焉耆盆地四十里城地區(qū)儲層特征及孔隙演化

黃帥博

（中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450048）

砂巖孔隙度是影響油氣運(yùn)移、聚集的關(guān)鍵因素之一，預(yù)測砂巖孔隙度在地史的演化中對研究油氣成藏規(guī)律、預(yù)測油氣分布具有重要意義[1-2]。目前，研究孔隙度演化方法主要有兩種：一種是通過觀察統(tǒng)計(jì)大量的巖石薄片，確定成巖序列及對孔隙度的影響，再經(jīng)過校正回溯恢復(fù)孔隙度演化[3]；另一種是通過建立現(xiàn)今孔隙度與深度的關(guān)系并作為約束條件，同時(shí)考慮成巖作用對孔隙度的影響，基于數(shù)值模擬技術(shù)恢復(fù)砂巖古孔隙度[4]。本文以焉耆盆地四十里城地區(qū)為研究對象，定量恢復(fù)砂巖孔隙度的演化，預(yù)測地下儲層優(yōu)劣，為該區(qū)油氣勘探提供支撐[5]。

1 地質(zhì)概況

焉耆盆地是中國西部中小型含油氣盆地，自南而北劃分為博湖坳陷、焉耆隆起和和靜坳陷三個(gè)一級構(gòu)造單元。博湖坳陷進(jìn)一步劃分為南部凹陷、種馬場凸起和北部凹陷。四十里城地區(qū)位于北部凹陷西北部，西臨霍拉山，東到寶浪蘇木背斜構(gòu)造帶，南接種馬場凸起，北至焉耆隆起（圖1）。地層從下向上依次為：前中生界、中生界侏羅系、新生界古近系、新近系。中下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組、西山窯組是勘探的主要目的層系。

圖1 焉耆盆地四十里城地區(qū)構(gòu)造位置

2 沉積和儲層特征

2.1 沉積特征

八道灣組沉積時(shí)期，區(qū)內(nèi)為溫暖潮濕的熱帶-亞熱帶氣候，主要發(fā)育砂礫巖夾煤層的辮狀河三角洲-湖沼沉積，期間發(fā)生了多次水退水進(jìn)，有厚層砂礫巖的辮狀河三角洲平原沉積，也有砂礫巖與煤層、泥巖互層的辮狀河三角洲前緣-湖沼沉積[6]。三工河組沉積時(shí)期，氣候轉(zhuǎn)為半潮濕，早期發(fā)育了大套灰白色礫狀砂巖夾少量灰色薄層泥巖的辮狀河三角洲平原沉積；中期湖盆整體下沉，發(fā)生水進(jìn)，形成了一套含礫砂巖、細(xì)礫巖與泥巖互層的辮狀河三角洲前緣沉積；晚期湖盆繼續(xù)下沉，水體進(jìn)一步加深，發(fā)育深灰、灰色泥巖及炭質(zhì)泥巖為主的濱淺湖沉積。西山窯組沉積時(shí)期，水體擴(kuò)大，氣候再次趨于溫暖潮濕，植被大量生長，沼澤的發(fā)育使本區(qū)沉積了幾套較厚的煤層和炭質(zhì)泥巖，在此背景下發(fā)育了辮狀河三角洲前緣細(xì)砂巖沉積；晚期盆地回返上升，遭受剝蝕。

2.2 儲層巖石類型

四十里城地區(qū)碎屑巖儲層的特點(diǎn)是粒度偏粗，巖石類型主要為礫巖、礫狀砂巖、巨砂巖、粗砂巖和中砂巖。陸源碎屑成分主要為石英、長石、巖屑、云母類和重礦物等，巖屑含量高、石英和長石含量低，以巖屑砂巖、長石巖屑砂巖為主（圖2）。

儲層碎屑巖粒級從礫巖至粉砂巖，粒徑主要為0.031～10.000 mm，分選以中等為主，磨圓以次棱狀為主；顆粒支撐，粒間以線接觸、凹凸接觸為主，膠結(jié)方式以孔隙式、壓嵌式為主。

圖2 四十里城地區(qū)儲層砂巖類型

2.3 儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)

四十里城地區(qū)儲層物性整體較差，三工河組和八道灣組儲層物性相差不大，三工河組平均孔隙度7.81%，平均滲透率 7.720×10-3μm2；八道灣組平均孔隙度7.67%，平均滲透率5.600×10-3μm2。

