定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖成巖作用及孔隙演化特征

唐 波，陳義才，林杭杰，趙鶴森，張 雁，劉玉峰

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059；2.長慶油田 采油三廠，寧夏 銀川750006)

定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖成巖作用及孔隙演化特征

唐 波1，陳義才1，林杭杰1，趙鶴森1，張 雁2，劉玉峰2

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059；2.長慶油田 采油三廠，寧夏 銀川750006)

通過巖心觀察、常規(guī)薄片、鑄體薄片、掃描電鏡以及化驗(yàn)等手段對鄂爾多斯盆地定邊地區(qū)富縣組砂巖的成巖作用、孔隙演化進(jìn)行了分析研究. 富縣組儲層砂巖主要為含礫粗砂巖、粗砂巖，該儲層砂巖經(jīng)歷的主要成巖作用有壓實(shí)-壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、破裂作用等. 根據(jù)地史恢復(fù)和成巖特征綜合分析，該地區(qū)富縣組砂巖目前處于晚成巖A期階段. 儲層砂巖成巖過程中，壓實(shí)-壓溶作用對儲層的孔隙度影響最大，壓實(shí)-壓溶作用使得儲層原始孔隙度減少約25%，孔隙度損失率達(dá)68%；膠結(jié)作用使儲層的孔隙度降低了3%，孔隙度損失率7%；晚侏羅世-早白堊世發(fā)生的溶蝕作用對改善儲層的孔滲性能起到了非常大的作用，使孔隙度由11%升高17%；晚白堊世以來，隨著上覆地層的剝蝕，富縣組埋深有所降低，晚期膠結(jié)作用使孔隙度緩慢降低到16%左右.

富縣組；成巖作用；孔隙演化；定邊地區(qū)；鄂爾多斯盆地

寧夏定邊地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西部，構(gòu)造位置上橫跨天環(huán)向斜和伊陜斜坡兩大構(gòu)造單元. 該地區(qū)富縣組儲層主要為沖積扇-辮狀河沉積相[1]，為河流水動力條件強(qiáng)烈、河道頻繁遷移及河道廢棄形成的復(fù)合河道砂礫沉積. 根據(jù)定邊地區(qū)近200口井富縣組砂體與沉積微相的分析，河道充填沉積主要分布在定邊地區(qū)西部，砂巖厚度達(dá)90～140m，砂地比在60%以上，東部主要為洪泛平原，砂體厚度小于10 m (如圖1所示). 富縣組河道砂巖體向下切割長2、長3地層，是延長組油氣向上運(yùn)移的重要通道. 近幾年，定邊地區(qū)富縣組不斷發(fā)現(xiàn)工業(yè)性油流，顯示了較好的勘探前景.

本文利用巖心薄片、鑄體薄片、掃描電鏡以及化驗(yàn)資料綜合分析研究了定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖所經(jīng)歷的成巖作用及孔隙演化特征，對進(jìn)一步認(rèn)識油氣成藏規(guī)律和提高勘探效益都具有重要意義.

圖1 鹽定富縣組砂巖厚度分布圖

1 儲層巖石學(xué)特征

定邊地區(qū)富縣組儲層主要分布在寧陜古河一帶，儲層巖性主要為含礫粗砂巖、粗砂巖. 礫石成分主要為火山巖和變質(zhì)巖，沉積巖次之；分選、磨圓較差. 砂巖碎屑平均含量為76.7%；其中石英含量為32% ~65%，平均值為44.3%；長石含量為9%~41%，平均為28.4%. 富縣組砂巖儲層填隙物含量較高，平均值為23.3%，其中以粘土雜基為主，粘土質(zhì)填隙物含量為6.8%~37.8%，平均值為21.5%；黃鐵礦含量為0.5%~2.8%，平均值為1.02%.

2 成巖作用特征

2.1 壓實(shí)-壓溶作用

壓實(shí)作用是埋深增加，上覆壓力加大，使得顆粒相互擠壓，沉積物體積收縮、變形，孔隙水不斷排出，顆粒接觸緊密的地質(zhì)過程. 定邊地區(qū)富縣組壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為粘土雜基、菱鐵礦等軟組分的擠壓變形等(圖2a).

壓溶作用在本地區(qū)儲層中表現(xiàn)為石英、長石的次生加大，并使得顆粒間的接觸關(guān)系由最初的點(diǎn)接觸演化到以點(diǎn)+線或線接觸為主，少量凹凸接觸甚至縫合線接觸(圖2b). 這一過程造成儲層孔隙空間進(jìn)一步壓縮，喉道變窄，配位數(shù)減少，孔隙的連通性變差.

2.2 膠結(jié)作用

通過薄片鑒定和掃描電鏡觀察，定邊地區(qū)富縣組儲層的膠結(jié)作用主要有：

1)碳酸鹽膠結(jié) 主要有方解石、鐵方解石、白云石及鐵白石四種類型，它們主要形成于晚成巖期，對孔隙起到破壞作用，含量一般不超過巖石總量的1%~2%，占填隙物總量的16.3%，常以連晶狀或嵌晶形式產(chǎn)出.

