鄂爾多斯盆地神木-榆林地區太原組砂巖儲集層特征的分析

劉 濤

鄂爾多斯盆地神木-榆林地區太原組砂巖儲集層特征的分析

劉 濤

（甘肅省地質調查院，蘭州 730000）

依據對巖心、薄片分析等研究方法，對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特點、砂巖儲集層特征以及相應影響因素進行了分析，研究結果得出：該區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；研究區儲層空間主要為巖屑溶孔、長石溶孔、晶間孔等，屬于低孔-低滲型的儲層；成巖作用控制著儲集層發育的最終形成，其中成巖過程中壓實作用、膠結作用和溶解作用對儲集空間有較大的影響。

太原組；儲層特征；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地是中國西北地區的一處大型沉積盆地，其中含有豐富的油氣資源，經過幾十年連續不懈的地質勘探開發，已成為我國最大的石油、天然氣等能源產地。前人的工作主要集中在處于鄂爾多斯盆地西部的隴東、陜北中部等區域，盆地東北部由于勘探程度相對較低，具有較好資源潛力和研究價值。本文選取鄂爾多斯盆地東北部神木—榆林一帶為研究區，從二疊系太原組砂巖的巖石學角度出發，通過分析儲集孔隙和物性等特征，最后綜合研究成巖作用對儲集層的影響。

圖1 研究區區域位置圖及太原期古地理圖（據陳安清，2007年，修改）

1 區域地質背景

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境，為盆地內最后一次海侵高潮時的沉積，在早二疊世太原期，由于海侵范圍擴大及地殼下沉的影響，海水由東西兩側起向中央古隆起及北部侵漫，盆地內沉積相南北分帶，該時期沉積相展布特點為：在平面上研究區中北部主要為一套海相淺水三角洲沉積，發育水下分流河道和支流間灣，形成網狀或樹枝狀砂體結構，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，發育少量的潮道砂體及潮下砂壩沉積，剖面上表現為陸源碎屑巖、煤層與淺海相灰巖交互出現的巖性組合。

太原組其頂底界分別與下二疊統山西組、上石炭統本溪組呈穩定的整合接觸關系（采用長慶油田勘探開發研究院地層劃分方案）。依據研究區太原期古地理展布圖（圖1），發現太原組地層中砂體位于神木以東鄰近山西省的區域，砂體厚度超過30m，而在榆林以南厚度已少于10m，總體呈現北東厚、西南薄，自東向西逐漸變薄的趨勢。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

依據對254個薄片的巖礦鑒定分析：研究區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，占4%（如圖2、3），總體上來看，巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為太原組主要的巖石類型。

圖2 研究區太原組砂巖類型三角投點圖

（參照曾允孚砂巖分類方案）

圖3 研究區太原組砂巖類型數據分布圖

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%，其中以變質巖巖屑為主，其次為巖漿巖巖屑，沉積巖巖屑很少出現；研究區長石含量很少，平均含量為6%，部分樣品中未見有長石，進而可以看出整個研究區的砂巖成分成熟度（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%，相對整個鄂爾多斯盆地上古生界儲層砂巖中雜基含量偏高1.6%，主要構成組分為泥質（以自生粘土礦物為主），另有一定數量的水云母、凝灰質等。膠結物主要為碳酸鹽，其中鐵白云石膠結為主，鐵方解石次之。此外硅質膠結物占一定比例，主要出現在石英砂巖中，膠結類型以孔隙式膠結為主。

研究區砂巖的粒級以中—粗砂居多，平均粒徑為0.76mm，最大粒徑超過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，偶見點接觸關系，總體上太原組砂巖結構成熟度高。

2.2 儲集空間特征

經過顯微鏡和掃描電鏡觀察，研究區下二疊統太原組砂巖面孔率約3.05%，儲集空間中原生孔隙非常少見，僅出現在石英砂巖中礦物碎屑之間，經由膠結交代改造等后保存下的殘余粒間孔，呈三角狀產出（圖版3）。

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

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

圖版1：巖屑被壓實發生塑形變形，鄰近可見有長石溶蝕孔間孔隙

圖版2.碳酸鹽膠結物充填交代現象

圖版3.碎屑顆粒之間，出現在膠結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.長石局部被溶蝕

圖版6.出現在顆粒之間的各種次生溶蝕孔

2）雜基溶孔：主要為雜基中泥質成分發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小顆粒之間晶間孔隙。鏡下主要分布在巖屑及長石碎屑等附近可見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物等）溶蝕后形成了次生粒間溶蝕孔（圖版6）。

