秦衛(wèi)軍 宋立軍 李書恒 張慶洲 楊軍俠

（1.西安石油大學地球科學與工程學院 2.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心）

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長81成巖作用特征研究

秦衛(wèi)軍1宋立軍1李書恒2張慶洲2楊軍俠2

（1.西安石油大學地球科學與工程學院 2.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心）

運用常規(guī)偏光顯微鏡、電鏡掃描、陰極發(fā)光、常規(guī)物性、粒度分析、壓汞分析等方法對鄂爾多斯鎮(zhèn)北地區(qū)長81儲層的成巖作用和成巖序列的研究結果表明，儲集巖主要以中—細粒巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖；儲集空間主要以粒間孔、長石溶孔、巖屑溶蝕孔、膠結物溶蝕孔、微孔隙為主，具有低孔低滲的儲集特征；壓實作用和膠結作用對砂巖儲層具有一定的破壞性，溶蝕作用和裂縫則有效的改善了儲層的孔隙結構；長81儲層砂巖處于晚成巖階段A期，部分以進入晚成巖B期。圖6表3參13

成巖作用 儲層特征 鎮(zhèn)北地區(qū)

0 引言

鎮(zhèn)北地區(qū)（圖1）位于鄂爾多斯盆地西南部，范圍西起殷家城，東至桐川，西至殷家城，南起太平，北至曲子，構造位置橫跨橫跨天環(huán)凹陷和伊陜斜坡2個次級構造單元，區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，僅在局部發(fā)育一些小型鼻狀構造［1］。研究區(qū)發(fā)育多套含油層系，自下而上為長10—長1等油層組，其中長81為其主力含油層系。由于早期的勘探程度較低，研究區(qū)儲層的成巖作用沒有進行過細致的研究。鑒于此，筆者通過大量的鏡下照片和分析化驗數(shù)據(jù)綜合研究與評價，研究區(qū)發(fā)育壓實作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用和破裂作用的4種成巖作用。

1 儲集砂巖的巖石學特征

鎮(zhèn)北地區(qū)長81儲層砂巖為一套扇三角前緣亞相［2－3］，統(tǒng)計了280多組的巖石薄片數(shù)據(jù)（表1）和粒度分析數(shù)據(jù)，以及folk［6］（圖2）砂巖分類。結果表明：研究區(qū)儲集巖主要以中—細粒巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖。石英主要為花崗巖母巖來源，少量為變質(zhì)巖來源；長石主要為斜長石，還見少量的微斜長石；火山巖巖屑為噴出巖；變質(zhì)巖巖屑為石英巖、片巖、千枚巖、板巖；沉積巖巖屑為粉砂巖、泥巖、灰?guī)r、白云巖。膠結物主要是有黏土礦物膠結、硅質(zhì)膠結和碳酸膠結物為主（表1）。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

2 儲集砂巖的物性特征

通過研究區(qū)長81油層組150塊物性分析化驗資料，得出研究區(qū)孔隙度4.4%～17.9%，平均值10.25%，中值11.15%；滲透率0.02～5.8 mD，平均值0.54 mD，中值0.45 mD；所以鎮(zhèn)北地區(qū)屬于典型的低孔低滲儲層（圖3）。

圖2 鎮(zhèn)北地區(qū)長8砂巖分類三角圖

3 成巖作用類型及特征對儲層的影響

根據(jù)大量的鑄體薄片和電鏡掃描照片分析認為鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長81砂巖主要發(fā)育了壓實作用、膠結作用、破裂作用和溶蝕作用等一系列成巖作用類型，其中壓實作用和膠結作用對砂巖儲層具有一定的破壞性，溶蝕作用和微裂縫則有效的改善了儲層的孔隙結構具有一定的建設性。

