塔中顺托果勒低隆区柯坪塔格组长石溶蚀及对储层的影响

赵姗姗，张哨楠，万友利

(1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500； 2.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都 610500； 3.中国地质调查局 成都地质调查中心，成都 610081)

塔中顺托果勒低隆区柯坪塔格组长石溶蚀及对储层的影响

赵姗姗1,2，张哨楠1,2，万友利3

(1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500； 2.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都 610500； 3.中国地质调查局 成都地质调查中心，成都 610081)

铸体薄片镜下观察显示，塔里木盆地顺托果勒低隆区志留系柯坪塔格组致密砂岩储层现存孔隙类型主要为残余原生粒间孔，其次为长石溶蚀所形成的次生孔隙。综合利用薄片、扫描电镜、能谱分析、X-射线衍射等分析手段，对长石溶蚀特征、溶蚀机制及对储层物性的影响进行研究。结果表明：钾长石溶蚀形成的次生孔隙比重较大，斜长石较少，而钠长石几乎未被溶蚀。泥盆纪早期—侏罗纪末期为研究区柯坪塔格组致密砂岩储层长石溶蚀形成次生孔隙的主要时期，该时期以钾长石的溶蚀为主，溶蚀形成的次生孔隙仅在未被沥青包覆的局部较为发育。溶蚀产物主要为伊利石及伊/蒙混层，虽然能在一定程度上阻碍石英次生加大，但大大降低了砂体储层孔喉间的连通性，对储层渗透率影响很大。

长石溶蚀；次生孔隙；致密砂岩；柯坪塔格组；顺托果勒低隆；塔里木盆地

砂岩储层的孔隙度一般随埋藏深度的增加而减小，在深埋藏条件下，相对高孔渗砂岩的形成通常源于较好的原生孔隙保存或次生孔隙发育[1]。塔里木盆地顺托果勒低隆区志留系柯坪塔格组平均埋深大于5 000 m，经历了强烈的成岩演化改造，砂岩储层中的原生孔隙破坏较大，长石、岩屑等铝硅酸盐颗粒以及方解石等碳酸盐胶结物受多期溶蚀改造形成次生孔隙，对储层改善起到了至关重要的作用[2-6]。本文以顺托果勒低隆区志留系柯坪塔格组S1k1、S1k3(1)、S1k3(3)等3段砂岩储层为对象，通过铸体薄片、扫描电镜、能谱分析等手段，对其现存孔隙类型进行分析，并通过对长石溶蚀机制及溶蚀产物的研究，进一步分析了长石溶蚀对储层物性的影响，以期为后续油气勘探提供有用信息。

1 区域地质背景

顺托果勒低隆位于塔里木盆地中部，构造位置处于塔北隆起和卡塔克隆起、阿瓦提断陷和满加尔凹陷之间“马鞍形”的鞍部部位(图1)。其宏观构造形态形成于加里东早—中期，定型于喜马拉雅晚期。区内志留系柯坪塔格组为一套浅海滨岸相陆源砂质碎屑沉积，自下而上划分为下砂岩段(S1k1)、中泥岩段(S1k2)和上砂岩段(S1k3)，其中，上砂岩段又可划分为下砂岩亚段(S1k3(1))、中泥岩亚段(S1k3(2))和上砂岩亚段(S1k3(3))[7-10]。

成藏研究表明：志留系柯坪塔格组砂岩储层在加里东晚期(志留纪末期)经历了第一期成藏，但由于加里东晚期的构造抬升使志留系上段普遍缺失，第一期成藏遭到破坏；海西晚期(二叠纪)经历了第二期成藏，为主成藏期；三叠纪之后再一次构造抬升，使全区普遍缺失侏罗系地层，进入白垩纪之后迅速埋深至5 000 m以上，在喜马拉雅中晚期(古近纪—第四纪)经历了第三期成藏[11-12]。

2 储层特征

根据研究区钻遇志留系柯坪塔格组并有取心资料的顺1、顺9、顺901、顺902、顺903、顺904、顺10、顺西2等8口井岩心观察及薄片鉴定结果统计，柯坪塔格组砂岩颗粒组分中石英含量为25%～94%，平均为63.22%；长石含量为1%～40%，平均为8%；岩屑含量为5%～66%，平均为28.78%。其中柯坪塔格组S1k1段主要为岩屑砂岩，岩屑含量远高于S1k3段，且砂岩结构更为致密；S1k3(1)段以岩屑石英砂岩为主，其次为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，含少量长石石英砂岩；S1k3(3)段以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，其次为岩屑砂岩和长石石英砂岩(图2)。这3段砂岩粒度总体较细，以细粒砂岩为主，自下而上砂岩粒度呈逐渐变细的趋势(图3)。镜下观察和物性测试结果显示：3段砂岩总体物性自下向上变好，S1k1段平均孔隙度5.77%，平均渗透率0.96×10-3μm2；S1k3(1)段平均孔隙度7.94%，平均渗透率1.98×10-3μm2；S1k3(3)段平均孔隙度9.83%，平均渗透率3.34×10-3μm2，属特低孔超低渗储层(图4)。

