许琳，常秋生，张妮，王伟，朱涛

玛湖凹陷位于准噶尔盆地中央坳陷西部（图1）[1-2]，西临克百断裂带和乌夏断裂带，西南接中拐凸起，东抵达巴松凸起和夏盐凸起，北邻石英滩凸起和英西凹陷，总体呈北东—南西走向。现今构造为东南倾的平缓单斜[3]，局部发育低幅度平台、背斜或鼻状构造，断裂较发育[4]。环玛湖凹陷斜坡区分为玛北、玛西、玛南及玛东4大勘探区域[5]，研究区位于玛东勘探区，横跨玛湖凹陷、达巴松凸起、三个泉凸起和英西凹陷（图1），中二叠统下乌尔禾组油藏为断层-岩性油藏[6]。YB4井在2015年获高产工业油流，使下乌尔禾组有望成为玛湖凹陷下三叠统百口泉组的接替层系，针对下乌尔禾组砂砾岩的研究逐渐增加。由于研究区储集层非均质性较强，沉积成岩过程复杂，成岩作用对储集层的物性影响较大[7]，因此分析该区储集层下乌尔禾组成岩演化序列，在低渗背景上寻找相对高孔、高渗储集层显得尤为重要。本文通过岩心观察、岩心薄片、铸体薄片、扫描电镜及X射线衍射等手段，对玛东地区下乌尔禾组储集层成岩作用和成岩相进行了深入研究，确定了储集层成岩演化序列及有利的成岩相，为该区储集层的研究及油气勘探提供更多的依据。

1 储集层基本特征

1.1 岩石学特征

玛东地区中二叠统下乌尔禾组主要为洪积扇—扇三角洲—湖泊沉积体系，分布面积广。储集层主要为灰色、绿灰色砂质细砾岩、小中砾岩和含砾中粗砂岩（图2），以砂质砾状结构、砂砾状结构为主，主要为颗粒支撑。砾石大小不等，最大粒径16 mm，一般粒径为1～8 mm，分选差—中等。碎屑颗粒主要为次圆状，个别次棱角状，以线状接触为主，少量呈点状接触。岩石较致密，成分成熟度偏低，结构成熟度较高。

图2 研究区中二叠统下乌尔禾组主要岩性

根据岩石薄片统计，该区岩石中的砾石以花岗岩为主，其次为凝灰岩和泥岩，另有少量的砂岩和粉砂岩；砂岩碎屑颗粒以花岗岩为主，其次为石英和凝灰岩，还有长石、泥岩、硅化岩等不稳定碎屑。填隙物中杂基以泥质（凝灰质）、绿泥石为主，胶结物包括方解石、少量硅质、浊沸石、片沸石、碳酸盐、钠长石等。黏土矿物以不规则状伊蒙混层为主，平均含量为48.3%；其次为绿泥石，平均含量为32.9%；伊利石（6.7%）和高岭石（2.7%）含量相对较低。

1.2 物性特征

研究区中二叠统下乌尔禾组储集层孔隙度为1.2%～19.1%，平均为8.5%；渗透率为0.01～2 530.00 mD，平均渗透率为1.42 mD（图3），主要为低孔低渗储集层。

图3 研究区中二叠统下乌尔禾组储集层孔隙度（a）与渗透率（b）分布

研究区下乌尔禾组储集层储集空间类型主要为粒间孔、粒内溶孔等，另外还有微裂缝及界面缝，溶孔主要为岩屑溶孔与浊沸石溶孔。其中以剩余粒间孔和粒内溶孔为主，含量分别为11.3%和24.5%，界面缝多为假缝。

2 储集层成岩作用

2.1 压实作用

压实作用主要表现为沉积物脱水、孔隙度减小、密度增大等，整个成岩作用过程不可逆[8]。压实作用在显微镜下常表现为泥岩岩屑的挤压变形、云母碎片的挠曲、刚性颗粒断裂及假杂基的形成等[9]。

研究区下乌尔禾组砂砾岩中，火山岩岩屑较为常见，尤其是凝灰岩岩屑。其中半塑性的火山岩岩屑，如凝灰岩和火山碎屑岩岩屑，在埋深大于4 000 m的强压实条件下，常常发生塑性变形，变成凹凸或假杂基状接触，使储集层中剩余粒间孔遭到破坏，增加了压实作用的破坏力，致使储集层物性急剧变差，这时砂砾岩储集层孔隙度一般低于10%，渗透率低于1 mD.研究区下乌尔禾组储集层埋藏深度一般为3 800～4 500 m，承受了较强的压实作用改造。冲积扇、扇三角洲平原沉积的储集层，其结构成熟度、成分成熟度都很低，压实作用对储集层的破坏性更大，只有在有利的沉积相带，长期流水的淘洗能降低泥质杂基含量，压实作用有所减弱，才可以保存一些优质储集层[10]。在压实作用过程中，半塑性岩屑受压变形，对储集层物性产生了较大的破坏性作用（图4）。

