趙家銳 ，祝海華，馮小哲，馬小強

（1．西南石油大學(xué)地球科學(xué)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國石油青海油田分公司采氣二廠，甘肅 敦煌 736202）

0 引言

致密油氣藏已受到國內(nèi)外學(xué)者的重點關(guān)注［1-2］，與常規(guī)儲層相比，致密砂巖儲層勘探難度相對較高，孔隙度和滲透率遠(yuǎn)低于常規(guī)油氣儲層，且非均質(zhì)性強［3-4］。研究中正確認(rèn)識致密砂巖儲層的巖石類型、巖石礦物特征、孔隙特征以及儲層物性的控制因素，有利于致密砂巖儲層的勘探開發(fā)及尋找儲層甜點區(qū)。

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組長7段致密砂巖分布面積廣、含油飽和度高、油氣資源量大，具有復(fù)雜的油氣分布特點。前人針對延長組長7段的成巖作用、儲層特征、成巖期次和成藏條件等方面進行了研究［5-13］，但是云母對致密砂巖儲層的影響，以及云母成巖作用方面的研究比較少。本文通過巖石鑄體薄片和掃描電鏡觀察，結(jié)合儲層物性相關(guān)資料，研究了鄂爾多斯盆地延長組長7段云母的類型、分布、成巖作用以及對儲層的影響，以期為長7段致密砂巖的形成原因及控制機理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，是一個整體穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、扭動明顯的大型多旋回克拉通盆地，經(jīng)歷了近 5 km 的陸相沉積，面積約 3.7×105km2［14］。按現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)，鄂爾多斯盆地可劃分為西緣逆沖帶、伊盟隆起、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶和渭北隆起等 6 個一級構(gòu)造單元［15］（見圖1a）。

研究區(qū)整體屬于一個平緩西傾的單斜構(gòu)造，低幅度的半背斜較為發(fā)育，為油氣保存創(chuàng)造了良好的條件。研究區(qū)原油為典型的湖相油，延長組是我國勘探開發(fā)最早的地層。

延長組地層沉積代表了湖泊的完整演化過程，依據(jù)湖泊的形成、鼎盛和消亡可以劃分為10個油層組（見圖1b）。長7段油層組沉積范圍廣，沉積期是最大湖侵期［16］。長7段油層組具有良好的還原環(huán)境，富集巨厚的油頁巖和暗色泥巖［17］，縱向上以沼澤相和淺湖相泥巖為蓋層，形成良好的生儲蓋組合。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元劃分及延長組地層特征

2 巖石的礦物組成及類型

鄂爾多斯盆地長7段分為長71亞段和長72亞段。長71亞段主要巖性為深灰色、灰綠色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖，石英、長石、巖屑、云母和雜基的體積分?jǐn)?shù)分別為36.27%，23.29%，16.03%，6.25%，10.02%， 從下至上粒度變細(xì)，云母和雜基體積分?jǐn)?shù)增加。長72亞段主要巖性為灰色、灰白色細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色泥巖互層，石英、長石、巖屑、云母和雜基的體積分?jǐn)?shù)分別為36.45%，24.54%，18.16%，5.16%，9.64%，從下至上粒度變細(xì)，云母和雜基體積分?jǐn)?shù)增加。巖石礦物組分三元圖（見圖2。圖中紅色與黃色圓點分別代表長71亞段和長72亞段樣品）表明，長7段巖性主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，有少量的長石砂巖和巖屑砂巖。

圖2 巖石礦物組分三元圖

3 云母類型及分布

研究區(qū)巖石鑄體薄片分析表明，長7段主要發(fā)育黑云母、水云母和絹云母（見圖3）。黑云母體積分?jǐn)?shù)最高，在0.40%～11.62%，以點接觸或線接觸形式與其他礦物相疊置（見圖3a，3b）；水云母體積分?jǐn)?shù)較低，主要以雜基形式存在（見圖3c）；絹云母體積分?jǐn)?shù)最低，主要存在于蝕變的長石中（見圖3d）。

