張 堃，韓淑喬

（西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065）

趙天強(qiáng)

（中石油長(zhǎng)慶油田分公司采油三廠，寧夏 銀川750000）

鄂爾多斯盆地東部地區(qū)是天然氣勘探的主要層位，盆地的構(gòu)造及沉積格局發(fā)生顯著變化，西緣裂陷經(jīng)過(guò)晚石炭世到早二疊世的填平，最終以漸變形式結(jié)束，北部地臺(tái)的抬升，沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，東西差異相帶分異變小，而南北差異相帶分異增強(qiáng)。鄂爾多斯盆地以河流、三角洲和湖泊為主要沉積，巖性主要有石英砂巖和巖屑砂巖，自北向南砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度逐漸變好［1］。鄂爾多斯盆地山西組儲(chǔ)層砂體儲(chǔ)集性能較好，但由于儲(chǔ)層物性受到成巖作用的影響，氣藏規(guī)模及單井產(chǎn)量較?。?］。為此，筆者對(duì)鄂爾多斯盆地山西組儲(chǔ)層致密化發(fā)育的成巖作用進(jìn)行了研究。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)取心資料、薄片鑒定以及巖石學(xué)特征分析研究區(qū)山西組以石英砂巖為主，次為巖屑砂巖。其上部常見(jiàn)粗－中粒石英砂巖，顆粒以細(xì)－中粒為主，夾粉砂－細(xì)砂，砂巖富集白云母。石英含量一般為65.5%～85.3%，平均76.5%；長(zhǎng)石含量甚少，平均1.9%；巖屑含量為14.6%～27.8%，平均21.6%；雜基含量較高，平均27.9%；主要為粘土，含量16.7%；以伊利石、高嶺石為主。自下而上石英呈減少趨勢(shì)，巖屑含量略有增加，巖屑成分為中、低級(jí)變質(zhì)巖、火山巖等。研究表明，鄂爾多斯盆地山西組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層具有粒度粗、成熟度高的特點(diǎn)，砂巖儲(chǔ)層的孔隙大小與顆粒粒度呈正相關(guān)［3－4］。

2 成巖作用類(lèi)型

2.1 壓實(shí)、壓溶作用

儲(chǔ)層形成過(guò)程中，壓實(shí)作用和壓溶作用屬于破壞性成巖作用，使得孔隙度降低。研究區(qū)山西組的壓實(shí)作用較強(qiáng)，碎屑顆粒間多為點(diǎn)－線和線接觸，可見(jiàn)少量縫合線接觸（見(jiàn)圖1）；顆粒發(fā)生破裂和碎屑顆粒接觸更加緊密。隨著埋深的加大，機(jī)械壓實(shí)作用使碎屑顆粒由游離狀、點(diǎn)接觸狀逐步調(diào)整為線接觸狀到縫合接觸［5］，導(dǎo)致孔隙的喪失及滲透率的降低。

圖1 研究區(qū)壓實(shí)作用照片

2.2 膠結(jié)作用

1）鈣質(zhì) （方解石） 該類(lèi)膠結(jié)物主要以星狀分布于粒間，局部呈連晶膠結(jié)，常交代長(zhǎng)石，有時(shí)還交代石英、石英巖屑和粘土巖屑。該類(lèi)膠結(jié)物可大大降低巖石的孔滲性［6］，特別是連晶式膠結(jié)，基本可將孔隙完全堵死，但該類(lèi)膠結(jié)物易于溶解，為后期形成溶蝕孔隙奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2）硅質(zhì)膠結(jié) 硅質(zhì)膠結(jié)包括沿石英顆粒加大的Si O2和充填于孔隙中的自生石英，通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，山西組層段硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，次生加大邊寬0.05～0.10mm，加大邊連續(xù)，再生膠結(jié)發(fā)育，以石英顆粒次生加大為主要特征，山西組氣層石英次生加大膠結(jié)普遍，石英次生加大多屬Ⅱ～Ⅲ級(jí) （見(jiàn)圖2）。硅質(zhì)的剛性強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層的抗壓實(shí)作用強(qiáng)，有利于粒間孔的保存。

