玉北地區鷹山組儲集層成巖作用及孔隙演化

林 新

(中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊 830011)

玉北地區鷹山組儲集層成巖作用及孔隙演化

林 新

(中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊 830011)

根據薄片、地化分析、陰極發光、包裹體測溫等技術，對玉北地區中-下奧陶統鷹山組碳酸鹽巖的成巖作用類型、序列及其與孔隙演化的關系進行了詳細研究。認為玉北地區中-下奧陶統鷹山組儲集層經歷了準同生白云石化、埋藏白云石化、三期溶蝕、三期膠結、充填和壓實、壓溶等主要成巖作用，其中對儲集層孔隙發育起建設性作用的是白云石化和溶蝕作用。根據成巖作用的先后順序以及成巖作用過程中孔隙的演化特點，總結了鷹山組的成巖序列及孔隙的演化規律。

玉北地區；鷹山組；成巖作用；孔隙演化

1 研究區概況

玉北地區位于塔里木盆地塔西南坳陷麥蓋提斜坡，北與巴楚隆起南緣的瑪扎塔格構造帶相接，南鄰葉城坳陷，西接麥蓋提斜坡西段，東與塘古巴斯坳陷過渡帶相接[1-2](圖1) 。區內奧陶系主要發育兩套儲集層，即下奧陶統蓬萊壩組、中-下奧陶統鷹山組儲集層，巖性從下向上由局限臺地環境沉積的結晶白云巖、灰質白云巖向開闊臺地環境沉積的云質灰巖、顆粒灰巖、泥晶灰巖過渡。儲集空間主要為溶孔、溶洞、裂縫以及結晶白云巖中發育的晶間孔、晶間溶孔，其中裂縫為重要的滲濾通道[3-5]。

圖1 玉北地區構造位置

儲集層孔隙度主要集中在0.6%～3.9%，平均1.5%，滲透率主要集中在(0.002～1.000)×10-3μm2，平均0.28×10-3μm2，物性較差，具特低孔特低滲特征。由于玉北地區奧陶系碳酸鹽巖儲集層研究相對較少[6-10]，本文以中-下奧陶統鷹山組鏡下薄片觀察為基礎，借助于地化分析、陰極發光及包裹體測溫等手段對研究區鷹山組碳酸鹽巖儲集層成巖作用特征及其與孔隙演化的關系進行了系統研究，以期對玉北地區鷹山組儲集層特征有更深入的認識。

2 儲集層主要成巖作用類型及特征

對玉北地區鷹山組儲集性能有重要影響的成巖作用包括白云石化、三期溶蝕、三期膠結、充填和壓實、壓溶等作用。其中對儲集層孔隙發育起建設性作用的有白云石化和溶蝕作用；起破壞性作用的有膠結、充填和壓實、壓溶作用。各種成巖作用相互疊加，強烈地改造著區內碳酸鹽沉積物的原始面貌[11]。

2.1 白云石化作用

白云巖發育于鷹山組中下部。根據白云石的晶粒大小、地球化學等特征，可將研究區鷹山組中白云石化作用分為準同生白云石化和埋藏白云石化兩期。

2.1.1 準同生白云石化

該作用形成的白云石，以泥晶、泥-粉晶為主，少數為粉晶，晶粒很細，大多數小于0.005 mm，有序度比較低，反映白云石結晶速度快[12]。晶體以半自形為主，少數為自形晶，晶間含少量黏土礦物。陰極射線下不發光或者發昏暗光，Fe、Mn微量元素含量低；碳、氧穩定同位素相對比較重，δ13C為0.6‰～1.6‰(PDB)，平均為1.17‰(PDB)；δ18O為-4.6‰～-7.7‰(PDB)，平均為-6.4‰(PDB)(表1)；鍶同位素比值較高，為0.709 68～0.710 90，平均0.710 29(表2)。根據碳、氧同位素組成計算得到的古鹽度指數(Z值)一般大于120，進一步說明白云石化水體鹽度高(Scott and Ihsan，1997)。上述特征表明：這類白云巖主要是在干熱的潮坪環境中形成的，由于強的蒸發作用使文石和石膏沉淀，因此研究區這類白云巖多呈紋層狀分布，連續性較好(圖2a)。

