塔里木盆地塔中－巴楚地區(qū)志留系柯坪塔格組成巖作用及成巖相

李 錕，于炳松

劉清俊，任 艷 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

塔里木盆地塔中－巴楚地區(qū)志留系柯坪塔格組成巖作用及成巖相

李 錕，于炳松

劉清俊，任 艷 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

塔中－巴楚地區(qū)志留系柯坪塔格組是塔里木盆地重要的勘探目的層之一。在對(duì)該區(qū)柯坪塔格組沉積背景認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡、電子探針及X射線衍射等分析方法對(duì)儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，認(rèn)為研究區(qū)砂巖主要經(jīng)歷了壓實(shí)－壓溶作用、膠結(jié)作用、溶解作用，目前已達(dá)到了晚成巖A期的末期。塔中地區(qū)與巴楚地區(qū)柯坪塔格組成巖作用的差異主要是原始沉積環(huán)境導(dǎo)致的物質(zhì)成分差異所致，并最終導(dǎo)致了物性的差異。依據(jù)成巖作用對(duì)物性的影響，劃分出4種成巖相，其中早期碳酸鹽膠結(jié)物強(qiáng)溶解與晚期弱－中等充填成巖相為最有利儲(chǔ)集相帶，強(qiáng)石英次生加大成巖相、碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)成巖相和強(qiáng)烈壓實(shí)成巖相不利于孔隙的發(fā)育。

柯坪塔格組；成巖作用；成巖相；塔中－巴楚地區(qū)；塔里木盆地

塔中－巴楚地區(qū)構(gòu)造上隸屬于塔里木盆地中央隆起帶中部的塔中低隆及西部的巴楚斷隆，面積約7×104km2，整體處于阿瓦提、滿加爾、塔西南和塘古巴斯4個(gè)生烴坳陷包圍之中，勘探潛力巨大［1］?？缕核窠M是塔里木盆地在志留紀(jì)穩(wěn)定克拉通內(nèi)拗陷背景下沉積的一套濱淺海陸源碎屑沉積，可細(xì)分為下段、中段和上段，塔中地區(qū)缺失下段和中段［2］?？缕核窠M一直是塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)油氣勘探的重點(diǎn)層位，以往的研究成果多集中在沉積特征、儲(chǔ)層特征等方面，而對(duì)于控制儲(chǔ)集層發(fā)育和分布的關(guān)鍵——成巖特征，特別是成巖相的研究相對(duì)薄弱。通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡、電子探針和X射線衍射等分析方法，筆者對(duì)塔中－巴楚地區(qū)柯坪塔格組砂巖儲(chǔ)層成巖作用特征及成巖相進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)柯坪塔格組沉積總體處于潮坪－淺海陸棚相的沉積環(huán)境［3］，以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，少量中砂巖，顆粒分選中等－好，磨圓度以次圓－次棱角狀為主，結(jié)構(gòu)成熟度較高。巖石類型主要為巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑石英砂巖，塔中地區(qū)局部發(fā)育前濱－臨濱背景下形成的成熟度較高的石英砂巖（圖1）。

研究區(qū)柯坪塔格組碎屑成分以石英為主，占碎屑顆粒的30%～95%，平均72.9%，多具波狀消光；巖屑含量變化較大，在1%～56%之間，平均19.7%，以硅質(zhì)巖巖屑和泥質(zhì)巖巖屑為主；長(zhǎng)石含量相對(duì)較低，為1%～25%，平均7.3%；黑云母含量較少，常呈定向排列，局部可見絹云母化。填隙物主要為鐵方解石和硅質(zhì)膠結(jié)物，泥質(zhì)雜基含量較少。

圖1 塔中－巴楚地區(qū)柯坪塔格組砂巖類型

2 成巖作用類型及其特征

研究區(qū)柯坪塔格組主要經(jīng)歷了壓實(shí)和膠結(jié)等破壞性成巖作用、碎屑顆粒及膠結(jié)物的溶解等建設(shè)性成巖作用，而交代作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響較小。

2.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)柯坪塔格組砂巖儲(chǔ)層目前埋深較大，壓實(shí)－壓溶作用總體較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為：①碎屑顆粒間以線狀接觸為主，局部為凹凸?fàn)罱佑|（圖2（a））；②石英、長(zhǎng)石等脆性顆粒可見壓裂紋；③常見黑云母被擠壓變形；④泥質(zhì)巖屑等塑性顆粒被擠入粒間孔中形成大量假雜基（圖2（a））。強(qiáng)烈的壓實(shí)使儲(chǔ)層原生孔隙不可逆地消除，同時(shí)壓溶過(guò)程產(chǎn)生的Si2＋還為后期的硅質(zhì)膠結(jié)提供物質(zhì)來(lái)源，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育極為不利。