研究區(qū)儲集空間主要為小孔微喉型和大孔細(xì)喉型，小部分為微裂縫-孔隙型。其中小孔微喉型的特點(diǎn)表現(xiàn)為孔隙和喉道都很小，孔喉比也小；孔隙類型以粒內(nèi)溶孔和黏土礦物晶間孔為主，粒間余孔和粒間溶孔較少，物性表現(xiàn)為低孔低滲特征，這類孔隙結(jié)構(gòu)是煤系儲層的主要孔隙結(jié)構(gòu)特征，反映了煤系儲層被強(qiáng)烈壓實(shí)的結(jié)果。大孔細(xì)喉型的特點(diǎn)表現(xiàn)為孔隙相對較大，但喉道較小、孔喉比值大，孔隙類型主要為原生粒間殘余孔、粒間溶蝕擴(kuò)大孔和粒內(nèi)溶孔[7]，這種孔隙結(jié)構(gòu)反映了煤系儲層中優(yōu)質(zhì)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，是煤系儲層被有機(jī)酸強(qiáng)烈溶蝕的結(jié)果。

3 儲層成巖作用

碎屑巖成巖作用是指碎屑物質(zhì)自搬運(yùn)沉積后至變質(zhì)作用前所發(fā)生的各種物理、化學(xué)、生物化學(xué)變化[8]。四十里城地區(qū)成巖作用的類型歸納起來主要有4種：機(jī)械壓實(shí)-壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用。

3.1 機(jī)械壓實(shí)-壓溶作用

儲層在上覆地層的垂向應(yīng)力作用下，支撐原始孔隙的骨架碎屑顆粒及空間被壓實(shí)、壓縮，顆粒局部重新排列，部分脆性顆粒被壓碎破裂[9]，塑性顆粒被壓變形呈假雜基化；與此同時(shí)，在流體介質(zhì)的配合下，應(yīng)力支撐點(diǎn)發(fā)生溶解，形成壓溶作用，使碎屑顆粒之間由原來的不接觸或點(diǎn)接觸為主的關(guān)系逐漸變成凹凸接觸和線接觸。四十里城地區(qū)有填隙物的儲層被改造后，仍以孔隙式膠結(jié)為主；而沒有填隙物的儲層，被改造后，大多以鑲嵌式膠結(jié)為主。

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是碎屑巖成巖作用過程中形成的礦物充填于儲層的儲集空間，主要為自生黏土膠結(jié)，還有石英或長石膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)。但膠結(jié)物含量有限，膠結(jié)作用影響不大。自生黏土礦物的種類有伊蒙混層、伊利石、高嶺石、綠泥石，以沉淀或交代成因?yàn)橹鳌７浇馐饕院F方解石為主；白云石以鐵白云石為主，兩者多呈亮晶、連晶結(jié)構(gòu)，充填孔隙或交代顆粒。石英膠結(jié)以石英次生加大為主。

3.3 交代作用

交代作用是一種礦物替代另一種礦物的現(xiàn)象，本區(qū)交代作用主要有兩種：碳酸鹽交代巖屑、長石，常形成交代“亮邊”，被部分交代或被完全交代。黏土礦物交代長石、巖屑，即蝕變作用，是伊利石形成的主要成因之一。

3.4 溶解作用

四十里城地區(qū)溶解作用主要為骨架顆粒溶解，最常見的是長石礦物的溶解，并多具有選擇性，是該區(qū)產(chǎn)生有效孔隙的最主要途徑。長石溶解可分為兩類：一類為與有機(jī)酸有關(guān)的溶解作用，即在有機(jī)質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生有機(jī)酸和含 CO2的酸性流體進(jìn)入碎屑中溶解長石等[10]。此期溶解形成的次生孔隙與油氣生成后初次運(yùn)移時(shí)期相當(dāng)，對油氣的儲集最有利，四十里城地區(qū)溶解作用主要為這種類型。另一類長石溶解與地表水有關(guān)，當(dāng)?shù)貙映雎叮馐艿乇硭転V作用造成長石溶解[11-12]，在西山窯組頂部不整合面之下發(fā)育這種類型。

