准噶尔盆地乌尔禾地区风城组云质致密油储层特征

潘晓添，郑荣才，文华国，祁利祺，郑 泽，李 云

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石油新疆油田公司 实验检测研究院，新疆 克拉玛依834000；3.中国石化东北油气分公司 松南采气厂，吉林130000）

当前，致密储层（致密油）的油气地质意义已越来越受到国内外石油工业界的重视，逐渐成为非常规油气勘探领域的新热点[1－6]。准噶尔盆地乌尔禾地区下二叠统风城组云质致密储层就是此类非常规油藏的典型代表，具备巨大的勘探潜力和开发前景。与此同时，也面临着勘探风险大的突出难点，制约着风城组致密油藏的开发效益。

本文以岩心观察、岩石薄片鉴定、扫描电镜、X射线衍射和物性分析等测试方法和数据为基础，通过储层岩石学特征、储集空间类型和物性特征，对准噶尔盆地乌尔禾地区下二叠统风城组云质岩致密储层成因及控制因素进行研究，旨在为提高致密油藏的勘探开发效果提供基础地质资料。

1 地质概况

准噶尔盆地在早、中二叠世处于前陆盆地构造－沉积演化阶段[7－10]，早二叠世火山活动强烈，主体发育火山岩、火山碎屑岩和碎屑岩，先后接受了半深湖－深湖相的下二叠统佳木河组和风城组沉积；至中二叠世晚期火山活动逐渐停息，以沉积冲积扇、扇三角洲和湖泊相的中二叠统夏子街组和下乌尔禾组为主[11，12]。乌尔禾油田位于准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带的乌尔禾构造带（图1），平面上可划分为断裂带和斜坡区2个次级构造单元，储层主要为风城组的湖相云化岩类。该油田由于构造活动频繁，深层断裂发育，特别是沿断裂带围绕主体断裂衍生了许多与主断裂平行或斜交的次级断层，构成一系列断阶，为油气运移和遮挡提供了有利条件[13，14]。同时，与断裂伴生的构造裂缝对储层物性改善较大，于致密的云质岩中产生相对物性较好的储层，因此，裂缝发育区也是风城组云质岩致密储层的主要分布区[15]。

图1 准噶尔盆地构造及地理位置图Fig.1 The structure and location of Junggar Basin

乌尔禾地区下二叠统风城组自下而上可划分为岩性组合和沉积环境略有差异的3个段，其中：风一段（P1f1）主要为深灰色凝灰岩、云化泥岩和泥质白云岩薄－中层状互层组合，属于半深湖相沉积；风二段（P1f2）为深灰－灰黑色泥质白云岩与云化泥岩薄互层组合，属于水体加深的深湖相沉积；风三段（P1f3）由深灰色泥质白云岩与云化泥岩互层组合，向上过渡到深灰色砂质泥岩、泥质粉砂岩和云化粉砂岩互层组合，岩性由细变粗，凝灰质和白云质组分逐渐减少而粉砂含量增多，属于半深湖－前扇三角洲－扇三角洲前缘相沉积（图2）。

2 储层特征

2.1 储层岩石学特征

风城组半深湖－深湖相沉积可划分为白云岩、云化岩、粉砂岩、凝灰岩和盐岩等5种主要的岩石类型，各岩类都具有不同程度的含油气性。

2.1.1 白云岩类

白云石的质量分数＞50%，但很少有达到90%以上的，成分不纯，往往含有较多凝灰质或粉砂质非碳酸盐矿物，岩石类型主要有泥晶白云岩、粉晶白云岩、泥质白云岩、粉砂质白云岩、凝灰质白云岩和膏质白云岩等（图3－A），各类型对储层发育较为有利。

2.1.2 云化岩类

大多含有10%～50%的白云石，平均为18.8%，岩性主要为粒度很细的云化凝灰岩（含云凝灰岩、云质凝灰岩、凝灰质云岩）、云化泥岩、云化粉砂岩等，以云化凝灰岩最为普遍（图3－B）。由于大多数岩石中白云石为非主矿物成分，且主要以成岩期热液交代硅酸盐形成的次生白云石为主，属交代白云石化成因，因此，本文将此类岩石统称为云化岩，为一类对储层发育最有利的岩性。

