柴达木盆地英东油田砂37区N22储层岩石学特征

朱瑞峰，李继红，马士磊（.西北大学地质学系，陕西西安　70069；.中国石油中原油田分公司，河南濮阳　457000）

柴达木盆地英东油田砂37区N22储层岩石学特征

朱瑞峰1，李继红1，马士磊2
（1.西北大学地质学系，陕西西安710069；2.中国石油中原油田分公司，河南濮阳457000）

本文在详细观察描述岩心的基础上，利用普通薄片、铸体薄片鉴定、粒度分析、阴极发光、扫描电镜等多种分析测试技术对英东油田砂37区块岩石学特征、孔隙结构特征及成岩作用进行了系统的研究。研究区上油砂山组（N22）的砂岩主要以岩屑质长石砂岩和长石岩屑砂岩为主。研究区主要的成岩作用类型有机械压实作用、压溶作用、胶结作用、交代作用、溶解作用及破裂作用。研究区上油砂山组（N22）成岩阶段为早成岩阶段的中-后期。在以上基础上对研究区的成岩相进行了划分。

英东油田；储层岩石学特征；成岩作用；成岩相

英东油田砂37区块位于柴达木盆地英雄岭冲断隆起带南缘，油狮大断裂东段的上盘，西北邻油砂山油田，南接乌南油田。该地区山势陡峭，沟谷交错，地面海拔在2 900 m～3 500 m。英东油田砂37区块目的层段主要为上油砂山组（N22），下油砂山组（N21（K3-K4））和下油砂山组（N21（K4以下））。本次主要研究上油砂山组（N22）储层岩石学特征。

储层的矿物组成、颗粒的胶结和排列方式是决定储油物性的重要因素，而沉积物沉积后期的成岩作用又对储油物性起到重要的影响。因此，储层的岩石学特征是决定储层成岩作用，孔隙、喉道类型，孔隙结构和储层物性的内在因素。

1　储层岩矿特征

1.1砂岩类型

以砂岩中石英、长石、岩屑作为三角图的三个端元，可将砂岩初步分为石英砂岩、长石砂岩和石英砂岩三类，进一步划分三角图内部，可划出复合型砂岩类。

通过对英东一号构造区岩心样品的扫描电镜扫描、薄片的显微镜下观察、统计分析，做出研究区的砂岩碎屑组分分布三角图（见图1）。图中研究区上油砂山组（N22）的砂岩主要以岩屑质长石砂岩和长石岩屑砂岩为主。

图1　上油砂山组砂岩类型三角图解

综合分析认为研究区上油砂山组的砂岩类型主要为岩屑质长石砂岩，次为长石岩屑砂岩。

1.2碎屑组分特征

上油砂山组（N22）碎屑组分中石英相对含量集中在25％～50％，平均为35.64％，最大值为55.26％；长石相对含量集中在30％～40％，平均为36.05％，个别值高达76％。岩屑相对含量集中在15％～45％，变化比较大，平均为28.30％，最大值可达53.01％（见图2）。

图2　上油砂山组砂岩主要碎屑组分分布（相对百分含量％）

岩屑成分（见表1），总的来说，研究区的砂岩骨架颗粒刚性较强，碎屑颗粒抗压能力相对较强。

表1　上油砂山组砂岩碎屑组分岩屑含量（％）

1.3填隙物特征

研究区油砂山组碎屑岩主要填隙物为胶结物和杂基，含少量的其它填充物。

杂基是砂岩中与粗碎屑同时沉积的细粒沉积物，填充于颗粒孔隙之间，可以指示沉积时水动力的强度，也反映碎屑组分的分选性，对于碎屑岩成熟度有重要的意义，研究区杂基主要为泥质（云母绿泥石质粘土）和灰泥两种。

