子長(zhǎng)北部地區(qū)盒8段儲(chǔ)層成巖作用研究

張文選,苗建宇,李輝,胡永勝

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系,陜西西安710069; 2.延長(zhǎng)油田股份有限公司,陜西延安716000)

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中東部地區(qū),中二疊世早期,隨著興蒙海槽的逐漸關(guān)閉,引起強(qiáng)烈的南北差異升降,加劇了早二疊世中晚期北隆、中洼、南隆的構(gòu)造格局。由于海水繼續(xù)南撤,遠(yuǎn)離本區(qū),古氣候向干旱-半干旱轉(zhuǎn)變,已經(jīng)沒有持久穩(wěn)定的泥炭沼澤發(fā)育,晚古生代成煤史已經(jīng)終結(jié),盆地內(nèi)形成了一套巨厚的以粗粒為主的碎屑巖建造,尤以盒8段砂層最為發(fā)育[1-3]。文章主要研究了子長(zhǎng)北部地區(qū)盒8段儲(chǔ)集巖巖性、沉積特征、孔隙類型,以及成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響。

1 巖石學(xué)特征

儲(chǔ)集巖巖性：研究區(qū)盒8段地層以巖屑石英砂巖為主,幾乎不含長(zhǎng)石。30個(gè)分析樣品中石英含量為72%～91%,平均為81.3%,幾乎不含長(zhǎng)石,偶見僅為1%。巖屑含量為12%～50%,平均為32%,主要為巖漿巖、噴發(fā)巖、變質(zhì)巖、千枚巖、硅質(zhì)巖、石英巖和泥巖,少量灰?guī)r、板巖和片巖。

膠結(jié)物組分及其特征：膠結(jié)物含量為3%～10%,主要組分有硅質(zhì)、碳酸鹽,以及少量水云母、泥鐵質(zhì)和綠泥石。其中硅質(zhì)含量占5%～35%,平均為16.09%。碳酸鹽含量占4%～35%,平均為12.10%。水云母含量占10%～70%,綠泥石薄膜的含量占5%,泥鐵質(zhì)的含量占38.41%。

結(jié)構(gòu)特征：石盒子組的膠結(jié)類型以孔隙式為主,偶見基底膠結(jié)。上部為含礫巖屑石英粗砂巖,下部以中、細(xì)粒的巖屑石英砂巖為主,分選好～中等,磨圓以次棱角狀為主,少量次圓和次棱～次圓狀。

辮狀河三角洲沉積體系：研究區(qū)石盒子組下部主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲兩個(gè)亞相,可進(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道和分流間灣兩個(gè)微相(如圖1),兩者交互出現(xiàn)組成了辮狀河三角洲前緣亞相[4]。前辮狀河三角洲亞相的沉積物粒度較細(xì),多為深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及少量粉砂巖薄層,沉積構(gòu)造主要發(fā)育水平層理、塊狀層理及少量沙紋交錯(cuò)層理。位于三角洲前緣與淺湖過渡的寬廣平緩地帶,和淺湖泥呈過渡關(guān)系,二者一般很難區(qū)分,從沉積物組成來看主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖,有時(shí)含炭屑,水平層理、紋層發(fā)育,在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為泥巖基線,多平直或呈弱齒狀。

2 儲(chǔ)層的孔隙類型

原生孔隙：殘余原生粒間孔(粒間孔)表現(xiàn)為是石英加大邊或自形石英晶邊所限的角狀孔,具幾何形狀、三角形、多邊形,孔壁平直(如圖2a、b)。

次生孔隙：本區(qū)盒8段儲(chǔ)層埋藏較深,壓實(shí)作用及后期成巖作用強(qiáng)烈,原生孔隙基本消失,只有極少數(shù)粒間孔,使原生孔隙具有平均面孔率低的特點(diǎn)。因而,次生孔隙是本區(qū)砂巖主要的孔隙類型。

