延安地區(qū)上三疊統(tǒng)長(zhǎng)6期儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

思玉琥，郝世彥，張林森，童雪晨

(延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000)

延安地區(qū)上三疊統(tǒng)長(zhǎng)6期儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

思玉琥，郝世彥，張林森，童雪晨

(延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000)

延安地區(qū)為湖泊三角洲前緣沉積，沉積作用和成巖作用控制著儲(chǔ)層孔隙。儲(chǔ)層中原生粒間孔和次生孔隙所占比例相當(dāng)，其中，綠泥石膜對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙的保存起重要作用，為后期次生孔隙的生成提供了先決條件。同時(shí)，濁沸石大量溶解是研究區(qū)儲(chǔ)層的一大特點(diǎn)，而綠泥石膜和濁沸石溶孔的匹配關(guān)系有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成，可構(gòu)成研究區(qū)最好的儲(chǔ)層類(lèi)型，對(duì)進(jìn)一步尋找濁沸石分布帶有重要指導(dǎo)意義。

成巖作用;孔隙演化;儲(chǔ)集層;長(zhǎng)6油層組;延安地區(qū)

引 言

延安地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中偏東部，構(gòu)造上處于陜北斜坡，分布有南泥灣、甘谷譯、青化砭、川口等一系列三疊系延長(zhǎng)組碎屑巖特低滲油田。油田構(gòu)造平緩，長(zhǎng)6油層為其主要含油層系，孔隙度一般為8.1% ～13.5%，儲(chǔ)層滲透率為0.2×10－3～1.1 ×10－3μm2，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要以殘余粒間孔為主，同時(shí)次生孔隙發(fā)育較普遍［1］。研究區(qū)內(nèi)原生粒間孔和次生溶蝕孔隙所占比例大體相當(dāng)，按照曾大乾對(duì)中國(guó)低滲儲(chǔ)層的分類(lèi)［2－3］，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)6儲(chǔ)層屬于原生低滲透儲(chǔ)層和次生低滲透儲(chǔ)層的結(jié)合體。其中，原生低滲透儲(chǔ)層以沉積作用形成的原生孔隙為主，成巖作用產(chǎn)生的次生孔隙所占比例較少。而次生低滲透儲(chǔ)層受成巖改造作用強(qiáng)烈，其次生孔隙所占比例較大，對(duì)改善儲(chǔ)層滲流條件貢獻(xiàn)巨大。本文主要對(duì)延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)6儲(chǔ)層礦物成分較接近，以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖及粉砂巖為主，含少量細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖。長(zhǎng)石成分為33% ～64%，平均為50%，主要包括鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，從北向南鉀長(zhǎng)石含量逐漸減少;石英含量為15% ～50%，平均為28%，從北向南石英含量逐漸增多;巖屑組分為2% ～26%，平均為12%，主要以變質(zhì)巖(如板巖、千枚巖、硅質(zhì)巖等)和火山巖屑(如灰?guī)r、片巖等)為主，幾乎不含沉積巖屑;黑云母含量為0.4%～15.6%，平均為6.3%;填隙物含量平均為9%，其中雜基為2.5%，膠結(jié)物為6.5%，主要為各類(lèi)碳酸巖、濁沸石、黏土巖、長(zhǎng)英質(zhì)等膠結(jié)物;重礦物成分較少，主要為鋯石、石榴子石。

碎屑顆粒呈次圓—次菱角狀，分選中等—好，顆粒支撐，線(xiàn)接觸或點(diǎn)－線(xiàn)接觸，部分呈現(xiàn)凹凸接觸。膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式或薄膜－孔隙式，偶見(jiàn)方解石呈嵌晶式膠結(jié)，成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度中等。平均孔隙度為9.4%～11.5%，平均滲透率為0.56×10－3～0.91 ×10－3μm2，孔喉半徑小，連通性差，為典型特低滲透儲(chǔ)層。

孔隙類(lèi)型主要有原生粒間孔、溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔、晶間孔及裂隙孔等。其中，原生殘余粒間孔和溶蝕孔面孔率大體相當(dāng)，溶蝕粒內(nèi)孔較為發(fā)育，晶間孔和裂隙孔只在局部區(qū)域發(fā)育。