5）長石溶孔：觀察發現長石碎屑很少，幾乎可見的長石均有不同程度的溶蝕，從而形成長石中溶孔及鑄?？祝▓D版1、5）。

3 儲層物性特征

依據收集研究區中不同區域的372個樣品的物性資料統計分析可得，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石油天然氣行業標準可以得出，該區域太原組砂巖具有很低的孔隙度和滲透率的特點，已屬于致密砂巖儲層（圖4）。

根據孔滲相互關系圖可見，研究區太原組砂巖儲層的孔隙度和滲透率的相關性較好，呈現正相關性，滲透率變化主要受孔隙發育程度控制，即隨著孔隙度的增大，滲透率相應有增大趨勢（圖5）。

4 成巖作用對儲集層的影響

通過以上巖石學特征具體分析，推斷影響研究區太原組組砂巖儲集層主要是成巖作用，其對巖石碎屑顆粒之間孔隙變化有決定性影響，其中成巖早期的機械壓實作用、中期階段的膠結作用導致砂巖中孔隙減少，而成巖中后期伴隨成巖流體的進入，有機酸對巖屑、長石等的溶蝕，以及自生粘土礦物的形成在一定程度上擴大了孔隙空間，對砂巖儲集層有積極改善的作用。

4.1 壓實作用

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程中發現，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），局部可見巖屑經破碎后呈假雜基充填顆粒間，長石或溶解后的殘余長石脆性碎裂等現象。沉積期產生的原生孔隙在強烈的壓實作用下基本上不復存在，同樣對于成巖后期的次生孔隙孔隙具有破壞性作用，是研究區儲層砂巖孔隙減小、滲透率降低的主要因素。

4.2 膠結作用

研究區中膠結物含量較高，同時膠結作用較為普遍，主要的膠結作用類型有碳酸鹽膠結、硅質膠結以及少量的自生粘土礦物膠結等。

圖4 研究區太原組砂巖的孔隙度、滲透率頻率分布圖

圖5 研究區太原組砂巖的孔滲相互關系圖

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

2）硅質膠結主要以石英次生加大的形式出現，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巖石碎屑的骨架結構起到加固的作用，一定程度抵制壓實作用造成的破壞，保護了很少量的原生粒間孔隙，另一方面膠結充填必然導致了孔隙的整體空間變小。

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

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

4.3 壓實作用與膠結作用對儲集空間的影響評價

通過假定研究區太原組砂巖的初始孔隙度為40%，隨機選取151個砂巖樣品，分析其中負膠結物孔隙度與膠結物含量關系，依據投點圖（圖6）可以看出：

1）樣品投點集中于在面孔率0~10%這個區間。

2）投點大多位于圖形左下方區域中，成巖早期的機械壓實作用造成儲集空間體積的大量減少，相對與之后的膠結作用，其對孔隙的破壞程度更大。

4.3 溶解作用

溶解作用主要表現在顆粒碎屑（長石、不穩定巖屑）和填隙物（部分雜基，自生粘土礦物）等發生溶解現象，溶解作用在成巖中后期形成了的較多次生孔隙，是砂巖中儲集空間的最重要的組成部分，對儲層的發育具有建設性作用。

圖6 負膠結物孔隙度與膠結物含量關系圖

溶解作用涉及砂巖整個成巖過程，在早成巖階段中，由于近地表成巖環境，大氣水進入早期煤系地層，通過物質交換，酸性水由壓力上移進入砂體中，對長石等鋁硅酸鹽礦物等不穩定的巖石組分進行溶解作用下形成溶蝕孔隙，同時自生高嶺石的產出伴隨著出現晶間孔隙。

在成巖階段中晚期，隨著埋藏深度加大，溫度升高，臨近泥巖，煤系地層演變過程中所產生的酸性流體、有機酸和烴類流體等進一步進行溶解作用，鏡下薄片觀察長石鑄?？?、高巖屑溶孔等，可以推斷出這個階段溶解作用強度很大，同時也說明溶解作用對儲層砂體的改造具有實質性的積極作用，可以使得砂體孔隙體積有效增大，同時有效的改善儲層砂體的滲流性。

5 結論

通過對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特征、孔隙空間特征、物性特征、成巖作用對儲層發育的影響進行綜合分析，得出如下結論：

1）研究區二疊系太原組砂巖儲層主要為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，同時存在少量石英砂巖；碎屑顆粒成分成熟度較高，結構成熟度好。填隙物中主要為自生粘土礦物、碳酸鹽礦物和雜基等物質。

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

3）成巖作用是控制儲層特征的主要因素，其中壓實作用對儲層發育具有很強破壞性；而膠結作用進一步壓縮儲集空間。溶解作用在成巖晚期階段對砂體改造形成大量的次生溶孔，提高了儲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：沉積地質學

P581

A

1006-0995（2020）04-0576-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.010