准噶尔盆地西北缘二叠系沸石矿物成因及其对油气储层的影响

准噶尔盆地西北缘二叠系沸石矿物成因及其对油气储层的影响

成岩矿物中的钠矿床对准噶尔盆地西北缘二叠系油气储层性能的影响非常重要。钠矿床的分离和填充破坏了原始的孔结构，减少了原孔的间隙，降低了储层的性能。在后期，由于滴加化学形成的次孔极大地改善了存储层的物理条件。在研究区域储层中，50%以上的孔为储层形成的结果表明，其中受侵蚀性物质主要是沸腾石、长石和碳酸盐。因此，研究含盐岩矿的结构力和溶蚀效果可以为确定二叠系储层的质量差异提供科学的地质基础，预测二级储层的发育带和优质储层的分布提供科学的地质依据。国外学者对沸石的形成、蚀变及成岩作用进行了大量的讨论,但国内却存在很大的空白,特别是对沸石矿物成岩作用对油气储层质量的影响缺乏系统的研究.Hay在研究区存在三种主要的沸石类矿物,不同的沸石矿物成因及成岩作用差异明显.本文通过对研究区802井、检乌32井和乌35井等全区67口井进行铸体薄片和扫描电镜观察分析,在研究区二叠系粗碎屑岩储层中,针对沸石类矿物侧重研究以下几个方面:1)不同沸石类矿物的岩石学特征;2)分析沸石成因及胶结和溶蚀成岩作用;3)确定与沸石相关的储集空间类型;4)讨论研究区火山玻璃蚀变沸石化过程,分析沸石溶蚀的控制因素并明确沸石的成岩作用与油气储层的关系.1地质背景研究区位于我国准噶尔盆地西北部,属于西部隆起区内的克-夏断阶带二级构造单元,勘探面积5000km2储层中沸石矿物的来源通过对研究区二叠系67口井铸体薄片和扫描电镜资料观察分析,在二叠系含火山岩层系储层中,发现大量沸石矿物是以胶结物和裂隙充填物的形式产出,普遍见于粒间孔隙和粒内孔隙中.在粒间孔隙中,沸石矿物或呈完好的连生晶簇状出现,或被溶蚀呈港湾状和穿孔状保存.这些沸石矿物是沉积物早期组分蚀变形成的自生矿物.2.1岩石学特征根据沸石的镜下特征和前人X衍射及电子探针分析2块沸腾石2方荣石矿物共生现象在研究区常见沸石矿物与碳酸盐矿物如方解石(图3(a))、粘土矿物(图3(b))、钠长石(图3(c))以及石英(图3(d))共生的现象.2.2加量沸石类矿物的宏观分布受岩性、渗透性、沉积微相和火山活动等因素控制.火山物质影响沸石矿物的形成与分布.研究区二叠系储层砂砾岩和砾岩等粗碎屑岩成分以凝灰岩岩屑为主,含量大于60%;其次为安山岩岩屑,含量大于10%.凝灰物质的水化是沸石形成的重要途径火山玻璃物质的沸石化作用与沉积物的类型具有明显的成因联系.Hernandez等沸石的平面分布还受物源方向、砂体展布和火山活动控制.二叠系以含大量凝灰岩岩屑的粗碎屑岩储层为特征,凝灰物质的含量受距物源远近和物源方向等沉积因素影响,同时受二叠纪火山活动期次等火山因素影响.因此,沸石矿物的分布多沿物源方向和靠近火山活动区分布.另外前人研究表明,沸石矿物常分布在多期河道叠置的厚层砂体中,孤立的薄层砂中少见3闪岩矿成因及成岩作用3.1沸石矿物成矿作用自生沸石的析出与原始物质组成有关,并受地层孔隙水的化学性质、组分、温度和压力等因素控制西北缘地区二叠系沸石矿物形成于开放的水文环境.受克-百和乌-夏同生逆掩断裂影响,在二叠纪及以后时期(表生成岩阶段),大气水不断沿断层进入地层,同时在地层逆掩过程中横向流动.当缓慢穿过厚层含凝灰岩层,大气水的盐碱度升高.受碱性水影响,在近地表火山玻璃蚀变成粘土矿物,在较深层蚀变为沸石.这种成因的沸石矿物类型具有典型的垂向分带性.研究区二叠系碎屑岩组分以凝灰岩岩屑为主.这些火山物质是形成沸石矿物的主要物质基础.由于火山凝灰岩粒度细,并含有大量低温(<200℃)时不稳定的矿物,在受溶液作用迅速分解后可放出大量K3.2沸石类胶结充填胶结充填料西北缘地区二叠系储层中沸石主要以胶结物形式充填于粒度较粗、分选较好和杂基少的砂砾岩粒间孔隙中,一部分沸石以交代长石或火山碎屑的形式产出.早期沸石胶结物充填孔隙,导致岩石原始孔隙度和渗透率的急剧降低.经过观察分析薄片和扫描电镜资料,对五八区和百口泉区52口井1000多个样品数据分析发现,沸石充填胶结是本地区最为重要的两种胶结类型之一(见图4(a)和(b)).常见的沸石类胶结物有方沸石、片沸石和浊沸石等,呈晶粒状、板状、纤维状、针状及束状产出.片沸石分布最广,对储层储集性能的破坏最为严重(图5(a));方沸石和浊沸石的分布具有分区性,含量低于片沸石.在沸石蚀变过程中,钠长石常常作为交代产物出现.在研究区二叠系储层中,火山玻璃物质在地下水溶液的影响下SiO在显微镜下常见方沸石被钠长石交代.3.3储层质量改善二叠系风城组为西北缘地区主力烃源岩层,随着埋深的增加和温度的升高,有机质热演化过程中释放出大量的CO在脱水和溶解作用的同时,伴随着次生孔隙的产生,提高了储层的孔隙性.