鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)合水-塔爾灣長(zhǎng)7儲(chǔ)層特征及成巖作用研究*

高 偉 焦創(chuàng)赟 屈亞龍 陳小東 汪 瀾 雷秀潔

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司超低滲透油藏研究中心)

0 引言

鄂爾多斯盆地位于中國(guó)大陸中部，面積約37×104km2，是中國(guó)第二大沉積盆地，也是我國(guó)重要的含油氣盆地之一[1]。合水-塔爾灣位于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)，區(qū)域構(gòu)造屬于伊陜斜坡西南部[2](圖1)。近年來(lái)，隨著油氣成藏理論的不斷發(fā)展和勘探工作的不斷深入，長(zhǎng)慶油田在隴東地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)的大油田，尤其是西峰地區(qū)長(zhǎng)8油層組獲得重大突破以來(lái)，合水-塔爾灣地區(qū)的勘探潛力逐漸引起了人們的重視。然而前人對(duì)該區(qū)的研究重點(diǎn)往往集中于砂體比較發(fā)育的長(zhǎng)6和長(zhǎng)8儲(chǔ)層，而以湖相沉積為主的長(zhǎng)7儲(chǔ)層研究甚少。近年來(lái)的油氣勘探表明，與深湖相油頁(yè)巖共生的長(zhǎng)7濁積巖儲(chǔ)層具有先天性優(yōu)越的成藏條件，容易形成規(guī)模比較大的巖性油氣藏。因此，開展長(zhǎng)7儲(chǔ)層特征研究，深入分析成巖作用以及與物性變化之間的關(guān)系，對(duì)合水-塔爾灣地區(qū)長(zhǎng)7油藏開發(fā)方案的制定和部署具有重要的指導(dǎo)意義。

1 儲(chǔ)集體巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地合水-塔爾灣地區(qū)延長(zhǎng)組巖性主要為陸源碎屑巖，由于沉積體系不同，形成了多種多樣的巖石類型和組合特征[3-5]。巖心觀察和薄片鑒定資料表明，研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層巖性主要為巖屑(質(zhì))長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石(質(zhì))巖屑砂巖(圖2)。組分特征為：石英平均含量為38.8%，長(zhǎng)石平均含量為25%，巖屑平均含量為18%；雜基的主要成分是水云母和高嶺石，平均含量可達(dá)10%；膠結(jié)物的主要成分是硅質(zhì)(石英)和碳酸鹽(方解石、白云石)以及綠泥石、濁沸石等自生粘土礦物，含量約為6%。

圖1 研究區(qū)位置圖

長(zhǎng)7儲(chǔ)層砂巖以細(xì)砂巖為主，粉砂巖和中砂巖含量比較低。在540個(gè)巖石樣品中，細(xì)砂巖約占92%，粉砂巖約占6%，中砂巖約占2%。顆粒磨圓差，絕大部分為次棱角狀，次圓狀—圓狀極少。顆粒分選較好，偏細(xì)歪度。砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度普遍比較低，這是該區(qū)陸相特低滲透儲(chǔ)層的一大特點(diǎn)，與物源性質(zhì)及近源快速堆積相關(guān)。

圖2 長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層成分三角投點(diǎn)圖

2 儲(chǔ)層物性特征

對(duì)研究區(qū)大量巖心物性資料分析統(tǒng)計(jì)表明，長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層孔隙度在8%～12%之間，滲透率普遍小于0.3mD，屬于特低孔、超低滲儲(chǔ)層?？紫抖绕矫孀兓容^大，在工區(qū)中西部河道砂體中心處較高，最大值可達(dá)12%以上，東部孔隙度較低，尤其是張18井、塔5井地區(qū)以及寧17井和寧21井地區(qū)，孔隙度一般小于5%(圖3)。滲透率普遍在0.1mD～0.3mD之間，最大值可達(dá)0.4mD以上，在研究區(qū)中西部沿河道砂體零星分布。(圖4)。

