吐哈盆地勝北地區七克臺組致密儲層儲集空間類型及形成機理

摘" 要：為深入了解吐哈盆地勝北地區致密油藏儲層特征及形成條件，在分析大量測試資料的基礎上，對研究區中侏羅統七克臺組致密儲層儲集空間及其形成機制進行了研究。結果表明，七克臺組致密儲層主要巖石類型為粉砂巖、粉砂質泥巖、灰質泥巖和少量泥質灰巖。粉砂巖中礦物成分以石英為主，次為長石、粘土礦物和少量碳酸鹽礦物；填隙物以自生礦物為主，方沸石、雜基含量較多。孔隙類型主要為粒間孔隙、溶蝕孔隙和微裂縫，粒間孔隙主要形成于同沉積時期，而溶蝕孔隙主要形成于中成巖階段的燕山運動的Ⅱ-Ⅲ幕時期，裂縫主要形成于喜馬拉雅運動時期。研究發現，碳酸鹽礦物含量與孔隙度、滲透率具較好的正相關性，成巖作用主要有壓實作用、膠結作用和溶蝕作用。壓實作用是儲層致密化的主要原因，而溶蝕作用和破裂作用等對研究區儲層起到改善的作用。

關鍵詞：致密儲層；微裂縫；孔隙；成巖作用；吐哈盆地

勝北洼陷是臺北凹陷中勘探潛力最大的含油氣構造單元[1]。截至目前，洼陷中相繼發現多個構造油氣藏，在二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系中均獲得了重大油氣突破。其中，中侏羅統七克臺組油氣勘探和開發效果良好，但總體上儲層較為致密[2-4]。朱有信對七克臺組致密油儲層特征進行了研究[2]，認為七克臺組儲集巖以泥巖、白云質灰巖、含白云含灰泥巖為主，孔隙類型以晶間孔、溶蝕孔、裂縫為主；馮越經研究認為七克臺組二段具有混合沉積特征[3]，將該地區致密儲層劃分為碳酸鹽質混積巖，泥質混積巖，粉砂質混積巖3大類，并對儲層特征進行了深入研究，認為七克臺組致密儲層的發育受沉積微相、成巖作用、構造作用的控制。前人對該地區的研究大多集中于沉積環境和儲集物性方面，對儲層致密機理和儲層演化的關鍵成巖作用缺乏系統性研究。本文基于巖石學特征，儲集空間特征，成巖演化，對儲層的關鍵成巖作用進行了深入分析，以期為研究區儲層的認識提供新的依據。

1" 區域地質概況

吐哈盆地由吐魯番坳陷、哈密凹陷，了墩隆起組成，總面積約5.35×104" km2。經過漫長的地質演化，最終沉積了巨厚二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系。侏羅系七克臺組厚度為150～313 m，發育一套三角洲-湖泊相沉積地層[4-5]，據巖性和測井資料可分為上下兩段，上段可分4個小層。

勝北洼陷位于臺北凹陷西部，面積約3 025 km2（圖1），洼陷中央多發育近EW向的逆斷層與近NS向的走滑斷層[6]，這些斷層將勝北洼陷中央隆起分割成多個斷鼻、斷塊及斷背斜[7-8]，為油氣提供了有利成藏條件。

2" 儲層巖石學特征

2.1" 巖石類型和結構特征

砂巖的碎屑成分、結構特征是儲層形成的前提，完整記錄了成巖過程中的物理化學變化[9]。利用巖心和薄片觀察，對研究區16口取心井共計544塊巖心進行儲層巖石學特征分析，發現研究區七克臺組二段致密儲層以粉砂巖、粉砂質泥巖、灰質泥巖、灰質白云巖為主，含少量泥質灰巖。碎屑顆粒之間自生礦物充填，石英、方沸石、黏土礦物、雜基含量較多。碎屑顆粒磨圓度差，結構成熟低，以次棱角狀為主[10-12]。

