海拉爾盆地貝中次凹南屯組成巖作用及優質儲層主控因素

李玲玲，劉劍營，王永超

1.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

海拉爾盆地位于內蒙古自治區呼倫貝爾盟境內，為中、新生代的多旋回、疊合式、斷陷--坳陷型盆地。貝中次凹是海拉爾盆地貝爾湖坳陷內最富油氣的構造單元之一。海拉爾盆地沉積地層自下而上依次為：布達特群、興安嶺群、扎賚諾爾群(分為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組和伊敏組)和貝爾湖群[1--4]，其中南屯組是貝中次凹重要的勘探目的層位，作為提交儲量的重點地區，貝中次凹儲層研究還存在以下問題：儲層中發育火山碎屑巖及火山碎屑巖--陸源碎屑巖之間的過渡巖石類型，其巖性及成巖作用特征更為復雜；儲層普遍低孔低滲的背景下存在物性較好的優質儲層[5--6]，其控制因素需要深入分析。筆者主要運用普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、X--射線衍射和茜素紅染色等技術方法, 系統分析了貝中次凹南屯組儲層的巖石學、成巖作用特征，并分析了優質儲層的控制因素，為貝中次凹油氣勘探提供了儲層研究的技術支撐。

1 儲層巖石學特征

通過顯微鏡下薄片鑒定，貝中次凹南屯組巖石類型主要有火山碎屑巖類、火山--沉積巖類和陸源碎屑巖類(表1、圖1)。

a.凝灰巖， X3井，2 408.83 m，單偏光，×4；b. 熔結凝灰巖,X3井，2 428.79 m，單偏光，×2；c. 沉凝灰巖，X3井，2 414.4 m，單偏光，×4；d. 凝灰質砂巖，X6井，2 346.3 m，單偏光，×2；e.凝灰質定向排列，X3井，2 424.63 m，單偏光，×4；f.脫玻化作用，X5井，2 713.53 m，正交偏光,×10； g. 櫛殼狀石英，X3井，2 406.1 m，掃描電鏡，×550；h.方解石連生結構，X3井，2 417.38 m，正交偏光,×4；i.搭橋狀伊利石，X3井，2 421.9 m，掃描電鏡，×700；j.絨線團狀綠泥石，X5井，2 712.79 m，掃描電鏡，×1900；k.蜂窩狀伊蒙混層，X2井，2 666.84 m，掃描電鏡，×1500；l.綠泥石貼附在顆粒表面或充填于孔隙中，X7井，2 528.39 m，掃描電鏡，×1500； m.方解石交代碎屑，X3井，2 416.89 m，正交偏光,×10；n. 長石溶解，X3井， 2 418.51 m，單偏光，×10；o.方解石溶解，X3井，2 418.51 m，單偏光，×10；p.凝灰質溶解，X2井，2 653.7 m，單偏光，×2。圖1 巖石類型及成巖作用Fig.1 Rock types and diagenesis

巖類巖性結構火山碎屑/%陸源碎屑/%石英長石巖屑泥質雜基/%碳酸鹽膠結物/%分選性磨圓膠結類型接觸關系火山碎屑巖類凝灰巖凝灰結構>90陸源碎屑<10 差棱角火山-沉積巖類沉凝灰巖沉凝灰結構50～90陸源碎屑10～50中偏差棱角凝灰質砂巖凝灰質砂狀結構10～50陸源碎屑50～90中偏差次棱角--次圓孔隙式點--線陸源碎屑巖類砂巖碎屑結構<1010～2714～3437～691～61～6中次棱角--次圓孔隙式點--線

火山碎屑巖以凝灰巖為主(圖1a)，少量熔結凝灰巖(圖1b)。凝灰巖主要為晶屑凝灰巖、巖屑凝灰巖，少量玻屑凝灰巖,為凝灰結構，火山碎屑含量>90%，碎屑呈棱角狀，其中晶屑多為斜長石和石英，少量彎曲變形的黑云母，巖屑主要為中基性噴出巖巖屑(如安山巖、玄武巖巖屑)和凝灰巖巖屑。熔結凝灰巖中碎屑以塑性玻屑和塑性巖屑為主，含有少量剛性碎屑如晶屑，為熔結凝灰結構，塑性玻屑可見燕尾狀分叉，剛性碎屑邊緣可見塑變不強的弧面棱角狀外形。

火山--沉積巖類主要為沉凝灰巖(圖1c)、凝灰質砂巖(圖1d)。沉凝灰巖中火山碎屑含量在50%～90%，其中主要為巖屑，晶屑次之，玻屑較少，碎屑顆粒呈棱角狀為主。凝灰質砂巖以陸源碎屑為主，含10%～50%的火山碎屑，碎屑顆粒呈次棱角--次圓狀，孔隙式膠結，顆粒間呈點--線接觸。

