鄂尔多斯盆地吴堡地区长6储层成岩作用与孔隙演化

赵志飞，艾 宁，拜占红

(1.青海省第一地质矿产勘查院，青海 西宁 810600;2.宁夏地质调查院，宁夏 银川 750021)

鄂尔多斯盆地是在华北克拉通地块之上经历了长期演化而形成的中生代沉积盆地，是我国第二大含油气盆地[1]，吴堡地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带上，是长庆油田第一采油厂今年来高产勘探开发区块之一，勘探面积约100 km2，地理位置处于陕西省延安市志丹县西部。研究区延长组长6储层是一套湖湘三角洲前缘亚相砂体，属于低孔、低渗储层，其成岩作用复杂，而研究区是长庆油田新建产能区，石油地质研究薄弱，从而制约了研究区更深层次的探勘开发工作[2，3，4]。笔者在前人的研究基础上，通过岩心观察和大量的室内分析测试，对研究区延长组长6储层的成岩作用类型和物性特征进行了较系统的研究，模拟了孔隙演化史，分析了影响孔隙演化的主要因素[5，6]。

1 储集砂岩的岩石学特征

吴堡地区长6储层是一套湖湘三角洲前缘亚相砂体，碎屑成分主要有长石 (平均为52%)、石英 (平均为32%)、岩屑及云母 (平均为7.6%)，填隙物体积分数平均为9.3%，其中杂基为3.4%，胶结物为5.9%，主要为各类碳酸岩、绿泥石、粘土岩、硅质、长石质等胶结物;以细粒长石砂岩为主，含长石岩屑砂岩，砂岩颗粒粒径一般在 0.1～0.4 mm之间，主要粒径 0.12～0.25 mm，胶结类型孔隙 -薄膜型，分选好，磨圆次棱角状，反映了沉积区距离西南物源较近，沉积水动力较强的特点。岩石结构普遍表现为成分成熟度偏低，结构成熟度高的特点。此外，砂岩岩性致密，接触关系以线状为主，有少部分凹凸状接触。

2 砂岩的成岩作用类型及其特征

2.1 压实(溶)作用

吴堡地区长6储层砂岩类型主要为长石砂岩，长石和岩屑等塑性颗粒含量较高，砂岩的压实作用属中-强压实级别，根据薄片观察，吴堡地区长6储层的压实作用主要表现为3种形式:(1)早期机械压实，碎屑颗粒由点接触到线接触，部分出现凹凸接触;(2)刚性颗粒发生破裂，主要是长石和石英，产生微细应力纹和微裂缝[1];(3)晚期压溶作用，出现塑性颗粒的变形，如云母片、泥岩岩屑、千枚岩、片岩等弯曲变形，有的挤入孔隙中形成假杂基。

2.2 胶结作用

2.2.1 早期绿泥石环边的胶结

绿泥石胶结物在大多数砂岩中占自生粘土矿物的80%以上。在储层沉积后不久便形成了绿泥石的早期胶结。绿泥石多呈针叶状集合体沿碎屑颗粒呈环状分布，形成薄膜式胶结，环边厚度一般为2～5 μm。这些绿泥石晶体之间含有大量的微孔隙，由于绿泥石微孔吸附沥青质，因而，在普通薄片观察时可见颗粒边缘具明显的暗色衬套，但在阴极发光镜下清晰可见颗粒周围有一圈发黄绿色光的绿泥石薄膜。这种粘土环边均匀地包绕在碎屑颗粒外面，阻碍了碎屑颗粒与孔隙水接触，从而减少了其它胶结物的沉淀，所以对长6储层砂岩的孔隙及其结构有明显的保护作用，但绿泥石粘土膜的形成也大大缩小了砂岩的孔隙喉道。绿泥石除以环边形式产出外，还呈叶片状充填于粒间孔中，因此对孔隙度的减少影响较小。在综上所述，包膜形式存在的自生绿泥石发育的砂岩主要通过抑制石英次生加大、增加颗粒抗压实强度、抑制压溶作用和占有晚成岩时期生成的碳酸盐胶结物生长空间等4个方面来保护储集岩物性。本区长6储层砂岩的绿泥石多呈包膜形式产出，且绿泥石含量与孔隙度、渗透率呈正相关关系，表明砂岩绿泥石含量对储层砂岩孔隙度和渗透率的影响是具有积极的建设性作用。

