准东阜东斜坡区齐古组砂岩成岩作用研究

蒋艳霞,文华国,张　航,刘亚鹏,李　云,靳　军

（1.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油西南油气田分公司川东北气矿，四川达州635000；3.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000）

准东阜东斜坡区齐古组砂岩成岩作用研究

蒋艳霞1,文华国1,张航2,刘亚鹏1,李云1,靳军3

（1.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059；2.中国石油西南油气田分公司川东北气矿，四川达州635000；3.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000）

侏罗系岩性油藏是准噶尔盆地阜东斜坡区非常重要的原油产层，探索储层主要成岩作用类型对该区齐古组油气勘探及开发具有重要意义。利用铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、阴极发光、镜质体反射率和物性分析等资料，对阜东斜坡区侏罗系齐古组砂岩成岩作用及其对储层物性的影响进行了研究。该区齐古组砂岩储层岩石类型主要为岩屑砂岩，其次为长石岩屑砂岩；成分成熟度较低，结构成熟度较高；主要成岩作用类型包括压实作用、胶结作用以及溶蚀作用，成岩演化阶段已达到中成岩阶段A期。其中，建设性成岩作用主要包括部分绿泥石和伊利石包膜胶结作用和溶蚀作用，破坏性成岩作用主要包括压实作用以及方解石、凝灰质、方沸石和硅质胶结作用。该研究成果为进一步的岩性-地层油藏的储层预测提供了依据。

砂岩储层；成岩作用；齐古组；阜东斜坡区

0　引言

储层物性的控制作用进行重点研究，以期为深化该区岩性-地层油藏的勘探提供理论依据。

准噶尔盆地是我国西部重要的含油气盆地，阜东斜坡区位于准噶尔盆地东部，具备典型的陆相盆地缓坡构造背景。阜东斜坡区侏罗系岩性油藏是新疆油田分公司非常重要的勘探领域之一，2011年阜东2井和阜东5井头屯河组的勘探突破以及2012年以来相继在阜东16井和阜东022井齐古组地层中获高产油流，再次揭开了阜东斜坡区中上侏罗统岩性油气藏的勘探序幕，并引起了人们的广泛关注［1-5］。现有的研究成果表明，阜东斜坡区齐古组储层实验分析手段单一，研究不够精细，在一定程度上无法满足现今油气勘探的需求。成岩作用对储层物性和优质储层的形成与分布均起到了重要的控制作用［6-17］。笔者利用铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、阴极发光、镜质体反射率和物性分析等资料，对阜东斜坡区侏罗系齐古组砂岩成岩作用及其对

1　区域地质背景

阜东斜坡区位于准噶尔盆地东部，天山北麓东段，阜康市以东，吉木萨尔县以西（图1），构造整体单一，宽度为20～40 km，面积约600 km2。在区域古构造和古气侯的控制下，阜东斜坡区在中晚侏罗世强烈抬升［18］，地层遭到严重剥蚀。研究区上侏罗统齐古组埋藏较浅，一般为1 800～2 500 m，自下而上发育齐一段、齐二段和齐三段，其中齐一段保存完整，齐二段和齐三段均有不同程度的剥蚀。该区上侏罗统齐古组发育以砂岩为主的湖盆—三角洲沉积体系。齐一段沉积时期，湖平面范围最大，主要发育三角洲前缘沉积；齐二段和齐三段沉积时期，湖平面下降，湖盆水体大面积缩水，以发育三角洲平原沉积为主。

图1　阜东斜坡区构造位置及井位分布Fig.1　The structural location of Fudong slope area and wells distribution