胶结物则是以化学沉淀方式存在于碎屑岩中的自生矿物，常表现为非晶质及隐晶质结构的碳酸盐矿物（主要为方解石和白云石）；具带状结构或栉壳状结构的粘土矿物（伊利石、绿泥石、伊/蒙混层及绿/蒙混层，含少量的蒙脱石，个别样品含有高岭石）；其它以胶结形式填充于孔隙的沉积物（方沸石、石盐等）。上油砂山组“X”衍射全岩分析碎屑岩矿物成分含量分布直方图（见图3）。

图3　上油砂山组（N22）碎屑岩矿物组成分布图

通过镜下观察，上油砂山组（N22）的杂基平均含量为1％，其中泥质平均含量为0.32％，灰泥的平均含量为0.68％。分析X衍射全岩矿物和粘土矿物含量，上油砂山组（N22）的碳酸盐矿物含量为14.04％，其中方解石平均含量为11.11％，白云石含量为2.93％；粘土矿物含量为18.77％，稍高于同层的碳酸盐含量，其中伊利石占42.66％，绿泥石占17.66％，伊/蒙混层占25.00％，绿/蒙混层占5.55％，蒙脱石占8.00％，含有少量的高岭石（见图4）。上油砂山组（N22）的其它填隙物中，方沸石以自生矿物填充于孔隙，含量0.91％，普通辉石和菱铁矿含量超过1％，石盐含量0.23％，硬石膏含量0.59％，角闪石、文石、赤铁矿、重晶石含量均小于0.5％。

图4　N22粘土矿物相对含量分布图

1.4岩石结构特征

统计分析砂37、砂40、英东107、英试1-1、英东104 等5口井上油砂山组（N22）169块岩样粒度分析数据（见图5），上油砂山组（N22）砂岩粒度较细，以中砂岩-细粉砂岩为主，粒径集中在0.01 mm～0.5 mm，最大可达0.7 mm。成分成熟度（Q/（F+R））为0.62，结构成熟度中等。

图5　N22粒度分析统计直方图

颗粒分选以中等分选为主，长石风化程度中等，磨圆以次棱角状和次棱-次圆为主，颗粒之间以点接触占优势，以孔隙式胶结为主，说明上油砂山组沉积时属于稳定强水流环境，颗粒支撑占优势。

2　储层成岩作用研究

成岩作用是沉积物埋藏后至发生变质作用前各种生物成因、化学成因和物理成因引起的一切成岩变化，又称为沉积后作用。不同的成岩作用对储集空间的影响不同，有的可以产生新的孔隙，有的则对原始孔隙产生破坏。储层的成岩作用研究主要有成岩作用类型、成岩阶段划分、成岩序列分析、成岩相分析以及成岩作用对储层孔渗特性的影响分析。

2.1成岩作用类型

通过对研究区砂40、砂41、英东102等9口井93个薄片（普通薄片、铸体薄片）的显微镜下观察、144个样品的X衍射全岩分析及粘土矿物分析资料、扫面电镜资料的统计分析，认为研究区油砂山组的主要成岩作用类型有：机械压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用、破裂作用。

2.1.1机械压实作用沉积物的机械压实作用主要与上覆地层增厚的地静压力增加有关，通过岩石薄片鉴定和扫描电镜观察，由于研究区地层较新，油砂山组经历了相对中等程度的机械压实作用。细粒的碎屑颗粒受压实作用定向排列（见图6）；碎屑颗粒之间的接触类型随着埋深的增加，颗粒之间趋于紧密，由彼此分离趋于相互接近，以点接触为主过渡为线接触增多（见图7）；云母、岩屑等塑性颗粒发生变形弯曲。云母属于塑性矿物，在压实作用下容易发生变形。长石颗粒在上覆压力超过抗压临界点时破裂，出现微破裂，破裂面一般沿着长石解理缝发育（见图8）。岩石结构出现变化。随着埋藏深度增加，压实作用增强，碎屑颗粒间的胶结类型也出现孔隙式胶结减少，接触式胶结增多。

2.1.2胶结作用胶结作用是指矿物质在碎屑沉积物孔隙中沉淀，并使沉积物固结为岩石的作用，是碎屑岩主要的成岩作用。根据镜下观察、扫描电镜和X衍射分析，研究区目的层段主要胶结物有碳酸盐矿物、石英次生加大、粘土矿物、石盐、沸石、硬石膏、重晶石、黄铁矿等。

