孔祥超 趙俊興,2 申趙軍

(1.成都理工大學沉積地質研究院 2.“油氣藏地質及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學)

0 引言

鄂爾多斯盆地是一個中新生代盆地疊加在古生代盆地之上的復合盆地，其現(xiàn)今構造上總體呈現(xiàn)為東翼寬緩、西翼陡窄的不對稱矩形盆地[1]。按其現(xiàn)今構造形態(tài)，盆地可劃分為6個二級構造單元，依次為：伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)向斜及西緣逆沖斷裂構造帶[2]。華慶地區(qū)位于鄂爾多斯盆地的西南部，范圍西起白馬，東至山莊，南至悅樂，北到白豹，構造位置上橫跨天環(huán)凹陷和伊陜斜坡2個次級構造單元，但區(qū)內構造相對簡單，斷層不發(fā)育，僅局部發(fā)育一些小型鼻狀構造[3]。上三疊統(tǒng)延長組經(jīng)歷了長10—長7期湖盆形成至發(fā)展鼎盛時期，長7—長4+5期湖盆持續(xù)下沉階段，長3—長1期湖盆收縮至消亡階段[4]。根據(jù)巖性組合及沉積旋回等特征將長8油層組劃分為長81和長82兩個小層[3]，研究區(qū)長81儲層砂體為三角洲前緣亞相沉積體系，砂體分布廣，長81儲層砂體發(fā)育，含油性較高，但儲層物性較差。砂巖在埋藏成巖作用過程中受到各種成巖作用的改造，對原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育產(chǎn)生很大影響。沉積作用和成巖作用共同控制著儲層的發(fā)育及物性特征，而成巖作用則是導致儲層砂體低孔、低滲的最主要因素[5]。因此，對研究區(qū)儲層砂體成巖作用的研究有助于儲層的綜合評價，并為油田的勘探和開發(fā)提供一定的理論支持。

1 巖石學特征

華慶地區(qū)長81儲層砂巖主要發(fā)育為辮狀河三角洲前緣亞相[5]。根據(jù)掃描電鏡、鑄體薄片以及物性資料分析，研究區(qū)長81儲層巖石類型主要為巖屑長石砂巖，其次為長石巖屑砂巖(圖1)。碎屑顆粒組分特征為：石英平均含量30.05%，長石平均含量為27.38%，巖屑平均含量為24.75%，具有低石英，中長石含量和高巖屑的特點。填隙物主要由粘土礦物(綠泥石、鐵方解石)、碳酸鹽(方解石、白云石)、含量較低的自生礦物和雜基組成。研究區(qū)內顆粒分選中等，磨圓度較差，接觸類型以線接觸為主，膠結類型主要為孔隙式膠結，成分成熟度較差，結構成熟度較高。

圖1 華慶地區(qū)長81砂巖分類三角圖

2 物性特征

物性特征是決定儲層儲集性能的關鍵，其直觀表現(xiàn)為孔隙度和滲透率的大小[6]。根據(jù)研究區(qū)長8120余口井、150塊左右薄片鑒定物性統(tǒng)計得出，本區(qū)的平均孔隙度為10.20%，介于3.90%～15.19%；平均滲透率為0.89mD，介于0.1～1.5mD，屬于低孔、低滲儲層，儲集物性較差。

根據(jù)研究區(qū)長81儲層孔隙度、滲透率關系圖表明(圖2)，研究區(qū)長81儲層孔隙度和滲透率具有較好的正相關性，即隨著孔隙度增加，滲透率也呈增加趨勢，為典型的孔隙型儲層。

圖2 華慶地區(qū)長81儲層孔-滲關系圖

3 成巖作用類型及特征

儲層成巖作用研究的宗旨，主要是查明儲層從沉積到成藏之前所經(jīng)歷的一系列成巖作用事件和成巖事件的發(fā)生過程、先后次序、發(fā)生的階段及其對儲層形成所起的作用[7]。砂巖儲層成巖作用復雜，華慶地區(qū)長81成巖作用類型眾多，其中與儲層發(fā)育密切相關的典型的成巖作用類型包括：破壞性成巖作用中的壓實作用和膠結作用；建設性成巖作用中的綠泥石粘土膜、溶蝕作用和破裂作用。