通过风城组各取心井段的岩性统计，发现无论是断裂带还是斜坡区，云化岩主要发育在风二段和风三段，风一段仅局部发育。鉴于沿断裂带发育的云化岩的脆度较大，受后期构造断裂影响更易破裂和被溶蚀而有利于孔隙－裂缝型储层发育。斜坡区云化岩的垂向分布与富含有机质的深湖相泥岩相间发育，二者厚度呈正相关性，可共同构成大套源、储共生的“致密油”发育段[2，3]。从风城组各段云化岩厚度平面分布图上，可看出云化岩分布有如下3个特点：（1）风一段云化岩主要分布在工区东南部断裂带，呈长条状近南北向展布，平均厚度78m；而斜坡区云化岩几乎不发育。（2）风二段云化岩主要分布在工区中部的斜坡区，呈“胃形”的宽带状北东－南西向展布，平均厚度74m。（3）风三段云化岩主要分布在西南部斜坡区，呈不规则宽条状展布，平均厚度92m（图4）。

2.1.3 粉砂岩类

风城组常见的粉砂岩为泥质粉砂岩、云质粉砂岩和凝灰质粉砂岩，常与凝灰岩和凝灰质白云岩互层（图3－C），对储层发育较为有利。

2.1.4 凝灰岩类

常见者为含云凝灰岩和粉砂质凝灰岩，通常呈灰色，岩性致密，常夹有纹层状分布的硅质、粉砂质或泥质条带，具微细水平层理、沙纹层理，裂缝发育，且大部分被白云石、方解石和硅质充填（图3－B）。含脆性矿物的凝灰岩对储层发育也较为有利。

2.1.5 盐岩类

图2 乌尔禾地区风南4井风城组沉积相柱状图Fig.2 The sedimentary facies histogram of Fengcheng Formation in the Urho area

风城组中的盐类矿物类型丰富而独特，常见的盐类矿物以硅硼钠石（Na[BSi3O8]）和碳酸钠钙石 （Na2CO3·2CaCO3）最为典型[16，17]；但纯的硅硼钠石岩和碳酸钠钙石岩仅局部发育，更常见的是盐类矿物以集合体形态赋存于云化凝灰岩中。其中硅硼钠石主要以条带状和透镜状形式产出，碳酸钠钙石主要呈板条状斑晶产出（图3－D，E，F）。含此2种盐类矿物的岩石对储层发育都较为有利。

2.2 储集空间类型和特征

2.2.1 孔隙类型

包括原生孔、晶间孔和次生溶孔。原生孔隙发育较少，主要是安山岩中发育的气孔，孔隙连通性差。晶间孔的孔径一般不超过几微米，自生矿物中较常见，对改善储层有一定的贡献，但很有限。最有利储层发育的孔隙类型以次生溶孔为主，主要由白云石、方解石、长石、硅硼钠石等矿物遭受溶蚀形成，孔径大小不一（图3－G，H，I），主要发育于斜坡区。

2.2.2 裂缝

研究区内风城组裂缝极为发育，可分为2种成因类型：一种由成岩压实作用形成，分布杂乱，全充填，对储层基本无贡献；另一种为构造破裂缝，有斜交缝、网状缝和直立缝，密度一般为3～10条／m，缝宽0.2～10mm，缝长5～120cm。裂缝中次生矿物充填物较少、开启程度较高，可有效提高储层的渗透率，对储层发育有利（图3－J，K，L）。此类裂缝受构造活动影响强烈，具有主断裂位置两侧裂缝发育程度高，而远离断裂位置裂缝数量和发育规模均减小的分布特点。据已有试井资料，几乎90%的油井处在主断裂带位置两侧的附近。

图3 风城组主要储集岩特征和储集空间类型Fig.3 Reservoir rocks characteristics and reservoir interspace types of Fengcheng Formation

通过对乌尔禾地区风城组各类储集岩非定向样品声发射实验结果分析，发现风城组储层构造裂缝有3个主要发育期，其中对应③Kaiser效应点的构造裂缝可能为印支运动的产物，对应②Kaiser效应点的构造裂缝可能为燕山运动的产物，对应①Kaiser效应点的构造裂缝可能为喜马拉雅运动的产物（图5）。综合考虑，认为印支运动和燕山运动对裂缝的形成起决定性作用。

2.3 孔隙结构特征

压汞数据表明研究区各类储层基质岩的孔隙结构都较差（表1），毛管压力曲线呈细歪度，喉道半径较细小，普遍＜1μm，分选系数＜3，孔喉分布均匀度为中等到差，对应储层的渗透率普遍很低，大部分为＜0.1×10－3μm2。

图4 乌尔禾地区风城组各岩性段云化岩厚度平面分布图Fig.4 The plans of the thickness of dolomitized stone in every section of Fengcheng Formation in the Urho area

