准噶尔盆地沙帐断褶带二叠系云质岩储层特征及成因分析

黄芸，梁舒艺，李艳平，赵进雍

（1.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830013；2.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580）

准噶尔盆地沙帐断褶带二叠系云质岩储层特征及成因分析

黄芸1，梁舒艺2，李艳平1，赵进雍1

（1.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830013；2.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580）

云质岩储集层在准噶尔盆地为一套成因特殊、富含油气的储集层，属致密油勘探。以准噶尔盆地卡拉麦里山前凹陷沙帐断褶带二叠系平地泉组一段云质岩储层为研究对象，通过对岩石学、成岩作用、储集空间类型、粘土矿物二次鉴定及成因机理分析指出：沙帐断褶带云质岩按产状分为纹层状、均匀分布状、不规则层状、团块状和裂缝充填5种类型；白云岩化岩流体中镁离子主要来自火山玻璃脱玻化；大规模白云岩化母岩为凝灰岩、沉凝灰岩；邻区火山活动及后期火山凝灰质蚀变和成岩交代为云质岩储层形成的主要原因。HB2井在二叠系平地泉组一段云质岩中经酸化压裂获得工业油流，改写了长期以来“平一段只有烃源岩发育层段”的认识，证实沙帐断褶带发育有云质岩储层源储一体的致密油藏类型。

准噶尔盆地；平地泉组；云质岩；凝灰岩；储层特征；成因机理

近年来鄂尔多斯盆地上三叠统延长组、准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组云质岩、吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组云质岩、沙帐-石树沟凹陷二叠系平地泉组云质岩，松辽盆地扶余油层及青山口组，渤海湾盆地歧口凹陷沙一段白云岩与沙三段泥质白云岩段，吐哈盆地丘东洼陷南斜坡水西沟群等层段在致密油勘探开发中取得重要进展[1-2]。早期发现的与白云岩有关的油气藏及储层研究成果多以海相白云岩储集层为主[3-7]，针对陆相盆地内白云岩成因、成岩作用及储集特征等研究尚在探索阶段[8-11]。

2012年以来，准噶尔盆地以二叠系湖相云质岩储层为目的层的致密油勘探成效显著。云质岩主要分布于二叠系3大凹陷中，即西北缘山前玛湖凹陷风城组，南缘博格达山前凹陷芦草沟组，东部卡拉麦里山前凹陷平地泉组(图1)[10-11]。玛湖凹陷二叠系风城组和博格达山前凹陷二叠系芦草沟组因勘探效果良好，钻试井基础资料多，研究成果丰富[12-15]。玛湖凹陷风成组主要为云质砂泥岩和云质不等粒砂岩，博格达山前凹陷芦草沟组主要发育云质粉细砂岩和泥晶质云质岩。云质岩成因主要为同生、准同生作用，局部地区发育埋藏成岩云质岩和热液后生云质岩。本文据沙帐断褶带二叠系云质岩储层的12口井岩心及薄片观察，利用岩石学分析数据，研究分析了二叠系平地泉组云质岩储层特征和成因机理，指出火山活动与后期白云岩化关系密切，为卡拉麦里山前凹陷平地泉组云质岩优质储层发育控制因素和平面分布预测提供了地质依据。