砂巖中剛性顆粒的含量及早期膠結(jié)作用的發(fā)育程度對(duì)壓實(shí)作用的強(qiáng)度具有較大的影響［4］。巴楚地區(qū)柯坪塔格組目前埋深將近3000m，塔中地區(qū)則大部分達(dá)到5000～6000m，但巴楚地區(qū)壓實(shí)作用反而表現(xiàn)更加強(qiáng)烈。這主要是由于礦物成分差異所致：巴楚地區(qū)塑性巖屑以及雜基的含量相對(duì)較高，在壓實(shí)過(guò)程中抗壓實(shí)能力較弱，容易變形，因此壓實(shí)作用表現(xiàn)比較強(qiáng)烈；而塔中地區(qū)石英含量普遍高于巴楚地區(qū)，石英等剛性顆粒具有較強(qiáng)的抗壓能力，加之早期碳酸鹽膠結(jié)物的大量形成也增加了巖石的抗壓強(qiáng)度，因此壓實(shí)作用較巴楚地區(qū)弱，相對(duì)有利于原生孔隙的保存。

2.2 膠結(jié)作用

巖石薄片、電鏡及探針等分析表明，研究區(qū)柯坪塔格組膠結(jié)作用總體較強(qiáng)，膠結(jié)物主要為碳酸鹽、硅質(zhì)和粘土礦物，此外還有少量自生長(zhǎng)石、黃鐵礦等。膠結(jié)作用使得原生孔隙進(jìn)一步降低。

2.2.1 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物的數(shù)量、分布方式以及與壓實(shí)作用的先后順序都在很大程度上影響著碎屑巖儲(chǔ)層的質(zhì)量。研究區(qū)柯坪塔格組碳酸鹽膠結(jié)物含量變化較大，體積分?jǐn)?shù)在0.1%～35%之間，平均15%左右。鑄體薄片及電子探針?lè)治霰砻鳎芯繀^(qū)柯坪塔格組碳酸鹽膠結(jié)物可分為早、晚兩期，早期主要為呈基底式膠結(jié)的泥晶方解石及微晶白云石，晚期主要為中細(xì)晶及連晶鐵方解石、鐵白云石。早期碳酸鹽膠結(jié)物的形成能夠抑制后期的壓實(shí)作用，將原生孔隙轉(zhuǎn)化為潛在孔隙，為后期溶蝕形成次生孔隙提供條件。

2.2.2 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)柯坪塔格組硅質(zhì)膠結(jié)總體較為普遍，硅質(zhì)膠結(jié)物含量1%～10%，平均1.72%。硅質(zhì)膠結(jié)物的沉淀受到溫度、流體pH值等因素的影響。當(dāng)碎屑顆粒之間形成局部酸性環(huán)境，孔隙水中游離Si2＋便會(huì)在石英碎屑邊緣沉淀形成次生加大邊（圖2（b））。次生加大是柯坪塔格組硅質(zhì)膠結(jié)的主要產(chǎn)出形式，?？梢?～2期加大現(xiàn)象，加大邊寬以1～5μm為主，第1期膠結(jié)時(shí)由于孔隙空間發(fā)育，加大邊自形程度較好；第2期則由于孔隙空間減少而呈不規(guī)則狀。隨著孔隙水中游離Si2＋濃度增加，形成了少量充填于孔隙中的自生粒狀微晶石英集合體（圖2（c））。

研究區(qū)柯坪塔格組硅質(zhì)膠結(jié)物的來(lái)源包括多期烴類注入［5］溶蝕的石英、長(zhǎng)石顆粒、蒙皂石轉(zhuǎn)變成伊利石以及早期壓溶作用所產(chǎn)生的游離態(tài)的硅。塔中地區(qū)柯坪塔格組硅質(zhì)膠結(jié)作用總體比巴楚地區(qū)強(qiáng)烈，這主要是受碎屑顆粒成分，尤其是石英顆粒含量的影響。碎屑石英含量越高，石英膠結(jié)物含量也越高。如塔中47井上砂巖段石英砂巖中自生石英含量平均可達(dá)4.6%，最高可達(dá)9.5%。石英的次生加大及自生石英使原生孔隙降低，且極不易于后期改造，對(duì)儲(chǔ)層影響較大。