2.2" 巖石礦物學特征

礦物學特征對于致密儲層孔隙和裂縫的發育具有十分重要的影響，為壓裂工藝的重要考量因素[10]。采用X射線衍射儀（XRD）對研究區儲層進行了全巖礦物組分和粘土礦物成分組成分析，其礦物含量見表1。七克臺組二段二亞段灰質泥巖中，石英平均含量16.3%；長石平均含量17.7%，以斜長石為主；碳酸鹽礦物含量較高，平均31.3%；脆性礦物石英、長石和碳酸鹽礦物總量高達65.3%。泥質粉砂巖中，粘土礦物平均含量21.9%，以高嶺石、伊利石、綠泥石為主；石英平均含量25.6%，長石平均含量15.1%，碳酸鹽礦物平均含量16.4%，以方解石、白云石為主；脆性礦物石英、長石和碳酸鹽礦物總量高達57%。因此J2q22段的灰質泥巖具較高的脆性指數，有利于天然裂縫的形成，為有利的儲層發育帶。

3" 儲集空間類型

通過對七克臺組二段17口取心井的544塊巖心、847張掃描電鏡圖像、329張鑄體薄片、1 010張場發射掃描電鏡的觀察，發現研究區儲集空間類型主要為孔隙和裂縫，其中孔隙包括原生粒間孔隙、粒內孔隙、粒內溶蝕孔隙和有機質孔隙，裂縫包括構造縫、成巖縫、構造成巖復合縫和微裂縫。其中粒間孔隙、粒內孔隙、粒內溶蝕孔隙和微裂縫是研究區主要的儲集空間。

3.1 粒間孔隙

粒間孔隙是沉積物沉積時礦物顆粒相互支撐形成的孔隙，在成巖演化過程中，因機械壓實、次生加大及多種膠結作用充填后形成殘余原生粒間孔隙。粒間孔隙為研究區儲層最主要的孔隙類型之一，粒間孔隙發育在方解石顆粒與石英之間（圖2-a）、粘土礦物之間，以及石英顆粒之間（圖2-b），多為納米-微米級。

3.2" 粒內孔隙及有機質孔隙

粒內孔隙包括原生粒內孔隙和次生粒內溶蝕孔隙。粒內孔隙主要是方解石、白云石和部分黃鐵礦晶粒上的孔隙；粒內溶蝕孔隙主要是方解石和白云石礦物顆粒因溶蝕作用產生的孔隙。在粉砂質泥巖、泥質灰巖、灰質泥巖中，方解石顆粒因有機酸的溶蝕可產生粒內溶解作用，形成的孔隙大小為微米級，形狀不規則（圖2-c）。此外，研究區七克臺組侏羅系烴源巖發育厚度大，層位多，有機質類型以“Ⅲ”型為主[12]，早白堊世干酪根開始生烴，在有機質中發育數量可觀的有機質孔（圖2-d），形狀規則，近圓形，橢圓形，大小為納米-微米級，但孔徑差異大。有機質孔是研究區泥巖類儲層重要的一種孔隙類型。

3.3" 微裂縫與裂縫

微裂縫張開度一般小于50 μm，必須借助顯微鏡進行觀察與描述[13-15]。據其成因可將微裂縫分為構造縫、成巖縫、構造-成巖復合縫及異常高壓成因縫4種類型。構造成因微裂縫常見于含碳酸鹽、石英礦物的巖石中，縫寬20～40 μm，部分小型裂縫被碳酸鹽礦物充填（圖2-e）；成巖微裂縫常見于灰質粉砂巖中，是在壓實，膠結，脫水收縮作用下形成的，部分被碳酸鹽礦物膠結，表現為多條微裂縫交織狀（圖2-f）；剪切微裂縫表現為線狀，裂縫延伸遠，發育在含灰質粉砂質泥巖中（圖2-g）。研究區七克臺組二段碳酸鹽礦物、石英、長石含量高，易產生較大規模的宏觀裂縫，是油氣運移的通道和儲集空間[16]，主要包括張性縫、剪性縫、層間滑移縫。其中裂縫面凹凸不平，傾角、寬度和長度變化大，是在張應力作用下形成的（圖2-h）；層間滑移縫具有平整、光滑的特點，在地下不易閉合，主要在構造應力下形成（圖2-i）。

