准噶尔盆地西北缘二叠系风城组储层发育特征及油气富集因素

李学良，张奎华，林会喜，张关龙，侯读杰(1.中国地质大学(北京)，北京 10008；2.海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 10008；.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

0 引 言

准噶尔盆地西北缘二叠系风城组是重要的含油层系，近年来的勘探都取得了较好的勘探成果[1-3]。在近几年的勘探开发过程中也遇到一些难题，包括风城组复杂的储层岩石类型(既有碎屑岩，也有云质岩和火山岩)、复杂的储层物性展布(不同类型、同种类型不同区带的储层物性变化较大)和复杂的含油性[4-5](不同类型储层的含油特征具有明显的差异性)对勘探开发的困扰。对此，利用研究区内丰富的钻井资料，通过观察岩心、薄片、扫描电镜等资料，分析了风城组储层的岩石学特征、不同类型储层的储集空间类型以及物性特征；根据不同类型储层物性与含油性相关性分析，明确了控制油气富集的有利储层类型；分析了沉积作用、成岩作用和构造运动等因素对有利储层的控制作用；在此基础上，预测了不同类型有利储层的空间展布特征，以期为下步精细描述有利储层、开展勘探部署工作提供技术指导。

1 概 况

研究区位于准噶尔盆地西北缘哈拉阿拉特山—乌夏地区，北部为哈拉阿拉特山(哈山)，西部以扎伊尔山为界，南邻玛湖凹陷，东接石英滩凸起和英西凹陷(图1)。准噶尔盆地西北缘古生代经历了从被动型大陆边缘到碰撞前陆坳陷的演化阶段，主要沉积了浅海—滨海相碎屑岩、陆相喷发岩和陆相碎屑岩。其中，早二叠世风城组沉积时，盆地处于前陆盆地间歇期，同时伴随短暂松弛伸展引起的火山活动[6-14]。

图1 准西北缘构造纲要

研究区二叠系地层可划分为下二叠统的佳木河组(P1j)和风城组(P1f)以及中二叠统的夏子街组(P2x)和下乌尔禾组(P2w)，上二叠统在区内缺失。其中，风城组主要分布在哈山、乌夏及玛湖凹陷地区，玛湖凹陷中心地带尚无探井揭示风城组。乌夏地区风城组主要为深灰色和灰黑色凝灰质白云岩，白云质泥岩，泥质白云岩夹砂岩、粉砂岩，并发现有孔虫、棘皮动物化石残片和藻类等化石；北部哈山地区风城组主要为含灰或灰质泥岩、泥质粉砂岩和薄层粉砂岩及少量细砂岩的互层，其中，在哈山东部地区发育凝灰岩等火山碎屑岩。

2 储层发育特征

2.1 岩石学特征

研究区内风城组储层岩石类型复杂，碎屑岩、云质岩、火山碎屑岩等均有发育。岩石矿物成分主要包括盐类矿物、云质岩类矿物和灰质细粒碎屑岩(图2)。

研究区的盐类矿物主要包括石盐、硬石膏、天然碱(图2a)，此外，还发育特殊盐类矿物，如硅硼钠石和碳酸钠钙石(图2b、c)。石盐和硬石膏主要呈漂浮状分布在云泥岩中，整体含量较少。云质岩类矿物分布特征包括纹层状展布、粉细晶均匀分布、裂缝充填、短脉状体和斑状边缘充填(图2d、e、f)。粉细晶白云岩在研究区普遍发育，表明其形成于强烈蒸发的环境[15-20]。灰质细粒碎屑岩主要指灰质泥岩和粉、细砂岩，岩心观察可见泥灰岩和粉砂质泥岩组成的纹层，反映出水体环境较为安静(图2g、h、i)。

图2 准西北缘二叠系风城组岩石矿物发育特征

2.2 储集空间类型

根据岩心、薄片和扫描电镜观察，研究区二叠系风城组储层的储集空间类型主要包括原生孔隙、溶孔和裂缝(图3)。

研究区碎屑岩储层的储集空间类型主要为粒内溶孔(图3a)，相对含量约为60%，其次为微裂缝、基质溶孔和剩余原生粒间孔(图3b—e)。云质岩储层的主要储集空间包括溶孔和裂缝，此外，还包括少量的晶间孔、晶内溶孔、基质溶孔等(图3f、g)。火山岩储层的储集空间主要包括孔隙和裂缝(图3h、i)，其中，孔隙可分为原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙主要包括未充填气孔、半充填残余气孔和极少量的基质微孔，次生孔隙包括基质溶孔和粒内溶孔。此外，裂缝也是研究区火山岩储层重要的储集空间。

图3 准西北缘二叠系风城组储集空间类型

2.3 储层物性特征

根据岩石物性测试，分析了不同类型储层物性发育特征。从统计数据来看，碎屑岩储层平均孔隙度为7.32%，最大为27.30%，整体为中—低孔隙度；云质岩储层孔隙度低，平均为4.62%，45%的样品孔隙度小于4.00%；火山岩储层孔隙度变化较大，最高可达到28.00%，最小为0.40%。