2.2.3 粘土礦物膠結(jié)

研究區(qū)柯坪塔格組粘土礦物類型主要有伊／蒙混層礦物（35.9%）、伊利石（29.1%）、綠泥石（27.3%）和高嶺石（7.3%）。伊／蒙混層礦物掃描電鏡下多為蜂窩狀或卷片狀包裹在顆粒表面或充填在顆粒之間（圖2（d）），隨著成巖強(qiáng)度的加大，逐漸向伊利石轉(zhuǎn)化（圖2（e））。伊利石主要呈環(huán)邊方式產(chǎn)出，少部分呈針狀和絲絮狀充填于孔隙空間（圖2（f））。綠泥石在鑄體薄片下一般呈膜狀（圖2（f）），包膜一般厚2～8μm，電鏡掃描下呈針葉狀或絨球狀（圖2（g））。綠泥石膜的存在能夠有效地阻止顆粒的自生加大，并在一定程度上增強(qiáng)砂巖的抗壓實(shí)能力［6］。高嶺石主要由長(zhǎng)石、云母等礦物蝕變而成，研究區(qū)柯坪塔格組長(zhǎng)石、云母含量較低，因此自生高嶺石較少，常呈書頁(yè)狀或六方板狀的集合體（圖2（g））。

2.3 溶解作用

深層優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層的形成往往與有機(jī)質(zhì)成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸和二氧化碳溶于水形成的碳酸對(duì)顆粒及膠結(jié)物的溶解有關(guān)［7］。從志留紀(jì)起，塔里木盆地下古生界烴源巖經(jīng)歷了3期生、排烴［8］?？缕核窠M的溶解作用與這3期烴類的注入密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為硅質(zhì)、長(zhǎng)石和碳酸鹽膠結(jié)物的溶解（圖2（h））。

硅質(zhì)的溶解現(xiàn)象較為常見，鏡下表現(xiàn)為石英及硅質(zhì)巖屑顆粒內(nèi)部、邊緣及石英加大邊的溶解。一般認(rèn)為SiO2的溶解作用發(fā)生在堿性條件下。但研究表明，有機(jī)質(zhì)成熟或古油藏遭破壞烴類微生物降解產(chǎn)生的有機(jī)酸在常溫常壓、水介質(zhì)呈中性甚至酸性條件時(shí)仍可對(duì)石英產(chǎn)生溶解作用［5，9］?？缕核窠M第1次硅質(zhì)溶解正是發(fā)生志留紀(jì)末－泥盆紀(jì)初第1期的烴類注入，主要表現(xiàn)為石英顆粒邊緣鋸齒狀、港灣狀溶蝕，并且大部分石英顆粒與次生加大邊間可見明顯的殘余油膜（圖2（b））。此外2期次生加大邊均可見溶蝕現(xiàn)象，說(shuō)明在此之后至少又發(fā)生了2次硅質(zhì)的溶解。長(zhǎng)石在成巖早期即開始發(fā)生溶解，往往沿其解理面或邊緣溶蝕后形成形態(tài)規(guī)則的粒內(nèi)溶孔（圖2（f）、（i））。碳酸鹽膠結(jié)物的溶解主要為早期泥晶方解石的強(qiáng)烈溶解，晚期鐵方解石則溶解較弱（圖2（h））。

巴楚地區(qū)溶解作用總體弱于塔中地區(qū)，這可能是由于巴楚地區(qū)壓實(shí)作用強(qiáng)烈，造成許多巖屑被壓實(shí)變形擠入孔隙之中形成假雜基堵塞原始粒間孔，酸性孔隙水難以進(jìn)入產(chǎn)生溶蝕?？傮w來(lái)說(shuō)，研究區(qū)柯坪塔格組溶解作用較弱，溶解增孔量有限，但對(duì)于改善儲(chǔ)層物性仍然具有重要的影響。

2.4 成巖階段劃分

根據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)（SY／T5477－2003），將研究區(qū)柯坪塔格組成巖階段定為晚成巖A期的末期（圖3）。

