傅 饒,鄭榮才,常海亮,祁利祺,文華國(guó),李 云
(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610059;2.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院,新疆克拉瑪依834000)
湖相“白煙型”噴流巖
——新型的致密油儲(chǔ)層類型——以準(zhǔn)噶爾盆地西緣烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組為例
傅饒1,鄭榮才1,常海亮1,祁利祺2,文華國(guó)1,李云1
(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610059;2.中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院,新疆克拉瑪依834000)
下二疊統(tǒng)風(fēng)城組為準(zhǔn)噶爾盆地西緣烏爾禾地區(qū)重要的原油產(chǎn)層,儲(chǔ)層巖性為云質(zhì)巖類,具有典型的致密儲(chǔ)層性質(zhì),為一類成因尚不為人們所熟悉的、但具備巨大油氣勘探開發(fā)潛力的新型湖相“白煙型”噴流巖。以巖心觀察描述、薄片鑒定、掃描電鏡觀察、X射線衍射和物性分析資料為基礎(chǔ),以熱水沉積學(xué)理論為指導(dǎo),探討了此類致密油儲(chǔ)層的成因特征,提出同期火山噴發(fā)-湖底熱液噴流-“內(nèi)、外源”碎屑摻合的混合沉積模式,確定儲(chǔ)層發(fā)育和分布受4種因素控制:①半深湖—深湖環(huán)境為湖底噴流巖致密油儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ);②構(gòu)造破裂和溶蝕是改善儲(chǔ)層物性和在致密油儲(chǔ)層中形成“甜點(diǎn)”的主要作用方式;③區(qū)域構(gòu)造格局和斷裂構(gòu)造的繼承性活動(dòng),控制了噴流巖致密油儲(chǔ)層的區(qū)域分布,提供了同期火山噴發(fā)、熱液噴流、成巖期流體溶蝕改造及油氣運(yùn)移成藏的通道;④半深湖—深湖相“白煙型”噴流巖聚集區(qū)中具備多期次構(gòu)造破裂和熱液溶蝕作用的疊合部位,是有利的致密油儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”分布位置,也是致密油藏的預(yù)測(cè)目標(biāo)。
云質(zhì)巖類;“白煙型”噴流巖;新型致密油儲(chǔ)層;下二疊統(tǒng)風(fēng)城組;烏爾禾地區(qū);準(zhǔn)噶爾盆地
噴流巖,又稱熱水沉積巖(hydrothermal sedimentary rock),是指來自地層深部的熱水或熱液流體噴出地表發(fā)生沉積所形成的巖石[1]。自20世紀(jì)60年代以來,美、英、德等國(guó)的地質(zhì)學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)紅海的深海海底熱水噴流活動(dòng)及東太平洋海隆21°N海底的“黑煙囪(Black Smoker)”,由此揭開了熱水沉積巖,即噴流巖研究的序幕[2]。近半個(gè)世紀(jì)內(nèi)相關(guān)的研究成果極其豐富,但大多數(shù)集中在海相,部分為湖相“黑煙囪”、“sedex”金屬硫化物礦床成因及熱液噴口熱水生物群等方面的研究[3-10]。自21世紀(jì)初于酒泉盆地下白堊統(tǒng)下溝組發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外第一例湖相鈉長(zhǎng)石-鐵白云石質(zhì)的“白煙型”噴流巖[11]以來,對(duì)半深湖—深湖相噴流巖的研究不斷取得重要進(jìn)展,如酒泉盆地下白堊統(tǒng)下溝組、準(zhǔn)噶爾盆地烏夏和吉木薩爾地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組與中二疊統(tǒng)平地泉組、三塘湖盆地與吐哈盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組等硅質(zhì)-鈉長(zhǎng)石質(zhì)-重晶石質(zhì)-鐵白云石質(zhì)等復(fù)雜組合的巖石類型,大多都被確定為湖相“白煙型”噴流巖[12-16],并在此類噴流巖的致密油儲(chǔ)層中取得重要的油氣勘探成果[17-18]。類似的儲(chǔ)層在二連盆地、環(huán)渤海灣盆地等中新生代陸相含油氣盆地中都有發(fā)現(xiàn)[19-20]并取得了油氣勘探效益。由此顯示噴流巖為一類具備巨大勘探開發(fā)潛力的新型致密油儲(chǔ)層,但同時(shí)也面臨著對(duì)湖相“白煙型”噴流巖及其油氣地質(zhì)意義了解甚少,勘探風(fēng)險(xiǎn)大等突出的難點(diǎn)。基于致密油儲(chǔ)層油氣勘探開發(fā)的意義越來越受到國(guó)內(nèi)外石油工業(yè)界的重視,已成為非常規(guī)油氣勘探領(lǐng)域新熱點(diǎn)的現(xiàn)狀[21-23],筆者以準(zhǔn)噶爾盆地西緣烏爾禾地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組湖相“白煙型”噴流巖為對(duì)象,以巖心描述、薄片鑒定、掃描電鏡觀察、粉晶X射線衍射及物性分析等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)此類型致密油儲(chǔ)層特征和控制因素進(jìn)行分析,以期為同類型儲(chǔ)層的研究提供可資借鑒的實(shí)例。
