博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制_李万安.pdf

第30卷第3期0引言准噶尔盆地南缘二叠系芦草沟组是近年来页岩油及致密油开发的重点层位，区域内吉木萨尔凹陷页岩油勘探开发已经取得了长足的进展1-2，博格达山周缘钻井和露头普遍见厚层油页岩，柴窝堡凹陷钻井已见油气显示3，展示出了较好的勘探潜力。近年来，前人已经对层序地层4-5、沉积环境6-7、油页岩地化特征8-9、沉积特征10-12和储层特征13-16等方面开展了相关研究，为该区域油气勘探提供了理论依据。王越等10认为芦草沟组发育近岸水下扇和半深湖深湖相的混合沉积；冯烁等11-12认为芦草沟组以扇三角洲摘要为研究博格达山周缘芦草沟组沉积演化及其对储层发育的影响，结合露头剖面、钻井岩心、岩石薄片、X射线衍射和地球化学等资料，对芦草沟组的沉积环境、沉积相类型及储层特征进行了分析。结果表明：芦草沟组发育扇三角洲和湖泊沉积相，沉积环境以淡水半咸水贫氧弱还原条件为主；芦草沟组岩性以碳酸盐岩和陆源碎屑混合沉积为主，储层物性与沉积微相类型呈现较强的相关性；受沉积条件和成岩作用的共同影响，扇三角洲前缘水下分流河道砂体的储集物性更优，且临近烃源岩，溶蚀孔隙较发育，为有利储层沉积相带。该成果可为研究区油气勘探开发提供参考。关键词沉积环境；沉积演化；储层物性；成岩作用；储集空间；芦草沟组中图分类号：TE121.3+1文献标志码：A博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制李万安1，韩长城1，田继军1，曾治平2，闫嘉启1，罗锦昌1，李璐1（1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐830047；2.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东 东营257015）基金项目：国家自然科学基金项目“新疆急倾斜低煤阶储层火烧区水文地质特征及其对煤层气富集成藏的控制”（U1903303）；国家科技重大专项课题“准噶尔盆地碎屑岩层系油气富集规律与勘探评价”（2016ZX05002-002）Sedimentary evolution of Permian Lucaogou Formation around Bogda Mountains and itscontrol on reservoirsLI Wanan1,HAN Changcheng1,TIAN Jijun1,ZENG Zhiping2,YAN Jiaqi1,LUO Jinchang1,LI Lu1(1.College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830047,China;2.Exploration and Development Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257015,China)Abstract:In order to study the sedimentary evolution of Permian Lucaogou Formation around Bogda Mountains and its influence onthe development of the reservoir,combined with the outcrop profile,drilling core,thin section,X-ray diffraction and geochemistrydata,this paper analysed the sedimentary environment,the type of sedimentary microfacies and reservior characteristics of theLucaogou Formation.The results show that the Lucaogou Formation develops fan delta and lacustrine sedimentary facies,and thedepositional environment is dominated by freshwater-brackishwater and oxygen-poor weak reduction