鄂尔多斯盆地南部长8段砂质碎屑流储层特征及主控因素

江 琦, 丁晓琪, 刘曦翔, 任启豪, 万友利

( 1. 成都理工大学 油气藏地质开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059; 2. 西南石油大学 地球科学与技术学院,四川 成都 610500; 3. 中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610081 )



鄂尔多斯盆地南部长8段砂质碎屑流储层特征及主控因素

江 琦1, 丁晓琪1, 刘曦翔2, 任启豪1, 万友利3

( 1. 成都理工大学 油气藏地质开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059; 2. 西南石油大学 地球科学与技术学院,四川 成都 610500; 3. 中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610081 )

利用铸体薄片、扫描电镜、X线衍射和CT扫描等方法，分析长8段砂质碎屑流储层岩石学特征、物性特征、孔隙类型及其主控因素.结果表明：鄂尔多斯盆地长8段砂质碎屑流具有单层厚度小、累计厚度大、横向连续性差的特点，既可单独产出，也可与浊流相互叠置；岩屑长石砂岩的储集空间主要是粒间孔，其次是粒内溶孔和微孔，覆压条件下渗透率较高，长石岩屑砂岩的主要储集空间是微孔，其次是粒内溶孔和粒间孔，覆压条件下喉道闭合，渗透率急剧下降；砂质碎屑流具有塑性岩屑和杂基含量差别大的特点，压实过程中塑性岩屑形变是砂岩致密的最主要原因.沉积环境是控制这类储层形成的关键，压实作用和胶结作用导致储层致密化，改善储层物性的主要作用是溶蚀和构造作用.

砂质碎屑流； 长8段； 储层特征； 主控因素； 鄂尔多斯盆地

0 引言

针对鄂尔多斯盆地西南部三叠系延长组砂体沉积相的认识存在不同的观点，如辫状河三角洲沉积[1-2]、浊流沉积[3]等.随着深水砂岩研究不断深入，有学者认为延长组的砂体有相当部分是砂质碎屑流[4-6].针对砂质碎屑流，鲜本忠等[7]以南堡凹陷东营组为例，根据岩相研究，配合薄片、粒度分析，研究块状砂岩岩相类型、物质来源、成因模式等，提供一个断陷湖盆深水块状砂岩沉积研究的实例，也为陆相断陷盆地中深水沉积油气勘探提供新的思路；陈飞等[8]认为富县地区延长组存在砂质碎屑流沉积，并探讨其成因机制，论述砂质碎屑流的沉积特征及分布规律；根据旬邑地区岩心观察结果，葛毓柱等[9]认为旬邑地区长8—长6油层组沉积岩中明显发育砂质碎屑流沉积，并且讨论其沉积特征和成因机制，得出砂质碎屑流为风暴诱因的结论.除此之外，郑荣才、廖纪佳、邹才能等[10-12]也对砂质碎屑流的特征、成因机制等进行探讨.

近年来,致密油成为继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点[13].根据资料查询、岩心观察、分析化验等，笔者分析鄂尔多斯盆地南部长8段砂质碎屑流储层特征及其主控因素,探寻优质储层的分布规律，为砂质碎屑流中油气勘探提供新的思路和方法.

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是一个大型内陆盆地，也是中国最早发现并进行石油勘探的含油气盆地之一.盆地碎屑沉积物主要来源于北部的阴山古陆、西北缘的阿拉善古陆、南部的祁连—秦岭古陆及西南的陇西古陆.研究区位于盆地的南部(见图1)，物源主要来自于西南的陇西古陆[14-15].长8段沉积期，由于湖平面下降，半深湖—深湖范围明显缩小，向西南方向迁至环县—华池—正宁—志丹一带[16]，研究区的沉积环境主要为浅湖—半深湖.研究工区西南部主要为三角洲前缘沉积，东北部主要为重力流沉积.

图1 鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组沉积相

2 砂质碎屑流沉积

砂质碎屑流是由基质支撑的一种块状流体，流变学特征指示它属于宾汉流体或塑性流体，在其内部，碎屑表现为顺层运移，底面不具有侵蚀性，顶面受冻结作用而呈不规则形状，因此可见其顶面与上覆岩层呈凹凸接触的特征.由于受颗粒的碰撞作用，一些较大的泥屑常被推挤到高浓度慢移“内流层”和快移“浊流层”之间，当内流层冻结时，撕裂的泥屑保留在块状砂岩的顶部[17].因此，在块状砂岩顶部发育的泥屑是砂质碎屑流的典型标志.

