准噶尔盆地中部1区块侏罗系三工河组毯砂成岩演化及其物性演化分析

陈 林，许 涛，张立宽，刘传鹏，缪 灏

（1．胜利油田分公司西部新区研究中心，山东东营 257000； 2．中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室，北京 100029）

准噶尔盆地中部1区块侏罗系三工河组毯砂成岩演化及其物性演化分析

陈 林1，许 涛1，张立宽2，刘传鹏1，缪 灏1

（1．胜利油田分公司西部新区研究中心，山东东营 257000； 2．中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室，北京 100029）

通过储层镜下观察分析，研究准中1区块三工河组二段毯砂储层的微观特征；根据自生矿物之间的交代关系及矿物的溶解—充填等现象，分析各成岩作用发生的先后顺序；结合油气充注史研究，建立储层成岩演化序列与油气充注的耦合关系，分析主成藏期毯砂的物性及其输导能力．结果表明：该毯砂受成岩作用改造强烈，现今储层物性整体以低孔低渗为主，孔隙类型主要为次生溶蚀孔，储层经历多期溶解、多期胶结的过程，并伴随多期油气充注；在主成藏期，毯砂埋藏较浅，处于成岩早期，物性较好，可成为较好的横向输导层，在油源断层较少的情况下，与各级断层一起构成断—毯式输导体系，使油气得以大范围输导．

成岩演化；物性演化；准噶尔盆地腹部；毯砂；三工河组；油气充注

0 引言

准噶尔盆地在侏罗纪时呈现盆大、水浅、坡小的湖盆背景，受北部乌尔禾、北西向克拉玛依两大物源体系控制，在准中1区块广泛发育三角洲沉积［1—4］．其中，三工河组二段上亚段（J1s12）主要发育曲流河三角洲前缘沉积，地层呈“泥包砂”的沉积特征，砂体呈孤立状分布，连通性较差；三工河组二段下亚段（J1s22）主要发育辫状河三角洲前缘沉积，广泛发育一套纵向厚度大且相互叠置、横向延伸范围广呈泛连通的“毯砂”［2，5］．该毯砂油气显示丰富，且多口探井见到工业油流，成为重点勘探目的层之一［6—7］．

该区油源主要为下部二叠系烃源岩［8］，油源断层相对较少，垂向输导性能差，油气大范围输导成为评价该区勘探潜力的关键．张善文［9］提出块状砂体横向运移的概念，为该区油气输导的研究提供思路．在勘探过程中，于卫星［10］提出该毯砂可成为较好的输导层，对于油气的输导和成藏具有重要的意义，即J1s12发育的泛连通毯砂可成为一套重要的横向输导层，与深、浅断层一起形成断—毯式立体输导体系，使沿少量油源断层运移到该毯砂上的油气可以大范围的横向运移，并沿着切穿毯砂的次级断层运移到更上部的层位成藏．然而，因目前埋藏较深，该毯砂受成岩作用改造强烈，现今物性整体以低孔低渗储层为主，输导能力有限，成藏期储层物性及是否能够成为较好的输导层，一直未能得到证实．因此，研究该毯砂的成岩演化过程及与油气充注的对应关系，对于研究物性演化过程，分析储层的致密化过程及在成藏关键期的物性特征，评价毯砂在成藏关键期的输导能力、勘探潜力及研究油气的成藏规律等具有重要的指导意义．

通过储层镜下观察分析和油气充注史研究，笔者建立成岩演化序列和油气充注的对应关系，明确成藏关键期储层的成岩作用特征及其对物性的影响，初步确立成藏关键期该毯砂具有较好的物性特征，证实毯砂在成藏关键期的输导能力．