研究区油砂山组碳酸盐矿物含量较高，在各个层段均可看到，产生于各个成岩阶段。研究区主要的碳酸盐矿物有方解石、白云石和少量的铁方解石和菱铁矿等（见图9～图11）。

英东107井，2 230.5 m（N22-Ⅴ）正交偏光×5图6　颗粒压实定向排列

砂40井，839.43 m（N22-Ⅻ）单偏光×25图7　颗粒点接触

砂40井，871.08 m（N22-Ⅻ）×1 700图8　颗粒裂缝

英试1-1井，1 521.63 m（N22-Ⅷ）单偏光×10图9　方解石胶结

英东107井，736.36 m（N22-Ⅹ）正交偏光×50图10　方解石、白云石胶结

砂37井，656.46 m（N22-Ⅵ）正交偏光×20图11　石英次生加大（Ⅰ级）

英东107井，2 230.3 m（N22-Ⅴ）正交偏光×50图12　颗粒边缘的绿泥石膜

砂37井，641.58 m（N22-VI）×3 000图13　片状伊利石胶结

砂40井，871.08 m（N22-Ⅻ）×984图14　伊蒙混层胶结

砂37井，656.46 m（N22Ⅵ）单偏光×20图15　石盐胶结

英试1-1井，1 521.79 m（N22-Ⅷ）×1 700图16　方沸石胶结

砂40井，881.05 m（N22-Ⅻ）×6 000图17　黄铁矿（八面体）

粘土矿物胶结物几乎存在于所有的砂岩当中。常见的矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石和绿泥石等。在研究区粘土矿物中，主要为绿泥石、伊利石和混层矿物（伊/蒙混层和绿/蒙混层）（见图12～图14），蒙皂石和高岭石在上油砂山组有少许含量。

研究区石盐往往以石盐以嵌晶式充填孔隙（见图15），扫描电镜中以颗粒状填充于粒间孔，晶体内部开始发生溶蚀，产生胶结物粒内溶孔。石盐的存在说明水体环境为盐湖盆地的特点。

通过镜下观察和X衍射分析，研究区含有一定量的方沸石（见图16），其中N22方沸石含量为0.91％主要胶结于碎屑颗粒粗、分选较好和杂基含量较少的粒间孔隙。方沸石对孔隙物性有着双重作用，对孔渗的消极作用体现在堵塞粒间孔，建设性作用体现在支撑了碎屑颗粒，阻止了部分压实，为后期沸石溶蚀提供物质基础。但是由于研究区一直处于盐湖环境，属于碱性环境，方沸石溶蚀很难发生，因此油砂山组的方沸石含量变化不是很大，在早期形成之后，处于一个相对稳定的范围。

硫酸盐主要沉淀于早期蒸发环境，各个阶段都可生成。研究区主要的硫酸盐胶结物有硬石膏、钙芒硝、重晶石。在研究区X衍射分析和镜下没有发现石膏，说明研究区的古环境碱性较强，有利于硫酸盐矿物的沉淀胶结。

黄铁矿胶结在各个成岩阶段均可出现。在正交镜下为黑色斑块状，在扫描电镜下为八面体晶形，以胶结物的形式充填于碎屑颗粒之间的孔隙中（见图17）。

2.1.3交代作用交代过程是矿物相互替代的过程，属于一种地下矿物之间的化学反应，反应前后矿物成分组合完全变化，被交代的矿物发生溶解，交代矿物进行沉淀，反应场所在碎屑颗粒之间的溶液膜中，被溶解的组分通过溶液膜带出，交代过程实质就是一个溶解和沉淀同时发生的过程，存在于各个成岩阶段。在研究区油砂山组主要发育以下几种交代现象：方解石交代长石、石英，石盐交代长石、硬石膏交代方解石（见图18～图20）。