根據(jù)巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡等鏡下各種成巖現(xiàn)象，結(jié)合成巖作用分析，確定四十里城地區(qū)成巖演化序列。早成巖階段，成巖作用以壓實(shí)作用為主，由于沉積環(huán)境為酸性，膠結(jié)物極少；中成巖A1亞期，壓實(shí)作用基本完成，同時(shí)有機(jī)酸大量產(chǎn)生，長石溶蝕較為發(fā)育，開始出現(xiàn)石英加大，但含量極少；中成巖A2亞期，水介質(zhì)由酸性向堿性轉(zhuǎn)變，溶蝕作用減弱，膠結(jié)作用相對較強(qiáng)，主要為石英膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)。

4 儲層孔隙演化特征

4.1 原始孔隙度恢復(fù)

國內(nèi)外學(xué)者在建立孔隙度演化模型時(shí)基本都取儲層原始孔隙度為40.00%，但是中國大部分陸相砂巖儲層原始孔隙度低于40.00%，若利用上述孔隙度演化模型，計(jì)算結(jié)果必將產(chǎn)生一定的偏差[1]。

砂巖的原始孔隙度與粒度無關(guān)，主要受顆粒分選性的影響[13]。本區(qū)碎屑巖粒度分析結(jié)果顯示，該區(qū)儲層砂巖分選普遍較差，分選系數(shù)主要為1.72～4.19。根據(jù)Baerd和Weyl的資料（1973），推算出分選系數(shù)與原始孔隙度之間存在下列關(guān)系式：

式中：φys為原始孔隙度，%；So為特拉斯克分選系數(shù)，由粒度累計(jì)曲線求得，分選越好、分選系數(shù)越低、砂巖原始孔隙度越高；P25和P75分別為粒度累積曲線上25%和75%所對應(yīng)的顆粒直徑。

經(jīng)計(jì)算，砂巖的原始孔隙度為32.00%～38.00%，平均為35.00%。

4.2 壓實(shí)作用與膠結(jié)作用對孔隙度的影響

成巖過程中，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是致使孔隙度降低的最重要的成巖作用，但兩者降低的方式不同，并互相制約。壓實(shí)作用不可逆地減小巖石的粒間體積，如果它進(jìn)行得快，則孔隙度和滲透率下降得快，層間水的流動便受到限制，膠結(jié)作用就不會發(fā)育。反之，膠結(jié)作用雖然堵塞孔隙，但不減小粒間體積，一旦孔隙流體與巖石之間的平衡被破壞，這些自生膠結(jié)物仍可被溶解而再次成為孔隙，膠結(jié)作用如果進(jìn)行得快，壓實(shí)作用就會受阻[14]。

從圖3可以看出，左上部以壓實(shí)作用為主，右下部以膠結(jié)作用為主。從圖中可以看出四十里城地區(qū)儲層都分布在以壓實(shí)作用為主的區(qū)域，說明孔隙減少主要受壓實(shí)作用的影響。壓實(shí)作用致使原始孔隙度降低55.00%～90.00%，平均為70.00%，膠結(jié)作用致使原始孔隙度降低0～33.00%，平均為8.00%。說明該區(qū)孔隙度降低的主要原因是強(qiáng)烈的壓實(shí)作用引起的，膠結(jié)作用對孔隙度的降低處于次要地位[15]。

4.3 孔隙演化史恢復(fù)

從壓實(shí)作用與膠結(jié)作用對孔隙度影響分析可知，壓實(shí)作用損失孔隙度約為原始孔隙度的70.00%，故壓實(shí)作用而損失的孔隙度為35%×70.00%=24.50%。

圖3 四十里城地區(qū)壓實(shí)作用與膠結(jié)作用對孔隙度影響評價(jià)

膠結(jié)作用損失孔隙度約為原始孔隙度的8%，可計(jì)算出由于膠結(jié)作用損失的孔隙度為 35.00%×8%=2.80%。

在早成巖A期和早成巖B期，由于煤系地層缺乏早期碳酸鹽膠結(jié)且其他膠結(jié)作用也較弱，壓實(shí)作用是原始孔隙降低的主要因素[13]，壓實(shí)作用造成的孔隙度降低為24.50%，在早成巖結(jié)束時(shí)，孔隙度降為10.50%。

