塔里木盆地英买力地区志留系储层构造挤压及火山热液改造效应①

张荣虎 张惠良 周晨光 沈 扬 寿建峰 王 波

(1．中国石油杭州地质研究院 杭州 310023;2．中国石油东方地球物理公司研究院库尔勒分院 新疆库尔勒 841000)

0 引言

国内学者认为构造挤压、火山作用对砂岩储层的影响主要表现4个方面:形成储层流体异常压力;致使储层基质孔隙体积缩小，孔隙度减低，甚至裂缝形成;造成地层流体及油气运移，并伴随次生水—岩相互作用，形成次生孔隙或胶结物;同沉积火山作用可以形成大量凝灰岩屑，为储层后期溶蚀作用提供有利物质基础(刘宝珺，1992;贾承造，1997;孙雄，1998;寿建峰，2003;张凤奇，2012;熊建华，2010;李义军，2009，等)［1～19］。塔里木盆地志留系沥青砂岩主要分布在巴楚隆起、柯坪断隆、塔中隆起、塔北隆起、塔东南隆起及其周缘地区，面积可达7×104km2，是油气勘探的重要目的层系之一，在巴楚麦盖提斜坡、塔中隆起、塔北隆起和盆地东部油气勘探相继取得重要进展，尤其在塔北隆起英买力地区获高产工业油气流(英买34、英买35)更引起了对志留系勘探和研究的高度重视(郭少斌，2007;施振生，2007)［20～24］。通过研究表明英买力地区志留系柯坪塔格组储层具有相似的沉积环境、岩矿特征和埋藏深度;但储层性质差异较大，英买34井区以残余粒间孔为主，孔隙度10%～20%，渗透率为 5×10－3～300×10－3μm2;英买 35 井区以裂缝和溶蚀孔为主，孔隙度5%～10%，渗透率为0．01×10－3～10×10－3μm2;两口井相距不到 20 km，储层孔隙度却相差7%～8%，什么原因导致储层的差异性，本文在分析储层沉积岩相、沉积环境 、岩矿特征和埋藏深度等常规因素对储层控制作用的同时，重点研究构造挤压作用和火山热夜作用对储层性质的影响，综合定量分析导致英买力地区局部储层性质差异的原因。

1 区域地质背景

塔里木盆地塔北隆起英买力地区英买34井—英买35井—英买37—英买41井区志留系柯坪塔格组上段以海相无障壁碎屑滨岸沉积为主，主要发育临滨、前滨亚相，横向分布稳定，东西向展布较广泛(图1)。志留系主要发育2种构造样式:挤压褶皱型(如英买35、英买35-1)、拉张断块型(如英买34、英买34-H1);2期断裂(海西早期逆冲断裂、海西晚期正断裂)，其中英买35井—英买37—英买38—英买42—英买43井区2期断裂都发育，英买34—英买39—英买41井区仅发育海西晚期正断裂;2种性质构造作用分别为局限发育于海西早期的挤压型构造作用，海西晚期的拉张型(李曰俊，2008)［15］。二叠纪火山侵入体广泛发育，平面上火山口—近口相位于西南部，溢流相位于英买8—英买30—羊塔3—羊塔6—羊塔10—英买16井区呈环状分布，溢流—沉积相主要分布于羊塔2以北地区，纵向上即可刺穿志留系也可沿志留系顺层分布(如英买 35 井区)［25，26］(图 2)。

2 构造挤压对储层的成岩效应

2．1 英买力地区志留系(柯坪塔格组)储层性质受控于构造挤压和火山热效应

岩芯、薄片资料表明:英买34、英买35井区储层为细－中粒岩屑石英砂岩，总体上成分差别不大(除胶结物)，储集空间以残余原生粒间孔为主，但英买34井区、英买35井区孔隙度差异7%～8%(图3)。其原因主要为成岩早期构造挤压强度差异造成的，英买34井区平均压实减孔量为22．76%，英买35井区平均压实减孔量为29．61%，比英买34井区多7．1%。其次是火山作用的热效应，导致了英买35井石英颗粒强烈次生加大，导致孔隙减小，其依据如下:

图1 塔北地区志留系柯坪塔格组上3段沉积相平面分布图Fig．1 Map showing the distribution of sedimentary facies ofin north Tarim Basin

图2 塔北隆起英买力地区火成岩相带展布图Fig．2 Map showing the distribution of igneous facies in Yingmaili area

(1)颗粒接触关系的不同与正常埋藏压实的关系不大。在埋深差异不大的情况下，英买34井区志留系储层颗粒间以点及点线接触为主(图4A);英买35井区志储层颗粒间以线接触为主，可见明显的压实、压溶特征，同时英买35井区处于早海西期近东西向挤压型断裂带，从构造样式及地层褶曲变形上表明该井区构造挤压作用对储层有至关重要影响(图4B，C，D)。