準(zhǔn)噶爾盆地西緣烏爾禾地區(qū)在早、中二疊世處于前陸盆地構(gòu)造演化階段[24-25]。該區(qū)早二疊世火山活動(dòng)強(qiáng)烈,在主體以噴發(fā)中、酸性火山熔巖和火山碎屑巖的背景中,先后接受了下二疊統(tǒng)佳木河組和風(fēng)城組以云質(zhì)巖類為代表的“白煙型”噴流巖沉積,間夾正常的陸源泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖沉積,至中二疊世晚期火山噴流活動(dòng)漸漸停息,先后接受了中二疊世夏子街組沖積扇、扇三角洲和下烏爾禾期湖泊相沉積體系[16-17]。研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶西側(cè)烏爾禾構(gòu)造帶(圖1),可劃分為斷裂帶和斜坡帶2個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[25],儲(chǔ)層為風(fēng)城組云質(zhì)巖類[15]。由于斷裂發(fā)育且深層構(gòu)造活動(dòng)較頻繁,沿烏夏斷裂帶兩側(cè)配生有較多與主干斷裂平行或斜交的次級(jí)斷層,構(gòu)成一系列向盆地方向下傾的斷階,為油氣的運(yùn)移以及成藏提供了有利條件[26-27]。同時(shí),與斷裂伴生的構(gòu)造裂縫也很發(fā)育,有效地改善了儲(chǔ)層物性,裂縫發(fā)育區(qū)往往是風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”位置[15]。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造及烏爾禾地區(qū)地理位置[28]Fig.1 The structure of Junggar Basin and location of Urho area
根據(jù)巖性組合和沉積環(huán)境的差異性,烏爾禾地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組自下而上可劃分為3個(gè)巖性段:風(fēng)一段(P1f1)為灰、深灰色薄—中層狀凝灰?guī)r、白云質(zhì)泥巖及泥質(zhì)白云巖互層;風(fēng)二段(P1f2)為深灰、灰黑色薄層狀泥質(zhì)白云巖與白云質(zhì)泥巖互層;風(fēng)三段(P1f3)為深灰色薄—中層狀泥質(zhì)白云巖與白云質(zhì)泥巖互層,向上粉砂質(zhì)增多,逐漸過渡為灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和白云質(zhì)粉砂巖互層組合,凝灰質(zhì)和白云質(zhì)組分逐漸減少而砂質(zhì)含量增多且略趨變粗的變化趨勢(shì)明顯(圖2)。
圖2 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組沉積相柱狀圖(風(fēng)南4井)Fig.2 The columnar section of sedimentary facies of Fengcheng Formation in Urho area
2.1巖性特征
在以往的研究中,風(fēng)城組致密油儲(chǔ)層的巖性被劃分為云質(zhì)巖類、泥巖類、粉砂巖類、凝灰?guī)r類和鹽巖類等巖石類型,各類型巖石的結(jié)構(gòu)雖然都很細(xì)且非常致密,但都具有不同程度的含油氣性,其中以云質(zhì)巖類的含油氣性最好。以下重點(diǎn)介紹非正常沉積的云質(zhì)巖類、凝灰?guī)r類和鹽巖類特征。
2.1.1云質(zhì)巖類
此類型巖石在研究區(qū)最為豐富,包括泥—微晶白云巖(圖版Ⅰ-1)、泥質(zhì)白云巖(圖版Ⅰ-2)、微—粉晶白云巖(圖版Ⅰ-3)、粉砂質(zhì)泥—微晶白云巖(圖版Ⅰ-4)、(含鹽)凝灰質(zhì)白云巖和含云晶屑凝灰?guī)r(圖版Ⅰ-5)等。在以往的研究中,此類富云和含鹽的云質(zhì)巖類被認(rèn)為是干旱炎熱氣候條件下的鹽湖沉積產(chǎn)物[29],但基于此巖類中普遍出現(xiàn)正常沉積巖難以解釋的礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,筆者認(rèn)為其屬于湖底熱鹵水噴流沉積作用的產(chǎn)物,即“白煙型”噴流巖[12],主要有以下幾方面的依據(jù)。
(1)異常的物質(zhì)組分和礦物組合類型
研究區(qū)風(fēng)城組廣泛發(fā)育的紋層狀和條帶狀云質(zhì)巖類中的白云石體積分?jǐn)?shù)為10%~80%,多具泥—微晶結(jié)構(gòu),經(jīng)XRD分析,主要為鐵白云石和含鐵白云石,少量為正常白云石,因而用準(zhǔn)同生或成巖期白云石化交代作用很難解釋此類泥—微晶鐵白云石和含鐵白云石的成因,但其與酒泉盆地下溝組已被證實(shí)為熱液沉積成因的鐵白云巖組分特征[11-13]基本一致,因此,推斷此類泥—微晶鐵白云石是湖底熱鹵水噴流沉積的產(chǎn)物。
(2)異常的結(jié)構(gòu)構(gòu)造
①由異常物質(zhì)組成的水平紋層理(圖版Ⅰ-6~Ⅰ-7),主要由鐵白云石或含鐵白云石紋層、硅質(zhì)紋層或凝灰質(zhì)紋層與正常沉積的泥質(zhì)紋層的任意二元和三元組成,局部含有碳酸鈉鈣石紋層和碳酸氫鈉石紋層,紋層厚度一般小于1.0 mm,紋層內(nèi)的礦物多呈隱—微晶質(zhì)。