图5 风城组各类储集岩非定向样品声发射实验AE曲线图Fig.5 The AE plot of acoustic emission experiment for omnidirectional samples from different reservoir rocks of Fengcheng Formation

表1 风城组储集岩孔隙结构Table1 Pore textures of the reservoir rocks from Fengcheng Formation

2.4 储层物性特征

2.4.1 不同岩石类型的储层物性特征

图6 风城组不同储集岩孔隙度和渗透率分布直方图Fig.6 Distribution histogram of porosity and permeability of the different reservoir rocks from Fengcheng Formation

风城组储层类型可划分为粉砂岩类、云化岩类、含脆性矿物的凝灰岩类和盐岩类4大类型。通过对近300件不同岩类样品的孔、渗数据统计（图6），结果显示：粉砂岩类储层平均孔隙度和渗透率分别为4.4%，2.63×10－3μm2；云化岩类储层平均孔隙度和渗透率分别为3.46%，4.71×10－3μm2；凝灰岩类储层平均孔隙度和渗透率分别为3.95%和1.03×10－3μm2；盐岩类储层平均孔隙度和渗透率分别为 4.55%，3.40×10－3μm2。其中以云化岩类和粉砂岩类储层物性相对较好，但从总体上看，4个不同岩类的储层孔隙度和渗透率都较低，都属于典型的低孔、低渗型致密储层[2，3]。

2.4.2 不同构造区块的储层物性特征

研究区按次级构造单元的分布位置，可进一步划分为断裂带和斜坡区2个区块。对此2个区块岩石实测孔隙度统计分析，结果表明：位于断裂带上的样品近50%实测孔隙度＞4%，50%以上实测渗透率＞0.1×10－3μm2（图7－A，B），大部分属于低孔低渗型储层；而位于斜坡区的样品50%以上实测孔隙度＜2%，70%以上实测渗透率＜0.1×10－3μm2（图7－C，D），大部分属于超低孔超低渗型储层。通过对比得知，发育于断裂带上的储层孔、渗性明显好于斜坡区储层。

2.4.3 不同构造区块的储层类型差异

根据岩心观察结果、铸体薄片及扫描电镜等分析化验成果，结合孔渗相关性分析，对2个区块储层类型分别进行研究，结果表明：断裂带储层孔－渗相关性较差（图8－A），反映裂缝对改善储层的孔、渗性，特别是渗透性有重要贡献，以发育孔隙－裂缝型储层为主；斜坡区储层孔－渗相关性较断裂带相对较好，但总体仍较差（图8－B），反映裂缝对改善储层的孔、渗性仍有贡献，以发育裂缝－孔隙型储层为主。

3 储层控制因素分析

根据岩心观察、薄片鉴定、物性统计和其他分析资料，表明乌尔禾地区风城组云质致密储层的发育无疑受到沉积相、岩性、成岩作用、裂缝（构造作用）及异常高压的影响与控制。基本规律为：沉积相、岩性和异常高压决定了储层的分布、类型和发育规模；破坏性成岩作用，如充填、胶结和压实、压溶对储层有一定程度的破坏作用；而建设性成岩作用，如溶蚀、破裂作用有效地改善了储层的储渗能力[18]。

图7 乌尔禾地区风城组孔渗分布直方图Fig.7 The distribution histogram of porosity and permeability of Fengcheng Formation reservoirs in the Urho area

图8 风城组储层孔隙度和渗透率关系Fig.8 Relationship between the porosity and permeability of Fengcheng Formation reservoirs

3.1 沉积相和岩性对储层发育的控制

乌尔禾地区风城组沉积相类型可以划分为扇三角洲相和陆缘近海湖相，风城组储层主体发育于陆缘近海湖相内半深湖－深湖亚相中的云化岩微相、远源浊积砂微相和火山灰流微相中。其中云化岩微相包括有云化泥岩、泥质云岩、云化粉砂岩、云化凝灰岩、粉砂质云岩、凝灰质云岩、含云粉砂岩、含云泥岩等类型，是构成研究区风城组储集岩主要岩石类型。因此，半深湖－深湖亚相的各类云化岩微相都为最有利的储集微相。

