柴达木盆地干柴沟—咸水泉地区中—深层成岩演化及其对储集体性能的影响<sup>*</sup>

欧成华, 董兆雄, 魏学斌. (2011)柴达木盆地干柴沟—咸水泉地区中—深层成岩演化及其对储集体性能的影响^* [J]. 古地理学报, 13(1): 85-95
Ou Chenghua, Dong Zhaoxiong, Wei Xuebin. (2011)Diagenetic evolution and its influence on reservoir properties of the middle-deep strata in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 13(1): 85-95. DOI: 复制到剪切板

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柴达木盆地干柴沟—咸水泉地区中—深层成岩演化及其对储集体性能的影响^*

欧成华¹, 董兆雄¹, 魏学斌²

1 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都 610500

2 中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202

第一作者简介：欧成华,男,1971年生,博士,副教授,主要从事储集层地质学研究工作。E-mail:chomm@163.com。

收稿日期:2010-06-18

基金:*国家科技重大专项(编号:2008ZX05030-05-004)、教育部博士点基金项目(编号:20095121120003)和四川省教育厅自然科学重点项目(编号:省575)共同资助

摘要

通过剖面观察、岩心描述、分析化验等手段,系统研究了柴达木盆地干柴沟—咸水泉地区中—深层储集体岩石学特征、主要成岩作用类型及特征、储集空间类型及特征、成岩阶段及成岩演化序列,以及成岩作用对储集体性能的影响程度和规律。结果表明:研究区中—深层储集体主要由成分及结构成熟度均为低—中等的各类砂岩和部分泥灰岩组成;以压实作用、胶结作用、充填作用为主的破坏性成岩作用造成了储集体孔隙空间的大量损失,而以溶蚀作用为主的建设性成岩作用则使部分储集体恢复了储集性能;破坏性成岩作用主要发生在同生成岩、早成岩和中成岩阶段,建设性成岩作用主要发生在褶皱回返引起的表生成岩阶段;受成岩作用影响,主要发育粒间孔、残余粒间孔和溶蚀孔隙,孔隙结构以微细喉型为主,储集层类型以低孔—特低渗储集层为主。

关键词: 成岩作用; 成岩序列; 储集性能; 柴达木盆地

中图分类号:P130.2⁺1 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2011)01-0085-11

Diagenetic evolution and its influence on reservoir properties of the middle-deep strata in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

Ou Chenghua¹, Dong Zhaoxiong¹, Wei Xuebin²

1 State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology & Exploitation,SWPU,Chengdu 610500,Sichuan

2 Research Institute of Exploration and Development Qinghai Oilfield,PetroChina,Dunhuang 736202, Gansu

About the first author：Ou Chenghua,born in 1971,doctor,is an associate professor of Southwest Petroleum University,and he is mainly engaged in reservoir geology.E-mail:chomm@163.com.

Abstract

Through observed outcrop sections,described cores from formations,analyzed test reports,and many other data,the reservoir rock characteristics,the main types and characteristics of diagenesis,diagenetic stage and evolution succession of middle-deep strata in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin in Qinghai Oilfield were studied systematically,and the influence and discipline of diagenesis on the reservoir properties were revealed clearly. The result shows: In this region,the reservoir mainly consisted of all kinds of sandstone and part of the marlite with low to medium component and textural maturity. Destructive diagenesis including compaction,cementation and filling, caused heavy loss of the pore space of the reservoir,while the constructive diagenesis,mainly including dissolution, rebuilt part of the reservoir with better reservoir properties.Destructive diagenesis mainly occurred in the syndiagenetic stage,early diagenetic stage and middle diagenetic stage,and constructive diagenesis mainly generated in the epidiagenetic stage as a result of continued orogenetic Altun mountains by the Neotectonic movement.Affected by diagenesis,intragranular pore,residual intragranular pore and issolution pore were mainly developed,most pore textures were high complex with superfine throat,and the reservoir mainly were made up of the type with low porosity and superfine permeability.

Key words: diagenesis; diagenetic succession; reservoir properties; Qaidam Basin

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1 地质概况

干柴沟— 咸水泉地区位于柴达木盆地西北部阿尔金山的南斜坡, 西临狮子沟、花土沟, 东接南翼山、油泉子, 北为阿尔金山(图 1)。

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	图1 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区地理位置Fig.1 Geographic position of Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

该区中— 深层自下而上依次钻遇路乐河组(E₁₊₂)、下干柴沟组下段( $\begin{matrix} E_{3}^{1} \end{matrix}$ )、下干柴沟组上段( $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ )和上干柴沟组(N₁)(表 1)。近年来, 由于先后在该区的CS1井和X8井的下干柴沟组上段和上干柴沟组中见到油气显示而逐渐引起了人们的重视(李永军等, 2000; 付国民等, 2001; 党玉琪等, 2004; 郭峰等, 2006; 何国源等, 2008), 下干柴沟组上段和上干柴沟组由此成为了柴达木盆地西北区域中— 深层的重点勘探层位。

表1 干柴沟— 咸水泉地区中深层地层特征 Table1 Characteristics of middle-deep strata in Ganchaigou-Xianshuiquan region

干柴沟— 咸水泉地区下干柴沟组上段和上干柴沟组在阿尔金山山前出露地表, 向东南埋深依次增大, 下干柴沟组上段顶面到X8井埋深达在3277, m、上干柴沟组顶面在X8井埋深达到2396.5, m。巨大的埋深差距使区内的成岩作用类型非常丰富, 成岩阶段跨度较大, 成岩演化对储集体性能的控制作用极其明显。作者在干柴沟— 咸水泉地区下干柴沟组上段储集体岩石学特征的基础上, 系统研究了成岩作用的类型及特征, 以及储集空间的类型和特征, 揭示出成岩演化及其对储集体性能影响的程度和规律, 为进一步开展干柴沟— 咸水泉地区中— 深层有利油气储集层预测研究奠定了坚实基础。

