在中深部儲層，處于中成巖期A亞期—中成巖期B亞期，以次生溶孔為主，且有裂縫發育，儲層物性中等—較差。

3.4 成巖相分布特征

3.4.1 克上組成巖相分布特征

烏爾禾鼻隆和夏子街斷褶帶主要發育中等壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性較好，孔隙度為13%～22%；烏夏斜坡區和夏子街鼻隆主要發育強壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為12%～16%；瑪湖地區發育強壓實-中等膠結-強溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為7%～14%（圖1）。

3.4.2 克下組成巖相分布特征

圖1 準噶爾盆地烏夏地區三疊系克上組成巖相分布圖Fig.1 Diagenetic faciesdistribution ofupper Karamay Formation of Triassic in W uxia area,Juggar Basin

烏爾禾鼻隆和夏子街斷褶帶主要發育中等壓實-弱膠結-中等溶蝕相，局部發育強壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性較好，孔隙度為12%～20%；烏夏斜坡區主要發育強壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為12%～17%；夏子街鼻隆主要發育強壓實-弱膠結-強溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為9%～17%；瑪湖地區主要發育強壓實-中等膠結-強溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為6%～14%（圖 2）。

3.4.3 百口泉組成巖相分布特征

夏子街斷褶帶主要發育中等壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性較好，孔隙度為13%～21%；烏爾禾鼻隆主要發育強壓實-弱膠結-中等溶蝕相，儲層物性較好，孔隙度為12%～19%；夏子街鼻隆和烏夏斜坡區主要發育中等壓實-弱膠結-強溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為11%～15%；瑪湖地區發育強壓實-中等膠結-強溶蝕相，儲層物性中等，孔隙度為 5%～14%（圖 3）。

圖2 準噶爾盆地烏夏地區三疊系克下組成巖相分布圖Fig.2 Diagenetic faciesdistribution of lower Karamay Formation of Triassic inWuxia area,Juggar Basin

圖3 準噶爾盆地烏夏地區三疊系百口泉組成巖相分布圖Fig.3 Diagenetic faciesdistribution of Baikouquan Formation of Triassic inW uxia area,Juggar Basin

綜上所述，各地區、各層組的成巖相特征具有差異性?？傮w來看，儲集性能由好到差的成巖相依次為中等壓實-弱膠結-強溶蝕成巖相、中等壓實-弱膠結-中等溶蝕成巖相、強壓實-弱膠結-強溶蝕成巖相、強壓實-弱膠結-中等溶蝕成巖相和強壓實-中等膠結-強溶蝕成巖相。中等壓實-弱膠結-強溶蝕成巖相主要分布在烏夏斜坡區的百口泉組，分布局限；中等壓實-弱膠結-中等溶蝕成巖相主要分布在夏子街斷褶帶的百口泉組、克下組、克上組以及烏爾禾鼻隆的克下組、克上組；強壓實-弱膠結-強溶蝕成巖相主要分布在夏子街鼻隆的克下組；強壓實-弱膠結-中等溶蝕成巖相主要分布在烏爾禾鼻隆的百口泉組和烏夏斜坡區的克下組、克上組以及夏子街鼻隆的克上組；強壓實-中等膠結-強溶蝕成巖相主要分布在瑪湖地區的各層組中。

4 結論

（1）烏夏地區三疊系儲層具有低成分成熟度，低結構成熟度，中孔、中低滲特征，其成巖作用以壓實作用、膠結作用和溶解作用為主。

（2）通過原始孔隙度的恢復以及視壓實率、視膠結率和溶蝕率的計算，開展了成巖作用強度的定量評價，并厘定了成巖相的劃分標準和類型。

（3）通過三疊系成巖相的定量評價，各層組的成巖相分布特征及物性特征具有差異性，但分布廣泛、物性較好的儲集體主要分布在烏爾禾鼻隆和夏子街斷褶帶的中等壓實-弱膠結-中等溶蝕成巖相。

［1］ 鄒才能，陶士振，周慧，等.成巖相的形成、分類與定量評價方法［J］.石油勘探與開發，2008，35（5）：526-540.

［2］ 陳彥華，劉鶯.成巖相-儲集體預測的新途徑［J］.石油實驗地質，1994，32（3）：274-281.

［3］ 李德江，楊威，謝增業，等.準噶爾盆地克百地區三疊系成巖相定量研究［J］.天然氣地球科學，2008，19（4）：468-474.

［4］ 牛海青，陳世悅，韓小鋒.準噶爾盆地烏夏地區三疊系成巖作用及其影響因素［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2010，52（2）：6-12.

［5］ 黃思靜，黃培培，王慶東，等.膠結作用在深埋藏砂巖孔隙保存中的意義［J］.巖性油氣藏，2007，19（3）：7-13.

［6］ 郭長敏，施振生.歧口凹陷沙一段砂巖成巖作用及孔隙演化［J］.巖性油氣藏，2009，21（1）：34-39.

［7］ Beard DC，WeylPK.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand ［J］.AAPG Bulletion，1973，57 （2）：349-369.

［8］ 王建偉，鮑志東，田海芹，等.前前陸盆地層系砂巖成巖環境特征及其孔隙演化——以鄂爾多斯盆地西緣二疊系為例［J］.巖石礦物學雜志，2004，23（1）：37-42.

［9］ 劉偉，竇齊豐.成巖作用與成巖儲集相研究——科爾沁油田交2斷塊區九佛堂組下段［J］.西安石油學院學報：自然科學版，2003，45（3）：4-8.

［10］ 李少華，陳新民，龍玉梅，等.坪北油田儲層成巖作用與孔隙演化［J］.沉積與特提斯地質，2002，22（3）：25-30.

［11］ 盧德根，劉林玉，劉秀蟬，等.鄂爾多斯盆地鎮涇區塊長81亞段成巖相研究［J］.巖性油氣藏，2010，22（1）：82-86.

［12］ 張敏，王正允，王麗云，等.靖邊潛臺南部地區馬家溝組儲集巖的成巖作用及成巖相［J］.巖性油氣藏，2009，21（1）：27-33.

［13］ 張響響，鄒才能，陶士振，等.四川盆地廣安地區上三疊統須家河組四段低孔滲砂巖成巖相類型劃分及半定量評價［J］.沉積學報，2010，28（1）：50-57.

［14］ 張順存，劉振宇，劉巍，等.準噶爾盆地西北緣克-百斷裂下盤二疊系砂礫巖儲層成巖相研究［J］.巖性油氣藏，2010，22（4）：43-51.