周進(jìn)松,王念喜,趙謙平,林桂芳

銀曉,高飛,魏虎,韓小琴 (陜西延長石油集團(tuán)研究院,陜西 西安 710075)

鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層特征及控制因素分析

周進(jìn)松,王念喜,趙謙平,林桂芳

銀曉,高飛,魏虎,韓小琴 (陜西延長石油集團(tuán)研究院,陜西 西安 710075)

結(jié)合大量巖石薄片、儲(chǔ)層物性、壓汞曲線資料的分析,對(duì)鄂爾多斯盆地不同區(qū)塊上古生界主要?dú)鈱佣蔚膸r石學(xué)特征、物性特征、孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙類型等進(jìn)行深入對(duì)比研究,分析了影響儲(chǔ)層碎屑組分、儲(chǔ)集性能和平面分布的主要因素。研究表明,上古生界砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),普遍具有低孔-低滲、孔喉偏小的特征;物源體系控制著砂巖組分的差異,由西至東石英含量減小,巖屑含量增加,長石含量僅在盆地西部邊緣地帶較高;沉積體系的多樣性決定了儲(chǔ)層儲(chǔ)集體類型的多樣性和分布規(guī)律;成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的控制是多方面的,由溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙是主要儲(chǔ)集空間。

鄂爾多斯盆地;上古生界;儲(chǔ)層特征;控制因素

鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、扭動(dòng)明顯的多旋回克拉通盆地,蘊(yùn)含著豐富的油氣資源。自20世紀(jì)50年代以來,先后在盆地北部發(fā)現(xiàn)了蘇里格、榆林、靖邊、大牛地、烏審旗等多個(gè)探明儲(chǔ)量超千億立方米的大型氣田。近年來,陜西延長石油集團(tuán)在盆地東南部延安地區(qū)上古生界進(jìn)行天然氣勘探也取得了重大進(jìn)展。鉆探結(jié)果顯示,盆地古生界含氣層位平面分布范圍廣,垂向疊置連片,從下古生界奧陶系馬家溝組(O2m)至上古生界石炭系本溪組(C2b)、二疊系太原組(P1t)、山西組(P1s)、石盒子組(P2sh)及石千峰組(P3s)均發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣藏,這些氣藏普遍為低孔-低滲性致密砂巖 (巖性)型氣藏,但各大氣田分布區(qū)域位置不一樣,其主力含氣層位儲(chǔ)集性能也有所差異。筆者通過分析大量薄片、物性、壓汞等資料,結(jié)合前人研究成果,對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界主要?dú)鈱佣紊皫r儲(chǔ)層特征及分布差異性進(jìn)行深入研究,分析了影響儲(chǔ)層發(fā)育的主要因素。

圖1 鄂爾多斯盆地古生界氣田分布圖(充填表示主力氣層)

1 氣層分布特征

前人研究表明[1～3],鄂爾多斯盆地具有 “廣覆式生烴,大面積成藏”的特征,在盆地大范圍內(nèi)鉆井過程中,上古生界各地層均有不同程度的氣顯示。從形成工業(yè)氣藏的規(guī)模來看,主要以下石盒子組(P2sh5～8)、P1s為主,其次為P1t和C2b,盆地不同地理位置,氣層分布也有所差異。石盒子組八段(P2sh8)、山西組一段(P1s1)分布最為廣泛,全盆地均發(fā)育,山二段(P1s2)主要分布于中部和北部地區(qū),P1t主要分布于東北部,C2b主要分布于東北部和東南部,整體上從西部至東部,垂向上含氣層位增多,氣層埋深變淺(圖1)。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

大量巖石薄片資料 (表1)表明,盆地P2sh8、P1s1巖石學(xué)特征表現(xiàn)為東、西向差異較大。由西至東,巖石成分成熟度降低,石英含量降低,巖屑含量增加,長石體積分?jǐn)?shù)普遍較低,平均0%～2%。以P2sh8為例,西部蘇里格氣田西區(qū)P2sh8石英體積分?jǐn)?shù)平均為90.8%,巖屑體積分?jǐn)?shù)平均9.2%,以石英砂巖為主,其次為巖屑石英砂巖;而東部大牛地氣田P2sh8石英體積分?jǐn)?shù)平均72.2%,巖屑體積分?jǐn)?shù)平均為25.4%,以巖屑砂巖為主,其次為巖屑石英砂巖。P1s2主要分布于盆地中部呈南北向展布,其巖石學(xué)特征表現(xiàn)為南、北向差異較大。中部石英含量最高,巖屑含量最低,以石英砂巖為主,其次為巖屑石英砂巖,從中部往北、往南石英含量降低,巖屑含量增加。盆地C2b和P1t分布較為局限,其總體巖石成分成熟度較高,石英含量較高,以石英砂巖為主。

