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准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层成岩作用及孔隙演化
陈波1,2, 王子天3, 康莉4, 张顺存1, 史基安1    
1. 甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室, 兰州 730000;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 中国石油新疆油田公司勘探开发研究院, 新疆克拉玛依 834000;
4. 中国石油新疆油田公司风城油田作业区, 新疆克拉玛依 834000
摘要: 以岩心观察和铸体薄片鉴定为基础,结合扫描电镜以及测井和录井等资料综合分析,对准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层的岩石学及物性特征、成岩作用及孔隙演化规律进行了研究。研究结果显示:研究区砂砾岩储层成分成熟度和结构成熟度均较低,孔隙类型主要为粒间溶蚀孔,储层物性较差,属于低孔低渗储层;储层埋藏较深,成岩作用复杂,成岩演化阶段主要处于晚成岩B期,经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用等多种成岩作用。压实作用为造成储层原生孔隙减少的主要因素,储层原始孔隙因压实作用损失平均达19.5%;其次为胶结作用,造成孔隙度减少平均为7.2%;而易溶组分发生的溶蚀作用形成的次生孔隙则有效地改善了储层的物性。研究区溶蚀作用增加的孔隙度约为5.2%,溶蚀作用形成的次生孔隙发育带成为研究区低孔低渗背景下发育的优质储层富集带。
关键词: 准噶尔盆地     玛北地区     三叠系     百口泉组     储层成岩作用     孔隙演化    
Diagenesis and Pore Evolution of Triassic Baikouquan Formation in Mabei Region,Junggar Basin
Chen Bo1,2, Wang Zitian3, Kang Li4, Zhang Shuncun1, Shi Ji'an1    
1. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province/Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Research Institute of Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000, Xinjiang, China;
4. Fengcheng Field Operation District, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000, Xinjiang, China
Supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (2011CB201104), National Science and Technology Major Project (2011ZX05000-01-06) and Gansu Province Key Laboratory of Special Project(1309RTSA041)
Abstract: Base on core observation and casting thin section, combining with the analysis on scanning-electron microscope, as well as the comprehensive logging and mud logging data, the characteristics of reservoir sandstone, physical property, diagenesis, and pore evolution of the Triassic Baikouquan Formation in Mabei region,Junggar basin were studied. The results show that the study area of sand-conglomerate reservoir is low in composition, structure maturity, porosity, and permeability; and the pore types are mainly intergranular dissolution pores. The reservoir buried deeply in the study area, and the Triassic Baikouquan Formation in Mabei region is mainly formed in the late diagenetic stage B period, experienced complex diagenesis, including mainly compaction,cementation,dissolution. The compaction is the main factor that caused the original porosity reduction,By 19.5%,and cementation decreased the porosity for about 7.2%; while dissolution is constructive to the reservoir property as it can generate a great quantity of secondary porosity. Dissolutionin increased the porosity for about 5.2%. The secondary porosity zone formed by dissolution has become a high-quality reservoir zone with the background of low porosity and permeability in the study area.
Key words: Junggar basin     Mabei region     Triassic     Baikouquan Formation     diagenesis     pore evolution    

0 引言

准噶尔盆地是我国西北地区的大型含油气盆地之一,盆地西北缘是新疆油田公司重要的油气产区,该区可划分为西北缘断阶带、中拐凸起、玛湖凹陷西斜坡和昌吉凹陷西斜坡等几个次级构造单元[1, 2, 3]。近年的勘探实践表明,玛湖凹陷西斜坡区由于紧邻生烃凹陷,构造位置有利,成为油气勘探的有利区带。前期在玛湖凹陷西斜坡区三叠系勘探取得了较好的效果,尤其是百口泉组勘探成果丰富,不仅发现了玛北油田,而且多口探井都在三叠系获得工业油气流。2013年,玛湖凹陷西斜坡区北坡(简称玛北地区)百口泉组油气勘探取得重大发现,提交预测石油地质储量7.567亿t,这是继玛北油田、玛6井区块百口泉组油藏发现20年后,玛湖凹陷西斜坡区油气勘探又一重要突破,展现出玛北地区三叠系百口泉组巨大的勘探前景。前人对西北缘玛北地区的油源[4]、油气成藏规律[5, 6]、成藏控制因素[7]、储层四性关系[8]进行了系统研究,但对研究区储层的沉积和成岩作用方面的研究较少,尤其是对决定砂体能否最终成为有效储集体的关键[9]成岩作用及孔隙演化方面的研究显得异常薄弱,严重制约了油气勘探开发的进程。基于此,笔者通过钻井岩心、铸体薄片、扫描电镜、X衍射及测录井资料等,对玛北地区三叠系百口泉组储层成岩作用和孔隙演化特征进行了系统研究,以期对该区域的油气勘探提供一定的地质理论依据。