盡管巖石的孔隙度和滲透率之間沒(méi)有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，但是大量的資料表明，對(duì)于砂巖儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，孔隙度特別是有效孔隙度與滲透率之間可以形成良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于這類儲(chǔ)集層，滲透率往往隨著有效孔隙度的增加而有規(guī)律地增加。對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率的研究分析表明：巖石樣品的孔隙度與滲透率存在著一定的正相關(guān)性，即隨著孔隙度增大，滲透率也不斷增大，從而反映了儲(chǔ)層的優(yōu)劣主要取決于基質(zhì)巖的孔滲性，為典型的孔隙型儲(chǔ)層(圖5)。儲(chǔ)層物性是評(píng)價(jià)工區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層的重要指標(biāo)，也是油藏評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。后期的成巖作用和沉積相帶也將深刻影響儲(chǔ)層的物性。

圖3 長(zhǎng)7儲(chǔ)層孔隙度平面分布圖

圖4 長(zhǎng)7儲(chǔ)層滲透率平面分布圖

圖5 研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層孔隙度與滲透率關(guān)系圖

3 儲(chǔ)層孔隙特征

3.1 儲(chǔ)層孔隙類型

對(duì)巖石薄片、鑄體薄片觀察及掃描電鏡分析表明，合水-塔爾灣地區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層的孔隙類型主要是以溶蝕孔隙為主，其次為粒間孔，雜基溶孔和微裂縫較少見(jiàn)。

(1) 次生孔隙

隨著埋藏深度的不斷加大，長(zhǎng)7儲(chǔ)層原生孔隙急劇減少，相應(yīng)的各種可溶性碎屑顆粒和易溶膠結(jié)物在酸性流體的作用下開始發(fā)生淋濾、溶解，次生孔隙進(jìn)一步發(fā)育，并構(gòu)成了地下油氣儲(chǔ)集體最主要的空間。長(zhǎng)7儲(chǔ)層常見(jiàn)的次生孔隙主要有粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(圖6-1)。

(2) 粒間孔

主要為儲(chǔ)層經(jīng)壓實(shí)作用及各種膠結(jié)作用后剩余的殘余粒間孔(圖6-2)。尤其是成巖早期綠泥石包膜的析出，一方面提高了砂巖儲(chǔ)層的抗壓實(shí)能力，另一方面也隔斷了孔隙水與顆粒表面的接觸，阻止了顆粒的自生加大，有利于原生孔隙的保存。

3.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

鑄體薄片觀察，長(zhǎng)7儲(chǔ)層喉道類型主要為收縮型喉道、片狀或彎片狀喉道以及管束狀喉道。

(1) 收縮型喉道

喉道為顆粒間斷面的收縮部分，這種喉道往往發(fā)育于以粒間孔隙為主的砂巖儲(chǔ)層中。當(dāng)砂巖顆粒被壓實(shí)而排列比較緊密時(shí)，雖然仍能保存較大的孔隙空間，但喉道卻由于顆粒緊密接觸而變窄，孔隙性尚可，滲透率大大降低(圖6-3)。

(2) 片狀或彎片狀喉道

喉道呈片狀或彎片狀，為顆粒之間的長(zhǎng)條狀通道(圖6-4)。當(dāng)砂巖壓實(shí)程度較強(qiáng)或發(fā)生重結(jié)晶作用時(shí)，剩余的粒間孔隙變得更小，孔隙相互連通的喉道實(shí)際上是晶體之間的晶間隙，其張開寬度較小，形成窄片狀喉道；當(dāng)沿顆粒間發(fā)生溶蝕作用時(shí)，可形成較寬的片狀喉道或管狀喉道。這種孔隙結(jié)構(gòu)變化很大，可以是小孔極細(xì)喉，受溶解作用改造后亦可以是大孔粗喉。

(3) 管束狀喉道

當(dāng)顆粒間填隙物含量較高時(shí)，原生粒間孔隙可能被完全堵塞，雜基中的許多微孔隙本身既是孔隙又是通道。這些微孔隙像一支支微毛細(xì)管交叉地分布在雜基和膠結(jié)物中組成管束狀喉道，孔隙度和滲透率極低。這類喉道常見(jiàn)于雜基支撐、基底式及孔隙式、縫合接觸式類型中。