1 地质概况

准噶尔盆地中部1区块构造上位于中央拗陷带的中西部，勘探面积约为3 600km2，主体位于盆1井西凹陷和昌吉凹陷北斜坡，处于生油凹陷区内，资源潜力大．目前该区勘探程度相对较高，已完钻探井26口，多口井获得工业油流，探明石油地质储量2×107t，主要目的层侏罗系三工河组（J1s）具备形成大中型岩性、构造—岩性油气藏的地质条件．根据沉积旋回特征，三工河组（J1s）自上而下分为3段：三工河组一段（J1s1）、二段（J1s2）和三段（J1s3），其中J1s2为主要的砂岩发育层系，成为研究区主要的勘探目的层，自上而下又细分为三工河组二段上亚段（J1s12）和三工河组二段下亚段（J1s22）砂组．

2 储层特征

2．1 岩石学特征

J1s22毯砂在岩性上主要由厚层浅灰色中—细砂岩及粗砂岩、含砾粗砂岩构成，夹有多层深灰色泥岩、泥质粉砂岩及泥砾岩．沉积组构上以岩屑质长石砂岩为主（见图1），石英平均体积分数为33．8%，长石平均体积分数为20．2%，岩屑平均体积分数为45．9%，以中酸性火山岩岩屑为主；其次为变质岩岩屑及沉积岩岩屑．填隙物中杂基平均体积分数为2．9%，胶结物平均体积分数为6．6%，主要为碳酸盐胶结物、硅质胶结物、黏土矿物胶结物及少量铁质胶结物．另外，征沙村地区可见大量（硬）石膏胶结物．整体上该套储层分选中等—偏好，颗粒磨圆以次棱角状为主，粒间支撑方式以颗粒支撑为主，颗粒之间主要呈点—线接触到线接触；胶结类型以孔隙式胶结为主，可见基底式胶结．表明J1s12毯砂具有低成分成熟度、富含岩屑、杂基含量低和高结构成熟度的岩石学特征．

2．2 储集特征

J1s12毯砂孔隙度多分布在10%～15%之间，渗透率多分布在（0．1～50．0）×10—3μm2之间，整体属于低孔低渗、超低渗储层．通过镜下观察分析，储集空间类型主要可见原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔及少量裂缝，但整体以长石和碳酸盐胶结物的次生溶蚀孔为主，其次为少量原生粒间孔．

图1 准中1区块侏罗系三工河组二段下亚段毯砂储层岩石组构三角图Fig．1 The J1s22sandstone ditrital composition of block 1of cen—tral Junggar basin

3 成岩作用特征

J1s12毯砂埋藏较深（3 300～5 500m），成岩阶段相对较高［11］，压实作用较强烈，颗粒以点—线接触到线接触为主，并可见凹凸接触，胶结作用主要为碳酸盐胶结，其次为硅质胶结，表现为石英次生加大，并可见多期（见图2（b）），黏土矿物主要见自生高岭石．胶结物不仅充填原生粒间孔，也会充填在前期溶孔中（见图2（a）），压实作用和胶结物作用导致孔隙大量损失．交代作用普遍存在，类型多样（见图2（b）、（d）、（f）），不仅可见胶结物交代颗粒，也可见胶结物之间的相互交代；溶解作用主要为长石颗粒及碳酸盐胶结物溶解（见图2（a）），石英颗粒及其加大边也发生溶解（见图2（c）），也可见少量岩屑的溶解等．研究区J1s12毯砂成岩阶段高，成岩作用强烈，储层物性受成岩作用改造显著．

图2 准噶尔盆地中部1区块侏罗系三工河组二段成岩现象Fig．2 Main kinds of diagenetic phenomena in J1s2of block 1in central Junggar basin

4 成岩演化序列及其与油气充注的耦合关系

根据岩石薄片中自生矿物间的交代关系及矿物间的溶解—充填等现象，分析各成岩作用发生的先后顺序及期次，结合流体包裹体荧光资料及均一温度，确定油气充注期次及其与各成岩作用的对应关系，建立成岩演化与油气充注的耦合关系．

