柴西北缘鄂博梁地区砂岩成岩作用研究

王奕松，王爱国

(西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，陕西 西安 710069)



柴西北缘鄂博梁地区砂岩成岩作用研究

王奕松，王爱国

(西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，陕西 西安 710069)

鄂博梁构造带位于柴达木盆地西北缘，其成岩作用十分复杂，其储集性能主要受沉积相和成岩作用控制，砂岩储层为典型的低孔低渗储集岩，非均质性强。该区流体活动复杂，各种成岩作用都有一定程度的发育，胶结作用最为发育，即对压实作用有一定的抵消作用，同时也大大填充了孔隙空间，破坏储集性能；压实作用广泛发育，对孔隙空间主要为破坏作用；溶蚀作用多见，形成大量次生孔隙，对储层的储集性能有利；交代作用多发生，其明确的显示了流体活动的时间顺序。研究区的流体活动信息主要表现为：该区既存在酸性流体活动，又存在碱性流体活动，还有油气的充注，且均具有多期次性。

流体活动成岩作用柴达木盆地北缘鄂博梁构造带流体活动

柴西北缘鄂博梁地区是柴达木盆地勘探程度相对较低的地区，目前还处于构造油气藏勘探阶段。由于封闭条件多变，储集条件非均质强，油气藏复杂多变，勘探难度较大，同为构造高点，但各探井的油气显示差别非常大。究其原因，是对研究区的流体活动及油气成藏规律认识不清。在了解研究区构造、沉积等研究成果的基础上，对储层成岩作用开展研究，总结成岩作用序列，揭示流体的活动特征，为油气成藏规律研究提供依据。本文主要利用岩石学、矿物学方法，在野外地质及岩芯观察的基础上，通过铸体薄片、荧光薄片的观察鉴定及其他分析化验数据等资料，确定成岩特征并揭示流体活动信息。

1　地质背景

柴北缘地区位于柴达木盆地的东北部，是我国西部一个大型的中、新生代含油气盆地。鄂博梁构造带位于盆地中北部(图1)，受构造运动和沉积环境的影响，形成了一系列大型背斜构造，同时发育有巨厚的侏罗系烃源岩及第三系储盖组合。鄂博梁构造带勘探程度较低，大部分构造在上世纪60-80年代都进行了钻探，共钻探井十余口，见到了一些油气显示。

图1　鄂博梁构造带及邻区位置图

本次研究从18口井中采集了47个岩心样品，每个样品皆磨制了铸体及阴极发光薄片。铸体薄片采用红色铸体，并使用铁氰化钾和茜素红的混合溶液进行染色，染色后方解石为红色，含铁方解石为紫色，含铁白云石为蓝色。本文铸体薄片的镜下观察分析是在西北大学大陆动力学国家重点实验室Olympus BX51荧光/偏光显下进行，阴极发光测试使用的是BII CLF-1阴极发光仪。

J1

E1+2

N21

I-石英砂砾岩；II-长石石英砂砾岩；III-岩屑石英砂砾岩；IV-长石砂砾岩；V-岩屑长石砂砾岩；VI-长石岩屑砂砾岩；VII-岩屑砂砾岩；Q-石英；F-长石；R-岩屑

图2研究区不同层段的砂岩类型

2　成岩作用及流体活动信息

2.1岩石学特征

流体活动与成岩作用关系密切。流体的产生、运移、演化等活动信息都可能会被成岩作用以压实、胶结、溶蚀等形式记录下来。研究区砂岩所经历的成岩作用主要有压实作用、交代作用、胶结作用和溶蚀作用。这些成岩作用对储层产生了不同的影响，同时也提供了大量的流体活动信息。

2.1.1岩石类型

砂岩的组成特征是成岩作用的内在因素，成岩现象在相当的程度上受岩石颗粒矿物成分的影响。因此，在相同的地质环境下，具有不同岩石学特征的砂岩在成岩演化上会有较大的差别。通过对研究区47个铸体薄片样品进行精细岩矿鉴定，发现该区不同层段的砂岩具有一定的差别，下侏罗统(J1，23个样品)主要为岩屑砂岩，路乐河组(E1+2，7个样品)主要为长石岩屑砂砾岩；下油砂山组(N21，10个样品)主要为长石岩屑和岩屑长石砂岩(图2)。总的来看，岩屑在碎屑成分中占有相当大的比重，砂岩成分成熟度较低。