2)硅質(zhì)膠結(jié) 儲層砂巖中有石英次生加大現(xiàn)象，常出現(xiàn)在綠泥石膜不發(fā)育的場所. 石英次生加大雖然對孔隙具有一定破壞作用，但它也使巖石固結(jié)更加堅(jiān)硬，提供了良好的抗壓實(shí)能力，有利殘余粒間孔的保存.

3)菱鐵礦膠結(jié) 主要形成于較封閉的弱還原-強(qiáng)還原環(huán)境，雖然在鏡下常見(圖 2e)，但含量比較低，約為1%左右，它們對孔隙能起到一定的破壞作用，但總體影響不大.

4)自生粘土礦物膠結(jié) 定邊地區(qū)富縣組砂巖中粘土礦物發(fā)育程度度不高，伊蒙間層(圖2c)在富縣組儲層中相對較發(fā)育.巖石薄片中伊利石大多呈鱗片狀或針狀結(jié)構(gòu)，電鏡下呈典型的毛發(fā)狀(圖2d)，通常充填在粒間孔隙中，堵塞孔隙，降低儲層的孔滲性能.

2.3 溶蝕作用

定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖所受溶蝕作用比較強(qiáng)烈，該地區(qū)儲層中長石溶孔、溶蝕粒間孔(圖2f)、雜基溶孔(圖2g)都比較發(fā)育，占到了總孔隙的40%以上，形成了大量的儲集空間，明顯地改善了儲層砂巖的孔滲性能.

2.4 破裂作用

定邊地區(qū)構(gòu)造活動比較微弱，斷層不發(fā)育，局部構(gòu)造平緩. 富縣組儲層砂巖破裂作用較弱，巖心觀察裂縫少見，但鏡下可觀察到微裂縫的存在(圖2h). 此類隱蔽微裂縫對改善儲層物性、滲透性能起到較好的作用.

圖2 定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖成巖作用圖版

3 成巖階段劃分

依據(jù)以上分析結(jié)果，參照前人的研究[3-4]，根據(jù)碎屑巖成巖階段劃分的國家最新標(biāo)準(zhǔn)(SY/T5477-2003)，綜合分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地定邊地區(qū)富縣組砂巖已達(dá)晚成巖階段A期. 主要依據(jù)為：

1)RO值為0.5%~1.2%；

2)富縣組儲層砂巖現(xiàn)今埋深約2000m，晚白堊世以來，地層剝蝕了約1000m[4]，按古地溫梯度3.5℃估算，富縣組儲層砂巖經(jīng)歷的古地溫為85~110℃；

3)碎屑顆粒之間主要以點(diǎn)－線接觸為主，部分為點(diǎn)接觸；

4)碳酸鹽較為發(fā)育，以鐵方解石為主；

5)粘土礦物中綠泥石除早期形成的綠泥石膜外，絨球狀也普遍出現(xiàn)，伊利石多呈絲發(fā)狀，并可見少量伊蒙間層，伊/蒙間層比<10；

6)硅質(zhì)膠結(jié)總體不發(fā)育，石英具次生加大，自生石英充填孔隙.

4 孔隙度演化分析

4.1 孔隙演化定量分析

砂巖在埋藏的過程中，隨著上覆重荷的加大，在壓力和孔隙流體作用下，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用.定量分析初始孔隙度(Φ1)采用Beard和Weyl[5]提出的公式：

式中，SO為特拉斯克分選系數(shù)(SO=(d25/d75)1/2). 根據(jù)定邊地區(qū)富縣組儲層巖石類型特征，砂巖SO取值為1.42，由式(1)計(jì)算得出其初始孔隙度為37.1%.

壓實(shí)-壓溶是碎屑巖孔隙度損失的主要成巖作用. 根據(jù)鑄體薄片和膠結(jié)含量統(tǒng)計(jì)，壓實(shí)-壓溶作用后孔隙度(Φ2)可由以下公式[2,6]求得：

定邊地區(qū)富縣組膠結(jié)物含量平均為 1.1%,儲層巖心物性分析孔隙度平均值為 15.7%. 根據(jù)公式(2)可計(jì)算出富縣組儲層砂巖Φ2=11.6%，壓實(shí)-壓溶作用后損失的孔隙度(Φ1-Φ2)為20.1%，壓實(shí)-壓溶孔隙度損失率為68.7%.

膠結(jié)作用后的剩余孔隙度(Φ3)采用以下公式[2,6]計(jì)算：

由此計(jì)算出富縣組砂巖膠結(jié)作用后的剩余孔隙度為15.6%，膠結(jié)作用損失孔隙度2.7%，膠結(jié)作用孔隙度損失率為7.4%.

