沁水盆地古县区块太原组灰岩储层特征

杨亦浩，李 咪

(1.山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司， 山西 晋城 048000；2.太原科技大学 能源与材料工程学院， 山西 晋城 048000)

沁水盆地的多次资源评价表明，该区石炭—二叠系煤系地层的成藏条件良好，煤炭及各类非常规天然气的资源潜力巨大[1,2]. 其中,太原组地层发育大面积的潮下低能带石灰岩沉积[3，4]. 因此，开展沁水盆地太原组灰岩储层特征研究，可为该区碳酸盐岩储层的进一步勘探开发提供基础资料。本文以沁水盆地古县区块为研究区，基于研究区GX1001、GX4003、GX6002三口钻井的岩芯编录，采集太原组灰岩的典型样品，进行铸体薄片鉴定、扫描电镜观测与常规物性测试等实验，以揭示研究区太原组灰岩储层的岩石学特征、储集空间特征与物性特征，并进行储层的初步评价。

1 研究区地质概况

古县区块位于沁水盆地西南边缘，向西隔霍山大断裂与霍西煤田毗邻，往东逐步向沁水盆地的深部过渡。古县区块构造较为简单，未发现岩浆侵入体。研究区太原组主要发育4层灰岩，由老至新依次为庙沟段灰岩(L1)、毛儿沟段灰岩(L2)、斜道段灰岩(L4)、东大窑段灰岩(L5). 基于岩芯观察，结合前人研究，认为太原组灰岩主要沉积于陆表海碳酸盐潮坪相，其中斜道段灰岩为开阔潮下亚相，其余为局限潮下亚相[3，4].

2 岩石学特征

根据铸体薄片观察，研究区太原组灰岩的岩石类型为含生物碎屑泥晶灰岩、生物碎屑泥晶灰岩及泥晶生物碎屑灰岩(表1). 灰岩为自生颗粒结构，自生颗粒类型以生物碎屑为主，常见棘皮类、有孔虫类和瓣鳃类等；填隙物以泥晶结构为主，仅在庙沟灰岩中观察到亮晶胶结物。

表1 古县区块太原组灰岩岩石特征表

3 储集空间特征

3.1 宏观储集空间类型

研究区太原组灰岩的宏观储集空间类型以裂缝为主，溶孔和溶洞较少见。太原组灰岩储集空间特征见图1. 裂缝包括构造缝和非构造缝，密度0.4～16.6条/m. 其中，斜道灰岩中常见高角度构造缝(图1a))，延伸较远且多呈开启状态，部分被方解石充填；庙沟、毛儿沟与东大窑段灰岩的裂缝较少，以低角度构造缝为主，延伸较短且多呈闭合状态，多数被方解石充填。溶孔和溶洞(图1a))常见于斜道灰岩中，多数被沥青质或方解石充填。此外，溶孔和溶洞常沿着裂缝延伸方向展布，且仅发育于泥晶生物碎屑灰岩中。

a) 溶洞及裂缝，斜道灰岩 b) 构造缝被亮晶方解石充填，毛儿沟灰岩 c) 大量未充填的构造缝，斜道灰岩 d) 缝合线穿过裂隙，斜道灰岩 e) 溶蚀缝被亮晶方解石充填，东大窑灰岩 f) 球蜓类生物体腔孔，房室皆被亮晶方解石充填，东大窑灰岩 g) 方解石晶间孔，庙沟灰岩 h) 粒间溶孔，毛儿沟灰岩 i) 晶间溶孔，毛儿沟灰岩图1 古县区块太原组灰岩储集空间特征图

3.2 微观储集空间类型

基于铸体薄片和扫描电镜观察，研究区太原组灰岩的微观储集空间类型以微裂隙和次生孔隙为主，原生孔隙的含量较低。

根据镜下观测统计，太原组的各段灰岩中均可见微裂隙，且毛儿沟段与斜道段灰岩的微裂隙含量较高(表2). 微裂隙的成因类型以构造缝为主，非构造缝次之。其中，构造缝常成组出现(图1b))，直径5～40 μm，延伸数毫米至几十毫米，面裂隙率0.5%～2.5%. 镜下观察发现，斜道灰岩中发育大量半开启的构造缝(图1c))，表明有效裂隙的含量较高；而其余层段灰岩的构造缝常被方解石充填(表2). 非构造缝主要包括成岩压溶缝和溶蚀缝，前者即缝合线，常被沥青质或泥质部分充填(图1d))；后者指由已存在的各类裂隙经溶蚀扩大所形成的裂隙，主要发育于斜道段和东大窑段灰岩，含量较低且均被方解石完全充填(图1e)).