2　岩石学特征

通过对阜东斜坡区14口钻井岩心取样，并进行铸体薄片的镜下观察及阴极发光、扫描电镜、X射线衍射、镜质体反射率和物性分析等研究，认为该区齐古组岩石类型主要为岩屑砂岩，其次为长石岩屑砂岩（图2）。石英体积分数平均为23.4%，主要由单晶石英组成，同时含有部分变质石英岩屑和燧石岩屑；长石体积分数平均为14.3%，以钾长石为主，含部分斜长石和条纹长石；岩屑体积分数平均为62.3%，主要为岩浆岩岩屑，其次为变质岩岩屑和沉积岩岩屑。杂基体积分数平均为0.2%，主要为黏土杂基；胶结物主要为自生黏土矿物（绿泥石、高岭石及伊利石）和方解石，还有少量方沸石、凝灰质和黄铁矿。薄片鉴定数据统计表明，研究区储层砂岩粒度以细粒和中粒为主，磨圆度主要为次棱角状，分选中等—偏好，胶结类型主要为薄膜型、孔隙型和孔隙-压嵌型。总体来看，阜东斜坡区齐古组砂岩的成分成熟度较低而结构成熟度较高。

图2　 阜东斜坡区齐古组砂岩分类Fig. 2 Sandstone classification of Qigu Formation in Fudong slope area

3　主要成岩作用类型及特征

成岩作用在沉积演化中占有重要地位，是造成沉积岩石多样化的重要原因。通过对阜东斜坡区齐古组储集砂岩成岩作用进行详细研究，认为其主要的成岩作用类型包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用等。

3.1压实作用

研究区压实作用主要发生在早期成岩阶段，主要表现为：①碎屑颗粒的定向排列；②随着埋深增加，颗粒接触更紧密，以点接触和线接触为主，局部出现凹凸接触（图版Ⅰ-1）；③岩屑和云母等塑性组分受力发生弯曲变形；④在压实过程中，还伴随有黏土矿物的沉淀，形成主要呈薄膜状附着在颗粒表面的自生黏土矿物，导致原生孔隙和喉道半径均减小，储层物性变差。

3.2胶结作用

3.2.1方解石胶结作用

经岩心和薄片观察，研究区方解石胶结的砂岩在岩心中呈夹层或斑块状发育，存在2期方解石胶结：①早期方解石胶结，其负胶结物孔隙度可高达30%，以包裹碎屑颗粒为主，使碎屑颗粒呈“悬浮”状分布（图版Ⅰ-2），方解石晶形较好，有的甚至呈连晶状出现，在阴极发光下发亮黄色光（图版Ⅰ-3）；②晚期方解石胶结，胶结物较少见，以充填自生黏土矿物包膜保存的原生粒间孔隙（图版Ⅱ）和交代碎屑颗粒2种形式产出，在阴极发光下方解石发橙红色光。

研究区齐古组砂岩中方解石胶结物的出现对储层具有双重作用：一方面，方解石胶结物使原生孔隙大幅度减少，导致储层物性变差（图版Ⅰ-2）；另一方面，方解石胶结物可抑制压实作用的进行，并且在后期酸性介质条件下可发生溶蚀作用而释放出其所占据的孔隙空间，在一定程度上改善了储层的物性。

研究区砂岩中有沥青附着于碎屑颗粒表面，且后期出现凝灰质充填的现象，表明早期即存在热液流体的活动，而且早期方解石胶结物富Mn，阴极发光强烈，发亮黄色光。根据张义杰［19］的研究，二叠系烃源层流体中富Mn元素等组分，这说明早期钙质胶结物流体可能来源于二叠系烃源层的深部热液流体。

3.2.2凝灰质胶结作用

研究区齐古组局部发育较多的凝灰质填隙物，主要以颗粒包膜、充填粒间孔隙、网状充填粒间孔隙及充填破裂缝等4种方式赋存于砂岩中（图版Ⅰ-4）。凝灰质填隙物的成岩演化与埋藏环境中地层水介质的酸碱度、离子含量及流通性均密切相关。凝灰质填隙物极易富集Fe2+，Ca2+和Mg2+，且在碱性介质条件下，凝灰质易蚀变为绿泥石等黏土矿物，形成黏土矿物包壳。此外，在蚀变过程中有少量的二氧化硅释放出来，在颗粒之间的孔隙中形成自生石英微晶［20］。随着埋藏深度及地层温度的增加，地层水pH值降低，局部会发生酸性矿物的溶蚀而形成次生孔隙［21］。

