塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組低滲儲層特征及控制因素

彭 麗，王振彪，陽建平，陸永潮，王 倩，張少偉，王 娜，彭 鵬

(1.中國石油 塔里木油田分公司 勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國地質大學(武漢) 資源學院，武漢 430074； 3.中國地質大學 構造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074)

低滲透儲集層廣泛發育于中國各大含油氣盆地，是未來油氣勘探的主要對象之一。隨著油氣勘探程度的不斷提高，其在油氣資源中所占比重將逐步擴大，因此，明確低滲透儲層發育特征，厘定低滲儲層控制因素十分重要[1-6]。目前，塔中地區志留系柯坪塔格組已發現包括塔中47、11、12和16等多個油藏，油氣資源豐富，勘探潛力較大。從早期勘探評價至今，前人相繼開展了關于沉積特征、層序地層、油氣成藏和構造特征等方面的研究[7-15]，但缺乏針對低滲透儲集層特征及其控制因素的詳細研究。塔中地區志留系柯坪塔格組屬于潮坪相沉積環境，儲層物性相對較差，埋深普遍大于4 km，成巖作用較強，勘探進程受到制約[16]，因此，弄清低滲透儲層特征及其控制因素，可以為該區下一步油氣勘探提供地質依據。鑒于此，本文系統分析了塔中地區志留系柯坪塔格組儲集層的大量巖心及薄片、掃描電鏡及物性分析等資料，在明確儲層的巖石學特征、孔隙類型及物性特征的基礎上，進一步分析低滲透儲層形成的控制因素，以期為該區優質低滲儲層的預測和后期高效開發方案的制定提供科學依據。

1 地質概況

塔中地區位于塔里木盆地中央隆起帶中段，西接巴楚斷隆，東連塔東低隆，呈北西向走勢，北至塔中I號斷裂帶與順托果勒低隆起相鄰，南起中央主壘帶與塘古巴斯坳陷為鄰，面積約為6.5×104km2，是一個長期發育的繼承性隆起[17-18]。研究區位于塔中10號構造帶，主要包括塔中11、12和16富油井區(圖1)。塔中志留系是在塔中古隆起上發育的潮坪沉積體系，自下而上包括柯坪塔格組(下段砂巖、中段灰色泥巖、上段砂巖)、塔塔埃爾塔格組(紅色泥巖段和上砂巖段)和依木干他烏組(上泥巖段)(圖1)。柯坪塔格組上段巖心以細砂巖和粉砂巖為主，層厚在80～260 m，為塔中地區的主力油層。潮坪沉積環境下砂體展布變化快，深埋藏條件下成巖作用類型多樣，儲層控制因素復雜[19-20]。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

根據研究區志留系柯坪塔格組150余塊巖石薄片分析鑒定結果可知，該地區儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次是巖屑石英砂巖，并含少量的長石巖屑砂巖(圖2)。礦物碎屑成分中石英含量為40%～78%，平均為64.7%；長石含量為 2%～18%，平均為4.8%，以鉀長石和斜長石為主，長石風化程度較低；巖屑含量為18%～57%，平均為29.3%，巖屑成分以巖漿巖和變質巖為主，少量沉積巖巖屑；成分成熟度中等，指數為1.611～2.086。巖性整體致密，顆粒磨圓度較好，以次棱—次圓和次圓為主；分選中到好，以點—線接觸為主；孔隙式膠結占絕大部分，少量加大—孔隙式和基底—孔隙式；儲層巖石成分成熟度和結構成熟度均為中等。

2.2 儲集空間類型

鏡下薄片分析發現，研究區柯坪塔格組上段儲層孔隙類型主要為殘余原生粒間孔和粒間溶孔(包含溶蝕擴大粒間孔、粒緣溶孔和鑄模孔等)，所占比例達64.9%～84.4%，少量微孔隙(包含晶間孔)和粒內溶孔。此外，研究區儲層裂縫普遍發育(圖3)。

