苏里格南部地区盒8段致密砂岩储层成岩作用及成岩相划分

许 磊于兴河杨 勇李顺利田倩倩周 越

1.中国地质大学（北京） 2.中国石油长庆油田公司

苏里格南部地区盒8段致密砂岩储层成岩作用及成岩相划分

许 磊1于兴河1杨 勇2李顺利1田倩倩1周 越1

1.中国地质大学（北京） 2.中国石油长庆油田公司

许磊等.苏里格南部地区盒8段致密砂岩储层成岩作用及成岩相划分.天然气工业，2012，32（7）：15-20.

苏里格南部地区是苏里格气田新的资源接替区，目的层段为下二叠统石盒子组盒8段致密砂岩低渗透储层。为预测该区有利孔渗性成岩相，利用铸体薄片、扫描电镜等资料对盒8段储层的成岩作用及其演化规律进行了综合研究。结果发现：盒8段经过强烈的压实作用，原生孔隙基本消失殆尽，硅质胶结、黏土胶结、碳酸盐胶结现象在储层中都有发育，压实作用和胶结作用是造成储层致密和低孔低渗的主要因素，但是溶蚀作用又使得储层发育次生孔隙，从而为气藏形成提供了基础。通过判别自生矿物类型、镜下颗粒接触形态、孔隙类型、胶结物类型，以及对泥岩镜质体反射率的测定，认为该区盒8段已处于中成岩的B期和晚成岩期的过渡阶段。结合勘探现状及沉积相展布特征的研究成果，将该区储集层划分为4种成岩相，其中相对高渗粗粒弱压实—溶蚀相为最有利的储集相带；低孔渗中—粗粒溶蚀—胶结相次之；低孔渗中—细粒胶结相、特低孔渗细粒—泥质致密压实相为非有利储集相带，储集条件较差。

苏里格南部地区 早二叠世 致密砂岩 储集层 成岩作用 成岩相

成岩相是构造、流体、温压等条件对沉积物综合作用的结果，预测有利孔渗性成岩相是储集层研究和油气勘探的重点［7－9］。为此，笔者对苏南沉积相进行研究，优选影响致密砂岩储层的物性参数，划分并定义了不同成岩相，以为下一步的勘探部署提供一定参考。

1 主要成岩作用类型与成岩阶段

1.1 机械压实作用

苏里格南部地区下二叠统石盒子组盒8段埋深介于3 400～4 400 m，已达到深埋藏阶段，压实作用强烈。碎屑颗粒之间以凹凸接触、缝合线接触为主（图1-a），在某些区域刚性颗粒出现了微裂隙（图1-b）。压实作用使得原生孔隙几乎消失殆尽，颗粒之间的塑性矿物（如云母，泥质等）以假杂基的形式赋存。机械压实作用是造成盒8段储层致密及渗透率低下的主要原因，而且在较细颗粒中的压实作用更强，渗透率更低。

1.2 胶结作用

1.2.1 自生黏土矿物胶结作用

通过镜下观察和薄片鉴定报告，发现自生黏土胶结物主要有伊利石和高岭石（表1）。高岭石多数是长石蚀变生成的，保持了原颗粒的形态；而伊利石则赋存在颗粒周围（图2-b、c），占据了大量的孔隙空间；由于成岩阶段已进入中成岩B期，蒙脱石含量相对较低，同时伊利石大量生成。经统计，苏南盒8段储层中自生黏土胶结为主要的胶结类型，是造成储层质量下降的主要因素之一。

1.2.2 硅质胶结作用

首先，教学情境形式化的现象较为严重，由于现阶段许多教师虽然希望通过情境教学的方式提高教学效果，但是在使用的过程中更像是披着情境教学的外衣，并没有做到情境教学的实质。比如说有些教师为了采用情境教学的方法提高课堂气氛，就在引入数学问题时滥用一些可以吸引小学生兴趣的卡通动漫情境，虽然确实将课堂气氛搞的热闹，但是这种教学方法只是吸引到了小学生，并没有起到教学的效果，对于数学问题的教学没有起到真正的意义，教学内容也就不够丰富[1]。

图1 机械压实作用的镜下特征图

表1 胶结物百分含量表

盒8段储集层硅质胶结作用的主要形式表现为石英的次生加大现象，硅质胶结物含量介于0～15%。加大边宽度在0.15 mm左右，可见到石英加大Ⅲ—Ⅴ级现象（图2-a）。石英次生加大现象明显的颗粒成缝合线形式接触，孔隙空间几乎被占据，仅发育少量粒内溶孔，储层质量较差。

