鄂尔多斯盆地北部成岩作用对储集性的影响

赵小会，陈娟萍，漆亚玲，曹青

鄂尔多斯盆地北部成岩作用对储集性的影响

赵小会1，陈娟萍1，漆亚玲1，曹青2

（1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018；2.西安石油大学地球科学与工程学院，西安710065）

通过大量常规薄片及铸体薄片的分析鉴定，结合扫描电镜、阴极发光和黏土矿物X射线衍射分析，对鄂尔多斯盆地北部盒8段储层的成岩作用及影响进行了研究。结果表明：受成岩物质和成岩能量两大因素影响，盆地北部东区和西区孔隙类型有一定差异，西区以粒间溶孔和岩屑溶孔为主，东区则以岩屑溶孔和晶间孔为主；研究区储集层可划分为4种成岩相类型，其中硅质胶结+钙质强溶蚀相是最有利的成岩相类型；成岩作用最终影响储集性能，主要表现为胶结作用导致储层致密，溶蚀作用改善储层储集性。深入研究储层成岩作用可为优选天然气相对富集区，促进盆地北部气藏的有效勘探开发提供理论依据。

成岩作用；成岩相；孔隙类型；盒8段；鄂尔多斯盆地

0 引言

鄂尔多斯盆地北部位于伊盟隆起和伊陕斜坡构造带交界处，北接杭锦旗，南抵乌审旗，西起毛盖图，东至乌拉庙，面积约1.1×104km2（图1）。近年来，随着勘探的不断深入，盒8气层段已成为鄂尔多斯盆地天然气储量增长的主力层。分析气田生产的动态资料可知，储集条件不同，气田开发方案和开发效果也存在明显的差异［1］，储层性质的好坏对天然气勘探的成败起着关键作用，有效储集层成因与岩石组构及成岩作用有密切关系［2］。近几年，国内外学者对鄂尔多斯盆地上古生界的成岩作用进行了多方面的研究，主要是对成岩作用类型及埋藏成岩作用历史进行研究并取得了一些成果，但就成岩作用对具体某区储集性及最终含气性的影响还涉及较少［3-6］。盆地北部储层非均质性强，优质储层在纵、横向很难预测。鉴于此，有必要加强盆地北部成岩作用研究，分析成岩作用对储集性及最终对储层含气性的影响。此项研究可拓展对该区的地质认识，并可为下一步优选有利储层提供地质依据。

图1 研究区位置Fig.1Location of the study area

研究区石盒子组盒8段发育冲积平原相带和辫状河三角洲平原相带，砂体大面积分布且纵向多期叠置［7-8］，砂岩成分成熟度和结构成熟度均为差—中等，杂基含量较高。结合钻井岩心观察及薄片镜下分析认为，盒8段储集砂岩有3种类型，即岩屑石英砂岩、石英砂岩及岩屑砂岩，其中岩屑石英砂岩是主要的岩石类型。成岩物质因素和成岩能量因素是成岩作用研究的2个方面，其中物质因素是成岩作用发生的基础，能量因素是决定成岩作用类型和强度的必要条件［9］。因此，本次研究主要利用铸体薄片、X射线衍射、扫描电镜和阴极发光等资料，从物质和能量两大因素对研究区下石盒子组盒8段储层成岩作用进行分析。

1 成岩物质因素

1.1 物源特征

母岩的性质决定了砂岩的类型，同时影响着砂岩的成岩作用路径与成岩产物的类型。盆地北部物源主要来自阴山地区前寒武纪（太古代—元古代）地层，母岩岩系的组成具有明显的分带性［10］。西区主要是元古代渣尔泰山群、白云鄂博群和色尔腾山群，属石英岩、片麻岩和变粒岩为主的中—浅变质岩系，是由石英岩类组成的富石英物源区；东区则以太古界乌拉山群和集宁群为主，且发育前寒武纪花岗岩的一套以酸性侵入岩、变质砂岩及片麻岩为主的深成变质岩系，石英含量较低，为贫石英物源区［11］。

物源的分区性、独立性及差异性导致盆地内岩屑类型在盆地北部也具有明显分带性。北部西区为富石英区物源，能够提供大量刚性岩屑，包括石英岩、石英片岩、燧石及花岗片麻岩等；北部中区富火山岩岩屑提供的主要为中酸性火山岩；北部东区贫石英物源区主要提供软岩屑，包括千枚岩、板岩、变质砂岩和泥岩岩屑。不同岩屑类型在成岩过程中的物理、化学性质有很大差别，如石英岩岩屑和千枚岩岩屑的抗压实能力差别很大，这就造成了后期成岩作用的差异。

