趙 沖，屈紅軍，胡蕓冰，王 斌，郭鵬戈

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

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鄂爾多斯盆地東部太原組成巖相及其對(duì)儲(chǔ)層物性的控制

趙 沖，屈紅軍，胡蕓冰，王 斌，郭鵬戈

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

綜合利用鑄體薄片、掃描電鏡、X-衍射、陰極發(fā)光、高壓壓汞等方法，在系統(tǒng)分析了鄂爾多斯盆地東部太原組砂巖儲(chǔ)層基本特征的基礎(chǔ)上，對(duì)太原組進(jìn)行了成巖相的劃分以及深入探討了成巖相與儲(chǔ)層物性的關(guān)系。結(jié)果表明：研究區(qū)太原組儲(chǔ)層巖性主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，具有明顯的“富巖屑，貧長(zhǎng)石”特征；填隙物主要為伊利石、高嶺石、硅質(zhì)和碳酸鹽；孔隙類型主要為巖屑溶孔以及少量粒間溶孔和晶間孔；喉道以細(xì)孔-微細(xì)喉為主；儲(chǔ)層屬于典型的低孔-特低滲儲(chǔ)層；太原組儲(chǔ)層可劃分為5種成巖相帶，儲(chǔ)層物性明顯受成巖相的控制；伊利石膠結(jié)巖屑-粒間強(qiáng)溶蝕相，物性最好，是太原組最有利的成巖相帶；伊利石+硅質(zhì)膠結(jié)巖屑溶蝕相，物性較好；伊利石+高嶺石膠結(jié)晶間微孔相，物性較差；碳酸鹽膠結(jié)致密相和泥質(zhì)膠結(jié)壓實(shí)相，是太原組非儲(chǔ)集成巖相帶。

鄂爾多斯盆地東部；太原組；成巖相；儲(chǔ)層物性

目前，油氣勘探已大規(guī)模向非常規(guī)油氣挺進(jìn)，致密氣已成為勘探研究的重點(diǎn)領(lǐng)域[1]。對(duì)于低滲透致密儲(chǔ)層，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集體是儲(chǔ)層研究的核心，而成巖相在很大程度上決定著儲(chǔ)層物性以及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的分布[2-6]。鄂爾多斯盆地東部太原組是致密砂巖氣勘探的重點(diǎn)層位之一[7]，前人研究表明區(qū)內(nèi)太原組具有“地質(zhì)特征復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，成巖作用強(qiáng)烈”等特征[8-11]，但對(duì)區(qū)內(nèi)太原組成巖相以及成巖相與儲(chǔ)層物性的關(guān)系研究相對(duì)薄弱，這就制約著在非均質(zhì)性強(qiáng)的致密砂巖儲(chǔ)層中尋找新的高孔滲儲(chǔ)集體的勘探進(jìn)程。為此，本文在系統(tǒng)分析了太原組砂巖儲(chǔ)層基本特征的基礎(chǔ)上，對(duì)太原組進(jìn)行了成巖相的劃分以及深入探討了成巖相與儲(chǔ)層物性的關(guān)系，以便為預(yù)測(cè)新的有利區(qū)提供相關(guān)地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東部，面積約為4.5×104km2，構(gòu)造位置上主要處于伊陜斜坡東部和晉西撓褶帶北部(圖1)，上古生界太原組是研究區(qū)致密氣的主力產(chǎn)層之一。研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱，總體表現(xiàn)為平緩的西傾單斜，沉積體系以碳酸鹽巖潮坪沉積為主，伴有淺水三角洲、障壁砂壩-瀉湖沉積，形成了一套陸源碎屑巖、煤層與淺海相灰?guī)r交互出現(xiàn)的巖性組合，其中，三角洲平原分流河道砂體、三角洲前緣水下分流河道砂體以及潮道砂體是骨架砂體，并且是太原組主要的儲(chǔ)集層[12]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

圖2 研究區(qū)太原組砂巖成分三角圖

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

2.1.1 骨架顆粒特征

據(jù)研究區(qū)太原組81口井的薄片資料統(tǒng)計(jì)，太原組儲(chǔ)層巖性主要為灰色、灰白色中粗粒巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，含少量石英砂巖(圖2)，儲(chǔ)層砂巖具有明顯的“富巖屑，貧長(zhǎng)石”特征。砂巖碎屑組分中，石英含量為49.4%～96.4%，平均為75.2%；巖屑含量為3.6%～50.6%，平均為24.6%，巖屑主要為變質(zhì)巖巖屑(平均含量13.8%，主要為千枚巖、片巖、板巖和石英巖)，其次為火成巖巖屑(平均含量7.3%，主要為噴發(fā)巖)，少量沉積巖巖屑(平均含量2.4%，主要為粉砂巖)；長(zhǎng)石含量為0%～5.0%，平均為0.3%；云母等重礦物含量為0%～3.0%，平均為0.4%。

