曲希玉，陳 修 ，邱隆偉 ，張滿利 ，張向津

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.煙臺(tái)外國(guó)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，山東 煙臺(tái) 264000；3.天津方聯(lián)科技發(fā)展有限公司，天津 300000]

石英溶解型次生孔隙的成因及其對(duì)儲(chǔ)層的影響
——以大牛地氣田上古生界致密砂巖儲(chǔ)層為例

曲希玉1，陳 修1，邱隆偉1，張滿利2，張向津3

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.煙臺(tái)外國(guó)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，山東 煙臺(tái) 264000；3.天津方聯(lián)科技發(fā)展有限公司，天津 300000]

以鄂爾多斯盆地大牛地氣田上古生界致密砂巖儲(chǔ)層中的石英溶解為研究對(duì)象，借助偏光顯微鏡、掃描電鏡、陰極發(fā)光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡的觀察及統(tǒng)計(jì)，結(jié)合X-衍射分析數(shù)據(jù)及水-巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了石英溶解的典型形貌特征、成因及其對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的影響。研究結(jié)果顯示：1)大牛地氣田石英溶解現(xiàn)象普遍發(fā)育，且具有典型的電鏡形貌特征，常呈“雨痕狀”與“蜂窩狀”的溶蝕坑洞。2)大牛地氣田的石英溶解發(fā)生于堿性環(huán)境下，具體證據(jù)為①水熱實(shí)驗(yàn)證實(shí)石英溶解于堿性環(huán)境下更易發(fā)生，在致密砂巖儲(chǔ)層中很難發(fā)生酸性溶蝕；②與石英溶解共生的方解石膠結(jié)交代現(xiàn)象普遍；③部分層位富伊利石貧高嶺石，并發(fā)育數(shù)量不等的綠泥石包殼。3)石英的堿性溶解作用形成粒間溶蝕孔、擴(kuò)大孔等次生孔隙，平均増孔近6%，是大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層部分層位優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的成因。

堿性環(huán)境；水熱實(shí)驗(yàn)；石英溶解；優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；大牛地氣田

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層中石英溶解現(xiàn)象的關(guān)注度逐漸增加，陸續(xù)在泌陽(yáng)凹陷[1]、塔西南坳陷[2]、濟(jì)陽(yáng)坳陷[3]、塔里木盆地[4]、遼河灘海西部凹陷[5]、東營(yíng)凹陷[6]、四川盆地[7]及塔中凹陷[8]發(fā)現(xiàn)了石英溶解現(xiàn)象，并提出了一種新的儲(chǔ)層孔隙成因類型——石英溶解型次生孔隙[9]。關(guān)于儲(chǔ)層中石英溶解的條件，大部分學(xué)者認(rèn)為是在堿性地層水環(huán)境下發(fā)生的[1-8]，并在此基礎(chǔ)上提出了堿性成巖作用[1,3,7,10-11]，該作用是以堿性地層水活動(dòng)為背景，以石英溶解及石英溶解型次生孔隙顯著存在為主要特征的成巖作用類型[10]，作用的結(jié)果是形成石英溶解型次生孔隙。堿性成巖作用的提出，促進(jìn)了對(duì)成巖環(huán)境及影響更為深入的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確分析了儲(chǔ)層不同成因類型的孔隙特征，豐富和完善了成巖作用理論[11]。當(dāng)然在儲(chǔ)層成巖流體演化過(guò)程中并不能排除酸性流體,尤其是有機(jī)酸對(duì)石英溶蝕的作用，部分學(xué)者在塔里木盆地砂巖儲(chǔ)層石英溶蝕成因的研究中，探討了有機(jī)酸對(duì)于石英溶蝕的貢獻(xiàn)[4,8]，認(rèn)為有機(jī)酸對(duì)于石英的溶蝕強(qiáng)烈但很局限。本次在大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層研究中，也發(fā)現(xiàn)了大量的石英溶解現(xiàn)象，該現(xiàn)象是在何種流體環(huán)境下發(fā)生的，對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層有什么影響呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文借助砂巖樣品的偏光顯微鏡、掃描電鏡、陰極發(fā)光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡的觀察及統(tǒng)計(jì)，結(jié)合X-衍射分析數(shù)據(jù)及石英單晶在不同pH值及溫度下的水熱實(shí)驗(yàn)，總結(jié)石英溶解的典型電鏡形貌特征，證明石英的堿性溶解作用，探討堿性溶解成巖相對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的影響。

