杭锦旗地区下石盒子组储层质量控制因素

曹桐生

（1.中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059）

储层质量影响因素复杂，既有沉积时期的影响，又有后期成岩的改造。针对工区下石盒子组沉积，前人研究较多，认为以冲积扇、辫状河沉积为主，盒3段向曲流河转化[1，2]，发育多条河道，水体能量由强到弱再到强[3]，即洪水流和牵引流的沉积特征[4]。储层岩性以岩屑石英砂岩、岩屑砂岩为主，孔隙类型以次生溶蚀孔隙发育最广[5]，裂隙发育弱[6]，储层整体具有中-低孔、低渗的特点[7，8]。深入研究上古生界沉积特征与储层质量对油气勘探具有一定的指导意义[9]。

以下石盒子组致密砂岩为研究对象，针对研究区内80余口井的钻井岩心，以及录井、测井资料，通过岩心观察与描述、取样薄片分析，以沉积学为理论基础，研究储层质量的控制因素，为优质储层砂体特征及分布规律研究提供依据。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地为一大型多旋回克拉通沉积盆地，构造发育相对稳定，古生代加里东运动导致区内缺失志留系、泥盆系、下石炭统，二叠时期形成海陆交互相沉积体系[10]。鄂尔多斯盆地作为我国重要的含油气盆地，自20世纪七八十年代以来，油气勘探成果丰富[11]。杭锦旗地区位于盆地北部，处于伊盟隆起和伊陕斜坡的过渡位置，区内发育三条主要断裂，分别是泊尔江海子断裂、乌兰吉林庙断裂和三眼井断裂，其中，泊尔江海子断裂为研究区内最主要的断裂构造，形成于加里东期，是一多期继承活动断裂，控制着杭锦旗地区上古生界的构造格局和沉积过程，它对研究区储层质量有重要影响[12]。

2 沉积微相与储层质量的关系

图1 杭锦旗地区下石盒子组岩心图版

通过对杭锦旗地区钻井岩心、录井和测井资料分析，依据岩石类型、沉积特征和剖面结构，下石盒子组的岩性以砂岩为主，夹少量泥岩。砂岩主要由浅灰绿、灰白、灰黄色块状含砾粗—中砂岩、不等粒砂岩、细砂岩夹棕褐及灰绿色泥岩、粉砂质泥岩和少量炭质泥岩组成，偶见煤线。下石盒子组可细分为三段，各段叠加正沉积旋回性明显，粒度下粗上细，每个旋回底部砂岩中常含细砾[13]。认为盒1段为冲积扇（见图1A）和辫状河沉积，以发育河床滞留、心滩、河漫的泛滥平原（见图1B）为特征；盒2段、盒3段为辫状河沉积，以发育河道（见图1C）、河漫亚相为特征，发育心滩（见图1D）、天然堤、泛滥平原等微相。

心滩和辫状河道为优质储层发育的沉积微相，岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩为主。心滩可识别出高能心滩和低能心滩，高能心滩形成于高能环境，由叠置型光滑箱型特征的砾岩、（含砾）粗砂岩组成。低能心滩由具齿化箱型的粗砂岩和齿化钟型的粗-中粒砂岩组成。通过岩心观察与沉积微相分析，高能心滩砂体储集性能最好，辫状河道和低能心滩次之。

3 岩石组分对储层质量的控制

3.1 岩石学特征

图2 下石盒子组砂岩三角图

下石盒子组砂岩整体以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，含有少量石英砂岩，其三角分类（见图2），岩屑主要为沉积岩岩屑和变质岩岩屑。填隙物包括泥质杂基、凝灰质、碳酸盐矿物、高岭石、硅质胶结及绿泥石。

薄片镜下鉴定结果表明，研究区砂岩整体表现为长石含量极低、岩屑含量较高的特点，其中石英含量51%～94%，平均约74.67%；长石含量0～12%，平均约1.51%；岩屑含量6%～49%，平均约23.82%。粒度整体中粗粒到不等粒，主要发育中粒-粗粒砂岩，镜下特征（见图3），碎屑组分（见表1）。

3.2 碎屑组分的影响

根据岩心样品铸体薄片观察分析和孔渗资料的统计分析，石英含量与面孔率、孔隙度、渗透率之间存在着较好的正相关关系（见图4）。随着石英含量的增加，砂岩的孔隙度和渗透率都有逐渐变大的趋势。对比发现，岩屑石英砂岩的储集物性最好，其储集性能明显高于岩屑砂岩。石英是高成熟度矿物，抗机械压实作用较强，在成岩压实过程中，可以使砂岩致密化程度降低，保存部分原生孔隙，也使得孔隙水的渗滤和交替作用加强，有利于次生孔隙的生成。由于粗粒砂岩沉积时水动力条件很强，粉砂和泥质颗粒不能沉降下来，粗粒砂岩比细粒砂岩泥质含量低，也使得粗粒石英砂岩、岩屑石英砂岩储层质量更好。

