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柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储层特征 详细信息
摘要
柴达木盆地北缘第三系有丰富的油气储集 ,主要存在于碎屑岩中 ,油气的储集明显与碎屑岩的沉积环境和成岩作用有关。对碎屑岩的储集空间和物性特征起直接的控制作用。通过分析碎屑岩的孔隙类型及在空间的分布特征 ,表明在早、晚成岩作用的转换带有大量的次生溶孔存在 ,是油气的有利富集区。储层物性与方解石成负相关 ,粘土矿物则有不同的变化趋势 ,伊利石的存在使物性变差。 正文
柴达木盆地位于青藏高原北部 ,西以阿尔金山为界 ,东北至祁连山 ,南抵昆仑山 ,东达秦岭 ,是我国西部一个大型的中新生代内陆盆地 ,大致呈北西西向不规则的菱形 ,面积约 1 2万ｋｍ2 。盆地蕴藏着丰富的油气资源 ,在我国的石油工业上占有重要地位。柴达木盆地北缘油气主要储集在第三系上油砂山组、下油砂山组、上干柴沟组、下干柴沟组下段等的碎屑岩中。碎屑岩主要为河道砂体 ,包括冲积平原分流河道、三角洲水下分流河道和边滩砂以及浅湖砂体。各类砂体主要以细砂岩和粉砂岩为主 ,岩石的成分成熟度较低 ,分选性差—中等 ,磨圆度差—中等 ,以棱角状为主。柴达木盆地三角洲、冲积扇、水下扇、河道砂体、河口砂坝、砂层等是油气的储集体[1] 。河道砂体粒序结构 ,可见块状、槽状、平行和板状交错层理 ,储层具有较强的非均质性 ,滨浅湖砂体见大型槽状交错层理和小型板状交错层理 ,储层的非均质性相对于河道砂岩较弱。柴达木盆地第三系下降较快 ,有巨厚的第三系堆积 ,碎屑岩后期改造也较明显 ,主要是成岩作用的加强产生了一系列自生矿物。方解石、粘土矿物晶形变化 ,碎屑颗粒次生增大 ,地层水影响以及碎屑岩孔隙度随成岩作用的加强而变小等各种不同因素的综合作用 ,使柴达木盆地第三系碎屑岩储层在纵向上产生了不均匀的变化 ,成岩作用使其非均质性结构更加复杂化[2 ] 。这些因素的变化趋势以及变化程度控制了碎屑岩储层的物性特征 ,因此了解它们对认识储层的物性特征有重要意义。1 储层特征1 1 矿物岩石组成 柴达木盆地北缘第三系碎屑岩主要由石英、长石、岩屑三部分组成 ,主要为岩屑砂岩或岩图 1 柴达木盆地第三系碎屑岩岩性含量变化特征Ｆｉｇ .1 ＣｌａｓｔｉｃｃｏｎｔｅｎｔｃｈａｎｇｉｎｇｉｎｔｈｅＴｅｒｔｉａｒｙｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｆＣｈａｉｄａｍｕＢａｓｉｎ屑长石砂岩 ,在纵向上从上到下石英、长石含量稍有升高 ,岩屑含量下降 (图 1 ) ,反映出矿物成熟度也有从上到下逐渐增高的趋势。图中Ｅ23和Ｅ1+2 碎屑矿物组分及成熟度变化较大 ,这主要与碎屑岩的物源和沉积环境有较大关系 ,下干柴沟组上段 (Ｅ23)为冲积平原辫状河道相 ,而路乐河组 (Ｅ1+2 )为洪冲积平原相 ,含有较多的岩屑矿物 ,并且分选较差。从岩石组成看 ,柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储层明显从上到下粒度增加 ,上部以粉砂岩、泥质粉砂岩为主 ,向下砂岩、含砾砂岩的百分含量明显增加。1 2 储集空间 柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储集空间主要有以下几种类型。1 2 1 孔隙型 该种类型是柴北缘第三系碎屑岩储层的主要储集形式 ,孔隙类型主要有原生粒间孔、残余粒间孔。原生粒间孔主要发育于上部地层 ,为石英、长石、岩屑等颗粒之间形成的孔隙 ,在1 3 0 0ｍ左右以上深度比较发育 ,孔径主要在 1 0～ 3 0 μｍ ,分布广 ,连通性好 ,面孔率 1 %～ 1 2 %左右 ,配位数 3～ 4。残余粒间孔主要发育在中、下部地层。原生粒间孔的储集性能主要受泥质含量和泥晶方解石含量的控制 ,残余粒间孔主要受成岩作用、碎屑颗粒分选性、微晶—亮晶方解石含量及地层水的影响。