大牛地氣田地處陜西和內(nèi)蒙古交界，面積2 003.71 km2，位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部，為一平緩的西傾大單斜，傾角不足1°，局部構(gòu)造不發(fā)育。本次研究的目的層位為上古生界石炭系太原組(T)、二疊系山西組(S)和下石盒子組(H)，太原組分為太一段(T1)和太二段(T2)；山西組分為山一段(S1)和山二段(S2)，其中山一段三分為S1-1，S1-2，S1-3，山二段二分為S2-1，S2-2；下石盒子組包括盒一段(H1)、盒二段(H2)和盒三段(H3)，其中盒一段三分(H1-1，H1-2，H1-3)、盒二段和盒三段二分(H2-1，H2-2，H3-1，H3-2)，文中涉及地層符號(hào)均與此相同，不再贅述。巖石類型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖。研究中共采集25口鉆井的200余塊砂巖樣品，對(duì)其中的161件樣品進(jìn)行了掃描電鏡觀察、26件樣品進(jìn)行了激光共聚焦觀察，切制普通及鑄體薄片200余片。

1 石英溶解的電鏡形貌特征

大牛地氣田的石英溶解作用較發(fā)育，主要是沿石英顆粒和次生加大邊緣發(fā)生不同程度的溶蝕。石英顆粒邊緣可形成港灣狀溶解(圖1a)和石英溶解“殘骸”(圖1b)，如大48井埋深2 744.7 m處，顆粒的右側(cè)見典型的港灣狀溶解，孔隙另一側(cè)的石英顆粒邊緣也發(fā)生了溶解，形成粒間超大孔(圖1a)；再如大21井埋深2 728 m處，石英顆粒發(fā)生強(qiáng)烈的溶解作用，僅剩余部分石英溶解“殘骸”，形成縫狀粒間擴(kuò)大孔(圖1b)，增大了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。加大邊被溶后斷續(xù)分布于顆粒周圍，在第Ⅰ期和第Ⅲ期石英次生加大邊中均可見加大邊溶解的現(xiàn)象，且第Ⅲ期較第Ⅰ期的溶解作用普遍[12]。通過(guò)對(duì)大牛地氣田17口鉆井近200片鑄體薄片的鏡下觀察和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)石英溶解現(xiàn)象在全區(qū)各個(gè)層位均有發(fā)育，太原組二段是石英溶解型孔隙最發(fā)育的層段(圖2)。

通過(guò)對(duì)大牛地氣田25口鉆井161件樣品的掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)石英溶解作用具有典型的電鏡形貌特征，常在石英顆粒表面形成“雨痕狀”與“蜂窩狀”的溶蝕坑洞?！坝旰蹱睢比芸邮窃谑㈩w粒表面形成雨滴形態(tài)的溶蝕凹痕(圖1c，d)，多出現(xiàn)在溶蝕較弱或溶蝕時(shí)間較短的部位；而“蜂窩狀”溶坑是雨痕狀溶坑溶解形成“孔洞狀”(圖1e)，之后再進(jìn)一步溶解形成的(圖1f)，主要發(fā)生在溶蝕較強(qiáng)烈或溶蝕時(shí)間較長(zhǎng)的部位。該石英表面溶解的典型形貌特征，可以根據(jù)PBC理論及Kossel晶體理想晶面理論中的K面結(jié)構(gòu)進(jìn)行類似解釋，在Kossel晶體中每一個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元脫離晶面的相對(duì)難易程度與該立方體結(jié)構(gòu)單元同晶體中其他結(jié)構(gòu)單元相連的鍵的數(shù)目正相關(guān)[13]。如此發(fā)育的石英溶解現(xiàn)象是有機(jī)酸作用的結(jié)果還是堿性流體的溶解呢，本文借助水巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及典型自生礦物的成巖環(huán)境分析，對(duì)大牛地氣田石英溶解成因進(jìn)行了分析。

2 石英堿性溶解的證據(jù)

2.1 水熱實(shí)驗(yàn)證據(jù)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)條件及流程

實(shí)驗(yàn)所用材料包括六方柱狀的石英單晶、固態(tài)氫氧化鈉、純乙酸溶液和蒸餾水。實(shí)驗(yàn)前將石英單晶加工成長(zhǎng)約1 cm的六方柱體；用氫氧化鈉配制成pH值為8.0，8.5，9.0和9.5的堿性溶液；用乙酸配制成pH值為4.5、5.0和5.5的酸性溶液。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度分別為130，160，200，250和300 ℃，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的壓力均為蒸汽壓，平均在3 MPa左右。實(shí)驗(yàn)所用儀器為FYX-1型反應(yīng)釜，型號(hào)及各項(xiàng)指標(biāo)均與文獻(xiàn)[14]一致。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將500 mL配置好的特定pH值的溶液放入反應(yīng)釜中，然后將洗凈并烘干的石英樣品放入釜內(nèi)吊籃中并密封，分別在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度下恒溫反應(yīng)48 h。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，待釜內(nèi)溫度降至室溫，將反應(yīng)后的樣品取出，反復(fù)用蒸餾水沖洗、烘干并稱重；最后對(duì)反應(yīng)前后的樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察，對(duì)比其溶蝕、溶解的形貌特征，所用掃描電鏡型號(hào)為JSM-6700F型。