圖3 研究區(qū)主要發(fā)育的云母類型

根據(jù)巖石鑄體薄片統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見表1），分析了鄂爾多斯盆地長7段云母體積分?jǐn)?shù)分布（見圖4）。長71亞段和長72亞段體積分?jǐn)?shù)較高的云母主要分布在鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)，這可能與母巖性質(zhì)有關(guān)。西南部地區(qū)以基性巖漿巖和高變質(zhì)巖為主，南部地區(qū)以中酸性巖漿巖為主。云母空間分布與沉積相分布相似，均呈指狀，說明云母分布主要受控于沉積環(huán)境。東北部地區(qū)以辮狀河沉積為主，成分成熟度較低；西南部地區(qū)以曲流河沉積為主，成分成熟度較高；深湖區(qū)在重力流作用下形成濁積巖，成分成熟度偏低。因此，云母在盆地東北部地區(qū)和中部深湖地區(qū)的體積分?jǐn)?shù)較高，而在西南部體積分?jǐn)?shù)相對較低。研究區(qū)云母體積分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)北高南低的特征。

表1 長71亞段和長72亞段云母體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計

圖4 鄂爾多斯盆地長7段云母體積分?jǐn)?shù)分布

4 云母與儲層孔隙的關(guān)系

研究區(qū)云母廣泛發(fā)育層間片狀孔隙，縫寬150 nm以上（見圖5a），云母遭受褐鐵礦化蝕變，在原云母基礎(chǔ)上發(fā)育晶間孔隙（見圖5b）。云母也與雜基混合，形成大量粒間孔隙，粒徑100 nm以上。

圖5 研究區(qū)云母孔隙結(jié)構(gòu)特征

本文通過研究鄂爾多斯盆地延長組長7段樣品，分析了不同沉積相帶樣品的孔隙度與黑云母體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系（見圖6）。

總體上，黑云母體積分?jǐn)?shù)對致密砂巖儲層產(chǎn)生了破壞性影響，決定系數(shù)（R2）達到 0.56（見圖6a）。 隨著黑云母體積分?jǐn)?shù)增加，孔隙度出現(xiàn)迅速降低或者變化不大的特征，這種特征可能與沉積環(huán)境有關(guān)。不同沉積相帶樣品的決定系數(shù)明顯不同（見圖6b—6d）：曲流河三角洲亞相樣品的決定系數(shù)為0.52，辮狀河三角洲亞相樣品的決定系數(shù)為0.69，深湖—半深湖亞相樣品的決定系數(shù)為0.41。

辮狀河三角洲亞相和深湖—半深湖亞相樣品的孔隙度與黑云母體積分?jǐn)?shù)呈指數(shù)關(guān)系，說明隨著黑云母體積分?jǐn)?shù)增加，孔隙度會迅速降低。曲流河三角洲亞相樣品的孔隙度與黑云母體積分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系，說明黑云母體積分?jǐn)?shù)對儲層影響的強度不如深湖—半深湖亞相和辮狀河三角洲亞相強烈。

5 云母的成巖作用

5.1 壓實作用

壓實作用是減少原生孔隙最重要的原因［18-24］。長7段最大埋深約2 400 m，壓實作用強烈。大量云母呈現(xiàn)彎曲狀，與石英、長石等剛性顆粒呈線狀接觸，表明黑云母在經(jīng)歷壓實作用時產(chǎn)生形變，從而大量填充粒間孔隙，導(dǎo)致孔隙減少。隨著黑云母體積分?jǐn)?shù)增加，長7段致密砂巖的孔隙度呈現(xiàn)減少趨勢（見圖6a），這也證明了壓實作用對致密砂巖儲層的影響。

圖6 長7段及不同沉積相帶樣品的孔隙度與黑云母體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系

5.2 云母蝕變?yōu)橐晾?/h3>

長7段伊利石平均體積分?jǐn)?shù)高達9.1%，是云母蝕變作用而成。根據(jù)原始礦物的來源不同，又分為黑云母伊利石化和水云母伊利石化。

1）黑云母伊利石化。觀察樣品薄片發(fā)現(xiàn)，在正交偏光下，黑云母呈現(xiàn)出絲狀光澤，與水云母伊利石化特征相似（見圖7a）。能譜圖分析表明，黑云母蝕變過程中，Mg2+和Fe2+進入儲層孔隙，OH-增加，蝕變?yōu)橐晾?/p>