表1 鎮(zhèn)北地區(qū)巖石碎屑及其填隙物組分含量統(tǒng)計表

3.1 壓實作用

機械壓實和壓溶作用主要發(fā)生在早成巖階段，沉積物在上覆重力和靜水壓力作用下，使原來存在粒間的孔隙水排出，碎屑顆粒重新排列，沉積物密度變大，同時將云母及其他軟組分擠入孔隙，是導致研究區(qū)延長組儲層原生孔隙度和滲透率降低的主要成巖作用。鎮(zhèn)北地區(qū)高的巖屑含量（23.22%）和云母（4.45%）（表1）等柔性組分，這些柔性組分在經(jīng)受強烈的擠壓作用下，發(fā)生彎曲變形（圖4a）?？箟簩嵼^強石英含量較低，在壓實作用下易發(fā)生破裂變形，產(chǎn)生微裂縫。

3.2 膠結作用

鎮(zhèn)北地區(qū)長81儲層主要發(fā)育硅質(zhì)膠結、黏土礦物膠結、碳酸鹽膠結。

圖3 鎮(zhèn)北地區(qū)儲聲能孔隙度和滲透率分布

（1）硅質(zhì)膠結

研究區(qū)普遍發(fā)育硅質(zhì)膠結（表1），含量為0～7%，平均含量1.66%。通過電鏡掃描觀察主要表現(xiàn)在①石英以次生加大邊的形式出現(xiàn)（圖4b），其主要形成與早成巖階段，是壓溶作用的產(chǎn)物。②自形石英呈六方錐形，生長與空隙中（圖4c）或者長石顆粒的溶蝕空隙當中，從產(chǎn)出狀態(tài)來看，充填于顆粒間的自生石英形成時期晚于石英加大邊。

（2）黏土礦物的膠結作用

通過研究區(qū)30口井60多塊X－衍射黏土礦物的分析，研究區(qū)主要發(fā)育膠結物主要以綠泥石為主，其次伊利石、是高嶺石、伊蒙混層（表2）。

圖4 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長8鑄體薄片和電鏡掃描照片

綠泥石（C）是研究區(qū)含量最高的黏土礦物膠結物（表2），含量48.46%～82.8%，平均含量62.73%，綠泥石是研究區(qū)含量最高的黏土礦物膠結物之一，在成巖早期孔隙水流通比較通暢，在堿性環(huán)境下，形成的綠泥石多以黏土包膜的形式產(chǎn)出，薄膜一般為單層結構，厚度5～10μm。晚期形成的綠泥石多以孔隙充填綠泥石為主，電鏡下呈針葉狀和玫瑰花狀兩種產(chǎn)出形式（圖4c、圖4d）。一方面，晚期形成的綠泥石充填粒間空隙當中，占據(jù)了喉道的位置，從而降低了儲層的滲透率。另一方面，在成巖過程中孔隙襯墊綠泥石提高了巖石之間的機械強度和抗壓試的能力，而且抑制了石英的自生加大，從而使砂巖中的空隙得以保存。

伊利石（I）在研究區(qū)的含量較高僅次于綠泥石（表2），為15.1%～32%，平均含量23.95%，以片狀或絲狀披蓋在顆粒表面或充填孔隙中，有的搭橋生長充填于孔喉當中（圖4e）。伊利石常堵塞砂巖孔隙喉道，加劇儲集層的非均質(zhì)性，降低儲集層滲透率，伊利石通常形成于晚成巖階段。伊蒙混層（I／S）分布比較穩(wěn)定1.26%～7.18%，平均4.47%，伊蒙混層比（I（I／S））一般情況＜10%。電鏡下以多為蜂窩狀或卷片狀充填在顆粒之間。在堿性水的條件下，隨著成巖強度的加大，伊／蒙混層逐漸向伊利石轉(zhuǎn)化。

表2 鎮(zhèn)北地區(qū)部分井長81黏土礦物X—衍射分析數(shù)據(jù)

高嶺石（K）也是主要的黏土礦物膠結物之一，含量為0～23.7%，平均含量8.82%。。研究區(qū)高含量長石12%～42%平均約為29.7%，云母平均含量4.45%，為高嶺石形成提供了物質(zhì)條件。單晶片呈六方板狀，集合體以書狀或蠕蟲狀充填與空隙當中（圖4f，圖4h）。