根据研究区不同岩性储层的物性统计分析可知，碎屑岩中相对粗粒的小砾岩和不等粒砂岩的物性最好，平均孔隙度分别为8.60%、7.00%；凝灰质砂岩和细砂岩次之，平均孔隙度分别为6.00%、12.00%；白云质粉砂岩、砂岩和砂砾岩的孔隙度相对较低，平均值分别为4.60%、3.20%、2.80%。火山岩储层中熔结凝灰岩的孔隙度最好，平均值为28.00%；其次为石泡熔岩，平均孔隙度为13.00%，沉凝灰岩和凝灰岩的孔隙度低，平均值分别为8.00%、5.00%。

3 有利储层与油气富集

准西北缘油气源丰富，主要来源于玛湖凹陷，包括下二叠统佳木禾组、风城组和中二叠统下乌尔禾组的油气源[21-22]。在研究区风城组不同储层类型(碎屑岩、云质岩和火山岩)勘探过程中都已钻遇油层，获得工业油气流。但受控于储层空间类型和物性差异，油气富集程度以及产出效果差异较大，总体看来，优质储层控制了油气富集(图4)。

3.1 有利储层发育特征

根据储层类型与产油层关系，将不同类型储层分为Ⅰ类和Ⅱ类储层(图4)。

碎屑岩I类储层主要为泥质粉砂岩、云质粉砂岩和凝灰质粉砂岩，孔隙度为1.30%～27.30%，平均值为6.30%；渗透率为0.011～171.000 mD，平均值为9.600 mD；主要储集空间为溶蚀孔洞；由于裂缝的沟通作用，储层孔隙度和渗透率相关性较好，油层产量较高(风城1井日产油为204 t/d)。Ⅱ类储层主要为不等粒砂岩、小砾岩和云质砂岩，孔隙度为6.80%～18.00%，平均值为14.03%；渗透率为0.260～54.660 mD，平均值为3.220 mD；整体为中—低孔隙度、低渗透率储层，需对油层进行压裂增产。

图4 准西北缘二叠系风城组储层综合评价

云质岩储层岩性较细，包括云质泥岩、泥质云岩、含云盐质泥岩及凝灰质云岩。泥质云岩平均孔隙度相对较高(平均值为2.38%)，这与白云岩含量较大、晶间孔较多有关。根据云质岩储层物性变化，同时考虑储集空间的配置关系，认为云质岩I类储层为裂缝-孔洞型储层，储集空间为裂缝和溶蚀孔洞，裂缝起到很好的沟通作用；储层孔隙度为3.00%～9.00%，渗透率为0.800～10.000 mD。云质岩Ⅱ类储层为溶蚀孔洞型储层，储集空间主要为盐类矿物经过后期溶蚀之后形成的孔洞，分布相对孤立。

火山岩I类储层以熔结凝灰岩为主，气孔发育，充填程度弱，孔隙度一般大于20.00%，渗透率较低，平均值在1.000 mD左右，属于中—高孔隙度、特低渗透率储层；储集空间以气孔为主，伴有部分小规模收缩溶孔和基质溶孔，需通过压裂获得高产油流；火山岩Ⅱ类储层以熔结凝灰岩为主，包括部分石泡熔岩；孔隙度相对较低，一般为12.00%～20.00%，渗透率平均值为0.500 mD，属于中孔隙度、特低渗透率储层；储集空间主要为气孔和收缩溶缝，充填程度较高，同样需要压裂获得油气流。

3.2 有利储层控制因素

根据储层岩石类型及物性发育特征，认为原始沉积相带对储层物性具有根本性的控制作用。此外，溶孔、裂缝作为主要的储集空间类型，证明了后期的成岩作用和构造作用对有利储层的发育同样具有控制作用[23-25]。

3.2.1 沉积作用

风一段沉积时期，深湖相沉积范围较小，主要以半深湖云质岩和滨浅湖沉积为主；东部的玛东斜坡带和西部的百乌断裂带物源供给较强，三角洲沉积范围较大，湖相沉积范围较小，此时期的储层主要以碎屑岩为主，东北部的红旗坝地区受火山活动影响，火山岩较为发育(图5a)。

风二段沉积时期，湖相沉积范围变大，其中，半深湖云质岩沉积范围已扩大至北部哈山地区；东部的玛东斜坡带和西部的百乌断裂带三角洲沉积范围明显减小。该时期云质岩储层相比碎屑岩储层更为发育，主要发育于深湖相周边的半深湖相带中，在北部的哈山地区已有多口钻井钻遇。火山活动整体上有所减弱，火山岩储层相对不发育(图5b)。

图5 准西北缘二叠系风城组有利储层发育模式

风三段沉积时期，湖相沉积范围明显缩小，盆地边缘辫状河三角洲进积明显，受沉积体系控制，该时期碎屑岩储层主要发育于风城断裂带和夏红北断裂带附近，云质岩储层在半深湖相中发育，集中在乌尔禾断裂带处。火山活动明显减弱，仅在红旗坝东北角发育(图5c)。