4.2 孔隙演化特征

以定邊地區(qū)富縣組河道沙壩發(fā)育的h38井為例，在埋藏史、熱演化史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對富縣組儲層砂巖孔隙度演化的定量分析. h38井富縣組沉積處于寧陜古河道內(nèi)，儲層厚度達(dá)到86m(圖1). 富縣組在侏羅系延安組沉積后，埋藏深度接近1 000m，古地溫小于65℃，處于早成巖A期(圖3). 由于富縣組辨狀河道砂巖泥質(zhì)雜基含量較高，在早成巖A期受到壓實(shí)作用強(qiáng)烈，使孔隙度損失率達(dá)68.7%. 隨著中侏羅統(tǒng)直羅組和安定組的沉積，富縣組埋藏深度達(dá)到1 200～1 500m,古地溫升高到65℃～85℃，成巖作用進(jìn)入早成巖B期. 經(jīng)過早期快速強(qiáng)烈壓實(shí)作用之后，物理壓實(shí)作用有所減緩，化學(xué)壓溶作用逐漸增強(qiáng). 早白堊世，富縣組上覆地層大幅度快速沉積，富縣組埋藏深度增加到3 000～3 200m,古地溫升高到100℃～110℃，成巖演化進(jìn)入晚成巖A期，儲層膠結(jié)作用不斷增強(qiáng). 在此期間，富縣組下伏的上三疊統(tǒng)延長組烴源巖有機(jī)質(zhì)由未成熟開始進(jìn)入成熟階段[9]，大量有機(jī)酸性孔隙水在壓實(shí)作用下沿古河道侵蝕面向上運(yùn)移到富縣組砂體. 因而該期也是砂巖溶解作用發(fā)育及次生孔隙形成的主要時(shí)期，儲層總體孔隙度有所升高. 晚白堊世及以后，區(qū)域構(gòu)造抬升，成巖作用逐漸減弱，儲層孔隙度緩慢降低. 鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶三疊系侏羅系地層的油氣充注主要發(fā)生在早白堊晚期-晚白堊世早期[8]，與富縣組儲層次生孔隙的形成時(shí)期基本一致.

圖3 定邊地區(qū)h38井富縣組儲層孔隙演化史曲線圖

5 結(jié)論

1) 定邊地區(qū)富縣組儲層經(jīng)歷的主要成巖作用有壓實(shí)-壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、破裂作用等. 富

縣組儲層的綜合研究表明，該儲層砂巖處于晚成巖A期.

2) 定邊地區(qū)富縣組儲層砂巖孔隙演化的分析表明，由于富縣組較高的粘土雜基含量，壓實(shí)-壓溶作用使得儲層原始孔隙度減少了25.5%，孔隙度損失率達(dá)到了68.7%，屬于強(qiáng)壓實(shí).

3) 膠結(jié)作用使得儲層的孔隙度減少了2.7%，孔隙損失率7.4%；而溶蝕作用對改善儲層的孔滲性能起到了非常大的作用，使孔隙度增加了6.7%；破裂作用對孔隙度的影響很小.

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(責(zé)任編輯：饒 超)

Diagenesis and Porosity Evolution of Fuxian Formation Sandstone Reservoir in Dingbian Area of Ordos Basin

TANG Bo1, CHEN Yi-cai1, LIN Hang-jie1, ZHAO He-sen1, ZHANG Yan2, LIU Yu-feng2
(1.College of Energy Resources, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2. No. 3 Oil Producing Plant, Changqing Oil Field Company, Yinchuan 750006, China)

Through the observation of core, thin-section, casting thin-section, SEM analysis and chemical test, diagenesis, and porosity evolution of sandstone reservoir of Dingbian area in Ordos Basin are studied. The sandstone mainly contains conglomeratic sand, grit stone in this region. Researches show that the diagensis of reservoir sandstone of Fuxian formation mainly experienced is compaction& pressure-solution, dissolution, cementation, catastasis, etc. According to comprehensive analysis of buried history’s recovery and diagenesis , sandstone of Fuxian Formation is now in the A stage of later diagenesis. During the process of rock-forming, the compaction &pressure-solution reservoir porosity makes original porosity of reservoir reduced by 25%,and 68% original porosity has been lost. Cementation makes reservoir porosity 3% reduced, and 7% original porosity has been lost. Dissolution has played a critical factor in improving sandstone’s physical property and porosity has increased from 11% to 17% in the Late Jurassic- Early Crataceous ; Late Cementation makes porosity slowly decrease to 16 when overlying formation has been denuded and depth of burial of Fuxian Formation decreased since Late Cretaceous.

Fuxian formation; Diagenesis; Porosity evolution; Dingbian area; Ordos Basin

TE122.1

A

1009-2854(2011)05-0037-05

2010-12-30

國家青年基金項(xiàng)目(40602012)

唐 波(1982— ), 男, 四川成都人, 成都理工大學(xué)能源學(xué)院碩士研究生;

陳義才(1963— ), 男, 四川彭州人, 成都理工大學(xué)能源學(xué)院副教授, 博士, 研究方向: 油氣成藏形成與分布規(guī)律.