表2 古县区块太原组灰岩微裂隙类型及特征表

研究区太原组灰岩中的原生孔隙主要包括生物体腔孔和晶间孔。生物体腔孔指生物体腔的房室内软体腐烂后所残留的孔隙，主要发育于泥晶生物碎屑灰岩的蜓类、有孔虫类、介形虫类和苔藓虫类等生物碎屑颗粒中(图1f))，常见于东大窑灰岩段。晶间孔在研究区各段灰岩中均有发育，以方解石晶间孔(图1g))和黄铁矿晶间孔为主。

次生孔隙类型多样，包括粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔和晶间溶孔。粒间溶孔和粒内溶孔发育于毛儿沟、斜道及东大窑段的灰岩中，前者指生物碎屑颗粒之间的胶结物被溶解而形成的孔隙(图1-h))，后者指生物碎屑颗粒的壳壁或体腔被部分溶解而形成的孔隙。铸模孔指自生颗粒部分或全部溶解而形成的孔隙，可根据孔隙形状判别自生颗粒类型。研究区的各段灰岩中均可见铸模孔，主要分布于棘皮类、双壳类、腹足类和藻类等生物碎屑颗粒中，多数铸模孔已被方解石胶结物充填。晶间溶孔即在晶间格架孔的基础上溶蚀扩大而形成的孔隙(图1i))，大量发育于毛儿沟段灰岩中。

4 储层物性及初步评价

对研究区太原组灰岩样品进行常规物性试验，测试结果表明灰岩孔隙度1.39%～4.29%，渗透率0.000 3～1.310 9 mD(表1)，属于低-特低孔、低-特低渗储层[5]. 其中，渗透率较高的灰岩样品为斜道段的泥晶生物碎屑灰岩，为研究区内相对较好的灰岩储层。根据储集空间特征研究可知，斜道段泥晶生物碎屑灰岩具有储集空间类型较为丰富的特征，常见宏观裂缝、溶孔、溶洞(图1a))以及微裂隙(图1c))、微观粒间溶孔和粒内溶孔(图1h))；并且，与其他灰岩样品相比，斜道段泥晶生物碎屑灰岩的宏观裂缝与微裂隙更为发育，且多呈半开启状态。研究认为，斜道段泥晶生物碎屑灰岩沉积于开阔潮下亚相，沉积水动力条件相对较强，灰岩的生物碎屑含量较高。当灰岩具有较高的生物碎屑含量时，灰岩的结构相对疏松，且由于生物软组织易于腐烂形成空腔，使生物体腔孔等原生孔隙相对发育，有利于后期溶蚀作用的发生。此外，岩芯中的溶孔、溶洞常沿裂隙方向发育(图1a))，表明裂缝作为孔隙水运移的主要通道类型之一，可以有效促进溶蚀作用的发生。因此，斜道段泥晶生物碎屑灰岩中发育大量的半张开裂隙，是灰岩储层物性较好的主要原因之一。

5 结 论

1) 古县区块太原组主要发育4层灰岩，沉积于陆表海碳酸盐潮坪相，以含生物碎屑泥晶灰岩、生物碎屑泥晶灰岩及泥晶生物碎屑灰岩为主。灰岩均为自生颗粒结构，自生颗粒类型以生物碎屑为主，填隙物以泥晶结构为主。

2) 研究区太原组灰岩的宏观储集空间类型以裂缝为主，微观储集空间类型以微裂隙和次生孔隙为主。灰岩孔隙度1.39%～4.29%，渗透率0.000 3～1.310 9 mD，属于低-特低孔、低-特低渗储层。

3) 斜道段泥晶生物碎屑灰岩具有储集空间类型较为丰富的特征，且宏观裂缝与微裂隙更为发育，灰岩的渗透率相对较高，为研究区内相对较好的灰岩储层。