3.2.3方沸石胶结作用

研究区齐古组局部发育方沸石胶结物，方沸石胶结使碎屑颗粒呈“悬浮”状分布于其中（图版Ⅰ-5）。在单偏光下方沸石为无色透明，光性较均一，具明显的负突起，而在正交偏光下全消光。

已有的研究［21］表明，凝灰质含有大量在温度较低时不稳定的矿物，在溶蚀之后可释放出大量K+，Na+，Ca2+和Mg2+等，形成有利于方沸石形成的强碱性环境。

3.2.4硅质胶结作用

研究区齐古组砂岩中硅质胶结物的赋存状态以充填孔隙的自生微晶石英晶体为主（图版Ⅰ-6），少见石英次生加大，这可能与黏土矿物包膜包裹颗粒对原生孔隙的保护有关［22］。自生微晶石英颗粒可能来自于砂岩中凝灰质填隙物中的非晶质硅、黏土矿物演化释放的游离硅及有机酸溶蚀长石而产生的二氧化硅。

3.2.5自生黏土矿物胶结作用

根据X射线衍射分析，研究区自生黏土矿物类型丰富，主要为绿泥石、高岭石、伊利石和伊/蒙混层等黏土矿物（表1）。齐古组砂岩中含有大量的凝灰质填隙物、中基性凝灰岩岩屑及火山岩岩屑等，可以为自生黏土矿物的沉淀提供其所需的Fe2+和K+，此外，长石和黑云母的溶蚀也为Fe2+，Mg2+，Si4+，K+和Al3+提供了来源。自生黏土矿物包膜的沉淀需要相对高孔渗且开放的成岩条件，在一定程度上与沉积环境也密切相关。

（1）绿泥石包膜胶结作用

研究区齐古组自生绿泥石呈叶片状和花朵状分布在碎屑颗粒表面，呈薄膜式胶结（图版Ⅱ）。自生绿泥石包膜有灰白色和绿色2种颜色（图版Ⅱ-2、图版Ⅱ-5），且包膜厚度较大。研究区齐古组部分自生绿泥石附着于颗粒表面的钛铁质和凝灰质之上，或者是发育于凝灰质填隙物之中，而砂岩中较发育的钛铁质则可能与凝灰质析出铁质有关。因此，该区自生绿泥石环边的发育与砂岩中含有凝灰质填隙物具有密切的关系。自生绿泥石包膜胶结在研究区齐古组储层砂岩中普遍发育，是使原生孔隙得以保存并改善储层物性的主要原因之一。

表1　阜东斜坡区齐古组黏土矿物X射线衍射分析Table 1　X-ray diffraction analysis of clay minerals of Qigu Formation in Fudong slope area

（2）伊利石包膜胶结作用

研究区齐古组自生伊利石呈片丝状、似花朵状包裹碎屑，呈薄膜式胶结，部分沿孔隙周缘形成衬垫，属于早期成岩阶段的产物，对储层孔隙具有一定的保护作用（图版Ⅰ-7）。自生伊利石包膜厚度变化较大，部分呈绿色，可能是由绿泥石进一步转化而成。

（3）高岭石胶结作用

研究区齐古组自生高岭石集合体呈板状、书页状或蠕虫状充填于粒间孔隙中（图版Ⅰ-8～Ⅰ-9），呈孔隙式胶结。高岭石在砂岩储层中很常见，是长石溶蚀和次生孔隙发育的指示性矿物，常出现在粒间孔隙中［23］。在开放或半开放系统中，长石可以将溶蚀物质特别是K+（对于钾长石形成高岭石的反应来说）排放出去［24-26］，而形成大量高岭石。

