鄂尔多斯盆地山西组储层致密化发育的成岩作用研究

张 堃，韩淑乔

（西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安710065）

赵天强

（中石油长庆油田分公司采油三厂，宁夏 银川750000）

鄂尔多斯盆地东部地区是天然气勘探的主要层位，盆地的构造及沉积格局发生显著变化，西缘裂陷经过晚石炭世到早二叠世的填平，最终以渐变形式结束，北部地台的抬升，沉积环境转变为陆相，东西差异相带分异变小，而南北差异相带分异增强。鄂尔多斯盆地以河流、三角洲和湖泊为主要沉积，岩性主要有石英砂岩和岩屑砂岩，自北向南砂岩成分成熟度和结构成熟度逐渐变好［1］。鄂尔多斯盆地山西组储层砂体储集性能较好，但由于储层物性受到成岩作用的影响，气藏规模及单井产量较小［2］。为此，笔者对鄂尔多斯盆地山西组储层致密化发育的成岩作用进行了研究。

1 储层岩石学特征

根据取心资料、薄片鉴定以及岩石学特征分析研究区山西组以石英砂岩为主，次为岩屑砂岩。其上部常见粗－中粒石英砂岩，颗粒以细－中粒为主，夹粉砂－细砂，砂岩富集白云母。石英含量一般为65.5%～85.3%，平均76.5%；长石含量甚少，平均1.9%；岩屑含量为14.6%～27.8%，平均21.6%；杂基含量较高，平均27.9%；主要为粘土，含量16.7%；以伊利石、高岭石为主。自下而上石英呈减少趋势，岩屑含量略有增加，岩屑成分为中、低级变质岩、火山岩等。研究表明，鄂尔多斯盆地山西组优质储层具有粒度粗、成熟度高的特点，砂岩储层的孔隙大小与颗粒粒度呈正相关［3－4］。

2 成岩作用类型

2.1 压实、压溶作用

储层形成过程中，压实作用和压溶作用属于破坏性成岩作用，使得孔隙度降低。研究区山西组的压实作用较强，碎屑颗粒间多为点－线和线接触，可见少量缝合线接触（见图1）；颗粒发生破裂和碎屑颗粒接触更加紧密。随着埋深的加大，机械压实作用使碎屑颗粒由游离状、点接触状逐步调整为线接触状到缝合接触［5］，导致孔隙的丧失及渗透率的降低。

图1 研究区压实作用照片

2.2 胶结作用

1）钙质 （方解石） 该类胶结物主要以星状分布于粒间，局部呈连晶胶结，常交代长石，有时还交代石英、石英岩屑和粘土岩屑。该类胶结物可大大降低岩石的孔渗性［6］，特别是连晶式胶结，基本可将孔隙完全堵死，但该类胶结物易于溶解，为后期形成溶蚀孔隙奠定了物质基础。

2）硅质胶结 硅质胶结包括沿石英颗粒加大的Si O2和充填于孔隙中的自生石英，通过显微镜观察发现，山西组层段硅质胶结发育，次生加大边宽0.05～0.10mm，加大边连续，再生胶结发育，以石英颗粒次生加大为主要特征，山西组气层石英次生加大胶结普遍，石英次生加大多属Ⅱ～Ⅲ级 （见图2）。硅质的刚性强，对储层的抗压实作用强，有利于粒间孔的保存。

2.3 交代作用

交代作用在该区储层砂岩中较为少见，主要包括碎屑颗粒的蚀变和胶结物对碎屑颗粒的交代等。砂岩薄片中常见的交代现象主要是方解石沿碎屑颗粒边缘、解理缝边缘交代长石、石英及其次生加大边和岩屑，使碎屑颗粒边缘不规则 （见图3）。由于交代作用过程中遵循体积保持定律和质量守恒定律，因此它对岩石的孔隙度和渗透率的影响很小。

图3 研究区交代作用照片

3 储层致密化发育过程

根据成岩矿物演化、有机质成熟度和储层孔隙分布等特征，认为该研究区成岩作用经历早成岩阶段和晚成岩阶段 （见图4）。

3.1 早成岩阶段

1）早成岩A期 主要产物为生物甲烷。粘土矿物中富蒙皂石，伊／蒙混层为无序混层，且伊／蒙混层中蒙皂石含量约为70%，该期的主要成岩作用有如下特点：沉积物早期压实，孔隙水部分排出；碎屑颗粒粘土形成，长石的高岭石化；火山物质泥化、泥铁化；早期的方解石和菱铁矿沉淀，原生孔隙发育，孔隙流体为弱酸性。

2）早成岩B期 从石炭纪到早侏罗世期间 （C～J1），沉积物在埋藏过程中由半固结到固结，原生孔隙有较多的保留，Ro（镜质体反射率）为0.35%～0.5%，最大埋深达1900 m，最高古地温为65℃左右，有机质处于半成熟阶段，蒙皂石在混层中占50%～70%［7］，仍为无序混层，属蒙皂石渐变带。该阶段的主要成岩作用有如下特点：随着压实作用进行，孔隙水大量排出，沉积物体积明显减少，软颗粒受挤压发生变形，石英的压溶作用开始发育。考虑到石英流体包裹体的均一温度在78～140℃范围内，所以石英压溶作用产生的Si O2没有发生就地沉淀。该阶段蒙脱石向伊利石的转化过程中释放部分酸性流体，长石、凝灰质等开始发生溶蚀，次生孔隙开始出现。

图4 山二段砂岩储集层成岩演化模式图

3.2 晚成岩阶段

1）晚成岩A期 从早侏罗世到早白垩世期间 （J1～K1），当埋深达到1910～3910m时，古地温达到131℃，Ro为0.45%～1.21%，伊／蒙混层中的蒙皂石含量达到21%时，伊／蒙混层转化将达到第2转化带，有机质成熟度达到生烃的最高峰。该阶段的有机酸在孔隙流体中不断增长，长石和凝灰质等铝硅酸盐矿物发生溶蚀，产生大量次生孔隙，同时自生石英和自生高岭石开始沉淀［7］。

2）晚成岩B期 从早白垩世末期到晚白垩世 （K1～K2），当埋深达到3910 m以上时，古地温将超过131℃，Ro为1.31%～2.1%，有机质成熟度进入高成熟度，蒙皂石的含量逐步缩小至14%，达到第3转化带。仅有少量的自生石英和碳酸盐胶结物存在，占据了孔隙空间，成岩环境也因此转化为弱碱性［8］。

5 结 论

1）研究区山西组砂岩储集层是一套低孔、低渗致密砂岩储集层。压实作用和压溶作用对储层起着破坏性作用，压实作用是减少孔隙空间的主要因素，其次为胶结作用。

2）导致储层致密化的主要成岩作用为压实作用和压溶作用，交代作用对岩石的孔隙度和渗透率的影响很小。

3）该研究区从早成岩阶段到晚成岩阶段的成岩演化过程严重影响了岩石的孔渗性。

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