（3）碳酸鹽膠結

碳酸鹽膠結物在研究區(qū)普遍發(fā)育，含量為0.2%～36%，平均含量4.68%。通過電鏡、鑄體薄片觀察研究分析碳酸鹽膠結物的成分主要是含鐵鐵方解石（圖4g），不含鐵的方解石少見。方解石以充填孔隙狀為主，分布于與泥巖相鄰的砂巖中形成致密高鈣砂巖，也是造成研究區(qū)儲層致密的另一個原因。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)對儲層非常重要的建設性成巖作用，主要是長石和巖屑的溶蝕（圖4i），膠結物的溶蝕并不發(fā)育。主要發(fā)生在晚成巖作用A期。研究區(qū)長81儲集層中的油氣主要來自與其相鄰的長7和少量來自于下部長9油層組。地層中的有機質(zhì)在高溫高壓下分解產(chǎn)生的有機酸和CO2在排烴過程中進入儲集層當中，儲層孔隙的流體由堿性變?yōu)樗嵝?，長石和巖屑的碎屑顆粒在酸性化環(huán)境下容易發(fā)生溶蝕。

3.4 破裂作用

通過巖心觀察，電鏡和鑄體薄片下觀察，區(qū)內(nèi)發(fā)育溶蝕縫（圖4k）、微裂縫（圖4l），對儲層之間的連通具有一定建設性，為石油的二次運移提供良好的通道。

4 成巖階段及成巖序列

參考前人對于成巖作用的研究成果及劃分標準［6－9］，結合根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)最新的碎屑巖成巖作用的劃分標準（SY／T5477－2003）［7］對鎮(zhèn)北地區(qū)長81成巖階段進行了劃分。

在對成巖作用及其自生礦物成因分析的基礎上，結合鑄體薄片、掃描電鏡等鏡下觀察，以及研究區(qū)33塊包裹體樣品測定其結果表明，均一溫度為95℃～130℃之間，主體溫度為110℃～120℃之間（與盆地模擬單井低溫梯度相吻合），表明有機質(zhì)熱演化已經(jīng)進入成熟期。鎮(zhèn)北地區(qū)長81油層組早期主要以機械壓實作用和壓溶作用為主，在三疊系末期大約（225～208 Ma）發(fā)生的第一次構造抬升造升，研究區(qū)未出露地表，仍在埋藏成巖過程當中，所以研究區(qū)未經(jīng)受表生成巖作用?？紫读ｉg孔較發(fā)育為主，長石溶蝕孔隙相對較發(fā)育，顆粒間多以點線接觸和凹凸接觸為主，在成巖早期綠泥石多以包膜的形式包裹在顆粒表面。石英加大發(fā)育，大多數(shù)主要是II級加大，碳酸膠結物多以后期生成的含鐵方解石為主，不含鐵的方解石少見，砂巖自生黏土礦物常見發(fā)絲狀伊利石以及成巖晚期生成的葉片狀和絨球狀的綠泥石，此外伊蒙混層，層間比大部分小于10（表2），從而劃分出成巖序列（圖4）綜上分析認為鎮(zhèn)北地區(qū)儲集層砂巖處于晚成巖A期，部分以進入晚成巖B期。

5 儲層孔隙微觀結構

5.1 孔隙的類型

儲層微觀結構主要包括孔隙和喉道的大小、形狀、連通情況、配置關系及其演化過程，其中孔隙大小主要影響儲層的孔隙度，喉道大小與連通狀況影響儲層的有效性和滲透性［10］。通過對研究區(qū)壓汞分析資料統(tǒng)計，結合323塊巖石薄片分析資料表明鎮(zhèn)北地區(qū)長81主要發(fā)育原生孔隙（粒間孔）和次生孔隙（長石溶孔、巖屑溶孔和微孔隙）。