2.1.2岩石结构特征

从研究区主要粒径与总面孔率关系图(图3)中可知，砂岩由极细砂至砾石皆有分布，其中，细砂岩含量最多，粒径对孔隙的控制作用不十分明显，且在同一粒级内，面孔率分布范围较大，这可能说明成岩改造对孔隙产生了重要的影响。

图3　研究区主要粒径与总面孔率关系

图4　杂基含量与胶结物、面孔率的关系

2.1.3砂岩结构成熟度

砂岩结构成熟度对成岩作用的影响主要是指杂基的含量、分选性和粒径对成岩作用及孔隙结构的控制。研究区砂岩中的杂基含量相差较大，多数薄片样品中杂基含量较低，但部分薄片样品中杂基较高，最高可达24%。从图4可以看出，胶结物、面孔率与杂基的含量呈反比关系，杂基含量对成岩作用和储层物性具有一定的控制作用。低杂基含量的砂岩成岩作用强烈，流体活动活跃，物性较好。研究区砂岩的分选性较差，绝大多数在中等以下(表1)。

表1　砂岩分选性统计表　%

2.2压实作用

压实作用是储集层最为普遍的成岩作用，是导致储层物性变差的主要因素之一。镜下可见塑性碎屑的变形扭曲、重排，碎屑颗粒接触紧密，刚性颗粒破碎、产生压裂缝等。如图5所示，研究区浅层颗粒接触主要以点—线接触和线接触为主，但在深层还有点接触关系。经镜下观察后发现，这三个样品中，2个胶结物含量非常高，均大于24%。另一个样品杂基含量非常高。这说明胶结物确实起到了骨架支撑作用。同时研究区杂基也有一定的发育，也可起到一定的支持作用。

图5　鄂博梁地区砂砾岩体碎屑接触方式统计表

2.3胶结作用

研究区胶结作用十分发育，胶结物平均含量11.3%，最高含量36%。并以碳酸盐胶结为主，平均含量9.6%。其中最重要的胶结物为(含铁)方解石，平均含量5.21%，最高含量为25%；其次为粘土矿物，平均含量1.34%，并以高岭石为主。此外，还存在少量的硬石膏胶结和硅质胶结。

2.3.1碳酸盐胶结

碳酸盐胶结是研究区最为丰富的胶结物，储层中的粒间孔、颗粒微裂隙多被不同程度地充填，主要类型(含铁)方解石、含铁白云石。

含铁白云石：铁白云石在研究区相对少见，平均含量为0.15%，在镜下可观察到含铁白云石被方解石交代，说明含铁白云石形成要早于方解石。

研究区粘土矿物胶结物主要为高岭石，其次为伊利石。

高岭石：高岭石平均含量为1.15%，最高为7.5%。镜下可见好的高岭石呈聚片状、书页状、蠕虫状充填于于孔隙中。在酸性水介质条件下，一些不稳定、易溶蚀的骨架颗粒如长石及火山岩屑等易被溶蚀，可为高岭石的形成提供物质基础，并且是形成次生高岭石的重要机制。高岭石的出现，反映了存在酸性流体活动。同时见有方解石交代高岭石现象，说明高岭石形成要早于方解石。

伊利石：伊利石胶结少见，平均含量为0.20%，最高为3%。多呈薄膜状。镜下可见伊利石早于方解石。

2.3.2硬石膏胶结

硬石膏胶结含量少，平均含量0.40%，最高为9%。镜下可观察到硬石膏的连晶胶结，其分布较不均匀，在时间上早于方解石。

2.3.3硅质胶结

式(1)中，y=[y1,y2,…,yNr]T，表示接收到的符号向量；xl,s=[0,…,0,xs,0,…,0]T，表示发送的符号向量，其中，xsS (S={x1,x2,…,xM})，且仅第l个元素(l{1,2,…,Nt})不为零；n=[n1,n2,…,nNr]T，表示均值为0、方差为σ2的复加性高斯白噪声；hl表示信道矩阵H的第l列；xs为该时隙激活天线l的发送符号.