圖1 大牛地氣田石英溶解及共生成巖作用鏡下特征照片(一)

圖2 大牛地氣田石英溶解現(xiàn)象層位分布

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)反應(yīng)后石英樣品的掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后部分石英樣品的晶體表面有溶蝕孔洞形成，其形貌特征與大牛地氣田石英溶解的電鏡形貌特征相近，形似“雨痕狀”和“蜂窩狀”(圖1g，h)。對(duì)比不同溫度下石英溶解的電鏡相貌特征發(fā)現(xiàn)，石英晶體在酸堿溶液中均隨溫度的升高而溶蝕、溶解程度增強(qiáng)。不同的是，酸性溶液中，在溫度為200 ℃(pH=5.5)條件下，石英表面才開始出現(xiàn)微弱的溶蝕現(xiàn)象，且隨溫度升高石英的溶蝕規(guī)模逐漸變大，溫度低于200 ℃基本觀察不到溶蝕現(xiàn)象的存在，相對(duì)于pH值，溫度對(duì)石英溶蝕的影響更明顯。而堿性溶液中，在溫度為130 ℃(pH=9.5)條件下，石英溶解現(xiàn)象已經(jīng)非常明顯，可見“蜂窩狀”的溶蝕孔洞(圖1i)，隨著溫度及pH值的升高石英溶解程度逐漸增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于酸性介質(zhì)，堿性條件下石英晶體更易溶解，且溫度更低。結(jié)合鄂爾多斯盆地的地溫梯度及石英次生加大邊包裹體的均一溫度[15-16]，可推斷目的層位的地層溫度最高不超過(guò)150 ℃，該溫度下石英的酸性溶蝕基本不發(fā)生。結(jié)合石英溶解的水熱實(shí)驗(yàn)和大牛地氣田的地層條件，可以證明大牛地氣田的石英溶解是堿性環(huán)境下發(fā)生的，石英的酸性溶蝕極難發(fā)生。

2.2 自生膠結(jié)物證據(jù)

2.2.1 與石英溶解共生的方解石膠結(jié)

大牛地氣田的碳酸鹽類膠結(jié)物十分發(fā)育，主要以方解石膠結(jié)交代的形式存在，可見大量充填孔隙的連生方解石，并交代石英等骨架顆粒(圖1j)。借助陰極發(fā)光顯微鏡，將碳酸鹽膠結(jié)分為兩期，第Ⅰ期為方解石膠結(jié)粒間孔，含少量白云石，常呈薄膜狀繞孔分布，含量較少；第Ⅱ期為方解石、鐵方解石充填粒間孔，分布普遍，鐵離子含量相對(duì)較高(圖1k)。

通過(guò)石英溶解作用及與其共生的方解石膠結(jié)作用發(fā)育情況的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大牛地氣田存在大量與石英溶解作用共生的方解石膠結(jié)交代現(xiàn)象(表1)，如大48井2 744.70 m處，石英顆粒邊緣呈港灣狀溶解，同時(shí)可見裂縫兩側(cè)的鐵方解石膠結(jié)，且該膠結(jié)物未見溶蝕(圖1l)。由于方解石膠結(jié)物發(fā)育的儲(chǔ)層流體環(huán)境為堿性，說(shuō)明大牛地氣田存在堿性流體的活動(dòng)，而方解石膠結(jié)物溶蝕作用不發(fā)育或很微弱，從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明石英溶解型次生孔隙并非為碳酸鹽膠結(jié)物交代石英之后的酸性溶解作用形成，而僅為堿性環(huán)境下形成的。

堿性環(huán)境下，石英溶解形成的次生孔隙對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)主要取決于膠結(jié)量與溶解量的比例，在大牛地氣田，當(dāng)石英的溶解量達(dá)到5%以上時(shí)方可形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[17]，如果膠結(jié)作用較強(qiáng)，那么石英溶解型次生孔隙并不能形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

