鄂尔多斯盆地合水地区长8段储层岩矿特征及成岩作用研究

朱 聪,施 冬,张春生赵恩璋,张富美,王 芳 (油气资源与勘探技术教育部重点实验室 (长江大学),湖北荆州434023)

近年来,随着油气勘探的深入发展,碎屑岩成岩作用在理论研究及具体实践中都取得了很大的成就。目前,成岩作用的研究是解决地下岩石孔隙度和渗透率分布方式以及储层质量预测的重要手段,并将在今后的研究中取得进一步的发展。

碎屑岩的一系列成岩变化,对碎屑储集岩的孔隙形成、保存及破坏均起着极为重要的作用,对储层岩石孔隙度和渗透率有着决定性的影响[1]。为此,笔者从鄂尔多斯盆地三叠统长8段储层的岩矿特征、成岩作用类型、成岩环境和成岩序列的角度来探讨该区储层物性在形成及演化过程中的主控因素,以期为油田的增储上产提供合理的地质依据。

1 区域地质背景

合水地区位于鄂尔多斯盆地西南部的伊陕斜坡,属于陇东地区,区域构造背景为一平缓的近南西-北东向展布的西倾单斜。上三叠统延长组发育河流-三角洲-湖泊相沉积,长8段主体为三角洲前缘分流河道微相沉积,砂体颗粒细,沉积成熟度低,成岩成熟度高,均质性强,属储层微观孔隙结构复杂的低渗透致密岩性储层[2],沉积地层厚约80～120m。长8段湖相砂岩形成的砂体厚度大、延伸较远,且近邻长7湖相生油岩之下,为油气运移的指向和储集场所,其东北上倾的湖相泥岩形成了区域遮挡盖层,构成了有利的生储盖组合。

长8段为该区主力产油层,在油层组划分对比的基础上,以延长组沉积的一级旋回的顶部泥岩段(泥岩隔层)作为砂层组的标志层,将研究区长8段砂层进行细分,自上而下分为长81、长82层,主要含油层为长81层。

2 岩矿特征

合水地区长8段储层砂岩岩性主要为浅灰色、灰色的长石砂岩、岩屑长石砂岩。岩石薄片镜下鉴定结果表明,砂岩碎屑颗粒粒度一般介于0.1～0.3mm,以0.15～0.25mm之间最为常见,大多具细粒结构、中细粒结构,粉砂质结构次之;砂岩分选性总体上为中等-较好,以细粒结构为主,夹少量中粒碎屑和粉砂级碎屑;碎屑颗粒以次棱角状、次圆-次棱角状为主,磨圆度中等;砂岩碎屑岩成分复杂,以长石和石英为主,成分成熟度低,结构成熟度低到中等[3]。

根据X衍射、扫描电镜等资料分析,长81与长82层砂岩填隙物组分都为高岭石、水云母、绿泥石、方解石和铁方解石、硅质、铁白云石、长石,填隙物含量统计表如表1。由表1分析可得,填隙物主要以绿泥石和铁方解石为主,长82层比长81层的绿泥石和铁方解石含量偏高,长81层较长82层硅质含量较高,说明沉积物沉积时颗粒的粒间孔空间较大,附着颗粒表面的粘土矿物含量相对较少而有利于硅质增生。

表1 填隙物含量统计表

3 成岩作用及对储层物性的影响

3.1 压实作用

长8段砂岩在埋藏成岩过程中经历了不同程度的压实作用,主要发生在成岩早期,机械压实作用十分发育,也有压溶作用,浅埋藏时以机械压实为主,深埋藏时发生压溶作用。当陆源杂基含量低时,抗压性强的刚性颗粒如石英、长石含量较高、颗粒相对较粗、分选性好,少数杂基充填孔隙,压实后以点-线状形式的颗粒支撑为主,原生粒间孔隙降低程度相对较低而得到部分保存,使残余粒间孔隙发育(图1)。当上覆压力超过颗粒抗压强度时,颗粒沿其薄弱面破裂,长石一般沿解理面和双晶面破裂,产生微细应力纹和裂缝,有时甚至垂直于双晶面产生断裂、双晶错位,石英产生楔形裂隙等;随埋藏深度增加,颗粒接触关系渐趋紧密,软颗粒压实变形,碎屑颗粒由彼此分离到相互靠近,泥质类受压弯曲变形,伸长或被硬碎屑嵌入;在绿泥石膜发育的中-细粒长石砂岩中,碎屑颗粒间呈点-线状接触,机械压实强度较弱。

3.2 胶结作用

1)粘土矿物沉淀及转化作用 在成岩作用过程中,对岩石储集性影响较大的是粘土矿物,砂岩中发育粘土矿物的种类取决于砂岩中原有矿物的成分以及孔隙溶液的成分、温度、H+的浓度,同时粘土矿物从软泥水或孔隙水中析出,也要求一定的介质条件。在长8段储层砂岩中,粘土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石等。