图2 鄂尔多斯盆地北部盒8段储层岩石类型平面展布图Fig.2Distribution of rock type of He 8 member in northern Ordos Basin

1.2 岩石类型

对研究区80口井302块薄片的观察统计表明，西区主要发育石英砂岩，东区普遍发育岩屑石英砂岩，其次为石英砂岩和岩屑砂岩（图2、表1）。岩心观察和薄片分析所得到结论是一致的，这说明研究区西区和东区岩石类型具有明显差异性。岩石类型影响着成岩作用的强弱，如由压实作用造成的岩屑石英砂岩的压实率和孔隙丧失率低于石英砂岩［7］，所以岩石类型最终也影响成岩作用特征。

表1 鄂尔多斯盆地北部盒8段储层不同岩石类型统计Table 1The rock types of He 8 member in northern Ordos Basin

2 成岩能量因素特征

能量因素主要指温度场和应力场，即不同的热演化程度对矿物的溶解和沉淀等［5］。在加强对矿物组合特征及孔隙类型研究的基础上，认为盆地北部盒8段主要的成岩作用类型有压实作用、胶结作用、交代作用及溶蚀作用。

2.1 压实作用

该区整体显示为煤系地层［12］，成岩早期处于酸性—弱酸性环境，在埋藏过程中，因强烈的压实作用，颗粒多由点接触变为线状、凹凸状及锯齿缝合线状接触。部分石英颗粒表面因压实作用出现微裂缝、波状消光及次生加大；泥岩岩屑和云母等塑性颗粒经压实后，发生弯曲变形，甚至被挤入粒间孔隙中，造成假杂基产状，小颗粒嵌入大孔隙内，使原生粒间孔快速减少以至消失，致储集物性变差。压实作用是导致该区砂岩孔隙度降低的主要原因［13-15］。

2.2 胶结作用

根据扫描电镜及铸体薄片镜下观察，研究区储层砂岩的胶结作用强烈，主要有硅质胶结、碳酸盐胶结及黏土矿物胶结。

岩矿资料显示，硅质胶结物体积分数为2.25%～5.00%，主要以石英次生加大形式存在，少量自生石英孔隙充填（图版Ⅰ-1）。石英的次生加大逐渐充填粒间孔隙，矿物颗粒呈线状接触，造成储层的喉道变成片状或弯曲缝状。胶结物在造成碎屑颗粒间体积缩小的同时，严重堵塞孔隙，较大程度阻碍了流体的渗流，致使储层的物性变差，但由于硅质的刚性强，早期少量的次生加大增加了骨架颗粒接触点，增大了储层的抗压实能力，保存了硅质胶结，使得颗粒间孔隙得以保存。受岩石类型分布差异性的影响，研究区西区硅质胶结现象较发育。

碳酸盐胶结主要是方解石、铁方解石、白云石和铁白云石等富铁碳酸盐类矿物的胶结。铁方解石体积分数为2%～5%，最高可达20%。胶结方式主要是孔隙式胶结，部分为基底式胶结，局部的碳酸盐富集是造成储层致密的主要因素之一（图版Ⅰ-2）。由于煤系地层在成岩演化过程中地层流体的变化过程为偏酸性→酸性→偏酸性→弱碱性，而酸性条件有利于硅质沉淀，碱性条件有利于碳酸盐沉淀，所以碳酸盐胶结晚于硅质胶结［16］。

根据扫描电镜及X射线衍射资料，黏土矿物胶结物体积分数约为12.5%，胶结物主要有伊利石、高岭石及绿泥石。伊利石呈细而薄的鳞片状集合体或网状集合体充填粒间孔隙，扫描电镜下呈纤维状、针状和毛发状，导致储层物性变差（图版Ⅰ-3）。蚀变高岭石是由长石或火山岩岩屑蚀变重结晶所形成，此类高岭石生长紧密，晶间常有蚀变和重结晶排出的杂质，晶间孔较小（图版Ⅰ-4）；自生高岭石充填于粒间溶孔和粒内溶孔中，自形程度较好，呈典型的书页状，松散堆积，保留了良好的晶间孔（图版Ⅰ-5），是研究区重要的储集空间类型之一，自生高岭石胶结物主要存在于石英砂岩中，这也解释了为何在鄂尔多斯盆地高岭石含量高的地区天然气产量也相对较高。

2.3 交代作用

研究区交代作用比较发育，包括大量石英与方解石类互相交代现象。由于局部方解石类形成于弱碱性环境，而在同样环境下，石英发生溶蚀，石英溶蚀形成的空间被方解石类充填，从而形成方解石类交代石英的现象，在交代强烈的部位可见石英颗粒呈残余状散布在碳酸盐交代物中。