2.2.2 自生粘土礦物

砂巖中自生伊利石形成于富K+的堿性環(huán)境，而高嶺石是由酸性流體與富Al3+礦物反應(yīng)的產(chǎn)物，形成于酸性環(huán)境[18]，如果某個(gè)地區(qū)或?qū)游话l(fā)育上述粘土礦物中的一種，說(shuō)明其形成的流體環(huán)境較單一，比如發(fā)育伊利石即形成于堿性環(huán)境。大牛地氣田砂巖儲(chǔ)層中的粘土礦物主要為伊利石、高嶺石和綠泥石，主要以自生粘土礦物的形式存在，相對(duì)含量垂向分層性顯著(表2)，由上古生界下石盒子組至太原組呈綠泥石含量逐漸減少，伊利石含量逐漸增多的特點(diǎn)。在下石盒子組三段和二段，綠泥石含量相對(duì)較高，達(dá)50%以上,下石盒子組一段和山西組二段三種粘土礦物的含量相當(dāng)。而山西組一段和太原組二段表現(xiàn)為富伊利石貧高嶺石的特征(圖3)，山一段伊利石的平均相對(duì)含量近83%，太二段更是高達(dá)92%以上，個(gè)別樣品達(dá)100%(大21井2844.71m)，多數(shù)樣品未檢測(cè)出高嶺石。山一段和太二段伊利石含量的異常高值說(shuō)明該層位在成巖演化過(guò)程中經(jīng)歷的流體環(huán)境主要為堿性環(huán)境，為石英溶蝕提供了堿性介質(zhì)條件。該結(jié)論與薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果略有出入，應(yīng)該是由于山一段鑄體薄片數(shù)偏少，導(dǎo)致石英溶解統(tǒng)計(jì)數(shù)量偏低。

綠泥石是在富Fe2+和Mg2+的堿性條件下形成的[18]，砂巖中主要以自生膠結(jié)物的形式存在于顆粒周圍，晶體自形程度較高，可分為顆粒包膜綠泥石、孔隙襯里綠泥石和孔隙充填綠泥石3種產(chǎn)狀[19-20]，其中孔隙襯里綠泥石即為綠泥石包殼。世界范圍內(nèi)的43個(gè)綠泥石包殼實(shí)例中，對(duì)儲(chǔ)層影響主要表現(xiàn)為抑制石英生長(zhǎng)、保護(hù)孔隙的積極(43%)和混合(37%)作用，只有3個(gè)為消極作用[21]；國(guó)內(nèi)的綠泥石包殼主要發(fā)育于鄂爾多斯盆地、四川盆地、松遼盆地及海拉爾等盆地，對(duì)儲(chǔ)層主體起保護(hù)作用，僅個(gè)別影響較弱或者降低砂巖儲(chǔ)層質(zhì)量[22]。

表1 大牛地氣田石英溶解及方解石膠結(jié)共同發(fā)育情況

表2 大牛地氣田粘土礦物相對(duì)含量

續(xù)表2 大牛地氣田粘土礦物相對(duì)含量

圖3 大牛地氣田不同層位自生粘土礦物含量分布特征

大牛地氣田的綠泥石包殼厚度為10～20 μm，包裹碎屑石英顆粒，形成大量的三角形原生粒間孔(圖1m)，且由孔隙邊緣向孔隙中心其晶形漸好，顆粒漸大，該產(chǎn)狀的綠泥石可抑制石英的次生加大，保護(hù)孔隙。綠泥石膠結(jié)物主要發(fā)育于下石盒子組，尤其是盒二段和盒三段(圖2)，而綠泥石包殼在這些層位也最為發(fā)育，綠泥石包殼即保護(hù)了原生孔隙，又為石英的溶解提供了堿性環(huán)境。綠泥石包殼的存在可以證明石英的堿性溶解作用，但并不能說(shuō)其發(fā)育層位儲(chǔ)層物性就好，因?yàn)樵诖笈５貧馓锞G泥石包殼并不是普遍發(fā)育的現(xiàn)象，而且在綠泥石膠結(jié)物發(fā)育的層位中，綠泥石主要呈葉片狀(圖1n)和絨線團(tuán)狀(圖1o)充填孔隙的形式存在，常堵塞孔喉。因此，綠泥石包殼的存在可以證明石英溶解是在堿性條件下發(fā)生的，但其對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)較小。

3 石英堿性溶解型孔隙對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的影響

3.1 致密砂巖儲(chǔ)層物性的垂向變化

以大牛地氣田大18井為例，借助目的層位的26件砂巖樣品的激光共聚焦顯微鏡觀察，結(jié)合面孔率與實(shí)測(cè)孔隙度數(shù)據(jù)，分析致密砂巖儲(chǔ)層物性的垂向演化，所用激光共聚焦顯微鏡的型號(hào)為L(zhǎng)SM700。

