苏里格气田东部二叠系盒8段储层次生孔隙形成主控因素

石 新，欧阳诚，冯明友，朱 萌，黄文明，谢 林

(1.川庆钻探公司地质勘探开发研究院，四川 成都 610051;2.西南石油大学资源与环境学院，四川 成都 610500)

鄂尔多斯盆地为一个古老的克拉通盆地，其东西两侧主要表现为挤压隆起，盆地内部较为稳定。构造运动以振荡作用为主，其形成和演化大致经历了加里东期、印支期、燕山早期、燕山晚期、喜山早期、喜山晚期等6个构造旋回［1］。盆地内油气资源非常丰富，是我国油气工业的主力产区之一。苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部，是一个“低压、低渗、低丰度”的致密砂岩气藏，上古生界下二叠统石盒组8段是主要含气目的层系［2］。

研究区位于鄂尔多斯盆地苏里格气田东部(图1)，是“十一五”重点研究区域，其主要含气层位下石盒子组8段(以下简称“盒8段”)地层厚约80m，属河流-三角洲沉积。前人研究认为沉积环境及水动力条件、埋藏期成岩作用、油气侵位及构造热事件等对孔隙的形成与演化影响显著［2-7］。

本文根据铸体薄片鉴定与定量统计、流体包裹体温度及成分分析开展系统研究，以期探究次生孔隙成因及其分布规律，为寻找相对高孔、高渗储集地带提供依据。

1 孔隙类型及特征

根据铸体薄片观察与统计，研究区盒8段储集岩性主要为石英砂岩、岩屑质石英砂岩和岩屑砂岩。砂岩支撑结构以颗粒支撑为主，胶结方式主要为孔隙胶结及接触胶结，镶嵌胶结少见。

图1 研究区构造位置及上古生界煤层镜质体反射率等值线图Fig.1 Location of the study area and isoline of the vitrinite reflectance(Ro)of the Upper Palaeozoic coal measures

研究区储集空间类型主要有原生孔隙和次生溶孔。其中，原生孔隙包括:①碎屑颗粒被绿泥石、伊利石薄膜或衬边所包裹后的剩余原生粒间孔隙;②被次生石英加大、微晶石英集合体或早期成岩阶段形成的微晶方解石胶结物充填之后剩余的原生粒间孔;③被黑云母、泥岩、千枚岩岩屑等塑性颗粒变形后形成的假杂基占据后剩余的原生粒间孔。研究区盒8段砂岩原生粒间孔隙主要为被石英加大胶结物充填的缝状粒间孔隙(图2A)。次生溶孔包括粒间溶孔、粒内溶孔(包括铸模孔)以及填隙物内溶孔等4种:①粒间溶孔主要分布在绿泥石及水云母衬边中等发育的砂岩中，形态不规则，孔径大小和分布不均，最大孔径可达到200μm，常与长石、岩屑溶孔等伴生，并被细小的溶蚀缝连通起来(图2B);②粒内溶孔及铸模孔:本区砂岩总体具高石英、贫长石特征，长石普遍遭受溶解形成形态较规则的长石粒内次生溶孔，甚至全部被溶蚀从而形成铸模孔，在溶解作用较强的地区，石英颗粒表面也发生溶解而形成小的次生溶孔，发生溶解后的石英表面呈现凹凸不平状，边缘呈现不规则状和港湾状，喷发岩岩屑中的长石斑晶和基质部分被溶蚀后形成蜂窝状粒内溶孔，黑云母、千枚岩等假杂基被溶蚀后也可形成粒内微溶孔(图2C);③填隙物内(溶)孔:区内填隙物内溶孔主要为黏土杂基内溶孔，局部地区砂岩中发育有少量方解石晶内溶孔;④微裂隙:区内微裂隙包括由于压实作用、收缩作用及各种构造应力作用形成的细小裂缝。

总体看来，研究区盒8段储层储集空间以次生溶孔(0% ～8%，平均1.6%)和高岭石晶间孔(0%～4.5%，平均0.5%)为主，原生粒间孔隙(0% ～4%，平均0.3%)在孔隙构成中居于次要地位。次生溶孔主要包括粒间溶孔、粒内溶孔、高岭石晶间孔(图2D)、杂基溶孔(图2E)以及方解石溶孔(图2F)，孔隙大小不一(直径5～500μm)，局部层段发育微裂缝。不同孔隙类型砂岩孔隙度具“岩屑溶孔＞晶间孔＞杂基溶孔＞粒间孔＞长石溶孔＞微裂缝”的规律(图3A)。