自生绿泥石的胶结作用在盒8段也较为常见（图2-d），而与其他黏土矿物不同的是，绿泥石在中成岩阶段转化为了绿泥石环带（膜），附着在刚性颗粒的周围，从而有效地减少了压实作用对孔隙的破坏作用，对储层质量起到了一定的保持作用［10－12］。

1.2.3 碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物主要有方解石和铁方解石，少量白云石和铁白云石以及菱铁矿。碳酸盐胶结物主要以充填粒间空隙、交代矿物、衬边状以及连晶形式出现（图2-e、f）。长石的溶蚀提供了大量的 Ca2＋，Ca2＋结合了孔隙流体中的CO32－，形成了方解石沉淀，同时随着成岩阶段的不断深入，方解石会结合黏土矿物转化中释放出的Fe2＋，生成铁方解石［13］。随着地层p H值的升高，碳酸盐矿物缺乏有效的溶解，致使其成为导致盒8段致密的一个重要因素。但从另一个角度来说，早期形成的碳酸盐胶结可能会被后期酸性水溶蚀，为形成次生溶蚀孔隙提供物质基础［14－16］。

1.3 溶蚀作用

由于埋深的不断加深和地温的上升，组分中较不稳定的组分发生了溶蚀作用。其中主要是长石的溶蚀（图3-a）和岩屑的溶蚀（图3-b）。有机质转化过程中产生的有机酸是长石等硅铝酸盐矿物和其他易溶组分溶解的重要成岩流体。石盒子组下伏地层为海陆过渡相的煤系地层，有机质成熟度高，以腐殖型为主，部分为混合型［17－20］，具备产生大量有机酸的条件，为不稳定矿物的溶解提供了充足的酸性介质来源［21］。长石常沿其解理缝或边缘溶蚀，形成的孔隙类型主要为粒内溶孔、铸模孔，此外长石在大量有机酸的作用下，变得很不稳定，有利于长石的高岭土化。使得高岭石的晶间孔成为另一个重要的孔隙来源。岩屑溶蚀常见斑点状或蜂窝状，主要是富凝灰质的火山岩岩屑的溶蚀作用普遍，其对提高储层质量起到了积极作用。

1.4 成岩序列与成岩阶段

盒8段经强烈的压实作用，颗粒基本以凹凸接触为主，仅少部分颗粒以点—线接触，在压实作用较强的区域，出现缝合线接触以及微裂缝；石英次生现象加大严重，长石溶蚀强烈，自生伊利石含量较高，同时蒙脱石含量很低，此外孔隙中出现了铁白云石胶结物，泥质岩中的干酪根镜质体反射率介于1.5%～2.1%。

对照成岩阶段划分规范表，认为盒8段目前处于成岩演化阶段的中成岩B期与晚成岩阶段的过渡时期（图4）。图4中反映了孔隙度随埋深增加的变化特征，研究层段深度范围内存在3个孔隙较为发育的层带，分别是3 700～3 800 m、3 950～4 030 m和4 280～4 330 m，通过统计对比这3个层带内次生孔隙发育区和正常压实区的某些特征矿物含量及孔隙度变化规律（表2），认为造成前2个层段孔隙增大的原因主要是次生溶蚀孔隙的形成，而第三个层段孔隙增大则主要是由于刚性矿物的支撑作用，最大限度保持了孔隙空间。

图2 胶结作用的镜下特征图

2 成岩相类型及其特征

笔者的成岩相划分方案（表3），是从现今成岩现象和成岩机制的角度出发，优选多个储层物性参数（如孔隙度、渗透率等）量化不同成岩相的优劣级别。

2.1 成岩相划分方案

2.1.1 相对高渗粗粒弱压实—溶蚀相

多为粗粒、含砾岩屑石英砂岩及石英砂岩，石英含量介于32%～88%，泥质含量平均值为0.78%。由于砂岩颗粒较粗，分选较好，储层抗压实能力较强，且在成岩作用早期，大气降水在储层中流动较好，使得储层的连通性更好［22］。储层溶蚀作用较强烈，孔隙度介于3%～18%，平均值为7%，渗透率介于0.01～39 m D，平均值为1.7 mD。此成岩相主要发育于辫状河三角洲平原的河道和心滩微相中。

