劉 濤

鄂爾多斯盆地神木-榆林地區(qū)太原組砂巖儲(chǔ)集層特征的分析

劉 濤

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，蘭州 730000）

依據(jù)對(duì)巖心、薄片分析等研究方法，對(duì)鄂爾多斯盆地東北部神木-榆林一帶二疊系太原組砂巖的巖石學(xué)特點(diǎn)、砂巖儲(chǔ)集層特征以及相應(yīng)影響因素進(jìn)行了分析，研究結(jié)果得出：該區(qū)域太原組砂巖以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖居多，含有少量石英砂巖等；研究區(qū)儲(chǔ)層空間主要為巖屑溶孔、長(zhǎng)石溶孔、晶間孔等，屬于低孔-低滲型的儲(chǔ)層；成巖作用控制著儲(chǔ)集層發(fā)育的最終形成，其中成巖過(guò)程中壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用對(duì)儲(chǔ)集空間有較大的影響。

太原組；儲(chǔ)層特征；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地是中國(guó)西北地區(qū)的一處大型沉積盆地，其中含有豐富的油氣資源，經(jīng)過(guò)幾十年連續(xù)不懈的地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)，已成為我國(guó)最大的石油、天然氣等能源產(chǎn)地。前人的工作主要集中在處于鄂爾多斯盆地西部的隴東、陜北中部等區(qū)域，盆地東北部由于勘探程度相對(duì)較低，具有較好資源潛力和研究?jī)r(jià)值。本文選取鄂爾多斯盆地東北部神木—榆林一帶為研究區(qū)，從二疊系太原組砂巖的巖石學(xué)角度出發(fā)，通過(guò)分析儲(chǔ)集孔隙和物性等特征，最后綜合研究成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖及太原期古地理圖（據(jù)陳安清，2007年，修改）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地東緣太原組地層沉積于三角洲平原和潮坪環(huán)境，為盆地內(nèi)最后一次海侵高潮時(shí)的沉積，在早二疊世太原期，由于海侵范圍擴(kuò)大及地殼下沉的影響，海水由東西兩側(cè)起向中央古隆起及北部侵漫，盆地內(nèi)沉積相南北分帶，該時(shí)期沉積相展布特點(diǎn)為：在平面上研究區(qū)中北部主要為一套海相淺水三角洲沉積，發(fā)育水下分流河道和支流間灣，形成網(wǎng)狀或樹枝狀砂體結(jié)構(gòu)，南部榆林到佳縣主要為一套碳酸鹽巖潮坪相和碎屑巖潮坪相沉積，發(fā)育少量的潮道砂體及潮下砂壩沉積，剖面上表現(xiàn)為陸源碎屑巖、煤層與淺海相灰?guī)r交互出現(xiàn)的巖性組合。

太原組其頂?shù)捉绶謩e與下二疊統(tǒng)山西組、上石炭統(tǒng)本溪組呈穩(wěn)定的整合接觸關(guān)系（采用長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院地層劃分方案）。依據(jù)研究區(qū)太原期古地理展布圖（圖1），發(fā)現(xiàn)太原組地層中砂體位于神木以東鄰近山西省的區(qū)域，砂體厚度超過(guò)30m，而在榆林以南厚度已少于10m，總體呈現(xiàn)北東厚、西南薄，自東向西逐漸變薄的趨勢(shì)。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

依據(jù)對(duì)254個(gè)薄片的巖礦鑒定分析：研究區(qū)二疊系太原組砂巖以巖屑石英砂巖居多(約占76%)，其余大多為巖屑砂巖(占20%)，石英砂巖很少，僅有10個(gè)，占4%（如圖2、3），總體上來(lái)看，巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為太原組主要的巖石類型。

圖2 研究區(qū)太原組砂巖類型三角投點(diǎn)圖

（參照曾允孚砂巖分類方案）

圖3 研究區(qū)太原組砂巖類型數(shù)據(jù)分布圖

巖石礦物組分方面，石英含量普遍較高，約占85%～96%，平均為81.8%；巖屑含量約占14.5%～32%，其中以變質(zhì)巖巖屑為主，其次為巖漿巖巖屑，沉積巖巖屑很少出現(xiàn)；研究區(qū)長(zhǎng)石含量很少，平均含量為6%，部分樣品中未見(jiàn)有長(zhǎng)石，進(jìn)而可以看出整個(gè)研究區(qū)的砂巖成分成熟度（Q/F+R）較高。