1 区域地质概况

沙帐断褶带为准噶尔盆地东北缘卡拉麦里山前凹陷中的二级构造单元，东西以帐东断裂、沙西断裂为界，分别与石树沟凹陷和五彩湾凹陷相接，北界为卡拉麦里山，南界为沙奇凸起。

研究区自晚古生代以来经历了海西、印支、燕山、喜马拉雅等构造运动。位于东准噶尔褶皱山系和准噶尔地块间的卡拉麦里前陆冲断带是海西期东准噶尔洋盆消减及弧陆碰撞形成的造山带组成部分，呈近EW向展布。二叠纪时期受基底大断裂压扭作用，冲断带进一步向SW扩展，形成“南北两凹夹中间一凸”的构造格局，“南凹”为发育二叠系芦草沟组云质岩的吉木萨尔凹陷，“中间一凸”为沙奇凸起，“北凹”即卡拉麦里山前凹陷，其沉降中心属沙帐断褶带，发育二叠纪平地泉组湖相云质岩构造凹陷[16]①杨迪生，黄芸.卡拉麦里山前石炭系古前陆冲断带构造模式建立及勘探领域选择，2011。沙帐断褶带平地泉组发育的云质岩类集中于底部平一段中部(简称平一段云质岩)，岩性主要为白云质泥岩、白云质粉砂岩、白云化凝灰岩和含生屑云岩，是一套沉积于咸湖环境，受机械沉积作用、化学沉积作用及火山活动作用共同影响的陆源碎屑与碳酸盐的混积岩。

图1 准噶尔盆地中下二叠统湖相云质岩分布图Fig.1 Distribution map of Lower-middle Permian Lacustrine-facies dolomitic rock in Junggar basin1.主要物源方向；2.次要物源方向；3.相界线；4.地层超覆线；5.地层剥蚀线；6.云质岩发育区；7.半深湖；8.浅湖；9.辫状河三角洲；10.扇三角洲前缘

2 云质岩储层特征及产出状态

2.1 岩性特征

据H1、H2、HB2等井的岩心观察及H1、H2、H11等150块样品铸体薄片鉴定结果表明，二叠系平地泉组一段以湖相细粒沉积为主，为一套粉砂岩、泥质粉砂岩、凝灰岩、沉凝灰岩与云质岩的混积岩。云质岩类主要为云质粉细砂岩、云质泥岩、云质凝灰岩和含生屑泥质云岩等(图2)，白云岩化强烈，为云质岩储层。特点如下：①储层粒径细、结构成熟度低。平一段云质岩储层粒径较细，为0.031 3～0.125 mm，白云岩化强烈，残存碎屑颗粒多呈次棱角-棱角状(图2-a,b,c,d)；②常见化石碎片及内碎屑。内碎屑主要为泥粒、泥晶云质团粒、泥晶菱铁矿团粒，偶见鲕粒。生物化石碎片主要为介形虫、胶磷矿化鱼骨化石(图2-c)。

图2 云质岩储层岩心和薄片特征Fig.2 Core and slice features of dolomitic rocka——HB2，2 624.5 m，云质粉细砂岩，底部见纹层状白云岩；b——H11，1 549.5 m，粉砂质云质泥岩（-）50×；c——H7井，1 720.83 m，含生屑泥质泥晶云岩，生屑主要为双壳类（-）50×；d——HB1，2 534.65 m，强云化粉砂岩（+）50×

2.2 孔隙特征

平一段以湖相细粒沉积为主，凝灰岩、沉凝灰岩发育，储层孔隙总体不发育。据分辨程度将云质岩储层孔隙特征分为显孔和纳米孔两类(图3)。其中显孔在普通显微镜下可见，类型主要为微裂缝及颗粒晶间孔、晶间溶蚀孔(图3-a,b,c,d)。纳米孔在显微镜下不可视，未见蓝色铸体，扫描电镜下可见大量纳米级晶间孔(图3-e,f)。

图3 沙帐断褶带云质岩储层孔隙类型Fig.3 Pore types of dolomitic rock in Shazhang Fault-fold belta——H11井，1 550.3 m，含粉砂质云质泥岩，富含有机质，基质呈微层状发黄褐-暗黄色荧光，晶间孔被沥青质充填，发深褐-褐黄色荧光（-）50×荧光薄片；b——H11井，1 543.8 m，纹层状泥晶云岩，微晶白云石呈纹层状分布，白云石晶间孔及晶间溶孔中被原油充填（-）50×；c——H11井，1 516.15 m，含碳质云质泥岩，（-）50×，层间缝；d——H065井，1 596.99 m，云质粉砂岩，发育微裂缝 （-）50×；e——HB2井，2 623.04 m，云质粉砂岩，显微镜下未见可视孔（-）25×；f——HB2井，2 623.04 m，扫描电镜照片，发育大量纳米级晶间孔