conditions.The lithology ofLucaogou Formation is composed mainly of carbonate rocks and terrigenous clastics mixed deposition,and there is a strongcorrelation between the physical properties of the reservoir and the type of sedimentary microfacies.Due to the joint influence ofsedimentation and diagenesis,the submerged distributary channel sandbody in the fan delta front has favorable reservoir properties,and is close to the source rock,and the dissolved pores of that are relatively developed,which are favorable sedimentary microfacies.The results are expected to provide reference for oil and gas exploration and development in the study area.Key words:sedimentary environment;sedimentary evolution;reservoir properties;diagenesis;reservoir space;Lucaogou Formation引用格式：李万安，韩长城，田继军，等.博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制J.断块油气田，2023，30（3）：415-423，474.LI Wanan，HAN Changcheng，TIAN Jijun，et al.Sedimentary evolution of Permian Lucaogou Formation around Bogda Mountains and itscontrol on reservoirsJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2023，30（3）：415-423，474.收稿日期：2022-08-12；改回日期：2023-01-04。第一作者：李万安，男，1997年生，硕士，主要从事石油地质学方面的研究工作。E-mail：。通信作者：韩长城，男，1984年生，副教授，博士，主要从事沉积地质与油气地质方面的教学与研究工作。E-mail：。断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELDdoi:10.6056/dkyqt2023030082023年5月断块油气田2023年5月和湖泊相为主要沉积类型；张慧等13认为沉积微相在宏观上控制了储层的发育，滩坝和河口坝为有利储集相带，成岩作用影响了孔隙结构和储层物性的变化；林鹏14认为柴窝堡凹陷储层属近源区产物，物性较差，孔隙结构复杂；徐希旺15认为半深湖深湖相发育碳酸盐岩储层，储集能力相对较好；林会喜等16按岩相类型将储层划分为泥页岩、砂岩和碳酸盐岩3类，储集空间尺度以纳米微米级为主。以往对博格达山周缘沉积和储层特征的研究较为单一，对其相关性研究较少，取得的认识不统一。为此，本文基于博格达山周缘的露头剖面、钻井岩心及分析化验等资料，对研究区沉积演化及其对储层的控制作用开展研究，以期为下步油气勘探开发提供参考。1区域地质概况研究区位于准噶尔盆地南部博格达山周缘，包括阜康断裂带和柴窝堡凹陷地区（见图1）。图1博格达山周缘构造纲要Fig.1The structure outline around Bogda Mountain中二叠世，研究区属于陆内坳陷盆地，博格达山尚未隆起且处于深水区，物源主要由依连哈比尔尕山提供17，芦草沟组广泛沉积，根据岩性组合特征可将其自下而上划分为芦一段（P2l1）、芦二段（P2l2）、芦三段（P2l3）和芦四段（P2l4）。2沉积相类型与沉积演化2.1沉积环境微量元素质量分数比值（Sr/Ba，V/（V+Ni）是近来普遍用于反映沉积环境的指标，Sr/Ba可反映沉积水体的盐度，V/（V+Ni）能反映氧化还原环境18-19。