研究区的硅质胶结含量较少，多表现为石英次生加大。石英次生加大胶结含量虽然不高，但因常出现于颗粒的接触部位，对孔隙喉道具一定的破坏作用，造成储层物性变差。

2.4交代作用

在研究区内，交代作用发育。强烈的交代作用主要表现为(含铁)方解石交代含铁白云石、交代碎屑颗粒、交代杂基、交代高岭石以及交代沥青浸染的泥晶矿物。由此可见，含铁白云石、高岭石以及炭质沥青均早于(含铁)方解石。交代作用提供了矿物形成的先后顺序。

2.5溶蚀作用

鄂博梁地区砂岩的成分成熟度较低，含有丰富的长石、岩屑颗粒和杂基，因而易发生中-酸性溶蚀作用。镜下可观察到研究区溶蚀作用主要表现在各种易溶的组分发生部分、甚至全部溶蚀，形成了多种类型的次生孔隙。镜下可见方解石胶结物和碎屑颗粒被部分或完全溶蚀，形成发育的粒间孔隙。在溶蚀作用形成的各溶蚀孔隙中，碳酸盐溶蚀孔隙最为发育，平均值约为1.9%；长石和岩屑溶孔含量相当；杂基溶孔含量最少。(见图6)

图6　砂岩储层中不同溶蚀孔隙平均值分布图

溶蚀作用一般与酸性流体活动伴生，同时形成高岭石、硅质胶结等胶结物。在本区，方解石胶结之前存在高岭石胶结，方解石胶结后又被溶蚀。说明本区至少存在两期酸性流体活动及其伴生的溶蚀作用。

2.6成岩作用对物性的影响

2.6.1压实作用

研究区压实作用可使储层孔隙度变小、渗透率变低，对储层起破坏作用。在研究区，总体上看，压实作用对储层物性具有一定的控制作用，浅层(<2 500 m)孔隙度和渗透率明显好于深层。但在个别井区，如E2、ES2井，物性在纵向上变化不大，压实作用对物性影响不明显，还存在其它成岩作用对物性的影响(图7)。

图7　鄂博梁地区储层孔隙度、渗透率随深度分布图

2.6.2胶结作用

研究区胶结作用发育，其在增强岩石的抗压能力，抵消压实作用的同时由于充填裂缝和孔隙，对储集空间破坏作用较大。为了表征胶结作用对储集空间的影响程度，定义“胶结强度”如下：

某胶结物胶结强度=某胶结物含量/(总面孔率+总胶结物)×100%。

胶结强度越大表明胶结物对填隙空间的占有率越大，当胶结强度达到100%时表明储层被完全胶结。

图8　主要胶结物胶结强度平均值分布

经计算，研究区的总胶结强度分布在11.1%～100%，平均75%(图8)。其中，约43%的样品总胶结强度为100%，可见，该区的胶结作用对储层物性的影响较大。在各胶结物中，方解石以及含铁方解石胶结强度较大，对储层的物性影响较大，是本区非常重要的胶结物。

2.6.3溶蚀作用

在溶蚀孔隙与面孔率的关系图(图9)中，斜率等于1的直线表示面孔率全部为溶蚀孔隙。图中，大部分数据点都落在这条直线上，表明本区绝大多数样品的孔隙以溶蚀孔隙为主。因此，溶蚀作用是控制本区孔隙发育的关键因素。

