黃培培

（1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶研究中心，重慶 400042）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段儲(chǔ)層孔隙類型及次生孔隙成因

黃培培1，2

（1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶研究中心，重慶 400042）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主，有機(jī)質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)砂巖中不穩(wěn)定組分的溶解作用極大地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性，被溶物質(zhì)主要是長石。巖性不同，溶解強(qiáng)度也有所差異。石英砂巖抗壓實(shí)能力強(qiáng)，有利于原生孔隙的保存和酸性流體的流動(dòng)，溶蝕作用強(qiáng)；巖屑砂巖中，強(qiáng)烈的壓實(shí)使大量孔隙喪失，后期酸性流體難以進(jìn)入砂巖中，溶蝕作用弱。

孔隙類型；次生孔隙成因；山2段；鄂爾多斯盆地東部

鄂爾多斯盆地東部地區(qū)下二疊統(tǒng)山西組山2段是盆地上古生界主要的天然氣產(chǎn)層，氣層受巖性、巖相控制明顯［1］。晚二疊世山西期是重要的成煤期，在此背景下山2段砂巖表現(xiàn)出低孔低滲的儲(chǔ)集特點(diǎn)。儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間為次生孔隙，本文在大量鑄體薄片分析基礎(chǔ)上，通過對(duì)顯微圖像、掃描電鏡及成巖作用等的分析，對(duì)儲(chǔ)層砂巖溶解流體來源、溶蝕物質(zhì)及次生孔隙成因進(jìn)行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東部，北至榆林，南至子洲，西至橫山，東至米脂（見圖1），區(qū)域構(gòu)造上屬伊陜斜坡。

山西組山2段在研究區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定，地層厚40～80m，主要由深灰、灰綠色含礫巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、石英砂巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖與黑灰、灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖互層組成，并夾有煤層。根據(jù)巖性和沉積旋回等特征，可將山西組山2段劃分為3個(gè)亞段：從上至下依次是山21、山22、山23，其中以山23亞段砂巖具有最為有利的儲(chǔ)集條件。

研究區(qū)山2段沉積時(shí)期主要發(fā)育榆林和神木兩大河流——三角洲沉積體系，自北而南依次發(fā)育沖積平原-三角洲平原-三角洲前緣-濱淺湖沉積體系，研究區(qū)北部榆林地區(qū)主要發(fā)育一系列近南北向的辮狀河三角洲平原分流河道砂體；南部子洲則普遍發(fā)育三角洲前緣水下分流河道砂體，三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道均為有利的儲(chǔ)集相帶。

表1 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖巖石學(xué)特征

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c研究區(qū)位置圖

2 砂巖巖石學(xué)特征

研究區(qū)山2段砂巖類型為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，石英含量高，長石含量極低，巖屑以火山巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑為主。砂巖總體上具有較高的成分成熟度；粒度以粗粒、粗-中粒為主，分選好，圓度以次棱-次圓為主；雜基以水云母為主，主要的膠結(jié)作用類型為硅質(zhì)膠結(jié)（包括石英次生加大和自生微晶石英）、自生高嶺石和晚期碳酸鹽（主要是含鐵碳酸鹽）（見表1）。顆粒之間以線接觸為主，局部可見凹凸-線接觸。

3 孔隙成因類型

根據(jù)研究區(qū)1 243個(gè)樣品的薄片、掃描電鏡等試驗(yàn)分析研究，鄂爾多斯盆地東部山西組山2段儲(chǔ)層面孔率平均為2.37%，可分為原生孔隙和次生孔隙兩大類，按照成因可進(jìn)一步細(xì)分為剩余原生粒間孔隙（剩余原生孔）、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔（包括顆粒全部溶蝕形成的鑄模孔）、晶間孔和微裂隙（見表2）。從表2中可以看出，研究區(qū)山2段砂巖以次生孔隙為主，微裂隙不發(fā)育；巖屑、雜基含量少的石英砂巖的面孔率最高，剩余原生粒間孔在總面孔率中也占有較高的比例，粒內(nèi)溶孔的比例相對(duì)較低；在雜基、塑性巖屑含量較高的巖屑砂巖中，面孔率值最低，主要的儲(chǔ)集空間是以粒內(nèi)溶孔為主的次生孔隙，剩余原生粒間孔極不發(fā)育。

表2 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖儲(chǔ)層的孔隙構(gòu)成

3.1 剩余原生粒間孔

殘余原生粒間孔主要為砂巖經(jīng)過壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等成巖作用之后殘留下來的粒間孔隙，主要發(fā)育在雜基、巖屑含量少、硅質(zhì)膠結(jié)和自生高嶺石發(fā)育的石英砂巖中，是儲(chǔ)層中較為有利的一種有效孔隙類型。在鑄體薄片觀察下，剩余原生粒間孔主要表現(xiàn)為原生孔隙經(jīng)石英次生加大之后保存下來的剩余孔隙，常呈三角形、四邊形等，形態(tài)規(guī)則，孔中比較干凈，孔的大小和分布較均勻，連通性好。在石英加大邊較發(fā)育的部位，剩余原生粒間孔可呈縫狀。