一般认为，Sr/Ba1.0反映海相沉积，Sr/Ba1.0反映陆相沉积；Sr/Ba1.0指示咸水环境，0.6Sr/Ba1.0指示半咸水环境，Sr/Ba0.6指示淡水环境20。测试数据分析结果显示，研究区Sr/Ba介于0.181.00，平均值介于0.310.70，芦二段和芦三段Sr/Ba相对较小（见表1），反映出博格达山周缘芦二段和芦三段沉积时期为更加潮湿的气候环境。博格达山西段花儿沟地区Sr/Ba较东段奇1井区变大，反映自东向西气候逐渐干旱；相较而言，吉木萨尔地区Sr/Ba整体偏高，且由下至上逐渐增大，这可能与吉木萨尔地区逐渐由敞流水体向闭流湖盆转化而导致外部水体补充欠缺有关21。V/（V+Ni）是判别富氧和贫氧界限较有效的标志22，从陆相到海相，沉积物中V/（V+Ni）不断减小，一般认为，V/（V+Ni）0.84为富氧环境23-24。研究区V/（V+Ni）介于0.660.80，平均介于0.700.75，芦草沟组各段V/（V+Ni）浮动较小，博格达山西段V/（V+Ni）小于东段（见表1），总体而言为贫氧弱还原条件。相较而言，吉木萨尔地区贫氧条件要明显强于博格达山周缘地区。表1博格达山周缘及吉木萨尔地区芦草沟组微量元素质量分数比值Table 1Mass fraction ratio of trace elements in Lucaogou Formation around Bogda Mountain and in Jimsar area层段奇1井花儿沟吉木萨尔Sr/BaV/（V+Ni）Sr/BaV/（V+Ni）Sr/BaV/（V+Ni）芦四段0.181.000.47（5）0.660.800.75（5）0.052.931.37（7）0.670.830.77（7）芦三段0.200.720.31（7）0.730.780.75（7）0.510.590.55（2）0.690.710.70（2）0.602.501.14（8）0.220.860.57（8）芦二段0.310.620.46（9）0.720.750.73（9）0.510.890.68（7）0.700.790.73（7）0.121.000.50（9）0.410.800.64（9）芦一段0.250.760.53（3）0.730.750.74（9）0.700.720.061.000.32（6）0.500.860.63（6）注：数据格式为最小值最大值平均值样品()数。416第30卷第3期2.2沉积相类型对研究区露头剖面和钻井岩心的岩石类型、颜色、沉积构造等特征进行分析，识别出扇三角洲和湖泊2种沉积相类型。扇三角洲可划分为扇三角洲平原和扇三角洲前缘亚相，湖泊可划分为滨浅湖和半深湖亚相，微相类型包括分流河道、分流间湾、水下分流河道、水下分流间湾、席状砂、滩坝、浅湖及半深湖（见图2）。图2博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积微相划分Fig.2Sedimentary microfacies of Permian Lucaogou Formation around Bogda Mountain李万安，等.博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制417断块油气田2023年5月a柴参1侧1井，P2l1，3567.60m，灰色砂砾岩，可见冲刷面，裂缝内方解石填充；b锅底坑剖面，P2l1，杂色中砾岩；c柴参1侧1井，P2l1，3565.90m，棕红色含砾泥质粉砂岩；d井井子沟剖面，P2l1，扇三角洲前缘露头；e达1井，P2l3，2961.55m，杂色砂砾岩，楔状层理，砾石呈水平定向排列；f柴参1侧1井，P2l3，3279.60m，砂砾岩，粒序层理；g柴参1侧1井，P2l4，3191.45m，棕红色粉砂质泥岩，块状层理；h柴参1侧1井，P2l4，3193.00m，灰色细砂岩，含暗色泥质条带；i井井子沟剖面，P2l1，灰色泥质粉砂岩图3博格达山周缘芦草沟组扇三角洲相沉积特征Fig.3Sedimentary characteristics of fan delta facies of Lucaogou Formation around Bogda Mountain2.2.1扇三角洲扇三角洲平原由分流河道和分流间湾2种微相组成，主要在柴窝堡凹陷发育，分流河道为主要沉积类型。