1 2 2 孔隙—溶孔型 除原生粒间孔、残余粒间孔外 ,还见有粒内溶孔、晶内溶孔、晶间溶孔、铸膜孔等 ,其中铸膜孔比较少见 ,对储集性能影响不大。粒内溶孔主要是石英、长石等颗粒内由于压溶作用形成的次生溶蚀微孔 ,从上到下逐渐成为孔隙的主要类型 ,大多孔径在 1～ 5μｍ左右 ,连通性较好。粒间溶孔为石英、长石、岩屑等颗粒之间由于压溶而形成的港湾状溶孔 ,不规则 ,大小不一。晶内溶孔主要是方解石等碳酸盐胶结物内的溶孔 ,在 1 50 0～ 1 60 0ｍ深度的早、晚成岩作用转换带发育 ,溶孔的港湾状较大 ,为特大溶孔 ,是影响储集性能的重要因素 ,其形成主要与成岩温度增加、有机质热解产生大量有机酸有关[3] 。晶间溶孔为碳酸盐胶结物边缘被溶蚀形成 ,与石英、长石等颗粒之间不紧密接触 ,在晚成岩作用阶段发育。这种储集空间类型主要发育在早成岩作用晚期和晚成岩作用早期 ,受成岩作用影响较大。1 2 3 孔隙—溶孔—裂缝 储层孔隙除孔隙、溶孔类型外 ,还常见有裂缝伴生 ,裂缝主要是石英、长石颗粒的机械压裂缝和方解石的解理缝、纹等 ,基本上未见构造裂缝。石英、长石压裂缝或纹常见 ,在早成岩作用晚期方解石以亮晶形式出现 ,有发育的解理纹 ,但对于柴北缘第三系碎屑岩储层来说 ,裂缝型储集空间对储集性能的影响较小。1 3 孔隙在纵向上的分带性柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储层原生粒间孔和残余粒间孔、粒内溶孔比较常见 ,随成岩作用的增强 ,在深度上有明显的分带现象 ,原生粒间孔逐渐减少 ,孔径和连通性变差 ,残余粒间孔逐渐增多 ,孔隙度降低 ,最后以溶蚀微孔为主 ,储层的储集性和渗透性降低。在 <90 0ｍ深度主要以原生粒间孔为主 ,含有少量溶蚀微孔 ;在 90 0～ 1 3 0 0ｍ深度主要以粒间孔和溶蚀微孔为主 ,粒间孔发育较好 ,一般 1 0～ 3 0 μｍ左右 ,连通性好 ,分布广 ,溶蚀微孔孔径约 3～ 5μｍ ,储集性较好 ;1 3 0 0～ 1 50 0ｍ深度粒间孔发育较差 ,孔径 <1 0 μｍ ,连通性低 ,以粒间孔和溶蚀微孔为主 ;1 50 0～ 1 60 0ｍ深度则出现较多的晶内溶孔 ,有不规则的特大溶孔 ,孔渗性较好 ;在 1 60 0ｍ以下深度粒间孔发育差 ,孔径细小 ,连通性差 ,主要以溶蚀微孔为主 ,孔径 <3 μｍ。与松辽盆地相比 ,演化方式基本相同[4] ,仅深度向下延伸 ,表明柴达木盆地沉降速度较大。1 4 物性特征 根据物性分析资料 ,柴北缘第三系碎屑岩储层孔隙度和渗透率随深度增加而减小。上油砂山组 (Ｎ22 )砂岩孔隙度平均 2 3 1 %,渗透率平均 2 3 5 97ｍｄ ,下油砂山组 (Ｎ12 )砂岩孔隙度平均1 9 2 %,渗透率平均 1 3 3 2ｍｄ ,上干柴沟组 (Ｎ1)砂岩孔隙度平均 1 7 1 %,渗透率平均 1 44 9ｍｄ ,下干柴沟组下段 (Ｅ13)砂岩孔隙度平均 7 1 %,渗透率平均 1 9 7ｍｄ。物性与成岩作用、储集空间类型有明显的关系 ,碎屑岩粒度、泥质和方解石含量、矿物成熟度等对物性也有较大的影响。2 碎屑颗粒特征 柴北缘第三系碎屑岩储层碎屑颗粒主要有石英、长石和岩屑三类 ,随着深度增加 ,成岩作用加强 ,碎屑颗粒发生一系列变化 ,影响储层的特征。图 2 物性与碎态、中值、分选性及偏度的关系Ｆｉｇ .2 ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄＭｚ ,Ｋｇ ,Ｓｋｉ,Ｂｉ2 1 石英、长石和岩屑 (1 )石英颗粒多呈棱角—次圆状 ,大部分石英表面干净 ,也见有石英表面粘土化 ,大部分见波状消光 ,早成岩作用晚期—晚成岩作用早期石英有次生溶蚀及加大现象 ,加大边窄 ,晚成岩作用早期较为明显 ,溶蚀作用使石英成镶嵌状 ,缝合线接触。石英边缘被粘土矿物、方解石、白云石等交代明显 ,晚成岩作用阶段可见整个石英颗粒被方解石完全交代 ,也可见石英具压裂现象 ,裂缝不规则。石英颗粒波状消光 ,可能来源于变质岩。 (2 )长石主要由钾长石和斜长石组成 ,长石蚀变现象明显 ,主要为绢云母化和高岭土化 ,镜下观察也见有表面干净、无色透明的长石 ,格子状双晶。在早成岩作用晚期—晚成岩作用早期见长石边缘溶蚀 ,有次生加大现象 ,加大边较窄 ,不十分明显 ,长石颗粒边缘被粘土、方解石、白云石等交代。 (3 )岩屑成分复杂 ,主要岩性为片岩、千枚岩、板岩、石英岩、片麻岩、细碧岩、硅质岩、长英岩、二长岩、泥岩、中性火山岩等 ,以变质岩屑为主 ,从区域背景上看与北祁连山变质岩系岩石十分相似 ,反映了碎屑岩物源可能来源于北祁连山。岩屑随深度增加有较大的变化 ,在晚成岩作用阶段 (>1 52 0ｍ)可见有假杂基出现 ,严重影响了碎屑岩的储集性能。2 2 碎屑岩与储层物性的关系 柴北缘第三系碎屑岩储层的粒度参数和孔、渗分析表明 ,碎屑岩储层物性与碎屑颗粒中值大小、分选性、峰态和偏度之间有较大的关系(图 2 ) ,从图中也可反映出碎屑岩的沉积搬运作用、粒度大小对物性的影响程度不同。颗粒较大的碎屑岩物性比颗粒较小的碎屑岩好 ,即细砂岩物性好于粉砂岩。但细砂岩和粉砂岩中灰质、石膏、硬石膏的功能胶结物和自生矿物的含量大大影响了碎屑岩的物性。这些矿物含量越高 ,物性越差。另外 ,粉砂岩中如果含有较多粗碎屑颗粒 ,则物性比不含粗碎屑颗粒的碎屑岩物性好。 碎屑岩储层中物性的好坏直接受碎屑颗粒大小以及方解石、粘土、自生矿物含量的影响。储层的好坏直接由沉积环境和成岩作用控制。与鄂尔多斯盆地赵石窑砂体曲流河体系储集层特征相图 3 粘土矿物含量与物性之间的关系Ｆｉｇ .3 Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ似[2 ] ,水流强度大时 ,沉积大型的构造 ,有利于孔渗的发育。而成岩作用则更直接与有机质的成熟、碎屑颗粒的物化水解次生加大有关。柴北缘第三系储层明显反映在早、晚成岩作用转换带上 ,有机质成熟释放大量的有机酸和碳酸[5 ] ,溶解了石英、长石、方解石等 ,孔渗性变好 ,成为有利的油气储集带。晚成岩作用晚期 ,石英、长石的次生加大 ,孔渗变差。路乐河组为洪冲积成因 ,碎屑颗粒较大 ,沉积环境对油气储集起主要作用。3 粘土矿物与方解石3 1 粘土矿物图 4 方解石含量与空隙度的关系Ｆｉｇ .4 Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃａｌｃｉｔｅｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｐｏｒｓｉｔｙ 粘土矿物组成变化较大 ,主要有高岭石、伊 /蒙混层粘土、伊利石、绿泥石、水云母、黑云母、白云母等。根据对柴北缘第三系碎屑岩中粘土矿物含量及物性分析 ,粘土矿物的种类和含量与物性有关 ,伊 /蒙混层粘土、绿泥石、高岭石含量增加对碎屑岩孔隙度、渗透率变好有利 ,而伊利石含量增加则孔渗性变差 (图 3 ) ,所以粘土矿物对储层储集性能的影响主要取决于伊利石与其它粘土矿物含量之间的比例 ,当伊利石比例增高时 ,粘土含量高对孔渗不利。周国清[6 ] 对粘土矿物的热模拟研究表明蒙脱石向伊利石转化有利于孔隙度和渗透率的增大。很明显 ,热模拟与自然状态下不相符合。不同种类的粘土矿物对物性影响不同 ,主要是由于粘土矿物存在方式的差异 ,从扫描电镜和显微镜下观察 ,可见伊 /蒙混层粘土、高岭石、绿泥石主要以粒状或板状存在于颗粒之间 ,粒状或板状结构能增加孔渗性 ,并且可以阻止碎屑颗粒的次生加大 ,而伊利石则以包壳或衬边的形式分布于颗粒外围 ,即使能阻止碎屑颗粒的次生加大 ,但伊利石本身的存在方式减小了孔隙空间 ,严重影响了喉道的连通性。3 2 方解石 柴北缘第三系碎屑岩中的方解石主要作为胶结物出现 ,在不同深度 ,结晶和分布差异较大 ,从上到下方解石从泥晶、粉晶逐渐过渡到微晶、亮晶方解石 ,结晶方式与成岩作用有密切关系 ,在大约 1 52 0ｍ左右深度的早、晚成岩作用转换带 ,方解石主要以亮晶颗粒出现 ,并且晶内溶孔极发育 ,溶孔呈较大港湾状 ,是第三系碎屑岩次生孔隙发育带。