4 成巖作用類型及特征

沉積作用奠定了砂巖的碎屑成分與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而成巖作用則會(huì)改變巖石的礦物成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，并形成許多自生礦物，使砂巖的孔隙度和滲透率發(fā)生重大變化。砂巖鑄體薄片鑒定表明，研究區(qū)長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層的成巖作用類型除壓實(shí)、溶解作用外(圖7-1，圖7-4)，主要為膠結(jié)作用。

長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層膠結(jié)作用類型主要包括粘土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)。

4.1 粘土礦物膠結(jié)

砂巖中的自生粘土礦物是影響其儲(chǔ)集性能的一個(gè)重要因素。自生粘土礦物的絕對(duì)含量、成分、產(chǎn)狀等在不同程度上都能影響砂巖的儲(chǔ)集性能。X-衍射分析結(jié)果表明，長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層粘土礦物類型主要為綠泥石、伊利石和高嶺石。

(1)伊利石

在掃描電鏡下，伊利石的形態(tài)常為彎曲片狀、絲縷狀，往往充填于粒間或附著于顆粒表面生長(zhǎng)。集合體形態(tài)常呈鱗片狀、碎片狀或羽毛狀，多以顆粒包膜或孔隙襯邊形式出現(xiàn)，有時(shí)呈網(wǎng)狀搭橋式分布于孔隙中。伊利石的形成主要與在富鉀的環(huán)境下，溫度在100℃～130℃時(shí)蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化有關(guān)。隨著溫度的升高，長(zhǎng)石溶解形成的高嶺石逐漸變得不穩(wěn)定，進(jìn)而溶解形成伊利石，反應(yīng)釋放的H+又可進(jìn)一步導(dǎo)致鉀長(zhǎng)石溶解轉(zhuǎn)化成伊利石。

(2)綠泥石

綠泥石是延長(zhǎng)組儲(chǔ)層中普遍存儲(chǔ)在的自生膠結(jié)物，鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層中綠泥石膠結(jié)物主要以孔隙薄膜或孔隙襯邊的形式出現(xiàn)(圖7-2)，偶見(jiàn)絨球狀、蠕蟲狀或鱗片狀，多形成于早成巖期，發(fā)生在石英Ⅰ期加大之后。成巖作用早期以包膜形式產(chǎn)出的自生綠泥石雖然堵塞孔隙，降低儲(chǔ)層物性，但另一方面卻可以增強(qiáng)砂巖的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，抑制自生石英在碎屑顆粒上的成核數(shù)量，阻止石英次生加大，使部分粒間孔隙得以保存下來(lái)，對(duì)儲(chǔ)層物性具有積極的一面。

(3)高嶺石

高嶺石一般形成于酸性環(huán)境，在酸性孔隙水中是穩(wěn)定相。但隨著介質(zhì)條件向堿性轉(zhuǎn)變，高嶺石的穩(wěn)定性逐漸變?nèi)醵饾u轉(zhuǎn)化成其他粘土礦物。高嶺石的形成主要與長(zhǎng)石溶蝕作用有關(guān)，鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，高嶺石常呈集合狀或分散狀充填粒間孔隙。由于高嶺石固著力較弱，在流體作用下易發(fā)生遷移，堵塞孔喉，降低儲(chǔ)層的滲透性，因此它的形成對(duì)儲(chǔ)層而言是一種破壞性作用。

4.2 硅質(zhì)膠結(jié)

當(dāng)孔隙流體中SiO2含量達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，往往在孔隙中發(fā)生沉淀，從而使巖石固結(jié)，這種作用稱為硅質(zhì)膠結(jié)作用，它是化學(xué)成巖作用的主要類型之一。

注：1.顆粒因壓實(shí)作用形成的定向組構(gòu)，寧39井，1481.5m；2.綠泥石膠結(jié)，寧39井，1417.8m；3.石英加大及長(zhǎng)石溶孔，莊31井，1593.1m；4.云母溶溶蝕，寧51井，1566m。