1 区域地质概况

准噶尔盆地总体形态呈三角形,四周被褶皱山系所围:东北边界为阿尔泰山、青格里底山和克拉美丽山,西北边界为扎伊尔山和哈拉阿拉特山,南界为伊林黑比尔根山和博格达山。现今的准噶尔盆地是欧亚板块的组成部分,北邻西伯利亚板块,西接哈萨克斯坦板块,南依塔里木板块,周边被古生代褶皱山系所夹持[10, 11]。玛北地区三叠系从下到上划分为3个组,依次是百口泉组(T1b)、克拉玛依组(T2k)、白碱滩组(T3b):百口泉组以扇三角洲为主,发育厚层砂砾岩,是斜坡区规模岩性地层油气藏勘探的主要层系;克拉玛依组以辫状河三角洲为主,砂泥互层,为斜坡区的兼深层系;白碱滩组发育厚层泥岩,是斜坡区一套重要的区域性盖层。本文研究区(图 1)目的层段三叠系百口泉组由下至上可划分为3个岩性段:百口泉组一段(T1b1)、百口泉组二段(T1b2)、百口泉组三段(T1b3);其中百二段从上到下又可分为2个砂层组:高阻段(T1b21)和低阻段(T1b22)。

图 1 研究区位置图

Fig. 1 Location of the research area

2 储层特征 2.1 储层岩石学特征

通过对研究区20余口钻井岩心的详细观察描述和对200余张岩石薄片的鉴定,综合录井资料和测井资料分析,研究区三叠系储层岩性主要为砾岩和砂岩(图 2),其中砾岩占78%,砂岩占22%。砾岩以砂质砾岩和细砾岩为主,砾岩碎屑中火山岩类岩屑含量高,以凝灰岩为主,大多呈灰色或者杂色,砾石磨圆度中等——较差,常为次圆状——次棱角状,分选较差(图 2a);砂岩主要发育细砂岩和粉砂岩,多呈灰色,沉积构造较发育,常见有平行层理、波状层理、板状交错层理等(图 2b),主要以岩屑砂岩为主,包含少量长石岩屑砂岩(图 3)。研究区碎屑岩组分中:石英体积分数为2%~49%,平均15.7%;长石体积分数为1%~35%,平均12.9%;岩屑体积分数为21%~96%,平均71.4%。填隙物中杂基平均体积分数较胶结物高:杂基为1%~28%,平均为3.3%,以黏土杂基为主,主要包括绿化泥质绢云母和泥质杂基;胶结物为1%~18%,平均2.9%,以碳酸盐为主,少量硅质胶结。总体而言,玛北地区三叠系百口泉组储层发育于扇三角洲沉积相环境下[9],在砂质砾岩的粒间孔隙中含有较多的杂基,具有分选较差、磨圆中等、成分成熟度和结构成熟度较低的特点,反映研究区碎屑岩沉积物具有近物源、快速堆积的特点。

图 2 玛北地区三叠系百口泉组储层特征

Fig. 2 Resevoir characteristics of Triassic Baikouquan Formation in Mabei region

图 3 玛北地区三叠系百口泉组岩石类型

Fig. 3 Sandstone classification of Triassic Baikouquan Formation in Mabei region

2.2 储层物性特征

对玛北地区三叠系百口泉组砂砾岩层段的储层物性研究表明:T1b3段孔隙度主要分布于7%~15%,平均为9.5%,渗透率平均为0.41×10-3 μm2,孔隙类型以粒间孔和溶蚀孔为主;T1b21段孔隙度主要分布于5%~13%,平均为7.9%,渗透率平均为0.64×10-3 μm2,孔隙类型以粒间溶蚀孔为主;T1b22段孔隙度主要分布于4%~9%,平均为6.6%,渗透率平均为0.67×10-3 μm2,孔隙类型较上部储层而言粒间溶蚀孔隙不太发育;T1b1段孔隙度分布于6%~8%,平均为7.2%,渗透率平均为0.39×10-3 μm2。总体而言,玛北地区三叠系百口泉组储层为低孔低渗储层,孔隙度差别较小,主要分布于4.2%~16.5%;而渗透率差别较大,主要分布于(0.01~10.00)×10-3 μm2;孔隙类型有残余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和微裂缝等,以粒间孔和溶蚀孔为主(图 2c,h,k)。