研究区方沸石溶蚀现象普遍(图5(c)和(d)),对储层质量改善十分明显.图5(d)中粒状方沸石强烈溶蚀,颗粒的半边溶蚀殆尽;图5(c)中方沸石晶体溶蚀呈镂空状,但颗粒的外形保存较完好.而钙质系列的片沸石和浊沸石相带中溶蚀现象不发育.分析其原因,方沸石为碱性系列的铝硅酸盐矿物,其溶蚀程度远远强于钙质系列的铝硅酸盐矿物沸石是自生的铝硅酸盐矿物,在酸性水作用下溶蚀.沸石可以被看作长石的水合物在成岩演化过程中沸石矿物的析出、胶结和溶蚀对储集性能有不同程度的破坏与改善.早期沸石的析出,充填原生孔隙使储层孔渗性降低,但可使储层原始孔隙结构避免被压实作用破坏,同时为后期溶蚀增孔作用提供了物质基础4影响因素分析4.1沸石矿物成岩模式二叠系储层含大量火山玻璃物质,孔隙水的化学性质早期主要受易溶火山玻璃的溶解作用控制.由于火山玻璃物质粒度细,并含有大量不稳定的矿物,在受溶液作用迅速分解后可放出大量K随着盐度和碱性的增加,孔隙水先后到达各个矿物相的饱和度.埋深越大,地温越高,使火山玻璃的溶解速率加快,孔隙水到达矿物饱和度的速率也大大提高.最先在过饱和碱性溶液中析出的矿物是蒙脱石Na2.16NaAlSi随着温度升高,石英的饱和度降低地层水化学性质差异、孔隙水的pH以及阳离子的性质和比率决定沸石类型的转化研究区二叠系沸石矿物随着埋深和温度的增加,含水量减少,硅铝比也减小.区内主要沸石矿物类型自上而下其成岩演化序列为:方沸石-片沸石-浊沸石.研究区浊沸石并非斜长石钠长石化4.2影响闪蚀的地质因素4.2.1沸石溶蚀孔隙特征西北缘地区二叠系储层中与沸石有关的孔隙类型主要为沸石析出时形成的晶间孔和沸石被有机酸溶蚀形成的溶蚀孔(图5和7).其中含沸石溶蚀孔的样品面孔率最大为9%,平均为1.1%(据150个样品统计),沸石溶孔面孔率与孔隙度具有良好的正相关关系,反映沸石溶蚀增孔意义明显,对孔隙度贡献十分重要.研究区以方沸石溶蚀孔最为常见.沸石的溶蚀孔占研究区储层储集空间的25%左右.粒间沸石胶结物的溶蚀对储层物性贡献最大(图8).溶蚀孔隙大小不等、形态不规则(图5(c),(d)和7(b)).微弱溶蚀时,沸石边缘呈港湾状;强烈溶蚀时,沸石矿物呈镂空状和穿孔状,颗粒的原始外形已不存在,仅保留一部分格架(图5(c)和(d)).当沸石溶蚀孔不发育且沸石胶结致密时,孔隙类型主要为沸石晶间孔,其面孔率一般小于0.2%(据35个样品统计),对储层孔隙性贡献较小(图8).4.2.2沸石溶蚀机理前人研究认为,沸石的发育与溶蚀受多种因素控制(1)西北缘地区二叠系储层主要为发育在断裂下盘的近源扇三角洲沉积,沉积水动力强,河道沉积的砂砾岩分选、磨圆较好,渗透性高、流体连续流入,杂基含量少,易于沸石胶结物的析出和酸性地下水的流动,为沸石的溶蚀提供了有利条件.显微镜下观察,本区沸石主要析出于粒度较粗、分选较好且杂基含量相对较少的砂、砾岩粒间孔隙中,沸石溶蚀现象多见于扇三角洲的河道砂体中.(2)扇三角洲砂体粒度较粗,在成岩演化过程中不易于压实,保留了较高的孔隙性和渗透性,利于地层水在储层中流动.通过对研究区地层水类型分析发现,二叠系大面积发育CaCl例如,方沸石溶蚀区的检乌4~7,26井、802,805井和克86井等,浊沸石溶蚀区的检乌8井和809井等均为NaHCO地层水化学性质和阳离子比率决定沸石类型的转化和溶蚀.碱性条件下,稳定的方沸石需要高的钠离子含量和低的硅质活动性.降低硅的活动能力(从隐晶质硅质饱和状态到石英饱和状态)能够促进片沸石的形成研究区二叠系储层质量优劣明显影响油气产量.发育在中深层的含火山岩的二叠系储层中(埋深2500~4700m),沸石溶蚀对储层的改善意义重大.沸石作为自生铝硅酸盐矿物,在油气储集层中具有重要的意义.5油气储层性能改善(1)西北缘地区二叠系沸石矿物类型主要有方沸石、片沸石和浊沸石.在研究区常见沸石矿物与碳酸盐矿物如方解石、粘土矿物、钠长石以及石英共生的现象.沸石类矿物的宏观分布受岩性、渗透性、沉积微相和火山活动等因素控制.(2)沸石作为自生铝硅酸盐矿物,在成岩演化过程中,其析出、胶结和溶蚀对研究区二叠系油气储层储集性能有不同程度的破坏与改善.大量沸石矿物是以胶结物和裂隙充填物的形式产出.后期方沸石的溶蚀对储层质量改善明显;片沸石的胶结现象普遍,对储层破坏严重.早期沸石的析出,使储层原始孔隙结构未被压实作用破坏,同时为后期溶蚀作用提供了物质基础.(3)西北缘地区二叠系沸石矿物形成于开放的水文环境,成因与大量火山物质的水化关系密切.地层水化