3.2 粒間溶孔

主要是由充填在碎屑顆粒之間的填隙物溶蝕而形成，包括凝灰質(zhì)等雜基和碳酸鹽等膠結(jié)物溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙，亦包括充填在孔隙中的粘土礦物在成巖期失去束縛水或結(jié)構(gòu)水由于蝕變作用收縮而成的收縮孔縫?？紫缎螤畈灰?guī)則，顆粒邊緣常呈溶蝕港灣狀，粒間常殘余部分填隙物，常與長石、巖屑等粒內(nèi)溶孔伴生，孔隙間連通性較好。有時(shí)粒間溶孔可溶蝕擴(kuò)大成超大孔。

3.3 粒內(nèi)溶孔

主要是碎屑顆粒內(nèi)部不穩(wěn)定的化學(xué)組分發(fā)生溶蝕產(chǎn)生的孔隙，如長石、火山巖巖屑等。主要包括長石溶孔、巖屑溶孔等，也包括早期易溶碎屑被交代之后又發(fā)生溶蝕形成的孔隙。主要表現(xiàn)為長石沿解理或構(gòu)造破裂方向發(fā)生溶蝕，常殘余部分長石顆粒，有時(shí)長石（或巖屑）全部溶蝕形成鑄?？?，僅殘存顆粒外形或粘土環(huán)邊?；鹕綆r巖屑被溶蝕常形成蜂窩狀的粒內(nèi)溶孔。黑云母、千枚巖、泥巖等常被溶蝕形成粒內(nèi)微溶孔。

3.4 晶間孔

由于研究區(qū)山2段高嶺石較發(fā)育，因此晶間孔主要是高嶺石的晶間孔，是研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖的一種重要儲(chǔ)集空間。可見有2種賦存形式的高嶺石晶間孔，一種是粒間孔隙中充填的自生高嶺石晶間孔，另一種是火山巖巖屑或長石蝕變后形成的重結(jié)晶高嶺石晶間孔。鑄體薄片和掃描電鏡觀察表明，粒間自生高嶺石堆積較松散，常具有較好的晶形，集合體常呈書頁狀、手風(fēng)琴狀，常具有較好的晶間孔隙。但在局部地區(qū)，高嶺石受壓實(shí)作用的影響，也可呈緊密堆積狀。

3.5 微裂隙

研究區(qū)山2段微裂隙普遍含量較低，但在巖屑含量較高的巖屑砂巖和巖屑石英砂巖中較發(fā)育（見表1）。由于本區(qū)壓溶作用不強(qiáng)烈，主要為構(gòu)造縫，成巖縫少見。構(gòu)造裂縫可切割長石、巖屑等碎屑顆粒，縫內(nèi)干凈，裂縫多平直。微裂隙可提高儲(chǔ)層的連通性，改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

4 次生孔隙形成機(jī)制

山2段目前埋深一般在2 300～3 100m，經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用等成巖過程，顆粒之間以線接觸為主，鏡質(zhì)體反射率值為1.2%～1.8%，伊/蒙混層比普遍小于10%，自生石英包裹體均一溫度在100～170℃，按照最新碎屑巖成巖階段劃分方案，研究區(qū)山西組山2段砂巖處于中成巖B期。其中，機(jī)械壓實(shí)作用和晚期碳酸鹽膠結(jié)作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用是破壞性成巖作用，是造成儲(chǔ)層巖石低孔低滲的主要原因；高嶺石晶間孔為儲(chǔ)層提供了重要的儲(chǔ)集空間，溶解作用極大地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

溶解作用是改善儲(chǔ)層物性的主要原因。溶蝕對(duì)象可包括長石、巖屑等碎屑顆粒，凝灰質(zhì)、黏土等雜基以及碳酸鹽膠結(jié)物等不穩(wěn)定組分，前人研究表明砂巖中主要的溶蝕物質(zhì)是長石，長石在砂巖中極低的含量主要是煤系地層中的酸性流體對(duì)長石的溶解造成的。薄片中常見長石被全部溶蝕而形成鑄?？谆蜓亟饫硇纬尚螤钜?guī)則的粒內(nèi)溶孔，時(shí)有殘余長石。陰極發(fā)光分析證明了長石的存在，在這些含煤地層的砂巖中，至少有10%～20%的長石在埋藏成巖過程中被酸性流體溶解。不穩(wěn)定巖屑也常被溶蝕呈港灣狀或斑點(diǎn)狀、蜂窩狀等，凝灰質(zhì)及黏土等雜基和膠結(jié)物也存在一定程度的溶蝕，但不是主要的溶解物質(zhì)。