2.2 物性特征

鄂爾多斯盆地上古生界氣藏整體為低孔-低滲致密砂巖氣藏,大量物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) (見表2)表明,儲(chǔ)層平均孔隙度一般為5%～10%,平均滲透率一般為0.5～7mD。從平面分布來看,P2sh8、P1s1物性西部整體好于東部,北部好于南部;P1s2物性中、北部好于南部。整體上盆地南部儲(chǔ)層物性較差,在南部黃龍-洛川地區(qū)平均孔隙度為2.95%～6.6%,平均滲透率僅為0.075～0.361mD。

表2 鄂爾多斯盆地上古生界主要含氣層位儲(chǔ)層物性特征_

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

從反映孔隙結(jié)構(gòu)特征各項(xiàng)參數(shù) (見表3)來看,鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化大,普遍排驅(qū)壓力較高,平均0.75～2.05MPa,中值壓力平均1.59～36.89MPa,孔喉半徑偏小,以微-小孔喉為主,最大孔喉半徑0.664～1.86μm,中值孔喉半徑0.18～0.63μm,分選系數(shù)0.204～2.616。整體上,陜北斜坡由北往南孔隙結(jié)構(gòu)有變差的趨勢(shì)。

表3 鄂爾多斯盆地上古生界主要含氣層位儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.4 孔隙類型

通過常規(guī)薄片、鑄體薄片和掃描電鏡觀察,鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層孔隙類型有原生孔隙、殘余原生粒間孔隙、粒間溶蝕孔隙、粒內(nèi)溶蝕孔隙、填隙物內(nèi)溶蝕孔隙、自生礦物晶間孔隙和少量的微裂縫性孔隙。

各孔隙類型在不同地區(qū)不同層位發(fā)育程度有所差異 (圖2)。溶蝕孔隙 (粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔)是砂巖的主要孔隙類型,多為巖屑溶孔和長石溶孔,它們構(gòu)成主要儲(chǔ)集空間,占總孔隙47.2%～82.8%,面孔率0.4%～5%,尤其在中部延安、榆林P1s2最發(fā)育。殘余粒間孔隙普遍不發(fā)育,一般面孔率不超過1%。填隙物內(nèi)溶蝕孔隙指填隙物受溶蝕作用所形成的孔隙,尤其是凝灰質(zhì)填隙物,因其易容,在P2sh8和P1s1中比較常見。自生礦物晶間孔隙主要為自生伊利石晶間孔隙、自生綠泥石晶間孔隙和自生高嶺石晶間孔隙,其中自生高嶺石晶間孔隙可以提高孔滲性能,是一種重要的次生孔隙。微裂縫大致可分為粒間縫和構(gòu)造縫。粒間縫是指碎屑與碎屑之間、碎屑與膠結(jié)物之間、碎屑與雜基之間的縫隙,裂隙間互相連通呈網(wǎng)狀分布,這種孔隙類型可能為成巖作用中巖石收縮所導(dǎo)致的;構(gòu)造縫是指由于構(gòu)造擠壓或拉張作用切過碎屑及填隙物的裂隙,盡管這種裂縫發(fā)育程度有限,一般占總孔隙1%～5%,面孔率小于0.5%,但是為局部流體大規(guī)模的運(yùn)移提供了通道,改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