分析結(jié)果顯示，大18井的孔隙半徑最小為3 μm，最大達(dá)332.51 μm，平均為8 μm左右，孔隙連通性較好，呈網(wǎng)格狀展布(圖4a，b)。其最大孔隙半徑的垂向變化與孔隙度的垂向變化特征相似(圖5)，最大孔隙半徑發(fā)育的層位與孔隙度較高的層位基本一致，說(shuō)明顆粒之間的溶蝕孔、擴(kuò)大孔等次生孔隙是致密砂巖儲(chǔ)層物性變好的主要原因。大18井是在壓實(shí)作用(圖4c)的背景下，由鈣質(zhì)(圖4d)及硅質(zhì)(圖4e)等膠結(jié)作用使其致密化，堿性溶解作用形成粒間溶蝕孔、擴(kuò)大孔等次生孔隙(圖4f)，進(jìn)而形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的成巖演化過(guò)程。

3.2 堿性溶解成巖相的物性演化特征

物性演化的研究過(guò)程中，主要采用反演回剝法，恢復(fù)其各地質(zhì)歷史時(shí)期不同成巖階段的孔隙度，并以現(xiàn)今孔隙結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)，結(jié)合不同成巖事件造成的孔隙度變化值，恢復(fù)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)[23-24]，具體恢復(fù)過(guò)程如下。

1) 通過(guò)Trask分選系數(shù)(So)與儲(chǔ)層原始孔隙度(Φ原始)的函數(shù)關(guān)系,計(jì)算儲(chǔ)層原始孔隙度：

Φ原始=20.91+22.90/So[25]

(1)

2) 建立面孔率(S面孔率)與孔隙度(Φ)轉(zhuǎn)化關(guān)系式：

Φ=0.922 3S面孔率+0.496 9，R2=0.8528 (2)

3) 定量統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵膠結(jié)、溶解作用面孔率的變化量，并計(jì)算其對(duì)應(yīng)的孔隙度變化量。

4) 對(duì)機(jī)械壓實(shí)作用進(jìn)行校正，并計(jì)算各成巖階段壓實(shí)減孔量。

5) 結(jié)合埋藏演化史信息，建立孔隙度演化曲線。

在大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層成巖作用與物性特征的研究基礎(chǔ)上，共劃分了4種成巖相，分別為壓實(shí)壓溶硅質(zhì)膠結(jié)成巖相、鈣質(zhì)膠結(jié)交代成巖相、堿性溶解成巖相和酸性溶解成巖相。其中，堿性溶解成巖相的顆粒以點(diǎn)、點(diǎn)-線和線接觸為主，主要儲(chǔ)集空間類型為次生溶孔，部分被泥鐵質(zhì)充填。本次以大12井2 746.03m(T2)樣品為例，對(duì)堿性溶解成巖相的物性演化特征進(jìn)行了研究，其原始孔隙度為33.42%左右，早期壓實(shí)作用減孔量大，孔隙度減少9.83%，晚期壓實(shí)減孔量較小，孔隙度僅減少1.8%。早期膠結(jié)作用的減孔量較小，孔隙度僅減少1.61%，主要為碳酸鹽膠結(jié)，而晚期膠結(jié)作用的減孔量較大，孔隙度減少18.86%，主要為高嶺石等泥質(zhì)膠結(jié)物充填。堿性溶解作用提供大量次生孔隙，起到增孔作用，孔隙度增加11.33%，是儲(chǔ)層物性改善的主要原因，該成巖相的現(xiàn)今孔隙度為12.65%，大于致密砂巖孔隙度的下限(10%)。堿性溶解成巖相的孔隙演化特征可概括為：壓實(shí)作用使原生孔隙減少，膠結(jié)作用堵塞孔隙(以粘土膠結(jié)為主)，壓實(shí)及膠結(jié)作用是致密砂巖儲(chǔ)層致密化的主要原因，堿性溶解作用形成次生孔隙，增加孔隙度(圖6)?？傮w上，堿性溶解成巖相中壓實(shí)、膠結(jié)作用使儲(chǔ)層物性變差，堿性溶解作用提供優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

統(tǒng)計(jì)大牛地氣田各層位受堿性溶解作用影響的儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)石英溶解成巖相的儲(chǔ)層孔隙度、滲透率明顯偏高，其孔隙度為6.40%～18.9%，平均為12.23%，滲透率為0.17×10-3～12.10×10-3μm2，平均為1.90×10-3μm2；而整個(gè)大牛地氣田的孔隙度平均值為6.80%，滲透率平均值為0.80×10-3μm2。石英堿性溶解形成的次生孔隙很好的改善了大牛地氣田的儲(chǔ)層孔隙度和滲透率，孔隙度的增加量近6%，滲透率的增加量在1.00×10-3μm2以上(圖7)。這說(shuō)明石英的堿性溶解作用為大牛地氣田提供了大量的儲(chǔ)集空間，是其次生孔隙的主要成因，為個(gè)別層位(尤其是太二段)提供了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

