史 政，趙永強(qiáng)，張永東

（中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126）

成巖相是控制儲(chǔ)層性能和油氣富集的重要因素之一，其判別方法通常包括巖心觀察、巖石薄片、鑄體薄片、陰極發(fā)光和掃描電鏡等手段。但由于鉆井取心較高的成本和取心井段的局限性，除取心段成巖相分析外，測(cè)井相和地震相已成為研究成巖相的輔助手段。與地震資料相比，測(cè)井資料具有高縱向分辨率、強(qiáng)連續(xù)性、獲取簡(jiǎn)便和成本低廉等特點(diǎn)。利用測(cè)井資料開展點(diǎn)—線—面上成巖相測(cè)井判別成為研究成巖相的一種經(jīng)濟(jì)有效的手段。一些學(xué)者在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定研究成果［1-3］，但通過測(cè)井來判別成巖相仍處于初步探索階段，測(cè)井資料中所蘊(yùn)含的有關(guān)成巖相信息仍有待深入發(fā)掘。

鄂爾多斯盆地是近年我國(guó)天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)最快的盆地。隨著杭錦旗地區(qū)上古生界河流三角洲儲(chǔ)集砂體的深入勘探，有利砂體的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)成為勘探研究的主要任務(wù)［4-5］。對(duì)杭錦旗地區(qū)獨(dú)貴圈閉下石盒子組盒1段儲(chǔ)層的成巖作用類型、成巖相及部分常規(guī)測(cè)井曲線的特征進(jìn)行分析，初步建立了獨(dú)貴圈閉測(cè)井成巖相的判別標(biāo)準(zhǔn)，為研究區(qū)低孔、低滲儲(chǔ)層成巖相及其致密化的研究提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通盆地西部，現(xiàn)今構(gòu)造呈東緩西陡的不對(duì)稱向斜，內(nèi)部可劃分為渭北隆起、伊盟隆起、晉西擾褶帶、西緣沖斷帶、伊陜斜坡和天環(huán)向斜坳陷等六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元［6］。杭錦旗地區(qū)地跨伊盟隆起和伊陜斜坡兩個(gè)構(gòu)造單元，獨(dú)貴圈閉位于十里加汗區(qū)帶西部。該區(qū)早二疊世中晚期下石盒子組為一套以粗碎屑沉積為主的沖擊平原河流沉積體系，按照沉積旋回自下往上分為盒1、盒2、盒3段，其中盒1段為灰白色厚層粗粒巖屑砂巖夾深灰色泥巖，是該地區(qū)辮狀河鼎盛發(fā)育時(shí)期的沉積產(chǎn)物。受單一水系及北部物源控制，盒1段砂礫巖、含礫粗砂巖地層厚度大，且分布廣，為盒1段成為良好儲(chǔ)集體奠定了物質(zhì)條件。研究表明，盒1段砂體在縱向上疊加連片，在平面上分布穩(wěn)定，儲(chǔ)集層具有低孔、特低滲的特征。

圖1 研究區(qū)地理位置及盒1段沉積相特征

2 儲(chǔ)層基本特征

通過對(duì)獨(dú)貴圈閉7口鉆井巖心薄片鑒定的統(tǒng)計(jì)，盒1段儲(chǔ)層巖性主要為巖屑砂巖，次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖，成分成熟度較低。顆粒分選中等—好，磨圓以棱角狀—次圓狀為主，顆粒間主要為顆粒支撐，點(diǎn)-線接觸，填隙物主要為黏土礦物（高嶺石、綠泥石）、鈣質(zhì)及硅質(zhì)膠結(jié)物，膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，孔隙類型主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、溶蝕擴(kuò)大縫、粒緣縫以及少量原生孔［7］。

儲(chǔ)層的物性特征是決定儲(chǔ)集性能好壞的關(guān)鍵因素，表現(xiàn)為孔隙度和滲透率的大小。對(duì)獨(dú)貴圈閉中盒1段630個(gè)巖心樣品數(shù)據(jù)分析，盒1段砂巖孔隙分布的優(yōu)勢(shì)區(qū)間位于4%～16%，滲透率則主要分布于（0.15～1.2）×10-3μm2之間，孔隙度和滲透率的關(guān)系特征如圖2，呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。總體上，盒1段砂巖為低孔隙度、特低滲透率儲(chǔ)集巖［8］。

圖2 獨(dú)貴圈閉盒1段孔隙度-滲透率關(guān)系

3 典型成巖作用類型

成巖作用是指沉積物在沉積后與地層流體及沉積物之間的物理、化學(xué)、生物作用［9］。獨(dú)貴圈閉內(nèi)盒1段儲(chǔ)層共識(shí)別出壓實(shí)作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用和交代作用，這些成巖作用可能直接導(dǎo)致儲(chǔ)層發(fā)生改變。