圖2 鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)層不同孔隙類型面孔率

3 控制因素分析

3.1 物源體系控制著儲(chǔ)層的物質(zhì)組分

母巖是提供砂巖儲(chǔ)層組分的物質(zhì)基礎(chǔ),不同物源體系由于其母巖性質(zhì)不一樣,導(dǎo)致砂巖組分的差異,進(jìn)而影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。前人對(duì)鄂爾多斯盆地P2sh8物源體系特征做了大量研究工作[4～11]。認(rèn)為,鄂爾多斯盆地主要受南、北2大物源體系影響,北部物源影響范圍較大,南部范圍較小。結(jié)合大量巖石薄片資料分析,受物源分異的影響,盆地北部中下二疊統(tǒng)砂巖組分具有明顯的東西分區(qū)性,東北部及北部可劃分出烏海-銀川,鄂托克旗-定邊,東勝、榆林-延安3個(gè)區(qū),自西往東石英含量逐漸降低,巖屑含量增加,長石主要分布于盆地西部。盆地東部總體上是巖屑砂巖和巖屑石英砂巖的分布區(qū)。盆地西南部及南部也可劃分出海原、同心-中寧,平?jīng)?、固?環(huán)縣,耀縣、韓城-洛川3個(gè)區(qū),這些區(qū)域石英含量普遍較低,巖屑含量較高,長石主要分布于西南部邊界(圖3)。在層位上,C2b～P1s2石英含量高于P1s1和P2sh8。物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,砂巖組分中石英含量越高,物性越好 (圖4),這也是盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層物性西部好于東部,北部好于南部的主要原因。

圖3 鄂爾多斯盆地中下二疊統(tǒng)物源及碎屑組分分布圖

3.2 沉積體系控制著儲(chǔ)層的砂體類型及平面分布

圖4 砂巖組分中石英體積分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系

鄂爾多斯盆地上古生界沉積體系類型豐富多樣[12],同一層系不同區(qū)域其沉積 (微)相差異較大,控制著儲(chǔ)集體類型及平面分布規(guī)律。C2b在東北部東勝-神木地區(qū)主要為扇三角洲沉積,往南大部分主要為障壁島海岸-潮坪沉積體系[13],從盆地東、西部往中部依次發(fā)育淺海陸棚、障壁島、瀉湖和潮坪沉積環(huán)境。障壁砂壩是主要儲(chǔ)集體類型,分布較為局限,主要分布于東部清澗-延川-延長及西部銀川一帶 (圖5)。P1t在盆地北部神木、大牛地、鄂托克旗、銀川以北地區(qū)為沖積扇-三角洲沉積,往中部及南部過渡為潮坪和碳酸鹽臺(tái)地沉積,儲(chǔ)層砂體不發(fā)育。P1s從盆地北部往中部依次發(fā)育沖積扇→辮狀河→曲流河→曲流河三角洲沉積 (圖6),不同區(qū)域主要儲(chǔ)集體類型不一樣,在西部蘇里格地區(qū)主要為三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道,中部榆林及延安地區(qū)主要為三角洲前緣水下分流河道,東部大牛地主要為三角洲平原分流河道。

P1s時(shí)期盆地陜北斜坡中部地形比較平旦,水淺流急,三角洲前緣水下分流河道砂體發(fā)育,河口壩整體不發(fā)育;南部P1s范圍比較小,主要分布于韓城-黃龍和平?jīng)?環(huán)縣一帶。P2sh8從盆地北部往中部依次發(fā)育沖積扇→辮狀河→辮狀河三角洲沉積,在西部蘇里格地區(qū)主要儲(chǔ)集體類型為辮狀河三角洲平原分流河道和辮狀河三角洲前緣水下分流河道,中部榆林及延安地區(qū)主要為辮狀河三角洲前緣水下分流河道,東部大牛地主要為沖積平原上辮狀河道、心灘。不同類型儲(chǔ)集體其儲(chǔ)集性能差異較大,研究表明,砂壩、(水下)分流河道、心灘、邊灘等儲(chǔ)集性能最好[14,15](表4)。

圖5 鄂爾多斯盆地C2b沉積體系分布圖

圖6 鄂爾多斯盆地P1s沉積體系分布圖

3.3 成巖作用控制著儲(chǔ)層的孔隙演化

成巖作用類型主要有機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕、溶解作用等,成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:溶蝕或溶解不穩(wěn)定組分后產(chǎn)生次生孔隙,稱為建設(shè)性作用;壓實(shí)、膠結(jié)和某些自生礦物的形成堵塞了孔隙并降低了滲透率,稱為破壞性作用。2類成巖作用發(fā)育程度直接影響儲(chǔ)層物性。