3.3溶蚀作用

溶蚀作用是改善储层物性、对储层起建设性作用的重要成岩作用之一。镜下研究表明，阜东斜坡区溶蚀作用较弱，主要表现为碎屑颗粒和填隙物的溶蚀。碎屑颗粒溶蚀主要包括长石颗粒的少量溶蚀和岩屑颗粒的局部溶蚀（图版Ⅰ-10）；填隙物溶蚀主要包括钙质胶结物和凝灰质的溶蚀（图版Ⅰ-11、图版Ⅰ-4）。研究区长石的溶蚀作用主要表现为整个长石颗粒的溶蚀和沿着长石颗粒边缘的局部溶蚀（图版Ⅰ-12）。研究区粒间孔隙中发育有高岭石和自生石英颗粒。根据黄思静等［27］的研究，长石（主要包括钾长石和钠长石）在具有H+和H2O的条件下会转化为高岭石或石英。成岩演化序列显示，成岩早期和中期成岩流体为弱碱性，不发生或者局部发生溶蚀现象；中晚期成岩流体为酸性，伴随有长石颗粒的少量溶蚀。研究区黏土矿物含量高，由伊/蒙混层的脱水作用形成的H+可能为方解石胶结物的溶蚀提供了酸性环境。

表2　阜东斜坡区齐古组泥岩镜质体反射率Table 2　Mudstone vitrinite reflectance of Qigu Formation in Fudong slope area

4　成岩演化阶段划分

在分析阜东斜坡区埋藏史、有机质演化史、地热史、成岩矿物特征和泥岩中黏土矿物演化的基础上，依据成岩阶段的划分方案及其标志［28］，对该区齐古组碎屑岩的成岩演化阶段进行了划分。其划分标志主要为：①孔隙类型和颗粒接触类型。碎屑岩原生孔隙较发育，次生孔隙相对不发育，颗粒以点—线接触为主，表明岩石受压实作用相对强烈。②镜质体反射率。其值较小，为0.552%～1.007%（表2）。③自生黏土矿物组合。扫描电镜下常见蜂窝状伊/蒙混层、丝状伊利石、叶片状绿泥石和片状高岭石集合体充填于孔隙中。④多见方解石胶结。⑤齐古组泥岩中伊/蒙混层体积分数平均为66.7%，伊/蒙混层比为10%～95%。综上所述，研究区齐古组砂岩主要处于中成岩阶段A期（图3）。

图3　阜东斜坡区齐古组成岩演化序列Fig.3　Diagenetic evolution sequence of Qigu Formation in Fudong slope area

研究区齐古组砂岩的成岩演化序列为：①早期成岩阶段包括压实作用、凝灰质的蚀变、黏土矿物环边胶结及早期方解石胶结作用；②中期成岩阶段包括方解石、铁方解石、方沸石、自生高岭石和自生微晶石英晶体的形成以及少量溶蚀作用；③从自生矿物沉淀组合来看，早期为弱碱性孔隙水，局部为强碱性孔隙水，中晚期为酸性孔隙水（图3）。

5　成岩作用对储层物性的影响

砂岩储层物性主要受沉积微相、成岩作用和构造活动等因素的控制。成岩作用对原始孔隙的改造程度对砂体最终能否成为有效储集体起着关键性的作用［29］。阜东斜坡区齐古组砂岩的破坏性成岩作用主要包括压实作用、方解石胶结作用、凝灰质胶结作用、方沸石和硅质胶结作用；建设性成岩作用主要包括黏土矿物胶结作用和溶蚀作用。

5.1破坏性成岩作用

5.1.1压实作用使岩石致密化

机械压实减少了砂岩的粒间体积（负胶结物孔隙度），这是对砂岩中孔隙度和潜在孔隙度不可逆的破坏过程。相反，胶结作用造成孔隙堵塞，但不会减少粒间体积。压实作用和胶结作用对孔隙度减小的相对重要性可以用粒间体积-胶结物图解（图4）来进行定量分析。从图4可以看出，压实作用是研究区上侏罗统齐古组砂岩原生粒间孔隙减少的主要控制因素之一，但颗粒呈点—线接触，极少见到有颗粒破裂等现象，且埋藏较浅，由此说明压实作用程度较弱。