2 物性特征

从大量物性分析结果来看，研究区盒8段砂岩孔隙度多集中分布于4% ～9%之间，次为9% ～11%及1% ～3%之间，大于18%的样品极少。渗透率多集中分布于小于0.2×10-3μm2范围内，次为分布于0.2 ×10-3～1×10-3μm2，大于1 ×10-3μm2的样品极少。总体看来，苏里格气田东部盒8段砂岩属低孔孔特低渗型储层。

大量物性分析化验资料表明，砂岩的面孔率为0.1% ～10%，平均为2.5%，实测孔隙度普遍小于15.0%，渗透率普遍小于 1.0 ×10-3μm2，属低孔、特低渗型储集层(图3B)。

3 次生孔隙形成机理及主控因素

苏里格气田东部盒8段砂岩沉积期间不同沉积微相对原生孔隙的影响存在差异，在成岩作用过程中受有机酸溶蚀和深部热流体改造，因此，次生孔隙形成及演化形成机理复杂、受控因素多。

3.1 沉积相奠定了储层发育的基础

研究区下石盒子组盒8沉积主要为辫状河三角洲沉积环境［8，9］，砂体的平面分布严格受物源方向与沉积相带空间展布规律的控制，总体呈南北向带状展布。东北和东部地区由于受到东北部古老变质岩系源区的影响，砂体呈北东方向展布。砂体较厚地带主要位于冲积平原辫状河道中心、三角洲分流河道中心部位，少量分布于决口扇沉积中。近盆地边缘地带的砂体沉积厚度较大，向盆地内部迅速减薄，进入研究区后逐渐趋于平缓。相关性分析显示，砂岩粒度越粗、石英含量越高、塑性岩屑及杂基含量越少，次生孔隙越发育，储层物性越好。在砂体平面展布图上则显示为砂体沉积厚度越大，次生孔隙含量越高，特别是河道分叉及交汇部分，次生孔隙最为发育(图4左)。

3.2 酸性水的溶蚀作用

图3 苏里格气田东部盒8段砂岩不同孔隙类型孔隙度直方图及实测孔隙度、渗透率频率图Fig.3 Histogram of the porosity types(A)and measured frequency diagram of the porosity and permeability(B)of the reservoir sandstones from the 8th member of the Shihezi Formation

碎屑岩储层中，次生孔隙主要有煤系天然气储集层中有机酸及二氧化碳酸性水的溶解、深层热对流循环、表生淋滤及断裂带淋滤等3种形成机理［10，11］。对于第一种机理而言，储集岩一般要具有较有利的沉积微相。岩石粒度粗，抗压实能力强。在晚成岩期，在酸性水介质条件下，石英次生加大及高岭石发育。煤系地层有机酸浓度高，1g煤中的有机酸可达11～95mg(酸性水致使有机酸浓度高)。长石硅酸盐中不稳定矿物的溶解是产生次生孔隙的原因。根据区域构造研究结果，盒8段自沉积至今一直深埋于地下，不具备遭受表生淋滤和断裂带淋滤条件，本文主要探讨前两种机理对盒8段次生孔隙的控制。

表1 研究区盒8储层CO2三相包裹体温度-密度-压力统计表Table 1 Statistics of the temperature，density and pressure for the CO2three phase inclusions from the 8th member of the Shihezi Formation

本次研究重点利用荧光显微镜、冷热台以及激光拉曼光谱仪，分析受构造抬升影响较大的、切穿碎屑颗粒的愈合裂缝中的包裹体成分及均一温度特征。根据愈合裂缝中同时共生有大量盐水包裹体、烃类包裹体以及CO2包裹体，且具较高均一温度的包裹体与具较低均一温度的包裹体密切共生这一现象［7］，认为油气充注、构造运动与次生孔隙分布之间存在着明显的因果联系。

根据实测得与高温盐水包裹体伴生的CO2包裹体CO2气相与CO2液相均一温度值(表1)，利用Touret(1979)CO2包裹体密度计算公式获得CO2流体的密度在0.59～0.80g/cm3之间。再根据 CO2的温度-密度-压力关系表［12］推测出 CO2包裹体均一压力在 56.9～71.4×105Pa之间，平均 66.0×105Pa。将各单井均一压力数据投影到平面图上，由西南往东北方向包裹体均一压力逐渐降低，表明流体运移方向主要为南西-北东向(图4右)。