2 儲(chǔ)層成巖作用特征

2.1 機(jī)械壓實(shí)作用

研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的長(zhǎng)石和巖屑含量較高，儲(chǔ)層受壓實(shí)程度劇烈。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層薄片觀(guān)察可知，儲(chǔ)層顆粒以點(diǎn)－線(xiàn)接觸、線(xiàn)接觸為主，甚至出現(xiàn)凹凸接觸，塑性巖屑如泥巖巖屑、云母等彎曲變形，甚至被擠入粒間孔形成假雜基，從而造成儲(chǔ)層物性大幅下降。同時(shí)，成巖壓實(shí)也造成了部分長(zhǎng)石顆粒的脆性破裂，提高了儲(chǔ)層的滲透性(圖1a)。

圖1 長(zhǎng)6儲(chǔ)層鏡下薄片觀(guān)察

2.2 膠結(jié)作用

延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的主要膠結(jié)物有自生黏土、濁沸石、碳酸巖、硅質(zhì)、自生長(zhǎng)石等。膠結(jié)類(lèi)型繁多，作用強(qiáng)烈，大多數(shù)對(duì)儲(chǔ)層物性表現(xiàn)出破壞性，也是儲(chǔ)層孔隙度下降的重要原因。

(1)綠泥石膠結(jié)。綠泥石膠結(jié)物主要表現(xiàn)為孔隙環(huán)邊襯里形式產(chǎn)出(圖1b)，其次為孔隙充填式產(chǎn)出，后者一般是晚期綠泥石析出［4－5］。鄂爾多斯盆地屬于含有一定鹽度的堿性—半咸水湖泊，而一般河流均為淡水，所以在河口處的三角洲前緣無(wú)疑是最適合綠泥石析出的沉積環(huán)境(表1)。綠泥石含量與三角洲建設(shè)程度成正相關(guān)關(guān)系，從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，從長(zhǎng)6期到長(zhǎng)1期，隨著盆地的夷平，物源供給的減少，自生綠泥石含量也逐漸減少。

表1 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層部分膠結(jié)物分布

研究認(rèn)為，綠泥石膜有助于防止儲(chǔ)層物性變差，減少儲(chǔ)層受壓實(shí)作用的影響，抑制長(zhǎng)石石英等次生加大。在綠泥石膜包裹的地方，一般看不到石英加大現(xiàn)象，而在綠泥石膜覆蓋不到或者非常薄的局部，則能看見(jiàn)石英加大(圖1c)。通過(guò)巖心薄片觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)石溶孔外有完整的綠泥石薄膜，說(shuō)明長(zhǎng)石溶蝕作用發(fā)生在綠泥石薄膜生成之后，同時(shí)，綠泥石膜在整個(gè)長(zhǎng)石溶蝕后對(duì)次生溶孔起到了支撐和保護(hù)作用，這主要得益于綠泥石膜析出的世代性，其厚度會(huì)隨著后續(xù)綠泥石的析出而等厚增大，這點(diǎn)類(lèi)似于長(zhǎng)石石英加大。同時(shí)，綠泥石膜的元素構(gòu)成也具有世代性，即綠泥石膜中鐵離子逐漸減少和Fe/Mg比值的降低。

由于有綠泥石膜包裹的孔隙不容易被壓實(shí)，從而增強(qiáng)了后期孔隙水的體積及其流動(dòng)性，利于濁沸石析出，而濁沸石等膠結(jié)物的析出也降低了壓實(shí)作用的影響。成巖階段晚期，濁沸石大量溶蝕，綠泥石膜又為濁沸石溶孔提供了保護(hù)。因此，研究區(qū)綠泥石膜和濁沸石的匹配關(guān)系可形成物性較好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，故對(duì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行勘探時(shí)，不僅要考慮砂體分布，也要著力尋找濁沸石分布帶。