陸源碎屑巖類以中、細粒長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主(圖2)，少量粉砂巖。砂巖碎屑中石英含量10%～27%；長石含量14%～34%；巖屑含量37%～69%；泥質含量1%～6%，方解石膠結物含量1%～6%，碎屑粒度為0.09～0.88 mm，中等分選，顆粒呈次棱角--次圓狀，孔隙式膠結，顆粒間呈點--線接觸。

圖2 貝中次凹南屯組砂巖分類Fig.2 Sandstone classification of Nantun Formation in Beizhong sag

2 成巖作用類型

根據巖芯觀察與顯微鏡下的薄片觀察，并結合掃描電鏡和X--射線衍射黏土礦物分析，確定了成巖作用類型有壓實和壓溶作用、玻璃質成分的脫玻化作用、膠結和交代作用及溶解作用等。

2.1 壓實和壓溶作用

壓實作用是南屯組儲層孔隙度降低、滲透性變差的主要因素。凝灰巖、沉凝灰巖的壓實作用弱于凝灰質砂巖和砂巖，由于凝灰質成分在固結成巖過程中有一定的膠結作用，而使壓實作用部分受阻[7]。凝灰巖、沉凝灰巖的壓實作用表現為火山碎屑呈層狀排列，有明顯的定向性(圖1e)，一些壓扁拉長的塑性玻屑和塑性巖屑定向排列形成假流紋構造。凝灰質砂巖和砂巖的壓實作用表現為塑性碎屑如白云母的擠壓彎曲變形，剛性碎屑如石英破裂以及碎屑顆粒呈定向分布。壓溶作用是和壓實作用伴生的，南屯組壓溶作用主要是石英碎屑的壓溶，其結果使顆粒的邊緣不平直，呈凹凸接觸甚至縫合線接觸。

2.2 玻璃質成分的脫玻化作用

玻屑凝灰巖和沉凝灰巖中含有不穩定的玻璃質成分[8]，玻璃質成分在成巖過程中逐漸轉變為穩定態的結晶物質，形成細小的雛晶，進一步形成微晶(圖1f)，形成霏細結構和球粒結構。

2.3 膠結和交代作用

南屯組儲層膠結作用比較強，膠結物類型多樣，包括硅質、方解石、黏土礦物及少量菱鐵礦等。硅質膠結主要是石英膠結，其結構主要有櫛殼狀結構(圖1g)和石英次生加大邊結構。硅質膠結物的來源主要有火山碎屑的蝕變、長石的溶解和蝕變、黏土礦物轉化過程中產生及石英碎屑的壓溶作用。

方解石膠結多呈斑塊狀分布，局部呈連生結構(圖1h)。南屯組儲層黏土礦物膠結以伊利石(圖1i)和綠泥石(圖1j)為主，其次為伊蒙混層(圖1k)。伊利石充填在粒間孔隙內呈絲縷狀、搭橋狀；絨線團狀的綠泥石集合體貼附在碎屑顆粒表面或填充在孔隙內(圖1l)；伊蒙混層貼附在碎屑顆粒表面呈蜂窩狀、山巒狀。菱鐵礦膠結僅在局部少量發育，其膠結形式為薄膜狀圍繞顆粒。

交代作用主要表現為方解石交代碎屑及填隙物(圖1m)，是膠結作用進一步擴大的結果。

2.4 溶解作用

南屯組儲層溶解作用表現為長石、巖屑內不穩定組分的溶解(圖1n)以及方解石膠結物和凝灰質填隙物的溶解(圖1o， 圖1p)， 從而形成粒內溶孔、粒間溶孔及鑄模孔，增加了巖石的儲集性能。

3 成巖階段劃分

南屯組的鏡質體反射率(Ro)為0.45%～1.02%；最大熱解溫度(Tmax)主要分布于430℃～450℃之間；黏土礦物組合以伊利石和綠泥石為主，其次為伊蒙混層(表2)，高嶺石主要發育于南屯組二段，自生礦物以方解石膠結、微晶石英膠結為主，局部出現石英次生加大現象。綜合有機質成熟度、黏土礦物組合和自生礦物特征等參數，按照碎屑巖成巖階段劃分標準[9--10]，南屯組的成巖階段主要為中成巖階段A期(圖3)。

表2 貝中次凹南屯組黏土礦物相對含量

Table 2 Relative contents of clay minerals of Nantun Formation in Beizhong sub-sag