烃源岩现今有机质成熟度Ro值在0.8% ～2.2%，属于成熟-过成熟阶段，自西向东逐渐降低，表明西部烃源岩先于东部成熟和运移(图1)。根据前人研究结果可知，鄂尔多斯盆地石盒子组油气充注时间主要发生在燕山晚期(晚侏罗世－早白垩世)，对应时间大约为140～100Ma［13］，此时，盒8段储层已进入晚成岩期。从烃类充注运移路径与次生孔隙发育带叠合图可知(图4右)，该期大规模的油气自南西向北东方向充注，造成大量次生孔隙的形成，有利于天然气的二次运移和聚集。这为次生孔隙相对较发育带(次生孔隙含量大于3%)展布趋势与油气运移路径方向一致的特征所佐证。

因此，对研究区而言，与烃类流体充注相伴生酸性流体溶蚀是盒8段次生孔隙形成的主要因素。盒8段属河流－三角洲沉积环境，岩石成分成熟度较低，岩屑中以中酸性火山岩岩屑为主，高岭石、伊利石、绿泥石、伊/蒙混层粘土富集，石英次生加大发育，堵塞原生粒间孔隙，导致原生孔隙不发育。在晚成岩期，生烃期携带的酸性水溶解产生的次生孔隙及微缝、以及自生的高岭石等矿物晶间孔明显改善了储层的储、渗性能。

3.3 来自深部的热液溶蚀

研究区位于伊陕斜坡北部中段，局部跨越伊盟隆起，从盒8地层现今底面构造特征来看(图4B)，研究区主要呈一平缓的西倾单斜，局部发育宽缓的鼻隆构造，有利于油气自南向北、自西南向东北部构造高部位发生运聚。此外，鄂尔多斯盆地发育多条基底断裂带，对研究区影响最大的是北东向断裂带，该断裂带的发育时间在晚太古代－早元古代，深大断裂的存在为深部热流体的上涌与活动提供了通道［9］，深大断裂的交叉结合部位次生孔隙多发育。同时，包裹体研究方面揭示盒8段储层中常具有较高均一温度的包裹体与具较低均一温度的包裹体密切共生这一现象，表明深部热流体与次生孔隙分布之间存在一定的因果联系。同时，断裂走向与构造鼻隆长轴方向一致，有利于深部流体在构造高部位聚集，并对矿物组分进行溶解并形成大量次生孔隙。但总体看来，与基底相关的深部热流体对盒8段次生孔隙的影响相对较小，只起次要作用，研究区深部流体活动与储层之间流体交换研究目前尚不明确。

图4 苏里格气田东部盒8段储层次生孔隙发育带与盒8段沉积相及砂体展布关系叠合图(左)及与盒8地层底面构造、油气运移路径及砂体展布关系叠合图(右)Fig.4 Diagrams showing the relationship between the secondary porosity development and sedimentary facies and sandstone distribution(left)，and basal structures and hydrocarbon migration paths and sandstone distribution(right)in the 8th member of the Shihezi Formation in the Sulige Gas Field

4 次生孔隙分布规律

乌审召地区下石盒子组盒8段次生孔隙在研究区东北部伊金霍洛旗-神2井一带、召50井-召48井-乌审召一带、统30-召29井一带最为发育，召17井、召20井及召22井区、榆林双1井一带较发育，榆31井一带次生孔隙相对发育。

从沉积相展布看来，以上区域多属南北向带状分布的冲积平原-辫状河三角洲平原分流河道及决口扇发育区(图5)，砂体总体发育(平均砂厚35m)，次生孔隙也相对发育，有利沉积相是次生孔隙发育的主要原因。此外，从油气运移路径来看，以上区域(尤以工区中部及东北部)亦多位于有利油气运移路径通道。从构造位置看来，以上地区多位于构造鼻轴线附近及基底断裂结合部位。虽然盒8段次生孔隙形成机理主要为有机酸和CO2溶蚀，可能具有一定的热流体作用，但溶蚀作用对岩石矿物组分具有一定的要求。因此，整体来看，盒8段次生孔隙平面分布主要受沉积微相控制，油气运移路径、构造等因素对其复合影响。

5 结论

(1)苏里格气田东部盒8段储层储集空间以次生孔隙为主，原生孔隙不发育。次生孔隙以次生溶孔、高岭石晶间孔为主，平均面孔率分别为1.6%和0.5%。次生孔隙大小不一，直径5～500μm，局部层段微裂缝发育。

(2)苏里格气田东部盒8段次生孔隙发育程度与沉积微相、烃源岩生排烃伴随的有机酸、构造和基底断裂密切相关，三角洲分流河道分叉及交汇处、位于油气运移路径上、构造鼻轴线附近及基底断裂结合部位次生孔隙最为发育。

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