2 储集体岩石学特征

通过干柴沟— 咸水泉地区野外剖面(主要是西岔沟剖面; 图1)取样和钻井岩心、岩屑样品的室内分析研究表明:岩石类型包括砾岩、含砾及砾状砂岩、细砂岩、粉砂岩和部分泥灰岩, 岩石颗粒由西北山前向东南依次变细; 储集体主要分布在冲积扇的辫流砂岛、主槽、辫流线, 滨浅湖的砂质滩坝、席状砂, 各类三角洲的滩坝、水下分流河道, 半深湖的漫流席状砂, 湖底扇的补给水道、辫状水道等微相砂体中(郭峰等, 2006); 储集体的石英含量一般为50%~70%, 岩屑20%~35%, 长石10%~15%; 岩屑以变质石英岩、片岩、千枚岩为主, 也有板岩、花岗岩、泥灰岩、酸性喷出岩等; 填隙物主要由原杂基、硅质、石膏、碳酸盐、褐铁矿、黄铁矿、自生黏土矿物和方沸石等组成; 胶结物以方解石为主; 碎屑颗粒主要呈次圆— 次棱角状, 分选差— 中等, 点— 线接触, 成分及结构成熟度均为低— 中等。

3 成岩作用类型及特征

基于野外剖面观测和室内样品分析成果, 依据成岩作用对储集层的影响, 将干柴沟— 咸水泉地区中— 深层主要的储集层成岩作用划分为破坏性、建设性和其他3大类。破坏性成岩作用导致原生粒间孔隙或次生孔隙减小、渗透率降低, 主要有压实作用、胶结作用和充填作用; 建设性成岩作用形成粒间溶孔和粒内溶孔等, 包括选择性溶蚀和非选择性溶蚀两种; 其他成岩作用见有白云石化作用和生物钻孔作用等。

3.1 破坏性成岩作用

3.1.1 压实作用

压实作用贯穿于本区整个沉积后作用阶段, 在碎屑岩中常见塑性颗粒被压实变形(图 2-1)和胶结物环边折断翘起(图 2-2)。压实作用在早期破坏性较强, 特别是胶结作用发生之前使原生粒间孔的损失较大。

3.1.2 胶结作用

由于成岩环境的不同, 胶结作用对储集层来说具有保存和破坏孔隙的双重性(王英华, 1992)。研究区分别发现了1个世代和多个世代的方解石胶结作用、方解石的重力胶结作用和石英共轴胶结作用。这些胶结作用对研究区的储集体孔隙空间主要起破坏作用。

1)仅1个世代的方解石胶结作用。一般认为纤状等厚环边方解石是海水潜流带的产物(张长俊, 1986; 史基安等, 1990)。研究区在新生代已处于中纬度较强蒸发的气候区(朱允铸等, 1994; 李浩等, 2002), 蒸发量大于降水量, 湖水盐度较高, Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Na⁺等各种金属阳离子丰富, 与海水环境相似, 有利于纤维状方解石的晶出, 在第1世代胶结作用之后由于缺乏大气淡水补给, 不利于第2世代高镁方解石胶结物大规模晶出。西岔沟剖面见到的纤维状方解石胶结物等厚环边的厚度约0.005mm, 即是在湖底环境湖水较咸时晶出形成的(图 2-2)。

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	图2 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区破坏性成岩作用典型显微照片Fig.2 Typical microphotos of destructive diagenesis in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

（1— 细— 中粒长石岩屑砂岩, 见粒间片状矿物— 黑云母碎屑被压弯变形, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 2— 薄皮鲕状砂岩, 见鲕粒壳和等厚方解石胶结物环边折断翘起, 铸体薄片, 正交偏光, 西岔沟剖面, N₁; 3— 亮晶颗粒灰岩, 3个世代方解石胶结, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, N₁; 4— 粉砂岩, 局部见重力胶结, 发育粒间孔, 铸体薄片, 左单偏光、右正交偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 5— 细— 中粒长石岩屑砂岩, 石英共轴胶结(次生加大), 使得石英颗粒呈棱角状, 铸体薄片, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 6— 含石膏细— 中粒岩屑砂岩, 石膏充填部分粒间孔和溶蚀孔, 也见个别残余粒间孔, 铸体薄片, 左为单偏光、右为正交偏光, 西岔沟剖面, N₁; 7~8— 含硅质鲕状砂岩, 蛋白石— 玉髓胶结/充填残余粒间孔, 7为单偏光, 8为正交偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ）

2)多个世代方解石胶结作用。 3个世代方解石胶结作用主要发生于西岔沟剖面上干柴沟组顶部的亮晶颗粒灰岩中(图 2-3)。第1世代为针状、微粒状方解石围绕颗粒生长形成极薄环边, 第2世代的叶片状方解石继续生长, 最后是粒状方解石充填剩余孔隙。

① 第1世代针状、微粒状方解石胶结作用。在同生成岩阶段的湖底古环境, 特别是滨浅湖滩坝, 发育沉积物粒间孔。含过饱和Ca²⁺的湖水首先在粒间孔中较快地于颗粒表面晶出纤维状或微粒状文石(后转化为方解石), 即发生第1世代的文石/方解石胶结。由于这类胶结作用是在沉积物沉积后不久在湖底发生的, 所以一般围绕和垂直砾屑、砂屑、藻屑、鲕粒或生屑边缘向粒间孔内部呈单环带生长。针状文石/方解石微晶呈不规则状— 放射状分布, 含量约1%。由于后期成岩作用的改造, 这一期方解石胶结物较难辨认。图2-3可见这一期的针状微晶方解石在藻团粒或砂屑表面形成大约厚0.001~0.002mm的环边。