圖3 塔中－巴楚地區(qū)柯坪塔格組成巖作用與孔隙演化模式圖

主要依據(jù)有：①砂巖普遍經(jīng)受了較強(qiáng)的壓實(shí)作用改造，碎屑顆粒以線接觸為主，局部呈凹凸接觸，原生孔隙已大量喪失；②長(zhǎng)石、巖屑、早期碳酸鹽膠結(jié)物、石英顆粒邊緣及其次生加大邊均普遍遭受溶蝕，孔隙組合類型以次生孔隙為主；③粘土礦物主要為伊／蒙混層、伊利石、綠泥石及少量高嶺石，未見蒙脫石，伊／蒙（I／S）混層中的蒙脫石（S）含量為25%～30%之間；④鐵方解石等晚期碳酸鹽膠結(jié)物大量出現(xiàn)；⑤塔中11井石英包裹體均一溫度113～121℃，平均117℃；⑥鏡質(zhì)體反射率Ro值在0.9%～1.3%之間。

3 成巖相類型及其特征

成巖相是成巖環(huán)境和成巖礦物的綜合，是構(gòu)造、流體、溫壓等條件對(duì)沉積物綜合作用的結(jié)果，包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)、孔洞縫等綜合特征，是決定儲(chǔ)集層性能的核心要素之一［10］。成巖相的研究對(duì)于儲(chǔ)集體形成機(jī)理、空間分布及定量評(píng)價(jià)研究具有重要意義，能進(jìn)一步明確與儲(chǔ)集性能直接相關(guān)的有利成巖儲(chǔ)集體，更加有效地指導(dǎo)油氣勘探。筆者依據(jù)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，結(jié)合薄片觀察和沉積相平面展布特征，劃分出以下4種成巖相帶。

圖4 塔里木盆地塔中－巴楚地區(qū)柯坪塔格組成巖相展布圖

1）早期碳酸鹽膠結(jié)物強(qiáng)溶解與晚期弱－中等充填成巖相 主要分布在塔中地區(qū)及巴楚縣一帶（圖4），為前濱、臨濱、三角洲前緣水下分流河道及潮下帶沉積背景下形成的石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖。由于早期碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)，抑制了巖石后期的壓實(shí)作用，使原生孔隙大量轉(zhuǎn)化為潛在孔隙。隨著有機(jī)質(zhì)的成熟產(chǎn)生有機(jī)酸以及二氧化碳溶于水形成碳酸，早期碳酸鹽膠結(jié)物遭受強(qiáng)烈溶蝕作用，產(chǎn)生大量次生孔隙，而晚期鐵方解石膠結(jié)較弱，形成了原生孔隙與次生孔隙的疊加，孔隙度一般在6%～14%之間，為好儲(chǔ)層。

2）強(qiáng)石英次生加大成巖相 主要分布在塔中及巴楚地區(qū)柯坪縣一帶（圖4），為前濱、上臨濱以及潮下帶沙坪背景下形成的成熟度較高的石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖，石英含量在75%以上。石英顆粒次生加大較為強(qiáng)烈，往往發(fā)育1～2期次生加大邊。強(qiáng)烈的石英次生加大使原生孔隙大量減少，且由于硅質(zhì)膠結(jié)物不易于后期改造，儲(chǔ)層現(xiàn)今孔隙類型以剩余原生孔為主，孔隙度一般在6%～10%之間，為差儲(chǔ)層。

3）碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)成巖相 主要分布于和田至阿瓦提縣一帶（圖4），為潮坪相砂體中的細(xì)粒巖屑砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖。碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)烈，膠結(jié)物含量往往在20%以上，顆粒一般呈點(diǎn)接觸或漂浮狀。主要是早期泥晶方解石強(qiáng)烈膠結(jié)而后期溶蝕作用較弱，或早期泥晶方解石遭受溶蝕，但孔隙又被晚期鐵方解石膠結(jié)強(qiáng)烈充填，使得孔隙度較小，一般在0.1%～4%之間，為差儲(chǔ)層。

4）強(qiáng)烈壓實(shí)成巖相 主要分布在巴楚地區(qū)（圖4），為潮坪、淺海陸棚背景下沉積的成分成熟度較低的巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖。由于巖屑等塑性顆粒及泥質(zhì)雜基含量較高，壓實(shí)作用表現(xiàn)較為強(qiáng)烈，顆粒間往往呈凹凸或呈壓嵌式接觸。強(qiáng)烈的壓實(shí)作用使原生孔隙大幅度減少，同時(shí)大量的泥質(zhì)雜基及假雜基使?jié)B透率大幅降低，不利于后期孔隙水流動(dòng)，導(dǎo)致后期膠結(jié)作用及溶蝕作用均較弱?？紫抖仍?.5%～5%之間，為較差儲(chǔ)層。