3.2.2 成岩作用

成岩作用对储层的影响主要表现为压实作用、自生矿物胶结作用和后期溶蚀作用[24]。研究区风城组在断裂下盘埋深较大，深度为3 500～4 900 m，储层受压实作用影响明显，物性较差；上盘地层深度为800～1 000 m，压实作用相对较弱，物性明显较好。在成岩作用中后期，随着压实作用的进一步增大，开始产生裂缝，但多被胶结物充填。

云质岩储层在压实作用过程中，孔隙空间大幅度减少，但受后期的溶蚀作用和重结晶作用，储层孔隙空间得到改善。

火山碎屑岩在同生成岩阶段以熔结作用为主，发育熔结凝灰岩，因挥发逸散作用产生大量气孔；同时，熔岩在冷凝收缩过程中，受热液作用影响形成了气孔杏仁体；埋藏成岩阶段，在早期的大气淡水和晚期的有机酸参与下，火山岩储层发生一定的溶蚀作用，能够很好地改善储层物性。

3.2.3 构造作用

构造作用对储层的控制作用主要表现为3个方面：首先，伴随着多期次的构造运动，研究区裂缝发育，增加了储层孔隙空间；其次，裂缝的发育为后期酸性流体的运移提供了路径，有利于溶蚀作用并形成优质储层；此外，挤压构造作用造成风城组部分地层被推覆至浅层，减弱了压实作用，也有利于形成有利储层。

3.3 有利储层预测

根据有利储层分类，在上述储层控制因素分析基础上，对不同类型的优质储层进行了预测(图5)。

3.3.1 碎屑岩储层

根据岩心、薄片观察和物性统计分析，辫状河三角洲河道砂砾岩储层的物性相对较好；三角洲前缘的含灰或灰质粉砂岩物性较差；云质粉砂岩因含有一定的盐质成分，物性相对变好；碳酸盐和沸石类胶结物部分充填了原生粒间孔隙，但同时也为后期的溶蚀作用提供了物质基础；断层活动伴生的裂缝为后期流体运移提供了路径，有利于溶蚀作用的进行。

在上述认识基础上，预测了研究区碎屑岩优质储层空间展布：碎屑岩I类储层主要发育于风一段，分布在乌尔禾断裂带西部和百乌断裂带的近源三角洲前缘，岩性主要为云质、泥质粉细砂岩(图5a)；碎屑岩Ⅱ类储层主要发育于风三段，分布在乌尔禾断裂带东部、风城断裂带和夏红北断裂西侧，岩性主要为粗碎屑岩(图5c)。

3.3.2 云质岩

云质岩岩性较细，有利储层发育的关键在于裂缝发育程度。研究区风三段以云质岩(富含硅质)成分为主，向上由于水体的变浅逐渐转为以泥岩、砂岩类碎屑岩沉积为主，岩性组合有利于脆性断裂和裂缝的发育。同时，断裂活动区也有利于裂缝的形成。在此认识基础上，预测了研究区云质岩优质储层空间展布：云质岩I类储层主要发育于风三段下部，分布在乌尔禾断裂带东北侧，裂缝发育(图5c)；云质岩Ⅱ类储层主要发育于风二段，分布在盐类矿物含量高的半深湖和深湖相带，裂缝相对不发育(图5b)。

3.3.3 火山岩

火山岩优质储层发育受岩性、岩相及成岩作用等方面的控制。研究区风城组火山岩储层以火山碎屑岩为主，此外还有火山熔岩。通过岩性及物性统计分析，认为岩性是控制优质储层发育的主要因素，充填胶结作用对原生气孔破坏严重，后期溶蚀和构造作用对储层起到一定改善作用。研究区风一段沉积时期火山活动强烈，火山岩分布广泛，之后火山活动逐渐减弱。火山岩I类储层主要发育于风一段，分布在各火山口位置；火山岩Ⅱ类储层主要分布在I类储层外围(图5a)。

4 结 论

(1) 准噶尔盆地西北缘二叠系风城组储层岩石类型包括碎屑岩、云质岩和火山岩；岩石矿物成分主要包括盐类矿物、云质岩类矿物和灰质细粒碎屑岩；储集空间主要包括原生孔隙、溶孔和裂缝。

(2) 碎屑岩储层整体为中—低孔隙度，平均值为7.32%；云质岩储层孔隙度较低，平均值为4.62%；火山岩储层孔隙度变化较大，其中，熔结凝灰岩孔隙度最高，最大值可达28.00%。

(3) 控制储层发育的主要因素包括沉积作用、成岩作用和构造作用。沉积作用对储层的影响主要体现在不同沉积(火山岩)相带的储层物性有所差异；成岩作用对储层的影响主要包括压实作用、自生矿物胶结作用和后期溶蚀作用对储层的控制；构造作用的影响主要体现在后期断裂、地层抬升剥蚀等对储层演化的控制。

(4) 控制油气富集的主要因素是优质储层。碎屑岩优质储层主要发育于风一段，分布在乌尔禾断裂带西部和百乌断裂的近源三角洲前缘，岩性主要为云质、泥质粉细砂岩类；云质岩优质储层主要发育于风三段下部，分布在乌尔禾断裂带东北侧；火山岩优质储层主要发育于风一段，集中分布在火山口处。