粒間溶蝕孔隙：部分砂巖中的粒間孔隙在成巖過程中因部分碎屑和填隙物發(fā)生溶解而被改造擴(kuò)大形成次生孔隙。

顆粒內(nèi)溶孔：在石盒子組盒8段基本未見到長(zhǎng)石。所以粒內(nèi)溶孔主要見于巖屑中(如圖2c)。

晶間孔：常規(guī)鏡下能觀察到的主要是高嶺石晶間孔,它也是天然氣主要儲(chǔ)集空間之一。

裂縫：本區(qū)在鏡下薄片觀察中極少發(fā)現(xiàn)裂縫,但在巖心中可以經(jīng)常到裂縫的發(fā)育(如圖2d),這些裂縫雖然不能有效地提高孔隙度,在一定的情況下,可以提高儲(chǔ)層的滲透率。

3 主要成巖作用類型及影響

儲(chǔ)集層成巖作用類型非常復(fù)雜,在埋藏成巖過程中各種成巖作用對(duì)砂巖的原生孔隙或保存或破壞以及次生孔隙的發(fā)育都產(chǎn)生一定的影響。壓實(shí)作用、粘土礦物、碳酸鹽、硅質(zhì)膠結(jié)等膠結(jié)作用破壞了儲(chǔ)集層的物性。而溶蝕作用的發(fā)育則保存了原生粒間孔隙并且產(chǎn)生次生溶蝕孔隙,改善了儲(chǔ)集層的物性[5-6]。

3.1 壓實(shí)作用

本區(qū)的壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為：(1)剛性碎屑之間的位移和重新排列(圖3a);(2)塑性顆粒(泥質(zhì)巖屑、黑云母)的塑性變形、扭曲及其假雜基化(圖3b);(3)壓實(shí)定向組構(gòu),黑云母等沿長(zhǎng)軸方向定向排列(圖3c);(4)碎屑顆粒間的緊密接觸,使得砂巖中碎屑間形成線接觸,導(dǎo)致空隙的減少或消失(圖3d)。

3.2 壓溶作用

通過對(duì)本區(qū)取樣薄片的鏡下觀察發(fā)現(xiàn)顆粒間的凹凸接觸以及進(jìn)一步作用下的縫合線狀接觸,石英的自生加大充填粒間空隙,這些都是導(dǎo)致孔隙度降低的重要因素之一(圖4)。

3.3 膠結(jié)作用

石英的次生加大邊現(xiàn)象較常見(圖5a),其次充填于粒間孔的自生石英多呈它形或微-粉晶晶粒狀,并常交代粘土雜基。

薄片發(fā)現(xiàn)方解石膠結(jié)物少量的分散于骨架顆粒之間,更多的是大量的方解石膠結(jié)物呈致密鈣質(zhì)層,充填粒間孔隙;常見方解石交代巖屑,充填巖屑表面溶蝕孔(圖5b)。

在研究區(qū)上古生界的砂巖中以綠泥石,伊利石為主,偶見高嶺石和伊蒙混層。綠泥石粘土膜的形成也大大縮小了砂巖的孔隙喉道(圖6a)。綠泥石除以環(huán)邊形式產(chǎn)出外,還呈葉片狀充填于粒間孔中(圖6b)。伊利石在掃描電鏡下呈卷曲片狀、毛發(fā)狀或圍繞顆粒呈薄膜狀、橋狀(圖6c)。伊蒙混層主要呈膜狀附著在顆粒表面上。伊利石可由鉀長(zhǎng)石蝕變而成,也可由粘土雜基的重結(jié)晶或由孔隙水沉淀而成。高嶺石在本區(qū)中相對(duì)較少,但也是非常重要的膠結(jié)粘土礦物(圖6d)。

3.4 溶蝕作用

溶蝕作用是鄂爾多斯盆地重要的成巖作用,形成了大量的次生孔隙,對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的改善起到了至關(guān)重要的作用。被溶蝕的組分包括碎屑長(zhǎng)石、巖屑、碳酸鹽及少量雜基,在本區(qū)的砂巖中主要是碎屑顆粒的邊緣、巖屑。巖屑顆粒的溶蝕以形成粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主,粘土雜基溶蝕形成粒間溶孔(圖7a)。

