趙志飛，艾 寧，拜占紅

(1.青海省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810600;2.寧夏地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021)

鄂爾多斯盆地是在華北克拉通地塊之上經(jīng)歷了長期演化而形成的中生代沉積盆地，是我國第二大含油氣盆地[1]，吳堡地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶上，是長慶油田第一采油廠今年來高產(chǎn)勘探開發(fā)區(qū)塊之一，勘探面積約100 km2，地理位置處于陜西省延安市志丹縣西部。研究區(qū)延長組長6儲層是一套湖湘三角洲前緣亞相砂體，屬于低孔、低滲儲層，其成巖作用復(fù)雜，而研究區(qū)是長慶油田新建產(chǎn)能區(qū)，石油地質(zhì)研究薄弱，從而制約了研究區(qū)更深層次的探勘開發(fā)工作[2，3，4]。筆者在前人的研究基礎(chǔ)上，通過巖心觀察和大量的室內(nèi)分析測試，對研究區(qū)延長組長6儲層的成巖作用類型和物性特征進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，模擬了孔隙演化史，分析了影響孔隙演化的主要因素[5，6]。

1 儲集砂巖的巖石學(xué)特征

吳堡地區(qū)長6儲層是一套湖湘三角洲前緣亞相砂體，碎屑成分主要有長石 (平均為52%)、石英 (平均為32%)、巖屑及云母 (平均為7.6%)，填隙物體積分?jǐn)?shù)平均為9.3%，其中雜基為3.4%，膠結(jié)物為5.9%，主要為各類碳酸巖、綠泥石、粘土巖、硅質(zhì)、長石質(zhì)等膠結(jié)物;以細(xì)粒長石砂巖為主，含長石巖屑砂巖，砂巖顆粒粒徑一般在 0.1～0.4 mm之間，主要粒徑 0.12～0.25 mm，膠結(jié)類型孔隙 -薄膜型，分選好，磨圓次棱角狀，反映了沉積區(qū)距離西南物源較近，沉積水動力較強(qiáng)的特點。巖石結(jié)構(gòu)普遍表現(xiàn)為成分成熟度偏低，結(jié)構(gòu)成熟度高的特點。此外，砂巖巖性致密，接觸關(guān)系以線狀為主，有少部分凹凸?fàn)罱佑|。

2 砂巖的成巖作用類型及其特征

2.1 壓實(溶)作用

吳堡地區(qū)長6儲層砂巖類型主要為長石砂巖，長石和巖屑等塑性顆粒含量較高，砂巖的壓實作用屬中-強(qiáng)壓實級別，根據(jù)薄片觀察，吳堡地區(qū)長6儲層的壓實作用主要表現(xiàn)為3種形式:(1)早期機(jī)械壓實，碎屑顆粒由點接觸到線接觸，部分出現(xiàn)凹凸接觸;(2)剛性顆粒發(fā)生破裂，主要是長石和石英，產(chǎn)生微細(xì)應(yīng)力紋和微裂縫[1];(3)晚期壓溶作用，出現(xiàn)塑性顆粒的變形，如云母片、泥巖巖屑、千枚巖、片巖等彎曲變形，有的擠入孔隙中形成假雜基。

2.2 膠結(jié)作用

2.2.1 早期綠泥石環(huán)邊的膠結(jié)

綠泥石膠結(jié)物在大多數(shù)砂巖中占自生粘土礦物的80%以上。在儲層沉積后不久便形成了綠泥石的早期膠結(jié)。綠泥石多呈針葉狀集合體沿碎屑顆粒呈環(huán)狀分布，形成薄膜式膠結(jié)，環(huán)邊厚度一般為2～5 μm。這些綠泥石晶體之間含有大量的微孔隙，由于綠泥石微孔吸附瀝青質(zhì)，因而，在普通薄片觀察時可見顆粒邊緣具明顯的暗色襯套，但在陰極發(fā)光鏡下清晰可見顆粒周圍有一圈發(fā)黃綠色光的綠泥石薄膜。這種粘土環(huán)邊均勻地包繞在碎屑顆粒外面，阻礙了碎屑顆粒與孔隙水接觸，從而減少了其它膠結(jié)物的沉淀，所以對長6儲層砂巖的孔隙及其結(jié)構(gòu)有明顯的保護(hù)作用，但綠泥石粘土膜的形成也大大縮小了砂巖的孔隙喉道。綠泥石除以環(huán)邊形式產(chǎn)出外，還呈葉片狀充填于粒間孔中，因此對孔隙度的減少影響較小。在綜上所述，包膜形式存在的自生綠泥石發(fā)育的砂巖主要通過抑制石英次生加大、增加顆粒抗壓實強(qiáng)度、抑制壓溶作用和占有晚成巖時期生成的碳酸鹽膠結(jié)物生長空間等4個方面來保護(hù)儲集巖物性。本區(qū)長6儲層砂巖的綠泥石多呈包膜形式產(chǎn)出，且綠泥石含量與孔隙度、滲透率呈正相關(guān)關(guān)系，表明砂巖綠泥石含量對儲層砂巖孔隙度和滲透率的影響是具有積極的建設(shè)性作用。