断裂带风城组云化岩类储层具有明显的孔隙－裂缝双重介质特征，孔隙与裂缝的发育程度与配置关系对储层物性影响极大。综合乌尔禾断裂带风城组各类岩性的350件样品物性分析资料（表2），储集岩孔隙度分布在0.1%～12.52%之间，平均值为3.35%；渗透率变化范围很大，在0.01×10－3～30.89×10－3μm2之间，平均值为1.31×10－3μm2。斜坡区风城组云化岩类储层为低孔低渗的裂缝－孔隙型储层。综合乌尔禾斜坡区风城组各类岩性的175件样品物性分析资料（表3），储集岩孔隙度分布在0.1%～9.28%之间，平均值为3.77%；渗透率变化范围较大，分布在0.01×10－3～23.28×10－3μm2之间，平均值为1.14×10－3μm2：属于典型的致密油储层。

表2 乌尔禾断裂带地区岩性与物性关系Table2 Relationship between lithology and petrophysics of the fracture belt of FengchengFormation

表3 乌尔禾斜坡区岩性与物性关系Table3 Relationship between lithology and petrophysics of the slope belt of FengchengFormation

3.2 成岩作用对储层发育的控制

乌尔禾地区风城组岩石的成岩作用类型较多，包括脱玻化作用、压实和压溶作用、充填作用、胶结作用、交代作用、重结晶作用、白云化作用、破裂作用、溶蚀作用、黄铁矿化作用、硬石膏化作用、硅化作用和溶解作用。以下仅讨论与储层发育密切相关的2种主要成岩作用方式。

3.2.1 破坏性成岩作用

a.压实和压溶作用。对储层发育起破坏作用的成岩作用类型较多，但以压实和压溶作用的破坏性最大。随着压实程度的增加，颗粒接触关系由以点接触为主逐渐变为以线接触、凹凸接触为主，直至局部出现压溶现象。压实作用的中后期，往往导致岩石和碎屑颗粒破裂而形成压裂缝，但这类成岩压裂缝往往容易被次生方解石脉或硅硼钠石等盐类矿物充填胶结。压实作用从沉积物堆积开始，持续到晚成岩阶段，贯穿了整个成岩过程；但主要在早成岩阶段影响最大，是导致原生粒间孔急剧减少的主要原因。

b.自生矿物充填和胶结作用。充填和胶结作用对储层破坏仅次于压实和压溶作用，主要发生在中成岩阶段。乌尔禾地区风城组自生矿物类型多样，常见石英、黄铁矿、方解石、白云石、石盐和硅硼钠石等矿物充填、胶结孔隙和裂缝，其中以方解石对裂缝和溶缝的充填作用对储层物性的破坏性较大，极大地减小了孔隙空间。

3.2.2 建设性成岩作用

a.破裂作用。乌尔禾地区跨越西北缘断裂带和斜坡区，构造变形作用强烈，破裂作用是研究区特别是断裂带风城组岩石中最普遍的成岩现象，是对储层发育贡献最大的成岩作用类型之一。破裂作用从早成岩阶段B期开始，到晚成岩阶段结束。其中的中成岩阶段是破裂作用最为强烈时期，大量裂缝在这一时期形成。早期形成的裂缝往往容易被方解石及硅硼钠石等盐类矿物充填而闭合，对储层贡献不大；而较晚期形成的裂缝多具开放性（图3－K），对改善储层的渗透性、沟通流体通道起着重要作用。

b.溶蚀作用。无论是碎屑岩还是碳酸盐岩储层，溶蚀是最为普遍的成岩作用类型，对增加储层储集空间、提高孔隙连通性有重要贡献。乌尔禾地区风城组的溶蚀作用非常普遍，在早成岩阶段和中成岩阶段均有发生，以早成岩阶段B期至中成岩阶段A期最为强烈，主要表现为硅硼钠石等盐类矿物和碳酸盐矿物的溶蚀形成粒间溶孔、晶间溶孔和铸模孔（图3－I），部分岩石次生溶孔连通或破裂作用形成的裂缝促进了溶蚀作用进行而形成连通性更好的溶缝，对改善储层孔、渗性和沟通流体运移通道有更大贡献。

c.重结晶作用。矿物的重结晶作用有利于晶间孔的形成，对改善储层也具有一定的意义。乌尔禾地区风城组易发生重结晶作用的矿物主要为白云石和硅硼钠石等盐类矿物。重结晶作用发生的时间为早成岩阶段到中成岩阶段，主要集中在早成岩阶段A期至中成岩阶段B期，表现为白云石晶体由泥、微晶重结晶为粉、细晶甚至中晶，硅硼钠石晶体重结晶为粗大的晶粒（可达数毫米，图3－H），原有的微细晶间孔也重组为更大的孔喉（图3－H），对改善储层物性有一定建设性作用。