储集岩孔隙度与渗透率的相关性在一定程度上可以反映储层物性特征及孔隙类型。对于碎屑岩储层,一般分选程度越高、磨圆越好,孔隙度与渗透率的线性关系就越好;砂岩所遭受的成岩作用强度越大,砂岩孔隙的大小、形态变化就越复杂,非均质性就越强,孔隙度与渗透率的相关性也就越差。玛北地区三叠系百口泉组储层经历了复杂的成岩作用,储层非均质性强,孔隙度与渗透率的线性关系复杂(图 4),具体到层段:T1b1段埋藏最深,成岩作用强烈,孔隙度和渗透率相关性最差;T1b21和T1b22孔隙度和渗透率存在一定的相关性,但相关性极低,故孔隙和喉道匹配性较差[12];其中相关性又以埋藏较浅的T1b21段好于T1b22段,说明在此层段的成岩作用中发生了溶蚀作用,产生了次生孔隙,改善了储层物性;T1b3段埋藏最浅,其孔隙度和渗透率的相关性最好。孔渗相关性最好的T1b21段和T1b3段亦为玛北地区的主要产油层位。

图 4 玛北地区百口泉组储层孔隙度与渗透率关系图

Fig. 4 Relationship between porosity and permeability of Baikouquan Formation in Mabei region

3 成岩作用类型及其特征

成岩作用对储层孔隙的形成、演化、保存和破坏起着重要作用,对储层物性有着决定性的作用[13, 14, 15]。玛北地区三叠系百口泉组经历了复杂的成岩演化过程,其成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用,而重结晶作用和交代作用较弱。

3.1 压实作用

压实作用对储层物性有明显的破坏作用,包括机械压实作用和化学压实作用(压溶作用)。研究区储层镜下观察发生的压实现象有:塑性颗粒(如云母、泥岩、火山岩等岩屑)在强压实应力作用下易发生弯曲变形,部分受挤压变形的塑性颗粒充填于孔隙间和喉道中呈假杂基现象(图 2d);随着砂砾岩埋藏的加深,压实作用增强,使得碎屑颗粒发生紧密的定向排列,刚性颗粒(如石英、长石颗粒)受压发生破裂,长石多沿解理缝裂开;随着压实作用的进一步加强,颗粒由点接触至线接触(图 2e),直至凹凸接触,最终出现压溶现象,呈缝合线接触,使储层物性进一步变差。

压实作用是对研究区储层物性破坏性最强的成岩作用(图 5),它造成大量原生孔隙的损失,并且这种损失是不可逆的,压实作用除与埋藏深度有一定的关系外,还与砂岩的成分成熟度和结构成熟度有关。玛北地区三叠系百口泉组成分成熟度较低、抗压实能力较强的石英含量较少,而抗压实能力弱的半塑性、塑性颗粒较多,组分极易受压变形占据粒间孔隙和喉道空间,破坏储层物性,此时砂砾岩的孔隙度一般小于10%,渗透率小于1×10-3 μm2。研究区结构成熟度也较低,分选较差,火山岩岩屑和泥质杂基含量较高,抑制了碳酸盐类等早期胶结物的发育。在成岩早期,碳酸盐类等早期胶结物在沉积物沉淀过程中可起到支撑作用,有效降低压实程度。此外,由于泥质杂基的润滑作用,碎屑沉积物易被迅速压实,加大了压实作用对储层物性的影响。

图 5 百口泉组压实及胶结作用对粒间孔隙损失关系图

Fig. 5 Plot of intergranular volume versus compaction and cementation for Baikouquan Formation in Mabei region

3.2 胶结作用

胶结作用是沉积物转变为沉积岩的重要作用,也是使储层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一(图 5),胶结作用可发生在成岩作用的各个阶段,并且呈现世代性的特点[16]。研究区的胶结类型多样,主要以碳酸盐胶结、硅质胶结、自生黏土矿物胶结、沸石类胶结等类型为主。