长8段岩心以块状层理细砂岩为主，砂岩内部岩性均一，以灰色为主，粒度无明显变化，单层厚度从数厘米到十余米不等，其顶、底常与黑色泥岩突变接触，且接触面平整，但有时其顶面也可与上覆泥岩呈凹凸接触(见图2(a))；在砂岩的内部可见大小混杂、无分选性和定向性的泥岩撕裂屑(见图2(b))，但有时具有一定的成层性，还可见到砂质滑塌过程中形成的陡倾泥岩充填层(见图2(c))，以及厘米级的水平—低角度交错层理(见图2(d)).这种发育于砂岩内部的水平—低角度交错层理，被认为是单期砂质碎屑流顶部少部分砂体向浊流转化后的沉积；局部还可见含砂质砾屑细砂岩，厚度在1 m以下.砾屑主要由细砂岩和泥岩组成，分选差，无磨圆，呈杂乱散布，内部发育的细层清晰可见.砾屑最大直径可达20 cm，其中不同程度地见网状裂缝被方解石充填(见图2(e)).

世界上最大的深海块状搬运沉积(MTD)是非洲东南部的阿古拉斯滑塌(Agulhas Slump)，其规模达20 331 km3[18].鄂尔多斯盆地为内陆大型湖盆产生的块体搬运沉积，与Agulhas滑塌相比，具有湖相块体搬运自身的特点，主要表现在块体搬运规模小，即使是较大的块状搬运沉积也难以达到0.1 km3；块体侧向尖灭快，边缘厚度快速递减，纵向上累计厚度较大，常表现为多期块状搬运沉积的叠置(见图3).

3 储层特征

3.1 岩石学

长8段砂岩岩石类型以细粒岩屑长石砂岩和长石质岩屑砂岩为主，砂岩中石英体积分数为36%～59%，长石体积分数为17%～36%，主要为钾长石，含少量斜长石，岩屑体积分数较高，为14%～44%，大量喷出岩岩屑、千枚岩和黑云母是该类砂岩的典型特征；此外，还存在极少量的碳酸盐岩碎屑.砂岩分选中等，磨圆度以次棱—次圆为主，颗粒支撑，塑性岩屑少的砂岩以点—线接触为主；反之，以线—凹凸接触为主.胶结物主要为方解石、黏土等，其中方解石和黏土占有较高的比例，是造成这类砂岩低渗的主要原因之一.

3.2 物性

550余件砂岩物性测试表明，该段砂岩孔隙度分布在0.8%～18.5%之间，平均为5.8%，主要分布在2.0%～8.0%之间，占总样品的80%以上；渗透率分布在(0.06～5.76)×10-3μm2之间，平均为0.34×10-3μm2，主要分布在(0.10～0.30)×10-3μm2之间，占总样品数的60%以上.当孔隙度小于8.0%时，孔渗相关性较好；当孔隙度大于8.0%时，渗透率出现明显的分区现象，一部分渗透率分布在(0.96～5.76)×10-3μm2之间，另一部分渗透率分布在(0.11～0.62)×10-3μm2之间(见图4(a))；同时，覆压为20 MPa条件下，孔隙度变化不大，从平均6.2%下降到5.7%；渗透率变化显著，从平均0.12×10-3μm2下降到0.07×10-3μm2(见图4(b)).

图2 长8段砂质碎屑流沉积构造标志

3.3 孔隙类型及特征

长8段砂岩孔隙类型主要有粒间孔、粒内溶孔、黏土晶间孔及裂缝等.

3.3.1 粒间孔

砂岩发育的粒间孔包括剩余粒间孔和粒间溶蚀扩大孔.剩余粒间孔主要为绿泥石薄膜胶结后的剩余孔隙，分布并不均匀，一般发育在岩屑含量低的区域(见图5(a)).粒间溶蚀扩大孔主要是碎屑颗粒的边缘被溶蚀形成的，主要为长石和岩屑的溶蚀，其形状多样，有港湾状、伸长状等，比较少见.

3.3.2 粒内溶孔

粒内溶孔是该类储层主要的储集空间之一，分布广泛，主要是由不稳定碎屑颗粒(长石和岩屑)遭受不完全溶蚀形成的.长石溶蚀主要沿解理缝进行，常形成形态各异的溶蚀孔隙，一般呈蜂窝状(见图5(b))；岩屑的溶蚀孔隙常无固定形态.当溶蚀作用较强时，这些碎屑颗粒常被完全溶蚀形成铸模孔(见图5(c)).粒内溶孔在砂质碎屑流中分布不均匀，多呈孤立分散状.

3.3.3 黏土晶间孔

黏土矿物体积分数平均为5.8%，黏土矿物主要为绿泥石、高岭石、伊利石和网状黏土.其中以绿泥石居多，体积分数为53.2%；其次为网状黏土，体积分数为22.5%；最后是高岭石和伊利石，分别为12.5%和11.8%.扫描电镜分析发现，充填于孔隙间的黏土矿物晶间孔发育，虽对砂岩孔隙度有一定的贡献，但孔径小，对砂岩渗透性的改善意义不大(见图5(d)).