4 結(jié)論

1) 大牛地氣田石英溶解普遍發(fā)育，發(fā)育最多的層位是太原組二段，石英溶解具有典型的電鏡形貌特征，常在石英顆粒表面形成“雨痕狀”、“蜂窩狀”的溶蝕坑洞。

2) 大牛地氣田的石英溶解是在堿性地層水環(huán)境下發(fā)生的，具體證據(jù)為：水熱實(shí)驗(yàn)證實(shí)石英溶解于堿性環(huán)境下更易發(fā)生，在致密砂巖儲(chǔ)層中很難發(fā)生酸性溶蝕；與石英溶解共生的方解石膠結(jié)交代現(xiàn)象普遍；部分層位富伊利石貧高嶺石，為石英溶解提供了堿性環(huán)境；個(gè)別層段綠泥石包殼發(fā)育，為石英溶解提供了堿性環(huán)境，但貢獻(xiàn)較弱。

3) 在大牛地致密砂巖儲(chǔ)層成巖演化過(guò)程中，石英的堿性溶解作用形成粒間溶蝕孔、擴(kuò)大孔等次生孔隙，平均増孔量近6%，是部分層位(尤其是太二段)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主要原因。

圖4 大牛地氣田石英溶解及共生成巖作用鏡下特征照片(二)

圖5 大18井儲(chǔ)層孔隙垂向演化

圖6 堿性溶解成巖相的孔隙演化史

圖7 石英溶解發(fā)育層位與大牛地氣田物性對(duì)比

[1] 邱隆偉，姜在興，操應(yīng)長(zhǎng),等.泌陽(yáng)凹陷堿性成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響[J].中國(guó)科學(xué)(D輯),2001,31(9):752-759. Qiu Longwei,Jiang Zaixing,Cao Yingchang,et al.Alkaline diagenesis and its influence toreservoir in Biyang depression[J].Science in China(Series D) ,2001,31(9):752-759.

[2] 邱隆偉,潘耀.柯克亞凝析氣田石英的溶解現(xiàn)象及其成因[J].礦物學(xué)報(bào),2005,25(2):183-190. Qiu Longwei,Pan Yao.A study on direct dissolution of quartz and its genesis in the Kedeya Gas Condensate[J].Acta Mineralogica Sinica,2005,25(2):183-190.

[3] 邱隆偉，趙偉，劉魁元.堿性成巖作用及其在濟(jì)陽(yáng)坳陷的應(yīng)用展望[J].油氣地質(zhì)與采收率,2007,14(2):10-15. Qiu Longwei,Zhao Wei,Liu Kuiyuan.Alkali diagenesis and its application in Jiyang Depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2007,14(2):10-15.

[4] 鐘大康，朱筱敏，周新源，等.初論塔里木盆地砂巖儲(chǔ)層中SiO2的溶蝕類型及其機(jī)理[J].地質(zhì)科學(xué),2007,42(2):403-414. Zhong Dakang,Zhu Xiaomin,Zhou Xinyuan,et al.An approach to categories and mechanisms of SiO2dissolution in sandstone reservoirs in the Tarim Basin[J].Chinese Journal of Geology,2007,42(2):403-414.

[5] 劉媛媛，于炳松，朱金富,等.遼河灘海西部凹陷古近系碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].現(xiàn)代地質(zhì),2009,23(4):731-738. Liu Yuanyuan,Yu Bingsong,Zhu Jinfu,et al.Diagenesis and its influence on physical properties in paleogene clastic reservoir in the West Sag of the Beach Area,Liaohe Depression[J].Geoscience,2009,23(4):731-738.

[6] 譚先鋒，田景春，李祖兵，等.堿性沉積環(huán)境下碎屑巖的成巖演化—以山東東營(yíng)凹陷陡坡帶沙河街組四段為例[J].地質(zhì)通報(bào),2010,29(4):535-543. Tan Xianfeng,Tian Jingchun,Li Zubing,et al.Diagenesis evolution of fragmental reservoir in alkali sediment environment-taking the Member 4 of Shahejie Formation of steep-slope zone in Dongying sag,Shandong,China for example[J].Geological Bulletin of China,2010,29(4):535-543.