2.4 溶蚀作用

盆地北部西区岩石类型以石英砂岩为主，少量岩屑石英砂岩，岩屑以石英岩为主，这种大量刚性颗粒有效抵抗了上覆压力，为流体提供了通道，易发生溶蚀作用并形成粒间溶孔和岩屑溶孔。盆地北部东区岩石类型以岩屑石英砂岩为主，其次为石英砂岩和岩屑砂岩，岩屑主要为千枚岩和火山岩岩屑，由于溶蚀作用不完全，残余有丰富的黏土矿物及长石格架等（图版Ⅰ-6），易形成岩屑溶孔和晶间孔。

3 成岩相类型

成岩相能从更深层次反映储集层在地下温压条件下的真实状态，可作为储层评价的主要依据［17］。综合考虑岩石类型、砂岩孔隙特征及孔隙组合特征等，结合目前的勘探生产成果，将研究区盒8段储层划分出以下4种成岩相带，并建立成岩相与沉积微相和沉积特征的关系。

3.1 硅质胶结+钙质强溶蚀相

该成岩相主要处于分流河道沉积微相，储层砂岩粒度粗，粒间孔及粒间溶孔发育。二氧化硅胶结物充填原生粒间孔隙，石英加大边缘较规则，大部分粒间孔隙得以保留（图版Ⅱ-1）。钙质含量相对较低，但存在钙质胶结被强溶蚀的现象（图版Ⅱ-2）。这种成岩相的储层常分布于石英碎屑心滩砂体中。岩石类型主要为石英砂岩，以硅质胶结为主，孔隙间连通性较好，储层孔隙度一般为8%～12%，渗透率为0.5～10.0 mD，粒间溶蚀发育。该成岩相主要集中分布在盆地北部西区，产量较高。

3.2 硅质胶结+钙质溶蚀相

该成岩相在河道侧翼比较发育，其砂体的原始孔渗性很好，有利于地下酸性流体的流动，长石和碳酸盐矿物等不稳定组分发生溶解，产生次生孔隙，形成晶间孔（图版Ⅱ-3）及岩屑溶孔（图版Ⅱ-4），可提高储层的孔隙度和渗透率，构成高渗及中渗储层。这种成岩相分布较分散，主要分布在盆地北部西区，岩石类型以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，储层孔隙度一般为8%～10%，渗透率为0.5～1.0 mD，为二类储层，产量相对较高。

3.3 钙泥胶结+钙质弱溶蚀相

该成岩相多处于河道边部水动力条件相对较弱的区域，杂基和塑性岩屑急剧增加，较细的塑性物质容易沉积，火山物质含量相对较高，发育岩屑溶孔和晶间孔（图版Ⅱ-5～Ⅱ-6）。岩石类型以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，储层孔隙度一般为8%～15%，渗透率为0.3～1.0 mD，为二类储层，在研究区东部较为发育。

3.4 钙质胶结致密相

该成岩相多处于分流间湾沉积微相，砂岩粒度细，嵌晶状胶结多个颗粒，颗粒间呈漂浮状直至彼此孤立，镜下几乎看不到孔隙（图版Ⅱ-7～Ⅱ-9）。岩石类型以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主，形成致密储层，储层孔隙度小于6%，渗透率小于0.1 mD。这种成岩相区块分散，产能低，无工业开采价值。

与储层非均质性相同，成岩相展布也具有较强的非均质性，造成局部地区、局部层位之间的成岩现象产生了较大的差异。最终确定盒8段硅质胶结+钙质强溶蚀相带为有利成岩相带，是产量较高区，硅质胶结+钙质溶蚀相带和钙泥胶结+钙质弱溶蚀相带次之，而钙质胶结致密相带则是勘探效果较差的区块（图3）。

图3 鄂尔多斯盆地北部盒8段储层成岩相平面分布图Fig.3Distribution of diagenetic facies of He 8 member in northern Ordos Basin

4 成岩作用对储集性能的影响

成岩作用是储集层发育和形成的必经过程，最终决定储集层性能的优劣。成岩作用对储层物性的影响在该区主要表现在2个方面：硅、钙胶结充填并堵塞孔隙，导致储层致密，使储层渗透率降低；不稳定组分被溶蚀或溶解产生次生孔隙，提高了储层孔隙度。