3.4" 儲層物性特征

通過對研究區七克臺組二段致密粉砂巖、灰質泥巖等儲層物性統計發現，研究區七克臺組二段二亞段致密儲層平均孔隙度為1.78%，平均滲透率為0.25 mD，孔隙度多分布在1%～2.5%（圖3-a），滲透率多分布于0.01～0.2 mD（圖3-b）；從孔隙度滲透率關系來看，具微弱的正相關性（圖3-c）。

研究區儲層碳酸鹽含量與孔隙度、滲透率具較好的正相關性，隨著碳酸鹽礦物含量的增加孔隙度具有升高的趨勢（圖4-a，b），原因是白云石在高溫高壓環境下交代文石，減小了礦物的體積，增加了孔隙度和滲透率。另外，白云石晶粒呈棱面體，隨晶體生長產生晶體格架，增加了晶粒之間的孔隙體積[17]。方沸石含量與孔隙度、滲透率具負相關性，隨著方沸石含量的增加，孔隙度具有降低的趨勢（圖4-c，d），這可能是由于在高Ca2+條件下方沸石向片沸石和濁沸石轉化，對儲層產生較強的膠結作用[18]，膠結物充填了部分儲集空間。

4" 儲層成巖作用及其演化

儲層中孔隙的形成、發育和改造主要受沉積、成巖和構造等多種作用共同控制。巖石類型、巖石組合和礦物成分受沉積作用控制，沉積作用是儲層發育的前提，強烈的壓實作用是致密儲層形成的關鍵，成巖后期的改造作用包括成巖作用和構造作用，是有利儲層形成的外因[19-21]。

4.1" 成巖作用類型及階段劃分

吐哈盆地成巖演化主要經歷了3個階段（圖5）：①晚二疊世末—早三疊世初吐哈板塊受哈薩克斯坦板塊、歐亞板塊的碰撞，盆地處于擠壓應力狀態，周圍山體開始隆升并遭受剝蝕，盆地內部臺北凹陷持續沉降，壓實作用主要發生在成巖作用的早期，隨著埋藏深度的增加對儲層壓實程度不斷增強[22-25]，最終在晚印支運動時期完成對儲層致密化改造，這一階段的造山運動是造成儲層致密化的重要原因。②早—中侏羅世，西伯利亞板塊向南俯沖，而華北板塊向北俯沖，使得吐哈盆地的擠壓應力釋放，吐哈盆地處于區域伸展構造環境中，在張性構造應力下形成伸展斷陷盆地。早成巖B亞期，研究區七克臺組處于堿性成巖環境[26]，碳酸鹽礦物大量富集，產生強烈的膠結作用，對儲層產生一定的破壞。早白堊世有機質在適宜的溫度壓力下生烴，釋放出有機酸、CO2、酚類，對儲集巖產生了強烈的溶蝕作用。③白堊紀—第四紀印度板塊的俯沖碰撞使得吐哈盆地處于擠壓應力環境，盆地由伸展型轉變為擠壓型[27]。喜馬拉雅運動中后期，在擠壓應力背景下，洼陷內廣泛發育微裂縫，裂縫，對儲層的發育具有改善作用。綜合來看，研究區儲層發育主要集中在早成巖B期，中成巖階段孔隙的演化對儲層具有強烈的改造作用。

