鄂尔多斯盆地东部山西组山2段储层孔隙类型及次生孔隙成因

黄培培

（1.重庆地质矿产研究院，重庆 400042；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042）

鄂尔多斯盆地东部山西组山2段储层孔隙类型及次生孔隙成因

黄培培1，2

（1.重庆地质矿产研究院，重庆 400042；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042）

鄂尔多斯盆地东部山西组山2段砂岩储集空间以次生孔隙为主，有机质成熟过程中产生的有机酸对砂岩中不稳定组分的溶解作用极大地改善了储层的储集性，被溶物质主要是长石。岩性不同，溶解强度也有所差异。石英砂岩抗压实能力强，有利于原生孔隙的保存和酸性流体的流动，溶蚀作用强；岩屑砂岩中，强烈的压实使大量孔隙丧失，后期酸性流体难以进入砂岩中，溶蚀作用弱。

孔隙类型；次生孔隙成因；山2段；鄂尔多斯盆地东部

鄂尔多斯盆地东部地区下二叠统山西组山2段是盆地上古生界主要的天然气产层，气层受岩性、岩相控制明显［1］。晚二叠世山西期是重要的成煤期，在此背景下山2段砂岩表现出低孔低渗的储集特点。储层的主要储集空间为次生孔隙，本文在大量铸体薄片分析基础上，通过对显微图像、扫描电镜及成岩作用等的分析，对储层砂岩溶解流体来源、溶蚀物质及次生孔隙成因进行研究。

1 区域地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地东部，北至榆林，南至子洲，西至横山，东至米脂（见图1），区域构造上属伊陕斜坡。

山西组山2段在研究区内分布稳定，地层厚40～80m，主要由深灰、灰绿色含砾岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、石英砂岩夹薄层泥质粉砂岩与黑灰、灰黑色泥岩、炭质泥岩互层组成，并夹有煤层。根据岩性和沉积旋回等特征，可将山西组山2段划分为3个亚段：从上至下依次是山21、山22、山23，其中以山23亚段砂岩具有最为有利的储集条件。

研究区山2段沉积时期主要发育榆林和神木两大河流——三角洲沉积体系，自北而南依次发育冲积平原-三角洲平原-三角洲前缘-滨浅湖沉积体系，研究区北部榆林地区主要发育一系列近南北向的辫状河三角洲平原分流河道砂体；南部子洲则普遍发育三角洲前缘水下分流河道砂体，三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道均为有利的储集相带。

表1 鄂尔多斯盆地东部山西组山2段砂岩岩石学特征

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分与研究区位置图

2 砂岩岩石学特征

研究区山2段砂岩类型为石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩，石英含量高，长石含量极低，岩屑以火山岩岩屑、变质岩岩屑为主。砂岩总体上具有较高的成分成熟度；粒度以粗粒、粗-中粒为主，分选好，圆度以次棱-次圆为主；杂基以水云母为主，主要的胶结作用类型为硅质胶结（包括石英次生加大和自生微晶石英）、自生高岭石和晚期碳酸盐（主要是含铁碳酸盐）（见表1）。颗粒之间以线接触为主，局部可见凹凸-线接触。

3 孔隙成因类型

根据研究区1 243个样品的薄片、扫描电镜等试验分析研究，鄂尔多斯盆地东部山西组山2段储层面孔率平均为2.37%，可分为原生孔隙和次生孔隙两大类，按照成因可进一步细分为剩余原生粒间孔隙（剩余原生孔）、粒间溶孔、粒内溶孔（包括颗粒全部溶蚀形成的铸模孔）、晶间孔和微裂隙（见表2）。从表2中可以看出，研究区山2段砂岩以次生孔隙为主，微裂隙不发育；岩屑、杂基含量少的石英砂岩的面孔率最高，剩余原生粒间孔在总面孔率中也占有较高的比例，粒内溶孔的比例相对较低；在杂基、塑性岩屑含量较高的岩屑砂岩中，面孔率值最低，主要的储集空间是以粒内溶孔为主的次生孔隙，剩余原生粒间孔极不发育。