圖1 塔里木盆地塔中10號構造帶構造位置及志留系綜合柱狀圖據參考文獻[7]修改。

圖2 塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組上段儲層礦物成分三角圖

殘余原生粒間孔主要分布在粒度偏中粒、石英含量相對較高、填隙物含量較少的較干凈砂巖中，表現為碎屑顆粒之間壓實縮小的殘余粒間孔(圖3a，b)；孔隙形態往往呈不規則棱角狀四邊形、三角形、多邊形或長條形，棱角分明，周圍礦物顆粒以線接觸為主，支撐原生粒間孔；孔隙直徑小于顆粒直徑，以50 ～150 μm為主；顯微鏡下面孔率平均為1.0%～3.0%，最大可達8%。粒間及粒內溶孔分布在粒度偏中—細粒、巖屑含量較高的儲層中，其成因為粒間碳酸鹽膠結物溶蝕而形成粒間溶蝕擴大孔(圖3c)、長石及巖屑顆粒被溶蝕而形成的粒內溶孔(圖3d)和鑄模孔；孔隙呈不規則狀，有溶蝕殘渣和港灣型結構，孔徑可大于顆粒直徑，以20～200 μm 為主；顯微鏡下面孔率平均為1.0%～4.0%，最大可達8%。微孔隙分布在粒度偏細、巖屑和填隙物含量較高的細—粉砂巖儲層中，表現為巖屑顆粒內部溶蝕形成的微孔、粒間泥雜基內微孔、高嶺石等膠結物形成的晶間孔等，往往呈零星點狀分布，附近常見泥質、鐵泥質雜基充填于粒間(圖3e)；孔徑較小，一般小于10 μm；顯微鏡下面孔率平均為0.4%～1%，最大可達8.5%。總體來看，志留系柯坪塔格組儲層孔隙較為發育，平均面孔率為3.73%～6.14%。

裂縫主要為構造裂縫，主要表現為裂縫可繞過或切穿顆粒，裂縫較平直且具有一定的優勢方向(圖3f-g)。溶蝕孔隙與構造裂縫往往具有一定的空間聯系，在構造裂縫發育部位溶蝕孔隙往往較發育，兩者可形成孔—縫復合型儲集空間(圖3h-i)。

圖3 塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組上段儲層儲集空間特征

a.粗碎屑顆粒壓實充填形成殘余原生粒間孔，塔中111井，4 476.45 m，鑄體薄片；b.碎屑顆粒間原始殘余孔隙，樣品疏松，連通好，塔中122井，4 324.19 m，掃描電鏡；c.碎屑顆粒溶蝕形成粒內、粒間溶孔及鑄膜孔，與原始殘余孔隙形成混合孔，塔中69井，4 348.5 m，鑄體薄片；d.長石粒內溶蝕形成粒內溶孔，塔中117井，4 403.24 m，掃描電鏡；e.較致密粉砂巖形成的粒間微孔，塔中122井，4 322.02 m，掃描電鏡；f.構造微裂縫，塔中12-1井，4 341.7 m，巖心照片；g.構造微裂縫，塔中12井，4 376.2 m，巖心照片；h.溶蝕孔隙與構造裂縫，塔中117井，4 291.7 m，鑄體薄片；i.微裂縫，塔中117井，4 428.2 m，鑄體薄片

Fig.3 Characteristics of reservoir space in the upper unit of Silurian Kepingtage Formation, 10th tectonic belt in the Tazhong area, Tarim Basin

2.3 物性特征

15口井185塊巖心樣品的物性分析數據表明，研究區柯坪塔格組上段儲層孔隙度為1.41%～16.95%，平均值為9.89%，滲透率為(0.005 5～283)×10-3μm2，平均為14.39×10-3μm2，整體屬于典型的低孔低滲儲集層(圖4)。

研究區柯坪塔格組上段儲層孔隙度和滲透率整體呈指數正相關，滲透率往往隨著孔隙度的增大而增大，但也存在部分樣品滲透率和孔隙度變化和分布不一致的情況(圖5)，推測原因如下：(1)溶蝕作用形成了部分孤立分布的粒內溶孔，其孔隙間連通性不好，導致形成高孔低滲；(2)研究區經歷了多期次的構造運動，形成了大量的構造裂縫，對儲層滲濾通道存在一定影響，因此形成低孔高滲帶并能有效改善儲層滲透性(圖3f)。

3 儲層控制因素

低滲儲層的形成是多種地質因素共同作用的結果[21-22]，研究區志留系柯坪塔格組上段儲層發育主要受控于沉積作用、成巖改造和構造作用等多種因素。

3.1 沉積作用

沉積作用對儲層發育的控制主要體現在沉積微相上，水動力條件不同的沉積微相形成的砂體之間物性差別較大[23-27]。研究區柯坪塔格組上段儲層主要為潮坪沉積，可細分為潮道、砂坪、混合坪和泥坪微相(圖6)。