图4 研究区中二叠统下乌尔禾组储集层成岩作用

2.2 胶结作用

研究区中二叠统下乌尔禾组中发育有不同类型的胶结物，常见的有沸石类、碳酸盐类、硅质、自生黏土矿物等。

（1）绿泥石胶结 研究区砂岩中绿泥石常呈针叶状、叶片状及叠层状。绿泥石与物源区富含铁、镁等硅酸盐矿物有关，自形程度较低 ，常在成岩早期形成绿泥石薄膜，由颗粒边沿向孔隙和喉道中心生长，使孔隙空间逐渐缩小。绿泥石胶结主要分布在粒度较大的细砂岩、中砂岩及砂砾岩中，粉砂岩和泥质粉砂岩中少见。一般来说，绿泥石胶结物发育的砂体，有利于后期酸性水溶蚀浊沸石及长石颗粒，形成次生孔隙[11]，因此，绿泥石胶结物对研究区次生孔隙的形成起了积极的作用。

（2）浊沸石胶结 浊沸石是玛湖凹陷下乌尔禾组储集层最具特色的胶结物，在研究区内各井段含量变化很大，一般为3%～12%，少数井段可大于12%.浊沸石胶结物常呈联片状，酸性水容易沿浊沸石解理缝溶蚀，形成可观的次生孔隙。浊沸石主要以胶结物的形式充填于粒度较大、分选较好及杂基含量少的中—细砂岩粒间孔隙中[12]。当浊沸石含量高时，往往呈大片连晶充填孔隙，使碎屑嵌于其中，有时可见放射状集合体；含量少时，则呈斑块状、补丁状或零星分布的完好晶体[12]。

下乌尔禾组储集层中的浊沸石胶结物发育2组完全解理，其形成时间较早，大致为早成岩阶段B期。成岩作用中—后期，有机质脱羧基产生的大量酸性水沿这些解理缝强烈溶蚀，形成浊沸石次生溶孔[12]（图5），对研究区下乌尔禾组储集层物性的改善有非常重要的作用。

图5 研究区中二叠统下乌尔禾组储集层胶结物类型

（3）碳酸盐胶结物 研究区下乌尔禾组碳酸盐胶结物主要是方解石和铁方解石，在整个成岩过程中都可以生成，在成岩早期主要为方解石，成岩中晚期主要为铁方解石。碳酸盐胶结堵塞了砂岩粒间孔隙和喉道，降低了储集层的孔隙度和渗透率。

通过岩心薄片与铸体薄片观察，方解石一般呈孔隙状充填，形成时间与浊沸石同时或稍晚，而铁方解石的析出要比浊沸石及方解石晚，其形成与浊沸石的大量溶蚀有关。在干酪根脱羧期，大量酸性水进入砂岩中，对浊沸石进行溶蚀[13]，由于浊沸石是富Ca矿物，因此被溶解出的Ca2+与酸性水中CO2在水下分流河道砂体的顶部富黑云母段和分流河道砂体的边部形成铁方解石，铁方解石胶结或交代岩石中的其他矿物颗粒，致使储集层密层，也使储集层层内非均质性增强[13]。

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用是研究区下乌尔禾组重要的成岩作用，主要表现在碎屑矿物、胶结物及自生矿物的溶蚀等几个方面。由于碎屑岩物质和孔隙水各有不同，使得各种成分，如碎屑颗粒、胶结物、杂基或者其组合，都可以被溶解[13]，形成多种类型的次生孔隙，对储集性能有较大的改善。

浊沸石的溶蚀是储集层形成次生孔隙的关键，可产生大量的次生孔隙，对储集层物性的改善起到至关重要的作用。浊沸石常沿解理缝被溶蚀，形成大小不等的粒内溶孔（图4）。在中成岩阶段B期，有机质演化过程当中排出大量的有机酸，使浊沸石发生强烈溶蚀，孔隙边缘的绿泥石黏土膜也被溶蚀，形成保留部分晶骸的溶孔。因此，溶蚀作用对储集层物性的提高很有帮助。

3 成岩阶段划分与演化序列

依据钻井岩心的普通薄片、铸体薄片、荧光薄片和扫描电镜资料，同时结合了储集岩的孔渗、压汞及其他分析化验资料，研究区下乌尔禾组的成岩作用可分为早成岩阶段、中成岩阶段和晚成岩阶段（图6）。