3.1 壓實作用

華慶地區(qū)長81儲層砂巖的碎屑顆粒以點—線接觸、線接觸為主，通過薄片面孔率等資料分析統(tǒng)計，研究區(qū)壓實作用強烈，在研究區(qū)的主要變現(xiàn)形式為：塑性的泥巖屑、云母片壓實變形(圖3a)；剛性的顆粒之間緊密線接觸、凹凸接觸；含塑性火山巖屑的砂巖較多的巖屑細砂巖中剛性和塑性顆粒相間分布易被緊密壓實；泥質巖屑被壓實變形呈假雜基化(圖3b)。

3.2 膠結作用

研究區(qū)主要發(fā)育硅質膠結、碳酸鹽膠結和自生綠泥石膠結和高嶺石膠結。

(1)硅質膠結作用

硅質膠結作用在研究區(qū)長81儲層砂巖中發(fā)育普遍，但含量較少。據(jù)鑄體薄片觀察硅質膠結作用的表現(xiàn)形式有：①石英次生加大邊膠結(圖3c，圖4a，圖4b)；②孔隙充填式膠結，當石英顆粒周邊有綠泥石時不能形成次生加大，呈孔隙充填。

(2)碳酸鹽膠結作用

華慶地區(qū)長81儲層砂巖包括鐵方解石、鐵白云石、方解石3種碳酸鹽膠結類型，其中以亮晶方解石和鐵方解石為主，方解石膠結物成巖作用可以分為早、中、晚3期。

早期碳酸鹽膠結物以泥晶團塊或灰泥基質形式充填在顆粒之間，碎屑顆粒受壓實作用改造較小，形成于淺埋成巖環(huán)境。中期碳酸鹽膠結物呈分散狀孔隙式的形式充填于長石溶孔以及剩余粒間孔中(圖3d)。晚期方解石的成分、礦物共生組合與前期有明顯的變化，在高溫、高壓、缺氧還原條件下，由黏土礦物和黑云母轉化產(chǎn)生的Fe2+、Mg2+結合到方解石或白云石的晶格中，形成鐵方解石和少量的鐵白云石(圖3e)。

(3)粘土礦物的膠結作用

研究區(qū)粘土礦物膠結類型多樣，主要有自生綠泥石、自生高嶺石、伊利石、伊/蒙混層。

綠泥石的形成受沉積環(huán)境的影響較大，華慶地區(qū)長81三角洲前緣的強水動力條件為綠泥石的形成提供了環(huán)境基礎，同時研究區(qū)內富含的長石、巖屑、云母礦物等為綠泥石的形成提供了物質條件，因此自生綠泥石是鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長81油層組含量最高的自生黏土礦物。

在成巖作用過程中，隨著上覆地層壓力的不斷增大，壓實作用使得黏土膜始終處于流動狀態(tài)，在早成巖A期階段，黑云母、長石等碎屑發(fā)生強烈的水化水解作用，為綠泥石膜在堿性條件下的形成提供了充足的Mg2+和Fe2+[8]，后期形成的自生綠泥石在環(huán)邊表面發(fā)生吸附，形成針葉狀綠泥石晶體[9]，并且呈孔隙襯里方式產(chǎn)出，部分綠泥石薄膜包圍整個碎屑顆粒(圖3f，圖3g，圖3h，圖4c)。針對研究區(qū)延長組自生綠泥石對儲層砂巖孔隙結構的影響，前人做過大量的研究，其中大多數(shù)學者認為早期自生綠泥石的形成能夠增強巖石的抗壓實能力，對儲層砂巖原生孔隙的保存起到積極的作用[10，11]。