1) 碳酸盐胶结

三叠系百口泉组普遍发育方解石、铁方解石和白云石等碳酸盐胶结物,以含铁方解石充填于颗粒间或环绕在颗粒的周围为主。早期形成的方解石结晶程度较差,晶粒一般较小;晚期形成的碳酸盐胶结物晶粒一般较大,常含一定量的铁,阴极发光显微镜下,铁方解石常呈暗红色[17]。研究区内方解石胶结物分布范围较广,方解石呈孔隙式胶结,而铁方解石多呈斑块状、嵌晶状或衬边状充填原生或次生孔隙(图 2f) 。

2) 硅质胶结

硅质胶结物在研究区主要以石英次生加大生长和自生石英的形式生长于孔隙壁或粒间孔壁及颗粒内溶孔内(图 2g)。百口泉组经历的压溶作用提供了部分的硅质胶结物,扫描电镜下常见石英次生加大或自生石英与长石溶蚀现象共生,说明长石的溶蚀也可生成SiO2,溶于孔隙水中,达到局部过饱和后即发生沉淀形成石英胶结物。虽然硅质胶结物在早成岩期使得压实作用得以缓冲,保存了石英次生加大边间的部分原生孔隙,但总体而言大部分硅质胶结物占据了孔隙空间,降低了储层的孔隙度,对储层物性起到了破坏作用。

3) 黏土矿物胶结

三叠系百口泉组砂砾岩储层成分成熟度和结构成熟度均较低,含有较多的黏土杂基,因而研究区年黏土矿物普遍发育。X衍射分析结果(表 1)表明,研究区储层常见的黏土矿物有高岭石、绿泥石、伊蒙混层及伊利石等。

表 1 三叠系百口泉组储层黏土矿物X衍射分析 Table 1 X-ray diffraction analysis of authigenic clay minerals in Triassic,Baikouquan Formation
井号样品数黏土矿物平均质量分数/%混层比/%
高岭石绿泥石蒙皂石伊蒙混层伊利石
玛001824.7517.25-40.1317.8746.25
玛002519.4026.80-35.6018.2072.00
玛003926.3323.66-33.2216.7861.66
玛004529.8039.60-22.408.2058.00
玛005625.6718.83-44.6711.0069.17
玛0061414.6417.64-55.3613.07-
玛0093-21.67-66.6711.67-
玛13414.5040.50-33.0012.00-
玛131512.2029.20-52.805.80-
玛5418.2520.75-35.0026.00-
玛735.005.3378.0081.0011.33-
夏75334.3324.67-27.3313.67-
夏821319.1521.31-45.3814.15-

a) 高岭石

三叠系百口泉组砂砾岩碎屑颗粒含有大量的火山岩岩屑,包含着较多的长石成分,从而易发生溶蚀形成高岭石。扫描电镜下,高岭石多呈蠕虫状或书页状集合体充填于粒间孔隙和溶蚀孔隙中,并常与自生石英相伴生。高岭石形成于酸性环境,在富含Ca2+的环境下向蒙脱石转化,形成伊蒙混层(图 2h),伊蒙混层是蒙脱石向伊利石转化的中间产物,在富含K+的环境下,会转变为伊利石(图 2g)。早期高岭石由泥质杂基蚀变而来,有利于储层微孔的增加;而晚期的高岭石为自生高岭石,致使部分次生粒间孔隙被充填,对储层起到破坏作用。由于高岭石结晶程度高、晶体完整,其晶间微孔非常发育,因而对储层微孔增加有一定贡献[18],高岭石的质量分数与孔隙度呈正相关关系(图 6a)。一般而言,随着埋藏加深,高岭石含量逐渐减少,伊蒙混层、伊利石含量有增加的趋势。伊蒙混层和伊利石质量分数与孔隙度均为负相关(图 6b,c),都对储层物性起着破坏性作用。