2.1.2 填隙物特征

研究區(qū)太原組儲(chǔ)層砂巖的填隙物含量為5%～37.5%，平均為19.2%，填隙物中，雜基含量平均為2.9%，以泥質(zhì)為主(主要為絹云母化的伊利石)；膠結(jié)物平均含量為16.3%，主要包括伊利石(平均含量為8.8%)、高嶺石(平均含量為1.2%)、硅質(zhì)膠結(jié)物(平均含量為2.1%)和碳酸鹽膠結(jié)物(平均含量為4.2%)，各主要膠結(jié)物特征如下：

1)伊利石

伊利石是太原組最普遍的膠結(jié)物，其常成發(fā)絲狀(圖3a)、搭橋狀、卷曲片狀以及網(wǎng)狀等形態(tài)充填孔隙。伊利石通常會(huì)發(fā)育少量晶間孔使儲(chǔ)集空間有所增加，但過(guò)多的伊利石充填孔隙常會(huì)堵塞孔喉，使儲(chǔ)層物性明顯變差。

2)高嶺石

高嶺石常成書頁(yè)狀、六方片狀集合體填充粒間孔隙(圖3b)，通常孔隙中的高嶺石可提高砂巖的抗壓能力，并能形成晶間孔，從而對(duì)儲(chǔ)層物性有所改善。

3)硅質(zhì)膠結(jié)物

硅質(zhì)膠結(jié)物通常呈兩種方式存在，一種以石英次生加大邊形式產(chǎn)出(圖3c)，另一種呈自生微晶石英集合體填充孔隙，自生石英通常在電鏡下呈現(xiàn)晶形較好的六方雙錐狀(圖3d)。較早期形成的石英次生加大邊可在一定程度上抑制壓實(shí)作用，保護(hù)原生粒間孔，但若硅質(zhì)充填過(guò)多，則會(huì)使砂巖的孔隙度降低，滲流能力變差[13]。

4)碳酸鹽膠結(jié)物

研究區(qū)太原組的碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石(圖3e)和鐵方解石(圖3f)以及少量的鐵白云石、菱鐵礦和白云石等。鐵方解石多以連晶或嵌晶膠結(jié)的形式填充孔隙；鐵白云石、白云石以及菱鐵礦常呈粉細(xì)晶分散于孔隙中。碳酸鹽膠結(jié)物不易溶解，常形成致密膠結(jié)，使儲(chǔ)層物性變差。

圖3 研究區(qū)太原組儲(chǔ)層主要膠結(jié)物類型

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 孔隙類型

研究區(qū)太原組砂巖儲(chǔ)層在埋藏過(guò)程中主要經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、交代和溶解四種主要的成巖作用，這幾種成巖作用直接影響著太原組儲(chǔ)層孔隙的發(fā)育情況。由于強(qiáng)烈的壓實(shí)作用與膠結(jié)作用，使得太原組原生孔隙保存較少，而由溶解作用形成的次生孔隙是太原組最主要的孔隙類型，主要包括巖屑溶孔(占總孔隙的76.9%)、粒間溶孔(占總孔隙的14.7%)、晶間孔(占總孔隙的5.8%)和粒內(nèi)溶孔(占總孔隙的1.8%)。各主要次生孔隙特征如下：

1)巖屑溶孔

指砂巖中巖屑被溶蝕形成的孔隙(圖4a和圖4b)，由于太原組的煤系地層在在埋藏成巖中產(chǎn)生了大量的有機(jī)酸，當(dāng)其進(jìn)入儲(chǔ)層中，會(huì)使得巖屑中不穩(wěn)定組分發(fā)生溶蝕，從而形成次生溶孔[14]。由于太原組富巖屑，因此巖屑溶孔在研究區(qū)太原組廣泛發(fā)育，最主要的孔隙類型，巖屑溶孔發(fā)育帶往往是太原組最主要的富氣區(qū)。

2)粒間溶孔

主要由于粒間填隙物被溶蝕而形成的孔隙，其常與巖屑溶孔互相連通，大大增加了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間(圖4c)。