4.2" 膠結作用是孔滲性變差" " " " " "的重要原因

粘土礦物、碳酸鹽礦物和方沸石為研究區致密儲層的主要膠結物。粘土礦物和碳酸鹽礦物充填孔隙的方式主要為微晶、嵌晶和連晶充填[28]。粘土礦物如伊利石、針葉片狀綠泥石等，呈片狀、絲發狀、球狀，沿顆粒表面分布（圖6-a，b，c）。自生粘土礦物的生長常形成橋塞式膠結產狀，礦物晶體自孔隙壁向孔隙空間生長連接孔隙兩側，形成橋狀膠結，最常見的是自生伊利石在孔隙中呈條片狀，網絡狀分布，堵塞孔隙和喉道，將大孔隙分割成微孔隙，使流體運移通道變窄（圖6-b）。方解石礦物的自生加大也可占據孔隙和裂縫的空間，導致儲層物性變差（圖6-d）。

4.3" 強烈的溶蝕作用改善了致密儲層的儲集空間

溶蝕作用在研究區泥質灰巖和灰質泥巖中較常見，主要原因是其臨近生油洼陷中心，洼陷中心的泥頁巖中含豐富的有機質，在其熱演化的過程中，有機質可通過脫羧基作用生成一元、二元有機酸，并釋放出CO2和氮等組份，這些酸性物質溶解于地層水中，經運移進入孔隙系統，對易溶組份進行溶蝕；其次是該區致密儲層中碳酸鹽礦物含量豐富，方解石、白云石在遇到酸性流體時均容易發生溶蝕作用，進而形成溶蝕孔隙（圖6-e）。此外在研究區致密儲層中還發育因長石的溶蝕作用形成的孔隙（圖6-f）。

5" 結論

（1） 研究區七克臺組二段二亞段灰質泥巖中脆性礦物石英、長石和碳酸鹽礦物含量高達63.5%；泥質粉砂巖中脆性礦物石英、長石和碳酸鹽礦物含量高達57%，J2q22段為儲層發育的有利層位。

（2） 勝北地區中侏羅統七克臺組二段儲層具有特低孔特低滲特征。粒間孔隙、粒內孔隙、粒內溶蝕孔隙、微裂縫為主要的儲集空間。

（3） 研究區成巖演化復雜，經歷了擠壓-伸展-再擠壓的成巖演化過程，成巖演化過程主要發生在早成巖B亞期。強壓實作用是儲層致密化的主要原因，膠結作用是孔隙變差的重要原因，強烈的溶蝕作用改善了儲層的物性，多種類型的裂縫對優質儲層的發育具有積極的作用。

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Reservoir Space Types and Formation Mechanism of Tight Reservoir of Qiketai Formation in Shengbei area，Tuha Basin

Zhao Haoxu， Guo Ling， Fang Zexing

（State Key Laboratory of Continental Dynamics，Northwest University，Xi'an，Shaan'xi，710069，China）

Abstract：In order to understand the characteristics and formation conditions of tight oil reservoirs in Shengbei area of Tuha Basin，Based on the analysis of a large number of test data， the reservoir space and formation mechanism of tight reservoirs in Qiketai Formation of middle Jurassic in the study area are studied. The results show that the main rock types in the tight reservoir of Qiketai Formation are siltstone， silty mudstone， calcareous mudstone and a small amount of argillaceous limestone.The mineral composition of siltstone is mainly quartz， followed by feldspar， clay minerals and a small amount of carbonate minerals. The interstitial materials were mainly authigenic minerals with more zeolite and matrix content.Pore types are mainly intergranular pore，dissolution pore，and micro-fracture. The intergranular pores were mainly formed during the syndepositional period， while dissolution pores mainly formed in the stage of Yanshan movement Ⅱ-Ⅲ period.The fractures formed mainly during the Himalayan movement. It is found that the content of carbonate minerals is positively correlated with porosity and permeability. Type of diagenesis mainly includes compaction， cementation and dissolution. Compaction is the main cause of reservoir densification， while dissolution and fracture play an important role in improving the reservoir in the study area.

Key words：Tight reservoir; Microfracture; Pore; Diagenesis; Tuha Basin