準東阜東斜坡區齊古組砂巖成巖作用研究

蔣艷霞,文華國,張　航,劉亞鵬,李　云,靳　軍

（1.成都理工大學沉積地質研究院，成都610059；2.中國石油西南油氣田分公司川東北氣礦，四川達州635000；3.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000）

準東阜東斜坡區齊古組砂巖成巖作用研究

蔣艷霞1,文華國1,張航2,劉亞鵬1,李云1,靳軍3

（1.成都理工大學沉積地質研究院，成都610059；2.中國石油西南油氣田分公司川東北氣礦，四川達州635000；3.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000）

侏羅系巖性油藏是準噶爾盆地阜東斜坡區非常重要的原油產層，探索儲層主要成巖作用類型對該區齊古組油氣勘探及開發具有重要意義。利用鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射、陰極發光、鏡質體反射率和物性分析等資料，對阜東斜坡區侏羅系齊古組砂巖成巖作用及其對儲層物性的影響進行了研究。該區齊古組砂巖儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次為長石巖屑砂巖；成分成熟度較低，結構成熟度較高；主要成巖作用類型包括壓實作用、膠結作用以及溶蝕作用，成巖演化階段已達到中成巖階段A期。其中，建設性成巖作用主要包括部分綠泥石和伊利石包膜膠結作用和溶蝕作用，破壞性成巖作用主要包括壓實作用以及方解石、凝灰質、方沸石和硅質膠結作用。該研究成果為進一步的巖性-地層油藏的儲層預測提供了依據。

砂巖儲層；成巖作用；齊古組；阜東斜坡區

0　引言

儲層物性的控制作用進行重點研究，以期為深化該區巖性-地層油藏的勘探提供理論依據。

準噶爾盆地是我國西部重要的含油氣盆地，阜東斜坡區位于準噶爾盆地東部，具備典型的陸相盆地緩坡構造背景。阜東斜坡區侏羅系巖性油藏是新疆油田分公司非常重要的勘探領域之一，2011年阜東2井和阜東5井頭屯河組的勘探突破以及2012年以來相繼在阜東16井和阜東022井齊古組地層中獲高產油流，再次揭開了阜東斜坡區中上侏羅統巖性油氣藏的勘探序幕，并引起了人們的廣泛關注［1-5］?，F有的研究成果表明，阜東斜坡區齊古組儲層實驗分析手段單一，研究不夠精細，在一定程度上無法滿足現今油氣勘探的需求。成巖作用對儲層物性和優質儲層的形成與分布均起到了重要的控制作用［6-17］。筆者利用鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射、陰極發光、鏡質體反射率和物性分析等資料，對阜東斜坡區侏羅系齊古組砂巖成巖作用及其對

1　區域地質背景

阜東斜坡區位于準噶爾盆地東部，天山北麓東段，阜康市以東，吉木薩爾縣以西（圖1），構造整體單一，寬度為20～40 km，面積約600 km2。在區域古構造和古氣侯的控制下，阜東斜坡區在中晚侏羅世強烈抬升［18］，地層遭到嚴重剝蝕。研究區上侏羅統齊古組埋藏較淺，一般為1 800～2 500 m，自下而上發育齊一段、齊二段和齊三段，其中齊一段保存完整，齊二段和齊三段均有不同程度的剝蝕。該區上侏羅統齊古組發育以砂巖為主的湖盆—三角洲沉積體系。齊一段沉積時期，湖平面范圍最大，主要發育三角洲前緣沉積；齊二段和齊三段沉積時期，湖平面下降，湖盆水體大面積縮水，以發育三角洲平原沉積為主。

圖1　阜東斜坡區構造位置及井位分布Fig.1　The structural location of Fudong slope area and wells distribution

2　巖石學特征

通過對阜東斜坡區14口鉆井巖心取樣，并進行鑄體薄片的鏡下觀察及陰極發光、掃描電鏡、X射線衍射、鏡質體反射率和物性分析等研究，認為該區齊古組巖石類型主要為巖屑砂巖，其次為長石巖屑砂巖（圖2）。石英體積分數平均為23.4%，主要由單晶石英組成，同時含有部分變質石英巖屑和燧石巖屑；長石體積分數平均為14.3%，以鉀長石為主，含部分斜長石和條紋長石；巖屑體積分數平均為62.3%，主要為巖漿巖巖屑，其次為變質巖巖屑和沉積巖巖屑。雜基體積分數平均為0.2%，主要為黏土雜基；膠結物主要為自生黏土礦物（綠泥石、高嶺石及伊利石）和方解石，還有少量方沸石、凝灰質和黃鐵礦。薄片鑒定數據統計表明，研究區儲層砂巖粒度以細粒和中粒為主，磨圓度主要為次棱角狀，分選中等—偏好，膠結類型主要為薄膜型、孔隙型和孔隙-壓嵌型?？傮w來看，阜東斜坡區齊古組砂巖的成分成熟度較低而結構成熟度較高。