图6 研究区中二叠统下乌尔禾组储集层成岩序列

（1）早成岩阶段 早成岩阶段A期主要以弱压实作用为主，颗粒呈未接触状—点接触状，颗粒间多被早期泥晶碳酸盐矿物（主要为泥晶方解石）充填。岩石疏松，呈未固结—半固结状，孔隙类型以原生粒间孔为主[14]。黏土矿物中蒙脱石含量较高，蒙脱石层在伊蒙混层中含量大于70%.有机质未成熟，成岩环境以弱碱性特征为主。

早成岩阶段B期，颗粒间仍以点接触为主，压实作用逐渐增强。岩石呈半固结状，粒间被部分泥晶方解石充填，并出现溶蚀现象，形成原生粒间孔、粒间溶孔和填隙物内溶孔组合[15]。镜质体反射率（Ro）为0.4%～0.7%，有机质半成熟。成岩环境为弱酸性，开始出现伊蒙混层，蒙脱石层含量50%～70%，属无序混层带。另外，在局部地区可见少量自生硅质胶结物或石英次生加大，在部分火山岩岩屑和长石颗粒边缘可出现少量自生沸石。

（2）中成岩阶段 中成岩阶段A期，颗粒间以线接触为主，可见石英和长石自生加大现象。主要孔隙为剩余粒间孔及颗粒溶孔，少量粒间溶孔。伊蒙混层普遍出现，蒙脱石层含量20%～50%，为有序混层带。有机质处于低成熟阶段，开始生成热解烃，大量有机酸生成，并与黏土矿物演化过程中析出的层间水混合，对岩石中的长石、火山岩屑和碳酸盐矿物等易溶组分进行溶蚀[16]，生成大量次生溶蚀孔隙。

中成岩阶段B期，典型标志为刚性颗粒间呈线接触，甚至出现凸凹接触类型，粒间体积较小。成岩自生矿物中开始大量出现晚期次生铁方解石，并交代石英颗粒，使其边缘呈不规则状，交代强烈时石英呈残余状，漂浮在碳酸盐交代物中，沸石类矿物大量出现[17]。当孔隙水，特别是其pH值发生变化时，极易发生溶蚀。

（3）晚成岩阶段 晚成岩阶段A期岩石已经变得非常致密，孔隙少，裂缝发育，碎屑颗粒间呈线接触—凹凸接触，黏土矿物为伊利石、高岭石和绿泥石。成岩温度大于170℃，有机质处于过成熟阶段[18]。

通过对储集岩成岩特征、自生矿物分布及形成顺序等研究，建立了该区储集层成岩演化序列（图6），研究区下乌尔禾组储集层主要处于中成岩阶段A期，部分埋藏较深的储集层则处于中成岩阶段B期或晚成岩阶段A期。

4 储集层成岩相类型

成岩相是在成岩与构造等作用下，沉积物经历一定成岩作用和演化阶段的产物，包括岩石颗粒、胶结物、组构、孔隙等综合特征[19-20]。成岩相及其组合，控制了储集层孔隙发育特征和物性，其划分有助于储集层的区域评价[21]。根据研究区主要成岩作用类型、胶结物含量及孔隙类型，将下乌尔禾组储集层成岩相划分为贫泥中粗砂—细砾岩弱压实成岩相、少量方沸石—浊沸石胶结中粗砂—砾岩溶蚀成岩相、方沸石—浊沸石胶结砂砾岩弱溶蚀成岩相、白云质砂砾岩硅质—钠长石胶结成岩相、含泥砂砾岩钙质胶结成岩相和富泥砂砾岩片沸石胶结成岩相等6种成岩相（表1）。

表1 研究区中二叠统下乌尔禾组储集层各成岩相特征

（1）贫泥中粗砂—细砾岩弱压实成岩相 该类成岩相主要岩石类型为灰色含砾中粗砂岩和砂质细砾岩。储集层中泥质杂基含量较少，一般小于2%，没有沸石类胶结物。碎屑颗粒分选较好，孔隙类型以粒间孔及颗粒溶孔为主。储集层孔隙度一般大于10%，渗透率大于5.0 mD，物性较好，测井电性特征表现为中高阻，中密度，中高孔隙度，电阻率为30～100 Ω·m，密度为2.35～2.47 g/cm3，为较有利成岩相，可以形成物性较好的储集层，一般分布在D13井附近的条带上（图7）。

