準噶爾盆地西北緣二疊系風城組儲層發育特征及油氣富集因素

李學良，張奎華，林會喜，張關龍，侯讀杰(1.中國地質大學(北京)，北京 10008；2.海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 10008；.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

準噶爾盆地西北緣二疊系風城組是重要的含油層系，近年來的勘探都取得了較好的勘探成果[1-3]。在近幾年的勘探開發過程中也遇到一些難題，包括風城組復雜的儲層巖石類型(既有碎屑巖，也有云質巖和火山巖)、復雜的儲層物性展布(不同類型、同種類型不同區帶的儲層物性變化較大)和復雜的含油性[4-5](不同類型儲層的含油特征具有明顯的差異性)對勘探開發的困擾。對此，利用研究區內豐富的鉆井資料，通過觀察巖心、薄片、掃描電鏡等資料，分析了風城組儲層的巖石學特征、不同類型儲層的儲集空間類型以及物性特征；根據不同類型儲層物性與含油性相關性分析，明確了控制油氣富集的有利儲層類型；分析了沉積作用、成巖作用和構造運動等因素對有利儲層的控制作用；在此基礎上，預測了不同類型有利儲層的空間展布特征，以期為下步精細描述有利儲層、開展勘探部署工作提供技術指導。

1 概 況

研究區位于準噶爾盆地西北緣哈拉阿拉特山—烏夏地區，北部為哈拉阿拉特山(哈山)，西部以扎伊爾山為界，南鄰瑪湖凹陷，東接石英灘凸起和英西凹陷(圖1)。準噶爾盆地西北緣古生代經歷了從被動型大陸邊緣到碰撞前陸坳陷的演化階段，主要沉積了淺?！獮I海相碎屑巖、陸相噴發巖和陸相碎屑巖。其中，早二疊世風城組沉積時，盆地處于前陸盆地間歇期，同時伴隨短暫松弛伸展引起的火山活動[6-14]。

圖1 準西北緣構造綱要

研究區二疊系地層可劃分為下二疊統的佳木河組(P1j)和風城組(P1f)以及中二疊統的夏子街組(P2x)和下烏爾禾組(P2w)，上二疊統在區內缺失。其中，風城組主要分布在哈山、烏夏及瑪湖凹陷地區，瑪湖凹陷中心地帶尚無探井揭示風城組。烏夏地區風城組主要為深灰色和灰黑色凝灰質白云巖，白云質泥巖，泥質白云巖夾砂巖、粉砂巖，并發現有孔蟲、棘皮動物化石殘片和藻類等化石；北部哈山地區風城組主要為含灰或灰質泥巖、泥質粉砂巖和薄層粉砂巖及少量細砂巖的互層，其中，在哈山東部地區發育凝灰巖等火山碎屑巖。

2 儲層發育特征

2.1 巖石學特征

研究區內風城組儲層巖石類型復雜，碎屑巖、云質巖、火山碎屑巖等均有發育。巖石礦物成分主要包括鹽類礦物、云質巖類礦物和灰質細粒碎屑巖(圖2)。

研究區的鹽類礦物主要包括石鹽、硬石膏、天然堿(圖2a)，此外，還發育特殊鹽類礦物，如硅硼鈉石和碳酸鈉鈣石(圖2b、c)。石鹽和硬石膏主要呈漂浮狀分布在云泥巖中，整體含量較少。云質巖類礦物分布特征包括紋層狀展布、粉細晶均勻分布、裂縫充填、短脈狀體和斑狀邊緣充填(圖2d、e、f)。粉細晶白云巖在研究區普遍發育，表明其形成于強烈蒸發的環境[15-20]。灰質細粒碎屑巖主要指灰質泥巖和粉、細砂巖，巖心觀察可見泥灰巖和粉砂質泥巖組成的紋層，反映出水體環境較為安靜(圖2g、h、i)。