分流河道以灰色砾砂岩和杂色中砾岩为主（见图3a，3b），发育块状层理，可见冲刷-充填构造，砾石多为次棱角状不稳定堆积，分选性较差；分流间湾以棕红色含砾泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主（见图3c），多数为块状层理。扇三角洲前缘由水下分流河道、水下分流间湾和席状砂3种微相组成，主要在柴窝堡凹陷和博格达山南缘发育。水下分流河道外部形态呈平顶凸底状（见图3d），以细砾岩、含砾砂岩和砂岩为主，发育楔状交错层理（见图3e）和粒序层理（见图3f），砾石为次圆状，呈水平定向排列（见图3e）；水下分流间湾水动力条件较弱，岩性以粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主（见图3g）；前缘砂体受滨浅湖水体影响，形成前缘席状砂，以灰色细砂岩、泥质粉砂岩为主，砂质较纯，分选性好（见图3h，3i）。2.2.2湖泊滨浅湖是芦草沟组沉积时期主要的湖泊相类型，可将其划分为浅湖和滩坝2种微相（见图4）。浅湖以灰色泥质粉砂岩、白云质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩和白云岩呈互层状发育为主（见图4a），也见白云岩呈透镜状产出于泥岩中（见图4b）。滩坝主要在芦一段、芦二段和芦三段发育，以多层、薄层砂泥岩互层为主，在浅湖区呈席状砂体展布（见图4c）。半深湖主要分布于博格达山北缘，芦四段沉积时期在柴窝堡凹陷北部局部发育，以厚层灰黑色泥页岩为主（见图4d，4f），发育平行层理和块状层理。此外，泥页岩中夹有铁质结核（见图4e），表明沉积环境逐步由滨浅湖向水动力较弱且缺氧弱还原条件下的半深湖转变12。418第30卷第3期图5博格达山周缘柴参1石井新吉参1井芦草沟组沉积相对比Fig.5Sedimentary facies comparison of Lucaogou Formation from Well Chaishen 1 Shi to Xinjishen 1 around Bogda Mountaina花儿沟剖面，P2l2，粉砂质泥岩夹薄层状白云岩；b井井子沟剖面，P2l3，粉砂质泥岩夹透镜状白云岩；c井井子沟剖面，P2l4，灰黑色泥岩，块状层理；d奇1井，P2l4，2272.70m，灰黑色泥页岩，平行层理；e井井子沟剖面，P2l4，灰色泥页岩，含铁质结核；f井井子沟剖面，P2l2，灰色泥页岩、粉砂质泥岩图4博格达山周缘芦草沟组湖泊相沉积特征Fig.4Lacustrine sedimentary characteristics of Lucaogou Formation around Bogda Mountain2.3沉积演化博格达山周缘芦草沟组整体为一个水侵条件下的扇三角洲-湖泊沉积体系，扇三角洲主要在柴窝堡凹陷发育，湖泊沉积体主要在博格达山山前带发育（见图5）。李万安，等.博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制419断块油气田2023年5月3储层特征3.1岩石学特征芦草沟组沉积时期的沉积环境和沉积演化表明，博格达山周缘发育以扇三角洲-湖泊为主的沉积体系，形成了以陆源碎屑与碳酸盐组分混合沉积的岩石类型。对研究区31块样品进行镜下分析发现，岩石类型主要为白云质粉细砂岩、白云质泥岩、白云质页岩、泥岩和页岩，厚度占比依次为18.3%，16.4%，13.8%，10.8%和9.1%（见表2），体现出混合沉积的特征10。通过X射线衍射分析发现，研究区各类岩性普遍呈现以石英、长石等脆性矿物为主，黏土矿物质量分数低的特征（见图7）。此外，碳酸盐矿物在白云岩与白云质粉细砂岩、白云质泥岩与灰质泥岩、白云质页岩与灰质页岩3类混合沉积岩石中占比较大。雷川等25通过白云岩中氧同位素的变化揭示了研究区芦草沟组沉积背景为干旱半咸化的陆相湖泊。表2博格达山周缘芦草沟组岩石类型及厚度占比Table 2Rock types and thickness ratios of Lucaogou Formationaround Bogda Mountain岩石类型岩石类型厚度占比/%页岩泥质粉砂岩5.2白云质页岩粉/细砂岩0.9灰质页岩白云质粉细砂岩18.3泥岩泥晶白云岩5.4厚度占比/%9.113.83.710.8白云质泥岩16.4灰质泥岩粉砂质泥岩5.37.4粉砂质白云岩砂屑白云岩泥质灰岩0.61.71.4图6博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积相分布Fig.6Sedimentary facies distribution of Permian Lucaogou Formation around Bogda Mountain芦一段沉积时期，依连哈比尔尕山物源供给较为充足，此时柴窝堡凹陷内主要为三角洲平原亚相沉积，砂砾岩广泛发育，井井子沟剖面附近和博格达山南缘发育三角洲前缘亚相，博格达山北缘发育浅湖和滩坝微相（见图6a）。