图3 长8段砂体连井剖面

图4 长8段砂岩孔渗关系

3.3.4 裂缝

鄂尔多斯盆地三叠系延长组地层裂缝十分发育，以垂直、高角度裂缝为主.无论是在盆地周边露头、盆地腹地的岩心录井中，还是在薄片下，均发现天然裂缝的存在(见图5(e-f)).裂缝不仅是低渗透储层中油气的重要渗流通道和有效储集空间，还可控制低渗透储层中油气的产出程度.

图5 长8段储层孔隙类型

4 储层主控因素

长8段砂质碎屑流的物性主要受沉积作用、成岩作用及构造作用控制.沉积作用在控制砂岩的分布范围、岩石结构及原始组分的同时，也影响后期成岩作用的类型和构造作用的强度.成岩作用不仅对储层的储集空间有影响，而且最终决定储层物性的好坏和优质储层的分布.

4.1 沉积作用

碎屑岩地层中，沉积相对砂体的宏观分布起重要的控制作用[19].研究区发育的主要沉积微相类型有砂质碎屑流、浊流及重力滑塌.早期三角洲前缘水下分流河道砂体内部夹厚度不等的泥岩层，在地震活动、风暴及火山活动等影响下，存在于一定古坡度之上的沉积体向湖盆中心方向迁移，经历砂质滑动、滑塌、碎屑流3个演化阶段，最终在浅湖—半深湖地带形成平面上呈舌状、连续性差、侧向尖灭快，纵向上常表现为多期叠置，累计厚度较大的砂质碎屑流沉积.

在滑动、滑塌和碎屑流3个演化阶段中，滑动代表直移剪切运动，沉积物块体内部无明显的变形.滑塌是指在下凹面上运动，代表旋转剪切面运动，内部层状泥岩发生变形甚至破裂，形成滑塌褶皱砂泥岩相、旋转火焰构造、泥岩陡倾层和破碎泥屑等.在最后砂质碎屑流运动中，破碎泥屑进一步变小，最终形成分散泥屑，甚至杂基.这些分散泥屑、杂基在压实作用下塑性变形，占据原始孔隙空间，促进储层的致密化进程(见图6).

图6 长8段砂质碎屑流沉积模式(据文献[17]修改)

4.2 成岩作用

除了受沉积作用的控制外，这类砂岩物性还受不同类型成岩作用的影响，包括:(1)机械压实作用；(2)方解石、黏土的胶结作用；(3)不稳定组分的溶蚀作用.

4.2.1 机械压实作用

Lundegard P D认为在大多数的砂岩中,孔隙减少的最主要因素是压实作用[20]，任艳等[21]也认为压实作用是影响储层孔隙的主要因素.压实作用是沉积物最重要的成岩作用之一，对砂岩的物性起重要作用.研究区目的层在地质历史中埋深最大不超过2 800 m[22-24]，作用于骨架颗粒上的有效压力相对较强，且层内含有大量的塑性岩屑(浅变质岩、火山碎屑岩和泥屑).变形的塑性岩屑挤占原来的孔隙和喉道，使孔隙度、渗透率降低.在塑性岩屑含量高的砂岩段中，塑性岩屑常呈现假杂基化，石英、长石漂浮于假杂基之上.机械压实作用是长8段砂岩物性变差的主要作用，但塑性岩屑的分布极为复杂，非均质性强，甚至在同一块薄片中也能观察到分布不均的特点.在岩屑含量相对较少的位置，岩石骨架主要由刚性的石英、长石颗粒组成，其抗压能力相对较强，压实作用相对较弱，粒间孔隙发育；反之，孔隙不发育.

4.2.2 胶结作用

胶结作用导致渗透率和孔隙度降低[25]，是造成长8段砂岩致密低渗的主要影响因素之一，该类储层胶结物成分主要为方解石和黏土矿物.

(1)方解石胶结.方解石胶结较为常见，尤其是铁方解石胶结.强烈的方解石胶结导致储层大量减孔，它对砂岩的影响仅次于压实作用，平均减孔6%.薄片观察统计发现，大部分薄片中的方解石体积分数在5%以下，但局部很高.

(2)黏土胶结.根据薄片鉴定、扫描电镜及黏土X线衍射分析，砂岩黏土矿物有绿泥石、高岭石、伊利石和网状黏土，其中以绿泥石薄膜式胶结居多.在优质储层中，绿泥石在黏土矿物中的体积分数可以占70%以上，且大多以颗粒包壳的形式产出，说明其形成时间较早.由于这种早期形成的包壳提高砂岩的抗压实能力，使得粒间孔隙得以保存(见图7(a)).孔隙中充填的高岭石、伊利石和网状黏土(见图7(b))占据孔隙空间，堵塞孔隙喉道，使得砂岩孔隙的连通性大幅下降，渗透率明显变差.