图 6 玛北地区百口泉组黏土矿物质量分数与孔隙度关系图

Fig. 6 Relationship between clay content and porosity of Baikouquan Formation in Mabei region

b) 绿泥石

研究区储层主要发育于扇三角洲沉积相环境下,在扇三角洲前缘水下分流河道中易于形成绿泥石沿碎屑颗粒环边分布,形成薄膜式或衬边胶结,少部分绿泥石以孔隙充填形式产出(图 2ij)。绿泥石虽然部分堵塞了孔喉,但绿泥石黏土膜环绕在碎屑颗粒周边,阻碍了孔隙水与碎屑颗粒的接触,从而减缓了其他胶结物的沉淀,同时它也增加了岩石碎屑的抗压实能力,对原生粒间孔隙有积极的保护作用(图 6d);绿泥石黏土衬边发育的砂体,有利于后期酸性水进入溶蚀浊沸石及长石颗粒并形成次生孔隙[19]

4) 沸石类胶结物

沸石类胶结物可形成于成岩作用的各个阶段,是火山碎屑和长石与流体相互作用的产物,高pH值,富含SiO2以及Ca2+、Na+、K+,高矿化度的孔隙水和适当的二氧化碳的介质中都有利于形成沸石[20]。百口泉组常见的沸石类胶结物主要为浊沸石、方沸石、片沸石等,浊沸石常呈纤维状充填于孔隙中。方沸石常与方解石共生在粒间孔隙中呈马牙状生长,片沸石分散在孔隙中多以纤维状晶体的形式产出(图 2j)。

在成岩过程中,高岭石、绿泥石、沸石等黏土矿物和碳酸盐胶结物类似,对储层物性的影响是双方面的:虽然它们占据了部分原生粒间及溶蚀孔隙,对储层物性起到了一定的破坏作用;但是适量的黏土矿物和碳酸盐胶结物在成岩过程中,尤其是在早期成岩中能抵御压实作用对孔隙的破坏,成岩后期,在一定的孔隙流体、环境介质下,它们作为可溶组分,为后期溶蚀作用提供了物质基础。

3.3 溶蚀作用

孔隙类型与埋深有着重要的联系,孔隙随着埋深和压实作用的增大而减小,埋深小于2 500 m的储层以原生孔隙为主,溶蚀孔次之,埋深大于2 500 m的储层以次生溶蚀孔为主[13]。玛北地区三叠系百口泉组基本埋藏在2 200~3 800 m,埋藏较深,储层经历了较强的压实作用。随着埋藏的加深,孔隙类型从以原生孔隙为主,转为原生-次生混合孔隙,再到以次生孔隙为主;而溶蚀作用是形成次生孔隙,改善储层物性的主要因素。

溶蚀作用的发生必须具备3个前提条件: 储层中有一定量的可溶组分;充足的酸性流体;可供酸性流体运移的通道[21]。百口泉组储层成分成熟度和结构成熟度低,长石、岩屑含量较高,沉积环境主要为扇三角洲,含有较多的砾岩。而研究区砾石中含有较多的火山岩组分,分选差,杂基含量高,其发育的碎屑颗粒(如火山岩岩屑、长石岩屑等)、胶结物(碳酸盐胶结物、自生黏土矿物等)、易溶杂基等都为溶蚀作用提供了丰富的物质基础。在烃源岩成岩过程中,地层中有机质在较高的温压条件下向烃类转化过程中分解产生大量的有机酸,并与黏土矿物演化过程中析出的层间水混合进入砂岩储集层,孔隙介质pH值降低,孔隙流体介质呈酸性。在酸性介质条件下,碎屑颗粒、胶结物及杂基发生广泛的溶蚀作用,形成了大量次生孔隙;酸性流体可以通过未完全压实或者胶结的孔隙通道渗流,溶蚀作用的发生在增加储层孔隙的同时能够将原来未完全沟通的孔缝进行连通,扩大了流体运移通道。

在三叠系百口泉组的砂砾岩和砂岩储层中,发育的溶蚀作用类型较多,主要有:颗粒的溶蚀作用,以长石颗粒发生溶蚀为主;胶结物的溶蚀作用,主要是碳酸盐类胶结物和沸石类胶结物的溶蚀作用等,杂基溶蚀现象较少见。胶结物和碎屑颗粒边缘呈不规则溶解,形成粒间溶孔(图 2k);碎屑颗粒内部分组分发生溶蚀,形成斑点状、条纹状粒内溶孔;长石颗粒则常沿长石解理缝溶蚀,溶蚀强烈时在扫描电镜下长石颗粒被溶蚀成蜂窝状而形成粒内溶孔(图 2l)。溶蚀作用形成的次生孔隙改善了储层物性,对百口泉组优质储层的形成有积极作用。

