曲希玉，邱隆偉，宋 璠，張滿利，劉 冰

(1.中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；2.中國石油 大慶油田 第十采油廠 肇州分公司，黑龍江 大慶 166405)

大牛地氣田石英次生加大特征及其對儲層物性的影響

曲希玉1，邱隆偉1，宋 璠1，張滿利1，劉 冰2

(1.中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266555；2.中國石油 大慶油田 第十采油廠 肇州分公司，黑龍江 大慶 166405)

以大牛地氣田太原組、山西組和下石盒子組致密砂巖儲層為研究對象，依據(jù)石英次生加大的點狀式、環(huán)邊式和多期式形貌，結合流體包裹體均一溫度，將石英次生加大分為3期，其中第Ⅱ期在本區(qū)發(fā)育數(shù)量最多，含有一定量的有機包裹體，第Ⅰ期和第Ⅲ期見石英溶解現(xiàn)象。隨石英次生加大期次的增加，加大邊的寬度逐漸增大，對應的儲層物性逐漸變差，但第Ⅲ期對應的孔隙度較前兩期明顯偏高。當大牛地氣田的硅質膠結物含量大于3%時，將以孔隙充填為主，在第Ⅲ期石英次生加大之后，砂巖儲層已完全致密化。在整體致密的背景下，堿性溶解作用形成的石英溶解型孔隙，為大牛地氣田提供了大量的儲集空間，是太原組二段次生孔隙的主要成因。

次生加大；期次；致密化；堿性溶解；大牛地氣田

石英次生加大是硅質膠結物圍繞碎屑石英顆粒生長形成的，兩者成分相同，光性方位一致。其形成溫度為65～130 ℃[1-2]，含鹽的中性—弱堿性孔隙水有利于其形成[3]。石英次生加大的分布受孔隙度控制，且與滲流空間和生長空間有關[4]。在非均質砂巖中，當有充足的硅質來源時，哪里有空間，次生加大就在哪里進行；如果孔隙分布均勻，且顆粒周圍有空間及硅質來源，就會在石英顆粒周圍形成比較均勻的生長，加大成自形[5]。可利用偏光顯微鏡下原碎屑顆粒邊緣的黏土薄膜識別次生加大邊[6]；如沒有黏土膜，用陰極發(fā)光顯微鏡可識別石英次生加大邊與核心石英的界線[5,7]；借助電子探針可以確定石英次生加大的元素微區(qū)變化[2,7-8]，從碎屑部分到石英次生加大的外壁，Al2O3含量逐漸增加；而石英次生加大邊中的流體包裹體則是判斷其形成溫度和期次的重要手段[2,9-12]。儲層研究中，石英次生加大邊可以作為研究古溫度、解釋儲層非均質性、確定油氣侵位時間及劃分成巖階段的手段[3]，同時也是儲層物性變差的主要原因。那么，是否砂巖儲層中出現(xiàn)石英次生加大時儲層物性就一定變差，其含量、特征及后期變化對儲層物性有什么樣的影響呢？本文以大牛地氣田太原組、山西組和下石盒子組致密砂巖儲層為研究對象，利用偏光顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡和流體包裹體測溫技術，結合儲層物性數(shù)據(jù)，研究石英次生加大的形貌及期次，探討石英次生加大與儲層致密化和次生孔隙的關系。

1 地質背景及巖石學特征

鄂爾多斯盆地在構造上位于華北地臺西部，面積為33×104km2，是一個長期發(fā)育的多旋回穩(wěn)定的大型克拉通疊合盆地。在大地構造位置上，它處于中國東部構造穩(wěn)定區(qū)和西部構造活動帶之間，現(xiàn)今輪廓為一不對稱的矩形向斜盆地。向斜軸部位于天池—環(huán)縣南北狹窄區(qū)域，東翼寬、西翼窄，東為350 km，西僅20 km，東翼所轄地區(qū)是盆地的主體，為一個西傾的大單斜，傾角不足1°，稱為伊陜斜坡。大牛地氣田就位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部，地處陜西和內蒙古交界，面積2 003.71 km2，主要目的層位為石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組，經(jīng)歷了海相—海陸過渡相—陸相的沉積過程，截至2008年，已建成天然氣產能30×108m3[13]。

