摘要
砂砾岩储层作为一种特殊的油气藏，在世界范围内受到广泛关注。准噶尔盆地玛西地区二叠系乌尔禾组砂砾岩储层富含火山岩岩屑，这些火山岩岩屑以凝灰岩为主，此外还有流纹岩、玄武岩、安山岩等。这种复杂的砂砾岩成分组成加上准噶尔盆地内部流体性质复杂、多变，导致富火山岩岩屑砂砾岩成岩作用复杂多变:在成岩作用过程中形成了类型复杂的胶结物和自生矿物，特别是多期沸石类矿物。在成岩作用后期，沸石类矿物发生不同程度的溶蚀作用改变了储层储集性能。然而，针对沸石类矿物的形成条件，沸石类矿物的发育机理及溶蚀特征，沸石类矿物与油气藏之间的耦合关系缺少详细研究。本文主要运用岩石学、矿物学、储层沉积学、元素地球化学、化学反应动力学等学科理论，对研究区玛湖凹陷玛西地区二叠系沸石类矿物的发育环境、发育机理、溶蚀机理及其与盆地演化的耦合关系进行研究。本次研究采集的岩心样品以砂砾岩为主，其次为少量细粒沉积岩。通过测井、录井、X衍射、扫描电镜、铸体薄片、元素地球化学等技术方法，综合研究了玛湖凹陷玛西地区二叠系上乌尔禾组和下乌尔禾组储层的岩石学特征，沉积环境特征及沉积相展布;创新性地设计了凝灰岩水解-沸石合成实验，验证了沸石类矿物形成条件与发育机理。同时，首次运用高温高压水岩反应仪模拟高温封闭条件下方沸石、浊沸石、片沸石在不同温度和压力条件下的溶蚀特征，结合玛湖凹陷沉积特征、断裂发育特征、埋藏史和油气充注史，分析了玛湖凹陷二叠系乌尔禾组优质储层空间分布规律。论文取得的主要成果如下: (1)准噶尔盆地环玛湖凹陷二叠系乌尔禾组储层形成于扇三角洲沉积环境，主要发育扇三角洲前缘亚相，主要岩石类型为砂砾岩，岩石的成分成熟度较低，结构成熟度中等，储层非均质性强，储层物性条件较差。二叠系砂砾岩储层粒间孔或粒间溶孔中广泛发育沸石类胶结物，其中沸石类胶结物中浊沸石最为发育，其次为片沸石，方沸石含量则较低，沸石类矿物的形成与砂砾岩中富含火山碎屑（特别是凝灰岩）水岩反应密切相关。 (2)元素地球化学特征分析表明，玛湖凹陷玛西地区二叠系上乌尔禾组和下乌尔禾组砂砾岩的物源属于大陆岛弧构造背景，砂砾岩源岩属于上地壳的长英质岩石。下乌尔禾组沉积时期为干旱炎热的古气候，半咸水的还原环境，上乌尔禾组沉积时期气候相对温暖湿润，水体盐度演化为微咸水，但仍然为缺氧的还原环境。这种相对盐碱性水体的环境为沸石类矿物发育提供了必要的碱性环境。 (3)高温封闭条件模拟沸石类矿物发育机理的实验结果显示，凝灰岩在碱性条件下能够形成方沸石，本次研究不仅证实了方沸石的形成受碱性溶液控制还受温度的控制，适度的pH范围有利于方沸石的形成，温度越高越有利于沸石类矿物的生成。 (4)沸石类矿物（主要为方沸石、片沸石和浊沸石）高温高压溶蚀实验表明三种沸石均发生溶蚀，从反应后三种沸石的重量损失来看，方沸石溶蚀量最多，浊沸石次之，片沸石溶蚀量最少;随着温度压力的升高，方沸石的溶蚀量先增加后减少，片沸石的溶蚀量先减少后增加，浊沸石的溶蚀量先增加后减小;从反应后三种反应溶液中检测到的阳离子浓度来看，方沸石最易溶蚀，片沸石次之，浊沸石最难溶蚀，随着温度压力的升高，方沸石反应后溶液的阳离子浓度先增加后减少，片沸石的溶蚀量先减少后增加，浊沸石的溶蚀量先增加后减小，方沸石主要溶解的离子为Na离子，其次为Al离子，片沸石主要溶解的离子为Al离子，其次为Na离子，且Al离子浓度远高于Na离子浓度，浊沸石主要溶解的离子为Al离子，其次为Ca离子，且Al离子浓度远高于Ca离子浓度。 (5)综合玛湖凹陷玛西地区二叠系沸石类矿物形成、溶蚀与盆地演化的耦合关系，本文认为研究区二叠系下乌尔禾组发育两处优势储层，上乌尔禾组发育三处优势储层。
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