4 成岩序列及孔隙演化 4.1 成岩阶段划分

根据对准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组砂砾岩微观特征的详细观察,结合扫描电镜和电子探针对砂砾岩各类成岩特征和自生矿物的分析,参考行业标准及部分学者对成岩阶段的划分方案[22, 23],依据研究区实际情况制定出了适合本区碎屑岩的成岩阶段综合划分方案,将成岩阶段划分为早成岩和晚成岩2个阶段,各阶段分为A和B两期,具体考虑了以下几个方面的因素:1)有机质成熟度。2)岩石中颗粒接触特征和孔隙组合类型。岩石的结构特征是成岩演化最直接的反映,也是最容易观察到的成岩现象,因此它是成岩阶段划分的重要依据之一。3)自生矿物含量及特征。是划分成岩阶段的另一个重要的岩石学依据,主要受控于温度、压力、孔隙流体组分和酸碱度特征,是反映成岩环境的重要证据。

研究区镜质体反射率Ro值为1.3%~2.0%,有机质演化处于成熟——高成熟阶段;储层埋藏深度较大,主要为2 200~3 800 m,碎屑颗粒以线接触为主,压实作用对储层物性影响大;碎屑岩中富含火山岩岩屑,成岩自生矿物中开始出现晚期铁方解石,并交代石英颗粒,使其边缘呈港湾状;碎屑岩中碳酸盐类、沸石类和长石类等易溶矿物含量高,方沸石和片沸石等自生矿物普遍发育,高岭石、伊利石和绿泥石等自生黏土也较常见,当孔隙水地球化学环境(特别是pH值)发生变化时,自生黏土矿物易发生溶蚀作用;孔隙类型主要为残余粒间孔、粒间和粒内溶孔,常见长石和沸石类矿物发生溶蚀作用,次生孔隙所占比例较大。综合上述成岩作用特征和孔隙类型研究,确定研究区储层主要处于晚成岩阶段B期,按照自生矿物成因及成岩事件的相对顺序,结合薄片观察和扫描电镜下各类成岩现象的分析,归纳出研究区储层成岩作用序列:压实作用→早期方解石胶结物形成→硅质胶结和石英次生加大→孔隙衬边绿泥石→烃类充注→长石颗粒溶蚀→自生高岭石形成→方解石溶解→晚期碳酸盐胶结→自生伊利石;建立了研究区成岩序列图(图 7)。

图 7 玛北地区三叠系百口泉组储层成岩序列图

Fig. 7 Diagenesis stages of Triassic Baikouquan Formation in Mabei region

4.2 孔隙演化

孔隙演化与沉积微相和成岩作用关系密切,沉积微相决定储层物性的平面展布,而成岩作用决定着储层物性的纵向延伸。成岩作用与碎屑孔隙的发育和演化有着重要关系,不仅影响着原生孔隙的保存、次生孔隙的分布及孔隙的连通性,而且还影响着油气的储集性能和渗流能力。

压实作用是破坏研究区储层孔隙的主要成岩作用,特别在早成岩期,是破坏原生孔隙的主要因素。Scherer[24]提出的计算砂岩原始孔隙度公式为

Фi=20.91+22.9/So 。 (1)

式中:Фi为储层原始孔隙度;So为分选系数。

通过对储层薄片和粒度曲线的具体分析和统计得知,研究区分选系数为1.09~2.87,百口泉组原始孔隙度为28.9%~41.9%,平均为35.6%。

研究区埋藏较深,压实作用强,压实作用对储层孔隙度的破坏程度可通过恢复压实后剩余粒间孔隙来定量评价。因此,恢复压实后剩余粒间孔隙度也是评价后期化学胶结作用、交代作用对孔隙的破坏和次生孔隙形成对整体孔隙度增加程度的定量前提[25, 26]。用原始孔隙体积减去压实后剩余粒间孔隙体积即为压实作用导致损失的孔隙体积:

Vd=Vi-Vs ; (2)

Vs=Vm+Vn 。 (3)