2.2.2 粘土礦物膠結(jié)

研究區(qū)的粘土礦物有綠泥石、伊利石、高嶺石，少量的伊/蒙混層，其中綠泥石是普遍存在，伊利石次之。綠泥石多呈針葉狀集合體沿顆粒呈環(huán)狀分布，伊利石呈鱗片狀或束裝充填在顆粒中，兩者占粘土礦物總量的75%以上。高嶺石主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙充填方式產(chǎn)出，單個高嶺石晶體呈六方板狀，集合體呈書頁狀或蠕蟲狀。研究區(qū)粘土礦物主要形成于早成巖B期和中成巖A期。

2.2.3 碳酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)碳酸鹽礦物是最主要的膠結(jié)物，主要有方解石、鐵方解石及白云石，尤其以方解石膠結(jié)為主[7]，其膠結(jié)作用有兩期，早期的泥晶碳酸鹽膠結(jié)物主要呈孔隙充填物形式沉淀下來，晶形通常為泥晶、微晶，是直接從沉積物孔隙水中沉淀形成的。這時的溫度、壓力接近常溫常壓，當(dāng)孔隙水中溶解的碳酸鹽物質(zhì)達(dá)到過飽和時，就可以直接沉淀出來。因此，它們與沉積水介質(zhì)中CaCO3在堿性條件下達(dá)到過飽和沉淀作用有關(guān)[8]。

2.3 溶蝕作用

研究區(qū)被溶蝕的物質(zhì)主要是長石、巖屑等不穩(wěn)定的顆粒以及少量方解石膠結(jié)物。其中長石溶解作用與有機(jī)質(zhì)排出的有機(jī)酸有關(guān)[9，10，11]，有機(jī)質(zhì)熱成熟過程可產(chǎn)生 CO2，形成碳酸，參與長石等易溶組分的溶解并導(dǎo)致次生孔隙的形成。但是，近年來質(zhì)量平衡計算結(jié)果(如Bjφrlykke，1993)說明，有機(jī)質(zhì)的脫羧基作用所產(chǎn)生的CO2還不足以使很多地層中砂巖發(fā)生溶解而產(chǎn)生實質(zhì)性的次生孔隙，對不同砂巖/頁巖比和不同有機(jī)質(zhì)豐度地層的計算也表明，在大多數(shù)沉積盆地中CO2作為溶解介質(zhì)產(chǎn)生的溶解孔隙是有限的(Lundegard，1986);而沉積盆地中有機(jī)質(zhì)熱演化過程中因其脫羧基作用而有大量的有機(jī)酸生成，與前邊討論的碳酸相比，有機(jī)酸對各種礦物都有著更強(qiáng)的溶解能力，有機(jī)酸陰離子也可以絡(luò)合并遷移鋁硅酸鹽中的陽離子，但由于在地下條件下，鋁的溶解度通常極低，因而有機(jī)酸陰離子的絡(luò)合作用可以解決鋁的遷移問題，從而導(dǎo)致鋁硅酸鹽的溶解和地下孔隙度的增加，然而，Bjφrlykke等1992年的研究發(fā)現(xiàn)，由長石溶解形成孔隙的過程有些發(fā)生在較淺的地層中(本研究也有類似情況)，同時遠(yuǎn)離產(chǎn)生有機(jī)酸的烴源巖。各種研究證明，地下不整合面對儲層質(zhì)量的有利影響在很多儲層中都是肯定的。Giles ＆ R.B.de-Boer(1990)的定量數(shù)據(jù)表明，在第三紀(jì)中新統(tǒng)的砂巖中不整合面之下孔隙度的增加達(dá)到10%，孔隙的增加主要是由長石、其次由巖屑的溶解造成的。更為重要的是，大氣水的這種淋濾作用延續(xù)到了1 500 m到2 300 m的深度(Giles ＆ R.B.de-Boer(1990)。近年來的大量研究證明，大氣淡水的溶解作用對碎屑巖儲層質(zhì)量的改善起到了十分巨大的作用。因此，溶蝕作用主要發(fā)生在早成巖階段 B期和中成巖階段。