② 第2世代叶片状方解石环边胶结作用。发生于同生成岩阶段的湖底— 混合水古环境。这时的粒间孔内除有湖水(孔隙水)外, 还有来自陆地的大气淡水(由淡水渗流带和潜流带进入湖盆沉积物中), 两者混合稀释了孔隙水, 降低了Na⁺等离子的浓度。稀释后的孔隙水晶出高镁方解石胶结物, 其晶体往往呈叶片状, 多围绕第1期胶结物或颗粒边缘呈单环带生长或与第1期胶结物共轴生长。环带厚0.01~0.06mm, 单晶体长/宽比大于1.8, 晶体干净明亮(图 2-3), 晶体前缘具尖菱形, 反映晶体由颗粒边缘向粒间孔内部自由生长的特征。

③ 第3世代粒状方解石胶结作用。随着上覆沉积物的不断增加, 进入早成岩阶段的浅埋藏、甚至中成岩阶段的深埋藏环境, 粒间孔隙水中淡水比例也不断加大, 或者地下成岩流体带来丰富的Ca²⁺。由于这时的环境较为稳定, 方解石结晶缓慢, 从而晶出了近等轴的粒状粉细晶方解石, 它们充填了剩余粒间孔, 与第2世代方解石胶结物呈整合接触(图 2-3)。方解石呈自形— 半自形棱面体, 反映其晶出时环境为淡水或盐度不高, 特别是镁离子和硫酸根离子含量不高, 有利于方解石在自由空间内缓慢晶出。

3)方解石的重力胶结作用。在湖底渗流带, 由于成岩介质为湖水和空气, CO₂逸出快, 沉淀速度快, 介质流动性好, 易于CaCO₃沉淀, 常形成单向纤维状文石/方解石重力胶结物(付国民等, 2001; 图2-4)。

4)石英共轴胶结作用。石英胶结主要是石英砂粒的共轴胶结(图 2-5)。共轴胶结边(加大边)厚度不等, 一般为0~0.18mm。

3.1.3 充填作用

随着晚期喜山Ⅱ 幕及其后构造运动的发展, 研究区内近阿尔金山的盆地边缘地区逐渐抬升, 并进入晚表生期, 一些原来残余的粒间孔因充填玉髓、蛋白石、石膏等而被破坏。西岔沟剖面的上干柴沟组见石膏充填残余粒间孔和溶蚀孔(图 2-6), 下干柴沟组上段见蛋白石— 玉髓充填残余粒间孔(图 2-7, 2-8)。根据石膏与孔隙及其他充填物的关系, 它们的充填很可能发生在晚表生期; 而蛋白石的充填也相对较晚, 是在白云石充填之后才发生的。

3.1.4 硬石膏成核(胶结)作用

X8井下干柴沟组上段见有灰绿色含膏质灰质粉砂岩, 其硬石膏呈不规则圆形, 不均匀分布(图 3-1)。它是在湖底环境, 由于气候干热, 湖水咸化, 重盐下沉到湖底, 当湖水中的CaSO₄过饱和时形成的。

3.2 建设性成岩作用

建设性成岩作用主要为溶蚀作用。溶蚀作用往往形成粒间溶孔、粒内溶孔等。据铸体薄片观察, 区内建设性成岩作用有两个特点:①溶蚀作用主要见于碳酸盐岩, 碎屑岩, 以及部分混合沉积岩, 如含砂泥晶藻灰岩、硅质鲕粒灰岩等; ②所见的溶蚀作用包括非选择性溶蚀和选择性溶蚀两种类型。

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	图3 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区建设性及破坏性成岩作用典型显微照片Fig.3 Typical microphotos of constructive and destructive diagenesis in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

（1— 灰绿色含膏质灰质粉砂岩, 硬石膏含量约10%~15%, 呈近圆形或近等轴形, 正交偏光, X8井 $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ , 3104m; 2— 含鲕粒含砂泥晶藻灰岩— 藻团灰岩, 发育粒间溶孔, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 3— 亮晶硅质鲕粒灰岩, 鲕核发生溶蚀形成粒内溶孔, 亮晶方解石胶结物间发育微裂缝, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, N₁; 4— 亮晶硅质鲕粒灰岩, 部分鲕核不完全溶蚀后再充填蛋白石, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, N₁; 5— 局部含生屑泥晶灰岩, 见部分砂屑被溶蚀形成铸模孔, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, N₁; 6— 硅质鲕状砂岩, 个别硅质鲕核不均匀溶蚀, 形成粒内溶孔, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 7— 硅质鲕状砂岩, 条纹长石不均匀溶蚀, 形成条纹状粒内溶孔, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 8— 岩屑砂岩, 石英等颗粒轻微溶蚀, 见颗粒边缘被溶蚀后呈港湾状, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ）