图3 砂岩镜下特征

表1 下石盒子组砂岩碎屑组分统计表（%）

图4 石英含量与面孔率、孔隙度、渗透率的相关关系

图5 岩屑含量与面孔率、孔隙度、渗透率的相关关系

砂岩岩屑含量同样与储层质量有一定的关系，如研究区内砂岩岩屑与面孔率之间的负相关关系（见图5），可见随着岩屑含量的增高，砂岩面孔率呈现递减的趋势，但也可发现，岩屑含量在15%～30%时，岩石面孔率偏高的比重相对较大。岩屑含量与孔隙度、渗透率也存在一定的负相关关系，整体来看，岩屑含量越高，储层质量越差，岩屑石英砂岩储层质量优于岩屑砂岩。

4 成岩作用的控制

4.1 压实作用

压实作用是造成碎屑颗粒间原生孔隙减少，使岩石致密化的主要因素之一。研究区的地层埋藏深度在2 500 m～3 800 m，受压实强度较强，胶结物充填状况及沉积环境影响出现非均质性[14]，表现为部分砂岩中碎屑颗粒之间以点-线接触，部分石英砂岩中碎屑以线接触为主，受压实后的原生粒间孔细小或消失，同时具有填隙物少的特征，部分塑性岩屑被挤压变形（见图6A），甚至呈假杂基状。

除了埋深这个外界因素外，沉积物本身所含塑性碎屑组分的多少往往对机械压实作用的强度也有较大的影响，如研究区内广泛分布的泥岩屑、千枚岩屑、片岩屑、云母等。同时，碎屑颗粒和填隙物矿物成分及二者的相对含量对机械压实作用起着一定的控制作用[14]。

4.2 胶结作用

下石盒子组致密砂岩胶结物主要有高岭石、方解石和硅质。发育最广泛的胶结物是高岭石，统计分析发现，其含量与岩石面孔率具有一定的关系。当高岭石含量低于8%的时候，岩石面孔率与高岭石含量呈现明显的正相关关系。随着高岭石含量的增高，当含量大于8%之后，岩石面孔率与高岭石含量呈负相关关系（见图7）。高岭石胶结物本身会占据部分粒间孔隙，但由于高岭石特殊的晶格，高岭石晶间孔的发育，以及高岭石本身易溶蚀的特征，它也会为储层提供部分孔隙质量，但随其含量的增加，孔隙度的提高便不明显了，甚至出现递减的情况。因此，高岭石含量与储层质量的关系不容忽视。

其次，方解石胶结物同样分布较广，随着方解石含量的增加，不断占据粒间孔隙、粒内溶蚀孔隙，使得面孔率逐渐降低，因此，方解石含量与储层孔隙质量存在明显负相关关系（见图7）。硅质胶结物在研究区内分布于石英砂岩、岩屑石英砂岩中，以石英次生加大边出现，强烈的石英加大可造成原生粒间孔或次生粒间孔完全充填，导致孔隙减小甚至消失。

4.3 溶蚀作用

图6 压实作用与溶蚀作用特征

图7 胶结物含量与面孔率的关系

溶蚀作用是产生次生溶蚀孔隙使储集层孔隙结构得到改善的一种重要作用。受压实作用影响，研究区内下石盒子组砂岩原生孔隙含量较低，溶蚀作用形成的次生孔隙占主要地位。大多数砂岩粒间见有溶蚀现象，碎屑中的溶蚀组分主要是泥板岩岩屑、片岩岩屑、长石等，形成粒内溶孔、岩屑微孔、铸模孔等孔隙类型。填隙物的溶蚀主要在泥质杂基少量高岭石和方解石胶结物中，易溶组分在酸性水作用下会发生溶蚀，形成粒间溶孔、岩屑微孔。溶孔是下石盒子组砂岩最主要的孔隙类型，溶蚀作用为储层质量贡献最大。

5 结论

鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区下石盒子组砂岩储层与诸多控制因素有关：

（1）沉积微相是首要因素，高能心滩储层质量最好，低能心滩和辫状河道次之；

（2）岩石组分对储层质量也有重要影响作用，主要表现在石英和岩屑上，石英含量与面孔率、孔隙度、渗透率呈正相关，岩屑含量与储层质量呈一定的负相关；

（3）压实作用和胶结作用减少了部分原生孔隙，但高岭石胶结物对孔隙有一定的贡献作用，溶蚀作用使得储层质量变好。