(2)英买34井区与英买35井区石英颗粒次生加大的方式不同。英买34井储层石英加大方式以胶结充填作用为主，自形特征明显(图4A)，主要与地层流体沉淀有关，石英次生加大的同时受构造挤压作用不明显;英买35井区储层石英颗粒加大以压实压溶作用为主，石英颗粒在强挤压、压实和热液作用下溶解再沉淀，他形特征明显，表明受构造挤压或热效应明显(图 4B，C，D)。

图3 英买力地区英买34井区、英买35井区志留系柯坪塔格组上1亚段孔隙度直方图Fig．3 Histogram of the distribution of porosity ofin Yingmai 34 and Yingmai 35

图4 英买35井志留系碎屑颗粒压实强度明显大于英买34井A．英买 34 井，5 387 m，细粒岩屑石英砂岩，硅质加大2．8%，以点接触为主，孔隙度14．4%;B．英买 35-1 井，5 590．8 m，中细粒石英砂岩，硅质加大1．5%，颗粒嵌合，孔隙度4．98%;C．英买35-1井，5 574．24 m，挤压作用形成的糜棱岩化条带;D．英买35井，5 588．38 m，强挤压作用造成的糜棱岩化现象。Fig．4 Clastic particles in Yingmai 35 are obviously more compacted than those in Yingmai 34

图5 英买35井、英买37井区志留系储层包裹体均一温度直方图Fig．5 Homogenization temperature distribution of Silurian inclusions in Yingmai 35 and Yingmai 37

(3)火山热液作用可能是造成英买34井区、英买35井区储层物性差异的另一重要原因。英买35井储层盐水包裹体均——温度主峰值为 120℃～130℃，而英买37井区为100℃～110℃，低于英买35井区(图5)，表明岩浆活动对近距离的英买35井影响要高于相对远距离的英买37井区，而英买34井区相对更远离火山岩区，因此，英买35井区受火山热液影响相对较大。

图6 不同初始孔隙度下挤压应力减孔率与孔隙度关系Fig．6 Diagram showing how compressive stress influences with different initial porosities

2.2 英买35井区构造挤压发生时期早，储层构造成岩效应明显

构造成岩效应是多方面的，包括以物理作用方式为主的储层孔隙体积缩小、裂缝形成(构造缝和压碎缝)，以及流体活动、流体压力变化(寿建峰，2005)［5］。英买力地区局部志留系早海西期构造挤压强烈，构造成岩效应显著。构造挤压对储层的影响取决于构造产生的时间、构造的作用方式和砂岩的原始组构。

图7 构造应力与细—中粒岩屑石英砂岩构造压实减孔分析图Fig．7 Tectonic stress decreasing porosity on fine-medium grained lithic quartz sandstone

实验分析表明:不同储层物性条件下，构造应力与砂岩压实减孔率呈正比，储层成岩越弱，构造减孔越强烈(图6，7)。英买35井区志留系柯坪塔格组上段储层在泥盆纪末、二叠纪早期和侏罗纪经历三次抬升剥蚀过程，其承受构造作用十分强烈，构造运动初期柯坪塔格组埋深约1 500 m，此时砂岩孔隙度为30%，在此背景下，构造挤压减孔效应明显，33．73 MPa的有效古应力差异可导致7%～8%减孔量，同时造成构造裂缝的强烈发育(图8)。

2．3 侧向挤压—滑脱型构造样式决定构造应力分布及其强度

侧向挤压—滑脱构造样式储层性质纵向上差异明显，一般沿滑脱面之上储层遭受强构造挤压，物性差，滑脱面之下储层遭受弱构造挤压，物性相对较好，两者差异大小决定于断层面角度，角度越小，差异越小(寿建峰，2003)［3］。英买力地区英买35井区发育侧向挤压高角度滑脱型构造样式，从地震剖面、储层微观特征及最大有效古应力资料来看，断层上盘储层物性较差，下盘物性好，储层性质在纵向上受构造样式控制，差异明显((图9，10)。

图8 英买35-1井区志留系埋藏及孔隙演化史图Fig．8 Diagram of the burial history and porosity evolution for Silurian in Well Yingmai 35-1

图9 侧向挤压—低角度滑脱构造变形样式及变形强度关系Fig．9 Diagram showing the relation of deformation style and deformation strength of lateral compression-low angle detachment structure

图10 英买35井区高角度滑脱型构造样式决定构造挤压差异明显(断层上盘强，下盘弱)Fig．10 High angle detachment structure leads to the obvious difference of tectonic compression