②異常的條帶狀構(gòu)造,主要由異常沉積的結(jié)晶度明顯粗于紋層的鐵白云石、硅質(zhì)條帶、鹽類礦物和正常泥質(zhì)沉積物的相對(duì)富集構(gòu)成(圖版Ⅰ-6~Ⅰ-8),以具微—粉晶結(jié)構(gòu)的鐵白云石條帶為主,局部重結(jié)晶為細(xì)—中晶結(jié)構(gòu),一般厚2~10 mm。紋層狀或條帶狀構(gòu)造反映了湖底熱鹵水來源、組分、性質(zhì)和物化條件與具有韻律性變化過程及其所控制的礦物結(jié)晶分異作用有關(guān),同時(shí)還反映了有利于湖底熱液聚集和沉積的深水湖盆環(huán)境具有間歇性熱液噴流沉積的典型標(biāo)志[11-13]。
③塑性變形構(gòu)造(圖版Ⅰ-8),其基質(zhì)巖組分為紋層狀云質(zhì)巖類,垂向上往往在非變形層中呈夾層出現(xiàn),橫向上與非變形層呈過渡關(guān)系,顯示為同沉積期變形作用的產(chǎn)物,其成因被認(rèn)為與熱液快速沉積形成的坡狀地形有關(guān),因此,可指示近熱液噴流口的位置。
④小型階梯狀同沉積正斷裂構(gòu)造(圖版Ⅰ-9),主要發(fā)育于中—薄層狀云質(zhì)巖類夾薄層狀云化泥巖中,表現(xiàn)為紋層和條帶被錯(cuò)斷的階梯狀,往往與塑性變形構(gòu)造共存,斷面平滑、陡立和規(guī)則有序,但未切斷層系且不具共軛性,也被認(rèn)為是同沉積期產(chǎn)物(圖版Ⅰ-5),可指示近熱液噴流口的坡狀地形位置。
⑤熱液碎屑結(jié)構(gòu)和角礫結(jié)構(gòu),在紋層狀的云質(zhì)巖類中,偶爾可見到呈“飄浮”狀分布的棱角—次棱角狀砂屑和礫屑(圖版Ⅰ-10~Ⅰ-12),其組分主要為由鐵白云石組成的泥—微晶白云巖,較粗粒的碎屑間被碳酸鈉鈣石、硅硼鈉石及硅質(zhì)團(tuán)塊充填膠結(jié)。其成因與熱液噴流休眠期的持續(xù)增溫和增壓后,噴流口內(nèi)由超溫、超壓引起的熱液沸騰爆炸,將噴流口內(nèi)、外先期的沉積物震碎有關(guān)[11-12],因此又可稱之為噴爆內(nèi)碎屑,如同碳酸鹽內(nèi)碎屑,以2 mm為界限,按粒度可劃分為碎屑和礫屑。較細(xì)的碎屑大多數(shù)被湍急的噴爆流攜帶到噴流口外側(cè)寧?kù)o的熱水池,形成紋層狀噴流巖中呈“飄浮”狀分布的砂屑沉積物;較粗的礫屑主要滯留在噴流口,形成水爆角礫巖(圖版Ⅰ-10~Ⅰ-11),又被稱為震積角礫巖,因此,熱液內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也是研究區(qū)風(fēng)城組沉積期發(fā)育有熱水噴流沉積作用的重要證據(jù)之一。
⑥網(wǎng)脈狀構(gòu)造,其典型特征表現(xiàn)為硅硼鈉石、碳酸鈉鈣石和碳酸氫鈉石等鹽類礦物及次生石英和方解石充填基巖裂縫,脈體呈樹枝狀和網(wǎng)脈狀分布(圖版Ⅰ-10),被視為識(shí)別熱流體運(yùn)移通道和噴流口所在位置的最直接標(biāo)志[12]。
2.1.2凝灰?guī)r類
研究區(qū)常見的、以往被稱為“泥云巖”或“云泥巖”的云質(zhì)巖類,經(jīng)薄片鑒定大多數(shù)為凝灰?guī)r類,其類型較多,包括白云質(zhì)凝灰?guī)r(圖版Ⅰ-13)、含云晶屑凝灰?guī)r(圖版Ⅰ-5)、粉砂質(zhì)凝灰?guī)r和云化凝灰?guī)r等,通常呈灰色,巖性較為致密,常含有硅質(zhì)紋層或夾有具微細(xì)水平層理和沙紋層理的粉砂質(zhì)、泥質(zhì)條帶,裂縫很發(fā)育,但大部分被白云石、方解石和硅質(zhì)等次生礦物充填。凝灰質(zhì)組分的大量出現(xiàn),證明研究區(qū)風(fēng)城組沉積期受火山噴發(fā)活動(dòng)的影響強(qiáng)烈。
2.1.3鹽巖類
研究區(qū)風(fēng)城組鹽類礦物豐富且類型獨(dú)特[29-30],除石鹽(NaCl)外,在其他鹽湖沉積區(qū)很少見的硅硼鈉石[Na(BSi3O8)]、碳酸鈉鎂石(Na2CO3·2MgCO3)、碳酸鈉鈣石(Na2CO3·2CaCO3)、碳酸氫鈉石(Na·HCO3)及氯化鎂鈉石(Na2CO3·2MgCl2)等鹽類礦物,但卻在風(fēng)城組中較為常見,尤其是以硅硼鈉石和碳酸鈉鈣石最為豐富。在產(chǎn)狀上,較純的硅硼鈉石巖多以具堆晶結(jié)構(gòu)的薄夾層,或以板條狀、楔狀斑晶的形式賦存在云化凝灰?guī)r中(圖版Ⅰ-14~Ⅰ-15),而碳酸鈉鈣石在云化凝灰?guī)r中主要呈粒狀晶體的結(jié)核體產(chǎn)出(圖版Ⅰ-16),再或者這2類鹽類礦物均以紋層狀、條帶狀和透鏡狀的形式(圖版Ⅰ-17)產(chǎn)出在白云質(zhì)凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)白云巖中。在以往的研究中,含有上述復(fù)雜鹽類礦物的云質(zhì)巖類都被認(rèn)為是蒸發(fā)巖沉積組合[31]。依據(jù)鹽類礦物主要賦存于凝灰?guī)r中,或在鹽類礦物紋層或條帶中富含凝灰物質(zhì),抑或二者呈毫米至厘米級(jí)的互層夾持于大套深湖相暗色泥頁(yè)巖中,而在濱、淺湖相的沉積中尚未見到上述復(fù)雜鹽類礦物的蹤跡,認(rèn)為研究區(qū)風(fēng)城組中的鹽類礦物與同期火山活動(dòng)關(guān)系密切,為與同期火山活動(dòng)有關(guān)的半深湖—深湖的湖底熱水沉積產(chǎn)物[12-13]。類似的情況在東非裂谷帶上坦噶尼喀湖深湖底和正在發(fā)生鹽類礦物沉積的現(xiàn)代熱液噴口附近出現(xiàn)過,而噶尼喀湖濱、淺湖仍為淡水環(huán)境[32]。有意義的是,古鹽度研究表明,研究區(qū)風(fēng)城組沉積期具有水體鹽度波動(dòng)范圍很大和局部鹽度很高的特點(diǎn),高鹽度沉積區(qū)主要分布在半深湖—深湖沉積區(qū)內(nèi)相對(duì)低洼的部位(圖3),并與基底斷裂活動(dòng)帶的位置相疊合。