3)晶間孔

指粒間自生礦物晶體間的微孔，通常具有一定的連通性，主要為自生高嶺石晶間孔(圖4d)和伊利石晶間孔(圖4e)。

4)粒內(nèi)溶孔

指碎屑顆粒內(nèi)部發(fā)生部分溶蝕而產(chǎn)生的孔隙(圖4f)，其分布很不均勻，常成孤立狀，連通性較差。

圖4 研究區(qū)太原組儲(chǔ)層主要孔隙類型

2.2.2 孔喉結(jié)構(gòu)特征

壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)得的研究區(qū)太原組儲(chǔ)層34塊樣品的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果表明，研究區(qū)太原組儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力較低，平均為0.59 MPa；中值壓力較低，平均為6.3 MPa；中值半徑較小，平均為0.34 μm；孔喉分選系數(shù)變化較大，主要分布在2.59～4.72之間；退汞效率較低，主要分布在10.70%～46.72%，平均為33.27%；均質(zhì)系數(shù)主要分布在0.20～0.32之間；孔喉均值半徑較小，平均為0.61 μm，以細(xì)微孔-細(xì)喉道為主，孔隙結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)的非均質(zhì)性。

2.3 物性特征

研究區(qū)太原組儲(chǔ)層的孔隙度為0.09%～13.26%，平均為6.76%，主值區(qū)間為6%～10%，滲透率為0.002～14.31 mD，平均為0.37 mD，主值區(qū)間為0.01～0.5 mD，根據(jù)儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)太原組儲(chǔ)層總體屬于特低孔-特低滲儲(chǔ)層。

3 成巖相劃分與分布

在沉積相展布的基礎(chǔ)上，結(jié)合太原組不同成巖作用特征，采用填隙物類型+孔隙類型的復(fù)合命名方式，將研究區(qū)太原組劃分為5種成巖相帶(圖5)。

圖5 研究區(qū)太原組成巖相分區(qū)圖

3.1 伊利石膠結(jié)巖屑-粒間強(qiáng)溶蝕相

該巖相帶中，膠結(jié)物主要為伊利石，部分充填粒間溶孔，膠結(jié)程度弱，巖屑強(qiáng)溶蝕，形成大量巖屑溶孔，并與粒間溶孔相互連通，增加了砂巖的儲(chǔ)集空間。該巖相帶主要分布在研究區(qū)中北部的神木-雙山區(qū)域的三角洲平原分流河道主砂帶上以及河道砂體疊合連片處。

3.2 伊利石+硅質(zhì)膠結(jié)巖屑溶蝕相

該巖相帶中，膠結(jié)物主要為伊利石和硅質(zhì)，巖屑溶孔發(fā)育。該巖相帶主要分布在研究區(qū)中南部的榆林-子洲-清澗一帶的三角洲前緣水下分流河道的主砂帶上。

3.3 伊利石+高嶺石膠結(jié)晶間微孔相

該巖相帶中，膠結(jié)物主要為伊利石和高嶺石，發(fā)育晶間溶孔，一定程度上改善了儲(chǔ)層物性。該巖相帶主要分布在研究區(qū)西部的烏拉廟-補(bǔ)兔-橫山一帶的三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道上。

3.4 碳酸鹽膠結(jié)致密相

該巖相帶中，廣泛分布的難溶碳酸鹽膠結(jié)物使砂巖變得致密，儲(chǔ)集空間幾乎喪失，僅見少量微孔。該巖相帶主要分布在研究區(qū)東部的臨縣-柳林一帶的河道側(cè)翼和分流間灣等沉積環(huán)境中。

3.5 泥質(zhì)膠結(jié)壓實(shí)相

該巖相帶中，不僅泥質(zhì)充填孔隙，而且砂巖中大量抗壓能力較弱的軟組分，如千枚巖、片巖、板巖、云母等，經(jīng)壓實(shí)后發(fā)生變形，成為假雜基充填孔隙。砂巖的原生孔隙大量消失，且砂巖中無(wú)明顯的溶蝕現(xiàn)象，次生孔隙不發(fā)育，砂巖喪失了儲(chǔ)集性能。該巖相帶主要分布在研究區(qū)中西部的分流間灣、天然堤、決口扇等沉積環(huán)境中。

4 成巖相對(duì)儲(chǔ)層物性的控制

儲(chǔ)層的初始物性主要受沉積作用的影響，而在埋藏成巖過(guò)程中，儲(chǔ)層會(huì)受到成巖作用的改造，形成了儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)和物性的現(xiàn)今面貌[15]。由于不同成巖相具有不同的成巖特征和巖石組構(gòu)，其孔喉結(jié)構(gòu)特征也各異(表1)，進(jìn)而也就使各成巖相的儲(chǔ)層物性有所差異。