图4　阜东斜坡区齐古组储层砂岩胶结物含量与负胶结孔隙度投点图Fig.4　Reservoirsandstonescementcontentandminuscement porosity graph of Qigu Formation in Fudong slope area

5.1.2方解石胶结作用对储层不利

研究区方解石胶结强烈，形成于蚀变作用和黏土化作用之后，部分砂岩的方解石胶结物几乎完全充填粒间孔，其体积分数可高达50%。砂岩中方解石胶结物的出现对储层具有双重影响：一方面，方解石胶结物使原生孔隙大幅度减少，造成砂岩极低的孔隙度和渗透率，同时也增加了储层层内非均质程度，不利于储层发育；另一方面，在成岩早期方解石胶结物可抑制压实作用的进行，直到早成岩阶段B期，少量酸性流体的侵入才使方解石胶结物发生部分溶蚀，从而使储层物性得到改善。值得注意的是，研究区齐古组早期和晚期方解石胶结物的溶蚀作用均很弱，对储层的改善程度均较小。研究区齐古组方解石胶结物的含量与孔隙度具有非常明显的负相关性（图5），充分说明方解石胶结物对储层孔隙的破坏作用显著，而且呈现出方解石胶结物含量越高，对储层破坏越大的特点。

图5　阜东斜坡区齐古组砂岩中方解石胶结物含量与孔隙度关系Fig.5　Relationship between calcite cement content and porosity in sandstone of Qigu Formation in Fudong slope area

5.1.3凝灰质胶结作用对储层物性具有双重影响

研究区齐古组凝灰质填隙物作为重要的胶结物之一，对储层发育不利的方面表现为：①凝灰质填隙物以不同的方式充填砂岩粒间孔隙，导致储层物性变差；②凝灰质填隙物富Fe2+，Ca2+和Mg2+，在偏碱性介质条件下，易蚀变成多种黏土矿物和自生微晶石英充填于粒间孔隙中。对储层发育有利的方面表现为：①凝灰质填隙物使砂岩抗压实能力增强，有利于原生孔隙的保存；②凝灰质填隙物的脱玻化作用可在一定程度上改善砂岩储层的孔渗性；③随着埋藏深度及地层温度的增加，凝灰质填隙物中的酸性不稳定矿物会发生溶蚀而形成次生孔隙。

5.1.4方沸石和硅质胶结物阻塞孔隙

研究区齐古组砂岩中发育少量方沸石胶结物和硅质胶结物。其中，方沸石胶结物使碎屑颗粒呈“悬浮”状分布于其中（图版Ⅰ-5）；硅质胶结物主要以充填孔隙的自生微晶石英晶体形式出现（图版Ⅰ-6）。尽管二者在砂岩中的含量均较低，在储层中分布较少，但还是在一定程度上影响了储层的物性。

5.2建设性成岩作用

5.2.1自生黏土矿物包膜保护了原生粒间孔

自生黏土矿物包膜的胶结作用（主要是绿泥石和伊利石包膜）形成于成岩作用的早期阶段，以孔隙衬边方式存在于原生粒间孔中，使原生粒间孔隙和喉道减少，降低了储层的孔渗性能，但却使岩石颗粒的抗压性得到了增强，从而保留了部分原生粒间孔，特别是当自生黏土矿物包膜厚度大于5 μm时，还可以抑制碎屑颗粒的成核生长［22］。对研究区4口井齐古组一段约100个样品的绿泥石环边包膜厚度（图版Ⅱ）的测量和统计结果显示，包膜厚度为5.4～23.2 μm，平均为11.8 μm，不同井中环边绿泥石包膜的平均厚度与对应的孔隙度和渗透率均呈正相关关系（表3）。这在一定程度上表明，大面积分布的分流河道和水下分流河道微相对应的砂岩绿泥石包膜抑制了碎屑颗粒的成核生长，有利于储层发育。