(2)濁沸石析出。研究區(qū)濁沸石主要在早期形成，火山物質(zhì)主要來(lái)自陰山褶皺帶的火山運(yùn)動(dòng)。其中，志靖、吳旗、安塞及延安等地區(qū)接受陰山物源的油田濁沸石含量一般較高，而西南物源的隴東地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層濁沸石含量較低。

2.3 溶解作用

溶解作用是改善研究區(qū)儲(chǔ)層物性的重要因素，主要有長(zhǎng)石、巖屑、濁沸石溶解。溶解作用在區(qū)內(nèi)主要分為3期。

(1)早期由于地層埋深不大，大氣中的CO2溶解到地表水里，使得地表水產(chǎn)生碳酸，經(jīng)過(guò)地表水的淋濾作用，儲(chǔ)層形成了部分溶蝕孔，但碳酸本身對(duì)Ca2+和Al3+等溶解能力有限，所以生成的溶蝕孔不多，后期儲(chǔ)層壓實(shí)作用又使得表生溶蝕孔遭到破壞，所剩無(wú)幾。因此，早期溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性改善影響不大。

(2)中期由于受早白堊世燕山運(yùn)動(dòng)影響，地層沉降加快，生油巖開(kāi)始生烴，排出大量有機(jī)酸，沿濁沸石和長(zhǎng)石解理面對(duì)其進(jìn)行溶蝕，產(chǎn)生大量次生溶蝕孔(圖1d、e)，有機(jī)酸對(duì)鋁硅酸鹽的溶解度遠(yuǎn)大于碳酸巖的溶解度，表現(xiàn)出選擇性溶蝕［6］。因此，有機(jī)酸對(duì)方解石的溶解作用較弱，其產(chǎn)生的溶蝕孔較少，對(duì)儲(chǔ)層物性基本沒(méi)有改善作用。

(3)晚期隨著燕山末期和喜山運(yùn)動(dòng)改造，東部?jī)?chǔ)層大幅抬升，研究區(qū)進(jìn)入表生成巖階段。

2.4 交代作用

根據(jù)區(qū)內(nèi)薄片資料表明，巖屑主要被碳酸巖交代或蝕變?yōu)楦邘X石、伊利石。其中，常見(jiàn)整個(gè)巖屑顆粒完全被碳酸巖交代;蝕變作用主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石蝕變?yōu)楦邘X石、黑云母水化膨脹及綠泥石化、蒙皂石黏土向伊蒙混層、伊利石化以及方解石向鐵方解石轉(zhuǎn)化等。蝕變產(chǎn)物一般呈斑狀充填孔隙，總體上來(lái)說(shuō)，交代作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性影響不大。

3 儲(chǔ)層孔隙演化

根據(jù)對(duì)延安地區(qū)大量樣品的物性分析及薄片鏡下計(jì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，定量研究了各成巖作用對(duì)孔隙度的影響以及孔隙度的演化過(guò)程［7－8］。

通常用beard［9］提出的公式計(jì)算砂巖初始孔隙度φ1:

用以下公式計(jì)算壓實(shí)后砂巖孔隙度φ2:

式中:膠結(jié)物含量為樣品巖礦分析的膠結(jié)物含量，%;物性分析孔隙度為樣品進(jìn)行物性分析所得到的孔隙度，%。

膠結(jié)與交代后砂巖孔隙度計(jì)算公式如下:

次生孔隙度是指次生孔隙所占據(jù)的那部分空間，主要為各類(lèi)溶孔:

對(duì)南泥灣、川口、青化砭等321份薄片資料進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 延安地區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型(321個(gè)樣品)

表3 延安地區(qū)長(zhǎng)6油層組孔隙分類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

將以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代入公式(1)～(8)中，求出各成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度改造程度的量化結(jié)果(表4)。