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用分為物理壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)。獨(dú)貴圈閉盒1段的儲(chǔ)層壓實(shí)作用主要為物理壓實(shí)，并未見到明顯的縫合及壓溶現(xiàn)象，且塑性顆粒變形明顯。研究區(qū)物理壓實(shí)作用整體不強(qiáng)烈，個(gè)別部位較為強(qiáng)烈。

從薄片上看（圖3），顆粒之間的接觸以點(diǎn)-線接觸為主，達(dá)到80%左右，少量為線-線接觸。

圖3 獨(dú)貴圈閉盒1段壓實(shí)作用（點(diǎn)接觸、線接觸）

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用在盒1段砂巖中普遍發(fā)育。研究區(qū)盒1段儲(chǔ)層膠結(jié)物主要有方解石（圖4a、4b），其次為石英次生加大（圖4c）、黏土礦物（圖4d）、白云石等；主要膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)，其次為薄膜-孔隙式膠結(jié)、孔隙-加大型膠結(jié)以及孔隙-連晶型膠結(jié)（圖3）。膠結(jié)作用所形成的各種礦物充填于孔隙或附著于顆粒表面，能分割或者堵塞孔隙，降低孔隙的連通性，是一種破壞性的成巖作用。

圖4 獨(dú)貴圈閉盒1段膠結(jié)作用發(fā)育情況

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用在獨(dú)貴圈閉盒1段非常發(fā)育，是改善儲(chǔ)層的最主要成巖作用。盒1段被溶蝕的物質(zhì)主要有長(zhǎng)石顆粒、巖屑顆粒（圖4a、4b）、黏土礦物膠結(jié)物以及方解石膠結(jié)物等。溶蝕產(chǎn)物包括粒間、粒內(nèi)溶孔（圖4d）。粒內(nèi)溶蝕以泥質(zhì)巖和泥質(zhì)砂巖類巖屑為主，且僅溶蝕了其中的伊利石類黏土礦物，石英粉砂等成分得以保留，因此推測(cè)主要為酸性流體溶蝕。在部分溶蝕孔隙內(nèi)，可見到后期的方解石沉淀結(jié)晶。

3.4 其他成巖作用

研究區(qū)內(nèi)見到少量交代作用，主要呈現(xiàn)為白云石交代方解石，以及方解石交代碎屑顆粒。白云石呈渾圓狀，多圍繞方解石顆粒邊緣進(jìn)行交代。局部可見白云石的生長(zhǎng)處，骨架顆粒的綠泥石包膜有消失現(xiàn)象，推測(cè)白云石的生成或許與黏土礦物的溶解有關(guān)。方解石交代石英顆粒，使得石英顆粒邊緣形成鋸齒狀的邊緣。

圖5 獨(dú)貴圈閉盒1段溶蝕作用發(fā)育情況

4 成巖相及測(cè)井響應(yīng)特征

目前關(guān)于成巖相的劃分尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)劃分。成巖作用的類型和強(qiáng)度以及礦物含量的差異通常在測(cè)井曲線上具有不同的響應(yīng)特征，可以通過巖心資料刻度測(cè)井，定性地確定儲(chǔ)層成巖作用的類型和強(qiáng)度［1］。選取對(duì)成巖特征響應(yīng)相對(duì)敏感的測(cè)井曲線，包括孔隙度、自然伽馬、以及電阻率曲線為目的曲線，對(duì)照取心段的成巖鑒定結(jié)果，在目的層位共識(shí)別出5種成巖相：壓實(shí)相、溶蝕相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、黏土膠結(jié)相和硅質(zhì)膠結(jié)相，這5種成巖相均能在測(cè)井曲線上呈現(xiàn)明顯的響應(yīng)特征。

4.1 壓實(shí)相

壓實(shí)作用的強(qiáng)弱直觀體現(xiàn)在顆粒之間的接觸關(guān)系，強(qiáng)烈的壓實(shí)作用呈現(xiàn)顆粒間的點(diǎn)-線接觸和線-線接觸，塑性顆粒變形及脆性顆粒破裂，造成巖石在有限的空間內(nèi)體積減小、孔隙度減小、密度增大。壓溶作用最典型的鑒別特征是顆粒間的縫合接觸。在測(cè)井響應(yīng)方面，壓實(shí)作用較強(qiáng)的層段主要呈現(xiàn)補(bǔ)償密度DEN測(cè)井值偏高、聲波時(shí)差A(yù)C值偏小的特點(diǎn)（圖6a）。如研究區(qū)J103井，在3 081.06 m薄片中顯示發(fā)育顆粒間的點(diǎn)接觸和線接觸。該部位層段上測(cè)井曲線能夠識(shí)別出明顯的自然伽馬GR和中子CNL值偏高、密度增大、聲波時(shí)差值偏小的特征，自然伽馬最高達(dá)140 API，密度達(dá)到2.644 5 g/cm3，聲波229μs/m。隨著壓實(shí)作用的變強(qiáng)，從實(shí)測(cè)孔隙度滲透率數(shù)據(jù)來看，壓實(shí)作用強(qiáng)烈的部位物性條件變得較差，孔隙度最小達(dá)到6.9%，滲透率0.404×10-3μm2。

