乌审召二叠统山1、盒8段成岩作用与孔隙演化

王圣涛，陈　越，杨超辉

乌审召二叠统山1、盒8段成岩作用与孔隙演化

王圣涛，陈越，杨超辉

（陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司，西安710075）

研究鄂尔多斯盆地乌审召地区上古生界主要含气层位上二叠统山1、盒8段储层成岩作用及孔隙演化认为，该区成岩演化阶段主要处于晚成岩的B期至C期，储层受压实作用和胶结作用影响，而重结晶作用及溶解作用在一定程度上了改善了储层的物性。该区东部和西部埋藏条件差异大，孔隙演化特征有较大区别；西部岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、石英砂岩原始孔隙度均值为33.5%、34.2%和35.0%，经过早成岩A至晚成岩B－C期后，孔隙度均值为9.8%、10.5%和9.3%；东部岩屑砂岩、岩屑石英砂岩的原始孔隙度均值为34.2%和33.7%，演化至今分别为9.7%和9.4%。

成岩作用；孔隙度；乌审召

通过铸体薄片的鉴定、阴极发光、电镜分析、物性分析分析、砂岩的图像粒度分析数据及相关公式计算等分析测试手段，对乌审召地区下石盒子组盒8段和山西组山1段储层砂岩的岩石学特征、孔隙类型、成岩作用类型、成岩序列、成岩阶段等进行了研究，对成岩作用强度做了定量化分析，研究该区山1和盒8段的孔隙演化。

1　沉积相特征

山1段沉积期，区内发育广泛的湿地含煤沼泽相沉积，由于距物源区较近，水动力较强，河流的下切作用明显，在研究区发育了曲流河三角洲沉积环境。盒8沉积期，由于北部蚀源区隆升的加剧，陆源碎屑供给更充足，盆地内部地势相对平坦，乌审召地区为辫状河控浅水三角洲平原亚相沉积环境[1]。

图1　A乌审召地区山1段三角图

　图1　B乌审召地区盒8段三角图

2　储层岩石学特征

根据野外钻井岩心观察描述及全区砂岩铸体薄片的显微镜下详细观察结果，结合收集到的薄片鉴定资料，鄂尔多斯盆地上古生界盒8及山1段砂岩类型主要为石英砂岩、岩屑质石英砂岩和岩屑砂岩（图1）。

研究区盒8和山1段砂岩的碎屑矿物成分主要以石英和岩屑为主，长石含量少，长石多数已经完全高岭石化。盒8段、山1段砂岩的骨架矿物成分基本相同。其中，盒8段砂岩含石英类32.1%~87.9%，平均63.5%，岩屑0~44%，平均18.7%，长石0~7.3%，平均0.6%；山1段砂岩含石英类32.1%~81.4%，平均60.2%，岩屑3.4%~43.1%，平均21.6%，长石0~5.9%，平均0.2%。

盒8、山1段砂岩的填隙物主要是高岭石、水云母、碳酸盐胶结物和硅质，部分层段含凝灰质杂基和绿泥石薄膜较多，总量在3.9%~33.2%之间。其中盒8段砂岩填隙物的平均含量15.8%，主要为水云母含量平均6.7%、硅质含量平均3.2%，碳酸盐含量平均2.0%，高岭石含量平均2.3%，以及少量绿泥石膜含量平均1.0%和凝灰质含量平均0.8%；山1段砂岩胶结物含量平均15.3%，主要为水云母平均含量5.9%，硅质含量平均2.5%，碳酸盐含量平均2.6%，高岭石含量平均2.5%以及少量绿泥石膜含量平均1.0%和凝灰质含量平均0.9%。

3　成岩作用阶段划分结果

在成岩演化过程中，随着埋藏温度、压力的改变，粘土矿物会发生一系列的变化，粘土矿物的演化程度，特别是I/S混层粘土矿物的转化是划分成岩阶段的良好标志。

粘土矿物的X－射线衍射分析结果（表1），表明研究区盒8段、山1段砂岩的粘土矿物中伊/蒙间层矿物为伊利石，35个样品中有34个样品的伊/蒙间层比小于10%，仅研究区东部的一个样品的伊/蒙间层比达到45%。混层粘土中K2O含量大于5%即为有序混层（吴胜和1997伊/蒙混层划分方案），研究区除霍2井外，样品K2O含量均大于5%，已达到有序混层阶段（表2）。因此，可以判断研究区进入晚成岩B-C期[2][3]。

一般情况下原生孔隙反映，成岩早期砂岩的孔隙特征，成岩中晚期次生孔隙发育，成岩晚期阶段，原生孔隙消失，次生孔隙减少甚至消失，裂缝发育。盒8段、山1段储层普遍孔隙度＜10%，以溶孔为主，见少量裂缝。通过对孔隙类型和孔隙发育带的研究，发现成岩阶段已到了晚成岩B-C期［2］［4］。