图7 长8段扫描电镜下成岩作用特征

4.2.3 溶蚀作用

溶蚀作用是低渗透砂岩储层改造的关键因素[26]，主要发生于砂岩内的长石和岩屑，几乎未见方解石溶解.

(1)长石溶蚀.长8段砂岩的溶蚀以长石溶蚀为主，可见大量斜长石溶蚀，常形成蜂窝状溶蚀孔(见图7(c))，甚至铸模孔.溶蚀作用主要发生在粒度较粗的细砂岩中，在粉砂岩和含泥质纹层的细—粉砂岩中并不见长石的溶蚀.在孔隙度较高、孔隙喉道发育的地方，孔隙水具有相对高的对流速度，溶蚀的长石多数被带出反应体系，少部分向高岭石转化.对于塑性岩屑多的层段，早期的压实作用导致岩屑大量减孔，后期孔隙水的对流受限，长石的溶蚀也变得缓慢，溶蚀的产物滞留在孔隙中或者向高岭石转化.

(2)岩屑溶蚀.岩屑溶蚀在目的层内也较为普遍，以火山岩岩屑居多，可见少量变质岩岩屑溶蚀，常形成粒内溶孔或粒间溶蚀扩大孔(见图7(d)).

对比JH2井和JH25井，CT扫描显示JH25井的孔隙连通性明显差于JH2井的(见图8(a-b))；核磁测试得出JH25井较JH2井具有较高的束缚水饱和度(见图8(c-d))；薄片对比发现JH25井的岩屑较JH2井的多，并且JH2井的孔隙以粒间孔和溶蚀孔为主，连通性较好，而JH25井以溶蚀孔和微孔为主，且多呈孤立状(见图8(e-f))；根据2口井的覆压孔渗关系，覆压为20 MPa条件下，JH2井孔隙度由常压下的10.19%降至9.60%，渗透率由1.19×10-3μm2降至0.82×10-3μm2，而JH25井孔隙度从10.13%降至9.43%，渗透率由0.24×10-3μm2降至0.05×10-3μm2(见图8(g-h)).尽管溶蚀作用在目的层较为发育，但对砂岩物性的贡献有较大差别.对岩屑长石砂岩，溶蚀作用除了可增加孔隙度，还可改善孔隙结构，使砂岩孔隙度和渗透率增加.对长石岩屑砂岩，特别是塑性岩屑含量高的砂岩，虽然有部分溶蚀孔隙，但塑性岩屑的形变堵塞喉道，使溶蚀孔呈孤立状；尽管孔隙度增加，但对改善砂岩的渗透性是微弱的.

4.3 构造作用

鄂尔多斯盆地长8段自埋藏开始经历多期的构造作用，由于致密砂岩具有岩性脆的特点，在多期构造作用的影响下，该地区裂缝较发育.根据岩心观察，长8段构造裂缝较为发育，主要发育高角度裂缝和垂直裂缝，也发育微裂缝.裂缝对储层既有建设作用，又有破坏作用:一方面,它的存在增加地层中流体的泄流面积，改善储层物性；另一方面,它对后期油田的注水开发具有灾难性的后果，易造成水淹.

长8段油藏开发成果表明：部分井虽然储层物性差，但是能够获得较高的油气产量，与裂缝有关，如JH17井，平均孔隙度为5.0%，平均渗透率为0.19×10-3μm2(93个样品)，其产油为14.9 m3/d.对这种低孔低渗的致密型砂岩储层，裂缝的存在可大幅提高储层渗透能力.

图8 JH2井与JH25井的CT、核磁、铸体薄片和覆压孔渗关系

5 结论

(1)鄂尔多斯盆地长8段发育砂质碎屑流沉积，单期碎屑流规模普遍较小，侧向尖灭较快，多层碎屑流的叠置使其累计厚度较大，厚层砂岩表现为砂质碎屑流与薄层浊流的纵向叠置.

(2)长8段砂质碎屑流成因的块状砂岩具有岩屑含量和杂基含量变化大的特点，纵向规律性不强.塑性岩屑的形变是砂岩致密的主要原因，绿泥石环边发育的砂岩储集物性较好，网状黏土及假杂基充填喉道的砂岩具有低渗透率的特点.

(3)溶蚀作用在不同岩性的砂岩中具有不同的作用，岩屑长石砂岩的次生孔隙不仅可以增加孔隙度，而且可以改善孔隙结构，使储集物性较好；富塑性岩屑的长石岩屑砂岩尽管有次生孔隙发育，但大多呈孤立状分布，对砂岩物性贡献不大.

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2015-09-01；编辑：陆雅玲

国家自然科学青年基金项目(41302115)

江 琦(1991-), 男, 硕士研究生, 主要从事储层地质和储层地球化学方面的研究.

TE121.2

A

2095-4107(2015)06-0056-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.06.007