3.5 破裂作用

在研究區(qū)上古生界砂巖的薄片鑒定中發(fā)現(xiàn)有不少由于應(yīng)力作用而使顆粒發(fā)生破裂形成的微裂縫,還有一些填隙物內(nèi)的微裂縫。這些微裂縫的聯(lián)通大大改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲能力(圖7b)。

4 成巖階段劃分

成巖階段的劃分主要依據(jù)自生礦物組合、分布及形成順序、巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及孔隙類型、有機(jī)質(zhì)成熟度等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

在這里我們應(yīng)用石油系統(tǒng)《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》(SY/T5477-2000),對(duì)本區(qū)碎屑巖的成巖階段作一初步劃分。根據(jù)采集的資料和分析化驗(yàn)數(shù)據(jù),主要依據(jù)埋深,古地溫,鏡質(zhì)體反射率(Ro%),I/S中S(%),自生粘土礦物,顆粒解除類型,固結(jié)程度以及空隙類型等資料對(duì)比(見表1)。

研究區(qū)的埋藏深度比較大,在2 290.5m～3 060m間,從表中可以看出屬于晚成巖階段的A期稍進(jìn)入 B期。古地溫測(cè)定的數(shù)據(jù)為83℃～135℃,測(cè)試的深度在2 833.78m～2 844.25m,說明該段進(jìn)入成巖階段的A期。鏡質(zhì)組分反射率(RO)測(cè)定分析最大3.24,最小值2.29。說明該段成巖作用已普遍進(jìn)入晚成巖C期階段。

石英的Ⅱ級(jí)加大比較普遍,碳酸鹽巖膠結(jié)物主要為含鐵的方解石,以及少量泥晶、細(xì)晶方解石;粘土礦物綠泥石,高嶺石,伊利石和伊/蒙混層(I/S)中綠泥石的相對(duì)含量比較高,其次是伊/蒙混層(I/S),伊利石的含量比較少,最少的是高嶺石,對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)可以看出綠泥石,伊利石通常都是在晚成巖階段的B、C期才會(huì)大量出現(xiàn)。

綜合以上分析研究的結(jié)果,可以判斷出研究區(qū)上古生界的碎屑巖地層已經(jīng)進(jìn)入了晚成巖階段的A-B期。

5 結(jié)束語

研究區(qū)盒8段地層以巖屑石英砂巖為主,幾乎不含長(zhǎng)石,膠結(jié)類型以孔隙式為主,偶見基底膠結(jié)。上部為含礫巖屑石英粗砂巖,下部以中、細(xì)粒的巖屑石英砂巖為主,分選好～中等,磨圓以次棱角狀為主,少量次圓和次棱～次圓,下部主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲兩個(gè)亞相,可進(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道和分流間灣兩個(gè)微相,兩者交互出現(xiàn)組成了辮狀河三角洲前緣亞相;儲(chǔ)層埋藏較深,壓實(shí)作用及后期成巖作用強(qiáng)烈,原生孔隙基本消失,只有極少數(shù)粒間孔,具有平均面孔率低的特點(diǎn),因而,次生孔隙是本區(qū)砂巖主要的孔隙類型。儲(chǔ)集層成巖作用類型非常復(fù)雜,在埋藏成巖過程中各種成巖作用對(duì)砂巖的原生孔隙或保存或破壞以及次生孔隙的發(fā)育都產(chǎn)生一定的影響。壓實(shí)作用是造成砂巖儲(chǔ)層孔隙喪失的主要原因之一,而膠結(jié)作用加劇了原生孔隙的進(jìn)一步減小,尤其是碳酸鹽膠結(jié),其次是石英加大邊和高嶺石,但綠泥石膜膠結(jié)物的存在抑制了壓實(shí)作用的進(jìn)一步進(jìn)行,有利于粒間孔的保存,而成巖后期的溶蝕作用則保存了原生粒間孔隙并且產(chǎn)生次生溶蝕孔隙,改善了儲(chǔ)集層的物性,上古生界的碎屑巖地層已經(jīng)進(jìn)入了晚成巖階段的A-B期。

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