大牛地氣田太原組的骨架碎屑成分中石英占91.7%、長石占2.0%、巖屑占8.2%，巖石類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖(圖1a)，主體為中粗粒砂巖。山西組的骨架碎屑成分中石英占73.9%、長石占3.8%、巖屑占22.4%，巖石類型主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖(圖1b)，主體為中粗粒砂巖。下石盒子組的骨架碎屑成分中石英占74.5%、長石占4.4%、巖屑占18.1%，主要巖石類型為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖(圖1c)，主體為中粒砂巖。

通過382個薄片的鑒定與統(tǒng)計，在研究區(qū)識別出6種填隙物，其中雜基以泥質為主，自生礦物以水云母、石英、方解石和高嶺石為主。太原組填隙物中泥質的相對含量為5.78%，膠結物中石英的相對含量為26.6%，水云母為35.5%，含少量的高嶺石、方解石和菱鐵礦(圖2a)。山西組填隙物中泥質的相對含量為38%，膠結物中水云母相對含量為16%，方解石為14%，含少量的高嶺石、菱鐵礦和石英(圖2b)。下石盒子組填隙物中泥質的相對含量為34%，膠結物中方解石的相對含量為11%，石英為10%，水云母相對含量為24%，含少量的高嶺石(圖2c)。

圖1 大牛地氣田儲層砂巖類型三角圖

圖2 大牛地氣田填隙物相對含量

2 石英次生加大的特征及期次

2.1 石英次生加大的形貌特征

以11口鉆井221個薄片的鏡下觀察為基礎，根據(jù)石英次生加大生長形態(tài)，參考柴西南石英膠結的分類模式[14]，將大牛地氣田的石英次生加大的形貌特征分為點狀式、環(huán)邊式和多期式(表1)。

點狀式是指次生硅質附著在碎屑石英顆粒邊緣，呈點狀(一個或多個點)或環(huán)繞顆粒的薄層，可分為單點式加大和多點式加大2種類型。如大15井2 646.85 m處，加大邊呈單點式生長于顆粒的一角，整個顆粒外緣由于溶蝕作用而凹凸不平，僅加大邊生長處保留有圓滑的顆粒外形(圖版Ⅰ)；再如大18井2 624.25 m處的多點式加大，可見石英顆粒呈線狀接觸，由于顆粒的限制，硅質膠結物于顆粒兩側呈三角形充填原生孔隙(圖版Ⅱ)。

表1 大牛地氣田石英次生加大特征統(tǒng)計

續(xù)表1

環(huán)邊式是指次生硅質連續(xù)包裹石英顆粒邊緣，可分為環(huán)粒加大和半環(huán)粒加大2種。如大21井2 671.1 m處，次生加大均勻地環(huán)繞整個顆粒生長(圖版Ⅲ)，形態(tài)與原始顆粒渾圓的外形一致；再如大15井2 581.85 m處，顆粒呈次棱角狀—次圓狀，可見平直的顆粒邊緣，加大邊沿顆粒邊緣半環(huán)繞生長，呈方形環(huán)邊狀，厚度較均一(圖版Ⅳ)；而DK13井2 658.19 m處的加大邊呈渾圓狀均勻地半環(huán)繞顆粒生長(圖版Ⅴ)。

多期式是指由附著于碎屑顆粒周圍的一期次生硅質加大和粒間孔中的二期次生硅質充填形成的，第二期的次生硅質加大附著于第一期加大部分的外側。大18井2 686.5 m處，可見2期清晰的塵線，2期加大均勻地生長于渾圓顆粒外緣，局部由于其他顆粒的限制而不發(fā)育加大邊，第二期加大邊上可見港灣狀溶蝕現(xiàn)象(圖版Ⅵ)。