图1 塔里木盆地顺托果勒低隆区构造区划

对60张铸体薄片镜下分析统计结果表明，柯坪塔格组砂岩储层现存孔隙类型主要为残余原生粒间孔，其次为粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等由长石、岩屑等易溶骨架颗粒以及方解石溶蚀所形成的次生孔隙(表1)，此外还存在很少量的杂基及黏土矿物的晶间微孔(在此未做统计)。柯坪塔格组致密砂岩储层中还发育能有效改善储层孔隙连通性的微裂缝(图5a)。

图2 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组砂体三角分类图

图3 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组砂体储层粒度分布频率直方图

图4 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组砂体储层孔隙度—渗透率分布频率直方图

表1 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组储层砂体中孔隙类型及含量

统计结果表明，次生孔隙中以长石溶蚀形成的居多(图5b)，分别占次生孔隙总量的50.9%(S1k1)、63.5%(S1k3(1))、49.1%(S1k3(3))，占总孔隙度的37.6%(S1k1)、39.7%(S1k3(1))、27.9%(S1k3(3))；其次为岩屑溶蚀形成的次生孔隙，但多呈斑点状细小溶孔，且孔隙间连通性较差，所以对储层有效次生孔隙的形成影响有限(图5c,d)；方解石溶蚀形成的次生孔隙占比较小。由此可见，长石溶蚀形成的溶蚀孔隙在柯坪塔格组致密砂岩储层次生孔隙中占主导地位。

3 长石溶蚀特征及溶蚀机制

长石溶蚀是一个复杂的过程，涉及到离子交换和新矿物生成，而这一过程对储层物性有很大影响[13-19]，因此系统研究长石溶蚀机制以及溶蚀产物很有必要。

图5 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组微裂缝及溶蚀孔隙特征薄片照片由石油地质专业实验室偏光显微镜拍摄，型号：DM 2 500P。

通过薄片鉴定和X-射线衍射定量分析，识别出柯坪塔格组砂岩储层中不同长石的含量：整体上钠长石含量最高，钾长石次之，斜长石最少。

偏光显微镜和扫描电镜下，长石颗粒的溶蚀现象明显，多沿解理、边缘发生。溶蚀程度较低的仅在长石颗粒表面发生溶蚀(图6a)，溶蚀程度较高的可将长石颗粒溶蚀成筛网状或残骸状(图6b)，甚至全部被溶蚀形成铸模孔。能谱分析显示，被溶蚀的多为钾长石，伴生板条状自生钠长石(图6c,d,e)及钾长石的钠长石化现象，而钠长石一般溶蚀程度较低甚至未发生溶蚀。

进一步通过扫描电镜观察发现，长石的溶蚀产物多为伊利石和伊/蒙混层(图6e,f,i,j)，少见高岭石(图6g,h)。总体上长石的溶蚀孔内部较为干净，很少有黏土矿物充填，所形成的溶蚀孔多为有效的次生孔隙。

3.2 长石溶蚀机制

埋藏深度和温度是长石溶蚀最主要的控制因素，物源中初始蒙皂石的含量也对长石的溶蚀路径存在很大影响[20-24]。根据不同长石稳定性差异以及长石溶蚀产物的变化，结合地温梯度、包裹体测温、埋藏史等区域地质资料，将柯坪塔格组砂岩储层中的长石溶蚀划分为3个阶段。

3.2.1 志留纪早期—志留纪末

图6 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组扫描电镜下长石溶蚀特征扫描电镜由成都地质矿产研究所完成，仪器为冷场发射扫描电镜，型号：HITACHI S-4 800。

这一时期柯坪塔格组由同生沉积阶段进入埋藏成岩初期。该时期由于埋深较浅，成岩系统处于开放—半开放状态。因溶解反应所需的吉布斯自由能增量不同，斜长石(尤其是偏基性斜长石，如钙长石)在低温条件下最易发生溶蚀，而钾长石稳定性最好，钠长石稳定性介于二者之间，所以这一阶段主要以斜长石的溶解为主，可能会有钠长石溶蚀。该阶段长石溶蚀所形成的自生黏土矿物为高岭石。以钙长石为例，偏基性斜长石溶蚀过程如反应(1)，钠长石溶蚀过程如反应(2)：