2.1.2 埋藏白云石化

a.泥晶云巖呈層狀分布，YB1-2X 井，5 445.07 m，正交光； b.白云石呈自形-半自形，局部晶間孔隙充填瀝青，霧心亮邊特征明顯，中晶白云巖，YB8井，7 178.07 m，單偏光；c.硅質巖中裂縫充填白云石，并在硅質上見粉晶白云石，以自形為主，少量半自形，YB3井，5 258.53 m，正交光；d.順層溶蝕孔洞發育，亮晶砂屑-礫屑灰巖，YB1井，5 617.2m，單偏光；e.縫合線溶蝕擴大充填瀝青，中-粗晶白云巖，YB6A井，6 713.47 m，單偏光；f.輕質油侵染白云石晶間孔、晶間溶孔，細晶白云巖，YB6A，6 713.47 m，單偏光；g.第二期膠結物被溶，粒間溶孔充填瀝青，亮晶鮞粒砂屑灰巖YB1井，5 617.25 m，單偏光；h.白云石晶間溶孔充填粉砂、赤鐵礦、泥質，粗晶白云巖，YB3井，5 317 m，正交光；i.第一期膠結物呈纖維狀，在顆粒周圍形成等厚環邊，見泥晶套，第二期膠結物呈粒狀充填孔洞；第三期膠結物以單晶形式充填剩余孔隙，與第一、二期膠結物呈不整合接觸，亮晶鮞粒砂屑灰巖，YB1井，5 615.72 m，單偏光；j.壓實作用致使砂屑顆粒壓扁拉長，砂屑灰巖，YB3井， 5 364.96 m，單偏光；k.壓溶作用強烈，縫合線發育，被有機質和方解石充填，泥晶灰巖，PSB2井，7 190.9 m，單偏光；l.多期裂縫發育，裂縫中充填三期方解石膠結物，從縫壁向中心依次發育粉晶方解石、細至中晶方解石到粗晶方解石，亮晶砂屑灰巖，YB1井，5 719.16 m，單偏光圖2 玉北地區中-下奧陶統鷹山組主要成巖作用鏡下薄片特征

該作用形成的白云石晶粒較粗大，多為中晶(0.25～0.50 mm)、細晶(0.05～0.25 mm)，甚至粗晶(0.5～1.0 mm)，有序度較高。晶體以半自形、它形為主，少數為自形晶，波狀消光明顯；鏡下可見，細晶白云石呈鑲嵌接觸、粗晶白云石多為線-凹凸接觸，而中晶白云石晶體結構較為復雜，具有環帶結構或霧心亮邊結構(圖2b)；在陰極光下，細至粗晶白云石發橘紅色光，表明Fe、Mn微量元素含量高[13]；碳、氧、鍶同位素數值較泥-粉晶白云巖低，碳同位素組分δ13C為-0.1‰～-1.5‰(PDB)，氧穩定同位素δ18O為-6‰～-9.6‰(PDB)(表1)，鍶同位素比值為0.708 97～0.709 48(表2)；根據流體包裹體分析，其均一化溫度為103～198 ℃，反映其形成溫度較高。此外，縫合線附近多見白云石晶體出現，還可見硅質巖上分布白云石(圖2c)，這些顯然為埋藏白云石化的重要證據。石化作用形成的晶間孔、晶內孔以及后期的晶間溶孔、晶內溶孔是研究區主要的儲集空間類型，其部分被方解石、白云石或硅質充填，也可見瀝青和有機質充填，還可見輕質油侵染白云石或儲存于白云石晶體間隙中。

表1 研究區中-下奧陶統鷹山組碳氧同位素特征

表2 研究區中-下奧陶統鷹山組鍶同位素特征

2.2 溶蝕作用

通過對鏡下薄片和巖心的詳細觀察，認為研究區鷹山組儲集層發育三期溶蝕作用，分別為準同生期大氣淡水溶蝕、埋藏期溶蝕及表生期溶蝕作用。其中埋藏期溶蝕作用對鷹山組儲集層改造最普遍、最強烈。

2.2.1 準同生期大氣淡水溶蝕作用

富含二氧化碳的大氣淡水對不穩定的礦物組分高鎂方解石、文石溶解后，孔隙特征往往具有選擇性溶蝕的特征。研究區該期溶蝕作用的識別標志是：第一期海底纖狀方解石膠結物被部分或全部溶蝕，殘留的纖狀方解石與第二期粒狀方解石呈不整合接觸；順層發育的溶蝕孔洞部分被方解石或白云石充填(圖2d)；殘余粒內孔被白云石充填；巖心上見縫合線、裂縫被綠泥石充填；發育示頂底構造等。

