姬塬地區長6儲層成巖作用及有利成巖相研究

吳育平，孫 衛，魏 馳，呂 可

1 研究區地質概況

姬塬地區位于鄂爾多斯盆地中西部，面積約為1 300 km2（圖1）。長6儲層沉積期為盆地三角洲沉積的主要建設時期，受北西和北東兩大物源控制。研究區在此沉積期處于三角洲前緣的位置，主要發育水下分流河道和分流間灣微相，沉積了一套灰色、灰白色砂巖夾黑色、灰黑色泥巖[1–3]。長6油層組總厚度70～25 m,可進一步劃分為長61、長62、長63三個油層。長6儲層作為該區的主力油層，近年來取得較好的勘探開發效果。然而，該區處于廣泛的低孔低滲背景，高滲透儲層的展布尚不清楚。本文分析了影響該區長6儲層物性的成巖作用，并劃分出有利的成巖相帶，為尋找該區相對高滲儲層帶提供依據。

2 儲層特征研究

2.1 儲層巖石學特征

姬塬地區長6儲層巖石類型以長石砂巖與巖屑長石砂巖為主，發育少量的長石巖屑砂巖（圖 2）。砂巖薄片鏡下鑒定結果表明：長6儲層碎屑成分復雜，碎屑中長石含量較高，平均為38%；石英含量平均為31.2%；巖屑含量低，平均為8.9%，以變質巖屑、火成巖屑為主。

砂巖中填隙物含量相對較高，平均含量為13.32%，以黏土礦物和碳酸鹽礦物為主，其中黏土礦物中高嶺石（3.45%）、綠泥石（3.89%）含量較高，碳酸鹽礦物中鐵方解石（4.3%）、方解石（1.54%）含量較高。

圖1 研究區構造位置示意圖

統計結果表明，姬塬地區長6儲層巖石粒度細、分選好、磨圓差，以孔隙膠結和薄膜–孔隙膠結為主，顆粒支撐，點接觸、點–線接觸，整體上長6儲層結構成熟度不高。

圖2 姬塬地區長6儲層砂巖分類

2.2 儲層物性特征

巖心物性分析表明：姬塬地區長6儲層物性普遍較差，孔隙度最小為0.22%，最大為22.62%，平均為9.38%；滲透率最小為0.1×10-3μm2，最大為3.0×10-3μm2，平均為 0.45×10-3μm2，整體上屬于低孔、特低滲儲層。

研究區孔隙類型以殘余粒間孔（平均面孔率2.32%）、長石溶孔（1.28%）最為發育，巖屑溶孔（平均面孔率0.16%）、晶間孔（平均面孔率0.10%）次之，微裂隙發育最少(平均面孔率為0.03%)。

3 主要成巖作用及其特征

成巖作用是影響儲集層物性的重要因素，對優質儲層分布起著決定性作用[4–5]。研究區主要經歷了壓實（壓溶）作用，膠結作用，交代作用和溶蝕作用等成巖作用。

3.1 壓實（壓溶）作用

壓實作用往往是導致砂巖儲層物性變差的主要因素。研究區長6砂巖壓實作用普遍較強，表現為碎屑顆粒間的線接觸，以及云母等塑性組分受到擠壓被壓扁變形，總體上呈定向排列（圖3a）。由于經歷了較強的壓實作用，長6儲層的原始孔隙度急劇減小，損失約13.57%。

研究區長6儲層深度一般為2 000～2 700 m，壓溶作用發育一般，表現為部分顆粒之間呈凹凸接觸、線接觸，其中石英壓溶最常見，發育石英次生加大、長英質加大、自生石英（圖3b）。

3.2 膠結作用

研究區長6儲層主要發育碳酸鹽膠結、硅質膠結、黏土礦物膠結三種膠結類型。

3.2.1 碳酸鹽膠結

研究區長6儲層碳酸鹽膠結物常見，主要為鐵方解石（圖3c）、方解石，可見少量鐵白云石。早期形成充填孔隙的方解石既抑制了儲層的壓實，又可以阻止外來膠結物的進入；晚期碳酸鹽膠結物被有機酸溶解，大大增加儲層孔隙體積，儲層物性得到改善。然而，成巖階段早期形成的以連晶式產出的方解石膠結和晚期形成的以連晶式產出的鐵方解石、鐵白云石對研究區儲層的破壞是十分嚴重的，也是導致儲層致密、低滲的重要原因。

3.2.2 硅質膠結

研究區長6儲層硅質膠結物含量為0.1%～2.3%，以石英次生加大和自生石英的孔隙充填為主（圖3d）。石英次生加大不僅減小了孔隙空間，而且使儲層孔喉結構更為復雜，導致流體的滲流能力大大降低；自生石英的出現占據了大量的孔隙空間，使儲層的孔隙度大大降低。

3.2.3 黏土礦物膠結

研究區長6儲層黏土礦物主要有高嶺石、綠泥石、伊利石等，其中，高嶺石相對黏土礦物含量最高，達到41.7%；綠泥石次之，為35.8%；伊利石為14.90%。高嶺石在整個長6地層中最為常見并且含量較高，高嶺石多以孔隙充填式分布在各類孔隙中(圖3e)，不僅占據儲集空間，而且影響儲層的滲流能力；但是，高嶺石的存在往往能形成大量良好的晶間孔，對提高儲層物性有積極作用。

綠泥石多呈絨球狀附著在巖石顆粒表面，形成綠泥石膜。早期形成的綠泥石膜雖然占據部分孔隙空間（圖3f），但同時可以起到抗壓實作用，也抑制了石英次生加大及其他膠結物的沉淀，對儲層孔隙空間得以保存具有重要作用。