砂巖中的填隙物占巖石含量的7.5%～14%，其中雜基占8.73%，相對(duì)整個(gè)鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)層砂巖中雜基含量偏高1.6%，主要構(gòu)成組分為泥質(zhì)（以自生粘土礦物為主），另有一定數(shù)量的水云母、凝灰質(zhì)等。膠結(jié)物主要為碳酸鹽，其中鐵白云石膠結(jié)為主，鐵方解石次之。此外硅質(zhì)膠結(jié)物占一定比例，主要出現(xiàn)在石英砂巖中，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主。

研究區(qū)砂巖的粒級(jí)以中—粗砂居多，平均粒徑為0.76mm，最大粒徑超過(guò)2mm，，碎屑顆粒分選性較好，磨圓度中等，以次棱～次圓為主，顆粒接觸類型為線接觸、凹凸接觸，偶見(jiàn)點(diǎn)接觸關(guān)系，總體上太原組砂巖結(jié)構(gòu)成熟度高。

2.2 儲(chǔ)集空間特征

經(jīng)過(guò)顯微鏡和掃描電鏡觀察，研究區(qū)下二疊統(tǒng)太原組砂巖面孔率約3.05%，儲(chǔ)集空間中原生孔隙非常少見(jiàn)，僅出現(xiàn)在石英砂巖中礦物碎屑之間，經(jīng)由膠結(jié)交代改造等后保存下的殘余粒間孔，呈三角狀產(chǎn)出（圖版3）。

絕大多數(shù)孔隙為次生孔隙，約占97%以上，主要類型為巖屑溶孔、雜基溶孔、晶間孔、粒間溶孔以及長(zhǎng)石溶孔等。其中巖屑溶孔約占巖石儲(chǔ)集空間的73%，雜基溶孔為9%，晶間孔為6%，粒間溶孔為5%，長(zhǎng)石溶孔為4%，具體描述如下：

1）巖屑溶孔：在鏡下觀測(cè)較為普遍，巖屑中各種不穩(wěn)定組分（如基性火山巖碎屑）在成巖階段受到有機(jī)酸介入，被溶蝕改造后形成孔徑很小的微孔（圖版4）。

圖版1：巖屑被壓實(shí)發(fā)生塑形變形，鄰近可見(jiàn)有長(zhǎng)石溶蝕孔間孔隙

圖版2.碳酸鹽膠結(jié)物充填交代現(xiàn)象

圖版3.碎屑顆粒之間，出現(xiàn)在膠結(jié)物中間殘余粒間孔隙

圖版4.火山巖巖屑被局部溶解形成巖屑溶蝕孔

圖版5.長(zhǎng)石局部被溶蝕

圖版6.出現(xiàn)在顆粒之間的各種次生溶蝕孔

2）雜基溶孔：主要為雜基中泥質(zhì)成分發(fā)生伊利石化及部分云母溶蝕后形成的孔隙。

3）晶間孔：高嶺石和伊利石等自生粘土礦物為主的細(xì)小顆粒之間晶間孔隙。鏡下主要分布在巖屑及長(zhǎng)石碎屑等附近可見(jiàn)有自生伊利石和高嶺石的晶間孔。

4）粒間溶孔：主要是成巖后期階段，成巖流體對(duì)部分碎屑顆粒間的可溶組分（如雜基、自生粘土礦物及部分碳酸鹽膠結(jié)物等）溶蝕后形成了次生粒間溶蝕孔（圖版6）。

5）長(zhǎng)石溶孔：觀察發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)石碎屑很少，幾乎可見(jiàn)的長(zhǎng)石均有不同程度的溶蝕，從而形成長(zhǎng)石中溶孔及鑄?？祝▓D版1、5）。

3 儲(chǔ)層物性特征

依據(jù)收集研究區(qū)中不同區(qū)域的372個(gè)樣品的物性資料統(tǒng)計(jì)分析可得，太原組砂巖的孔隙度在0.04%～14.56%之間，平均孔隙度為5.21%；滲透率在0.0015×10-3～34.15×10-3μm2之間，平均滲透率為0.631×10- 3μm2；參照中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以得出，該區(qū)域太原組砂巖具有很低的孔隙度和滲透率的特點(diǎn)，已屬于致密砂巖儲(chǔ)層（圖4）。