圖2 準西北緣二疊系風城組巖石礦物發育特征

2.2 儲集空間類型

根據巖心、薄片和掃描電鏡觀察，研究區二疊系風城組儲層的儲集空間類型主要包括原生孔隙、溶孔和裂縫(圖3)。

研究區碎屑巖儲層的儲集空間類型主要為粒內溶孔(圖3a)，相對含量約為60%，其次為微裂縫、基質溶孔和剩余原生粒間孔(圖3b—e)。云質巖儲層的主要儲集空間包括溶孔和裂縫，此外，還包括少量的晶間孔、晶內溶孔、基質溶孔等(圖3f、g)?；鹕綆r儲層的儲集空間主要包括孔隙和裂縫(圖3h、i)，其中，孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙主要包括未充填氣孔、半充填殘余氣孔和極少量的基質微孔，次生孔隙包括基質溶孔和粒內溶孔。此外，裂縫也是研究區火山巖儲層重要的儲集空間。

圖3 準西北緣二疊系風城組儲集空間類型

2.3 儲層物性特征

根據巖石物性測試，分析了不同類型儲層物性發育特征。從統計數據來看，碎屑巖儲層平均孔隙度為7.32%，最大為27.30%，整體為中—低孔隙度；云質巖儲層孔隙度低，平均為4.62%，45%的樣品孔隙度小于4.00%；火山巖儲層孔隙度變化較大，最高可達到28.00%，最小為0.40%。

根據研究區不同巖性儲層的物性統計分析可知，碎屑巖中相對粗粒的小礫巖和不等粒砂巖的物性最好，平均孔隙度分別為8.60%、7.00%；凝灰質砂巖和細砂巖次之，平均孔隙度分別為6.00%、12.00%；白云質粉砂巖、砂巖和砂礫巖的孔隙度相對較低，平均值分別為4.60%、3.20%、2.80%?；鹕綆r儲層中熔結凝灰巖的孔隙度最好，平均值為28.00%；其次為石泡熔巖，平均孔隙度為13.00%，沉凝灰巖和凝灰巖的孔隙度低，平均值分別為8.00%、5.00%。

3 有利儲層與油氣富集

準西北緣油氣源豐富，主要來源于瑪湖凹陷，包括下二疊統佳木禾組、風城組和中二疊統下烏爾禾組的油氣源[21-22]。在研究區風城組不同儲層類型(碎屑巖、云質巖和火山巖)勘探過程中都已鉆遇油層，獲得工業油氣流。但受控于儲層空間類型和物性差異，油氣富集程度以及產出效果差異較大，總體看來，優質儲層控制了油氣富集(圖4)。

3.1 有利儲層發育特征

根據儲層類型與產油層關系，將不同類型儲層分為Ⅰ類和Ⅱ類儲層(圖4)。

碎屑巖I類儲層主要為泥質粉砂巖、云質粉砂巖和凝灰質粉砂巖，孔隙度為1.30%～27.30%，平均值為6.30%；滲透率為0.011～171.000 mD，平均值為9.600 mD；主要儲集空間為溶蝕孔洞；由于裂縫的溝通作用，儲層孔隙度和滲透率相關性較好，油層產量較高(風城1井日產油為204 t/d)。Ⅱ類儲層主要為不等粒砂巖、小礫巖和云質砂巖，孔隙度為6.80%～18.00%，平均值為14.03%；滲透率為0.260～54.660 mD，平均值為3.220 mD；整體為中—低孔隙度、低滲透率儲層，需對油層進行壓裂增產。

圖4 準西北緣二疊系風城組儲層綜合評價

云質巖儲層巖性較細，包括云質泥巖、泥質云巖、含云鹽質泥巖及凝灰質云巖。泥質云巖平均孔隙度相對較高(平均值為2.38%)，這與白云巖含量較大、晶間孔較多有關。根據云質巖儲層物性變化，同時考慮儲集空間的配置關系，認為云質巖I類儲層為裂縫-孔洞型儲層，儲集空間為裂縫和溶蝕孔洞，裂縫起到很好的溝通作用；儲層孔隙度為3.00%～9.00%，滲透率為0.800～10.000 mD。云質巖Ⅱ類儲層為溶蝕孔洞型儲層，儲集空間主要為鹽類礦物經過后期溶蝕之后形成的孔洞，分布相對孤立。

