王妍芝，陳石虎，楊 超

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065；2.中國石化中原石油工程有限公司鉆井三公司；3.陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探隊）

鄂爾多斯盆地中生界上三疊統(tǒng)延長組是盆地內(nèi)陸湖泊形成后的第一套生、儲油巖系，是以河流－湖泊相為主的陸源碎屑巖沉積［1］，其經(jīng)歷了一個陸相大型湖盆從發(fā)生、發(fā)展到消亡的整個地史演化過程［2］。華慶地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的西南部，西起白馬，東到馬家砭，北自長官廟，南抵城壕－悅樂一帶，面積約5500 km2［3］。華慶地區(qū)三疊系延長組長6儲層是長慶油田的主力產(chǎn)油層位之一，長6儲層進一步劃分為3個小層，分別為長61、長62和長63。本文重點研究長63儲層，長63儲層主要發(fā)育于水下分流河道，砂巖有效厚度一般為10～24 m［4］，屬于低－特低滲透儲層，儲層非均質(zhì)性強，成巖作用復雜。砂巖在埋藏成巖作用過程中受到各種成巖作用的改造，對原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育產(chǎn)生很大影響［5］，同時也控制著儲層的發(fā)育及物性特征。因此，通過對該區(qū)長63儲層的成巖作用進行研究，探索其對孔隙演化的影響，有助于儲層的綜合評價和有利區(qū)預測，并為油田的勘探和開發(fā)提供了一定的理論支持。

1 儲層巖石學特征

據(jù)巖心觀察及668塊巖石薄片樣品的鑒定資料統(tǒng)計，華慶地區(qū)長63儲層巖性主要為淺灰色和灰色細砂巖，以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，含少量長石巖屑砂巖（圖1）。砂巖成分中碎屑顆粒體積分數(shù)平均為84.2%，其中石英平均含量33.2%，長石平均含量43.4%，巖屑平均含量23.4%；巖屑成分中，噴發(fā)巖、石英巖、千枚巖、白云巖、云母等碎屑顆粒含量較高，該區(qū)儲層具有高長石低石英的特點，表明巖石成分成熟度較低。填隙物平均含量為15.5%，其中水云母和綠泥石含量較高，其次為鐵方解石、方解石、鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物。該區(qū)顆粒分選性中等－好，顆粒磨圓以次棱為主，結(jié)構成熟度較高，膠結(jié)類型主要為加大－孔隙式、孔隙式和薄膜－孔隙式，其次為基底式。

圖1 華慶地區(qū)長63儲層砂巖分類三角圖

2 儲層成巖作用類型

在巖心觀察描述的基礎上，通過薄片鑒定、陰極發(fā)光、掃描電鏡等分析方法，對華慶地區(qū)長63儲層砂巖的成巖作用進行系統(tǒng)的研究，認為該儲層的成巖作用類型主要有機械壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用、溶蝕作用和破裂作用。碎屑巖的一系列成巖變化，對碎屑儲集巖的孔隙形成、保存和破壞起著極為重要的作用，對儲層物性有著決定性影響［6］。根據(jù)成巖作用對孔隙的影響主要分為破壞性成巖作用和建設性成巖作用兩種類型，前者包括機械壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用，后者主要是溶蝕作用和破裂作用。

2.1 壓實壓溶作用

研究區(qū)長63儲層壓實作用的現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：塑性顆粒泥巖巖屑、云母塑性變形、扭曲及其假雜基化；云母等顆粒定向排列；剛性碎屑石英、長石被壓碎或壓裂。早期顆粒接觸方式主要以點接觸為主，隨著埋深的加大，顆粒發(fā)生部分溶解，由早期的機械壓實作用逐漸變?yōu)樯盥癫氐膲喝茏饔?，顆粒接觸關系變?yōu)榫€接觸再到凹凸接觸。通常認為壓實作用影響的最大埋藏深度在2500 m左右，研究區(qū)的埋藏深度介于1611～2341 m，已達到中深埋藏階段，壓實作用強烈。機械壓實作用和壓溶作用使粒間體積減小，使原始孔隙度降低。

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)作用類型主要為碳酸鹽膠結(jié)，硅質(zhì)膠結(jié)，粘土礦物膠結(jié)。