2.1.4溶蚀作用溶蚀作用是产生次生孔隙的重要成岩作用。溶解作用增加了孔隙之间的连通性，大大改善了储层的孔渗性。研究区油砂山组的溶蚀现象有碎屑颗粒如长石、岩屑的溶蚀，碳酸盐和石盐等胶结物的溶蚀等（见图21、图22）。其中长石和石盐的溶蚀较常见，沸石溶蚀则少见，石英的溶蚀以压溶作用后形成次生加大表现，这与盐湖成因的沉积背景有关。在碱性环境下，对碳酸盐胶结物的增生有利，也增强了石英的稳定性，同时石盐的胶结又在一定程度上促进方解石的溶解。

砂37井，640.20 m（N22-Ⅵ）正交偏光×50图18　方解石交代长石

英试1-1井，1 517.58 m（N22-Ⅷ）单偏光×20图19　石盐胶结、交代长石后被部分溶蚀

英试1-1井，1 521.63 m（N22-Ⅷ）正交偏光×20图20　长石绢云母化

英试1-1井，1 527.83 m（N22-Ⅷ）单偏光×20图21　碳酸盐岩胶结物被溶蚀

砂37井，643.70 m（N22-Ⅵ）×1 600图22　长石被溶蚀

英试1-1井，1 514.31 m（N22-Ⅷ）×1 000图23　颗粒破裂

2.1.5破裂作用碎屑岩中石英或者长石颗粒在上覆压力或者构造应力超过一定程度时发生破裂，产生微裂缝，同时抬升或下降的构造运动会产生一些垮塌、破碎，产生宏观裂缝，对储层的物性起到一定的建设性作用，促进孔隙之间的沟通。应力作用的方向和强度不同，也造成了裂缝分布的不均一。

通过岩心照片和镜下观察，研究区宏观裂缝和微观裂缝均有发育（见图23）。这些微裂隙虽然对储层孔隙度影响较小，但是对渗透率的影响率较大，促进了油气的二次运移。同时也对认识研究区的构造运动有一定的揭示意义，为该区逆冲断裂形成时间早提供了一定的证据，对研究区该区控制油藏形成因素有重要意义。

2.2成岩阶段划分

成岩阶段是成岩作用程度的一个定性分类，指的是碎屑颗粒在发生变质作用前的一系列成岩变化（于兴河，2008）。根据不同的沉积环境，中石油2003年重新修订了各种沉积环境下的成岩阶段划分标准（SY/T 5477-2003）。结合研究区油砂山组的沉积环境，依据碱性水介质（盐湖盆地）环境的成岩阶段划分标准，从古地温和Tmax、砂岩固结程度、自生矿物成分与类型、溶蚀作用程度、颗粒接触关系和孔隙类型等方面对研究区上油砂山组成岩作用阶段进行了划分（见图24）。研究区上油砂山组（N22）成岩阶段为早成岩阶段B亚期的中-后期。

图24　研究区N21-N22储层成岩演化及成岩阶段划分

2.3成岩序列

成岩序列是碎屑颗粒发生成岩作用的先后顺序。研究区油砂山组（N2）埋藏时间短，后期发生抬升构造，造成该区成岩作用程度相对较弱，原生孔隙保存较好。通过岩石薄片扫描电镜观察以及“X”衍射分析，研究区成岩序列为：弱压实作用-弱胶结作用-强压实胶结-溶蚀作用-破裂作用。

2.4成岩相类型

成岩相目前还没有一个统一的定义，但是统一的认识为成岩相表现为成岩背景、成岩过程、成岩矿物的综合表现，即成岩环境和在该环境中形成的成岩产物的总和。碎屑岩成岩相在不同的温压条件下、不同的孔隙流体环境和各种作用（物理、化学、生物）影响下，产生不同的成岩变化，这种变化体现在碎屑颗粒的组分变化、结构变化、填隙物的增减、原生孔隙和次生孔隙所占比例的升降、矿物形状的变化等。