火山巖I類儲層以熔結凝灰巖為主，氣孔發育，充填程度弱，孔隙度一般大于20.00%，滲透率較低，平均值在1.000 mD左右，屬于中—高孔隙度、特低滲透率儲層；儲集空間以氣孔為主，伴有部分小規模收縮溶孔和基質溶孔，需通過壓裂獲得高產油流；火山巖Ⅱ類儲層以熔結凝灰巖為主，包括部分石泡熔巖；孔隙度相對較低，一般為12.00%～20.00%，滲透率平均值為0.500 mD，屬于中孔隙度、特低滲透率儲層；儲集空間主要為氣孔和收縮溶縫，充填程度較高，同樣需要壓裂獲得油氣流。

3.2 有利儲層控制因素

根據儲層巖石類型及物性發育特征，認為原始沉積相帶對儲層物性具有根本性的控制作用。此外，溶孔、裂縫作為主要的儲集空間類型，證明了后期的成巖作用和構造作用對有利儲層的發育同樣具有控制作用[23-25]。

3.2.1 沉積作用

風一段沉積時期，深湖相沉積范圍較小，主要以半深湖云質巖和濱淺湖沉積為主；東部的瑪東斜坡帶和西部的百烏斷裂帶物源供給較強，三角洲沉積范圍較大，湖相沉積范圍較小，此時期的儲層主要以碎屑巖為主，東北部的紅旗壩地區受火山活動影響，火山巖較為發育(圖5a)。

風二段沉積時期，湖相沉積范圍變大，其中，半深湖云質巖沉積范圍已擴大至北部哈山地區；東部的瑪東斜坡帶和西部的百烏斷裂帶三角洲沉積范圍明顯減小。該時期云質巖儲層相比碎屑巖儲層更為發育，主要發育于深湖相周邊的半深湖相帶中，在北部的哈山地區已有多口鉆井鉆遇?；鹕交顒诱w上有所減弱，火山巖儲層相對不發育(圖5b)。

圖5 準西北緣二疊系風城組有利儲層發育模式

風三段沉積時期，湖相沉積范圍明顯縮小，盆地邊緣辮狀河三角洲進積明顯，受沉積體系控制，該時期碎屑巖儲層主要發育于風城斷裂帶和夏紅北斷裂帶附近，云質巖儲層在半深湖相中發育，集中在烏爾禾斷裂帶處。火山活動明顯減弱，僅在紅旗壩東北角發育(圖5c)。

3.2.2 成巖作用

成巖作用對儲層的影響主要表現為壓實作用、自生礦物膠結作用和后期溶蝕作用[24]。研究區風城組在斷裂下盤埋深較大，深度為3 500～4 900 m，儲層受壓實作用影響明顯，物性較差；上盤地層深度為800～1 000 m，壓實作用相對較弱，物性明顯較好。在成巖作用中后期，隨著壓實作用的進一步增大，開始產生裂縫，但多被膠結物充填。

云質巖儲層在壓實作用過程中，孔隙空間大幅度減少，但受后期的溶蝕作用和重結晶作用，儲層孔隙空間得到改善。

火山碎屑巖在同生成巖階段以熔結作用為主，發育熔結凝灰巖，因揮發逸散作用產生大量氣孔；同時，熔巖在冷凝收縮過程中，受熱液作用影響形成了氣孔杏仁體；埋藏成巖階段，在早期的大氣淡水和晚期的有機酸參與下，火山巖儲層發生一定的溶蝕作用，能夠很好地改善儲層物性。

3.2.3 構造作用

構造作用對儲層的控制作用主要表現為3個方面：首先，伴隨著多期次的構造運動，研究區裂縫發育，增加了儲層孔隙空間；其次，裂縫的發育為后期酸性流體的運移提供了路徑，有利于溶蝕作用并形成優質儲層；此外，擠壓構造作用造成風城組部分地層被推覆至淺層，減弱了壓實作用，也有利于形成有利儲層。