2.2.2 埋藏期溶蝕作用

這種作用對研究區鷹山組儲集空間的形成貢獻最大，形成晶間溶孔、粒內溶孔、溶縫及溶洞等非選擇性孔隙。從鏡下薄片觀察，推測研究區至少發育了兩期埋藏溶蝕作用，第一期溶蝕作用形成的孔、洞、縫中充填瀝青(圖2e)，在全區均發育；第二期溶蝕作用形成的白云石晶間溶孔被輕質油侵染，現今表現為棕褐色油斑(圖2f)，僅在部分井區見到，如玉北1-2X井區。

2.2.3 表生期溶蝕作用

該作用發生在沉積物埋藏后由于構造運動被抬升到地表后發生的溶蝕作用。研究區表生溶蝕作用發育早晚兩期，早期溶蝕作用在鏡下表現為第二期膠結物部分被溶甚至涉及第一期膠結物(圖2g)。該期溶蝕所形成的孔隙雖多被后期膠結物所充填，但它卻為酸性地層水提供了運移通道，是發生埋藏溶蝕作用的重要場所。晚期溶蝕作用較弱，在研究區所見識別標志：黃鐵礦發生褐鐵礦化；在縫合線、微裂縫內發育氧化鐵；見粗大晶白云石析出氧化鐵；沿縫合線溶蝕擴大充填泥質；白云石晶間溶孔充填滲濾粉砂、泥質、赤鐵礦或滲濾云泥(圖2h)；裂縫內充填滲濾灰泥、云泥等。

2.3 膠結作用

鏡下觀察，玉北地區鷹山組儲集層經歷了三期膠結作用，分別為海底膠結作用、大氣淡水膠結作用、埋藏期膠結作用。

2.3.1 第一期海底膠結作用

該期膠結產物主要有纖狀方解石、葉片狀石英等，其多因后期溶蝕作用遭到較嚴重破壞，但在玉北1井區、玉北5井區鷹山組保存較好。鏡下發現，該期方解石膠結物多呈纖維狀、纖柱狀，垂直顆粒壁生長，形成等厚環邊，偶見泥晶套，膠結物分布致密(圖2i)；具有在陰極射線下發桔黃色光等特點。在玉北1-2X井鷹山組發育硅質膠結物，見藻砂屑邊緣生長葉片狀石英膠結物，其表面干凈明亮，藻砂屑是準同生期硅化作用的產物。以上均顯示無論是方解石膠結物還是硅質膠結物都形成于海底成巖環境。

2.3.2 第二期大氣淡水膠結作用

形成于大氣淡水成巖環境，產物包括大氣淡水滲流帶和大氣淡水潛流帶兩種膠結物。其中滲流帶膠結物有兩種表現形式：一種是由細粒方解石組成的新月型或懸垂狀膠結物；另一種為等軸粒狀方解石或柱狀石英，在充填孔洞時，從孔隙邊部向中心顆粒變粗，形成晶簇狀(圖2i)。滲流帶膠結物晶粒一般小于0.10 mm，覆蓋于纖狀膠結物之上或直接覆蓋于顆粒之上；陰極發光下，膠結物發光顏色、強度與碳酸鹽巖顆粒基本一致。潛流帶膠結物為共軸生長邊膠結物，常見于棘皮碎屑顆粒周圍，研究區發育較少。

2.3.3 第三期埋藏膠結作用

主要形成于深埋藏環境，其方解石或硅質膠結物的共同特征是晶體明亮粗大，以單晶形式充填于前兩期膠結物充填后所剩余的粒間孔隙空間(圖2i)，并與前期膠結物呈結構不整合關系。在陰極射線下一般不發光，發育聚片雙晶。本區這類膠結物含量不高，但往往導致孔隙、次生孔隙儲集性能大大降低。

2.4 壓實壓溶作用

研究區鷹山組壓實作用表現為兩種形式，一是顆粒密集填積的機械壓實作用，主要發育于淺埋藏環境。由于第一期纖狀等厚環邊膠結物、第二期粒狀膠結物對巖石的支撐作用，使得機械壓實現象在本區表現不明顯，僅在YB3井見砂屑顆粒壓扁拉長，局部破碎(圖2j)，YB1-2X見白云石化后的殘留物藻砂屑具定向排列壓實。另一種是以縫合線形式存在的化學壓實作用，即壓溶作用[14]，主要表現為碳酸鹽顆粒或晶面彎曲呈鑲嵌狀，研究區多發生于中-深埋藏環境。少數縫合線中見有機質、瀝青質充填，說明縫合線可作為油氣儲集空間和運移通道，而多數縫合線被泥質、方解石全充填(圖2k)。