芦二段沉积时期，水侵范围扩大，此时三角洲前缘在柴窝堡凹陷内占主体，北部湖泊范围有所增大，南部三角洲平原有所减小，博格达山周缘湖泊范围明显扩大，发育白云质砂岩、粉砂质泥岩和泥岩互层的滩坝沉积体，多呈席状分布于三角洲前缘前端浅水带（见图6b）。芦三段沉积时期，湖泊范围持续扩大，浅湖为主要沉积类型，泥质粉砂岩、白云质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩和白云岩呈互层状发育（见图6c）。芦四段沉积时期，水侵范围达到最大，此时博格达山周缘以半深湖环境为主，三角洲沉积范围缩小，仅在依连哈比尔尕山山前分布（见图6d）。420第30卷第3期图7博格达山周缘芦草沟组不同岩性矿物组成Fig.7Mineral composition of different lithologies of Lucaogou Formationaround Bogda Mountain3.2物性特征研究区137组孔、渗测试数据分析显示：孔隙度介于2%4%的样品占比为55%，介于4%6%的样品占比为25%（见图8a），平均孔隙度为3.5%；渗透率介于00.110-3m2的样品占比为61%，介于0.110-31.010-3m2的样品占比为28%（见图8b），平均渗透率为0.45710-3m2，属于超低孔超低渗储层。图8博格达山周缘芦草沟组储层物性特征Fig.8Reservoir physical characteristics of Lucaogou Formationaround Bogda Mountain3.3储集空间类型薄片观察和扫描电镜分析显示，研究区芦草沟组储层发育原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、有机质孔、晶间溶孔和微裂缝等，其中粒间溶孔和粒内溶孔是主要孔隙类型。受成岩过程中压实作用的影响，原生粒间孔破坏较强烈，且距物源区越近，破坏强度越高26，粒间接触方式逐渐由点-线接触（见图9a）转变为线-凹凸接触（见图9b）；粒间溶孔和粒内溶孔的发育受溶蚀作用的影响较大15，原生粒间孔被溶蚀形成了分布不均的粒间溶孔（见图9c）；有机质生烃过程中释放有机酸，粒内溶孔常因长石、白云石等不稳定矿物被酸性流体溶蚀形成条带状溶孔（见图9d），有利于改善储集性能，有机质孔也成为油气储集的有效空间（见图9e）；芦草沟组储层也发育因砂岩粒间杂基被溶蚀而形成的基质溶孔，受沉积环境对成岩作用的影响，接近湖盆位置，有机质较为丰富，生烃排酸对岩屑和胶结物溶蚀作用强（见图9f），溶蚀孔隙较发育，远离湖盆位置，粒间泥质杂基被溶蚀（见图9g），但孔径一般较小且连通性较差，溶蚀程度较弱；芦草沟组储层也常发育白云石晶间孔和方解石晶间孔（见图9h），孔隙连通性较好；此外，受成岩作用影响，微裂缝也较发育15，且可见有机质呈条带状充填其中（见图9i）。3.4沉积相对储层的控制作用受沉积相分布影响，不同微相类型对应不同的岩性组合，也间接影响了储层物性。由表3可以看出，水下分流河道对应储层物性较好，滩坝则相对较差。此外，沉积微相也是影响成岩作用的宏观因素，水下分流河道微相储层岩性中长石质量分数较高，相较于分流河道距物源更远，碎屑颗粒分选性和磨圆度的改善增强了储层物性条件，且高长石质量分数对压实作用有抑制效果，可保留原始孔隙。远离物源区，沉积物以细粒为主，加上碳酸盐岩和陆源碎屑岩的混合沉积频繁互层，导致了储层初始物性较差；但其源储配置关系好，有机质生烃排酸有利于溶蚀作用对储层的改善14。4讨论受制于准噶尔盆地早中二叠世裂谷盆地的构造属性，博格达山周缘物源受供于依连哈比尔尕山，发育扇三角洲-湖泊沉积相。扇三角洲前缘水下分流河道以含砾砂岩、粉细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主，岩石分选性较好，受压实作用破坏较弱，且由于邻近有机质泥页岩发育环境，在酸性流体溶蚀作用下粒间溶孔、粒内溶孔较发育，为有利于油气聚集的沉积相带。