3.2.1 非选择性溶蚀作用

包括灰泥基质和部分颗粒都不同程度地发生溶蚀, 形成明显的溶蚀孔洞(图 3-2)。据野外和室内薄片观察, 这期的溶蚀作用应发生于晚表生期。

3.2.2 选择性溶蚀作用

1)鲕核溶蚀。一些鲕粒的鲕核被溶蚀或部分被溶蚀, 形成了空心鲕(图 3-3), 观察发现, 这些被溶蚀的鲕核基本都是灰质核, 尤其是灰泥质核。

2)硅质碎屑颗粒溶蚀。从薄片观察发现, 灰质选择性溶蚀作用的主要对象是灰泥质的鲕核和部分生屑(图 3-1, 3-4, 3-5), 表明这期的选择性溶蚀作用发生于同生— 早成岩阶段。硅质碎屑颗粒的溶蚀既见于鲕核也见于其他颗粒(图 3-6, 3-7, 3-8)。硅质碎屑颗粒包括石英和长石, 长石相对较易溶解, 而石英较难溶。石英通常在pH值大于9或温度较高时才发生溶解, 但自然界中强还原环境极少, 所以温度是导致石英溶解的主要因素。研究区内随着沉积物埋深增大, 温度逐渐升高, SiO₂溶解度增加。郑浚茂和庞明(1988)指出:石英在0 ℃时, 溶解度为5× 10^-6, 当温度为40 ℃时, 则提高至16× 10^-6。结合硅质颗粒的溶蚀现象分析认为, 其溶解作用发生于中埋藏以深环境。

3.3 其他成岩作用

3.3.1 白云石化作用

西岔沟剖面的下干柴沟组中偶见白云石, 呈自形、粉— 细晶、具溶孔边缘的白云石具环带构造, 即至少有两期白云石化作用。据晶体特征与产出状态分析表明, 第1世代白云石生长于第1世代方解石胶结物之后、蛋白石/玉髓充填之前, 为含铁白云石, 形成于中成岩阶段的较深埋藏环境(图 4-1); 第2世代白云石化作用仅局部见, 以共轴增生的形式— “ 亮边” 增生于早期的白云石之外形成环带, 产状显示这期白云石形成于晚表生期近地表环境(图 4-2)。

3.3.2 泥晶化作用

泥晶化作用是与生物有关的成岩作用(罗宾· 巴瑟斯特, 1977; 强子同和郭一华, 1982; 冯增昭等, 1994)。当碳酸盐颗粒沉积后, 在湖底环境中:(1)一些藻类、真菌和钻孔生物附着在这些碳酸盐颗粒表面, 同时分泌植物酸, 使得这些颗粒的表面逐渐变成泥晶结构, 就像有一个灰泥的套子套在碳酸盐颗粒表面; (2)或者是一些钻孔藻在颗粒表面钻孔后再向外生长, 当向外生长的那一部分钻孔藻死亡后钙化粘结, 在颗粒表面形成一个泥晶方解石的套子。通常把颗粒表面的这种泥晶化作用形成的灰泥的套子称为泥晶套。人们一般将泥晶化作用分为破坏性和建设性两种。前述第1种方式属破坏性的泥晶化作用, 第2种则是建设性的泥晶化作用。泥晶化作用的标志就是泥晶套或生物钻孔, 是湖底成岩环境的标志。本区未见明显的泥晶套, 但见有生物钻孔(图 4-3)。

4 储集空间类型及物性特征

根据岩心铸体薄片进行分析后发现, 研究区下干柴沟组上段储集空间类型包括原生粒间孔、残余粒间孔, 以及次生溶蚀孔和部分裂缝。这些储集空间在经历了不同程度的成岩改造后保留至今而具备了储集油气的能力。

4.1 粒间孔及残余粒间孔

粒间孔及残余粒间孔是研究区主要的孔隙类型之一。据铸体薄片观察表明, 西岔沟剖面鲕状砂岩和部分砂岩均不同程度发育粒间孔及残余粒间孔(图 2-2, 2-4, 2-5; 图3-4)。

部分粉— 细砂岩发育粒间孔。据西岔沟剖面19-1样品图像分析显示, 其最大孔隙半径约125, μ m、最小孔隙半径为9μ m, 平均孔隙半径约为28μ m, 面孔率约6%~10%; 粒间孔分布相对均匀, 没有优势孔隙半径, 连通性相对较好(图 5-A)。

硅质鲕粒砂岩发育残余粒间孔。据西岔沟剖面19-2样品图像分析显示, 其最大孔隙半径约80 μ m、最小孔隙半径为7μ m, 平均孔隙半径约为17μ m, 面孔率约为5%~9%图像分析显示, 孔隙半径分布呈双峰或无明显优势, 具有一定的连通性(图 5-B)。

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	图4 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区其他成岩作用及储集空间典型显微照片Fig.4 Typical microphotos of other diagenesis and reservoir pore spaces in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

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	图5 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区主要储集空间类型的孔隙结构及分布Fig.5 Image analysis results about pore texture and distribution of main reservoir pore space types in Ganchaiyou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

（1— 含粉砂鲕状砂岩, 粒间孔部分被硅质充填, 硅质充填前有白云石生成, 鲕核主要为中— 粗砂, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 2— 含鲕粒含砂泥晶藻灰岩— 藻团灰岩, 发育溶蚀孔隙, 于溶孔边缘见2期自形白云石, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 3— 含鲕粒含砂泥晶藻灰岩— 藻团灰岩, 鲕粒的圈层由于藻钻孔, 已部分泥晶化, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 4— 粉砂岩, 发育粒间孔, 孔径2~9μ m, 面孔率1.2%, 单偏光, 咸东1井, 2048.31m; 5— 鲕粒灰岩, 鲕核发生选择性溶蚀形成粒内溶孔, 西岔沟剖面, N₁; 6— 鲕粒灰岩, 鲕核溶蚀后再有玉髓/蛋白石沉淀, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, N₁; 7— 含鲕粒含砂泥晶藻灰岩— 藻团灰岩, 发育溶蚀孔隙, 孔隙分布不均, 溶孔中见有流砂等, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ; 8— 左为中— 粗粒岩屑砂岩, 发育粒间和粒内微裂缝, 右为细— 中粒长石岩屑砂岩, 见石英次生加大, 发育粒内和粒间微裂缝, 铸体薄片, 单偏光, 西岔沟剖面, $\begin{matrix} E_{3}^{2} \end{matrix}$ ）