根據(jù)孔滲相互關(guān)系圖可見(jiàn)，研究區(qū)太原組砂巖儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率的相關(guān)性較好，呈現(xiàn)正相關(guān)性，滲透率變化主要受孔隙發(fā)育程度控制，即隨著孔隙度的增大，滲透率相應(yīng)有增大趨勢(shì)（圖5）。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響

通過(guò)以上巖石學(xué)特征具體分析，推斷影響研究區(qū)太原組組砂巖儲(chǔ)集層主要是成巖作用，其對(duì)巖石碎屑顆粒之間孔隙變化有決定性影響，其中成巖早期的機(jī)械壓實(shí)作用、中期階段的膠結(jié)作用導(dǎo)致砂巖中孔隙減少，而成巖中后期伴隨成巖流體的進(jìn)入，有機(jī)酸對(duì)巖屑、長(zhǎng)石等的溶蝕，以及自生粘土礦物的形成在一定程度上擴(kuò)大了孔隙空間，對(duì)砂巖儲(chǔ)集層有積極改善的作用。

4.1 壓實(shí)作用

鄂爾多斯盆地東北部太原組砂巖埋深在2 000~3 500m之間，顯微鏡下觀察巖石薄片過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，巖石碎屑顆粒排列緊密，顆粒的接觸類型多以線-凹凸接觸為主，礦物組分中云母、泥巖巖屑等塑性顆粒被壓擠變形（圖版1），局部可見(jiàn)巖屑經(jīng)破碎后呈假雜基充填顆粒間，長(zhǎng)石或溶解后的殘余長(zhǎng)石脆性碎裂等現(xiàn)象。沉積期產(chǎn)生的原生孔隙在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用下基本上不復(fù)存在，同樣對(duì)于成巖后期的次生孔隙孔隙具有破壞性作用，是研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖孔隙減小、滲透率降低的主要因素。

4.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)中膠結(jié)物含量較高，同時(shí)膠結(jié)作用較為普遍，主要的膠結(jié)作用類型有碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)以及少量的自生粘土礦物膠結(jié)等。

圖4 研究區(qū)太原組砂巖的孔隙度、滲透率頻率分布圖

圖5 研究區(qū)太原組砂巖的孔滲相互關(guān)系圖

1）碳酸鹽膠結(jié)主要表現(xiàn)為鐵白云石、方解石在成巖早期對(duì)原生粒間孔隙膠結(jié)（圖版2），具有較強(qiáng)的破壞性作用；

2）硅質(zhì)膠結(jié)主要以石英次生加大的形式出現(xiàn)，局部以自生微晶石英的形式分散充填在孔隙中，成巖早期的石英次生加大對(duì)巖石碎屑的骨架結(jié)構(gòu)起到加固的作用，一定程度抵制壓實(shí)作用造成的破壞，保護(hù)了很少量的原生粒間孔隙，另一方面膠結(jié)充填必然導(dǎo)致了孔隙的整體空間變小。

3）在成巖后期出現(xiàn)的自生粘土礦物，主要是自生伊利石和高嶺石，其中自生高嶺石來(lái)自于長(zhǎng)石的溶解，極易形成晶間孔隙，同時(shí)發(fā)育蠕蟲狀高嶺石的伊利石化，自生伊利石的沉淀對(duì)于鄰近的次生孔隙具有保護(hù)性的作用。

綜合分析巖石中的成巖期膠結(jié)物填充原生孔隙和次生孔隙，使得儲(chǔ)集空間大量減少，自生粘土礦物的膠結(jié)填充過(guò)程中形成少量的次生孔隙，總體上對(duì)油氣儲(chǔ)集具有較為不利的影響。

4.3 壓實(shí)作用與膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集空間的影響評(píng)價(jià)

通過(guò)假定研究區(qū)太原組砂巖的初始孔隙度為40%，隨機(jī)選取151個(gè)砂巖樣品，分析其中負(fù)膠結(jié)物孔隙度與膠結(jié)物含量關(guān)系，依據(jù)投點(diǎn)圖（圖6）可以看出：