研究區(qū)長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層中的硅質(zhì)膠結(jié)物主要是以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出，同時(shí)長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶蝕(圖7-3)。其原因是由于長(zhǎng)石顆粒含量較高，在酸性介質(zhì)作用下發(fā)生溶解形成SiO2，為石英加大提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著儲(chǔ)層埋深不斷加大，粒間孔隙逐漸被次生加大的石英所充填，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度減少，物性進(jìn)一步變差。

4.3 碳酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)長(zhǎng)7砂巖儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物含量變化范圍比較大，主要分布在0～27%之間，平均為2.6%?？v向上分布極不均勻，主要集中分布在1500m～1900m深度范圍內(nèi)(圖8)。長(zhǎng)7儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物主要有方解石、白云石以及鐵方解石、鐵白云石。前者多形成于早成巖階段，后者多形成于晚成巖階段。其中分布最廣和最常見(jiàn)的是方解石，絕對(duì)含量平均為1.8%；其次是白云石，絕對(duì)含量平均為0.61%；鐵方解石和鐵白云石絕對(duì)含量分別為0.03%和0.05%。

圖8 研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物含量與深度關(guān)系圖

5 成巖相劃分與有利成巖相帶

依據(jù)成巖作用特點(diǎn)及對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，并結(jié)合鑄體薄片觀察研究，劃分出五種成巖相帶。

5.1 自生高嶺石膠結(jié)+溶蝕相

這類成巖相主要分布在研究區(qū)南部寧41—寧35—寧29—寧30井區(qū)(圖9)?？紫吨邪l(fā)育大量晶形較好的呈分散質(zhì)點(diǎn)式充填的自生高嶺石晶體，儲(chǔ)集空間發(fā)育高嶺石晶間微孔、綠泥石和伊利石晶間微孔。由于該區(qū)域長(zhǎng)7儲(chǔ)層砂巖中含有不穩(wěn)定的長(zhǎng)石碎屑以及火山碎屑，在成巖過(guò)程中普遍發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，如鏡下觀察寧29井巖石薄片，普見(jiàn)大量粒間及粒內(nèi)溶孔發(fā)育，這些次生孔隙增強(qiáng)了孔隙之間的連通性，大大改善了儲(chǔ)層的品質(zhì)。

5.2 石英加大和高嶺石膠結(jié)+弱溶蝕相

該巖相帶主要發(fā)育于巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖中，主要在研究區(qū)西部發(fā)育，在中部莊49—莊41—莊43井區(qū)域也偶見(jiàn)發(fā)育(圖9)，是較有利儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。成巖過(guò)程中富含SiO2的流體，在粒間孔隙中以石英次生加大邊的形式出現(xiàn)，導(dǎo)致粒間孔隙度顯著降低，剩余的孔隙被后生高嶺石充填，僅有少量高嶺石晶間孔發(fā)育。這些晶間孔在酸性介質(zhì)下發(fā)生溶蝕作用形成溶蝕縫而相連通，成為有利的成巖相類型。

5.3 粘土薄膜和石英弱加大膠結(jié)+溶蝕相

這類成巖相發(fā)育程度較低，僅在研究區(qū)中部寧36井區(qū)、莊167—莊168井區(qū)發(fā)育(圖9)。該巖相帶主要見(jiàn)于巖屑長(zhǎng)石砂巖中，一方面由于石英的抗壓能力強(qiáng)，使壓實(shí)作用的效果相對(duì)減弱，有利于原生孔隙的保存；另一方面，粘土膜的存在阻止了石英次生加大的形成，使部分原生粒間孔得以保存下來(lái)。同時(shí)酸性溶液進(jìn)入砂巖對(duì)長(zhǎng)石碎屑、火山巖巖屑等易溶組分進(jìn)行溶蝕作用，形成石英加大邊和次生粒間溶孔，使砂巖具有良好的儲(chǔ)集性能，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。