4.2 溶蚀孔隙

溶蚀孔隙在研究区较为常见, 按成因可分为组构选择性孔隙与非组构选择性孔隙。

非组构选择性孔隙主要为随机溶孔(洞)和粒间溶孔。非组构选择性溶孔(洞)见于上、下干柴沟组的各类灰岩中(图 3-2; 图4-2, 4-4, 4-7), 溶孔大小不等, 分布也不均匀; 孔径一般9~200μ m, 面孔率约9%, 其中孔隙半径小于100μ m的较小溶孔数量虽多, 但对面孔率的贡献仅39%左右, 而孔隙半径大于100μ m的较大溶孔虽然不多, 但对面孔率的贡献可达61%。粒间溶孔则见于粉砂岩、细砂岩等碎屑岩(图 3-8), 多呈孤立状不均匀分布, 部分与裂缝相联, 形状不规则, 面孔率较小, 孔隙半径分布无明显优势段(图 5-C)。

组构选择性孔隙最主要是部分鲕核溶蚀形成的铸模孔、粒内溶孔等(图 2-2, 2-4, 2-5; 图3-3, 3-5, 3-6; 图4-5)。这类溶孔的孔隙与鲕核的大小相当, 一般小于60μ m, 有时鲕核溶孔还部分地被玉髓等SiO₂沉淀物充填(图 4-6)。其成因主要与早表生期的间歇性暴露有关。一些不稳定组分, 尤其是碳酸盐组分, 在早表生期暴露时受到大气淡水作用, 含CO₂的大气淡水首先对含不稳定组分如碳酸盐的鲕核造成溶蚀。

4.3 裂缝

本区零星发育粒间缝、粒内缝等微裂缝, 微缝多呈不规则状, 改善了储集岩的渗透性(图 4-8)。粒间缝宽度可达68μ m以上, 粒内缝宽度一般为15~53μ m。铸体薄片图像分析显示其混合面孔率(含粒间孔)较小(图 5-D)。

4.4 物性特征

由压汞资料分析可知, 本区储集层最大孔喉半径介于0.18~4.77μ m, 平均为1.75μ m; 中值孔喉半径介于0.16~0.76μ m, 平均为0.51μ m; 储集层孔隙结构为微细喉型。由岩心测试数据统计表明, 本区孔隙度介于3.2%~10.1%, 平均为5.9%; 渗透率介于0.1× 10^-3~2.5× 10^-3μ m², 平均为0.65× 10^-3μ m²; 属低孔— 特低渗储集层。

5 成岩演化阶段及其对储集性能的影响

依据上述成岩作用类型及特征, 以及储集空间类型及特征的研究成果, 可以将本区成岩作用划分为同生成岩阶段、早成岩阶段、中成岩阶段和表生成岩阶段(据碎屑岩成岩阶段划分规范SY/T5477-2003和碳酸盐岩成岩阶段划分规范SY/T5487-2003; 图6, 图7)。

5.1 同生成岩阶段

主要发生在阿尔金山山前埋深数百米的古沉积界面附近。成岩环境包括湖底、混和水和大气淡水等3种。在湖底的颗粒滩环境, 往往发生第1、2世代方解石胶结作用, 或者在湖底潜流带发生仅1世代的纤维状方解石等厚环边胶结和绿泥石胶结; 在滨浅湖混合水环境, 生物碎屑颗粒和鲕粒被藻类改造发生泥晶化或钻孔, 当湖水淡化或湖平面持续降低时, 在颗粒滩环境, 大气淡水可能致使部分不稳定颗粒, 尤其是部分碳酸盐鲕核部分被溶蚀; 在湖盆相对低洼的半深湖地区, 重盐水汇集并渗入表层沉积物的粒间孔中, 当CaSO₄过饱和时, 则以硬石膏结核的形式沉淀下来(图 6)。本阶段发生的各类方解石胶结作用、泥晶化作用和硬石膏胶结作用等造成区内原生孔隙度急剧降低, 由40%~50%迅速降低到20%~26%左右(图 7)。

5.2 早成岩阶段

早成岩阶段A期主要发生在沉积物埋深自几百米到2000m左右; 研究区古气候较为干旱, 致使古沉积水体中含有较多的碳酸盐(李浩等, 2002)。随着埋深进一步加大到约2000~2750m, 进入早成岩阶段B期, 地层温度进一步升高, 出现部分SiO₂溶解并晶出, 零星见有石英次生加大现象(图 6)。本阶段主要发生的压实作用和第3世代方解石胶结作用使孔隙度进一步降低到5%~12%左右(图 7)。

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	图6 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区成岩阶段划分Fig.6 Division of diagenetic stages in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

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	图7 柴达木盆地干柴沟— 咸水泉地区成岩演化序列Fig.7 Diagenetic succession in Ganchaigou-Xianshuiquan region of Qaidam Basin

5.3 中成岩阶段

埋深约在2750m以深, 先成沉积物已基本固结成岩, 进入中成岩阶段的A期, 偶见石英共轴胶结(图 6)。当埋深到达3500m以深, 进入中成岩阶段的B期, 由于温度升高, SiO₂的溶解度迅速增大, 一些不稳定的硅质碎屑颗粒逐渐开始溶解; 同时出现生长于第1世代方解石胶结物之后蛋白石/玉髓之前的第1世代白云石(图 6)。本阶段主要发生的压实作用和局部出现的石英共轴胶结使孔隙度进一步减小, 而硅质碎屑颗粒溶蚀则使孔隙空间略有增加, 两者的综合作用使孔隙度降低到3%~6%左右, 使绝大部分砂体丧失了储集流体的能力(图 7)。