（1）碳酸鹽膠結(jié)。研究區(qū)有方解石、鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)3種碳酸鹽膠結(jié)物類型，其中以鐵方解石膠結(jié)為主。碳酸鹽膠結(jié)物在不同成巖階段均有產(chǎn)出，形成了多期次的碳酸鹽膠結(jié)物，不同期次的其晶體特征和礦物成分存在較大差異。早期方解石膠結(jié)以泥晶狀產(chǎn)出，嵌晶式膠結(jié)，后期鐵方解石膠結(jié)多呈連晶狀膠結(jié)在孔隙中，陰極發(fā)光下顯橙紅色，鐵白云石膠結(jié)以孔隙充填為特征。鐵方解石、鐵白云石的出現(xiàn)說明其成巖時期為中成巖階段［7］。由于方解石沉淀堵塞了大部分原生孔隙，因此降低了巖石的孔隙度和滲透率。

（2）硅質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)作用較弱，主要形式有石英次生加大和自形石英晶體。石英次生加大邊多呈環(huán)邊狀包裹或半包裹碎屑石英顆粒，并使顆粒成為緊密的鑲嵌接觸，石英次生加大多為壓溶作用產(chǎn)生，但該研究區(qū)內(nèi)壓溶作用較不發(fā)育，因此提供石英次生加大的SiO2并不主要是來源于壓溶作用產(chǎn)生，而是長石顆粒的溶解和云母的蝕變的廣泛發(fā)育為石英次生加大提供了足夠的SiO2［8］。硅質(zhì)膠結(jié)作用改變了儲層的孔隙結(jié)構，使砂巖儲層的物性變差。

（3）粘土礦物膠結(jié)。粘土礦物X衍射分析顯示，研究區(qū)粘土礦物主要有綠泥石、伊利石、伊／蒙混層（混層比＜10）。其中綠泥石最為發(fā)育，占粘土礦物總量的70.09%，其次為伊利石，平均含量為23.90%，伊／蒙混層平均含量為5.98%。綠泥石的膠結(jié)形式一是綠泥石薄膜，二是充填于孔隙中的自生綠泥石，綠泥石薄膜多呈微細葉狀或纖維狀，常發(fā)育成孔隙內(nèi)襯，部分綠泥石薄膜包圍整個碎屑顆粒。綠泥石呈分散狀及絨球狀，充填于粒間孔中，綠泥石一方面使孔隙度降低，另一方面限制了石英次生加大的發(fā)育，有利于原生孔隙的保存。

2.3 交代蝕變作用

交代作用往往造成原巖的成分和結(jié)構局部或全部發(fā)生變化，甚至改變原巖的巖石類型。交代蝕變作用是研究區(qū)常見的成巖作用之一，該區(qū)目的層段的交代現(xiàn)象主要有方解石、鐵方解石、鐵白云石交代長石、碎屑石英、云母等，以及粘土礦物交代碎屑顆粒。方解石往往延著長石的解理方向或雙晶方向開始交代，使這些顆粒的邊緣形狀不規(guī)則，使顆粒的邊緣成港灣狀或鋸齒狀，甚至交代整個顆粒，部分碎屑顆粒呈現(xiàn)幻影構造，具有幻影構造的顆粒多數(shù)為長石，其次為巖屑和石英。交代作用不僅交代各種顆粒，也使部分孔隙充填，因此交代作用對原生孔隙起破壞作用［9］。

2.4 溶蝕作用

研究區(qū)溶蝕作用比較發(fā)育，次生溶孔占34%，易溶的長石、石英、巖屑以及方解石等均有不同程度的溶蝕，產(chǎn)生的次生孔隙以粒間溶孔為主，溶蝕程度輕者沿顆粒邊緣溶蝕，形成港灣狀邊緣，或沿解理溶蝕，形成不連續(xù)的微小粒內(nèi)溶孔、溶縫，溶蝕作用是形成次生孔隙的重要成因，對儲層具有較好的改造作用。

2.5 破裂作用

由于上覆沉積物的壓力作用，巖石中的剛性成分會發(fā)生破裂作用，其形成的微裂縫在鑄體薄片中可以清晰的看到，裂縫的發(fā)育可以有效的改善儲集層的物性，為油氣的運移提供了良好的運移通道。

3 儲層成巖階段

根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標準《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》，結(jié)合該區(qū)鏡質(zhì)體反射率、粘土X衍射、自生礦物分布及形成順序等分析表明：該區(qū)長63儲層的埋深介于1611～2341 m；鏡質(zhì)體反射率平均為0.76%，有機質(zhì)低成熟－成熟；砂巖中可見伊／蒙混層粘土礦物、絨球狀的綠泥石；長石、巖屑等碎屑顆粒發(fā)生明顯的溶蝕作用，形成次生孔隙；石英Ⅱ期加大；高嶺石、伊利石、綠泥石等自生黏土礦物比較常見，因此推斷目前長63儲層的成巖階段主要處于中成巖階段的A期，研究區(qū)內(nèi)成巖演化序列為：機械壓實→早期粘土膜形成→石英次生加大Ⅰ期→方解石沉淀→長石顆粒溶解→石英Ⅱ期加大→長石次生加大→方解石溶解→石油充注→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒（圖2）。