4.1 胶结作用导致储层致密

研究区胶结类型主要有硅质胶结、钙质胶结和黏土矿物胶结，其中硅、钙胶结是造成储层致密的主要原因，碳酸盐胶结物和硅质胶结物含量与面孔率呈负相关关系。

综合分析测井、录井及岩矿等资料得出，研究区碳酸盐胶结物含量较高的层段其储层物性整体较差（图4），且直接影响着储层的含气性。如据zh6井的物性数据和薄片资料分析，2 943.81 m，2 944.39 m和2 944.90 m处碳酸盐胶结物体积分数分别为20%，7%和4%，到2 947.62 m处基本无碳酸盐胶结物，而测井显示的最终结果是在2 943.81 m处（碳酸盐含量高）为干层，在2 947.62 m处（碳酸盐含量低）为含气层（图4）。由此可见，碳酸盐胶结物含量影响储集性能，其含量越高，储集性越差。但硅质胶结物含量与面孔率的负相关性则没有那么明显，这可能正如前面所分析的：硅质胶结中由于硅质刚性强，增大了储层的抗压实能力，从而保存了一部分孔隙。

图4 鄂尔多斯盆地北部盒8段储层碳酸盐含量与储集性能关系图（zh6井）Fig.4Relationship between carbonate cements content and reservoir properties of He 8 member in northern Ordos Basin

4.2 溶蚀作用提高储集性能

盆地北部西区溶蚀较彻底，溶蚀孔径较大，主要发育粒间溶孔和岩屑溶孔（图版Ⅱ-1、图版Ⅱ-3）；盆地北部东区主要发育岩屑溶孔和晶间孔。在颗粒紧密接触的砂岩中局部部位颗粒间可见伸长状孔隙和特大孔隙，是碎屑颗粒和胶结物一起被溶解的结果。溶蚀作用产生次生溶蚀孔隙，使储集层孔隙结构得以改善。研究区储层段80%左右的砂岩粒间见有溶蚀现象［18］，在镜下常见颗粒间溶孔及岩屑中易溶组分被溶蚀掉呈现蜂窝状孔隙。溶蚀作用对改善砂岩储层的储集性能起到了积极作用。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地北部各区域受成岩作用影响不同，表现为储层孔隙类型有一定差异，盆地北部西区主要发育粒间溶孔和岩屑溶孔，东区主要发育岩屑溶孔和晶间孔。

（2）盆地北部储层可以划分为4种成岩相类型，其中最具有勘探开发前景的是连通性相对好的高渗区，主要发育的成岩相类型是硅质胶结+钙质强溶蚀相，其次是硅质胶结+钙质溶蚀相和钙泥胶结+钙质弱溶蚀相，而钙质胶结致密相储层物性整体较差。

（3）对盆地北部而言，硅质胶结和钙质胶结影响着储集性能，其中硅质胶结对储层起双重作用，既有可能保留孔隙也有可能使孔隙度降低，钙质胶结致使岩石致密，孔隙度丧失；溶蚀作用使储集性能得到一定程度改善。

［1］何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气［M］.北京：石油工业出版社，2003：95-105.

［2］杨华，付金华，刘新社，等.鄂尔多斯盆地上古生界致密气成藏条件与勘探开发［J］.石油勘探与开发，2012，39（3）：295-303.

［3］朱宏权，张哨楠.鄂尔多斯盆地北部上古生界储层成岩作用［J］.天然气工业，2004，24（2）：29-32.

［4］雷卞军，刘斌，李世临，等．致密砂岩成岩作用及其对储层的影响［J］．西南石油大学学报：自然科学版，2008，30（6）：57-61．

［5］张明禄，达世攀，陈调胜.苏里格气田二叠系盒8段储集层的成岩作用及孔隙演化［J］.天然气工业，2002，22（6）：13-16.

［6］张莉，杨申谷，杨锐，等.鄂尔多斯盆地定边地区盒8段储层成岩作用［J］.岩性油气藏，2013，25（1）：40-44.

［7］罗静兰，魏新善，姚泾利，等.物源与沉积相对鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气优质储层的控制［J］.地质通报，2010，29（6）：811-820.

［8］杨华，魏新善.鄂尔多斯盆地苏里格地区天然气勘探新进展［J］.天然气工业，2007，27（12）：6-11.

［9］邹才能，陶士振，周慧，等.成岩相的形成、分类与定量评价方法［J］.石油勘探与开发，2008，35（5）：526-540.

［10］王峰，田景春，李凤杰，等.苏里格地区上古生界盒8储层成岩作用［J］.兰州大学学报：自然科学版，2009，45（4）：18-22.