表1 研究區(qū)太原組各成巖相孔喉結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)太原組各成巖相物性分布特征表明(圖6)，伊利石膠結(jié)巖屑-粒間強(qiáng)溶蝕相，砂巖孔隙度普遍在6%～10%，平均為7.43%，平均滲透率為0.72 mD，是太原組致密砂巖背景下相對(duì)高孔滲成巖區(qū)，物性最好，是太原組最有利的成巖相帶；伊利石+硅質(zhì)膠結(jié)巖屑溶蝕相，砂巖孔隙度普遍在6%～8%，平均孔隙度為6.56%，平均滲透率為0.53 mD，物性較好，是太原組較好的巖相帶；伊利石+高嶺石膠結(jié)晶間微孔相，砂巖孔隙度主要分布在2%～6%，平均為4.26%，平均滲透率為0.24 mD，物性較差，是太原組較差的巖相帶；碳酸鹽膠結(jié)致密相，砂巖孔隙度多小于4%，平均為3.43%，滲透率多小于0.05 mD，該巖相帶砂巖整體儲(chǔ)集性能差，是太原組非儲(chǔ)集巖相帶；泥質(zhì)膠結(jié)壓實(shí)相，砂巖孔隙度多小于3%，平均為2.86%，滲透率多小于0.05 mD，該巖相帶的砂巖基本無(wú)儲(chǔ)集性能，是太原組非儲(chǔ)集巖相帶。

圖6 研究區(qū)太原組各成巖相物性分布特征

5 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)太原組儲(chǔ)層巖性主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，具有明顯的“富巖屑，貧長(zhǎng)石”特征；膠結(jié)物主要為伊利石、高嶺石、硅質(zhì)和碳酸鹽；孔隙類型主要為巖屑溶孔，含少量粒間溶孔和晶間孔；喉道以細(xì)孔-微細(xì)喉為主；儲(chǔ)層屬于典型的低孔-特低滲儲(chǔ)層。

(2)研究區(qū)太原組可劃分為5種成巖相帶，且儲(chǔ)層物性明顯受成巖相的控制：伊利石膠結(jié)巖屑-粒間強(qiáng)溶蝕相，物性最好，是太原組最有利的成巖相帶；伊利石+硅質(zhì)膠結(jié)巖屑溶蝕相，物性較好；伊利石+高嶺石膠結(jié)晶間微孔相，物性較差；碳酸鹽膠結(jié)致密相和泥質(zhì)膠結(jié)壓實(shí)相，是太原組非儲(chǔ)集成巖相帶。

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Diagenetic Facies of Taiyuan Formation and Its Control on the Reservoir Physical Property in Eastern Ordos Basin

ZHAO Chong，QU Hong-jun，HU Yun-bing，WANG Bin，GUO Peng-ge

(State key Laboratory of Continental Dynamics /Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, China)

Based on the analysis of the sandstone reservoir basic characteristics of Taiyuan formation of eastern Ordos Basin by the techniques of casting thin sections, scanning electron microscope, X-ray diffraction, cathode luminescence and high pressure mercury injection, the division of the diagenetic facies of Taiyuan formation was carried out and the relationship between diagenetic facies and reservoir physical property was discussed deeply. The results show that the lithology of Taiyuan formation are mainly lithic quartzite sandstone and lithic sandstone with characteristic of rich lithic and poor feldspar; The main cements are illite, kaolinite, siliceous cement and carbonate. The main pore.types are lithic dissolution pore and some intergranular dissolved pore and intercrystalline pore. Throat is tiny hole-microfine throat is prior. Reservoir belongs to the typical low hole-super low permeability reservoir; The diagenetic facies of Taiyuan formation is divided into five types in the study area, and the reservoir physical property is obviously controlled by the diagenetic facies; The illite cementation-lithic and intergranular strong dissolution facies is the best in physical property, thus which is the most favorable diagenetic facies of Taiyuan formation; The illite and siliceous cementation-lithic dissolution facies is good in physical property; The illite and kaolinite cementation-intercrystalline micropore facies is poor in physical property; The carbonate cementation-tight facies and the mud cementation-compacted facies, which are the diagenetic facies without reservoir property of Taiyuan formation.

eastern Ordos Basin；Taiyuan formation；diagenetic facies；reservoir physical property

2016-11-17

國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(41390451)

趙沖(1991-)，男，陜西楊凌人，在讀碩士研究生，主攻方向：儲(chǔ)層沉積學(xué)。

P588.21+2.3

A

1004-1184(2017)02-0183-04