注：a.泥質巖屑被壓實變形，顆粒之間線接觸，白270井，長81,2150.63m；b.泥質巖屑壓實變形呈假雜基化，溶蝕孔發(fā)育，山139井，長81,2211.91m；c.石英加大嵌合，粒間孔發(fā)育，具少量長石溶孔，白117井，長81,1951.48m；d.具薄的綠泥石膜，鐵方解石充填部分粒間孔，剩余粒間孔發(fā)育，具長石溶孔，白456井，長81,2139.66m；e.鐵方解石膠結，白241井，長81,2227.57；f.自生綠泥石以孔隙襯里方式產(chǎn)出，原生孔隙及次生溶蝕孔隙發(fā)育，白280井，長81,2212.40m；g.綠泥石呈花邊狀充填于孔隙中，白205井，長81,2197.58m； h.綠泥石薄膜發(fā)育，富含有機質，午65井，長81,2108.93m；i.石英碎屑顆粒破碎形成孔隙，山155井，長81,2326.26m.

圖4 掃描電鏡

注：a.致密膠結，少量次生加大、高嶺石黏土充填，里140井，長81,2200.03～2200.13m；b.石英具次生加大，巖性致密，碎屑具溶蝕孔隙，連通性較差，里152，長81,2228.47m；c.粒間孔分布葉片狀綠泥石片，午65井，長81,2108.42m；d.片狀高嶺石集合體及晶間孔隙，部分高嶺石晶體被溶蝕，邊部卷曲絲縷化，白269井，長81，2085.33m； e.蝕變狀伊利石黏土充填孔隙，白182井，長81,2169.30m；f.長石粒內溶孔，山139井，長81，,2211.91m。

研究區(qū)綠泥石相對含量隨埋藏深度的增加而增加，長1—長7油層平均含量為50.4%，長8油層則增至54.5%[3],因此隨著上覆壓力的不斷增大，儲層砂巖中綠泥石含量的不斷增高，砂巖中粒間孔及面孔率都呈現(xiàn)出良好的正相關性(圖5)，綠泥石起到了平衡作用，從而有利于原生孔隙保存。另一方面，由于早期綠泥石膜的形成，占據(jù)了碎屑顆粒的表面空間，在一定程度上抑制了石英次生加大的產(chǎn)生。

圖5華慶地區(qū)長81砂巖綠泥石膜百分含量與粒間孔面孔率相關性分析散點圖

高嶺石在本區(qū)儲層中含量較少，主要以填隙物的方式產(chǎn)出，在掃描電鏡下觀察集合體呈片狀、書頁狀(圖4d)，分散賦存在粒間孔隙中，高嶺石晶體間常存有大量的殘余孔隙、溶蝕孔隙。

華慶地區(qū)長81油層廣泛存在伊/蒙混層礦物，形態(tài)上介于蒙脫石和伊利石之間，多以孔隙襯墊和充填的形式出現(xiàn)(圖4e)。伊利石粘土礦物的形成需要特定的物質來源和介質條件[9]。在埋藏成巖過程中，隨著埋藏深度的增加，粘土基質逐漸轉變成伊/蒙混層。

3.3 溶解、溶蝕作用

根據(jù)巖石薄片、鑄體薄片和掃描電鏡的觀察，研究區(qū)內溶蝕、溶解作用非常普遍，對改善研究區(qū)儲層物性起著非常重要的作用，主要表現(xiàn)為長石、含長石火山巖屑及早期碳酸鹽膠結物發(fā)生選擇性溶蝕(圖4f)，形成各種次生溶孔，改善儲層物性，保護了原生孔隙，擴大孔喉半徑，提高了滲流能力。

眾多學者[12，13]認為，溶蝕型次生孔隙是由有機酸、碳酸、大氣淡水淋濾等引起礦物溶解所形成的。砂巖儲層經(jīng)過不同程度的溶蝕改造形成多種類型的次生孔隙，對改善儲層物性起到積極的作用。