3.3 有利儲層預測

根據有利儲層分類，在上述儲層控制因素分析基礎上，對不同類型的優質儲層進行了預測(圖5)。

3.3.1 碎屑巖儲層

根據巖心、薄片觀察和物性統計分析，辮狀河三角洲河道砂礫巖儲層的物性相對較好；三角洲前緣的含灰或灰質粉砂巖物性較差；云質粉砂巖因含有一定的鹽質成分，物性相對變好；碳酸鹽和沸石類膠結物部分充填了原生粒間孔隙，但同時也為后期的溶蝕作用提供了物質基礎；斷層活動伴生的裂縫為后期流體運移提供了路徑，有利于溶蝕作用的進行。

在上述認識基礎上，預測了研究區碎屑巖優質儲層空間展布：碎屑巖I類儲層主要發育于風一段，分布在烏爾禾斷裂帶西部和百烏斷裂帶的近源三角洲前緣，巖性主要為云質、泥質粉細砂巖(圖5a)；碎屑巖Ⅱ類儲層主要發育于風三段，分布在烏爾禾斷裂帶東部、風城斷裂帶和夏紅北斷裂西側，巖性主要為粗碎屑巖(圖5c)。

3.3.2 云質巖

云質巖巖性較細，有利儲層發育的關鍵在于裂縫發育程度。研究區風三段以云質巖(富含硅質)成分為主，向上由于水體的變淺逐漸轉為以泥巖、砂巖類碎屑巖沉積為主，巖性組合有利于脆性斷裂和裂縫的發育。同時，斷裂活動區也有利于裂縫的形成。在此認識基礎上，預測了研究區云質巖優質儲層空間展布：云質巖I類儲層主要發育于風三段下部，分布在烏爾禾斷裂帶東北側，裂縫發育(圖5c)；云質巖Ⅱ類儲層主要發育于風二段，分布在鹽類礦物含量高的半深湖和深湖相帶，裂縫相對不發育(圖5b)。

3.3.3 火山巖

火山巖優質儲層發育受巖性、巖相及成巖作用等方面的控制。研究區風城組火山巖儲層以火山碎屑巖為主，此外還有火山熔巖。通過巖性及物性統計分析，認為巖性是控制優質儲層發育的主要因素，充填膠結作用對原生氣孔破壞嚴重，后期溶蝕和構造作用對儲層起到一定改善作用。研究區風一段沉積時期火山活動強烈，火山巖分布廣泛，之后火山活動逐漸減弱?；鹕綆rI類儲層主要發育于風一段，分布在各火山口位置；火山巖Ⅱ類儲層主要分布在I類儲層外圍(圖5a)。

4 結 論

(1) 準噶爾盆地西北緣二疊系風城組儲層巖石類型包括碎屑巖、云質巖和火山巖；巖石礦物成分主要包括鹽類礦物、云質巖類礦物和灰質細粒碎屑巖；儲集空間主要包括原生孔隙、溶孔和裂縫。

(2) 碎屑巖儲層整體為中—低孔隙度，平均值為7.32%；云質巖儲層孔隙度較低，平均值為4.62%；火山巖儲層孔隙度變化較大，其中，熔結凝灰巖孔隙度最高，最大值可達28.00%。

(3) 控制儲層發育的主要因素包括沉積作用、成巖作用和構造作用。沉積作用對儲層的影響主要體現在不同沉積(火山巖)相帶的儲層物性有所差異；成巖作用對儲層的影響主要包括壓實作用、自生礦物膠結作用和后期溶蝕作用對儲層的控制；構造作用的影響主要體現在后期斷裂、地層抬升剝蝕等對儲層演化的控制。

(4) 控制油氣富集的主要因素是優質儲層。碎屑巖優質儲層主要發育于風一段，分布在烏爾禾斷裂帶西部和百烏斷裂的近源三角洲前緣，巖性主要為云質、泥質粉細砂巖類；云質巖優質儲層主要發育于風三段下部，分布在烏爾禾斷裂帶東北側；火山巖優質儲層主要發育于風一段，集中分布在火山口處。