研究區(qū)山2段儲(chǔ)層砂巖的溶解流體有2個(gè)來源：一是與煤系地層有關(guān)的酸性地層水，對(duì)碎屑的溶解作用主要發(fā)生在有機(jī)質(zhì)成熟之前，是早期的溶解流體；隨著埋藏深度的增加，煤系地層中的烴源巖在成巖過程中釋放出富含有機(jī)酸和二氧化碳的溶液，造成了溶解作用的發(fā)生。其中，有機(jī)質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸是主要的溶解流體，酸性介質(zhì)進(jìn)入砂巖中導(dǎo)致孔隙流體保持在一個(gè)較低pH值水平，使碎屑顆粒和填隙物等發(fā)生溶解，從而形成大量的次生孔隙。

研究區(qū)山2段沉積時(shí)為煤系地層背景，儲(chǔ)層中缺乏早期碳酸鹽膠結(jié)物，對(duì)壓實(shí)作用的抑制有限，尤其是在雜基和黑云母、千枚巖、泥巖巖屑等假雜基含量較高的粒度較細(xì)的巖屑砂巖中，壓實(shí)作用對(duì)原生孔隙的破壞十分嚴(yán)重，柔性組分?jǐn)D入孔隙空間，導(dǎo)致了大量原生孔隙的喪失，孔隙之間的流通性變差，酸性流體的流動(dòng)受阻，難以進(jìn)入砂巖中，因此溶解作用也相對(duì)有限，造成了極低的面孔率和剩余原生孔含量，儲(chǔ)集空間主要是以粒內(nèi)溶孔為主的次生孔隙。而在成分成熟度較高的粗粒石英砂巖中，由于石英等剛性顆粒含量較高，巖石的抗壓實(shí)能力強(qiáng)，一定程度上保護(hù)了原生孔隙；另外，由于石英砂巖顆粒之間的填隙物含量較低，孔隙之間流通性也較好，有利于酸性孔隙流體的流動(dòng)，因此溶解作用較強(qiáng)，儲(chǔ)層的面孔率最高，且剩余原生孔具有較高比例，次生孔隙也較發(fā)育。

5 結(jié)論

①鄂爾多斯盆地東部山2段砂巖主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，儲(chǔ)集空間主要有剩余原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔和微裂隙，總體以次生孔隙為主，剩余原生粒間孔在石英砂巖中占較重要地位。

②溶解作用導(dǎo)致次生孔隙的形成，溶解流體來源于與煤系地層有關(guān)的酸性地層水和有機(jī)質(zhì)成熟過程中形成的有機(jī)酸，其中有機(jī)酸是主要的流體來源，溶解物質(zhì)主要是長石，不穩(wěn)定巖屑及雜基等填隙物也存在一定的溶解。溶解作用和次生孔隙極大地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性。

③巖性不同，其溶解作用和次生孔隙發(fā)育程度也有所差異。粗粒的石英砂巖抗壓實(shí)能力強(qiáng)，有利于原生孔隙的保存和酸性流體的流動(dòng)，溶蝕作用強(qiáng)，孔隙發(fā)育。雜基、軟巖屑含量高的巖屑砂巖由于受到強(qiáng)烈的壓實(shí)作用的影響，原生孔隙大量喪失，酸性流體流動(dòng)難以進(jìn)入砂巖中，溶蝕作用較弱。

［1］梁積偉，郭艷琴，李瑋，等.靖邊氣田山西組下段儲(chǔ)層沉積微相特征［J］.西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（5）：808-814.

Pore Types and the Origin of Secondary Pore of Sandstones in the 2nd Member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin

Huang Peipei1,2
（1.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 400042；2.Chongqing Research Center，State Key laboratory of Coal Resources and Safe Mining，Chongqing 400042）

The main pore type in the 2nd member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin is secondary pore.Organic acid formed during maturation of organic matter dissolves metastable components of sandstone,which enormously im?proves reservoir quality,and the dissolved material is mostly feldspar.Different lithology has control over intensity of dissolution.Relatively gentle compaction in quartz arenite favors the preservation of primary pores and the flow of acidic fluid,and thus dissolution develops.In lithic arenite,strong compaction results in the loss of porosity,and the later fluid is difficult to access sands,which leads to a weak dissolution.

pore types；the origin of secondary pore；the 2nd member of Shanxi Fm；Eastern Ordos Basin

P618.130

：A

：1003-5168（2017）01-0096-03

2016-12-06

黃培培（1985-），女，碩士，工程師，研究方向：沉積地質(zhì)。