根据成岩作用强度和矿物结构、储层的孔渗性分析，研究区上油砂山组可以归纳以下6成岩相类型：

（1）弱压实弱胶结成岩相：该成岩相主要发育在埋藏相对较浅的上油砂山组（N22）。长石和岩屑含量高，成岩早期碎屑颗粒在上覆地层压力下互相靠近，孔隙流体中沉淀一部分矿物质，产生弱胶结。

（2）胶结-溶蚀相：在碱性条件下，为碳酸盐胶结提供了有利环境，同时也为后面的溶蚀作用提供物质基础，两种成岩作用同时进行，在一定时期，两种作用对储层的影响相当。

（3）强碳酸盐岩胶结相：研究区局部碳酸盐岩胶结属于强胶结，基本没有溶蚀作用发生，粒间孔隙多被碳酸盐矿物胶结堵塞，严重阻碍孔隙流体流动，对储层物性是一种很大的破坏性作用。

（4）溶蚀成岩相：研究区储层碎屑颗粒间胶结物成分主要为石盐、碳酸盐、粘土矿物等，为溶蚀提供了物质基础，在适当的孔隙流体条件下，便发生溶蚀现象，产生次生孔隙，改善储层孔渗性。

（5）裂缝成岩相：受构造及断裂作用的影响，研究区的微裂隙比较发育，裂缝不仅常沿着解理缝展开而且刚性颗粒也同样发生破裂形成为裂缝。微裂缝对储层渗透率的影响更大，孔隙流体的流动更加连通顺畅，但同时也进一步提高了储层的微观非均质性。该成岩相往往发生在断层（断裂）带附近。

（6）强压实-泥质胶结相：泥质组分在压实作用下相对集中，当压实到一定程度时，泥质被强烈挤压，碎屑颗粒之间的距离也急剧减小，更加紧密。该成岩相主要发育在分流间湾和滨浅湖泥等微相中。

3　结论与认识

（1）研究区上油砂山组（N22）的砂岩主要以岩屑质长石砂岩和长石岩屑砂岩为主。

（2）研究区颗粒分选以中等分选为主，长石风化程度中等，磨圆以次棱角状和次棱-次圆为主，颗粒之间以点接触占优势，以孔隙式胶结为主。

（3）研究区油砂山组的主要成岩作用类型有：机械压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用、破裂作用。在破坏性成岩作用后溶蚀作用和破裂作用对该区孔渗影响较大。

（4）研究区成岩序列为：弱压实作用－弱胶结作用－强压实胶结－溶蚀作用－破裂作用。

（5）研究区上油砂山组可以归纳以下6成岩相类型：弱压实弱胶结成岩相，胶结-溶蚀相，强碳酸盐岩胶结相，溶蚀成岩相，裂缝成岩相，强压实-泥质胶结相。

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Reservoir petrology characteristics of N22in Sha 37 block of Yingdong oilfield Qaidam basin

ZHU Ruifeng1，LI Jihong1，MA Shilei2
（1.Department of Geology，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China；2.PetroChina Zhongyuan Oilfeild Company，Puyang Henan 457000，China）

Based on detailedly observing and describing the core of the sand Yingdong oilfiled.This thesis do the systemic research of lithology characteristics，pore structures characteristics and diagenesis style to sand stone of sand 37 blocks，Yingdong oilfiled.The main sediments of oddment rock in this area are lithic arkose and feldspar lithic sandstone.The diagenesis types in study area mainly include mechanical compaction，pressure solution，cementation，dissolution and rupture.The sandstones offormation are in the middle to late stage of early diagenes.Finally we divide six diagenesis facies.

Yingdong oilfield；reservoir petrology characteristics；diagenesis；diagenesis facies

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.022

TE122.2

A

1673-5285（2015）01-0081-06

2014－11-21

国家重大科技专项-大型油气田及煤层气开发-英东复杂油藏沉积储层与有效储集砂体展布规律研究，项目编号：

2012-ZG-011。

朱瑞峰，男（1990-），西北大学地质学系硕士研究生，油气田开发与工程，主要从事油气储层描述方向、油藏数值模拟方向的研究工作，邮箱：137068506@qq.com。