研究区盒8段、山1地层埋深一般在2 200m～3 500m之间，Ro值介于1.0~2.2之间，包裹体测温显示的均一温度在130~170℃之间，按照裘亦楠等（1997）成岩阶段划分方案，盒8段和山1段储层处于晚成岩B－C期[2][5]。成岩演化情况如表3所示。

表1　研究区盒8段、山1段粘土矿物统计表（X－射线衍射）

4　成岩作用与孔隙演化

4.1成岩作用强度定量化分析

通过大量铸体薄片的显微镜下定量统计，计算了盒8段、山1段砂岩的原始孔隙度、压实率、胶结率、微孔率，以及次生孔隙、剩余原始孔隙的含量。

1）砂岩分选影响原始孔隙度。用beard经验公式（1973）计算其原始孔隙度：原始孔隙度＝20.9+22.91/So。 So＝P25/P75，是特拉斯克分选系数，其中P25和P75代表累积曲线上25%和75%对应的粒径。

计算结果表明，研究区山1段储层的原始孔隙度在29.7%～36.5%间，平均是33.8%，盒8段储层的原始孔隙度在30.0%～36.2%间，平均是34.1%，结果表明两个层段有相近的原始孔隙度。

2）压实率=（原始孔隙体积－压实后的粒间孔隙体积－胶结物体积－杂基含量）/原始孔隙体积×100%计算结果表明，盒8段砂岩的压实率在15.9%~80.5%之间，平均压实率51.6%，山1段砂岩的压实率在24.0%~82.0%之间，平均压实率为55.6%。

3）胶结率=胶结物体积/原始粒间孔隙体积×100%。体现了胶结作用对原始孔隙体积影响程度。

盒8段砂岩的胶结率在16.6%~80.8%之间，平均胶结率为45.5%，山1段砂岩的胶结率在16.6%~68.3%之间，平均胶结率为41.2%。

4）经上述计算，盒8段砂岩剩余原始孔隙含量在0~7.6%之间，山1段砂岩剩余原始孔隙含量在0~3.6%之间。该区砂岩受到压实作用和胶结作用的影响，原生孔隙基本消失，仅在黏土矿物中存在微孔隙。

微孔隙的含量由微孔率来表示，微孔率＝（孔隙度-面孔率）/孔隙度×100%

经计算可知，研究区盒8段与山1段砂岩中的平均微孔隙占总孔隙度的75%以上。其中，盒8段砂岩的微孔率22.0%~97.9%之间，平均78.6%，山1段砂岩的微孔率在38.9%~96.3%之间，平均78.7%。说明本区储层最主要的储集空间是微孔隙（晶间孔）。

5）溶解孔隙率＝次生溶孔含量/实测孔隙度×100%。

表2　盒8、山1段砂岩中伊/蒙混层的氧化物成分和含量

经计算，研究区盒8段与山1段砂岩中次生溶孔分布不均匀。其中，盒8段砂岩的溶解孔隙率平均13.9%，范围在0~74.5%，山1段砂岩溶解孔隙率平均12.5%，范围在0~48.5%。

6） 一般用成岩指数来判识成岩强度：成岩指数=（压实率+胶结率+微孔率）/（面孔率×100%）。其中，压实率、胶结率、微孔率由上述公式计算，根据铸体薄片可以量统计胶结物含量和粒间体积定。

计算结果显示，石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩的原始孔隙度平均值分别为35.1%、34.2%和33.6%。

4.2 埋藏成岩－孔隙演化历史分析

根据上述研究结果，研究区盒8段、山1段储层的成岩阶段处于晚成岩B－C阶段。其烃源岩生烃门限在晚三叠世－早侏罗世，成熟阶段是中、晚侏罗世－早白垩世，高－过成熟阶段是早白垩世之后[6]。确定本区盒8段及山1段现今埋深在2 200~3 500m之间，根据埋藏史，最大古埋藏深度在2 900m～4 200m之间，最大古地温在145℃~165℃之间[7][8]。

烃源岩成熟度随埋深的增加而变化，砂岩成岩环境也随之发生改变，在这个过程中砂岩经历了成岩作用，生成了成岩矿物，最终形成了目前的岩性、物性特征，埋藏条件深刻影响了砂岩的孔隙演化[9]。依据研究区盒8段、山1段砂岩储层的成岩特征和成岩作用强度定量化研究结果，结合盆地热演化史及烃源岩的生－排烃史，对砂岩的孔隙演化史进行了恢复。