圖2　 阜東斜坡區齊古組砂巖分類Fig. 2 Sandstone classification of Qigu Formation in Fudong slope area

3　主要成巖作用類型及特征

成巖作用在沉積演化中占有重要地位，是造成沉積巖石多樣化的重要原因。通過對阜東斜坡區齊古組儲集砂巖成巖作用進行詳細研究，認為其主要的成巖作用類型包括壓實作用、膠結作用和溶蝕作用等。

3.1壓實作用

研究區壓實作用主要發生在早期成巖階段，主要表現為：①碎屑顆粒的定向排列；②隨著埋深增加，顆粒接觸更緊密，以點接觸和線接觸為主，局部出現凹凸接觸（圖版Ⅰ-1）；③巖屑和云母等塑性組分受力發生彎曲變形；④在壓實過程中，還伴隨有黏土礦物的沉淀，形成主要呈薄膜狀附著在顆粒表面的自生黏土礦物，導致原生孔隙和喉道半徑均減小，儲層物性變差。

3.2膠結作用

3.2.1方解石膠結作用

經巖心和薄片觀察，研究區方解石膠結的砂巖在巖心中呈夾層或斑塊狀發育，存在2期方解石膠結：①早期方解石膠結，其負膠結物孔隙度可高達30%，以包裹碎屑顆粒為主，使碎屑顆粒呈“懸浮”狀分布（圖版Ⅰ-2），方解石晶形較好，有的甚至呈連晶狀出現，在陰極發光下發亮黃色光（圖版Ⅰ-3）；②晚期方解石膠結，膠結物較少見，以充填自生黏土礦物包膜保存的原生粒間孔隙（圖版Ⅱ）和交代碎屑顆粒2種形式產出，在陰極發光下方解石發橙紅色光。

研究區齊古組砂巖中方解石膠結物的出現對儲層具有雙重作用：一方面，方解石膠結物使原生孔隙大幅度減少，導致儲層物性變差（圖版Ⅰ-2）；另一方面，方解石膠結物可抑制壓實作用的進行，并且在后期酸性介質條件下可發生溶蝕作用而釋放出其所占據的孔隙空間，在一定程度上改善了儲層的物性。

研究區砂巖中有瀝青附著于碎屑顆粒表面，且后期出現凝灰質充填的現象，表明早期即存在熱液流體的活動，而且早期方解石膠結物富Mn，陰極發光強烈，發亮黃色光。根據張義杰［19］的研究，二疊系烴源層流體中富Mn元素等組分，這說明早期鈣質膠結物流體可能來源于二疊系烴源層的深部熱液流體。

3.2.2凝灰質膠結作用

研究區齊古組局部發育較多的凝灰質填隙物，主要以顆粒包膜、充填粒間孔隙、網狀充填粒間孔隙及充填破裂縫等4種方式賦存于砂巖中（圖版Ⅰ-4）。凝灰質填隙物的成巖演化與埋藏環境中地層水介質的酸堿度、離子含量及流通性均密切相關。凝灰質填隙物極易富集Fe2+，Ca2+和Mg2+，且在堿性介質條件下，凝灰質易蝕變為綠泥石等黏土礦物，形成黏土礦物包殼。此外，在蝕變過程中有少量的二氧化硅釋放出來，在顆粒之間的孔隙中形成自生石英微晶［20］。隨著埋藏深度及地層溫度的增加，地層水pH值降低，局部會發生酸性礦物的溶蝕而形成次生孔隙［21］。

3.2.3方沸石膠結作用

研究區齊古組局部發育方沸石膠結物，方沸石膠結使碎屑顆粒呈“懸浮”狀分布于其中（圖版Ⅰ-5）。在單偏光下方沸石為無色透明，光性較均一，具明顯的負突起，而在正交偏光下全消光。

已有的研究［21］表明，凝灰質含有大量在溫度較低時不穩定的礦物，在溶蝕之后可釋放出大量K+，Na+，Ca2+和Mg2+等，形成有利于方沸石形成的強堿性環境。

3.2.4硅質膠結作用

研究區齊古組砂巖中硅質膠結物的賦存狀態以充填孔隙的自生微晶石英晶體為主（圖版Ⅰ-6），少見石英次生加大，這可能與黏土礦物包膜包裹顆粒對原生孔隙的保護有關［22］。自生微晶石英顆粒可能來自于砂巖中凝灰質填隙物中的非晶質硅、黏土礦物演化釋放的游離硅及有機酸溶蝕長石而產生的二氧化硅。