圖6 成巖作用測(cè)井曲線交會(huì)圖

4.2 溶蝕相

溶蝕作用的結(jié)果主要表現(xiàn)為溶蝕孔隙，包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、粒緣溶孔及鑄?？椎?。酸性流體環(huán)境下，溶蝕組分主要為長(zhǎng)石、巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等；而堿性流體環(huán)境中，石英也可能發(fā)生溶蝕。在測(cè)井曲線上溶蝕作用發(fā)育的層位常表現(xiàn)為中等自然伽馬、低密度、中等中子孔隙度以及低聲波時(shí)差［1］。一般情況下，中子和密度測(cè)井反應(yīng)的是儲(chǔ)層的總孔隙度，而聲波時(shí)差則反應(yīng)基質(zhì)孔隙度，不反映次生孔隙度。因此在溶蝕作用發(fā)育的層位，其中子-密度孔隙往往比聲波孔隙高，且深淺側(cè)向測(cè)井的正幅度差較大。此種成巖相在J100井能夠較好地識(shí)別出來，在2 931 m部位，密度呈現(xiàn)較小值2.363 g/cm3，聲波時(shí)差也較低，值為255μs/m，補(bǔ)償中子和自然伽馬（76 API）均呈現(xiàn)較低的值。從對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)，可以看出的是在溶蝕相發(fā)育的部位，物性條件變得更佳，孔隙度可達(dá)12%，滲透率也可達(dá)到1×10-3μm2（圖6b、6c）。

4.3 鈣質(zhì)膠結(jié)相

鈣質(zhì)膠結(jié)的產(chǎn)物主要包括方解石、白云石等，在成巖早期和晚期均可形成。早期多以粒狀、櫛殼狀或鑲嵌狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，晚期則主要表現(xiàn)為自形鐵方解石與鐵白云石［1］。鈣質(zhì)膠結(jié)在測(cè)井特征上常呈現(xiàn)“鈣尖峰”狀，主要表現(xiàn)為高電阻、高體積密度、低自然伽馬以及聲波時(shí)差較小的特點(diǎn)。J98井3 061.11 m處發(fā)育明顯的方解石膠結(jié)（圖4a），測(cè)井曲線呈現(xiàn)出明顯的低伽馬、高電阻尖峰、密度于高位振蕩、聲波時(shí)差于低位振蕩的特點(diǎn)。但從整個(gè)地區(qū)統(tǒng)計(jì)看來（圖6d），鈣質(zhì)膠結(jié)并未造成密度測(cè)井的整體升高，以及聲波時(shí)差的整體減小，孔隙度和滲透率的變化也沒有明顯降低（圖2），這可能由于鈣質(zhì)膠結(jié)產(chǎn)物在后期發(fā)生溶蝕（圖6d），使得原始物性得到了一定程度的恢復(fù)。

4.4 黏土膠結(jié)相

黏土膠結(jié)的產(chǎn)物常見有高嶺石、綠泥石、伊利石等，這些膠結(jié)物均是在成巖過程中沉淀生成或者再生形成。在測(cè)井響應(yīng)中，最典型的特征是自然伽馬的相對(duì)高值、密度值相對(duì)較低、中子孔隙度偏大、聲波時(shí)差偏大以及電阻率的相對(duì)低值。一般來說，膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起破壞性作用，但綠泥石的環(huán)邊膠結(jié)可能會(huì)阻止石英的次生加大，對(duì)儲(chǔ)層起到一定的建設(shè)作用。綠泥石環(huán)邊膠結(jié)常表現(xiàn)為中子孔隙偏低，且中子孔隙與密度孔隙差異較小，可依此特征將之與其他膠結(jié)作用加以區(qū)分。在研究區(qū)J110井3 039.7 m處，從掃描電鏡可見明顯的毛發(fā)狀伊利石膠結(jié)，該處自然伽馬曲線呈現(xiàn)明顯升高，最高顯示為83 API，密度變小，呈2.5 g/cm3左右，聲波時(shí)差變大的特點(diǎn)，電阻率值偏低，顯示為13Ω·m（圖6d）。