儲層中伊利石多呈搭橋狀生長，使長6儲層孔喉結構變得更為復雜，導致儲層的儲集能力和滲濾能力大大降低（圖3g）。

3.3 交代作用

研究區交代現象較為少見，主要為伊利石、高嶺石交代巖屑（圖3h）。交代作用的發生使巖石的類型發生變化，同時會有少量溶蝕孔產生，但這些新產生的溶蝕孔往往被碳酸鹽巖膠結作用所破壞?？傮w上，交代作用對長6儲層物性影響不大。

3.4 溶蝕作用

研究區溶蝕作用強烈，較為常見的是長石溶蝕（圖 3i）和巖屑溶蝕，均能產生大量的溶蝕孔隙，極大地改善了儲集層物性條件。一般情況下，長石沿著解理縫方向溶解，巖屑沿著縫隙或者易溶方向溶解。

圖3 鄂爾多斯盆地姬塬地區長6儲層中的典型成巖現象

4 成巖階段劃分與演化序列

依據古地溫、有機質成熟度、礦物成分、成巖作用等多項成巖階段劃分指標，結合前人研究成果[6–9]，并參照碎屑巖成巖階段劃分標準（中國石油天然氣行業標準SY/T5477-2003），認為研究區長6砂巖整體上處于中成巖A期晚期，部分進入中成巖B期的早期。

在成巖階段研究基礎上，綜合分析研究區長 6儲層的成巖演化過程大致序列為：早成巖階段強烈的機械壓實—早期綠泥石黏土膜形成—早期硅質加大形成－早期碳酸鹽膠結物（方解石）形成—伊蒙間層—綠泥石、伊利石充填孔隙—早期溶蝕開始（長石）—有機酸大量進入—發生強烈溶蝕—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石大量出現—鐵白云石出現（表1）。

5 成巖相帶及平面展布特征

目前，對于成巖相的劃分尚未取得統一認識，不同學者有不同的劃分方案[10–13]。本文依據影響儲層物性的各成巖作用類型，并結合沉積學特征[14–15]，將長 6儲層的成巖相劃分為綠泥石膜膠結-殘余粒間孔相、長石溶蝕相、高嶺石膠結相、碳酸鹽膠結相、壓實壓溶相（圖4、圖5）。

5.1 綠泥石膜膠結–殘余粒間孔相

該成巖相以北西物源為主，主要位于水下分流河道部位，綠泥石薄膜普遍發育，順著水下分流主河道的沉積方向，水動力較強，顆粒分選磨圓程度均較好。該類成巖相中保存了大量的粒間孔隙，物性較好，平均孔隙度為11.6%，平均滲透率為0.54×10-3μm2。此類成巖相物性最好，是油氣富集的有利相帶。

表1 研究區碎屑巖成巖階段劃分

圖4 姬塬地區長6儲層成巖相分布

5.2 長石溶蝕相

該成巖相在北西、北東兩大物源方向均有發育，主要位于水下分流河道部位。儲集空間主要為長石溶孔和粒間孔，平均孔隙度為11.25%，平均滲透率為 0.58×10-3μm2。該類成巖相中由于長石被溶蝕而產生大量次生孔隙，極大地改善了儲層的物性，提高了其滲流能力。此類成巖相是研究區較有利的成巖相類型。

5.3 高嶺石膠結相

該類成巖相受北西、北東兩個方向物源共同控制，在水下分流河道和分流間灣均有發育。由于高嶺石的填充，孔隙空間減少，儲集空間主要為長石溶孔，平均孔隙度為10.07%，平均滲透率為0.51×10-3μm2。

圖5 姬塬地區長6儲層沉積微相分布

5.4 碳酸鹽膠結相

該成巖相區域為北西源區，發育于分流間灣部位，早期的碳酸巖膠結對于儲層物性具有建設性作用，但晚期形成的碳酸鹽膠結物改變了孔喉結構，嚴重破壞了儲層物性。該類成巖相最大的特點為碳酸鹽礦物充填孔隙，平均孔隙度為7.32%，平均滲透率為 0.45×10-3μm2。

5.5 壓實壓溶相

該成巖相在北西、北東兩大物源方向均有發育，主要發育在水下分流河道中。巖石中長石、云母等塑性礦物含量相對較高，而石英含量相對較低，使得該區部分層段在埋藏成巖過程中發生了強烈的機械壓實作用，顆粒排列緊密，塑性巖屑變形強烈。該成巖相儲層物性最差，平均孔隙度7.25%，平均滲透率 0.25×10-3μm2。

6 結論

（1）姬塬地區長6儲層經歷的成巖作用主要有壓實（壓溶）作用、膠結作用、溶蝕作用和少量的交代作用。壓實作用是儲層原始孔隙度降低的主要因素，膠結作用則進一步加劇了儲層的致密化進程，而后期溶蝕作用則形成了大量的次生空隙，對儲層物性改善具有積極意義。長6砂巖整體處于中成巖A期晚期，部分進入中成巖B期早期。

（2）研究區長 6儲層可劃分為 5種成巖相類型，其中，綠泥石膜膠結-殘余粒間孔相和長石溶蝕相是建設性成巖相，儲層物性好，主要分布于沙崾峴—張家山和馬家山—馮地坑一帶，是研究區有利的成巖相帶；高嶺石膠結相、碳酸鹽膠結相、壓實壓溶相是破壞性成巖相，儲層物性較差。

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