3 孔隙演化

3.1 成巖序列

在充分研究該地區(qū)埋藏史、地?zé)崾贰⒂袡C(jī)質(zhì)演化史、泥巖中粘土礦物演化史和砂巖形成作用及成巖共生序列的基礎(chǔ)上，依照石油行業(yè)碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范(SY/T—5477)，據(jù)裘懌南等[12]成巖階段的劃分方案，吳堡地區(qū)延長組長6儲層粘土礦物 X一衍射(樣品為粘土)資料分析結(jié)果(表1)，伊利石含量32.27%，伊/蒙間層含量為 11.57%，高嶺石含量為6.23%，綠泥石含量為49.83%，鏡質(zhì)體反射率(Ro)1.1%～2.1%，有機(jī)質(zhì)最大熱解峰溫(Tmax)一般為463℃ ～498℃。上述數(shù)據(jù)表明，長6儲層已經(jīng)進(jìn)入晚成巖階段[12，13]。

3.2 孔隙演化

根據(jù)對吳堡地區(qū)大量樣品的物性分析及薄片鏡下計點統(tǒng)計，定量研究了各成巖作用對孔隙度的影響以及孔隙度的演化過程[15，16]。

通常用 Scherer，1987;Beard and Wey[17，18]，1973 提 出的公式計算砂巖初始孔隙度φ1:

式中:S0為特拉斯克分選系數(shù)，S0=(巖石顆粒粒度概率累計頻率25%處的粒度/巖石顆粒粒度概率累計頻率75%處的粒度)1/2，巖石粒度大小分布由鑄體薄片資料統(tǒng)計獲得。

用以下公式計算壓實后砂巖孔隙度φ2:

式中:膠結(jié)物含量為樣品巖礦分析的膠結(jié)物含量，%;物性分析孔隙度為樣品進(jìn)行物性分析所得到得孔隙度，%。

膠結(jié)與交代后砂巖孔隙度的計算公式如下

次生孔隙度是指次生孔隙所占的那部分空間，主要為各類溶孔:

對吳堡地區(qū)278份薄片資料進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

將以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)代入公式(1)～(8)中，求出各成巖作用對儲層孔隙度改造程度的量化結(jié)果(表2)。

通過粒度數(shù)據(jù)計算得出，吳堡地區(qū)長6儲層原始孔隙度為29.65%，壓實作用損失了16.82%的孔隙度，損失率為57%。根據(jù)壓實等級劃分，屬于強(qiáng)壓實。早成巖階段，綠泥石碳酸巖等礦物的膠結(jié)損失孔隙度為6.39%，損失率為21%;經(jīng)歷早成巖階段的壓實膠結(jié)等作用后，儲層剩余孔隙度為6.44%;中成巖階段，溶蝕作用貢獻(xiàn)了5.40%的孔隙度，再經(jīng)過晚期成巖膠結(jié)，損失孔隙度為1.12%。微裂縫貢獻(xiàn)了孔隙度0.03%，最終得到研究區(qū)現(xiàn)今的孔隙度為10.76%。

表1 吳堡地區(qū)長6油層組孔隙分類統(tǒng)計結(jié)果(278個樣品)

表2 儲層成巖過程中的孔隙度演化

4 結(jié)語

(1)吳堡地區(qū)長6儲層主要為湖湘三角洲前緣沉積，以細(xì)粒長石砂巖為主，含細(xì)粒巖屑長石砂巖，填隙物以膠結(jié)物為主，含少量雜基，膠結(jié)物中綠泥石含量較高，總體表現(xiàn)為低成分成熟度，高結(jié)構(gòu)成熟度的特點。

(2)研究區(qū)成巖作用主要為壓溶、膠結(jié)、溶解等作用。壓實作用和膠結(jié)是儲層孔隙減少的重要原因，溶解作用為儲層提供了大量次生孔隙，對區(qū)內(nèi)油氣充注提供了優(yōu)良通道和儲集空間，裂隙孔有利于溝通粒間孔喉，增加儲層滲流能力。研究區(qū)內(nèi)儲層以次生孔隙為主，原生孔隙為輔，綠泥石膜對儲層孔隙保存有著重要作用，為后期次生孔隙生成提供先決條件

(3)通過對吳堡地區(qū)長6儲層孔隙度演化模式的定量研究。認(rèn)為砂巖初始孔隙度為29.65%，壓實作用造成57%的原生孔隙損失，膠結(jié)作用又造成21%的原生孔隙的損失，而溶解作用又給儲層增加了5.40%的孔隙度，微裂縫增加了0.03%的孔隙度，從而得到現(xiàn)今10.76%的孔隙度。

(4)根據(jù)長6儲層砂巖成巖階段劃分表可知，長6儲層先成藏后致密，總體處于晚成巖階段，溶蝕型次生孔隙是這個時期的主要孔隙類型，其發(fā)育帶往往是有利儲層發(fā)育區(qū)

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