表4 儲(chǔ)層成巖過(guò)程中的孔隙度演化

通過(guò)粒度數(shù)據(jù)計(jì)算得出，延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層原始孔隙度為36.5%，壓實(shí)作用損失了22.74%的孔隙度，損失率為62%。根據(jù)壓實(shí)等級(jí)劃分，屬于強(qiáng)壓實(shí)［9］。早成巖階段，綠泥石碳酸巖等礦物的膠結(jié)損失孔隙度為7.79%，損失率為21%;經(jīng)歷早成巖階段的壓實(shí)膠結(jié)等作用后，儲(chǔ)層剩余孔隙度為5.97%;晚成巖階段，溶蝕作用貢獻(xiàn)了5.40%的孔隙度，再經(jīng)過(guò)晚期成巖膠結(jié)，損失孔隙度為0.73%，微裂縫貢獻(xiàn)了孔隙度0.06%，最終得到研究區(qū)現(xiàn)今的孔隙度為10.70%(圖2)。

4 結(jié)論

(1)延安地區(qū)長(zhǎng)6油層主要為三角洲前緣沉積，以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖及粉砂巖為主，含少量細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖。石英含量從北向南逐漸增多，填隙物以膠結(jié)物為主，含少量雜基，膠結(jié)物中綠泥石、濁沸石含量較高，總體表現(xiàn)為低成分成熟度、中高結(jié)構(gòu)成熟度的特點(diǎn)。

(2)研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層原生粒間孔和次生孔隙所占比例相當(dāng)，綠泥石膜對(duì)儲(chǔ)層孔隙保存有著重要作用，為后期次生孔隙生成提供先決條件。而濁沸石大量溶解是研究區(qū)儲(chǔ)層的另一大特點(diǎn)，綠泥石膜和濁沸石溶孔的匹配關(guān)系有利于形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，構(gòu)成了研究區(qū)最好的儲(chǔ)層類(lèi)型，尋找濁沸石分布帶對(duì)勘探意義重大。

(3)研究區(qū)成巖作用主要為壓實(shí)、膠結(jié)、溶解和交代等作用。壓實(shí)作用和膠結(jié)是儲(chǔ)層孔隙減少的重要原因，溶解作用為儲(chǔ)層提供了大量次生孔隙，對(duì)區(qū)內(nèi)油氣充注提供了優(yōu)良通道和儲(chǔ)集空間，裂隙孔有利于溝通粒間孔喉，增加儲(chǔ)層滲流能力。

(4)通過(guò)對(duì)延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度演化模式的定量研究。認(rèn)為砂巖初始孔隙度為36.7%，早成巖階段的壓實(shí)作用造成62%的原生孔隙損失，膠結(jié)作用又造成21%的原生孔隙的損失，而晚成巖階段的溶解作用又給儲(chǔ)層增加了5.40%的孔隙度，微裂縫增加了0.06%的孔隙度，從而得到現(xiàn)今10.70%的孔隙度。

［1］馮娟萍，李文厚，歐陽(yáng)征健，等.河流相和三角洲相儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響——以青化砭油田長(zhǎng)2油層組和長(zhǎng)6油層組砂巖為例［J］.地球?qū)W報(bào)，2008，29(2):189－198.

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Diagenesis of the Upper Triassic Chang 6 formation in Yan’an area and pore evolution

SI Yu– hu，HAO Shi– yan，ZHANG Lin– sen，TONG Xue– chen
(Yanchang Oilfield Corp．Ltd，Yan’an，Shaanxi 716000，China)

Yan’an area belongs to lacustrine delta front sedimentation and the reservoir pores are controlled by sedimentation and diagenesis with almost equal amounts of primary intergranular pores and secondary pores．The chlorite membrane has played an important role in protecting the reservoir pores in the study area and provided the prerequisites for the development of secondary pores at a later stage．The reservoir in the study area is also characterized by dissolution of a large amount of laumontite．The matching of chlorite membrane with laumontite dissolved pores is helpful to the formation of high－quality reservoirs and also is helpful to forming the best reservoir type in the research area，which has important meanings for the further exploration in laumontite distributed areas．

diagenesis;pore evolution;reservoir;Chang 6 formation;Yan’an area

TE122.2

A

1006－6535(2011)06－0036－04

20110529;改回日期20110610

思玉琥(1959－)，男，高級(jí)工程師，2000年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)礦床學(xué)專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)任延長(zhǎng)油田股份有限公司副總經(jīng)理，主要從事油田生產(chǎn)管理工作。

編輯 黃華彪