4．1 成岩演化序列

首先，分析矿物的溶解作用及矿物间的溶解—充填关系，可见长石颗粒发生溶蚀，溶蚀孔隙中部分被碳酸盐胶结物所充填，且碳酸盐胶结物也发生溶蚀（见图2（a）），推断长石溶蚀早于碳酸盐胶结和碳酸盐胶结物溶蚀；也见到石英颗粒及其加大边发生溶蚀，且溶蚀空间也被碳酸盐胶结物充填（见图2（c）、（d）），可判断石英加大早于石英溶蚀和碳酸盐胶结［12］．

其次，分析各自生矿物间的相互交代及充填关系，可见碳酸盐胶结物交代石英加大边或充填在Ⅱ期石英加大边的外侧（见图2（b）），也可见石英加大充填在碳酸盐胶结物的胶结剩余粒间孔中（见图2（e）），说明至少存在三期石英加大，第Ⅰ、Ⅱ期加大早于碳酸盐矿物的胶结，第Ⅲ期加大晚于碳酸盐矿物的胶结的．在征沙村地区可见硬石膏胶结物交代石英加大边及其被碳酸盐胶结物胶结（见图2（e）、（f）），说明硬石膏的胶结要早于碳酸盐矿物的胶结．

因此，各成岩作用的先后顺序可归纳为：长石溶解／Ⅰ期石英加大→Ⅱ期石英加大→石英溶蚀→硬石膏胶结→碳酸盐胶结→Ⅲ期石英加大／碳酸盐胶结物溶解．

4．2 油气充注与成岩演化的耦合关系

人们利用烃源岩热演化、流体包裹体均一温度等方法研究研究区油气充注史［1，13—17］，认为存在多期油气充注，如李丕龙等认为研究区J1s发生早、晚两期油气充注：第Ⅰ期与沥青伴生的早期盐水流体包裹体均一温度为50～65℃，对应油气成藏时间为J2—K1；第Ⅱ期与烃类流体包裹体伴生的盐水流体包裹体均一温度为80～105℃和105～140℃，对应油气充注时间为K2初—E［1］．蒋锐等对烃源岩的生排烃史的模拟结果表明，K1末是盆地最大的一次生排烃，表明K1末—K2初为主要油气充注期［17］．

根据荧光薄片资料，不同时期充注的烃类流体被捕获在不同期次的石英加大边的尘线中（见图3），Ⅰ期石英加大边的尘线中捕获一期烃类流体，Ⅱ期石英加大边的外侧又捕获另一期烃类流体（呈黄色荧光），且孔隙中沥青及石英颗粒内裂缝中烃类包裹体荧光下呈蓝白色，至少存在三期烃类充注，且烃类充注与石英加大期次关系为：Ⅰ期油气充注（呈蓝、蓝白色荧光，多变成沥青）→Ⅰ期石英加大／Ⅱ期油气充注→Ⅱ期石英加大／Ⅲ期油气充注．

图3 沙1井侏罗系三工河组二段储层薄片镜下微观特征（a、b为同一视域）Fig．3 The J1s2reservoir thin section characteristics under the microscope of well Sha l

油气充注一方面可促进酸溶性矿物的溶解，另一方面抑制自生矿物的形成及矿物间的交代和转化［18—22］，结合油气充注与石英加大的关系，认为三期油气充注伴随着三期酸性流体的注入，进而形成三期石英加大和三期酸性溶解．统计不同含油级别储层的胶结物体积分数及溶解面孔率，含油储层的胶结物含量明显低于不含油储层的，且含油储层的溶解程度也明显高于不含油储层的（见图4），说明主充注期处于碳酸盐胶结的早期，油气的充注抑制碳酸盐胶结物的继续沉淀，且带来的有机酸溶蚀长石颗粒及已沉淀的碳酸岩胶结物．未被充注的储层碳酸岩胶结物继续沉淀，储集空间被大量充填，导致现今物性较差．另外，长石的溶解产物在适当条件下以自生高岭石和石英加大边的形式沉淀［19，23］，因此认为每期酸性溶蚀后均可能产生高岭石及石英的次生加大．

图4 侏罗系三工河组二段不同含油级别储层对应胶结物平均体积分数、平均溶蚀面孔率直方图Fig．4 The J1s2statistical histogram of different oil bearing grade reservoir corresponding average cement content and average dissolution face rate