（1）原生孔隙

研究區(qū)原生孔隙主要是粒間孔隙，即砂質(zhì)沉積物在埋藏成巖過程中經(jīng)早期的過機械壓實，早期的綠泥石膠結以及硅質(zhì)膠結，后期的鐵方解石膠結和交代作用，以及晚期的伊利石和高嶺石膠結之后剩余的孔隙（圖4 j）。粒間孔隙是研究區(qū)最主要的孔隙類型，約占總孔隙的41.5%，是油氣主要的儲集空間。

圖5 長81砂巖儲集層的成巖階段及成巖共生序列

（2）次生孔隙

研究區(qū)主要的次生孔隙為長石溶蝕孔隙（圖4i），其次為巖屑溶孔（圖4j）和微孔隙（圖4g）。次生孔隙的發(fā)育在一定程度上改善了鎮(zhèn)北地區(qū)低孔低滲儲層的特征，為石油的注采起到了一定的建設性作用。

5.2 孔隙的微觀結構

毛管壓力曲線能夠比較直觀地反映儲層的孔隙結構，不同的毛管壓力曲線代表不同的孔隙結構類型。在前人對鄂爾多斯盆地延長組孔隙結構分類標準研究的基礎上［12－13］，排驅(qū)壓力（pcd）、最大進汞飽和度、以及中值半徑等參數(shù)對鎮(zhèn)北地區(qū)的壓汞曲線進行分類評價，（表3）為幾類曲線的代表井。

圖6為鎮(zhèn)北地區(qū)3條典型的壓汞曲線，ZH277井為代表I類擁有相對較低的中值壓力和排驅(qū)壓力，高的進汞飽和度，代表著一類孔滲性相對較好的儲層。ZH256為代表的II類擁有中等的中值壓力和排驅(qū)壓力，中等的進汞飽和度，代表著孔滲性中等的一類儲層。ZH101井為代表的III類擁有較高的中值壓力和排驅(qū)壓力，低的最大進汞飽和度，代表著孔滲性較差的一類儲層。

表3 鎮(zhèn)北地區(qū)長81各類儲層微觀結構特征表

圖6 鎮(zhèn)北地區(qū)長81典型壓汞曲線

6 結論

（1）區(qū)內(nèi)長81儲層砂巖主要以中一細粒巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖，砂巖具有成分成熟度較低，分選中等、磨圓以棱—次棱為主，孔隙類型主要有殘余粒間孔、長石溶孔和巖屑溶孔，次為微孔隙及裂縫孔隙。

（2）鎮(zhèn)北地區(qū)長81經(jīng)歷了復雜的成巖作用，研究區(qū)云母等塑形顆粒含量較高所以壓實作用強烈，壓實作用使儲集巖喪失孔一部分孔隙度，壓實作用是研究區(qū)孔隙度降低的主要原因之一，鑄體薄片觀察研究普遍發(fā)育含鐵碳酸鹽膠結，碳酸鹽膠結也是儲集巖孔隙度降低的主要原因，喪失了一部分孔隙約，晚期成巖階段地層中的有機質(zhì)在高溫高壓下分解產(chǎn)生的有機酸和CO2在排烴過程中進入儲集層當中，研究區(qū)溶蝕作用強烈，由于溶蝕作用產(chǎn)生大量的次生孔隙，次生孔隙的出現(xiàn)在一定程度上對研究區(qū)低孔低滲儲層物性有所改善。

（3）目前研究區(qū)長81儲層砂巖處于晚成巖階段A期，部分以進入晚成巖B期。成巖演化序列為：機械壓實—石英的自生加大—早期的綠泥石膜—早期方解石沉淀—長石顆粒溶蝕—伊蒙混層—伊利石、空隙孔充填式綠泥石—鐵方解石。

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（修改回稿日期 2013－10－14 編輯 王曉清）

秦衛(wèi)軍，男，1985年出生，碩士在讀；研究方向：沉積和儲層地質(zhì)學。地址：（710065）陜西省西安市雁塔區(qū)電子二路十八號西安石油大學地球科學與工程學院。電話：18629453626。E－mail：317713746＠qq.com