5.4 表生成岩阶段

第四纪的新构造运动, 使本区发生褶皱隆起和断裂(朱允铸等, 1994)。在褶皱作用较强的阿尔金山山前, 地层隆出地表遭受剥蚀, 同时, 在研究区近阿尔金山的湖盆边缘区域, 发现有大气淡水淋滤的痕迹, 而在干柴沟与咸水泉构造轴部, 由于埋深变浅, 地温场和地应力场随之发生了变化, 导致发育构造成缝、溶蚀作用、石膏充填作用, 局部还发生白云石化作用(图 4-1, 4-2; 图6)。本成岩阶段使区内一些储集体因发育部分次生溶蚀孔使孔隙度增大至10%以上而恢复了储集性能(图 7)。

6 结论

1)研究区中— 深层具有埋深差距大, 成岩作用类型丰富, 成岩阶段跨度大, 成岩演化对储集体性能控制作用明显等特点。

2)压实作用、胶结作用、充填作用构成了区内主要的破坏性成岩作用, 造成了区内储集体孔隙空间的大量损失, 而鲕核溶蚀、碎屑溶蚀、灰泥基质及部分颗粒的溶蚀则构成了区内主要的建设性成岩作用, 使部分储集体恢复了储集性能。

3)研究区中— 深层地层成岩作用演化序列为:同生成岩阶段的第1、2世代方解石胶结作用→ 早成岩阶段的第3世代方解石胶结作用→ 中成岩→ 表生成岩阶段的充填作用、溶蚀作用和构造成缝作用。其中表生成岩阶段是有利储集体发育的主要成岩阶段。

4)受成岩作用改造, 研究区主要发育粒间孔、残余粒间孔和溶蚀孔隙, 孔隙结构以微细喉型为主, 储集层以低孔— 特低渗类型为主。

致谢论文在研究过程中得到青海油田勘探处张道伟处长、青海油田勘探开发研究院李元奎高工、张永庶高工、薛建勤高工等的帮助, 西南石油大学的陈世佳教授与作者一起收集了部分野外露头资料, 冯增昭教授、吴胜和教授、吴因业教授对论文提出了十分宝贵的意见, 在此一并表示感谢!

作者声明没有竞争性利益冲突.

参考文献

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2004

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党玉琪, 尹成明, 赵东升. 2004. 柴达木盆地西部地区古近纪与新近纪沉积相[J]. 古地理学报, 6(3): 297-306.

The Neogene and Paleogene sedimentary facies and microfacies inwestern Qaidam Basin were divided into seven types as follows: pluvial，subaqueous alluvial fan，fluvial channels and flood plain，shorelake，shallow lake，relativelydeep lake and delta based on well data of logging，lithology and testing analyses.Types and distribution of sedimentary facies are divided into three zones: (1) pluvialalluvial fanfan deltafluvial channels and flood plainlake facies in the steep zone of western Altun mountain front; (2) pluvialalluvial fanlake facies in the steep zone ofmiddle Altun Mountain front; (3) pluvialfluvial channels and flood plaindelta in the zone of Kunlun Mountain frontSedimentary facies not only influence composition and textureof clastic rock，but also porosity and permeability and hydrocarbon accumulation of clastic rockThe content of stable quartz and cement increases，the content of fragment and matrix decreases from pluvial，subaqueous alluvial fan，fluvial channels and flood plain，delta to lake facies，the sorting and roundness of grain get better and better，size ofgrain gets finer and finerPorosity and permeability of fluvial and delta clastic rocks are best in the shallowburied strata of the west Qaidam BasinIn the deeplyburied strata，porosity and permeability of deltaic clastic rocks are the best，those of alluvialclastic rocks are the second，and those of lacustrine clastic rocks are the worstHydrocarbon accumulation is richest in fluvial and deltaic clastic rocks，and is relatively poor in the deeplyburied strata

1 University of Petroleum Beijing 102249 2 Qinghai Oilfield Company Dunhuang 736202 Gansu

利用数十口井的电性、岩性及分析化验资料，将柴达木盆地西部地区古近纪与新近纪沉积相划分为七种相和亚相：洪积锥、水下冲积扇、河道和泛滥平原、滨湖、浅湖、较深湖和三角洲。沉积相的空间展布概括起来分为三大带：（1）阿尔金山前西段陡坡带洪积锥-水下冲积扇-扇三角洲-河道和泛滥平原-湖相 (2)阿尔金山前中段陡坡带洪积锥-水下冲积扇-湖相；（3）昆仑山前洪积锥-河道和泛滥平原-三角洲相。沉积相不仅影响着碎屑岩的成分和结构，而且也影响其物性与含油性。由洪积锥到水下冲积扇，到河道和泛滥平原，到三角洲，到湖相，石英和胶结物含量逐渐升高，岩屑和杂基含量逐渐降低，分选及磨圆变好，颗粒的粒级变细。浅层以河道和泛滥平原及三角洲相的物性最好，深层以三角洲相的物性最好，次为冲积扇，湖相最差。碎屑岩的油气富集以河道、泛滥平原和三角洲相最好，滨浅湖相油气富集最差。

... 党玉琪等,2004 ...

2001

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... 付国民等,2001 ...

1994

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... 冯增昭等,1994) ...

2006

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... 郭峰等,2006 ...

... 储集体主要分布在冲积扇的辫流砂岛、主槽、辫流线,滨浅湖的砂质滩坝、席状砂,各类三角洲的滩坝、水下分流河道,半深湖的漫流席状砂,湖底扇的补给水道、辫状水道等微相砂体中(郭峰等,2006) ...