隨著埋深的繼續(xù)增大，進(jìn)入中成巖A期，此時(shí)，孔隙演化主要受膠結(jié)作用和溶解作用的影響[16]。孔隙體系連通性好的儲層，由于存在可供酸性流體流動的通道[17]，烴源巖生成的富含有機(jī)酸和 CO2的酸性流體可以進(jìn)入儲層巖石顆粒的溶蝕孔隙，根據(jù)前人研究，次生溶蝕作用使孔隙度增加1.50%～4.85%，平均為3.00%，孔隙度增加到13.50%；孔隙體系連通性差的儲層，由于缺乏酸性流體流動的通道，酸性流體流動不暢，不易形成大量的次生溶蝕孔隙，僅能略微改善儲層物性[18]。

白堊紀(jì)時(shí)期構(gòu)造抬升，地層溫度降低，成巖演化速率也隨之降低，由于膠結(jié)作用緩慢，孔隙度僅略微降低。古近紀(jì)時(shí)期該區(qū)地層再次沉降，成巖演化作用也隨之增強(qiáng)[19]。孔隙體系連通性好的儲層，如辮狀河三角洲前緣水下分支河道，儲層形成次生孔隙后又在侏羅紀(jì)中晚期油氣成藏時(shí)被油氣充注，可以有效地減緩和阻止壓實(shí)作用和膠結(jié)作用[20-21]，從而保存較好的儲層物性，最終孔隙度約為 12.50%；孔隙體系連通性差的儲層，如河道間沉積砂體，因?yàn)榧葲]有形成次生孔隙又沒有被油氣充注，同時(shí)被膠結(jié)物所充填，致使孔隙度進(jìn)一步降為7.70%（表1、圖 4）。

表1 四十里城地區(qū)砂巖儲層孔隙演化

5 有利儲集相帶

煤系儲層在成巖早期缺乏大量易溶膠結(jié)物，有機(jī)酸主要溶蝕長石和巖屑顆粒。有機(jī)酸形成時(shí)，儲層已經(jīng)受到強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，大部分原生孔隙已經(jīng)消失，儲層物性普遍較差。有機(jī)酸溶蝕必須要有流體運(yùn)移通道，而原生粒間孔隙相對發(fā)育的儲層有利于有機(jī)酸進(jìn)入，水動力較強(qiáng)的沉積相帶中，原始孔隙較為發(fā)育，是次生溶蝕孔隙的主要發(fā)育區(qū)。

通過對焉耆盆地優(yōu)質(zhì)儲層與沉積相帶的關(guān)系統(tǒng)計(jì)，優(yōu)質(zhì)儲層大部分都分布在辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣亞相發(fā)育區(qū)，特別是辮狀河三角洲平原分支河道微相和前緣水下分流河道微相是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的主要部位。因?yàn)檗p狀河三角洲平原分支河道和前緣水下分流河道沉積時(shí)，水動力強(qiáng)、砂巖粒度粗、分選磨圓度好、雜基含量低、砂巖厚度大，原始儲層物性好。在成巖早期壓實(shí)過程中，壓實(shí)程度相對較弱，原生孔隙保存較多，也有利于后期有機(jī)酸性的溶蝕[22]。

6 結(jié)論

（1）四十里城地區(qū)儲層粒度偏粗，主要以長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主；儲層物性整體較差，儲集空間類型主要為小孔微喉型和大孔細(xì)喉型，小部分為微裂縫-孔隙型。

圖4 四十里城地區(qū)儲層孔隙度演化綜合分析

（2）研究區(qū)孔隙度降低的主要原因是由于強(qiáng)烈的壓實(shí)作用引起的，膠結(jié)作用處于次要地位。在早成巖結(jié)束時(shí)，儲層孔隙度從35.00%降為10.50%；對于孔隙體系連通性較好的儲層，最終保存的孔隙度約為12.50%，而孔隙體系連通性較差的儲層，最終孔隙度僅為7.70%。

（3）辮狀河三角洲平原分支河道和前緣水下分流河道砂體發(fā)育，單層砂體厚度大，一方面儲層抗壓實(shí)作用強(qiáng)，另一方面孔隙體系連通性好，易形成次生孔隙且易被油氣充注，有利于優(yōu)質(zhì)儲層的形成。

（4）通過儲層孔隙度演化史分析，四十里城地區(qū)成藏時(shí)儲層已經(jīng)較為致密，油氣難以通過砂體順層長距離運(yùn)移，而且該區(qū)斷層不發(fā)育，故在四十里城地區(qū)可能存在大規(guī)模連續(xù)分布的致密砂巖油氣藏。