圖3 云化巖類厚度與古鹽度等值線疊合圖Fig.3 The congruent map of isoline about thickness of dolomized rocks and paleosalinity
2.2沉積相特征
在已有的眾多研究成果中,將烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組確定為陸緣近海湖沉積體系并無爭(zhēng)議[30],并從中細(xì)分出濱湖、淺湖、半深—深湖和扇三角洲亞相及眾多微相類型。已揭露的致密油儲(chǔ)層幾乎無一例外地屬于半深—深湖亞相,其原生沉積構(gòu)造主要為反映深水環(huán)境的水平紋層理、包卷層理及條帶狀構(gòu)造、揉皺變形構(gòu)造和小型階梯狀同沉積斷裂構(gòu)造(圖版Ⅰ)。研究區(qū)風(fēng)城組下部常產(chǎn)有孔蟲和海百合等海相化石,雖然數(shù)量很少,但也反映了風(fēng)城組早期有海水存在[30],而干酪根顯微組分的主體為無定型無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體,少量為具孢粉體結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)體,與風(fēng)城組沉積時(shí)屬于陸緣近海湖環(huán)境相適應(yīng)。以半深湖—深湖環(huán)境為背景,按照物質(zhì)組分和成因特征,可將半深—深湖亞相劃分為成因上有聯(lián)系的火山灰流沉積和熱液噴流沉積2個(gè)微相。
2.2.1火山灰流沉積微相
巖性主要為深灰色云質(zhì)凝灰?guī)r,夾灰白色碳酸鈉鈣石紋層、條帶和薄層狀硅硼鈉石巖和紋層狀云質(zhì)巖類,水平層理很發(fā)育,孔隙不發(fā)育。凝灰?guī)r的廣泛發(fā)育顯示烏爾禾地區(qū)早二疊世具有劇烈的基底斷裂構(gòu)造活動(dòng),不僅為火山噴發(fā)活動(dòng)提供了通道,同時(shí)也為熱鹵水脈動(dòng)性噴流沉積活動(dòng)創(chuàng)造了有利條件。
2.2.2熱液噴流沉積微相
巖性主要為被統(tǒng)稱為“云質(zhì)巖類”的白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖、粉砂質(zhì)白云巖、凝灰質(zhì)白云巖和泥—微晶白云巖等,富含呈灰白色紋層狀、條帶狀和不規(guī)則團(tuán)塊狀分布的硅硼鈉石、碳酸鈉鈣石、碳酸氫鈉石及石鹽等鹽類礦物和凝灰質(zhì)組分,發(fā)育水平層理和包卷層理,局部見階梯狀同生小斷層和順層面密集分布的噴爆內(nèi)碎屑,發(fā)育溶孔和低角度裂縫,部分裂縫被原油和炭化瀝青充填。特別是云質(zhì)巖類的區(qū)域分布明顯受烏夏地區(qū)基底斷裂控制,與區(qū)域上半深湖—深湖相區(qū)和高鹽度分布區(qū)的位置相一致(參見圖3)。這一特殊的地質(zhì)產(chǎn)狀,證明云質(zhì)巖類的成因與沿基底斷裂發(fā)育的火山噴發(fā)作用和以基底斷裂為噴溢口的高鹽度熱鹵水脈動(dòng)性噴流活動(dòng)及間歇性熱水沉積作用有關(guān),在巖性組合上表現(xiàn)為火山灰流沉積、熱水沉積、正常泥及粉砂沉積構(gòu)成的二元、三元或更多元紋層組成的巖石結(jié)構(gòu)。因此,可將火山灰流沉積微相與熱液脈動(dòng)性噴流沉積微相視為同期的、成因上有聯(lián)系的地球內(nèi)動(dòng)力作用形成的孿生物。
2.2.3沉積模式
綜上所述,烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組半深湖—深湖相沉積并非單一湖底熱液噴流沉積成因,而是伴隨有火山噴發(fā)和陸源碎屑進(jìn)入盆內(nèi),與同期沉積的云質(zhì)巖類形成“間斷-交叉”或摻合形式的二元或多元“內(nèi)、外源”物質(zhì)的混合沉積成因。其中,內(nèi)源物質(zhì)是指熱液噴流沉積形成的含鐵白云石、各種鹽類礦物、有機(jī)質(zhì)和火山噴發(fā)帶入的凝灰物質(zhì);外源物質(zhì)是指來源于扇三角洲前緣亞相帶的受洪水、地震及火山活動(dòng)等地質(zhì)事件影響而被帶入半深湖—深湖區(qū)的陸源碎屑和泥質(zhì)物。在此基礎(chǔ)上,提出研究區(qū)風(fēng)城組火山噴發(fā)-湖底熱液噴流-“內(nèi)、外源”碎屑摻合的混合沉積模式[16](圖4)。
圖4 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組陸緣近海湖熱液噴流-內(nèi)外源混積模式Fig.4 The sedimentary model of lake hydrothermal jets-internal and external sources of Fengcheng Formation in Urho area
2.3儲(chǔ)層特征
2.3.1儲(chǔ)集空間類型
(1)孔隙類型
烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組以云質(zhì)巖類為主的噴流巖致密油儲(chǔ)層的孔隙較簡(jiǎn)單,主要為晶間孔(圖版Ⅰ-14)和各類次生溶孔與溶洞(圖版Ⅰ-14、圖版Ⅰ-18~Ⅰ-19),其中晶間孔的孔徑一般為10至數(shù)十微米,常見于自生礦物的集合體中,對(duì)儲(chǔ)層的孔滲性有一定的貢獻(xiàn),但數(shù)量很有限。最有利儲(chǔ)層發(fā)育的孔隙類型為次生溶孔,常由鐵白云石、白云石、方解石、硅硼鈉石和碳酸鈉鈣石等易溶礦物被溶蝕而成,孔徑大小不一,為數(shù)十微米至數(shù)百微米。