1）樣品投點(diǎn)集中于在面孔率0~10%這個(gè)區(qū)間。

2）投點(diǎn)大多位于圖形左下方區(qū)域中，成巖早期的機(jī)械壓實(shí)作用造成儲(chǔ)集空間體積的大量減少，相對(duì)與之后的膠結(jié)作用，其對(duì)孔隙的破壞程度更大。

4.3 溶解作用

溶解作用主要表現(xiàn)在顆粒碎屑（長(zhǎng)石、不穩(wěn)定巖屑）和填隙物（部分雜基，自生粘土礦物）等發(fā)生溶解現(xiàn)象，溶解作用在成巖中后期形成了的較多次生孔隙，是砂巖中儲(chǔ)集空間的最重要的組成部分，對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育具有建設(shè)性作用。

圖6 負(fù)膠結(jié)物孔隙度與膠結(jié)物含量關(guān)系圖

溶解作用涉及砂巖整個(gè)成巖過(guò)程，在早成巖階段中，由于近地表成巖環(huán)境，大氣水進(jìn)入早期煤系地層，通過(guò)物質(zhì)交換，酸性水由壓力上移進(jìn)入砂體中，對(duì)長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物等不穩(wěn)定的巖石組分進(jìn)行溶解作用下形成溶蝕孔隙，同時(shí)自生高嶺石的產(chǎn)出伴隨著出現(xiàn)晶間孔隙。

在成巖階段中晚期，隨著埋藏深度加大，溫度升高，臨近泥巖，煤系地層演變過(guò)程中所產(chǎn)生的酸性流體、有機(jī)酸和烴類流體等進(jìn)一步進(jìn)行溶解作用，鏡下薄片觀察長(zhǎng)石鑄模孔、高巖屑溶孔等，可以推斷出這個(gè)階段溶解作用強(qiáng)度很大，同時(shí)也說(shuō)明溶解作用對(duì)儲(chǔ)層砂體的改造具有實(shí)質(zhì)性的積極作用，可以使得砂體孔隙體積有效增大，同時(shí)有效的改善儲(chǔ)層砂體的滲流性。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東北部神木-榆林一帶二疊系太原組砂巖的巖石學(xué)特征、孔隙空間特征、物性特征、成巖作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響進(jìn)行綜合分析，得出如下結(jié)論：

1）研究區(qū)二疊系太原組砂巖儲(chǔ)層主要為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，同時(shí)存在少量石英砂巖；碎屑顆粒成分成熟度較高，結(jié)構(gòu)成熟度好。填隙物中主要為自生粘土礦物、碳酸鹽礦物和雜基等物質(zhì)。

2）該區(qū)域太原組砂巖組屬于低孔-低滲型儲(chǔ)層，其中孔隙度與滲透率相關(guān)性較好。儲(chǔ)集空間主要為次生孔隙，主要包括巖屑溶孔、粒間溶孔、晶間孔隙及長(zhǎng)石溶孔等。

3）成巖作用是控制儲(chǔ)層特征的主要因素，其中壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有很強(qiáng)破壞性；而膠結(jié)作用進(jìn)一步壓縮儲(chǔ)集空間。溶解作用在成巖晚期階段對(duì)砂體改造形成大量的次生溶孔，提高了儲(chǔ)層砂體整體的孔隙空間和滲流性能。

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Characteristics of Sandstone Reservoir of the Taiyuan Formation in the Shenmu-Yulin Area, Ordos Basin

LIU Tao

(Gansu Institute of Geological Survey, Lanzhou 730000)

Petrological study indicates that sandstone reservoir of the Taiyuan Formation in the Shenmu-Yulin area, Ordos Basin is composed of lithic quartz sandstone, lithic sandstone and a small amount of quartz sandstone and the reservoir space is mainly composed of clastic dissolved pore, feldspar dissolved pore and intercrystalline pore and belongs to low porosity-low permeability reservoir. The reservoir development was controlled by diagenesis. Compaction, cementation and dissolution had great influence on the reservoir space.

Taiyuan Formation; sandstone reservoir; Ordos basin

2019-11-15

劉濤（1984-），男，甘肅天水人，工程師，研究方向：沉積地質(zhì)學(xué)

P581

A

1006-0995（2020）04-0576-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.010