2.5 充填作用

研究區孔、洞、縫大多受不同程度充填，充填物以方解石為主，也有泥質、白云石、硅質等。研究區鷹山組方解石充填物最多可識別出3期。如在玉北1井5 603.74 m 、5 719.16 m等處，溶蝕縫被亮晶方解石全充填，從縫壁向中心依次發育粉晶方解石、細至中晶方解石到粗晶方解石，表明研究區發生了三期充填作用，其中以第三期最為強烈(圖2l)。

3 成巖序列與孔隙演化史

根據鏡下薄片、碳氧鍶同位素及包裹體分析等資料，總結出玉北地區中-下奧陶統鷹山組成巖作用先后順序，并建立了研究區鷹山組成巖序列及孔隙的演化規律。玉北地區鷹山組依次經歷了同生成巖階段、早成巖階段、第一次表生成巖階段、早-中成巖階段、第二次表生成巖階段及中成巖階段。

(1)同生成巖階段。在海底成巖環境中，研究區泥晶化作用、硅化作用等影響不明顯，以海底膠結作用占主導地位，使原生孔隙度從沉積初期的10%～25%降到5%～20%；當沉積物暴露于大氣淡水成巖環境中，原生粒間孔、白云石晶間孔及部分海底膠結物等遭受淡水淋濾，形成粒間溶孔、鑄模孔及晶間溶孔等次生孔隙，使孔隙度增加2%～5%。

(2)早成巖階段。沉積物進入淺埋藏環境，隨著埋深的逐漸增大，由于上覆載荷作用，壓實作用增強，形成微裂縫或微縫合線；同時埋藏白云石化作用和重結晶作用形成了少量的次生孔隙，但均被方解石、泥質及硅質等嚴重充填，沉積物孔隙度直線下降，幾乎降到0附近。

(3)第一次表生成巖階段。當沉積物被抬升到近地表環境，表生期溶蝕作用、構造破裂作用及充填作用開始發生，溶蝕作用和破裂作用都能改善儲集層物性，其中溶蝕作用以第二期膠結物被溶為主，形成2%～5%孔隙度。然而溶縫、溶蝕孔洞中泥質、硅質等不溶成分較多，造成孔隙度下降到2%左右。

(4)早-中成巖階段。在淺-中埋藏環境中，沉積物再次被埋深，壓實強度增大，埋藏膠結作用強烈，導致沉積物孔隙度接近0。白云石化作用形成細晶、中晶白云巖，粉晶、細晶白云巖重結晶為中晶白云巖，晶間孔增大；溶蝕作用形成晶間溶孔、溶縫等次生孔隙；壓溶作用形成縫合線，三者綜合作用改善了儲集層孔滲能力并提高了儲集層的連通性，孔隙度增加4%～8%。在中成巖早期，第一期油氣充填上述作用形成的晶間溶孔、溶縫及縫合線等，并伴隨方解石、硅質等充填，使儲集層孔隙度降為1%～2%。

(5)第二次表生成巖階段。沉積物再次被抬升到表生成巖環境中，由于本次表生溶蝕作用強度較第一次弱，因此該階段孔隙度變化不大，儲集層孔隙度為1%～3%。

(6)中成巖階段。隨埋深進一步增加，研究區進入中-深埋藏成巖階段，強烈的埋藏膠結作用、充填作用致使孔隙度降到0附近。由于埋藏云化作用、埋藏溶蝕作用及重結晶作用的影響，儲層孔隙度增加8%左右。中成巖晚期，第二期油氣充填孔、洞及縫等，后期硅質交代、充填孔隙嚴重，孔隙度降為0.5%～4.0%，保留至今。

4 結論

(1)控制玉北地區鷹山組儲集層孔隙發育的主要建設性成巖作用是白云石化及溶蝕作用。其中溶蝕作用分為準同生期、表生期(兩期)和埋藏期(兩期)，埋藏期溶蝕對儲集空間貢獻最大，其產生的晶間溶孔、洞、縫等是主要儲集空間。

(2)玉北地區鷹山組儲集層依次經歷了同生成巖階段、早成巖階段、第一次表生成巖階段、早-中成巖階段、第二次表生成巖階段及中成巖階段。不同階段成巖作用特征及其對儲集層孔隙度的影響各有不同。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2017)01-0012-05

2016-07-27

林新，工程師，1986年出生，2012年畢業于西南石油大學礦物巖石及礦床學專業，現從事碳酸鹽巖沉積和儲層研究。

中國石油化工股份有限公司重大先導項目“塔里木盆地塔中-玉北地區油氣富集規律研究與突破目標”(2013KTXD01)資助。

TE112.23

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