(2)裂縫
研究區(qū)風(fēng)城組噴流巖致密油儲(chǔ)層的裂縫較為發(fā)育,其成因類型有2種:其一是成巖過程中由壓裂作用形成的成巖壓裂縫,此類裂縫多呈雜亂的網(wǎng)狀分布,幾乎全被充填,對(duì)儲(chǔ)層的孔滲性基本無貢獻(xiàn);其二是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的構(gòu)造破裂縫,產(chǎn)狀多變,既有中—低角度的斜交縫,也有高角度縫或直立縫,密度一般為3~10條/m,縫長(zhǎng)5~120 cm,縫寬0.2~10.0 mm,其斷面較平直,縫內(nèi)充填物很少,因而此類裂縫的開啟程度較高,可非常有效地提高儲(chǔ)層的孔滲性,對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育非常有利(圖版Ⅰ-20)。據(jù)已有資料分析,構(gòu)造破裂縫受構(gòu)造活動(dòng)影響強(qiáng)烈,往往被進(jìn)一步溶蝕改造。構(gòu)造破裂縫在主斷裂兩側(cè)的位置發(fā)育程度很高,已鉆獲商業(yè)油流的鉆井近90%都處在主斷裂帶兩側(cè)裂縫發(fā)育的部位,而在遠(yuǎn)離主斷裂的位置,裂縫發(fā)育數(shù)量和規(guī)模均減小,油井鉆獲成功率低。
研究區(qū)風(fēng)城組云質(zhì)巖類非定向樣品聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)應(yīng)Kaiser效應(yīng)點(diǎn)的構(gòu)造裂縫有3個(gè)主要發(fā)育期,分別為印支期、燕山期和喜山期(圖5),其中印支期和燕山期裂縫起決定性作用。
圖5 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組云化巖類聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)AE曲線(風(fēng)南4井,4 577.3 m)①喜山期;②燕山期;③印支期Fig.5 The AE curve of acoustic emission experiment of dolomitized rocks of Fengcheng Formation in Urho area
2.3.2物性和孔隙結(jié)構(gòu)特征
(1)物性特征
298件樣品的物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)表明:研究區(qū)風(fēng)城組正常沉積的粉砂巖類平均孔隙度為4.6%,平均滲透率為2.81 mD;云質(zhì)巖類平均孔隙度為2.54%,平均滲透率為2.54 mD;凝灰?guī)r類平均孔隙度為1.55%,平均滲透率為2.21 mD;鹽巖類平均孔隙度為5.18%,平均滲透率為7.59 mD??傮w上看,4種不同巖類的儲(chǔ)層物性均較差,結(jié)合儲(chǔ)層孔-滲相關(guān)性分析(圖6),反映出裂縫,特別是構(gòu)造裂縫,對(duì)改善儲(chǔ)層物性,尤其是滲透性具有重要貢獻(xiàn),研究區(qū)儲(chǔ)層為典型的孔隙-裂縫型低孔、低滲致密油儲(chǔ)層[21]。
表1 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組各巖類的孔滲分析數(shù)據(jù)平均值統(tǒng)計(jì)Table1 The statistics of properties of different reservoir rocks of Fengcheng Formation in Urho area
(2)孔隙結(jié)構(gòu)特征
11件樣品的壓汞數(shù)據(jù)(表2)表明,研究區(qū)風(fēng)城組各類云化巖、凝灰?guī)r和鹽巖的基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)都很差,毛管喉道半徑細(xì)小,普遍小于1 μm,壓力曲線呈細(xì)歪度,孔喉分布均勻度中等—差,分選系數(shù)小于3,對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層孔隙度僅為0.90%~3.83%,滲透率很低,大部分小于0.1 mD,為典型的低孔、低滲儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征。
圖6 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組儲(chǔ)層孔滲關(guān)系Fig.6 Relationship between porosity and permeability of Fengcheng Formation in Urho area
表2 烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)Table2 Pore texture parameters of reservoir of Fengcheng Formation in Urho area
綜上所述,烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組湖相“白煙型”噴流巖致密油儲(chǔ)層的發(fā)育,無疑受到多種因素的控制與影響。