表2 鄂尔多斯盆地东部山西组山2段砂岩储层的孔隙构成

3.1 剩余原生粒间孔

残余原生粒间孔主要为砂岩经过压实作用、胶结作用等成岩作用之后残留下来的粒间孔隙，主要发育在杂基、岩屑含量少、硅质胶结和自生高岭石发育的石英砂岩中，是储层中较为有利的一种有效孔隙类型。在铸体薄片观察下，剩余原生粒间孔主要表现为原生孔隙经石英次生加大之后保存下来的剩余孔隙，常呈三角形、四边形等，形态规则，孔中比较干净，孔的大小和分布较均匀，连通性好。在石英加大边较发育的部位，剩余原生粒间孔可呈缝状。

3.2 粒间溶孔

主要是由充填在碎屑颗粒之间的填隙物溶蚀而形成，包括凝灰质等杂基和碳酸盐等胶结物溶蚀产生的次生孔隙，亦包括充填在孔隙中的粘土矿物在成岩期失去束缚水或结构水由于蚀变作用收缩而成的收缩孔缝。孔隙形状不规则，颗粒边缘常呈溶蚀港湾状，粒间常残余部分填隙物，常与长石、岩屑等粒内溶孔伴生，孔隙间连通性较好。有时粒间溶孔可溶蚀扩大成超大孔。

3.3 粒内溶孔

主要是碎屑颗粒内部不稳定的化学组分发生溶蚀产生的孔隙，如长石、火山岩岩屑等。主要包括长石溶孔、岩屑溶孔等，也包括早期易溶碎屑被交代之后又发生溶蚀形成的孔隙。主要表现为长石沿解理或构造破裂方向发生溶蚀，常残余部分长石颗粒，有时长石（或岩屑）全部溶蚀形成铸模孔，仅残存颗粒外形或粘土环边。火山岩岩屑被溶蚀常形成蜂窝状的粒内溶孔。黑云母、千枚岩、泥岩等常被溶蚀形成粒内微溶孔。

3.4 晶间孔

由于研究区山2段高岭石较发育，因此晶间孔主要是高岭石的晶间孔，是研究区储层砂岩的一种重要储集空间。可见有2种赋存形式的高岭石晶间孔，一种是粒间孔隙中充填的自生高岭石晶间孔，另一种是火山岩岩屑或长石蚀变后形成的重结晶高岭石晶间孔。铸体薄片和扫描电镜观察表明，粒间自生高岭石堆积较松散，常具有较好的晶形，集合体常呈书页状、手风琴状，常具有较好的晶间孔隙。但在局部地区，高岭石受压实作用的影响，也可呈紧密堆积状。

3.5 微裂隙

研究区山2段微裂隙普遍含量较低，但在岩屑含量较高的岩屑砂岩和岩屑石英砂岩中较发育（见表1）。由于本区压溶作用不强烈，主要为构造缝，成岩缝少见。构造裂缝可切割长石、岩屑等碎屑颗粒，缝内干净，裂缝多平直。微裂隙可提高储层的连通性，改善储层的储集性能。

4 次生孔隙形成机制

山2段目前埋深一般在2 300～3 100m，经历了压实压溶作用、胶结作用、交代作用、溶解作用等成岩过程，颗粒之间以线接触为主，镜质体反射率值为1.2%～1.8%，伊/蒙混层比普遍小于10%，自生石英包裹体均一温度在100～170℃，按照最新碎屑岩成岩阶段划分方案，研究区山西组山2段砂岩处于中成岩B期。其中，机械压实作用和晚期碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用是破坏性成岩作用，是造成储层岩石低孔低渗的主要原因；高岭石晶间孔为储层提供了重要的储集空间，溶解作用极大地改善了储层的储集性能。

溶解作用是改善储层物性的主要原因。溶蚀对象可包括长石、岩屑等碎屑颗粒，凝灰质、黏土等杂基以及碳酸盐胶结物等不稳定组分，前人研究表明砂岩中主要的溶蚀物质是长石，长石在砂岩中极低的含量主要是煤系地层中的酸性流体对长石的溶解造成的。薄片中常见长石被全部溶蚀而形成铸模孔或沿解理形成形状规则的粒内溶孔，时有残余长石。阴极发光分析证明了长石的存在，在这些含煤地层的砂岩中，至少有10%～20%的长石在埋藏成岩过程中被酸性流体溶解。不稳定岩屑也常被溶蚀呈港湾状或斑点状、蜂窝状等，凝灰质及黏土等杂基和胶结物也存在一定程度的溶蚀，但不是主要的溶解物质。