圖2 華慶地區(qū)長63砂巖成巖序列演化

4 孔隙度演化

本次研究通過儲集層砂巖的粒度、物性分析，結(jié)合砂巖薄片的觀察與統(tǒng)計，估算了不同成巖作用對儲集砂巖孔隙度的影響，定量研究儲集層砂巖孔隙度降低和增加的成巖過程，可恢復砂巖孔隙演化史。

4.1 砂巖原始孔隙度

根據(jù)Beard和Weyl［10］提出的計算公式恢復研究區(qū)砂巖的原始孔隙度：φ1＝20.91＋22.90／So，式中φ1為原始孔隙度，So為Trask分選系數(shù)，So＝（Q1／Q3）1／2，Q1和 Q3分別為巖石顆粒粒徑概率累積頻率25%處和75%處的粒徑大小。據(jù)壓汞分析資料統(tǒng)計，研究區(qū)目的層段的分選系數(shù)So平均為2.19，計算得原始孔隙度φ1為31.4%。

4.2 壓實后砂巖孔隙度

恢復壓實后砂巖剩余粒間孔隙度，用于評價壓實作用對原生粒間孔的破壞程度。壓實后剩余粒間孔隙度（φ2）可依據(jù)膠結(jié)物含量、物性分析孔隙度、殘余粒間孔、溶蝕孔的關系求得：φ2＝［（粒間孔面孔率＋膠結(jié)物溶孔面孔率）／總面孔率］×物性分析孔隙度＋膠結(jié)物含量，根據(jù)薄片物性分析資料數(shù)據(jù)計算得出φ2＝［（1.54＋1.05）／2.67］×11.41＋6.24＝17.3%，壓實損失孔隙度＝φ1－φ2＝31.4－17.3＝14.1%，壓實孔隙度損失率＝（φ1－φ2）／φ1＝14.1／31.4＝44.9%。

4.3 膠結(jié)與交代后砂巖孔隙度

經(jīng)壓實、膠結(jié)及交代作用后的剩余粒間孔隙度φ3＝（粒間孔面孔率／總面孔率）×物性分析孔隙度＝（1.54／2.67）×11.41＝6.6%，膠結(jié)、交代損失孔隙度＝φ2－φ3＝17.3－6.6＝10.7%，膠結(jié)、交代孔隙度損失率＝（φ2－φ3）／φ1＝10.7／31.4＝34.1%。

4.4 次生孔隙度

次生孔隙度φ4＝（次生孔隙面孔率／總面孔率）×物性分析孔隙度＝（1.13／2.67）×11.41＝4.8%。

計算出研究區(qū)儲層砂巖原始孔隙度為31.4%，壓實作用損失了14.1%的孔隙度，壓實后剩余孔隙度為17.3%，壓實過程孔隙度損失率為44.9%，屬于中等壓實；膠結(jié)作用損失了10.7%的孔隙度，膠結(jié)孔隙度損失率為34.1%；壓實作用和膠結(jié)作用造成了79%的原生粒間孔隙度損失；后期經(jīng)溶蝕作用使得孔隙度增加了4.8%，形成現(xiàn)今孔隙度11.4%，與巖心物性分析平均孔隙度11.41%相近，符合程度高（圖3）。由圖4可知，99%的點都落在圖框的左下角處，這表明壓實作用破壞掉的原始孔隙要比膠結(jié)作用破壞的多。

圖3 華慶地區(qū)長63儲層砂巖成巖過程的孔隙度演化

圖4 壓實作用與膠結(jié)作用對孔隙度演化影響評價

5 結(jié)論

（1）華慶地區(qū)長63儲層巖石類型主要以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，砂巖分選性中等－好，磨圓度以次棱狀為主，砂巖的成分成熟度較低，結(jié)構成熟度較高。

（2）華慶地區(qū)長63儲層砂巖目前處在中成巖階段A期，成巖演化序列為：機械壓實→早期粘土膜形成→石英次生加大Ⅰ期→方解石沉淀→長石顆粒溶解→石英Ⅱ期加大→長石次生加大→方解石溶解→石油充注→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒。

（3）華慶地區(qū)長63儲層砂巖經(jīng)歷了壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代蝕變作用和破裂作用，其中壓實作用損失了14.1%的孔隙度，壓實過程孔隙度損失率為44.9%，膠結(jié)作用損失了10.7%的孔隙度，膠結(jié)孔隙度損失率為34.1%；后期經(jīng)溶蝕作用使得孔隙度增加了4.8%，形成現(xiàn)今孔隙度11.4%。

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