3.1沉積相和巖性與儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)系
烏爾禾地區(qū)二疊系風(fēng)城組主體屬于陸緣近海湖相沉積體系,發(fā)育有濱湖、淺湖、半深湖—深湖和扇三角洲等亞相及眾多微相類型,不同微相類型的基質(zhì)巖物性差異不大(參見表2),都屬于低孔、低滲的致密油儲(chǔ)層。然而已有的勘探成果表明,在半深湖—深湖亞相中廣泛分布且連續(xù)沉積厚度較大的熱液噴流沉積微相的各類云化巖為最有利儲(chǔ)層發(fā)育的巖性,其中凝灰?guī)r類和鹽巖類雖然具有較好的物性,但因這2類巖性往往呈厚度很薄的夾層或紋層產(chǎn)出,很難構(gòu)成單獨(dú)的商業(yè)性儲(chǔ)層。有意義的是,在半深湖—深湖相區(qū),云質(zhì)巖類儲(chǔ)層在垂向上的分布與巨厚的且富含有機(jī)質(zhì)的深湖相泥巖呈連續(xù)相間的、厚度呈正相關(guān)的沉積關(guān)系,共同構(gòu)成大套源、儲(chǔ)共生的致密油儲(chǔ)集體[22-23]。
3.2成巖作用與云質(zhì)巖類儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)系
研究區(qū)風(fēng)城組云質(zhì)巖類不穩(wěn)定的火山物質(zhì)和鹽類礦物含量高,因此成巖作用類型較多也較復(fù)雜,包括火山物質(zhì)的脫?;饔?,沉積物的壓實(shí)-壓溶和膠結(jié)作用,白云巖化、交代和重結(jié)晶作用,破裂和溶蝕作用,以及黃鐵礦化、硬石膏化和硅化作用。其中與研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育密切相關(guān)的成巖作用方式可劃分為3類。
3.2.1壓實(shí)和壓溶作用
在已知的成巖作用類型中,以壓實(shí)和壓溶作用對(duì)云質(zhì)巖類儲(chǔ)層的破壞性最強(qiáng)大。壓實(shí)作用從熱水沉積物一堆積下來即開始,可持續(xù)到晚成巖階段,貫穿云質(zhì)巖類的整個(gè)成巖過程,但以早—中成巖階段的影響最大。隨著埋藏深度加大,壓實(shí)程度逐漸增高,原本就很細(xì)粒的沉積物接觸關(guān)系由以細(xì)顆粒之間的點(diǎn)接觸為主,逐漸壓實(shí)為以線接觸和凹凸接觸為主,直至局部出現(xiàn)顆粒間的壓溶現(xiàn)象,導(dǎo)致云質(zhì)巖類原生孔隙急劇減少而致密化,但同時(shí)也增強(qiáng)了巖石的脆度。在壓實(shí)作用進(jìn)一步加強(qiáng)的成巖中晚期,往往造成碎屑顆粒、巖石組構(gòu),甚至整個(gè)巖層發(fā)生破裂,形成不規(guī)則網(wǎng)狀分布的、大小不等的成巖壓裂縫,但這類裂縫往往被壓溶殘?jiān)?、方解石或硅硼鈉石等次生礦物充填,對(duì)改善儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)很有限。
3.2.2破裂作用
烏爾禾地區(qū)跨越準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的斷裂帶,區(qū)域構(gòu)造變形幅度大,斷裂作用強(qiáng)烈,因而沿?cái)嗔褞Оl(fā)育的破裂作用是風(fēng)城組中分布最普遍的成巖現(xiàn)象,也是對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育貢獻(xiàn)較大的成巖方式之一。破裂作用從早成巖階段B期開始,到晚成巖階段結(jié)束,其中在早期形成的成巖壓裂縫易被方解石及硅硼鈉石等鹽類礦物充填而閉合,對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)不大,而跨越印支和燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的中偏晚期成巖階段的構(gòu)造破裂作用較為強(qiáng)烈,大量構(gòu)造裂縫在這一時(shí)期形成,所發(fā)育的構(gòu)造裂縫不僅多具開放性(圖Ⅰ-20),對(duì)改善儲(chǔ)層物性和形成溝通流體的疏導(dǎo)體系具有重要貢獻(xiàn),而且該時(shí)間段也是風(fēng)城組烴源巖生排烴高峰期和成藏期,斷裂和構(gòu)造裂縫為油氣運(yùn)移、聚集及成藏提供了重要的疏導(dǎo)條件。
3.2.3溶蝕作用
無論是何種類型的巖石,溶蝕作用是對(duì)改善儲(chǔ)層物性貢獻(xiàn)最大和最為普遍的建設(shè)性成巖作用。溶蝕作用在烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組的云質(zhì)巖類中非常普遍,在早—晚成巖階段均有不同程度的發(fā)生,主要表現(xiàn)為易溶的硅硼鈉石、碳酸鈉鈣石等鹽類礦物和碳酸鹽礦物被溶蝕而形成豐富的晶間溶孔和鑄模孔(圖版Ⅰ-14、圖版Ⅰ-18~Ⅰ-19),部分巖石沿構(gòu)造裂縫被強(qiáng)烈溶蝕后(圖版Ⅰ-20),形成連通性更好的溶縫,對(duì)改善儲(chǔ)層的孔滲性和溝通源、儲(chǔ)間的流體運(yùn)移通道具有更大的貢獻(xiàn)。
3.3構(gòu)造格局對(duì)儲(chǔ)層分布的控制
烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組云質(zhì)巖類儲(chǔ)層受構(gòu)造格局的控制表現(xiàn)在2個(gè)方面:①區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供了儲(chǔ)層發(fā)育的基本條件。位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶上的烏爾禾構(gòu)造帶,中—晚海西運(yùn)動(dòng)期斷裂和褶皺活動(dòng)強(qiáng)烈,盆地周緣強(qiáng)烈推覆褶皺成山,而盆內(nèi)擠壓坳陷形成深盆地,并伴隨有短周期的構(gòu)造伸展、火山噴發(fā)和湖底熱液噴流活動(dòng),從而奠定了烏爾禾地區(qū)前陸盆地階段火山-構(gòu)造-沉積格局和半深湖—深湖背景下的湖底熱液聚集-沉積區(qū),為湖相“白煙型”噴流巖的沉積提供了空間條件;②構(gòu)造活動(dòng)期沿主斷裂衍生出很多次級(jí)斷裂,不僅可作為同期火山噴發(fā)、熱液噴流活動(dòng)的良好疏導(dǎo)體,同時(shí)也為成巖期的酸性介質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)層進(jìn)行溶蝕改造和后期油氣運(yùn)移成藏提供了通道條件。此外,巖心裂縫密度和孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(參見圖6)也表明,越靠近主斷裂,儲(chǔ)層中的有效裂縫密度越高,孔隙度和滲透率也明顯較高,反之亦然。顯然,在構(gòu)造應(yīng)力作用下,脆性的、以云質(zhì)巖類為代表的噴流巖儲(chǔ)層易發(fā)生碎裂而產(chǎn)生裂縫,對(duì)改善儲(chǔ)層物性和形成相對(duì)優(yōu)質(zhì)的云質(zhì)巖類儲(chǔ)層的意義更為重大。
3.4“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)依據(jù)
對(duì)烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組各取心井段巖性資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,無論是斷裂帶還是構(gòu)造斜坡帶,以云質(zhì)巖類為代表的噴流巖主要發(fā)育在風(fēng)二段和風(fēng)三段,不僅厚度較大,都在70 m以上,而且脆性也較大,在后期構(gòu)造活動(dòng)中易發(fā)生破裂和溶蝕作用,非常有利于孔隙-裂縫型儲(chǔ)層的發(fā)育。因此,各巖性段中云質(zhì)巖類致密油儲(chǔ)層中的相對(duì)高孔滲段“甜點(diǎn)”位置的平面分布,也具有在半深湖—深湖相帶中沿?cái)嗔褞С室?guī)則寬條帶狀和長(zhǎng)垣狀展布的基本特點(diǎn)。雖然研究區(qū)已有鉆井較少,對(duì)各巖性段儲(chǔ)層的平面分布形態(tài)還不甚了解,但相對(duì)高孔滲段沿?cái)嗔褞Х植嫉囊?guī)律可作為“甜點(diǎn)”位置預(yù)測(cè)的依據(jù)之一。
(1)異常的物質(zhì)組分、礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征表明烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組半深湖—深湖相的、以含復(fù)雜鹽類礦物的云質(zhì)巖類為代表的致密油儲(chǔ)層,是一類成因上非常特殊的“白煙型”噴流巖。
(2)烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組半深湖—深湖相“白煙型”噴流巖可細(xì)分為成因上有聯(lián)系的火山灰流沉積和熱液噴流沉積2個(gè)微相,具備同期火山噴發(fā)-湖底熱液噴流-“內(nèi)、外源”碎屑摻合的混合沉積模式。
(3)烏爾禾地區(qū)風(fēng)城組噴流巖致密油儲(chǔ)層的發(fā)育和分布規(guī)律受多種因素的控制,可以歸結(jié)為4點(diǎn):①半深湖—深湖環(huán)境為湖底熱液聚集、沉積和形成噴流巖致密油儲(chǔ)層奠定了背景條件和物質(zhì)基礎(chǔ);②成巖期的構(gòu)造破裂和溶蝕作用是改善噴流巖致密油儲(chǔ)層物性和形成相對(duì)高孔滲段“甜點(diǎn)”的主要方式;③區(qū)域構(gòu)造格局控制了半深湖—深湖相噴流巖致密油儲(chǔ)層的區(qū)域分布,斷裂構(gòu)造的繼承性活動(dòng)為同期火山噴發(fā)和熱液噴流活動(dòng)、成巖期流體對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕改造以及后期油氣運(yùn)移成藏提供了通道;④半深湖—深湖相“白煙型”噴流巖聚集區(qū)中,具備多期次構(gòu)造破裂和熱液溶蝕作用的疊合部位,往往是致密油儲(chǔ)層中的“甜點(diǎn)”分布位置,可考慮為致密油藏的預(yù)測(cè)目標(biāo)。
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圖版Ⅰ
(本文編輯:王會(huì)玲)
Lacustrine“white smoke type”exhalative rock—A new type of tight oil reservoir:A case study from Lower Permian Fengcheng Formation in Urho area,western margin of Junggar Basin
FU Rao1,ZHENG Rongcai1,CHANG Hailiang1,QI Liqi2,WEN Huaguo1,LI Yun1