4 結(jié) 論

1）研究區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層主要為結(jié)構(gòu)成熟度較高的巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑石英砂巖，塔中地區(qū)局部發(fā)育成熟度較高的石英砂巖。

2）研究區(qū)柯坪塔格組經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，使得儲(chǔ)層的原始孔隙大量損失；溶解作用總體較弱，增孔量有限。目前儲(chǔ)層已處于晚成巖A期的末期。

3）原始沉積環(huán)境對(duì)后期成巖作用具有重要影響。塔中地區(qū)成分成熟度總體高于巴楚地區(qū)，導(dǎo)致其膠結(jié)作用和溶解作用強(qiáng)于巴楚地區(qū)，而壓實(shí)作用弱于巴楚地區(qū)。

4）研究區(qū)柯坪塔格組可劃分為4種成巖相帶。其中早期碳酸鹽膠結(jié)物強(qiáng)溶解與晚期弱－中等充填成巖相為最有利儲(chǔ)集相帶，強(qiáng)石英次生加大成巖相、碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)成巖相和強(qiáng)烈壓實(shí)成巖相不利于孔隙的發(fā)育。

［1］李丕龍，馮建輝，樊太亮，等.塔里木盆地構(gòu)造沉積與成藏［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005.1～4.

［2］王成林，張惠良，李玉文，等.塔里木盆地志留系劃分、對(duì)比及其地質(zhì)意義［J］.新疆石油地質(zhì)，2007，28（2）：185～188.

［3］朱筱敏，王貴文，謝慶賓.塔里木盆地志留系沉積體系及分布特征［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，26（3）：5～11.

［4］劉國(guó)勇，劉陽(yáng)，張劉平.壓實(shí)作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的影響［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，21（4）：24～28.

［5］鐘大康，朱筱敏，周新源，等.次生孔隙形成期次與溶蝕機(jī)理——以塔中地區(qū)志留系瀝青砂巖為例［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（9）：21～24.

［6］呂正祥，劉四兵.川西須家河組超致密砂巖成巖作用與相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)制［J］.巖石學(xué)報(bào)，2009，25（10）：27～37.

［7］鐘大康，朱筱敏，王紅軍.中國(guó)深層優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層特征與形成機(jī)理分析［J］.中國(guó)科學(xué)（D輯：地球科學(xué)），2008，38（增刊Ⅰ）：11～18.

［8］劉洛夫，趙建章，張水昌，等.塔里木盆地志留系瀝青砂巖的形成期次及演化［J］.沉積學(xué)報(bào)，2000，18（3）：476～479.

［9］朱筱敏，鐘大康，趙澄林，等.塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)古生界優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層形成機(jī)理及預(yù)測(cè)［J］.科學(xué)通報(bào)，2002，47（增刊）：30～35.

［10］鄒才能，陶士振，周惠，等.成巖相的形成、分類與定量評(píng)價(jià)方法［J］.石油勘探與開發(fā)，2008，35（5）：526～540.

［編輯］ 宋換新

39 Diagenesis and Diagenetic Facies of Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area of Tarim Basin

L
I Kun，YU Bing－song，LIU Qing－jun，REN Yan

（First Authors Address：State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China）

Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area of Tarim Basin was one of the main target zones for oil exploration in Tarim Basin.Based on the recognition of depositional environment in Kepingtage Formation of the Silurian in Tazhong－Bachu Area，various methods，such as cast thin section，scanning electron microscope，electronic probe and X－ray diffraction were used to systematically and thoroughly study the diagenesis in the area.It was considered that sandstone in the area went through the diagnesis stage of compaction，pressure－solution，cementation and solution，and currently it was at the telophase of late diagenesis stage of Period A.The differences of diagenesis between Tazhong Area and Bachu Area were mainly due to the component differences form the original depositional environment，and it finally led to the differences of porosity and permeability.According to the influence of diagenesis on porosity and permeability，it is divided into 4types of diagenetic facies，in which the strong dissolution of early carbonate cementation and medium to weak of later cementation diagenetic facies are the most favorable reservoir facies，while the strong quartz cementation ciagenetic facies，the strong carbonate cementation diagenetic facies and the strong compaction diagenetic facies are unfavorable for pores development.

Kepingta Formation；diagenesis；diagenetic facies；Tazhong－Bachu Area；Tarim Basin

book=353,ebook=353

TE122.2

A

1000－9752（2012）07－0039－06

2011－12－22

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（2008ZX05005－04－06HZ）。

李錕（1987－），男，2010年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事含油氣盆地沉積學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究工作。