2.2.2 粘土矿物胶结

研究区的粘土矿物有绿泥石、伊利石、高岭石，少量的伊/蒙混层，其中绿泥石是普遍存在，伊利石次之。绿泥石多呈针叶状集合体沿颗粒呈环状分布，伊利石呈鳞片状或束装充填在颗粒中，两者占粘土矿物总量的75%以上。高岭石主要的赋存状态是作为孔隙充填方式产出，单个高岭石晶体呈六方板状，集合体呈书页状或蠕虫状。研究区粘土矿物主要形成于早成岩B期和中成岩A期。

2.2.3 碳酸盐胶结

研究区碳酸盐矿物是最主要的胶结物，主要有方解石、铁方解石及白云石，尤其以方解石胶结为主[7]，其胶结作用有两期，早期的泥晶碳酸盐胶结物主要呈孔隙充填物形式沉淀下来，晶形通常为泥晶、微晶，是直接从沉积物孔隙水中沉淀形成的。这时的温度、压力接近常温常压，当孔隙水中溶解的碳酸盐物质达到过饱和时，就可以直接沉淀出来。因此，它们与沉积水介质中CaCO3在碱性条件下达到过饱和沉淀作用有关[8]。

2.3 溶蚀作用

研究区被溶蚀的物质主要是长石、岩屑等不稳定的颗粒以及少量方解石胶结物。其中长石溶解作用与有机质排出的有机酸有关[9，10，11]，有机质热成熟过程可产生 CO2，形成碳酸，参与长石等易溶组分的溶解并导致次生孔隙的形成。但是，近年来质量平衡计算结果(如Bjφrlykke，1993)说明，有机质的脱羧基作用所产生的CO2还不足以使很多地层中砂岩发生溶解而产生实质性的次生孔隙，对不同砂岩/页岩比和不同有机质丰度地层的计算也表明，在大多数沉积盆地中CO2作为溶解介质产生的溶解孔隙是有限的(Lundegard，1986);而沉积盆地中有机质热演化过程中因其脱羧基作用而有大量的有机酸生成，与前边讨论的碳酸相比，有机酸对各种矿物都有着更强的溶解能力，有机酸阴离子也可以络合并迁移铝硅酸盐中的阳离子，但由于在地下条件下，铝的溶解度通常极低，因而有机酸阴离子的络合作用可以解决铝的迁移问题，从而导致铝硅酸盐的溶解和地下孔隙度的增加，然而，Bjφrlykke等1992年的研究发现，由长石溶解形成孔隙的过程有些发生在较浅的地层中(本研究也有类似情况)，同时远离产生有机酸的烃源岩。各种研究证明，地下不整合面对储层质量的有利影响在很多储层中都是肯定的。Giles ＆ R.B.de-Boer(1990)的定量数据表明，在第三纪中新统的砂岩中不整合面之下孔隙度的增加达到10%，孔隙的增加主要是由长石、其次由岩屑的溶解造成的。更为重要的是，大气水的这种淋滤作用延续到了1 500 m到2 300 m的深度(Giles ＆ R.B.de-Boer(1990)。近年来的大量研究证明，大气淡水的溶解作用对碎屑岩储层质量的改善起到了十分巨大的作用。因此，溶蚀作用主要发生在早成岩阶段 B期和中成岩阶段。