2.3 储层物性特征

对研究区12口井320个实测孔隙度与渗透率数据统计分析，平一段云质岩储层孔隙度为0~26%，主值区间0~20%，平均8.41%，其中孔隙度小于10%的占到总孔隙度的60.67%；渗透率为0.001×10-3~ 245×10-3μm2，主值区间呈双峰分布，分别为小于0.01×10-3μm2和1×10-3~10×10-3μm2，平均0.38×10-3μm2，小于1×10-3μm2，占总样品数的90.02%，总体为低孔低渗致密储层。局部高孔渗样品与微裂缝和溶蚀孔关系密切。二叠纪时期强逆冲挤压的构造活动，为微裂缝发育提供了有效的地质背景。微裂缝不仅改善储层储集空间，并为后期溶蚀作用提供了流体运移通道。如果没有微裂缝，溶蚀作用难以发生。

2.4 云质岩产出状态

平一段云质岩按产状分为纹层状、均匀分布状、不规则层状、团块状和裂缝充填5种产状类型(图4)。

纹层状白云岩 纹层状白云岩分布局限，以准同生云化作用为主。镜下表现为矿物晶形细小、自形程度差等特征。白云石由泥晶白云石和细粉晶白云石组成，晶粒细小(小于0.03 mm)，晶形差，半自形-它形晶为主，晶间有少量粘土矿物。

均匀分布状白云岩 均匀分布状白云岩是相对其它4种不均匀分布的产状类型而言，白云石晶粒结构均一，属构造隆起部位、不整合面附近的混合云化的准同生后白云岩，包括成岩白云岩和后生白云岩等，岩性特征与准同生白云岩不同，其晶粒一般较粗，主要呈细晶或中晶，甚至粗晶，表面带呈砂糖状，常称之为“砂糖白云岩”。常呈中层或中厚层状，常有各种交代残余结构或残余构造。后生白云岩镜下表现为白云石晶体表面洁净，细晶、粉晶白云石。在介质条件稳定环境下，形成晶体内部结构均一、成分纯净的白云岩。

不规则层状白云岩 当富含Mg2+的地层水进入潜流带层面或裂隙，由于压力减小和CO2的放出，一些碳酸盐和有机质物质再次沿层面、渗透性岩层和裂隙沉淀出。沿渗透性较好的岩层成岩交代形成的白云岩受非渗透薄层分割呈不规则层状。

团块状白云岩 富镁离子水在裂隙、层间缝、泄水通道、溶孔、溶洞附近沉淀，成岩交代或化学析出形成团块状白云岩。岩心观察白云石团块集合体直径一般大于4 mm，大小分布不均，镜下为明显团块状。团块状白云岩分布受构造缝（包括泥岩挤压变形形成的破裂缝）、层间缝等微裂缝控制。

裂缝充填白云岩 裂缝充填白云石为一种化学沉积的胶结物、充填物。白云石与石英、方解石、硅硼钠石等矿物充填裂隙，呈亮晶胶结物，干净透明，不含原岩残余物。

3 云质岩成因探讨

3.1 镁离子来源

无论是同生、准同生还是后生白云石，均需丰富的镁离子来源为物质基础。据矿物学和岩石地球化学分析结果，结合区域地质背景分析，推测沙帐断褶带镁离子来源主要有以下3种，其中火山活动形成的大量凝灰岩中火山玻璃脱玻化是镁离子的主要来源。