壓實(shí)作用使顆粒被壓致密,是原生孔隙度降低的重要原因之一。一般來說石英的抗壓性最強(qiáng),其次為長石和巖屑。因此,在鄂爾多斯盆地上古生界砂巖中隨著石英含量的增加,儲(chǔ)層物性偏好[16](表4)。

表4 鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)層不同沉積微相物性對(duì)比表

膠結(jié)作用是引起儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間減少的主要原因之一。但是早期形成的環(huán)邊薄膜 (如綠泥石)的膠結(jié)物將松散的沉積物膠結(jié)成巖,在一定程度上增強(qiáng)了巖石的抗壓實(shí)能力,有利于孔隙空間的保存[17]。對(duì)中部129個(gè)砂巖薄片數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),石英砂巖中綠泥石膜體積分?jǐn)?shù)平均為1.47%,巖屑砂巖中綠泥石膜體積分?jǐn)?shù)平均為2.39%,巖屑石英砂巖中綠泥石膜體積分?jǐn)?shù)平均為1.89%,隨著綠泥石膜含量增加,物性偏好 (圖7),這可能是造成局部巖屑砂巖物性好于石英砂巖的原因之一。另外,隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加,面孔率呈減小的趨勢(shì) (圖8)。盆地上古生界砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物主要有方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦等,多為粒間膠結(jié)物、交代物或次生孔隙內(nèi)充填物。它們占據(jù)了孔隙的位置,縮小或堵塞喉道,使儲(chǔ)層物性變差。據(jù)薄片統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),延安地區(qū)P2sh8砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為3.46%,P1s1為3.63%,P1s2為3.74%,C2b為5.36%。由此可以得出,隨著埋深增加,碳酸鹽膠結(jié)物含量也增加,雖然C2b石英含量明顯高于P1s1、P2sh8,但是其孔隙度并不比二者高。

圖8 碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)與面孔率關(guān)系

圖7 綠泥石體積分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系

溶蝕作用是一種建設(shè)性的成巖作用,可溶性物質(zhì) (如噴發(fā)巖巖屑、凝灰質(zhì)、長石)以及其他的一些礦物 (如高嶺石等)在煤系地層提供的有機(jī)酸或在烴類形成和聚集時(shí)形成的弱酸性環(huán)境下發(fā)生溶蝕,極大地提高了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能。這也是主力含煤生烴層系P1s2溶蝕孔隙比P2sh8發(fā)育的原因 (圖2)。

4 結(jié)論

1)在南北兩大物源差異影響下,盆地P1s～P2sh8砂巖中石英含量由西往東逐漸減少,巖屑含量在增加,長石含量僅在盆地西部邊緣地帶較高,整個(gè)陜北斜坡大范圍內(nèi)長石體積分?jǐn)?shù)平均不超過10%。盆地東部、南部主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖覆蓋區(qū)。

2)沉積體系的多樣性決定了儲(chǔ)層儲(chǔ)集體類型的多樣性和分布規(guī)律。盆地上古生界既發(fā)育海陸過渡相的障壁島、瀉湖、潮坪沉積體系,也發(fā)育陸相的沖積扇、辮狀河、曲流河、辮狀河三角洲、曲流河三角洲沉積體系。障壁島砂壩、(分流)河道、邊灘、心灘是有利的儲(chǔ)集體類型,其分布受控于沉積相的平面展布,這也造成某些層位僅發(fā)育于特定的氣田位置。

3)成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的控制是多方面的,其中有些是受砂巖組分 (母巖性質(zhì))和沉積環(huán)境等因素的繼承性共同影響所致。整體上,巖屑、凝灰質(zhì)、長石以及其他的一些礦物如高嶺石等溶蝕產(chǎn)生的孔隙是盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層主要次生孔隙類型。膠結(jié)物中綠泥石膜的發(fā)育有利于孔隙的保存,而碳酸鹽膠結(jié)物則堵塞孔隙。

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TE122.2

A

1000-9752(2014)02-0027-07

2013-09-10

周進(jìn)松(1979-),男,2009年中國地質(zhì)大學(xué) (北京)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)主要從事地質(zhì)勘探工作。