但总体上 ,方解石含量对储层物性影响较大 ,从含灰质较多的碎屑岩压汞特征也反映出对孔隙结构有不利影响。图 4是柴达木盆地北缘南八仙构造仙 9井第三系碎屑岩储层方解石含量与孔隙度之间的相互关系 ,从图中明显反映出方解石含量增大孔隙度减小。所以方解石含量是影响柴北缘第三系碎屑岩储层的主要因素。4 结论 本文通过对柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储层岩性、储集空间及其在纵向上的物性分布特征的分析 ,表明沉积环境和成岩作用是控制物性的主要原因。河道、三角洲、冲积扇等处较粗的砂及粉砂孔渗性较好。成岩作用主要控制了有机质的热演化及石英、长石颗粒的次生加大 ,在早、晚成岩作用转换带 ,由于有大量的有机酸形成 ,有较多的次生孔隙 ,物性较好 ,是有利的油气聚集带。伊利石的存在对孔渗影响较大 ,是储层物性的一种不利因素。方解石含量与孔隙度负相关 ,主要由成岩作用控制。柴达木盆地北缘第三系碎屑岩储层特征@张成君$兰州大学资源环境学院!甘肃兰州730000 @崔彦立$吐哈油田勘探处!新疆鄯善839029 @孙柏年$兰州大学资源环境学院!甘肃兰州730000柴达木盆地北缘;;碎屑岩储层;;方解石;;粘土矿物柴达木盆地北缘第三系有丰富的油气储集 ,主要存在于碎屑岩中 ,油气的储集明显与碎屑岩的沉积环境和成岩作用有关。对碎屑岩的储集空间和物性特征起直接的控制作用。通过分析碎屑岩的孔隙类型及在空间的分布特征 ,表明在早、晚成岩作用的转换带有大量的次生溶孔存在 ,是油气的有利富集区。储层物性与方解石成负相关 ,粘土矿物则有不同的变化趋势 ,伊利石的存在使物性变差。[1] 王明儒柴达木盆地地震相模式[J]石油实验地质,1993,15(3):225-233 [2] 张运东,李祯,温显端曲流河道砂体内部构成及储集层非均质性的露头研究———以鄂尔多斯盆地东北部延安组露头砂体为例[J]新疆石油地质,1997,18(3):234-238 [3] 顾家裕,宁从前,贾进华塔里木盆地碎屑岩优质储层特征及成因分析[J]地质论评,1998,14(1):83-89 [4] 楼章华松辽盆地储层成岩反应与孔隙流体地球化学性质及成因[J]地质学报,1998,72(2):144-152 [5] TBarth.Organicacidsfromsourcerockmatuuraion:generationpotentials,transportmechanismsandrelevancefrommineraldiagene sis.AppliedGeochemistry,1993,8:325-337. [6] 周国清粘土矿物的热模拟研究[J]石油实验地质,1995,17(3):286-282。国家自然科学基金 (4 0 0 410 0 4;;49972 0 13);; 中国博士后基金资助 引文
[1] 王明儒柴达木盆地地震相模式[J]石油实验地质,1993,15(3):225-233 [2] 张运东,李祯,温显端曲流河道砂体内部构成及储集层非均质性的露头研究———以鄂尔多斯盆地东北部延安组露头砂体为例[J]新疆石油地质,1997,18(3):234-238 [3] 顾家裕,宁从前,贾进华塔里木盆地碎屑岩优质储层特征及成因分析[J]地质论评,1998,14(1):83-89 [4] 楼章华松辽盆地储层成岩反应与孔隙流体地球化学性质及成因[J]地质学报,1998,72(2):144-152 [5] TBarth.Organicacidsfromsourcerockmatuuraion:generationpotentials,transportmechanismsandrelevancefrommineraldiagene sis.AppliedGeochemistry,1993,8:325-337. [6] 周国清粘土矿物的热模拟研究[J]石油实验地质,1995,17(3):286-282。 |
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