火山玻璃脱玻化 早—中二叠世全球火山活动剧烈，准噶尔盆地也不例外[17]。准东缘造山带及盆地内可见多套玄武岩、流纹岩及安山岩，沉积地层中见多层凝灰岩及凝灰质砂泥岩，火山作用强烈，凝灰岩分布较广。沙帐断褶带二叠系平地泉组一段的湖相细粒沉积物，以往多认为是泥质岩或粉砂质泥岩，但全岩X衍射分析表明其粘土含量极低[18]，对粘土矿物层状结构、正延长方向和干涉色的二次鉴定，均为凝灰岩和沉凝灰岩[19]，即大面积分布的平地泉组一段湖相“泥岩”实为火山灰物质凝灰岩和沉凝灰岩。微细沉凝灰岩和泥岩在偏光显微镜下均呈集合体分布，前者岩浆成分单一，矿物成分多为中长石类，据负延长特征和定向排列的光性特征可与泥岩区分[19]。其产状与云质岩常呈交互纹层，云质岩的发育紧邻凝灰岩层。

图4 沙帐断褶带平一段云质岩成因类型及产出特征Fig.4 Genetic type and output features of dolomitic rock in the first section of Pingdiquan formation in Shazhang Fault-fold belt

火山灰沉积后常发生火山玻璃脱玻化作用，即火山玻璃总是趋于向晶体方向（矿物）的转化，在碱性地层水条件下，析出物为蒙脱石、斜长石和石英，其过程会分离出Mg2+[20]。现有的150块薄片样品中无典型的火山玻璃相，火山玻璃已脱玻化的证据主要有：①围绕细小石英、斜长石晶形的基质部分明显显示光性特征，正交镜下产生灰白色干涉色，为脱玻化长英质；②玻屑本身全部显示光性，说明玻屑已整体脱玻化，脱玻产物为长英质及粘土质。

沙帐地区云质岩发育多与凝灰岩相邻且与陆源碎屑岩呈相互消长关系，从一定程度上说明火山活动及火山玻璃脱玻化对云质岩形成的影响，依此推测沙帐断褶带地层水中的Mg2+主要来源为火山灰沉积后脱玻化和富镁火山岩矿物自身转化或流体淋滤及溶蚀产生。

局部发育残留海水 沙帐断褶带处于东准噶尔造山带前缘坳陷内，早—中二叠世处于一个整体海退阶段，为海湾或近海湖泊沉积环境，沉积水体为残留海水。其中含有丰富Ca2+、Mg2+、Sr2+、Mn2+等离子的海水，提供了地层水中部分白云岩化所需离子。

深大断裂作用 卡拉麦里碰撞带前缘具前陆盆地沉积特征，具逆掩性质的卡拉麦里断裂带的长期活动，可将深层含Mg2+地下水沿断层带至二叠系平地泉组，从而增加了地层水中Mg2+含量。

3.2 云质岩成因

沙帐断褶带云质岩的形成不是某一种白云岩化作用结果，而是多种白云岩化作用的叠加效应。通过平一段云质岩岩矿特征、地球化学分析及准噶尔盆地二叠系古气候演化综合分析，认为沙帐断褶带二叠系平一段云质岩主要有准同生白云岩化和火山物质蚀变交代两种成因类型，其次还有埋藏白云岩化作用、混合云化作用等(图5)。

图5 沙帐断褶带云质岩成因模式Fig.5 The Formation mechanism of dolomitic rock in Shazhang Fault-fold belt1.砂砾岩；2.粉砂岩；3.粉砂质白云岩；4.灰泥岩；5.泥质白云岩；6.凝灰岩；7.凝灰质白云岩

二叠系平地泉组沉积期，该湖湾区湖水盐度偏高，沉积水体安静，湖盆中沉积粉砂岩、钙质泥岩和凝灰岩。成岩作用早期，在富含镁离子的孔隙水作用下，发生了较强的白云岩化作用，形成准同生成因的白云质泥岩、白云质凝灰岩等。云质岩与凝灰岩呈相邻互层产出，常见水平层理、波状纹层，镜下微晶白云石呈纹层状分布，富含有机质。大量凝灰物的分布与沙帐断褶带平一段强白云岩化关系少有文献提及，本文提出火山物质蚀变与成岩交代是该区云质岩的主要成因类型。火山凝灰物中的火山玻璃极易水解，在碱性地层水条件下，析出蒙脱石、斜长石和石英 。蒙脱石向伊利石转化过程中可释放出大量Na+、Ca2+、Mg2+等离子，释放出的Ca2+有利于方解石的形成[20]。研究区斜长石溶蚀现象普遍，溶蚀析出的Ca2+结合地层水中的CO32－、CO2可形成方解石。后期富Mg 卤水沿断裂、层间缝、微裂缝渗滤早期形成的方解石，成岩交代形成团块状、丝絮状等不同产出特征的白云岩。