（2）少量方沸石—浊沸石胶结中粗砂—砾岩溶蚀成岩相 该类成岩相主要岩石类型为灰色含砾中粗砂岩和砂质砾岩。储集层中泥质杂基含量较少，一般小于2%，含有极为少量的沸石胶结物。碎屑颗粒分选较好，孔隙类型以沸石溶孔及少量颗粒为主。储集层孔隙度一般为8%～10%，渗透率一般在1.0～5.0 mD，物性较好，测井电性特征表现为中高阻，中密度，中孔隙度，电阻率为30～100 Ω·m，密度为2.47～2.53 g/cm3，为中等偏好的成岩相，主要发育在YB4井—MD2井—M218井区（图7）。

（3）含泥砂砾岩钙质胶结成岩相 该类成岩相储集岩沸石胶结作用强烈，沸石胶结物含量大于5%.孔隙类型以颗粒溶孔及杂基溶孔为主，泥质杂基含量在2%～5%，碎屑颗粒分选中等，储集层孔隙度一般为7%～8%，渗透率一般在0.5～1.0 mD，物性中等，测井电性特征表现为中高阻，中密度，中孔隙度，电阻率为30～100 Ω·m，密度为2.45～2.50 g/cm3，为中等成岩相，主要分布于M201井—M211井—M214井区附近（图7）。

（4）方沸石—浊沸石胶结砂砾岩弱溶蚀成岩相该成岩相储集岩沸石胶结作用较弱，沸石胶结物含量为5%～8%.孔隙类型以少量沸石溶孔为主，泥质杂基较少，含量小于2%，碎屑颗粒分选中等，该成岩相孔隙度一般为6%～7%，渗透率一般在0.3～0.5 mD，物性中等，测井电性特征表现为高电阻，低密度，低孔隙度，电阻率一般大于200 Ω·m，密度为2.47～2.53 g/cm3，为中等偏差成岩相，一般分布在YB1井—M217井—YB2井区和XY2井区附近（图7）。

图7 研究区中二叠统下乌尔禾组成岩相平面分布

（5）白云质砂砾岩硅质—钠长石胶结成岩相 储集层泥质杂基含量较少，一般小于2%.碎屑颗粒分选中等，孔隙类型以晶间孔及颗粒溶孔为主。储集层孔隙度一般大于5%～6%，渗透率一般在0.1～0.3 mD，物性中等，测井电性特征表现为低电阻，高密度，低孔隙度，电阻率一般小于25 Ω·m，密度为2.55～2.60 g/cm3，为较差的成岩相。

（6）富泥砂砾岩片沸石胶结成岩相 该类成岩相储集岩沸石胶结作用较弱，沸石胶结物含量大于2%.孔隙基本不发育，泥质杂基较多，含量大于5%，碎屑颗粒分选差，该成岩相孔隙度一般小于5%，渗透率一般小于0.1 mD，物性差，往往为非储集层，为不利成岩相。

5 结论

（1）玛东地区中二叠统下乌尔禾组岩性主要为灰色砂质细砾岩、小中砾岩和含砾中粗砂岩，岩石中普遍含浊沸石，储集空间类型主要为粒间孔和粒内溶孔，是典型的低孔低渗储集层。

（2）研究区中二叠统下乌尔禾组储集层的储集性能既与沉积环境存在密切关系，也明显受成岩作用的影响。研究表明，影响该区下乌尔禾组储集性能的成岩作用类型主要是压实作用、胶结作用和溶蚀作用。综合分析认为，研究区下乌尔禾组储集层的成岩演化主体处于中成岩阶段A期，部分埋藏较深的储集岩则处于中成岩阶段B期和晚成岩阶段A期。

（3）在对研究区中二叠统下乌尔禾组储集层的成岩相研究中，依据研究区主要成岩作用类型、胶结物含量及孔隙类型，将下乌尔禾组储集层成岩相划分为贫泥中粗砂—细砾岩弱压实成岩相、少量方沸石—浊沸石胶结中粗砂—砾岩溶蚀成岩相、含泥砂砾岩钙质胶结成岩相、方沸石—浊沸石胶结砂砾岩弱溶蚀成岩相、白云质砂砾岩硅质—钠长石胶结成岩相和富泥砂砾岩片沸石胶结成岩相6种成岩相。其中最有利的成岩相是贫泥中粗砂—细砾岩弱压实成岩相，主要分布在D13井附近；其次是少量方沸石—浊沸石胶结中粗砂—砾岩溶蚀成岩相，主要发育在YB4井—MD2井—M218井区；而富泥砂砾岩片沸石胶结成岩相物性最差，是最为不利的成岩相。

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