2.1.2 低孔渗中—粗粒溶蚀—胶结相

图3 溶蚀作用的镜下特征图

图4 苏里格南部地区盒8段成岩序列图

表2 孔隙发育带矿物及孔隙度对比表

多为中—粗粒岩屑石英砂岩及石英砂岩，石英含量介于48%～85%，泥质含量平均值为0.62%。此成岩相主要发育在水下分流河道和河口坝中，相比于第一种成岩相，碳酸盐胶结物及黏土胶结物（主要是伊利石胶结）含量较多，且埋深较第一种成岩相深，所以孔隙度和渗透率都有所下降。但绿泥石膜含量增加，在一定程度上保持了孔隙。孔隙度介于1.2%～11.4%，平均值为5.0%，渗透率介于0.04～10 mD，平均值为1.00 mD。此成岩相也是苏南盒8段相对较好的储集相。

2.1.3 低孔渗中—细粒胶结相

为中—细粒岩屑石英砂岩，石英含量介于44%～82%，泥质含量平均值为0.99%。砂岩粒度较细，压实程度较高，且泥质含量较高，使得孔隙度、渗透率较低。孔隙度介于2.0%～7.9%，平均孔隙度为4.8%，渗透率介于0.01～0.7 mD，平均值为0.1 mD。此成岩相主要发育与辫状河三角洲平原的河漫砂和前缘的水下漫溢砂微相中。

表3 苏里格南部地区盒8段成岩相划分表

2.1.4 特低孔渗细粒—泥质致密压实相

岩性主要为泥质粉砂岩、泥岩，发育于辫状河三角洲平原的泛滥泥及前缘的水下分流间湾微相。石英含量较低，孔隙度及渗透率几乎为零，此成岩相不是有利的成岩相带。

2.2 成岩相展布特征

经研究认为，苏南盒8段并不发育改造储层的大型构造，区内为宽缓的斜坡，所以沉积微相和岩石学特征控制后续成岩作用的类型和强度［7］，也就是说沉积环境为控制成岩相展布的主要因素［23－24］，如相对高渗粗粒弱压实—溶蚀相主要形成于辫状河三角洲平原的水道及心滩，砂岩颗粒分选、磨圆较好，且泥质含量较低；低孔渗中—粗粒胶结相则发育于辫状河三角洲前缘水下分流河道及河口坝，泥质含量相对较高，可以见到绿泥石环带；此外对于河漫砂、水下漫溢砂等偏中—细砂岩及以泥质为主的分流间湾，其抗压实能力较差，这些微相的孔隙度及渗透率随着地层深度的增加而迅速减小，并且次生孔隙极不发育。在此认识基础上编制了盒8上、盒8下亚段成岩相平面展布图（图5）。

图5 盒8段成岩相平面展布图

从展布图可以看出，盒8上亚段北部相对高渗粗粒弱压实—溶蚀相较盒8下亚段发育，而盒8下亚段则以低孔渗中—粗粒溶蚀—胶结相发育范围较大，从平面展布图上也可看出盒8上亚段的有利储集相带较为发育。

3 结论

1）苏里格南部地区盒8段经过强烈的压实作用，原生孔隙基本消失殆尽，硅质胶结、黏土胶结、碳酸盐胶结现象在储层中都有发育，压实作用和胶结作用是造成储层致密和低孔低渗的主要因素，但溶蚀作用又使得储层发育次生孔隙，从而为气藏发育提供了基础。

2）通过判别自生矿物类型，镜下颗粒接触形态，孔隙类型，胶结物类型以及泥岩镜质体反射率的测定，认为盒8段已处于中成岩B期与晚成岩期的过渡阶段。

3）研究认为苏南盒8段成岩相主要受沉积环境影响，结合孔、渗范围将储集层划分为4种成岩相，其中相对高渗粗粒弱压实—溶蚀相为最有利的储集相带，低孔渗中—粗粒溶蚀—胶结相次之；低孔渗中—细粒胶结相、特低孔渗细粒—泥质致密压实相为非有利储集相带，气体储集效果较差。

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（修改回稿日期 2012-05-21 编辑 罗冬梅）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.004

国家自然科学基金面上项目（编号：41072084）、中央高校基本科研业务费专项资金（编号：2011PY0213）。

许磊，1986年生，硕士研究生；主要从事储层预测、评价和开发地质方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀区学院路29号。E-mail：xulei198673＠gmail.com