2）水云母伊利石化。水云母與伊利石的晶體結(jié)構(gòu)相似，僅僅是伊利石層間的K+比黑云母少，并且有水分子存在。因此，水云母向伊利石轉(zhuǎn)變過程中，層間K+減少，水分子增加。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，蝕變的伊利石呈片狀特征，填充于剛性顆粒之間（見圖7b）。實際上，片狀伊利石是一種未完全轉(zhuǎn)化的水云母，形成于成巖作用早期。

5.3 黑云母蝕變?yōu)榫G泥石

在掃描電鏡下觀察，黑云母的解理極其明顯，構(gòu)成了片狀集合體。而在發(fā)生蝕變的地方，解理間距增大，甚至部分區(qū)域的黑云母發(fā)生明顯膨脹，形成緊密排列的鱗片狀或者針狀綠泥石（見圖7c）。能譜圖分析表明，黑云母在蝕變過程中釋放Fe2+，保留Mg2+，釋放的Fe2+可能為白云巖的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。黑云母在蝕變?yōu)榫G泥石的過程中體積會增大，導(dǎo)致粒間孔隙進一步減小。

黑云母在沉積后會受到溫度或者化學(xué)流體的作用，黑云母蝕變?yōu)榫G泥石的過程是典型的化學(xué)流體作用。一方面，黑云母有極其發(fā)育的解理，地下水容易沿著這些裂縫與黑云母進行離子交換，富含Mg2+的地下流體取代黑云母中的K+和Fe2+；另一方面大量地下水與黑云母相結(jié)合，補充大量的OH-，最終蝕變?yōu)榫G泥石。黑云母的綠泥石化形成于中成巖階段早期，此時已經(jīng)成巖，呈現(xiàn)出線接觸，甚至是縫合狀接觸。

5.4 水云母交代石英

云母、水云母雜基、碳酸鹽膠結(jié)物含有較多的K+，對石英有較強烈的交代作用（見圖7d）。在顯微鏡觀察下可見云母與水云母雜基對石英顆粒的“蠶食”現(xiàn)象，許多石英被“蠶食”后僅有少量被留下，這種交代作用將大大降低巖石的抗壓能力，壓實作用增強［20］。

5.5 絹云母伊利石化

絹云母主要發(fā)育于洛川地區(qū)，是鉀長石發(fā)生絹云母化而形成（見圖7e，7f），此過程導(dǎo)致儲層孔隙度輕微增加。絹云母形成溫度一般在200～350℃［25］。長 7段埋深約為2 200 m，按照鄂爾多斯盆地東南部的地溫梯度（2.5℃/100 m）進行計算，該深度下的溫度應(yīng)為55℃，顯然不可能達到絹云母形成時的溫度。

圖7 云母的成巖作用鏡下照片

趙國祥等［25-26］研究認(rèn)為，絹云母的形成與熱液流體作用有關(guān)，三江盆地和黃驊坳陷已發(fā)現(xiàn)熱液成因的絹云母。黃志剛等［27］研究認(rèn)為，燕山期巖漿活動的造熱事件表明了絹云母能夠通過熱液形成，大約形成于中生代晚期（100 Ma）。

6 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地延長組長7段云母主要發(fā)育黑云母、水云母和絹云母。黑云母和水云母的分布受控于母巖性質(zhì)和沉積環(huán)境。研究區(qū)的云母體積分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)北高南低的特征。

2）云母分布受到后期成巖作用的影響，雖然會產(chǎn)生一定的微孔；但是，總體而言，云母與孔隙度為負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且不同沉積相帶樣品的決定系數(shù)不同。

3）云母的成巖作用主要有機械壓實、黏土化、石英交代和鉀長石絹云母化。鉀長石絹云母化對儲層有一定的改善作用，其他成巖作用均對長7段致密砂巖儲層產(chǎn)生了破壞性影響。