(1.State Key Laboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Research Institute of Experiment and Detection,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Karamay 834000,Xinjiang,China)
As the representative of tight oil reservoir of Lower Permian Fengcheng Formation in Urho area,western margin of Junggar Basin,dolomitized rocks has great potential for oil and gas exploration and development of the“whitesmoke type”exhalative rock tight oil reservoir.Based on core observation and description,thin section analysis,scanning electron microscope,X ray diffraction and property analysis data,under the guidance of hot water sedimentary theory,this paper discussed the causes of these characteristics of tight oil reservoir,proposed mixed sedimentary model of volcanic eruption-sublacustrine hydrothermal jet flow—“internal and external sources”.The development and distribution of reservoir are controlled by four factors:(1)the semi deep lake-deep lake environment laid materialfoundation for the development of sublacustrine exhalative rock tight oil reservoir;(2)tectonic disruption and dissolution improved reservoir and the formation of“sweets”in tight oil reservoir;(3)the regional distribution of exhalative rock tight oil reservoir is controlled by regional tectonic framework and tectonic inheritance activities,provides the volcano hydrothermal fluid,diagenetic dissolution and alteration and migration of oil and gas accumulation in channel;(4)the semi-deep to deep lacustrine facies“white smoke type”exhalative rock areas with multi-phase tectonic fracture and thermaldissolutionisfavorabletightoilreservoir“sweets”location,butalsoforthepredictionoftargetofdensereservoir.
dolomitized rocks;“white smoke type”exhalative rock;newtype oftight oil reservoir;Lower Permian FengchengFormation;Urhoarea;Junggar Basin
TE122.2+2
A
1673-8926(2015)03-0032-11
2015-01-25;
2015-03-10
高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金“準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系湖相白云質(zhì)噴流巖成因與物質(zhì)組分特征研究”(編號(hào):20135122110004)和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“湖相白云質(zhì)噴流巖物質(zhì)組分對(duì)比與成因機(jī)理研究”(編號(hào):41472088)聯(lián)合資助
傅饒(1988-),女,成都理工大學(xué)在讀碩士研究生,研究方向?yàn)槌练e學(xué)。地址:(610059)四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號(hào)成都理工大學(xué)。E-mail:707788153@qq.com
鄭榮才(1950-),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事沉積學(xué)與石油地質(zhì)方面的科研與教學(xué)工作。E-mail:zhengrc@cdut.edu.cn。