2.2 石英次生加大的期次

根據(jù)石英次生加大的形貌特征，借助于加大邊中流體包裹體均一溫度，將大牛地氣田的石英次生加大劃分為3期。

第Ⅰ期石英次生加大邊多呈單點式(圖版Ⅰ)或多點式膠結于碎屑石英顆粒的一側(圖版Ⅱ)。由于受其他顆粒限制，第Ⅰ期加大發(fā)育局限，寬窄不一，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量較少，見港灣狀溶蝕現(xiàn)象。Ⅰ期加大邊內包裹體發(fā)育較少，包裹體均一溫度為78 ℃，拉曼光譜分析表明，包裹體內無有機組分，說明加大邊形成時沒有進入烴成熟分解階段，即沒有發(fā)生烴組分的運移。Ⅰ期石英加大邊屬于早成巖階段B期的成巖壓實作用階段的產物。

第Ⅱ期石英次生加大邊環(huán)繞石英顆粒，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量最多，大多呈環(huán)邊式(圖版Ⅲ)或半環(huán)邊式(圖版Ⅳ)均勻生長，加大邊寬度較大，陰極發(fā)光呈暗棕色(圖版Ⅴ)，含有一定量的包裹體，包裹體均一溫度平均為91.6 ℃，鹽度平均為5.5%。拉曼光譜分析表明，無機組分主要為SO2、CO2、CO等，有機組分以CH4和C6H6為主。

第Ⅲ期石英次生加大邊多呈鑲嵌狀與縫合線狀接觸，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量較多，鏡下可見清晰的2期塵線(圖版Ⅵ)，加大邊幾乎占據(jù)了所有的剩余粒間孔隙，寬度多大于50 μm，第二期加大邊處常見溶蝕現(xiàn)象。包裹體均一溫度平均為112.4 ℃，鹽度平均為6.2%。拉曼光譜分析表明無機組分和有機組分共存，包括CO2、SO2、CH4、C4H6等，其中以無機組分為主，有機組分相對較少。

2.3 石英次生加大的寬度

第Ⅰ期石英次生加大由于不規(guī)則生長，加大邊的寬度大小相差懸殊，最小寬度為5 μm，最大達350 μm(受限生長成樹枝狀)，主體在50 μm以下，排除最大異常點的影響，第Ⅰ期石英次生加大的平均寬度為38 μm。第Ⅱ期及第Ⅲ期石英次生加大呈環(huán)邊式和多期式加大邊環(huán)繞顆粒生長，與顆粒的原始形態(tài)比較接近，自形程度好，厚度較均勻。第Ⅱ期石英次生加大的寬度為5～250 μm，主體在50 μm以下，平均為42 μm。第Ⅲ期石英次生加大的寬度為15～200 μm，主體在50 μm以上，平均為62 μm。整體上，石英次生加大的寬度隨加大期次的增加而逐漸增大。

2.4 石英次生加大對應的物性特征

隨著次生加大期次的增加，硅質膠結物的寬度逐漸增大，對孔隙的填充度逐漸增強，理論上孔隙度應該逐漸降低，但大牛地氣田不同期次的石英次生加大對應的孔隙度卻并非如此，可能與硅質膠結之后的堿性溶解作用有關。

第Ⅰ期石英次生加大對應的孔隙度為1.10%～12.60%，平均值為7.79%；第Ⅱ期為1.50%～10.17%，平均值為6.36%；第Ⅲ期為1.65%～15.30%，平均值為8.70%。第Ⅲ期石英次生加大對應的孔隙度較前兩期明顯偏高(圖3)，顯然與加大期次增加、膠結作用增強、孔隙度降低的事實不符，這主要與第Ⅲ期石英次生加大之后的堿性溶解作用有關。大牛地氣田經(jīng)歷了多期酸性及堿性流體的交替活動，第Ⅰ期和第Ⅲ期石英次生加大對應的酸性流體活動之后是研究區(qū)堿性流體最活躍的時期，其中第Ⅲ期石英次生加大之后的堿性溶解作用為研究區(qū)提供了大量的次生孔隙。