因此，成岩演化与油气充注的耦合关系可建立为：压实作用→Ⅰ期油气充注／Ⅰ期酸性溶解（长石溶解）／Ⅰ期石英加大／高岭石胶结→Ⅱ期油气充注／Ⅱ期酸性溶解（长石溶解）／Ⅱ期石英加大／高岭石胶结→硬石膏胶结→碳酸盐胶结→Ⅲ期油气充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸盐胶结物溶解）．

5 成藏关键期毯砂物性

根据成岩演化与流体演化的对应性，主成藏期毯砂在成岩阶段上处于成岩阶段的早期，碳酸盐胶结物尚未强烈胶结．根据单井埋藏史及热史图，结合主成藏期时间（即K1末—K2初沉积时期）可见，该时期J1s22毯砂埋深较浅，地温小于80℃，镜质体反射率Ro＜0．5%（见图5），基本处于早成岩阶段．因此，可判断：主成藏期毯砂未被强烈压实，也未被强烈胶结，储层物性较好，成为较好的储集层及输导层．准中1区块J1s22毯砂的成岩演化、油气充注及其物性演化见图6．

图5 庄1井单井埋藏史及热史Fig．5 The burial history and thermal history of Well Zhuang1

6 毯砂对油气输导的意义

在主成藏期，研究区J1s22毯砂物性较好，由于横向上广泛连通，因此可做为重要的横向输导层及储集层．由于研究区油源断层相对较少，该毯砂可以使沿少量油源断层运移到该毯砂上的油气得以很好的横向输导，同时也可以沿着切割该毯砂的次级断层源源不断地向上输导，到达上部层位的各类圈闭中而富集成藏．因此，该毯砂对于该层及其上部层位油气藏的形成发挥重要作用，可以预测上部的圈闭只要有断层与该毯砂相连，就有可能富集成藏．因此，该区毯砂及其上部J1s12、J2x及K1q等储层具有较大勘探潜力．

图6 准中1区块侏罗系三工河组二段毯砂成岩演化及物性演化Fig．6 Diagenesis evolution and reservoir quality evolution of J1s2in block 1of central Junggar basin

7 结论

（1）准噶尔盆地中部1区块侏罗系三工河组J1s2毯砂现今成岩阶段较高，受成岩作用改造强烈，储集空间以次生溶蚀孔隙为主，多属低孔、低渗储层范畴．

（2）J1s2毯砂储层经历多期胶结、多期溶解的过程，并经历三期油气充注，每期充注均导致地层水的酸性降低，形成多期的石英加大和多期的酸性溶蚀．其成岩演化及油气充注的耦合关系为：Ⅰ期油气充注／Ⅰ期酸性溶解（长石溶解）／Ⅰ期石英加大／高岭石胶结→Ⅱ期油气充注／Ⅱ期酸性溶解（长石溶解）／Ⅱ期石英加大／高岭石胶结→硬石膏胶结→碳酸盐胶结→Ⅲ期油气充注／Ⅲ期石英加大／Ⅲ期酸性溶解（碳酸盐胶结物溶解）．除沉积因素的基础控制外，油气充注不仅抑制碳酸盐矿物的继续胶结，而且带来的酸性介质对酸敏性矿物产生溶解，形成次生孔隙，是控制储层物性的关键因素．

（3）在主成藏期，J1s2毯砂基本处于早成岩阶段，物性较好，可成为较好的储集层及输导层，与油源断层及沟通毯砂的次级断层构成断—毯式输导体系，可使油气有效地进行大范围横向及垂向运移，对该毯砂及其上部地层油气藏的形成具有重要贡献，也明确研究区较大的勘探潜力．

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TE122．1

A

2095—4107（2013）05—0010—07

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．002

2013—06—25；编辑：陆雅玲

国家油气重大专项（2011ZX05002—002）

陈 林（1984—），男，硕士，助理工程师，主要从事石油地质综合方面的研究．