2008

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... 何国源等,2008),下干柴沟组上段和上干柴沟组由此成为了柴达木盆地西北区域中#cod#x02014 ...

1977

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2002

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... 李浩等,2002),蒸发量大于降水量,湖水盐度较高,Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Na⁺等各种金属阳离子丰富,与海水环境相似,有利于纤维状方解石的晶出,在第1世代胶结作用之后由于缺乏大气淡水补给,不利于第2世代高镁方解石胶结物大规模晶出 ...

... 研究区古气候较为干旱,致使古沉积水体中含有较多的碳酸盐(李浩等,2002) ...

2000

0.0

... 近年来,由于先后在该区的CS1井和X8井的下干柴沟组上段和上干柴沟组中见到油气显示而逐渐引起了人们的重视(李永军等,2000 ...

1982

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... 强子同和郭一华,1982 ...

1990

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史基安, 马宝林, 师育新. 1990. 新疆巴楚—柯坪地区上石炭统碳酸盐岩的沉积环境与成岩作用[J]. 沉积学报, 8(4): 59-67.

The Late Carboniferous in Western Tarim Basin is the typical sedimentation of epicontinental carbonate platform. It is main sediments are micrite, sparite, biomicrosparite and dolomite. The study on sedimentary environment, features of diagenesis and evolution characteristic of pores of Upper Carboniferous carbonates was carried out by Cathodoluminescence Microscope, SEM, X-diffraction analysis, TAS-plus Image Analysis System and Reflectance of Vitrinite (R ° ), based on field work and a large quantity of thin section observation. Through research, the following main conclusions are proposed: 1.The sedimentary environment of Upper Carboniferous carbonates in Bachu-Keping region can be divided into four facies from west to east. (1) Open Sea Basin Facies It Is distributed north of Kalatieke Mt. and west of Atushi- Shache County area. The most of sediments are terrigenous fine clastic rock and marl. (2) Platform Border Shoal Facies It is distributed Maigaiti County area. The most of sediments are sparite and dolomite. (3) Open Platform Facies It is distributed Bachu County-Subashi village area. The most of sediments are biomicrite and marl. (4) Coastal Shoal Facies It is distributed east of Keping County and north of Shajinzi Town area. The most of sediments are quartzose sandstone, siltstone, intramicsparite and biomicrosparite. 2. Upper Carboniferous carbonates have undergone deep compaction, Presoiution, cementation, dolomitizatiori and solution. Measurement of vitrinite reflection (R ° ) and illite crystallinity in mudstone demenstrate that diagenetic temperature is 120℃ to 160℃ Therefore in author' s opinion, this sequence is in the middle-late postdiagenetic stage, that is organic mature stage. 3. There are five kinds of cement which are formed in different period in. Upper Carboniferous carbonates: (1) . Needle isopachous ring cement. (2) . Co-axial ring cement. ( 3) . Allotriomorphic to hypautomorphic granular sparrycalcite cement. ( 4) . Sparry cyclopean ferrocalcite cement. (5) Hypautomorphic to idiomorphic dolomite cement. 4.The original sedimentary environment of carbonate is the important condition that influences the diagenesis of carbonate. The good reservoir rocks are often evolved from sparry granular carbonate and biosparite. Especially sparry granular carbonate of Xiaohaizi formation in platform border fades, because the widespread dolomitization, formed dolomhic limestone which has residual structure, that is helpful for the formation of secondary pores. Mean porosity of dolomite is 10%, So the authors suggest that this sort of rocks is the hopeful resvoir of oil.

Lanzhou Institute Of Geology, Academia Sinica

本文根据岩矿特征、沉积构造、生物组合等标志将巴楚—柯坪地区上石炭统碳酸盐岩沉积环境自西往东划分为:广海盆地相、台地边缘浅滩相、开阔台地相及滨岸浅滩相。并采用阴极发光,扫描电镜、X射线衍射分析、TAS-plus图像分析仪及测定镜质体反射率等分析手段,对该地区碳酸盐岩的压实、压溶、胶结、溶解及白云化作用进行了详细研究,推断了该岩层经历的最高成岩温度和所处的成岩阶段,并对其孔隙演化特点进行了分析,指出了次生孔隙发育的有利地带。

... 史基安等,1990) ...

1992

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王英华. 1992. 碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化[J]. 沉积学报, 10(3): 85-95.

Carbonate deposition of China is characterized by multiages, multi- environments and multi-rock types. Under the influence of multi-orogenies, diagenetic environments are variable, superimposition of diagenesis is evident, diagenetic assemblage is complicated, and meteoric fresh water and burial diagenesis that closely related with the concentration of oil arid gas are extremely common. Detailed studies of diagenetic terrains' features, diagenetic assemblage, and diagenetic models of different times will be benifit to the prediction of oil-generating, storage and cover. Of all the diagenesis, fresh water dissolution, burial dissolution, dolomitization, first-generation cementation, degypsification, dedolomitization are diagenesis that protect or form various porosities. With the constraints of these diagenesis, secondary solution opening and cave, intergranular pore, intercrystal pore or intercrystal solution opening, solution fissure, etc, could be evolved in the rocks. The compaction, cementation, recrystalization and bruial infilling in the rocks are unfavourable to the conservation of primary porosities and the formation of secondary porosities. According to low content of trace element, such Sr and Mn, low negative δ~(13)C, poor cathodoluminescence and fabric of rocks, meteoric fresh water diagenetic environments can be defined, and hence, the marine, mixed-water and burial diagenetic environments can be differentiated. Different diagenetic environments are characterized by different diagenetic sequence and diagenetic assemblage. Types of porosities and reservoiring performance of rocks are also controlled evidently by diagenetic environments. Based on characteristics of rocks, minerals, geochemistry of trace elementes and marks of isotopic geochemistries stable carbon and oxygen, as well as cathodoluminescence of textural component, etc. of the diagenetic terrain, different diagenesis and their evolution extent can be differentiated. This paper take beach facies as an example, suggest a diagenetic model of beach facies on the basis of synthesized diagenesis of diferent kinds of shoat deposition and porosity evolution history. This model summarized rock fabrics, diagenesis, porosity types and identifying remarks, elc. and reflect the processes of diagenetic evolution of shoat depo,ition andreservoiring space formation. Diagenetic model can be used to eiaborate diagenetic evolution stages and patterns of any sedimentary body, demoristrate the diagenetic assemblage, porosity types, reservoiring performance of rocks, and to analyse diagenetic environment and deep study the diageneiic facles. At the same time, it can also be used to etrlarge the felld of oil and gas exploration, and to prediet. diagenetic trap and to evaluate potential reservoir.