3 石英次生加大對儲層物性的影響

3.1 石英次生加大是砂巖儲層致密化的主要因素

硅質膠結物在砂巖儲層中主要以石英次生加大的形式產出，與鈣質膠結物和泥質膠結物不同，硅質膠結物對儲層物性的影響是一把“雙刃劍”。當硅質膠結物含量較低時，能夠增加巖石的抗壓強度，保護原生孔隙；隨膠結物含量的增加，將以孔隙填充為主，降低儲層的孔隙度。通過大牛地氣田自生石英含量與孔隙度的關系(圖4)可以看出，當自生石英含量小于等于3%時，儲層孔隙度與自生石英的含量沒有相關性；而當自生石英含量大于3%時，隨著自生石英含量的增加，儲層孔隙度呈現(xiàn)降低的趨勢。因此，在大牛地氣田，當硅質膠結物含量小于等于3%時，將保護原生孔隙；當硅質膠結物含量大于3%時，將充填孔隙，使砂巖儲層致密化。

圖3 大牛地氣田石英次生加大對應的孔隙度隨埋深變化

圖4 大牛地氣田自生石英含量與孔隙度相關性

大牛地氣田3期石英次生加大的演化過程，反映了研究區(qū)成巖演化的歷史，即大牛地氣田經(jīng)過了強烈壓實階段、酸堿交替階段、致密化階段和致密后階段。3期石英次生加大參與了酸堿交替和致密化2個成巖階段的演化，在第Ⅲ期石英次生加大之后，由于強烈的硅質膠結及泥鐵質膠結占據(jù)了剩余粒間孔隙，砂巖儲層已經(jīng)完全致密化。在大牛地氣田致密砂巖形成的過程中，石英次生加大是砂巖儲層致密化的主要影響因素，同時又由于第Ⅲ期石英次生加大邊中捕獲的包裹體組分主要為無機組分，可推斷大牛地氣田儲層含烴流體充注時間早于完全致密化時間，呈現(xiàn)“先生烴、后致密”的特征。

3.2 堿性溶解作用是太二段次生孔隙的主要成因

堿性成巖作用是總體以堿性地層水活動為背景下所形成的，以石英溶解及石英溶解型次生孔隙顯著存在為主要特征的成巖作用類型[15](以下簡稱堿性溶解作用)，作用的結果是形成石英溶解型次生孔隙。典型實例見于泌陽凹陷[16]和塔西南坳陷[17]，其溶蝕速率隨pH值增大迅速增大[18]。大牛地氣田的堿性溶解作用比較發(fā)育，在第Ⅰ期和第Ⅲ期石英次生加大邊中均可見加大邊溶解的現(xiàn)象，第Ⅲ期較第Ⅰ期的溶解作用強且普遍，第Ⅲ期石英次生加大對應的孔隙度較前兩期明顯偏高的原因即堿性溶解作用。除加大邊的溶解作用外，還可見石英顆粒的港灣狀溶解(圖版Ⅶ)和石英溶解“殘骸”(圖版Ⅷ)。如大48井2 744.7 m處，顆粒的右上方見典型的港灣狀溶解，而右下方該顆粒已被溶掉一角，孔隙另一側的石英顆粒也發(fā)生了溶解，形成了粒間超大孔(圖版Ⅶ)；再如大21井2 728 m處，石英顆粒發(fā)生強烈的溶解作用，僅剩余部分石英溶解“殘骸”，形成了縫狀粒間擴大孔(圖版Ⅷ)，增大了儲層的孔隙度和滲透率。通過對大牛地氣田17口鉆井近200個薄片的鏡下觀察和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)石英溶解現(xiàn)象在全區(qū)各個層位均有發(fā)育，太原組二段是堿性溶解作用最顯著、石英溶解型孔隙最發(fā)育的層段(圖5)。