研究区山2段储层砂岩的溶解流体有2个来源：一是与煤系地层有关的酸性地层水，对碎屑的溶解作用主要发生在有机质成熟之前，是早期的溶解流体；随着埋藏深度的增加，煤系地层中的烃源岩在成岩过程中释放出富含有机酸和二氧化碳的溶液，造成了溶解作用的发生。其中，有机质成熟过程中产生的有机酸是主要的溶解流体，酸性介质进入砂岩中导致孔隙流体保持在一个较低pH值水平，使碎屑颗粒和填隙物等发生溶解，从而形成大量的次生孔隙。

研究区山2段沉积时为煤系地层背景，储层中缺乏早期碳酸盐胶结物，对压实作用的抑制有限，尤其是在杂基和黑云母、千枚岩、泥岩岩屑等假杂基含量较高的粒度较细的岩屑砂岩中，压实作用对原生孔隙的破坏十分严重，柔性组分挤入孔隙空间，导致了大量原生孔隙的丧失，孔隙之间的流通性变差，酸性流体的流动受阻，难以进入砂岩中，因此溶解作用也相对有限，造成了极低的面孔率和剩余原生孔含量，储集空间主要是以粒内溶孔为主的次生孔隙。而在成分成熟度较高的粗粒石英砂岩中，由于石英等刚性颗粒含量较高，岩石的抗压实能力强，一定程度上保护了原生孔隙；另外，由于石英砂岩颗粒之间的填隙物含量较低，孔隙之间流通性也较好，有利于酸性孔隙流体的流动，因此溶解作用较强，储层的面孔率最高，且剩余原生孔具有较高比例，次生孔隙也较发育。

5 结论

①鄂尔多斯盆地东部山2段砂岩主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩，储集空间主要有剩余原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔和微裂隙，总体以次生孔隙为主，剩余原生粒间孔在石英砂岩中占较重要地位。

②溶解作用导致次生孔隙的形成，溶解流体来源于与煤系地层有关的酸性地层水和有机质成熟过程中形成的有机酸，其中有机酸是主要的流体来源，溶解物质主要是长石，不稳定岩屑及杂基等填隙物也存在一定的溶解。溶解作用和次生孔隙极大地改善了储层的储集性。

③岩性不同，其溶解作用和次生孔隙发育程度也有所差异。粗粒的石英砂岩抗压实能力强，有利于原生孔隙的保存和酸性流体的流动，溶蚀作用强，孔隙发育。杂基、软岩屑含量高的岩屑砂岩由于受到强烈的压实作用的影响，原生孔隙大量丧失，酸性流体流动难以进入砂岩中，溶蚀作用较弱。

［1］梁积伟，郭艳琴，李玮，等.靖边气田山西组下段储层沉积微相特征［J］.西北大学学报（自然科学版），2007（5）：808-814.

Pore Types and the Origin of Secondary Pore of Sandstones in the 2nd Member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin

Huang Peipei1,2
（1.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 400042；2.Chongqing Research Center，State Key laboratory of Coal Resources and Safe Mining，Chongqing 400042）

The main pore type in the 2nd member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin is secondary pore.Organic acid formed during maturation of organic matter dissolves metastable components of sandstone,which enormously im⁃proves reservoir quality,and the dissolved material is mostly feldspar.Different lithology has control over intensity of dissolution.Relatively gentle compaction in quartz arenite favors the preservation of primary pores and the flow of acidic fluid,and thus dissolution develops.In lithic arenite,strong compaction results in the loss of porosity,and the later fluid is difficult to access sands,which leads to a weak dissolution.

pore types；the origin of secondary pore；the 2nd member of Shanxi Fm；Eastern Ordos Basin

P618.130

：A

：1003-5168（2017）01-0096-03

2016-12-06

黄培培（1985-），女，硕士，工程师，研究方向：沉积地质。