其中:Vd为压实作用导致损失的孔隙体积;Vi为储层原始孔隙体积;Vs为压实后粒间剩余孔隙体积;Vm为实测粒间孔隙体积;Vn为胶结物体积。

根据式(2)和式(3)及压实作用与胶结作用对孔隙损失关系(图 5),研究区三叠系百口泉组储层由压实作用引起的孔隙损失为15.8%~34.1%,平均为19.5%;随着成岩作用的进行,发生方解石、硅质胶结及石英自生增大,出现沸石类胶结物,这些黏土矿物充填于原生粒间孔隙中,进一步减小储层孔隙度,研究区由胶结作用造成原始孔隙损失为1.8%~15.2%,平均为7.2%;经过压实作用和胶结作用,原始孔隙破坏严重,孔隙度骤减,原始粒间孔隙基本消失殆尽,储层物性极差。根据图 5图 8可以看出,百口泉组储层以压实作用为主,随着储层埋藏深度的增加,原生孔隙损失严重,孔隙度呈明显减少趋势;但玛北地区三叠系百口泉组储层在3 500 m处存在一个明显的次生孔隙发育带,恰好为T1b2段储层的深度(图 8),形成百口泉组的优质储层。其原因是在晚成岩阶段B期,由于烃类充注作用,储层孔隙流体pH值降低呈酸性,在酸性流体介质条件下,碳酸盐和沸石类胶结物及易溶杂基发生溶蚀作用,形成了大量次生孔隙。溶蚀作用改善了储层物性,为建设性成岩作用。对研究区20余口井316张铸体薄片镜下观察分析表明,研究区因溶蚀作用增加的孔隙度约为5.2%;进入晚成岩阶段B期,随着溶蚀作用对酸液的消耗,孔隙流体呈碱性,造成晚期碳酸盐胶结作用,使得研究区孔隙度减少2.2%~8.6%,百口泉组经历复杂的成岩作用之后最终孔隙度为4.2%~16.5%。

图 8 玛北地区百口泉组孔隙度与深度关系图

Fig. 8 Relationship between porosity and depth of Baikouquan Formation in Mabei region

综上,玛北地区三叠系百口泉组储层在早成岩阶段经历了较强的压实作用,储层原生孔隙损失严重,早期碳酸盐的胶结作用占据了粒间孔隙空间,进一步破坏了储层物性;晚成岩阶段发生的溶蚀作用产生的次生孔隙在一定程度上改善了储层的物性。根据各个成岩阶段的成岩作用特征及其对孔隙度的影响,归纳总结出玛北地区三叠系百口泉组储层孔隙演化模式图(图 9)。

图 9 玛北地区三叠系百口泉组储层孔隙演化模式图

Fig. 9 Porosity evolution of Triassic Baikouquan Formation in Mabei region
5 结论

1)准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层岩性主要以砾岩为主,其次发育少量砂岩;砂岩类型主要以岩屑砂岩为主,偶见长石岩屑砂岩;砂砾岩的粒间孔隙中含有较多的杂基,具有分选较差、磨圆中等、成熟度低的特点。研究区储层孔隙类型以粒间孔和溶蚀孔隙为主,为低孔低渗储层,孔隙度差别较小,主要分布在4%~16%,而渗透率差别较大,分布区间为(0.01~10.00)×10-3 μm2

2)研究区储层埋藏较深,成岩作用复杂,主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用等多种成岩作用。压实作用是破坏储层物性的主控因素。胶结作用对孔隙的演化起着双重作用,胶结物占据了砂砾岩的粒间孔隙,减少了储层的孔隙度,但是由于早期胶结物的支撑作用,减缓了后续的压实作用,成岩阶段后期,胶结物为溶蚀作用的发生提供了物质基础。溶蚀作用形成大量次生孔隙,改善了储层物性。

3)通过对储层成岩特征和自生矿物的分析确定玛北地区三叠系百口泉组主要处于晚成岩阶段B期。不同成岩作用对孔隙演化影响不同,压实作用使储层原始孔隙损失平均达19.5%,其次为胶结作用,造成孔隙度减少平均约为7.2%,易溶组分发生的溶蚀作用形成的次生孔隙则有效地改善了储层的物性,研究区溶蚀作用增加的孔隙度约为5.2%。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201601103
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文章信息

陈波, 王子天, 康莉, 张顺存, 史基安
Chen Bo, Wang Zitian, Kang Li, Zhang Shuncun, Shi Ji'an
准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层成岩作用及孔隙演化
Diagenesis and Pore Evolution of Triassic Baikouquan Formation in Mabei Region,Junggar Basin
吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(1): 23-35
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2016, 46(1): 23-35.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201601103

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收稿日期: 2015-04-19

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