此外，企业的管理层也是直接影响经济管理的重要因素，管理层能否合理称职的履行经济职能可以从财务会计的监督下反映体现，且在这样的监督下管理层的职权能够更加的公正透明，财务更加健康合理化。

CaAl2Si2O8(钙长石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高岭石)+Ca2+

(1)

2NaAlSi3O8(钠长石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高岭石)+2Na++4SiO2

(2)

由于早期埋藏成岩阶段沉积砂体连通性较好，孔隙流体能够及时排出地层，使流体中的离子浓度达不到饱和状态，从而促进长石溶蚀反应持续进行，表现为高岭石大多分布于物性较好的砂体中。但柯坪塔格组长石含量不高，且不稳定的偏基性斜长石在风化和沉积搬运阶段就已经被大量消耗，所以高岭石的总量相对较少(表2)。

3.2.2 泥盆纪早期—侏罗纪末

研究区志留系柯坪塔格组砂岩储层中因火成岩岩屑含量较高而存在丰富的初始蒙皂石，进入泥盆纪后柯坪塔格组砂岩埋藏温度达到70 ℃以上[11]，这一地温条件促使蒙皂石向伊利石转化[14,16,21]。随着温度的升高，钾长石溶蚀反应所需的吉布斯自由能增量显著降低[20]，并且蒙皂石的伊利石化是一个耗钾反应(见反应3)，这会大大促进钾长石的溶蚀以提供更多的K+(见反应4)，而反应释放出Na+又会抑制钠长石的溶蚀，所以这一时期以钾长石溶蚀为主，伴生自生钠长石(图6c,e)和自生石英。

蒙皂石+4.5K++8Al3+→伊利石+Na++
2Ca2++2.5Fe3++2Mg2++3Si4+

(3)

2KAlSi3O8(钾长石)+H2O+2H+→
Al2Si2O5(OH)4(高岭石)+2K++4SiO2

(4)

该阶段长石溶蚀所形成的自生黏土矿物主要为伊利石及伊/蒙混层。在该阶段相对封闭的地层环境下，蒙皂石的转化机理相当于是一个交代过程[21]，所以生成的伊利石在产状上继承了蒙皂石的形态，多呈蜂窝状(图6f)。

表2 塔里木盆地顺托果勒低隆区柯坪塔格组自生黏土矿物含量

注：顺901、顺904井样品测试单位为西北石油地质中心实验室。

3.2.3 白垩纪早期至今

进入白垩纪之后，柯坪塔格组地层埋深迅速加大，地温达到120 ℃以上[11]，致使蒙皂石的伊利石化反应终止，而高岭石开始向伊利石转化，并伴生钾长石的溶蚀以提供钾源[14,21]，反应式如下：

KAlSi3O8(钾长石)+Al2Si2O5(OH)4(高岭石)→
KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+2SiO2+H2O

(5)

对伊利石产状分析表明，高岭石的伊利石化在本区发育程度较低(图6g)。一方面源于先前形成的高岭石含量较少，另一方面加里东晚期的构造抬升使第一期成藏遭受水洗破坏，形成沥青包覆在部分长石和高岭石表面(图6h)，在一定程度上抑制了该反应的进行，所以该阶段长石溶蚀量占比不大。

通过X-射线衍射分析对比柯坪塔格组砂岩储层中的黏土矿物种类和含量(表2)，并对伊利石的产状和成因进行分析，结果表明泥盆纪早期—侏罗纪末期钾长石的溶蚀产物含量最高，结合钾长石大量溶蚀的特征，认为泥盆纪早期—侏罗纪末期为研究区柯坪塔格组砂岩储层长石溶蚀次生孔隙形成的主要时期，而志留纪早期—志留纪末期和白垩纪早期至今的2个阶段为长石溶蚀次生孔隙形成的次要时期。

4 长石溶蚀对储层物性的影响

4.1 长石溶蚀对次生孔隙的影响

志留纪早期—志留纪末期，研究区柯坪塔格组处于同生期及埋藏成岩初期，在开放性系统中大气淡水等酸性流体可以很好地溶蚀长石并带走溶蚀产物，形成的次生孔隙较好。志留纪晚期的油气充注一方面会对长石溶蚀起到一定的抑制作用，另一方面能够在一定程度上缓解压实和胶结作用的破坏，有助于已形成孔隙的保存。但总体上看，由于受后期压实作用和胶结作用影响较大，所以早期长石溶蚀对次生孔隙形成所起到的作用较小。

泥盆纪—侏罗纪，钾长石溶蚀形成的次生孔隙相对较多，尽管溶蚀反应伴生的自生钠长石和自生石英会在一定程度上减少孔隙度，但仍为次生孔隙形成的主要阶段。受到志留纪末油藏破坏形成的沥青影响，该时期钾长石溶蚀形成的次生孔隙仅在未被沥青包覆的局部较为发育，总体上存在非均质特点。