圖4 塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組上段儲層物性分布

圖5 塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組上段儲層孔隙度與滲透率關系

不同沉積微相孔滲分布數據統計表明，研究區柯坪塔格組上段儲層物性明顯受沉積微相控制(圖7)。潮道儲層孔隙度在2.07%～16.95%，滲透率在(0.021～283)×10-3μm2；砂坪儲層孔隙度為1.91%～15.63%，滲透率在(0.016～197)×10-3μm2；混合坪儲層的孔隙度在1.56%～14.52%，滲透率在(0.011～173.97)×10-3μm2；泥坪儲層最差，孔隙度在1.41%～6.17%，滲透率在(0.005 5～77.97)×10-3μm2。

潮道和砂坪形成時水動力條件強，沉積物粒度粗，顆粒分選好，沉積物中雜基和巖屑含量少，石英含量高，儲層巖石抗壓能力強，有利于保存原生粒間孔；伴隨后期酸性流體的侵入，可形成普遍發育的溶擴粒間孔隙，可作為優質儲層發育的有利部位(圖8)。相反，混合坪和泥坪微相水動力相對較弱，沉積物細，泥質含量高，抗機械壓實能力差；且此類儲層與泥巖呈互層或夾層，后期容易發生碳酸鹽膠結作用，導致孔喉小、喉道迂曲度大，因此這類儲層的孔隙度和滲透率極差(圖8)。

圖6 塔里木盆地塔中10號構造帶柯坪塔格組上段沉積相平面展布

圖7 塔里木盆地塔中10號構造帶柯坪塔格組上段不同沉積微相孔滲分布

3.2 成巖作用

研究區柯坪塔格組上段儲層在埋藏過程中經歷的成巖作用比較復雜，包括壓實、膠結和溶蝕作用等，對研究區低滲儲層的形成起到重要的影響。

3.2.1 壓實和膠結作用減少孔隙

研究區柯坪塔格組儲層經歷了約400 Ma的地質埋藏，目前埋深一般超過4 km，埋藏較深。志留系沉積以后，該區以持續沉降和短暫抬升為主，儲層受側向構造擠壓作用影響較小，屬正常埋藏成巖壓實，導致志留系儲層原生粒間孔大量減少。儲層巖石顆粒間多為線接觸，巖石中巖屑含量較高，造成儲層本身易于壓實，巖屑含量越高，砂巖抗壓能力越弱，儲層物性隨巖屑含量增加而變差(圖9a)。壓實作用主要發育在潮道底部滯留沉積和混合坪—泥坪泥質粉砂巖中。大量鑄體薄片統計表明，壓實損失孔隙率為16%～34%。

圖8 塔里木盆地塔中10號構造帶塔中122井柯坪塔格組上段不同沉積微相物性特征

研究區柯坪塔格組上段儲層膠結作用整體較強，常見的膠結作用包括碳酸鹽膠結、硅質膠結和黏土礦物膠結，其中碳酸鹽膠結是主要的膠結類型(圖9b-f)。柯坪塔格組上段儲層處于成巖階段晚期，碳酸鹽膠結物以方解石為主，其對儲層的性質影響最大(圖9b，c)。統計顯示，儲層碳酸鹽含量與孔隙度呈較明顯的負相關(圖10)，說明研究區儲層中碳酸鹽膠結作用在儲層控制因素中起主導作用，且隨著碳酸鹽含量增加儲層孔隙減少。碳酸鹽膠結作用主要發育在厚層潮道和砂坪砂體靠近泥巖部位以及混合坪—泥坪薄層砂體中。石英是研究區最常見的硅質膠結物，其更常見的是以碎屑石英次生加大的形式產出，充填孔隙或附著在顆粒表面，其在埋藏深、石英巖屑含量高、粒間孔隙較發育的砂巖層段較發育(圖9d，e)。黏土礦物膠結物含量少，主要成分是高嶺石(圖9f)，其次是綠泥石和伊利石，其充填在孔隙和喉道之間，堵塞孔隙喉道，致使儲層滲透率降低。膠結作用對孔隙具有雙重作用，成巖早期形成的方解石、次生石英、自生黏土礦物等充填—半充填孔隙，可抑制壓實作用的進行，使得粒間孔較大程度得以保存，同時為后期溶蝕作用提供物質基礎，而后期膠結物會阻塞部分孔喉，降低儲層滲流能力。