图9　总面孔率与溶蚀孔隙关系

2.7沥青

研究区沥青的平均含量为0.51%，最高含量为1.6%。研究区沥青多表现为薄膜或沿微裂缝充填的沥青脉，镜下可见沥青在单偏光下黑色不透明，在反射光下具有较高的反射率，在荧光显微镜下主要发育黄色、黄褐色和蓝色、蓝绿色荧光沥青。其中，蓝绿色荧光沥青多溶解早期的黄色、黄褐色荧光沥青。从荧光颜色上判断，研究区至少发生了两期油气充注。还存在方解石交代沥青浸染的泥晶矿物，同时，方解石包裹表面附着沥青薄膜的碎屑颗粒，说明沥青早于方解石胶结。

2.8成岩作用及油气充注序列

由上研究分析可知，本区流体活动比较复杂，既存在酸性流体活动，又存在碱性流体活动，还有油气的充注，且均具有多期次性。早期的酸性流体活动显著，其主要形成了硅质和高岭石胶结，并形成一定规模的溶蚀孔隙；随后，第I期油气开始充注，该期油气成熟度较低，发黄色、黄褐色荧光，分布范围较广。改期油气充注在后期虽经成岩作用改造，在部分地区还有残留或形成炭质沥青；然后发生大规模的碱性流体活动，并主要形成方解石胶结，其对储层的破坏性极大，使大部分储层成为致密储层；随后发生第II期酸性流体活动，其主要表现为溶蚀碎屑颗粒和方解石胶结物，该次溶蚀大大改善了储层物性。烃源岩在排烃之前，均会排出酸性流体；在第II期酸性流体之后，可能发生了第II期油气充注，该期油气成熟度较高，发蓝色、蓝绿色荧光。第II期发蓝色、蓝绿色荧光的油气有溶解早期黄色、黄褐色荧光的沥青的现象。同时，在分布范围上，第II期油气充注明显较第I期小，仅在个别地区分布，这可能与烃源岩排烃时气主油辅有关。

3　结语

研究区存在的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用。其中，胶结作用最为发育，对储层的影响最大，既对压实作用有一定的抵消作用，同时严重破坏储集性能；溶蚀作用多见，并形成一定量的次生孔隙，是控制本区孔隙发育的关键因素。压实作用广泛发育，对孔隙空间主要起破坏作用；交代作用常见，揭示了流体活动的先后顺序。

根据胶结物产状，研究区的其成岩序列大致表现为：早期硅质和高岭石先胶结，并形成一定规模的溶蚀孔隙；其后，第I期油气开始充注，该期油气成熟度较低，荧光主要为黄色、黄褐色，分布范围较广；然后形成大量的方解石胶结，其对储层的破坏性极大，使大部分储层成为致密储层；第II期溶蚀作用溶蚀碎屑颗粒和方解石胶结物，其大大改善了储层物性，为随后发生的第II期油气充注打开了运移通道，扩大了储集空间。第II期油气成熟度较高，荧光颜色主要为蓝色、蓝绿色。

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Sandstone Diagenesis Research on Eboliang Structural Zone Northwestern Edeg from Qaidam Basin

WANG Yi-song，WANG Ai-guo

(State key laboratory for Continental Dynamics& Desect1ment of Geology, Northwest University, Xi’an 710069,Shaanxi)

The diagnoses of Eboliang Structural zone are very complex, that reservoir quality mainly are controlled by sedimentary facies and diagenesis, the sandstone reservoir are typical of reservoir which are low porosity and low permeability, it has a strong heterogeneity. The fluid activities in Eboliang area are complex and it was developed various diagenes. The cementation was most developed, it is offset compaction, and also greatly fill that pore space, damage reservoir property; the compaction are widely development, it mainly play a bad role to pore space; the dissolution is more see, it is formed large secondary pore, and it mainly play a good role to pore space; the metasomatism is often occurred, it has displayed time order about fluid flow unambiguously. The information about fluid flow in Eboliang display: the area there is acidic fluid and alkaline fluid, also, there are oil and gas filling, and they are the multi-stage.

Fluid flow；diagenesis；northern edeg of Qaidam Basin；Eboliang Structural zone and fluid flow

2016-03-03

王奕松(1991-)，男，山东济南人，在读硕士研究生，主攻方向：石油地质学。

P588.21+2.3

A

1004-1184(2016)04-0229-04