白垩纪之后虽然长石溶蚀量不大，形成的次生孔隙占比较少，但这一时期压实作用对储层的影响变小，形成的次生孔隙能够较好地保存下来。

4.2 长石溶蚀对储层渗透率的影响

研究区柯坪塔格组砂岩储层中长石的溶蚀产物主要为伊利石及伊/蒙混层，这2种黏土矿物对储层渗透率的影响非常大。伊利石及伊/蒙混层的赋存方式主要有2种，一是以包膜的形式覆盖在颗粒表面(图6i)，能阻碍石英的次生加大，从而对孔隙保存起到一定的积极作用；另一种以蜂窝状(图6f)、搭桥状(图6j)充填于孔隙和喉道之间，在很大程度上降低了砂体储层孔喉间的连通性，使储层渗透率变差。

5 结论

(1)顺托果勒低隆区志留系柯坪塔格组致密砂岩储层整体物性较差，现存孔隙主要为残余原生粒间孔，其次为长石溶蚀所形成的次生孔隙，岩屑和方解石溶蚀孔以及杂基和黏土矿物的晶间微孔次生孔隙占比较小。此外致密砂岩储层中由成岩或构造作用所形成的微裂缝也对储层物性的改善起到一定的积极作用。

(2)柯坪塔格组长石溶蚀过程可划分为3个阶段：志留纪早期—志留纪末以偏基性斜长石溶蚀为主，溶蚀产物为高岭石；泥盆纪早期—侏罗纪末期以钾长石溶蚀为主，溶蚀产物为伊利石及伊/蒙混层；白垩纪之后仍以钾长石溶蚀为主，溶蚀产物为伊利石。其中，泥盆纪早期—侏罗纪末期的长石溶蚀产物所占比例最大，该阶段为研究区柯坪塔格组致密砂岩储层长石溶蚀形成次生孔隙的主要时期。

(3)志留纪早期—志留纪末期长石溶蚀形成的次生孔隙较好，但受后期压实作用和胶结作用的影响很大，对次生孔隙的贡献有限；泥盆纪—侏罗纪为长石溶蚀形成次生孔隙的主要阶段，但受到志留纪末油藏破坏形成的沥青影响，该时期钾长石溶蚀形成的次生孔隙仅在未被沥青包覆的局部较为发育；白垩纪之后溶蚀形成的次生孔隙较少，但孔隙能够很好地保存下来。

(4)伊利石及伊/蒙混层作为研究区柯坪塔格组砂岩储层中含量最多的长石溶蚀产物，虽然能在一定程度上阻碍石英次生加大，但充填在孔隙和喉道之间，大大降低了砂体储层孔喉间的连通性，对储层渗透率影响很大。

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(编辑 韩 彧)

Feldspar dissolution and its effect on reservoir in Kepingtage Formation, Shuntuoguole Low Uplift, central Tarim Basin

Zhao Shanshan1,2, Zhang Shaonan1,2, Wan Youli3

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 2.SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 3.ChengduCentre,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China)

Thin section data showed that primary intergranular poreswere dominant in the tight sandstone reservoirs in the Silurian Kepingtage Formation in the Shuntuoguole Low Uplift of the Tarim Basin, while secondary pores formed by feldspar dissolution took the second place. The feldspar dissolution characteristics, mechanism and its effect on reservoir physical property were analyzed using thin sections, scanning electron microscopy (SEM), energy spectrum and X-ray diffraction (XRD). The proportion of secondary porosity formed by potassium feldspar dissolution was much larger than that from plagioclase, and albite was almost not dissolved. From the early Devonian to the late Jurassic, potassium feldspar dissolution resulted in the formation of secondary porosity, and the secondary pores only developed in the area not covered by asphalt. Dissolution products were mainly illite and the mixture of illite/smectite, although they could hinder secondary quartz overgrowth to some extent, greatly reduce connectivity among the pore throats of the sand body reservoir, and greatly influence the reservoir permeability.

feldspar dissolution; secondary pore; tight sandstone; Kepingtage Formation; Shuntuoguole Low Uplift; Tarim Basin

1001-6112(2015)03-0293-07

10.11781/sysydz201503293

2014-12-12；

2015-03-04。

赵姗姗(1988—)，女，在读硕士研究生，专业方向为储层沉积学。E-mail:565978578@qq.com。

张哨楠(1957—)，男，博士，教授，从事石油地质学教学与研究。E-mail:zsn@cdut.edu.cn。

国家“十二五”重大科技专项(2011ZX05002-003)和国家自然科学基金青年基金(41302115)联合资助。

TE122.2

A