3.4 破裂作用

根據(jù)巖心觀察和掃描電鏡，可以見到各種裂縫，包括肉眼可見的構造裂縫和鏡下觀察到的微裂縫(圖3i)。破裂作用可以有效的改善儲集層的物性，屬于建設性成巖作用類型。

4 成巖階段劃分和成巖序列

4.1 成巖階段的劃分

通過上述分析，結合研究區(qū)長81儲層砂體的結構、構造、孔隙類型以及自生黏土礦物的類型、發(fā)育特征等資料，按照新的石油行業(yè)標準(SY/T5477—2002)碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范，研究區(qū)長81油層組儲層砂巖已達晚成巖A期(圖6b)。

(1)早成巖階段

A期：此階段以中等強度壓實作用，綠泥石呈現(xiàn)顆粒薄膜、孔隙襯邊形式膠結和碳酸鹽礦物的環(huán)邊膠結作用為主。本階段壓實作用是孔隙迅速減少的主要因素，但早期的膠結作用形成的綠泥石和碳酸鹽薄膜不但增加了儲層砂巖的抗壓實能力，而且降低了孔隙損失，有利于研究區(qū)砂巖在成巖過程中部分原生粒間孔隙的保存。

B期：隨著埋藏深度的不斷增加，溫度增高，壓力增大，石英、長石碎屑顆粒發(fā)生溶蝕水解，形成次生加大邊(圖3c)。此階段伴隨儲層流體內Fe2+和Mg2+含量的不斷增加，為鐵方解石的形成提供物質基礎；亮晶方解石充填剩余粒間孔，降低儲層的孔隙度，影響儲層的孔、滲性。

(2) 晚成巖階段

A期：此時埋深大于2000m，此階段有機質開始進入生油門限，慢慢向烴類轉化，在成熟過程中產(chǎn)生低碳有機酸，泥質烴源巖排出層間水、結構水。酸性介質進入儲層砂巖可導致孔隙流體pH值大幅降低，使成巖早期形成的大量不穩(wěn)定自生礦物發(fā)生較大規(guī)模的溶解，從而形成各類次生孔隙。酸性熱液介質中的硅質成分以自生石英晶體或者次生加大邊的形式沉淀并充填孔隙。此時碳酸鹽礦物大量形成并交代碎屑顆粒，由黏土礦物轉化形成的Mg2+和Fe2+等離子形成晚期方解石、鐵方解石、鐵白云石等含鐵碳酸鹽膠結物。

4.2 成巖序列

通過上述分析，研究區(qū)長81油層組沉積期構造簡單，主要受漸進埋藏作用的影響，沉積物持續(xù)埋藏，無明顯間斷[3]。同時可以確定研究區(qū)81油層組處于晚成巖階段A期，研究區(qū)內成巖演化序列：機械壓實作用→早期綠泥石薄膜形成→石英次生加大→早期方解石沉淀→有機質低成熟→長石顆粒、方解石膠結物溶蝕→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填。

圖6 華慶地區(qū)長81砂巖成巖序列演化圖

5 結論

通過對鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長81成巖作用的研究,可以得出以下結論:

(1)長81儲層砂巖巖石類型主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖。巖石具有成分成熟度差，結構成熟度高的特點。

(2)長81儲層砂巖主要的成巖作用類型有：壓實作用、膠結作用、溶蝕、溶解作用。其中壓實作用和膠結作用強烈的破壞了砂巖的原生孔隙結構，溶蝕作用和破裂作用則有效的改善了孔隙結構。

(3)研究區(qū)內綠泥石薄膜的大量膠結，對儲層原生孔隙的保存具有積極的作用，并且在一定程度上抑制了石英次生加大的出現(xiàn)。

(4)研究區(qū)內成巖演化序列為：機械壓實作用→早期綠泥石薄膜形成→石英次生加大→早期方解石沉淀→有機質低成熟→長石顆粒、方解石膠結物溶蝕→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填。

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