3.2.5自生黏土礦物膠結作用

根據X射線衍射分析，研究區自生黏土礦物類型豐富，主要為綠泥石、高嶺石、伊利石和伊/蒙混層等黏土礦物（表1）。齊古組砂巖中含有大量的凝灰質填隙物、中基性凝灰巖巖屑及火山巖巖屑等，可以為自生黏土礦物的沉淀提供其所需的Fe2+和K+，此外，長石和黑云母的溶蝕也為Fe2+，Mg2+，Si4+，K+和Al3+提供了來源。自生黏土礦物包膜的沉淀需要相對高孔滲且開放的成巖條件，在一定程度上與沉積環境也密切相關。

（1）綠泥石包膜膠結作用

研究區齊古組自生綠泥石呈葉片狀和花朵狀分布在碎屑顆粒表面，呈薄膜式膠結（圖版Ⅱ）。自生綠泥石包膜有灰白色和綠色2種顏色（圖版Ⅱ-2、圖版Ⅱ-5），且包膜厚度較大。研究區齊古組部分自生綠泥石附著于顆粒表面的鈦鐵質和凝灰質之上，或者是發育于凝灰質填隙物之中，而砂巖中較發育的鈦鐵質則可能與凝灰質析出鐵質有關。因此，該區自生綠泥石環邊的發育與砂巖中含有凝灰質填隙物具有密切的關系。自生綠泥石包膜膠結在研究區齊古組儲層砂巖中普遍發育，是使原生孔隙得以保存并改善儲層物性的主要原因之一。

表1　阜東斜坡區齊古組黏土礦物X射線衍射分析Table 1　X-ray diffraction analysis of clay minerals of Qigu Formation in Fudong slope area

（2）伊利石包膜膠結作用

研究區齊古組自生伊利石呈片絲狀、似花朵狀包裹碎屑，呈薄膜式膠結，部分沿孔隙周緣形成襯墊，屬于早期成巖階段的產物，對儲層孔隙具有一定的保護作用（圖版Ⅰ-7）。自生伊利石包膜厚度變化較大，部分呈綠色，可能是由綠泥石進一步轉化而成。

（3）高嶺石膠結作用

研究區齊古組自生高嶺石集合體呈板狀、書頁狀或蠕蟲狀充填于粒間孔隙中（圖版Ⅰ-8～Ⅰ-9），呈孔隙式膠結。高嶺石在砂巖儲層中很常見，是長石溶蝕和次生孔隙發育的指示性礦物，常出現在粒間孔隙中［23］。在開放或半開放系統中，長石可以將溶蝕物質特別是K+（對于鉀長石形成高嶺石的反應來說）排放出去［24-26］，而形成大量高嶺石。

3.3溶蝕作用

溶蝕作用是改善儲層物性、對儲層起建設性作用的重要成巖作用之一。鏡下研究表明，阜東斜坡區溶蝕作用較弱，主要表現為碎屑顆粒和填隙物的溶蝕。碎屑顆粒溶蝕主要包括長石顆粒的少量溶蝕和巖屑顆粒的局部溶蝕（圖版Ⅰ-10）；填隙物溶蝕主要包括鈣質膠結物和凝灰質的溶蝕（圖版Ⅰ-11、圖版Ⅰ-4）。研究區長石的溶蝕作用主要表現為整個長石顆粒的溶蝕和沿著長石顆粒邊緣的局部溶蝕（圖版Ⅰ-12）。研究區粒間孔隙中發育有高嶺石和自生石英顆粒。根據黃思靜等［27］的研究，長石（主要包括鉀長石和鈉長石）在具有H+和H2O的條件下會轉化為高嶺石或石英。成巖演化序列顯示，成巖早期和中期成巖流體為弱堿性，不發生或者局部發生溶蝕現象；中晚期成巖流體為酸性，伴隨有長石顆粒的少量溶蝕。研究區黏土礦物含量高，由伊/蒙混層的脫水作用形成的H+可能為方解石膠結物的溶蝕提供了酸性環境。

表2　阜東斜坡區齊古組泥巖鏡質體反射率Table 2　Mudstone vitrinite reflectance of Qigu Formation in Fudong slope area