3 孔隙演化

3.1 成岩序列

在充分研究该地区埋藏史、地热史、有机质演化史、泥岩中粘土矿物演化史和砂岩形成作用及成岩共生序列的基础上，依照石油行业碎屑岩成岩阶段划分规范(SY/T—5477)，据裘怿南等[12]成岩阶段的划分方案，吴堡地区延长组长6储层粘土矿物 X一衍射(样品为粘土)资料分析结果(表1)，伊利石含量32.27%，伊/蒙间层含量为 11.57%，高岭石含量为6.23%，绿泥石含量为49.83%，镜质体反射率(Ro)1.1%～2.1%，有机质最大热解峰温(Tmax)一般为463℃ ～498℃。上述数据表明，长6储层已经进入晚成岩阶段[12，13]。

3.2 孔隙演化

根据对吴堡地区大量样品的物性分析及薄片镜下计点统计，定量研究了各成岩作用对孔隙度的影响以及孔隙度的演化过程[15，16]。

通常用 Scherer，1987;Beard and Wey[17，18]，1973 提 出的公式计算砂岩初始孔隙度φ1:

式中:S0为特拉斯克分选系数，S0=(岩石颗粒粒度概率累计频率25%处的粒度/岩石颗粒粒度概率累计频率75%处的粒度)1/2，岩石粒度大小分布由铸体薄片资料统计获得。

用以下公式计算压实后砂岩孔隙度φ2:

式中:胶结物含量为样品岩矿分析的胶结物含量，%;物性分析孔隙度为样品进行物性分析所得到得孔隙度，%。

胶结与交代后砂岩孔隙度的计算公式如下

次生孔隙度是指次生孔隙所占的那部分空间，主要为各类溶孔:

对吴堡地区278份薄片资料进行分析，结果见表1。

将以上统计数据代入公式(1)～(8)中，求出各成岩作用对储层孔隙度改造程度的量化结果(表2)。

通过粒度数据计算得出，吴堡地区长6储层原始孔隙度为29.65%，压实作用损失了16.82%的孔隙度，损失率为57%。根据压实等级划分，属于强压实。早成岩阶段，绿泥石碳酸岩等矿物的胶结损失孔隙度为6.39%，损失率为21%;经历早成岩阶段的压实胶结等作用后，储层剩余孔隙度为6.44%;中成岩阶段，溶蚀作用贡献了5.40%的孔隙度，再经过晚期成岩胶结，损失孔隙度为1.12%。微裂缝贡献了孔隙度0.03%，最终得到研究区现今的孔隙度为10.76%。

表1 吴堡地区长6油层组孔隙分类统计结果(278个样品)

表2 储层成岩过程中的孔隙度演化

4 结语

(1)吴堡地区长6储层主要为湖湘三角洲前缘沉积，以细粒长石砂岩为主，含细粒岩屑长石砂岩，填隙物以胶结物为主，含少量杂基，胶结物中绿泥石含量较高，总体表现为低成分成熟度，高结构成熟度的特点。

(2)研究区成岩作用主要为压溶、胶结、溶解等作用。压实作用和胶结是储层孔隙减少的重要原因，溶解作用为储层提供了大量次生孔隙，对区内油气充注提供了优良通道和储集空间，裂隙孔有利于沟通粒间孔喉，增加储层渗流能力。研究区内储层以次生孔隙为主，原生孔隙为辅，绿泥石膜对储层孔隙保存有着重要作用，为后期次生孔隙生成提供先决条件

(3)通过对吴堡地区长6储层孔隙度演化模式的定量研究。认为砂岩初始孔隙度为29.65%，压实作用造成57%的原生孔隙损失，胶结作用又造成21%的原生孔隙的损失，而溶解作用又给储层增加了5.40%的孔隙度，微裂缝增加了0.03%的孔隙度，从而得到现今10.76%的孔隙度。

(4)根据长6储层砂岩成岩阶段划分表可知，长6储层先成藏后致密，总体处于晚成岩阶段，溶蚀型次生孔隙是这个时期的主要孔隙类型，其发育带往往是有利储层发育区

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