2.3 交代作用

交代作用在該區(qū)儲(chǔ)層砂巖中較為少見(jiàn)，主要包括碎屑顆粒的蝕變和膠結(jié)物對(duì)碎屑顆粒的交代等。砂巖薄片中常見(jiàn)的交代現(xiàn)象主要是方解石沿碎屑顆粒邊緣、解理縫邊緣交代長(zhǎng)石、石英及其次生加大邊和巖屑，使碎屑顆粒邊緣不規(guī)則 （見(jiàn)圖3）。由于交代作用過(guò)程中遵循體積保持定律和質(zhì)量守恒定律，因此它對(duì)巖石的孔隙度和滲透率的影響很小。

圖3 研究區(qū)交代作用照片

3 儲(chǔ)層致密化發(fā)育過(guò)程

根據(jù)成巖礦物演化、有機(jī)質(zhì)成熟度和儲(chǔ)層孔隙分布等特征，認(rèn)為該研究區(qū)成巖作用經(jīng)歷早成巖階段和晚成巖階段 （見(jiàn)圖4）。

3.1 早成巖階段

1）早成巖A期 主要產(chǎn)物為生物甲烷。粘土礦物中富蒙皂石，伊／蒙混層為無(wú)序混層，且伊／蒙混層中蒙皂石含量約為70%，該期的主要成巖作用有如下特點(diǎn)：沉積物早期壓實(shí)，孔隙水部分排出；碎屑顆粒粘土形成，長(zhǎng)石的高嶺石化；火山物質(zhì)泥化、泥鐵化；早期的方解石和菱鐵礦沉淀，原生孔隙發(fā)育，孔隙流體為弱酸性。

2）早成巖B期 從石炭紀(jì)到早侏羅世期間 （C～J1），沉積物在埋藏過(guò)程中由半固結(jié)到固結(jié)，原生孔隙有較多的保留，Ro（鏡質(zhì)體反射率）為0.35%～0.5%，最大埋深達(dá)1900 m，最高古地溫為65℃左右，有機(jī)質(zhì)處于半成熟階段，蒙皂石在混層中占50%～70%［7］，仍為無(wú)序混層，屬蒙皂石漸變帶。該階段的主要成巖作用有如下特點(diǎn)：隨著壓實(shí)作用進(jìn)行，孔隙水大量排出，沉積物體積明顯減少，軟顆粒受擠壓發(fā)生變形，石英的壓溶作用開(kāi)始發(fā)育。考慮到石英流體包裹體的均一溫度在78～140℃范圍內(nèi)，所以石英壓溶作用產(chǎn)生的Si O2沒(méi)有發(fā)生就地沉淀。該階段蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放部分酸性流體，長(zhǎng)石、凝灰質(zhì)等開(kāi)始發(fā)生溶蝕，次生孔隙開(kāi)始出現(xiàn)。

圖4 山二段砂巖儲(chǔ)集層成巖演化模式圖

3.2 晚成巖階段

1）晚成巖A期 從早侏羅世到早白堊世期間 （J1～K1），當(dāng)埋深達(dá)到1910～3910m時(shí)，古地溫達(dá)到131℃，Ro為0.45%～1.21%，伊／蒙混層中的蒙皂石含量達(dá)到21%時(shí)，伊／蒙混層轉(zhuǎn)化將達(dá)到第2轉(zhuǎn)化帶，有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到生烴的最高峰。該階段的有機(jī)酸在孔隙流體中不斷增長(zhǎng)，長(zhǎng)石和凝灰質(zhì)等鋁硅酸鹽礦物發(fā)生溶蝕，產(chǎn)生大量次生孔隙，同時(shí)自生石英和自生高嶺石開(kāi)始沉淀［7］。

2）晚成巖B期 從早白堊世末期到晚白堊世 （K1～K2），當(dāng)埋深達(dá)到3910 m以上時(shí)，古地溫將超過(guò)131℃，Ro為1.31%～2.1%，有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)入高成熟度，蒙皂石的含量逐步縮小至14%，達(dá)到第3轉(zhuǎn)化帶。僅有少量的自生石英和碳酸鹽膠結(jié)物存在，占據(jù)了孔隙空間，成巖環(huán)境也因此轉(zhuǎn)化為弱堿性［8］。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)山西組砂巖儲(chǔ)集層是一套低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)集層。壓實(shí)作用和壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層起著破壞性作用，壓實(shí)作用是減少孔隙空間的主要因素，其次為膠結(jié)作用。

2）導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化的主要成巖作用為壓實(shí)作用和壓溶作用，交代作用對(duì)巖石的孔隙度和滲透率的影響很小。

3）該研究區(qū)從早成巖階段到晚成巖階段的成巖演化過(guò)程嚴(yán)重影響了巖石的孔滲性。

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