層位樣品數/塊黏土礦物相對含量/%伊利石綠泥石伊蒙混層高嶺石南屯組一段15672～243970～74630～515南屯組二段1853～183531～182524～41562～925

圖3 貝中次凹南屯組成巖演化示意圖Fig.3 Diagenetic stage model of Nantun Formation in Beizhong sag

4 成巖相劃分

成巖相是一定成巖環境下各種成巖作用的綜合反映，與儲集性有直接關系。以影響儲層物性的主控成巖作用及其強度、膠結物成分及其結構特征等因素將貝中次凹南屯組劃分為3種成巖相類型。

壓實相特征沉積條件差，為易于壓實的含泥細、粉砂巖以及分選差、泥質含量高、成分成熟度和結構成熟度低的砂巖，物性較差，孔隙不發育，不利于油氣的儲集。

膠結相特征膠結作用強，方解石或硅質膠結物含量高且充填了粒間孔隙，降低了儲集物性，但膠結物局部溶解或有裂縫時可形成次生孔縫。貝中次凹希3井南一段2 415～2 417.5 m段凝灰質砂巖，以方解石膠結為主，巖性致密，儲集空間不發育，為膠結成巖相(圖4)。

圖4 希3井成巖相劃分圖Fig.4 Diagenetic facies division of Well Xi 3

溶解相特征有長石、巖屑、方解石膠結物和凝灰質填隙物的溶解，易形成次生孔隙發育帶。如貝中次凹希3井南一段2 404～2 415 m、2 417.5～2 431 m凝灰巖及凝灰質砂巖儲層溶解作用較強，包括方解石膠結物溶解、凝灰質溶解及巖屑長石溶解，該段總體上以溶解成巖相為主，形成一定量的次生溶孔，儲集空間較發育(圖4)。

5 優質儲層主控因素

優質儲層是指在低孔低滲背景下相對優質的儲集層段。根據貝中次凹南屯組巖芯孔隙度滲透率特征分析，在2 400～2 700 m深度段內存在兩個次生孔隙發育帶。南屯組優質儲層的控制因素有兩個方面。

5.1 發育優勢沉積相

沉積相是儲層分布和發育的物質基礎。通過巖芯觀察描述，貝中次凹以扇三角洲和辮狀河三角洲沉積體系為主。綜合利用測井、錄井和粒度分析等資料分析了單井沉積微相模式，編制了沉積相平面圖。根據貝中次凹南一段沉積相劃分，區內優質儲層段的沉積相多為扇三角洲前緣亞相。由于扇三角洲前緣是陸上沉積與穩定水體過渡地帶，物源供給充足，砂體發育，流體運移通暢，易于形成大量的次生孔隙，使儲層物性變好。

5.2 成巖作用對儲層的改造

圖5 南屯組一段不同巖性孔隙度分布圖Fig.5 Porosity profile of different lithology in the first section of Nantun Formation

溶解作用對于改善儲層儲集性能具有重要作用，包括長石、巖屑、方解石膠結物和凝灰質填隙物的溶解，其中凝灰質填隙物的溶解最為關鍵。對比發現，凝灰質填隙物含量高的巖石類型比相應的砂巖物性條件好，次生孔隙更為發育(圖5)，分析其溶解機理，由于凝灰質填隙物不穩定，在有酸性水和連通粒間孔隙的環境下易于發生溶解作用，形成溶蝕孔隙，其次凝灰質在冷卻收縮和脫水收縮過程中易形成收縮縫，增加了儲層滲透性，此外凝灰質壓實固結后具有一定的抗壓實能力，能降低壓實減孔率。

6 結論

(1)貝中次凹南屯組儲層富含火山碎屑組分，巖性組合包括火山碎屑巖、砂巖以及火山碎屑巖--沉積巖過渡類型巖石。

(2)南屯組儲層埋深2 000～3 000 m，儲層經歷的壓實、膠結等成巖作用較強，綜合有機質成熟度、黏土礦物類型及組合、成巖自生礦物類型及含量等參數，將南屯組成巖階段劃分為中成巖A期。

(3)以影響儲層物性的主控成巖作用及其強度、膠結物成分及其結構特征等因素將貝中次凹南屯組劃分為3種成巖相類型：壓實相、膠結相和溶解相，其中溶解相對儲集空間發育最有利。

(4)優質儲層控制因素包括：①發育優勢沉積相--扇三角洲前緣；②溶解作用對于改善儲層儲集性能具有重要作用，包括長石、巖屑、方解石膠結物和凝灰質填隙物的溶解，其中凝灰質填隙物的溶解最為關鍵。