高岭石在研究区的砂岩中主要以填隙物方式产出,在电镜观察下晶体呈六方板状,集合体呈片状、书页状 (图2),这种高岭石分布于长石颗粒表面,它的形成与长石的分解溶蚀有关,有时与石英共生,有时高岭石呈蚀变状充填孔隙生长。砂岩碎屑颗粒间的溶蚀孔内常见到自生高岭石充填,高岭石书页状晶形保留了良好的晶间孔,是重要的储集空间组成部分。

绿泥石在长8段砂岩中普遍存在,绿泥石在砂岩中多呈栉壳式薄膜状附在成岩矿物碎屑的周围 (图3),有的绿泥石成片状晶体生长进入孔隙空间,封闭了微观孔隙,起着粒间填隙或交代岩屑的作用,大大降低了储层的孔渗性。自生石英和绿泥石充填残余孔喉,充当着粒间填充或交代岩屑的作用。

图1 庄112井(长82层,1773.42m)点-线状形式的颗粒支撑

图2 庄172井(长81层,1837.64m)高岭石充填砂岩孔隙

图3 庄116井(长81层,1892.27m)砂岩颗粒表面的绿泥石膜

2)碳酸盐矿物胶结 根据铸体薄片分析,研究区长8段砂岩的碳酸盐矿物以铁方解石、方解石为主,含少量铁白云石,胶结物总量一般较低,个别层段可达60%以上。铁方解石呈斑状、连晶状或细晶状充填孔隙,使粒度较粗、分选较好的砂岩成为了低孔、低渗的砂岩。电镜扫描中可见到方解石充填孔隙 (图4),方解石多为细晶粒状胶结,在部分层位也见形成连片嵌晶式胶结;有时混有粘土在砂粒外围形成方解石与粘土的环状薄膜,还有大块方解石的斑晶胶结。白云石常呈菱形自形晶体,分散充填于孔隙中[4]。

3)长石、石英类矿物 通过扫描电镜观察,在长8段砂岩中石英胶结物很普遍,常见石英质加大充填孔隙,自生石英类的次生加大和自形晶颗粒的形式充填孔隙,并且多以自生石英晶体形式充填粒间孔和溶蚀孔隙,长石的胶结作用是以长石次生加大和钠长石化2种表现形式出现的,扫描电镜观察长石溶蚀孔中有钠长石充填,并见到粒间孔溶蚀孔中自生石榴石充填。

长8段储层砂岩中蚀变状粘土、绿泥石、高岭石多与自生石英一起充填孔隙胶结,自生石英充填孔隙,对砂岩的孔隙损失很大,使原生孔隙减少,而且也不利于次生孔隙的发育,这也是造成砂岩物性较差的重要原因之一[5]。

3.3 交代作用

研究区长8段碎屑岩中的交代作用主要表现为碳酸盐矿物对不稳定组分的交代,粘土矿物交代石英颗粒和长石的伊利石、高岭石化等现象 (图5)。

3.4 溶解、溶蚀作用

在长8段储层中,随着埋藏深度增加,地层温度和压力增大,孔隙水和地层水的性质发生变化,部分矿物被溶解而形成次生孔隙。在成岩过程中由于泥岩中的有机质脱羧基作用,使粘土矿物发生转化,大量含有机酸的地层水进入砂岩,使长石等硅酸盐矿物被溶蚀,产生大量的次生溶蚀孔隙,研究区常见的溶蚀孔有长石溶孔、长石局部沿解理缝溶蚀、岩屑溶孔等 (图6)。次生孔隙的产生提高了砂岩的孔隙性,增强了渗流能力,使得储层物性得到一定程度的改善,提高了渗流能力。

图4 庄112井(长82层,1773.42m)细晶粒状胶结的方解石充填孔隙

图5 庄172井(长81层,1837.64m)连晶状铁方解石充填孔隙交代碎屑

图6 庄121井(长81层,1838.7m)长石局部沿解理缝溶蚀,岩屑溶孔

[1]朱国华,裘亦楠.成岩作用对砂岩储层孔隙结构的影响[J].沉积学报,1984,2(1):2-17.

[2]李鲜蓉,柳益群,高辉,等.鄂尔多斯盆地西峰油田合水地区长8层段储层特征[J].天然气勘探与开发,2008,31(4):9-10.

[3]张路崎,陈恭洋.白豹-坪庄地区延长组长6储层成岩作用研究 [J].岩性油气藏,2009,21(1):75-82.

[4]史建南,郑荣才,韩永林,等.鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组岩性油藏成藏机理研究 [J].岩性油气藏,2009,21(3):129-133.

[5]史基安,晋慧娟,薛莲花.长石砂岩中长石溶解作用发育机理及其影响因素分析[J].沉积学报,1994,12(3):67-75.