[7] 張勝斌，劉震，劉紅俊，等.四川盆地河包場(chǎng)須家河組堿性成巖作用[J].新疆石油地質(zhì),2011,32(5):464-468. Zhang Shengbin,Liu Zhen,Liu Hongjun,et al.Alkali diagenesis of Xujiahe Sandstone in Hebaochang Block in Sichuan Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2011,32(5):464-468.

[8] 萬(wàn)友利,丁曉琪,白曉亮，等.塔中地區(qū)志留系海相碎屑巖儲(chǔ)層石英溶蝕成因及影響因素分析[J].沉積學(xué)報(bào),2014,32(1):138-147. WanYouli,Ding Xiaoqi,Bai Xiaoliang,et al.Quartz dissolution causes and influencing factors in the Silurian marine clastic reservoir rocks in Central Tarim Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2014,32(1):138-147.

[9] 邱隆偉，姜在興，陳文學(xué)，等.一種新的儲(chǔ)層孔隙成因類型——石英溶解型次生孔隙[J].沉積學(xué)報(bào),2002,20(4):621-627. Qiu Longwei,Jiang Zaixing,Chen Wenxue,et al.Anew type of secondary porosity-quartz dissolution porosity[J].Acta Sedimentologica Sinica,2002,20(4):621-627.

[10] 邱隆偉，姜在興.陸源碎屑巖的堿性成巖作用[M].北京:地質(zhì)出版社,2006,8:1-7. Qiu Longwei,Jiang Zaixing.Alkaline terrigenous clastic rock diagenesis[M].Beijing:Geological Publishing House,2006,8:1-7.

[11] 張金亮，張鵬輝，謝俊，等.碎屑巖儲(chǔ)集層成巖作用研究進(jìn)展與展望[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2013,28(9):957-967. Zhang Jinliang,Zhang Penghui,Xie Jun,et al.Diagenesis of clastic reservoirs:advances and prospects[J].Advances in Earth Science,2013,28(9):957-967.

[12] 曲希玉，邱隆偉，宋璠，等.大牛地氣田石英次生加大的特征及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2014,36(5):567-573. Qu Xiyu,Qiu Longwei,Song Fan,et al.Characteristics and its effect on reservoir physical property of quartz overgrowth at Daniudi Gas Field[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(5):567-573.

[13] Gautier J M,Oelkers E H,Schott J.Are quartz dissolution rates proportional to B.E.T.surface areas?[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2001,65(7):1059-1070.

[14] 曲希玉,劉立,胡大千,等.CO2流體對(duì)含片鈉鋁石砂巖改造作用的實(shí)驗(yàn)研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2007,37(4):690-696. Qu Xiyu,Liu Li,Hu Daqian,et al.Study on the dawsonite sandstones reformation with CO2fluid[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2007,37(4):690-696.

[15] 任戰(zhàn)利.鄂爾多斯盆地?zé)嵫莼放c油氣關(guān)系的研究[J].石油學(xué)報(bào),1996,17(1):17-24. Ren Zhanli.Research on the relations between geothermal history and oil-gas accumulation in the Ordos Basin[J].Acta Petrolei Sinica,1996,17(1):17-24.

[16] 羅月明,劉偉新,譚學(xué)群,等.鄂爾多斯大牛地氣田上古生界儲(chǔ)層成巖作用評(píng)價(jià)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2007,29(4):384-390. Luo Yueming,Liu Weixin,Tan Xuequn,et al.Diagenesis and reservoir evaluation the Upper Palaeozonic reservoir sandstones in Daniudi Gas Field,the Ordos Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2007,29(4):384-390.

[17] 邱隆偉，徐寧寧，周涌沂，等.鄂爾多斯盆地大牛地地區(qū)致密砂巖石英溶解作用及其對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的影響[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2015,34(1):38-44. Qiu Longwei,Xu Ningning,Zhou Yongyi,et al.Dissolution of quartz in tight sandstones of the Daniudi area,Ordos Basin,and its influence to high quality reservoirs[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2015,34(1):38-44.

[18] 徐同臺(tái)，王行信，張有瑜，等.中國(guó)含油氣盆地粘土礦物[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003,9:63-69. Xu Tongtai,Wang Xingxin,Zhang Youyu,Clay minerals inpetroliferous basins of China[M].Beijing:Petroleum industry press,2003,9:63-69.

[19] 田建鋒，陳振林，楊友運(yùn).自生綠泥石對(duì)砂巖儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)機(jī)理[J].地質(zhì)科技情報(bào),2008a,27(4):49-54. Tian Jianfeng,Chen Zhenlin,Yang Youyun.Protectionmechanism of authigenic chlorite on sandstone reservoir pores[J].Geological Science and Technology Information,2008a,27(4):49-54.

