鄂爾多斯盆地吳堡地區長6儲層成巖作用與孔隙演化

趙志飛，艾 寧，拜占紅

(1.青海省第一地質礦產勘查院，青海 西寧 810600;2.寧夏地質調查院，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勘探開發區塊之一，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，其成巖作用復雜，而研究區是長慶油田新建產能區，石油地質研究薄弱，從而制約了研究區更深層次的探勘開發工作[2，3，4]。筆者在前人的研究基礎上，通過巖心觀察和大量的室內分析測試，對研究區延長組長6儲層的成巖作用類型和物性特征進行了較系統的研究，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 儲集砂巖的巖石學特征

吳堡地區長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%)，填隙物體積分數平均為9.3%，其中雜基為3.4%，膠結物為5.9%，主要為各類碳酸巖、綠泥石、粘土巖、硅質、長石質等膠結物;以細粒長石砂巖為主，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，膠結類型孔隙 -薄膜型，分選好，磨圓次棱角狀，反映了沉積區距離西南物源較近，沉積水動力較強的特點。巖石結構普遍表現為成分成熟度偏低，結構成熟度高的特點。此外，砂巖巖性致密，接觸關系以線狀為主，有少部分凹凸狀接觸。

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-強壓實級別，根據薄片觀察，吳堡地區長6儲層的壓實作用主要表現為3種形式:(1)早期機械壓實，碎屑顆粒由點接觸到線接觸，部分出現凹凸接觸;(2)剛性顆粒發生破裂，主要是長石和石英，產生微細應力紋和微裂縫[1];(3)晚期壓溶作用，出現塑性顆粒的變形，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 膠結作用

2.2.1 早期綠泥石環邊的膠結

綠泥石膠結物在大多數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。綠泥石多呈針葉狀集合體沿碎屑顆粒呈環狀分布，形成薄膜式膠結，環邊厚度一般為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，因而，在普通薄片觀察時可見顆粒邊緣具明顯的暗色襯套，但在陰極發光鏡下清晰可見顆粒周圍有一圈發黃綠色光的綠泥石薄膜。這種粘土環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物的沉淀，所以對長6儲層砂巖的孔隙及其結構有明顯的保護作用，但綠泥石粘土膜的形成也大大縮小了砂巖的孔隙喉道。綠泥石除以環邊形式產出外，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育的砂巖主要通過抑制石英次生加大、增加顆?？箟簩崗姸?、抑制壓溶作用和占有晚成巖時期生成的碳酸鹽膠結物生長空間等4個方面來保護儲集巖物性。本區長6儲層砂巖的綠泥石多呈包膜形式產出，且綠泥石含量與孔隙度、滲透率呈正相關關系，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性作用。

2.2.2 粘土礦物膠結

研究區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是作為孔隙充填方式產出，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

研究區碳酸鹽礦物是最主要的膠結物，主要有方解石、鐵方解石及白云石，尤其以方解石膠結為主[7]，其膠結作用有兩期，早期的泥晶碳酸鹽膠結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，當孔隙水中溶解的碳酸鹽物質達到過飽和時，就可以直接沉淀出來。因此，它們與沉積水介質中CaCO3在堿性條件下達到過飽和沉淀作用有關[8]。

2.3 溶蝕作用

研究區被溶蝕的物質主要是長石、巖屑等不穩定的顆粒以及少量方解石膠結物。其中長石溶解作用與有機質排出的有機酸有關[9，10，11]，有機質熱成熟過程可產生 CO2，形成碳酸，參與長石等易溶組分的溶解并導致次生孔隙的形成。但是，近年來質量平衡計算結果(如Bjφrlykke，1993)說明，有機質的脫羧基作用所產生的CO2還不足以使很多地層中砂巖發生溶解而產生實質性的次生孔隙，對不同砂巖/頁巖比和不同有機質豐度地層的計算也表明，在大多數沉積盆地中CO2作為溶解介質產生的溶解孔隙是有限的(Lundegard，1986);而沉積盆地中有機質熱演化過程中因其脫羧基作用而有大量的有機酸生成，與前邊討論的碳酸相比，有機酸對各種礦物都有著更強的溶解能力，有機酸陰離子也可以絡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，因而有機酸陰離子的絡合作用可以解決鋁的遷移問題，從而導致鋁硅酸鹽的溶解和地下孔隙度的增加，然而，Bjφrlykke等1992年的研究發現，由長石溶解形成孔隙的過程有些發生在較淺的地層中(本研究也有類似情況)，同時遠離產生有機酸的烴源巖。各種研究證明，地下不整合面對儲層質量的有利影響在很多儲層中都是肯定的。Giles ＆ R.B.de-Boer(1990)的定量數據表明，在第三紀中新統的砂巖中不整合面之下孔隙度的增加達到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量的改善起到了十分巨大的作用。因此，溶蝕作用主要發生在早成巖階段 B期和中成巖階段。

3 孔隙演化

3.1 成巖序列

在充分研究該地區埋藏史、地熱史、有機質演化史、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上，依照石油行業碎屑巖成巖階段劃分規范(SY/T—5477)，據裘懌南等[12]成巖階段的劃分方案，吳堡地區延長組長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%，鏡質體反射率(Ro)1.1%～2.1%，有機質最大熱解峰溫(Tmax)一般為463℃ ～498℃。上述數據表明，長6儲層已經進入晚成巖階段[12，13]。

3.2 孔隙演化

根據對吳堡地區大量樣品的物性分析及薄片鏡下計點統計，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，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計獲得。

用以下公式計算壓實后砂巖孔隙度φ2:

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

膠結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278份薄片資料進行分析，結果見表1。

將以上統計數據代入公式(1)～(8)中，求出各成巖作用對儲層孔隙度改造程度的量化結果(表2)。

通過粒度數據計算得出，吳堡地區長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%。根據壓實等級劃分，屬于強壓實。早成巖階段，綠泥石碳酸巖等礦物的膠結損失孔隙度為6.39%，損失率為21%;經歷早成巖階段的壓實膠結等作用后，儲層剩余孔隙度為6.44%;中成巖階段，溶蝕作用貢獻了5.40%的孔隙度，再經過晚期成巖膠結，損失孔隙度為1.12%。微裂縫貢獻了孔隙度0.03%，最終得到研究區現今的孔隙度為10.76%。

表1 吳堡地區長6油層組孔隙分類統計結果(278個樣品)

表2 儲層成巖過程中的孔隙度演化

4 結語

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

(2)研究區成巖作用主要為壓溶、膠結、溶解等作用。壓實作用和膠結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，對區內油氣充注提供了優良通道和儲集空間，裂隙孔有利于溝通粒間孔喉，增加儲層滲流能力。研究區內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)通過對吳堡地區長6儲層孔隙度演化模式的定量研究。認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，從而得到現今10.76%的孔隙度。

(4)根據長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，其發育帶往往是有利儲層發育區

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