4 应用效果及研究意义

沙帐断褶带二叠系平地泉组一段不发育常规碎屑岩储层，长期视为低效勘探层系。继HB2井经酸化压裂在云质岩中获得工业油流，证实低渗致密油藏的存在。随着沙帐断褶带二叠系云质岩勘探持续推进，云质岩储层的储集特征与成因机理的深入研究对准噶尔盆地卡拉麦里山前凹陷的致密油勘探及领域拓展意义重大。

云质岩成因复杂导致其岩性的复杂及产状的特殊性，其原岩为火山凝灰物质的结论明确了云质岩平面的广布状及垂向上的厚层状；溶孔型与裂缝型两类“甜点”主要集中在邻近断裂分布的团块状云质岩、丝絮状云质岩和不规则层状云质岩中。据成因机理研究成果，平地泉组一段最大湖泛面上下分布的暗色优质生油岩和准同生细粒云质岩交互层，具优越的源储一体近源聚集条件，为最佳致密油富集段。空间上在咸化湖湾区深凹带和次凹带最发育，其次分布在斜坡带近凹一侧的坡折带或平台带中。

据此研究成果，在沙帐断褶带指导上钻HD1井、HB021井，又向东拓展，在同样是湖湾区且发育准同生白云岩的石树沟凹陷上钻SS1井、SS011井，均在平地泉组一段云质岩中获得油流，确定卡拉麦里山前凹陷二叠系平地泉组一段为致密油富集区。

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Characteristics and Formation Mechanism for Dolomite Reservoir of Permian PingDiQuan Formation of ShaZhang Fault-fold Belts in Junggar Basin

Huang Yun1,Liang Shuyi2,Li Yanping1,Zhao Jinyong1
(1.Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company，Petrochina, Urumqi,Xinjiang,830013,China;2.China University of Petroleum(Hua Dong),Oil Engineering Institute, QingDao,Shandong,266580,China)

Dolomitic rock reservoir is a special origin and rich-hydrocarbon formation in Junggar Basin,which belongs to tight oil.Existing results all focus on Permian Fencheng formation located in northwest margin,and LuCaoGou formation located in eastern margin,it is studied little that the Permian PingDiQuan formatin of ShaZhang fault-fold belts in northeastern margin.Attributed by lithology,reservoir space and formation mechanism,the dolomitic rock of the PingDi-Quan Formation is divided into 5 types lamina dolomitic rock,uniform distribution,irregular thin-bed,clumps and crackfilling.Mg2+is mainly supplied from volcanic glass devitrification.The original rocks of the dolomitic rock are volcanic material(tuff),sedimentary tuff.The main formation mechanism is the procedure of Volcanic glass in the volcanic tuff material easily to take hydrolysis alteration.That well-HB2 obtaining Industrial oil flow by acid fracturing demonstrated that tight oil of source-reservoir-integration exist in dolomitic rock of the PingDiQuan Formation,ShaZhang fault-fold belts in Junggar Basin.

Junggar Basin;PingDiQuan formation;Dolomitic rock;Tuff;Reservoir features;Formation mechanism

1000-8845(2016)02-224-06

P618.13

A

2015-10-20;

2015-11-10;作者E-mail：huangyun@petrochina.com.cn

黄芸（1969-），女，安徽临泉人，高级工程师，硕士，1989年毕业于西北大学地质系，从事油气勘探研究工作