[20] 田建鋒，陳振林，凡元芳，等.砂巖中自生綠泥石的產(chǎn)狀形成機(jī)制及其分布規(guī)律[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2008b,27(2):200-206. Tian Jianfeng,Chen Zhenlin,Fan Yuanfang,et al.Theoccurrence,growth mechanism and distribution of authigenic chlorite in sandstone[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2008b,27(2):200-206.

[21] Dowey P J,Hodgson D M,Worden R H.Pre-requisites,processes,and prediction of chlorite grain coatings in petroleum reservoirs:A review of subsurface examples[J].Marine and Petroleum Geology,2012,32(1):63-75.

[22] 曲希玉，劉珍，高媛，等.綠泥石包殼對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層物性的影響及其形成環(huán)境——以鄂爾多斯盆地大牛地氣田上古生界為例[J].沉積學(xué)報(bào),2015,33(4):786-794. Qu Xiyu,Liu Zhen,Gao Yuan,et al.The influence and formation environment of chlorite Coatings in the clastic rock[J].Acta Sedimentologica Sinica,2015,33(4):786-794.

[23] 操應(yīng)長(zhǎng)，葸克來(lái)，王艷忠，等.冀中坳陷廊固凹陷河西務(wù)構(gòu)造帶古近系沙河街組四段儲(chǔ)集層孔隙度演化定量研究[J].古地理學(xué)報(bào),2013,15(5):593-604. Cao Yingchang,Xi Kelai,Wang Yanzhong,et al.Quantitative research on porosity evolution of reservoirs in the Member 4 of Paleogene Shahejie Formation in Hexiwu structural zone of Langgu sag,Jizhong Depression[J].Journal of Palaeogeography,2013,15(5):593-604.

[24] 王艷忠，操應(yīng)長(zhǎng)，葸克來(lái)，等.碎屑巖儲(chǔ)層地質(zhì)歷史時(shí)期孔隙度演化恢復(fù)方法——以濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷沙河街組四段上亞段為例[J].石油學(xué)報(bào),2013,34(6):1100-1111. Wang Yanzhong,Cao Yingchang,Xi Kelai,et al.A recovery method for porosity evolution of clastic reservoirs with geological time:A case study from the upper submember of Es4 in the Dongying depression,Jiyang Subbasin[J].Acta Petrolei Sinica,2013,34(6):1100-1111.

[25] Beard D C,Weyl P K.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand[J].AAPG Bulletin,1973,57(2):349 -369.

(編輯 董 立)

Genesis of secondary pore of quartz dissolution type and its influences on reservoir:Taking the tight sandstone reservoir in the Upper Paleozoic of Daniudi gas field as an example

Qu Xiyu1,Chen Xiu1,Qiu Longwei1,Zhang Manli2,Zhang Xiangjin3

(1.FacultyofEarthSciences&Technology,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China;2.ForeignLanguageExperimentalSchoolofYantai,Yantai,Shandong264000,China;3.TianjinFanglianScience&TechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

By virtue of polarizing microscope,scanning electron microscope,cathode luminescence microscope,laser scan confocal microscope in combination with X-ray diffraction data and water rock interaction experiment,we studied quartz dissolution in tight sandstone reservoirs in the Upper Paleozoic of Daniudi gas field in Ordos Basin,and summarized the typical morphology features,genesis and its influences on tight sandstone reservoir.Results show that:(1)Quartz dissolution is common and has typical SEM morphology features as “rain print” and “honey comb” solution pits and/or vugs.(2)Quartz dissolution in Daniudigas field develops in alkaline environment,and the detailed evidences are as follows:①hydrothermal experiments verify that quartz dissolves more easily in alkaline environments than in acid conditions;②calcite cementation and metasomatism associated with quartz dissolution are common;③some horizons are rich in illite but poor in kaolinite,with some chlorite coatings occurring sporadically.(3)Quartz alkaline dissolution results in secondary pores such as intergranular dissolution pores and enlarged pores,leading to an average incremental porosity of about 6%.This is the cause of quality reservoirs in some tight sandstone intervals of Daniudi gas field.

alkaline environment,hydrothermal experiment,quartz dissolution,high quality reservoir,Daniudi gas field

2014-10-20;

2015-08-04。

曲希玉(1977—)，男，博士、副教授，流體-巖石相互作用、儲(chǔ)層及沉積。E-mail:quxiyu@upc.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372133;41472105)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05016-002;2011ZX05009-002)。

0253-9985(2015)05-0804-10

10.11743/ogg20150512

TE122.2

A