4.5 硅質(zhì)膠結(jié)相

硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英的次生加大以及孔隙中充填自生石英、蛋白石、以及玉髓和燧石等。測(cè)井曲線上未見明顯特征，常表現(xiàn)為中—高密度、中—低聲波時(shí)差、中—低電阻率以及較低的自然伽馬值，深淺側(cè)向表現(xiàn)為正幅度差。從薄片鑒定結(jié)果來看，在研究區(qū)J101井3 026.51 m處發(fā)育明顯的石英次生加大，該處的測(cè)井響應(yīng)特征也跟上述特征描述較為吻合。從孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)來看，硅質(zhì)膠結(jié)作用在一定程度上造成物性的變差。

5 測(cè)井成巖相的劃分及判定

成巖測(cè)井相的識(shí)別是測(cè)井地質(zhì)學(xué)與沉積巖石學(xué)的有機(jī)滲透與結(jié)合，從測(cè)井資料中能夠挖掘出豐富的成巖信息。本研究通過薄片分析結(jié)果標(biāo)定測(cè)井響應(yīng)特征，選取自然伽馬、三孔隙度、電阻率等敏感曲線進(jìn)行標(biāo)定，識(shí)別出5種成巖相：壓實(shí)相、溶蝕相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、黏土膠結(jié)相和硅質(zhì)膠結(jié)相，其測(cè)井響應(yīng)特征如表1。在此基礎(chǔ)上，可利用測(cè)井響應(yīng)特征反推研究區(qū)未取心層位的成巖相特征。

表1 獨(dú)貴圈閉盒1段成巖相測(cè)井特征對(duì)比

研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)貴圈閉盒1段主要發(fā)育中等壓實(shí)作用。膠結(jié)作用主要發(fā)育鈣質(zhì)膠結(jié)和黏土膠結(jié)。為在測(cè)井上易于區(qū)分，在薄片鑒定膠結(jié)物含量的基礎(chǔ)上，以鈣質(zhì)含量—黏土含量＞7%的樣品點(diǎn)定位鈣質(zhì)膠結(jié)類型，以黏土含量—鈣質(zhì)含量＞7%的樣品點(diǎn)定位黏土膠結(jié)。由此，在AC-RD交會(huì)圖（圖7）上可以劃分出：黏土膠結(jié)區(qū)間為：聲波時(shí)差A(yù)C≥230μs/m，電阻率RD＜22Ω·m；鈣質(zhì)膠結(jié)區(qū)間為：聲波時(shí)差A(yù)C＜240μs/m，電阻率RD≥22Ω·m。

圖7 獨(dú)貴地區(qū)盒1段測(cè)井成巖相劃分圖版

根據(jù)薄片鑒定，對(duì)樣品劃分出強(qiáng)、中、弱溶蝕程度三種類型。溶蝕程度在RD-AC交會(huì)圖版上顯示較好，強(qiáng)、中、弱區(qū)間基本能劃分。強(qiáng)溶蝕區(qū)聲波時(shí)差A(yù)C≥246μs/m，中等溶蝕區(qū)228μs/m≤聲波時(shí)差A(yù)C＜246μs/m，弱溶蝕區(qū)聲波時(shí)差A(yù)C＜228μs/m。

綜合分析以壓實(shí)程度、溶蝕程度、膠結(jié)程度劃分為基礎(chǔ)，將盒1段劃分為5種測(cè)井成巖相（表2）。

表2 獨(dú)貴地區(qū)測(cè)井成巖相劃分方案

6 結(jié)論

（1）獨(dú)貴地區(qū)盒1段儲(chǔ)層為低孔、特低滲儲(chǔ)層。該層位成巖作用主要發(fā)育溶蝕作用、壓實(shí)作用和膠結(jié)作用及少量交代作用。

（2）本次研究在獨(dú)貴圈閉盒1段共識(shí)別出5種成巖相，分別是：壓實(shí)相、溶蝕相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、黏土膠結(jié)相、硅質(zhì)膠結(jié)相。這5種成巖相在測(cè)井曲線上都有明顯的響應(yīng)特征。

（3）結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征，獨(dú)貴圈閉盒1段可劃分出5種測(cè)井成巖相：中等壓實(shí)強(qiáng)溶蝕相、中等壓實(shí)中等溶蝕相（黏土膠結(jié)）、中等壓實(shí)中等溶蝕相（鈣質(zhì)膠結(jié)）、中等壓實(shí)弱溶蝕相（黏土膠結(jié)）、中等壓實(shí)弱溶蝕相（鈣質(zhì)膠結(jié)）。通過測(cè)井交會(huì)圖版可以識(shí)別出聲波時(shí)差228μs/m、246μs/m，電阻率22Ω·m是本地區(qū)測(cè)井成巖相劃分的關(guān)鍵判別數(shù)值。