早成岩期：研究区盒8段、山1段储层早成岩期对应二叠纪到中三叠世或晚三叠世，在这个时期盆稳定沉降，埋深在1 700m内，温度小于65°，镜质体反射率RO<0.5%，有机质演化处于未成熟阶段[10]。机械压实作用使颗粒间趋向紧密排列。随埋藏深度的逐渐加大和压实作用的逐渐增强，原生孔隙含量逐渐减少。

晚成岩A1期：研究区地区盒8、山1段储层进入晚成岩A1期的时期对应晚三叠世早中期，地层埋深在1 700m～2 600m之间，古地温约90°，镜质体反射率RO<0.6%，已进入生烃门限[10]。烃源岩生烃过程释放CO2，使得孔隙内流体偏酸性，砂岩中不稳定组分在酸性环境下溶蚀，形成次生孔隙；次生矿物绿泥石、高岭石、伊利石充填部分孔隙空间；黑云母的蚀变，加上高岭石、水云母的催化作用，导致石英颗粒的压溶作用，石英的次生加大使得原生孔隙减少。孔隙组成类型主要以剩余原生粒间孔隙和次生溶蚀孔为主。

表3　研究区盒8段、山1段砂岩成岩演化表

晚成岩A2期：在中侏罗到早白垩世研究区盒8段、山1段储层进入晚成岩A2期，地层埋藏深度为2 600m～3 150m之间，古地温约110°，镜质体反射率RO<1.2%，有机质达到成熟阶段，是生烃的高峰[10]。在产生的有机酸作用下，不稳定组分进一步发生溶蚀，大量次生孔隙在这个阶段形成，另外生烃释放的CO2继续降低pH值；次生矿物绿泥石、伊利石、高岭石、微晶石英进一步充填孔隙；石英次生加大继续生长，充填孔隙并交代粒间高岭石等。孔隙组成类型主要以次生溶蚀孔隙为主，微裂隙少量发育。

晚成岩B－C期：研究区盒8段、山1段储层进入晚成岩B－C期的时期为早白垩世末期，地层的埋藏在3 150m左右，最深可达4 100m，古地温达140度-170度，镜质体反射率RO在1.2%～2.0%之间，有机质处于高成熟阶段[10]。

5　结论

1）乌审召地区盒8及山1段储层砂成岩演化阶段主要为晚成岩的B期至C期。

2）乌审召地区石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩的平均原始孔隙度分别为35.1%、34.2%和33.6%；在二叠纪－晚三叠世的早期成岩阶段，平均原生孔隙在机械压实作用下降至16.8%，16.2%和15.6%，孔隙类型仍然以原生孔隙为主；在晚三叠世—中侏罗世的晚成岩A1期，在溶解作用、压溶作用的影响下，原生孔隙进一步减小，孔隙类型以剩余原生孔隙和次生溶孔为主；在中侏罗世—早白垩世的晚成岩A2期，在溶解作用、次生矿物的充填影响下，原生孔隙消失，以次生溶孔为主，发育少量微裂缝；现今储层的孔隙度基本与晚期成岩阶段末的孔隙度一致。石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩在晚期成岩阶段末的孔隙度分别为9.2%、10.6%和9.7%。

3）孔隙的形成与演化受到岩性和成岩作用影响。其中，岩屑砂岩的孔隙度最低，石英砂岩的孔隙度较高，岩屑石英砂岩的孔隙度在两者之间。微孔隙与微裂缝的发育以及溶解作用的发生是次生孔隙形成、增加渗透率的关键因素。

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Diagenesis and Porosity Evolution of Shan-1 and He-8 Members in the Uxin Ju Region, Inner Mongolia

WANG Sheng-tao CHEN Yue YANG Chao-hui
（Yanchang International Petroleum Exploration and Development Co.， Ltd.， Xi’an710075）

Study of the diagenesis and pore evolution of the H-8 and Shan-1 reservoir of the Upper Paleozoic indicates that the main diagenesis in the Uxin Ju region， Ordos Basin experienced a diagenetic evolution from early diagenetic B phase to later diagenetic phase C period. The pore evolution between the east and the west are obviously different. The primary porosities of lithic sandstone， lithic quartz sandstone and quartz sandstone in the west are 33.5%， 34.2% and 35.0%， respectively. At present， their mean values are 9.8%，10.5% and 9.3%， respectively. The primary porosities of lithic sandstone and lithic quartz sandstone in the east are 34.3% and 33.6%， respectively. The present mean values are 9.8% and 9.3%， respectively.

diagenesis； porosity； Uxin Ju region

P618.13

A

1006-0995（2015）03-0387-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.03.017

2014-08-18

王圣涛( 1985- )，男，工程师，四川宜宾人，从事储层沉积方面的生产和研究工作