表3　阜东斜坡区齐古组自生黏土矿物包膜厚度与储层发育关系Table 3　Relationship between authigenic clay mineral envelope thickness and reservoir development of Qigu Formation in Fudong slope area

5.2.2溶蚀作用对储层的改善

研究区砂岩由于有机酸的侵入，长石颗粒发生少量溶蚀，方解石胶结物、凝灰质和黏土矿物发生局部溶蚀。长石的溶蚀以钾长石为主（图版Ⅰ-12），斜长石和条纹长石相对较少。长石溶蚀时，可析出高岭石和石英等次生矿物。由于研究区溶蚀作用较弱，仅在局部增加了少量次生孔隙，因此，其对储层的改善能力有限。

6　结论

（1）阜东斜坡区齐古组砂岩储层岩石类型主要为岩屑砂岩，其次为长石岩屑砂岩，成分成熟度较低而结构成熟度较高。

（2）阜东斜坡区齐古组砂岩储层成岩作用主要包括压实作用、方解石胶结作用、凝灰质胶结作用、方沸石胶结作用、硅质胶结作用、自生黏土矿物胶结作用和溶蚀作用，成岩演化阶段已达到中成岩阶段A期。

（3）阜东斜坡区齐古组砂岩储层中的自生黏土矿物包膜使原生粒间孔隙和喉道减少，降低了储层的孔渗性能，但却使岩石颗粒的抗压性得到了增强，保留了部分原生粒间孔；绿泥石包膜在较厚的情况下可以拟制碎屑颗粒成核生长，有利于储层发育。溶蚀作用是对储层有利的成岩作用；压实作用和方解石、凝灰质、硅质和方沸石胶结作用不利于储层发育。

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图版Ⅰ

图版Ⅱ

（本文编辑：王会玲）

Diagenesis of sandstone reservoirs of Qigu Formation in Fudong slope area，eastern Junggar Basin

Jiang Yanxia1，Wen Huaguo1，Zhang Hang2，Liu Yapeng1，Li Yun1，Jin Jun3
（1.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Northeastern Sichuan Gas Mine，PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company，Dazhou 635000，Sichuan，China；3.Research Institute of Experiment and Detection，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

Jurassic lithologic reservoir is the main exploration layer in Fudong slope area of eastern Junggar Basin，so it is significant to study reservoir diagenesis for oil and gas exploration and development.Based on the analysis of thin sections，scanning electronic microscope，X-diffraction，cathodoluminescence，vitrinite reflectance and physical properties，the diagenesis and its influence on reservoir quality of Qigu Formation in Fudong slope area were detailly studied.The result shows that the sandstone reservoirs are mainly lithic sandstone，followed by feldspar lithic sandstone，which have low compositional maturity and high textural maturity.The main types of diagenetic include compaction，cementation and dissolution，and the diagenetic phase reached the middle diagenetic stage A.Among them，constructive diagenesis includes parts of chlorite envelope and illite envelope cementation and dissolution，while destructive diagenesis mainly includes compaction，multi-phase intense calcite cementation，tuffaceous cementation，siliceous cementation and analcime cementation.This study could provide reference for the reservoir prediction of lithologicstratigraphic reservoirs.

sandstone reservoir；diagenesis；Qigu Formation；Fudong slope area

P588.2

A

1673-8926（2015）06-0078-09

2015-06-23；

2015-08-15

中国石油新疆油田分公司项目“准东阜东斜坡区侏罗系齐古组储层精细研究”（编号：2013-C4039）资助

蒋艳霞（1990-），女，成都理工大学在读硕士研究生，研究方向为矿物学、岩石学及矿床学。地址：（610059）四川省成都市成华区二仙桥东三路1号成都理工大学。E-mail：jiangyanxia313@qq.com

文华国（1979-），男，博士，副教授，主要从事沉积学和石油地质学方面的教学和科研工作。E-mail：wenhuaguo@qq.com。