滩坝沉积于滨浅湖亚相中，因受到当时干旱半咸化沉积环境的影响，发育以碳酸盐岩和陆源碎屑为主的混积岩类，砂泥岩互层、叠置频繁，原生孔隙少，在后a孔隙度分布特征b渗透率分布特征李万安，等.博格达山周缘二叠系芦草沟组沉积演化及其对储层的控制421断块油气田2023年5月表3博格达山周缘芦草沟组不同沉积微相岩性组合及物性参数统计Table 3Parameter statistics of different sedimentary microfacies and physical parameters of Lucaogou Formation around Bogda Mountain沉积微相岩性组合孔隙度/%渗透率/10-3m2长石质量分数/%区间值平均值区间值平均值区间值平均值分流河道2.066.474.240.0043.5670.36114.3733.5824.17水下分流河道3.689.027.270.00411.2491.05626.4943.1034.90滩坝0.784.262.470.0024.8540.22406.3423.6914.47含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩含砾砂岩、粉细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩白云/灰质粉细砂岩、泥质粉砂岩、白云质泥岩、泥岩a达1井，2 964.96 m，方沸石充填孔隙；b柴3井，3 051.00 m，碎屑颗粒凹凸接触；c柴3井，4 384.06 m，粒间溶孔；d红雁池剖面，溶蚀作用下形成粒内溶孔；e水西沟剖面，有机质孔；f柴参1侧1井，3 128.50 m，粒间岩屑被溶蚀；g柴2井，2 597.88 m，粒间杂基被溶蚀；h红雁池剖面，微晶白云岩，重结晶作用形成晶间孔；i奇1井，纹层理缝内含油图9博格达山周缘芦草沟组储集空间类型Fig.9Reservoir space types of Lucaogou Formation around Bogda Mountain期埋藏成岩过程中受到生烃排酸作用影响较大，形成较多的溶蚀孔，是区内油气主要储集空间类型。扇三角洲平原分流河道以含砾砂岩、细砂岩和粉砂岩为主，沉积岩石分选性差，长石质量分数相对较低，原生孔隙因受压实作用而大量减少，但柴窝堡凹陷内断层和构造缝的发育有助于沟通油源19。沉积相的平面展布对储层类型和储集空间有着宏观控制作用，沉积演化则记录了储层在空间上的分布范围。芦一段和芦二段沉积时期，扇三角洲前缘水下分流河道砂体广泛分布于柴窝堡凹陷中北部及博格达山南缘；芦三段和芦四段沉积时期，随着水体的不断侵入，储层分布范围也逐渐缩减到柴窝堡地区南部山前带。5结论1）博格达山周缘芦草沟组发育扇三角洲和湖泊相，扇三角洲主要发育平原和前缘亚相，湖泊以滨浅湖亚相为主。芦草沟组沉积时期，研究区形成了淡水半咸水贫氧弱还原条件。2）芦草沟组储层岩石类型呈现多源混合沉积特征，岩石类型以脆性矿物为主，储层物性体现出超低孔超低渗的特征，且物性条件与沉积微相有较强的相关性。储层原生孔隙多被强烈的压实作用破坏，储集空间422第30卷第3期以溶蚀孔为主要类型，受沉积条件和成岩作用的影响，溶蚀孔多邻近烃源岩发育。3）扇三角洲前缘水下分流河道为研究区有利于油气储集的沉积相带，芦草沟组沉积为一个湖侵沉积过程，有利区随着沉积相带的变化不断迁移，芦一段和芦二段主要分布于柴窝堡凹陷中北部及博格达山南缘，芦三段和芦四段沉积分布范围逐渐缩减到柴窝堡地区南部山前带。参考文献1朱如凯，李梦莹，杨静儒，等细粒沉积学研究进展与发展方向J石油与天然气地质，2022，43（2）：251-264ZHU Rukai，LI Mengying，YANG Jingru，et al.Advances and trends offine-grained sedimentologyJ.Oil&Gas Geology，2022，43（2）：251-264.2吴河勇，林铁锋，白云风，等松辽盆地北部泥（页）岩油勘探潜力分析J大庆石油地质与开发，2019，38（5）：78-86WU Heyong，LIN Tiefeng，BAI Yunfeng，et al.Analyses of themudstone（shale）oil exploration potential in North Songliao BasinJ.Petroleum 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