4　成巖演化階段劃分

在分析阜東斜坡區埋藏史、有機質演化史、地熱史、成巖礦物特征和泥巖中黏土礦物演化的基礎上，依據成巖階段的劃分方案及其標志［28］，對該區齊古組碎屑巖的成巖演化階段進行了劃分。其劃分標志主要為：①孔隙類型和顆粒接觸類型。碎屑巖原生孔隙較發育，次生孔隙相對不發育，顆粒以點—線接觸為主，表明巖石受壓實作用相對強烈。②鏡質體反射率。其值較小，為0.552%～1.007%（表2）。③自生黏土礦物組合。掃描電鏡下常見蜂窩狀伊/蒙混層、絲狀伊利石、葉片狀綠泥石和片狀高嶺石集合體充填于孔隙中。④多見方解石膠結。⑤齊古組泥巖中伊/蒙混層體積分數平均為66.7%，伊/蒙混層比為10%～95%。綜上所述，研究區齊古組砂巖主要處于中成巖階段A期（圖3）。

圖3　阜東斜坡區齊古組成巖演化序列Fig.3　Diagenetic evolution sequence of Qigu Formation in Fudong slope area

研究區齊古組砂巖的成巖演化序列為：①早期成巖階段包括壓實作用、凝灰質的蝕變、黏土礦物環邊膠結及早期方解石膠結作用；②中期成巖階段包括方解石、鐵方解石、方沸石、自生高嶺石和自生微晶石英晶體的形成以及少量溶蝕作用；③從自生礦物沉淀組合來看，早期為弱堿性孔隙水，局部為強堿性孔隙水，中晚期為酸性孔隙水（圖3）。

5　成巖作用對儲層物性的影響

砂巖儲層物性主要受沉積微相、成巖作用和構造活動等因素的控制。成巖作用對原始孔隙的改造程度對砂體最終能否成為有效儲集體起著關鍵性的作用［29］。阜東斜坡區齊古組砂巖的破壞性成巖作用主要包括壓實作用、方解石膠結作用、凝灰質膠結作用、方沸石和硅質膠結作用；建設性成巖作用主要包括黏土礦物膠結作用和溶蝕作用。

5.1破壞性成巖作用

5.1.1壓實作用使巖石致密化

機械壓實減少了砂巖的粒間體積（負膠結物孔隙度），這是對砂巖中孔隙度和潛在孔隙度不可逆的破壞過程。相反，膠結作用造成孔隙堵塞，但不會減少粒間體積。壓實作用和膠結作用對孔隙度減小的相對重要性可以用粒間體積-膠結物圖解（圖4）來進行定量分析。從圖4可以看出，壓實作用是研究區上侏羅統齊古組砂巖原生粒間孔隙減少的主要控制因素之一，但顆粒呈點—線接觸，極少見到有顆粒破裂等現象，且埋藏較淺，由此說明壓實作用程度較弱。

圖4　阜東斜坡區齊古組儲層砂巖膠結物含量與負膠結孔隙度投點圖Fig.4　Reservoirsandstonescementcontentandminuscement porosity graph of Qigu Formation in Fudong slope area

5.1.2方解石膠結作用對儲層不利

研究區方解石膠結強烈，形成于蝕變作用和黏土化作用之后，部分砂巖的方解石膠結物幾乎完全充填粒間孔，其體積分數可高達50%。砂巖中方解石膠結物的出現對儲層具有雙重影響：一方面，方解石膠結物使原生孔隙大幅度減少，造成砂巖極低的孔隙度和滲透率，同時也增加了儲層層內非均質程度，不利于儲層發育；另一方面，在成巖早期方解石膠結物可抑制壓實作用的進行，直到早成巖階段B期，少量酸性流體的侵入才使方解石膠結物發生部分溶蝕，從而使儲層物性得到改善。值得注意的是，研究區齊古組早期和晚期方解石膠結物的溶蝕作用均很弱，對儲層的改善程度均較小。研究區齊古組方解石膠結物的含量與孔隙度具有非常明顯的負相關性（圖5），充分說明方解石膠結物對儲層孔隙的破壞作用顯著，而且呈現出方解石膠結物含量越高，對儲層破壞越大的特點。

圖5　阜東斜坡區齊古組砂巖中方解石膠結物含量與孔隙度關系Fig.5　Relationship between calcite cement content and porosity in sandstone of Qigu Formation in Fudong slope area