Department of Geology, Peking University

在总结我国碳酸盐岩沉积和成岩基本特征的基础上,阐明有利于孔隙形成的白云石化、去膏、去云化、淡水和埋藏溶解等作用,以及破坏性成岩作用的特征和识别标志。成岩地质体是成岩环境的产物,可根据成岩组构、地球化学和发光特征等加以鉴别。成岩模式是成岩组合、成岩特征和孔隙演化的总概括,以滩相成岩模式展示了成岩相与孔隙的关系。

... 由于成岩环境的不同,胶结作用对储集层来说具有保存和破坏孔隙的双重性(王英华,1992) ...

1986

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... 一般认为纤状等厚环边方解石是海水潜流带的产物(张长俊,1986 ...

1988

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郑浚茂, 庞明. 1988. 石英砂岩的硅质胶结作用及其对储集性的影响[J]. 沉积学报, 6(1): 29-38.

Recording to fades analysis, Taiyuan Formation of the upper Carboniferous in the region of Henan Province and Shandong Province, northern part of China, is deposited in sea inlet, tidal flat and shore marsh. The sandstones of Taiyuan Formation are mainly pure quartzose sandstones, deposited on the shoreface beach, tidal flat or other high energy environments. They are originally of high maturity, both in texture and in composition. During the long geologic processes, sandstones have undergone deep and complex diagenesis, with the formation of large amount of auth-higenetic quartz in the form of overgrowth and the gradual loss of primary pores. Analytical results of cathodoluminescence petrography, scanning electron microscopy and X-ray microanalysis reveal that quartz cementation is the dominating process responsible for the loss of primary pores. Quartz cement occurs mainly as overgrowths, which have the same optical orientation with the detrital grains. Outlines of original grains are poorly visible, or completely undistinguishable for most overgrowth grains. Under these cicurmst-ances, only the cathodoluminescnce technique can be effective in brimging the shape of grains to light. By luminescence microscopy, the detrital quartz grains display either brown or blue colour, depending on their source rocks. The authigenetic quartz, however, usually shows no colour of luminescence, or has dark brown colour. Two generations of quartz overgrowth in the Taiyuan quartzose sandstones are recognizable from the luminescence difference and the location of quartz cement. The dark brown authigenetic quartz, along grain boundaries, or filled in grain cracks, represents the early stage of quartz cementation. The great amount of non-lumiescence quartz, welded around the early overgrowth quartzs, marks the late stage of quartz cementation. According to pointcount calculation under cathodoluminescence, the authigenetic quartz accounts for 16 percent of the total quartz. The ratio of the amounts of authigenetic quartz between the early stage and late stage is about 1/3. This shows that the late quartz cementation is strong and progressive. It is generally accepted that the source of the silica cement in pure quartz sandstone includes: pressure solution in sandstones, alteration of clay minerals and dissolutin of small guartz grains in associated siltstones, dissolution of some detrital grains such as feldspar and rock fragments, the migretion of undergroundwater etc. Cathedoluminescence study has proved that intergranular pressare solution occurs only partially and locally. Concequently, it has little significant influence on quartz cementation,or in other words it cannot be the main source of authigenetic quartz. The quartz cement derived from pressure solution, according to the point-count data, accounts for only 10 percent. X-ray diffraction analysis of clay minerals in Taiyuan Formation and the upper strata leads us to the idea that the silica released during the alteration of smectite to illite in adjacent mudstones may play an important role in quartz cementation. A possible explination of the generations of overgrowth quartz may be like this: at early stage of diagenesis, the limitted intergranular pressure solution may derive dissolved silica, which, then is precipitated on adjacent quartz grains, or fills some cracks; with increase of burial depth, alteration of clay minerals in interbedded mudstones becomes strongly discharg, silica slowly migrates into sandstone with pore fluid and is precipitated. The formation temperature of the authigenetic quartz is also analysized by determining the homogeneous temperature, of fluid inclusions in quartz cement. During the process of this work, the temperature history of the area, on the basis of the vitrinite reflectance in shales; was taken into account. Through careful studies, a definite formation temperature ranging from 140°C to 150°C is finally established for authigenetic quartz. The strong quartz cementation in sandstones of Taiyuan Formation not only leads to the

Beijing Graduate School, Wuhan College of Geology

作者应用阴极发光显微镜、扫描电镜、电子探针及包体测温等手段,对华北太原组石英砂岩的硅质胶结现象、形成温度、物质来源及其对储集性的影响作了研究。结果表明:太原组石英砂岩有两期硅质胶结,第二期规模大;其形成温度为130°—140℃;砂岩处于中成岩阶段晚期;硅质胶结作用是使该砂岩丧失良好储集性能的主要因素。

1994

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... 研究区在新生代已处于中纬度较强蒸发的气候区(朱允铸等,1994 ...