3.2.2 溶蝕作用改善儲層物性

溶蝕作用形成了碎屑巖儲層中的次生孔隙，不同于壓實和膠結作用對儲層的破壞，溶蝕作用是改善儲層物性的建設性作用[28]。海西中晚期，塔中志留系隆升遭受剝蝕，當時處于近海偏酸性環境，儲層孔隙度在30%左右，滲流能力強，碳酸鹽膠結物、長石類、少量巖屑發生溶蝕，利于改善儲層孔隙空間(圖3c，d)。溶蝕作用主要發育在厚層潮道和砂坪砂體中部。在整體孔隙類型中，溶蝕作用產生的次生孔隙一般為0.1%～7.5%，最高可達10.5%，因此一定程度上改善了儲層物性，為油氣運移和聚集等提供了有效的通道和空間。

圖9 塔里木盆地塔中10號構造帶志留系柯坪塔格組上段儲層壓實作用和膠結作用特征

a.碎屑顆粒緊密接觸，塔中12-1井，4 324.38 m，鑄體薄片；b.方解石強烈膠結，塔中122井，4 333.26 m，染色薄片；c.陰極發光顯橘紅色的方解石，塔中117井，4 415.7 m，陰極發光薄片；d.石英次生加大邊發育，塔中11井，4 456.78 m，染色薄片；e.自生石英膠結物充填粒間孔隙，塔中117井，4 301.5 m，掃描電鏡；f.自生書頁狀高嶺石，塔中122井，4 340.2 m，掃描電鏡

Fig.9 Compaction and cementation characteristics in the upper unit of Silurian Kepingtage Formation, 10th tectonic belt in the Tazhong area, Tarim Basin

圖10 塔里木盆地塔中10號構造帶柯坪塔格組上段儲層孔隙度與碳酸鹽膠結物含量關系

3.3 構造作用

構造作用形成的裂縫是改善儲層滲透性的重要因素[29]。塔中地區柯坪塔格組經歷了多期構造運動，形成了類型較多的斷裂帶和裂縫。取心照片和鏡下鑄體薄片都可見儲層中發育裂縫，其以高角度構造縫及層間縫為主，部分裂縫中伴有瀝青充填現象，表明其為流體聚集的有效空間(圖3f-g)。同時這些裂縫為后期的酸性流體、大氣水和地層水的運移提供了有利通道，導致溶蝕作用范圍擴大(圖3h-i)。總體來看，由構造作用形成的裂縫和溶蝕擴大對儲層孔隙度增加的貢獻較小，但裂縫的存在能夠連接原本孤立的孔隙，在一定程度上改善了研究區儲層低孔低滲的孔隙結構，從而大幅度提高儲層的滲流能力。

4 結論

(1)塔中10號構造帶柯坪塔格組上段儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次是巖屑石英砂巖，少量長石巖屑砂巖，儲層巖石成分成熟度和結構成熟度均為中等。殘余原生粒間孔和粒間溶孔為主要孔隙類型，同時發育構造微裂縫，可形成孔—縫復合型儲集空間。整體上孔隙度和滲透率較低，屬于低孔低滲儲層。

(2)沉積作用對儲層發育的控制主要體現在沉積微相上，水動力條件不同的沉積微相儲層物性差異較大：潮道和砂坪沉積微相形成于強水動力環境，原生粒間孔隙發育，且由于后期酸性流體的建設性作用，普遍發育溶擴粒間孔隙，是優質儲層發育的有利部位；混合坪和泥坪微相水動力相對較弱，泥質含量高，原生孔隙不發育，且后期容易發生碳酸鹽膠結作用，導致這類儲層物性極差。

(3)研究區柯坪塔格組上段儲層經歷的成巖作用主要包括壓實、膠結和溶蝕作用，對低孔低滲儲層的形成有重要影響。壓實和膠結作用對儲層孔隙具有破壞作用，而溶蝕作用在一定程度上可以改善儲層物性。

(4)構造作用對儲層孔隙度的貢獻較小，但構造微裂縫的發育可以提高儲層的滲流能力，一定程度上改善了儲層的滲透性。