5.1.3凝灰質膠結作用對儲層物性具有雙重影響

研究區齊古組凝灰質填隙物作為重要的膠結物之一，對儲層發育不利的方面表現為：①凝灰質填隙物以不同的方式充填砂巖粒間孔隙，導致儲層物性變差；②凝灰質填隙物富Fe2+，Ca2+和Mg2+，在偏堿性介質條件下，易蝕變成多種黏土礦物和自生微晶石英充填于粒間孔隙中。對儲層發育有利的方面表現為：①凝灰質填隙物使砂巖抗壓實能力增強，有利于原生孔隙的保存；②凝灰質填隙物的脫?；饔每稍谝欢ǔ潭壬细纳粕皫r儲層的孔滲性；③隨著埋藏深度及地層溫度的增加，凝灰質填隙物中的酸性不穩定礦物會發生溶蝕而形成次生孔隙。

5.1.4方沸石和硅質膠結物阻塞孔隙

研究區齊古組砂巖中發育少量方沸石膠結物和硅質膠結物。其中，方沸石膠結物使碎屑顆粒呈“懸浮”狀分布于其中（圖版Ⅰ-5）；硅質膠結物主要以充填孔隙的自生微晶石英晶體形式出現（圖版Ⅰ-6）。盡管二者在砂巖中的含量均較低，在儲層中分布較少，但還是在一定程度上影響了儲層的物性。

5.2建設性成巖作用

5.2.1自生黏土礦物包膜保護了原生粒間孔

自生黏土礦物包膜的膠結作用（主要是綠泥石和伊利石包膜）形成于成巖作用的早期階段，以孔隙襯邊方式存在于原生粒間孔中，使原生粒間孔隙和喉道減少，降低了儲層的孔滲性能，但卻使巖石顆粒的抗壓性得到了增強，從而保留了部分原生粒間孔，特別是當自生黏土礦物包膜厚度大于5 μm時，還可以抑制碎屑顆粒的成核生長［22］。對研究區4口井齊古組一段約100個樣品的綠泥石環邊包膜厚度（圖版Ⅱ）的測量和統計結果顯示，包膜厚度為5.4～23.2 μm，平均為11.8 μm，不同井中環邊綠泥石包膜的平均厚度與對應的孔隙度和滲透率均呈正相關關系（表3）。這在一定程度上表明，大面積分布的分流河道和水下分流河道微相對應的砂巖綠泥石包膜抑制了碎屑顆粒的成核生長，有利于儲層發育。

表3　阜東斜坡區齊古組自生黏土礦物包膜厚度與儲層發育關系Table 3　Relationship between authigenic clay mineral envelope thickness and reservoir development of Qigu Formation in Fudong slope area

5.2.2溶蝕作用對儲層的改善

研究區砂巖由于有機酸的侵入，長石顆粒發生少量溶蝕，方解石膠結物、凝灰質和黏土礦物發生局部溶蝕。長石的溶蝕以鉀長石為主（圖版Ⅰ-12），斜長石和條紋長石相對較少。長石溶蝕時，可析出高嶺石和石英等次生礦物。由于研究區溶蝕作用較弱，僅在局部增加了少量次生孔隙，因此，其對儲層的改善能力有限。

6　結論

（1）阜東斜坡區齊古組砂巖儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，其次為長石巖屑砂巖，成分成熟度較低而結構成熟度較高。

（2）阜東斜坡區齊古組砂巖儲層成巖作用主要包括壓實作用、方解石膠結作用、凝灰質膠結作用、方沸石膠結作用、硅質膠結作用、自生黏土礦物膠結作用和溶蝕作用，成巖演化階段已達到中成巖階段A期。

（3）阜東斜坡區齊古組砂巖儲層中的自生黏土礦物包膜使原生粒間孔隙和喉道減少，降低了儲層的孔滲性能，但卻使巖石顆粒的抗壓性得到了增強，保留了部分原生粒間孔；綠泥石包膜在較厚的情況下可以擬制碎屑顆粒成核生長，有利于儲層發育。溶蝕作用是對儲層有利的成巖作用；壓實作用和方解石、凝灰質、硅質和方沸石膠結作用不利于儲層發育。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅱ

（本文編輯：王會玲）

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

中國石油新疆油田分公司項目“準東阜東斜坡區侏羅系齊古組儲層精細研究”（編號：2013-C4039）資助

蔣艷霞（1990-），女，成都理工大學在讀碩士研究生，研究方向為礦物學、巖石學及礦床學。地址：（610059）四川省成都市成華區二仙橋東三路1號成都理工大學。E-mail：jiangyanxia313@qq.com

文華國（1979-），男，博士，副教授，主要從事沉積學和石油地質學方面的教學和科研工作。E-mail：wenhuaguo@qq.com。