圖5 大牛地氣田石英溶解現(xiàn)象層位分布

統(tǒng)計大牛地氣田各層位受堿性溶解作用影響的儲層物性數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有石英溶解現(xiàn)象的儲層孔隙度、滲透率明顯偏高。發(fā)育石英溶解現(xiàn)象的儲層孔隙度為6.40%～18.9%，平均為12.23%，滲透率為 (0.17～12.10)×10-3μm2，平均為1.90×10-3μm2；而整個大牛地氣田的孔隙度平均值為6.80%，滲透率平均值為0.80×10-3μm2。石英溶解形成的次生孔隙很好地改善了大牛地氣田的儲層孔隙度和滲透率，孔隙度的增加量近6%，滲透率的增加量在1.00×10-3μm2以上。說明石英及其加大邊的堿性溶解作用為大牛地氣田太原組二段提供了大量的儲集空間，是該層位次生孔隙的主要成因。

4 結論

(1)大牛地氣田石英次生加大的形貌為點狀式、環(huán)邊式和多期式，結合流體包裹體均一溫度，將石英次生加大分為3期。隨石英次生加大期次的增加，加大邊的寬度逐漸增大，對應的儲層物性逐漸變差，但第Ⅲ期對應的孔隙度較前兩期明顯偏高。

(2)石英次生加大是大牛地氣田砂巖儲層致密化的主要影響因素。當硅質膠結物含量大于3%時，將以孔隙充填為主，在第Ⅲ期石英次生加大之后，砂巖儲層已完全致密化。

(3)第Ⅰ期和第Ⅲ期石英次生加大見石英的堿性溶解現(xiàn)象，堿性溶解作用為大牛地氣田提供了大量的儲集空間，是太原組二段次生孔隙的主要成因。

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(編輯 韓 彧)

圖 版

Characteristics and its effect on reservoir physical property of quartz overgrowth at Daniudi Gas Field

Qu Xiyu1, Qiu Longwei1, Song Fan1, Zhang Manli1, Liu Bing2

(1.Faculty of Earth Sciences & Technology, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555, China; 2.Zhaozhou Branch, No.10 Oil Production Company, Daqing Oilfield, PetroChina, Daqing, Heilongjiang 166405, China)

The tight sandstone reservoirs from the Taiyuan, Shanxi and Xiashihezi Formations of the Daniudi Gas Field were studied. In view of the punctate type, zonary structure and multistage morphology of quartz overgrowth, and combined with the homogenization temperature fluid inclusions, the quartz overgrowth were divided into three stages, among which the stage Ⅱ was most developed and contained some organic inclusions. Quartz solution was found in the stages Ⅰ and Ⅲ. The corresponding reservoir physical property gradually became poor with the increasing stage of quartz overgrowth and the increasing width of enlargement margin; however, the porosity of the stage Ⅲ was obviously higher than that of the previous two stages. Pore filling was dominant when the content of siliceous cement was over 3% at the Daniudi Gas Field. After the quartz overgrowth in the stage Ⅲ, sandstone reservoirs were densified completely. Under the whole compact background, alkalinity dissolution resulted in pores of quartz solution type, which offered reservoir space for the Daniudi Gas Field, and was the main cause for secondary pores in the second member of the Taiyuan Formation.

secondary enlargement; multistage; densification; alkalinity dissolution; Daniudi Gas Field

1001-6112(2014)05-0567-07

10.11781/sysydz201405567

2013-08-31；

2014-07-08。

曲希玉(1977—)，男，博士，副教授，從事流體—巖石相互作用、儲層及沉積研究。E-mail: quxiyu@upc.edu.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05009-002)、國家自然基金聯(lián)合基金重點支持項目(U1262203)、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金 (12CX04004A)聯(lián)合資助。

TE122.2+3

A