3.3 构造作用对储层的控制

构造作用对储层的控制表现在2个方面：（1）区域构造运动提供了储层发育的基本条件，构造裂缝改善了储层的储渗性能；（2）断裂作为地下流体的良好疏导体，为后期酸性介质溶蚀作用提供运移通道。

乌尔禾地区位于准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带的乌尔禾构造带，区域构造演化表明，该区早二叠世处于中－晚海西运动期，主体断裂和褶皱活动强烈，周缘褶皱成山、推覆体形成，同时伴随较广泛的火山活动，奠定了本区前陆盆地短期伸展火山活动阶段构造格局，构造挤压力方向为北西向。其后的印支和燕山等多期次幕式推覆构造运动又不同程度地改造了断裂分布，影响了储层储渗性能。强烈的构造作用形成了一系列较大规模的主断裂并衍生出很多次生断裂，控制着油气的运移、富集和分布规律。在构造应力的作用下，储集岩易发生碎裂、产生裂缝，其中云化岩类因微层理较发育常易形成层间缝，对储层物性有较大的改造作用，产生相对优质的云化岩类储层。

风城组储层物性与断裂关系密切，据岩心裂缝密度统计数据和孔渗数据表明，越靠近断裂附近有效裂缝密度越高，储层孔隙度和渗透率也明显较高，反之亦然（图9）。

3.4 异常高压对储层发育和成藏的影响

根据前人研究成果，准噶尔盆地侏罗系、二叠系和三叠系中均存在异常高压层[19－22]，引起乌尔禾地区风城组异常高压的机制包括如下几点：（1）风城组细粒沉积物快速沉积之后，在上覆地层压力作用下压实脱水，随埋藏深度增加，渗透率迅速降低，成岩压实过程中孔隙水的排出受到限制和阻碍，滞留在泥岩等致密岩中，由欠压实作用产生异常高压。（2）有机质成烃过程中释放出大量气体，导致岩石孔隙膨胀、体积增大，大幅度提高岩层中的压力。由于风城组岩性普遍致密、渗透性较差，不利于地层压力释放，从而形成异常高压。（3）乌尔禾地区上冲推覆构造发育，上覆地层对下伏地层产生巨大挤压力，导致岩石负荷快速增加、压力无法泄出而形成异常高压。（4）有机质热演化过程中形成的富含有机酸流体沿断裂运移，由于盐类矿物的局部富集导致热传导率和地温梯度相应增高，岩石骨架和孔隙流体的体积随之膨胀，且孔隙流体的膨胀远远大于岩石骨架体积的增加，孔隙流体难以排出而形成异常高压。

图9 乌尔禾地区风城组裂缝密度与距断裂距离的关系Fig.9 Relationship between the fracture density and the distance from the fault of Fengcheng Formation in the Urho area

从总体上看，乌尔禾地区风城组于特殊地质背景条件下形成的异常高压是控制致密储层发育和油气分布的重要因素，具体表现为：（1）异常高压是研究区内油气运聚的重要动力来源。（2）异常高压使风城组内部的次生孔隙得到有效保存，并抑制了油气散失。（3）异常高压有利于储层微裂缝发育，提高了储层的储渗性能。（4）异常高压形成的流体势能驱动流体从凹陷中心向边缘流动，最终形成围绕生油凹陷分布的致密油藏格局。因此，在乌尔禾地区风城组中，异常高压带往往是致密油储层中“甜点”的产出位置，也是有利储层发育带和致密油藏预测目标。

4 结论

a.乌尔禾地区风城组储集岩以云化岩类为主，有利储集相带为半深湖－深湖相的云化岩发育区，也是致密油储层发育的背景条件和物质基础。

b.乌尔禾地区风城组储层发育主要与破裂和溶蚀作用有关，以各类裂缝为通道，成岩流体对白云石和盐类矿物溶蚀强烈，可形成丰富的次生溶孔和溶缝，因此，经历构造破裂和溶蚀作用是提高储层级别和形成好储层的必要过程。

c.乌尔禾地区风城组储层类型受断裂带和斜坡区2个不同构造背景性质的小区块控制，其中断裂带主要发育裂缝型和孔隙－裂缝型储层，斜坡区以发育裂缝－孔隙型储层为主。

d.乌尔禾地区风城组致密油储层的发育同时受沉积相、岩性、成岩作用、构造作用和异常高压复合控制。其中压实－压溶和胶结充填作用是破坏储层储集性能的主要因素；溶蚀、破裂和重结晶作用是提高和改善储层储集性能的重要因素；异常高压区是控制储层发育和油气分布的重要因素，也是致密油储层中“甜点”的产出位置和致密油藏预测目标。

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