2.4 构造挤压减孔与砂岩原始沉积组构关系密切，细、中砂岩减孔率为4.43%/10 MPa

利用前人成果(丁原辰，1996)［7］及本次实验测定(表1、图11)和测井计算两种方式恢复了英买力地区局部志留系砂岩有效古构造应力，两者相关性良好，有效古应力值一致。英买力地区志留系不同井区最大有效古应力差异较大，最大为英买35井区，为75．7 MPa，向南东、东方向减小。进一步分析表明:构造挤压减孔与砂岩原始沉积组构关系密切，粗砂岩、不等粒砂岩、粉砂岩的压实减孔率最高，细砂岩、中砂岩的抗压实率最强，细—中粒岩屑石英砂岩在构造挤压活动期构造应力减孔率为 4．43%/10 MPa(图 12，13)。

表1 英买力地区志留系砂岩测井有效古构造应力计算表Table 1 Well logging of sandstone effective paleostructure stress for Silurian in Yingmaili area

图11 测井计算与实测有效古应力相关图Fig．11 Correlogram of log analytic and measured effective paleostructure stress

图12 岩屑石英砂岩有效古应力与物性相关图Fig．12 Correlogram showing the relation between the effective paleostress and porosity of lithic quartz sandstone

图13 英买力地区志留系不同构造应力作用下砂岩孔隙度随粒度变化直方图Fig．13 Histogram showing the porosity of sandstone varies with granularity under different tectonic stresses of Silurian in Yingmaili area

3 火山热液作用对储层的成岩效应

图14 理论计算1 km岩体辐射热液温度递减图Fig．14 Theoretical calculations 1 km rock hydrothermal temperature decreasing radiation diagram

图15 砂岩热液作用带砂岩孔隙度随距火山岩体距离变化趋势图Fig．15 Porosity changes with the distance from volcanic rock in sandstone hydrothermal belt

理论研究表明:厚为1 km的岩墙及其围岩的温度分布随时间的变化而变化，当温度为300℃时，其烘烤范围为周围0．5 km(图14)，即影响最大范围为岩体厚度的一半。对新疆巴楚县小海子水库二叠系辉绿岩体对石炭系东河砂岩(岩矿成分、储集空间均质)追踪研究表明:岩体厚度4 km，在距岩体7 km的地方未发现储层性质异常，距岩体2 km的地方发现变质作用界线，在小于2 km的区域发现了强烈变质作用(图15)。在火山热液蚀变影响下储层出现分带性，分别为:高温接触烘烤，低孔高渗破碎带，其代表矿物为透辉石、韭闪石，石英重结晶，缝合线接触。较高温快速升特低孔低渗致密带，其标志矿物为透辉石、黑云母，石英次生加大强烈接触。中温缓慢升温中孔中渗减孔带，其代表矿物为白云母、绿泥石，少量石英次生加大，颗粒以线—点接触为主。低温高孔高渗原岩带，其标志矿物为高岭石、蒙脱石，砂岩颗粒间以点接触为主。储层性质也表现出明显的带状展布特征，具体为距侵入岩体空间厚度一半范围内孔隙度特低，随着距离增大，孔隙度增大，在距离火成岩体大于2倍厚度时趋于原岩孔隙度值(图16，17)，英买力地区在构造挤压和火山侵入体发育区以Ⅲ～Ⅳ类裂缝—孔隙储层为主，在远离构造挤压和火山岩体影响区以Ⅰ～Ⅱ类储层为主(图18)。

图16 火山岩体对砂岩影响分带性变化特征图Fig．16 Diagram showing how volcanic rock influences the zonation of sandstone

图17 火山岩体对砂岩影响变质作用带典型变质矿物特征微观图Fig．17 Microgram showing the characteristics of metamorphic mineral under the influence of volcanic rock

图18 英买力地区构造挤压和火山侵入对志留系砂岩储层物性影响分区图Fig．18 Map showing the tectonic compression and volcanic intrusive influences the sandstone reservoir quality of in Yingmaili area

4 结论

(1)英买35井区志留系砂岩构造压实减孔比英买34井区多7%～8%，二叠纪早期的构造挤压及火山作用产生的张性裂缝改善了英买35井区储层性质。

(2)英买35井区志留系柯坪塔格组石英砂岩储层性质受构造挤压影响明显，构造成岩效应受控于构造作用时间、构造样式和砂岩原始沉积组构。

(3)露头建模表明火山热液对砂岩的影响具有分带性，范围有限，作用范围局限于火山岩体空间厚度的一半，变质矿物的广泛发育是储层性质遭受破坏的见证。

(4)英买力地区火山热液对志留系砂岩储层性质影响范围仅限于濒临火山岩体的英买35、英买7、英买9及英买16井区，其效应是储层石英次生加大增强，减低孔隙度1%～3%。

致谢 在论文撰写过程中受到了塔里木油田分公司杨海军，杭州地质研究院朱国华、李玉文，北京大学关平等专家的亲切指导，在此一并感谢。

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