［11］蔺宏斌，侯明才，陈洪德，等.鄂尔多斯盆地苏里格气田北部下二叠统山1段和盒8段物源分析及其地质意义［J］.地质通报，2009，28（4）：483-492.

［12］陈安清，陈洪德，侯明才，等.鄂尔多斯盆地北部晚古生代沉积充填及富气规律［J］.地球科学——中国地质大学学报，2012，37（增刊1）：151-162.

［13］Houseknecht D W.Assessing the relative importance of compaction processes and cementation to reduction of porosity in sandstones［J］.AAPG Bulletin，1987，71：633-642.

［14］蒋凌志，顾家裕，郭彬程.中国含油气盆地碎屑岩低渗透储层的特征及形成机理［J］.沉积学报，2004，22（1）：13-18.

［15］庞振宇，孙卫，赵春龙，等.低渗透致密气藏成岩作用及对储层物性的影响——以苏里格气田苏48区块盒8段储层为例［J］.兰州大学学报：自然科学版，2012，48（5）：29-34.

［16］胡宗全.鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储层方解石胶结物特征［J］.石油学报，2003，24（4）：40-43.

［17］侯明才，窦伟坦，陈洪德，等.鄂尔多斯盆地苏里格气田北部盒8、山1段成岩作用及有利储层分布［J］.矿物岩石，2009，29（4）：66-74.

［18］朱筱敏，孙超，刘成林，等.鄂尔多斯盆地苏里格气田储层成岩作用与模拟［J］.中国地质，2007，34（2）：276-282.

图版Ⅰ说明：1.石英颗粒充填孔隙，zh67井，2 696.92 m，正交偏光；2.铁方解石交代石英，zh39井，2 889.13 m，正交偏光；3.毛发状伊利石，zh24井，2 921.10 m，扫描电镜；4.蚀变高岭石，zh10井，3 091.25 m，扫描电镜；5.自生高岭石，Su82井，3 331.90 m，扫描电镜；6.长石溶孔，zh53井，2 671.30 m，扫描电镜

图版Ⅱ说明：1.粒间溶孔，硅质胶结+钙质强溶蚀相，zh34井，3 204.10 m，正交偏光；2.粒间孔，硅质胶结+钙质强溶蚀相，su72井，3 242.54 m，正交偏光；3.岩屑溶孔、杂基溶孔，硅质胶结+钙质溶蚀相，su67井，3 427.62 m，正交偏光；4.岩屑溶孔，硅质胶结+钙质溶蚀相，tg20井，3 578.18 m，正交偏光；5.岩屑溶孔，钙泥胶结+钙质弱溶蚀相，tg39井，2 414.13 m，正交偏光；6.晶间孔，钙泥胶结+钙质弱溶蚀相，su74井，3 236.72 m，正交偏光；7.铁方解石胶结，钙质胶结致密相，zh78井，2 764.01 m，正交偏光；8.铁方解石胶结，钙质胶结致密相，zh78井，2 760.35 m，正交偏光；9.方解石胶结，钙质胶结致密相，su117井，3 565.82 m，正交偏光

（本文编辑：于惠宇）

Influence of diagenesis on reservoir properties in northern Ordos Basin

ZHAO Xiaohui1，CHEN Juanping1，QI Yaling1，CAO Qing2
（1.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2.School of Earth Sciences and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China）

Based on analysis of conventional thin section,casting thin section,scanning electron microscope,cathodeluminescence and X-ray,this paper studied the reservoir diagenesis and its influence on reservoir properties of He 8 member in northern Ordos Basin.The result shows that because of the influence of diagenetic material and energy,pore types in the western zone are different from the pore types in the eastern zone of northern Ordos Basin.There are mainly intergranular dissolved pores and lithic dissolved pores in the western zone,whereas lithic dissolved pores and intercrystalline pores in the eastern zone.Besides,diagenetic facies can be divided into four types,among which the combination of siliceous cement phase and calcium dissolved phase is the favorable one.Reservoir properties are influenced by diagenesis,which displays that the cementation tighten reservoir and dissolution improved reservoir properties.Further research on reservoir diagenesis can provide theoretical foundation for the optimization of abundant gas accumulation zone and promotion of gas reservoir exploration and production in the northern Ordos Basin.

diagenesis；diagenesis facies；pore types；He 8 member；Ordos Basin

P581

：A

2014-03-04；

2014-04-28

国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”（编号：2011ZX05007）资助

赵小会（1978-），女，硕士，主要从事油气田地质勘探方面的研究工作。地址：（710018）陕西省西安市未央区兴隆园小区长庆油田勘探开发研究院。E-mail：zhaoxh_cq@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0051-06