5.4 機(jī)械壓實(shí)致密相

該巖相帶發(fā)育比較強(qiáng)烈，大面積分布，主要集中在研究區(qū)西南部和北部(圖9)。此相帶使砂巖儲(chǔ)層幾乎完全喪失儲(chǔ)集性能。

5.5 鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相

這類相帶在研究區(qū)中南部比較發(fā)育(圖9)，主要出現(xiàn)于長(zhǎng)石巖屑砂巖中，由于碳酸鹽膠結(jié)物頻繁沉淀和廣泛分布于該巖相帶砂巖中，形成橫向上的碳酸鹽膠結(jié)致密層，使得砂巖更加致密，儲(chǔ)集性能幾乎完全喪失。

圖9 研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層成巖相平面分布圖

長(zhǎng)7儲(chǔ)層的成巖作用相對(duì)較強(qiáng)，成巖環(huán)境也隨著埋深的加大而逐漸趨向于堿性環(huán)境。壓實(shí)作用以及壓溶作用形成的次生加大，使儲(chǔ)集體原生孔隙急劇減少。有些地區(qū)常見(jiàn)由于強(qiáng)烈擠壓而發(fā)生定向排列的云母類礦物。堿性環(huán)境中，粘土礦物和火山碎屑中的蒙脫石、高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)變，形成伊蒙混層，雖然還能夠保持著一定的孔隙度，但滲透率往往受到很大的影響。

6 儲(chǔ)層砂體展布及油氣地質(zhì)意義

合水-塔爾灣長(zhǎng)7儲(chǔ)層沉積相類型主要以湖相和濁積扇相為主，在詳細(xì)分析沉積演化的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，編制了長(zhǎng)7儲(chǔ)層砂巖厚度等值線圖(圖10)。研究表明，作為主要儲(chǔ)層的濁積扇砂體主要來(lái)自西南方向的辮狀河三角洲前緣滑塌，砂體呈條帶狀分布，沉積厚度大，河道中心砂體最大厚度可達(dá)60m左右，向東北方向厚度變薄，水道前端延伸到了城35—莊72—塔9一線尖滅。前端平行物源方向還有零星分布的厚度較小的滑塌濁積巖。

圖10 研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層砂巖厚度等值線圖

湖相濁流沉積與油氣的形成和儲(chǔ)集關(guān)系密切已得到證實(shí)。延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組同樣具備良好的石油成藏地質(zhì)條件，長(zhǎng)7期湖盆基底整體下沉劇烈，發(fā)育達(dá)到了鼎盛，廣泛發(fā)育大面積的深湖區(qū)，深水面積可達(dá)5.5×104km2，最大水深60m，水生生物和浮游生物繁盛，沉積了一套巨厚深灰色、灰黑色泥巖和油頁(yè)巖，母質(zhì)類型以腐泥-腐殖型為主，有機(jī)炭含量高達(dá)5.81%，為研究區(qū)油藏的形成奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。半深湖—深湖中發(fā)育的濁積巖砂體，雖然儲(chǔ)層物性劣于三角洲砂體，但根據(jù)石油地質(zhì)條件分析表明，濁積砂體伸入深湖腹地，與烴源巖呈指狀接觸，優(yōu)先捕獲油氣而成藏。近年來(lái)在隴東合水地區(qū)發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量過(guò)億噸的大油田，其濁積巖砂體儲(chǔ)層就占了相當(dāng)?shù)囊徊糠?，證明濁積巖同樣具有很大的石油勘探潛力，可作為長(zhǎng)慶油田下一步增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)勘探目標(biāo)。

7 結(jié)論

(1)研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層巖性主要為巖屑(質(zhì))長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石(質(zhì))巖屑砂巖，砂巖粒度普遍較細(xì)，以細(xì)砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均不高?？诐B較差，屬于特低孔、超低滲儲(chǔ)層，滲透率隨著有效孔隙度的增加而有規(guī)律的增加。

(2)孔隙類型主要是以溶蝕孔隙為主，其次為粒間孔和巖屑溶孔；喉道類型主要為收縮型喉道、片狀或彎片狀喉道以及管束狀喉道。

(3)研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層主要經(jīng)歷的成巖作用類型有：壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用。壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層而言是一種破壞性作用，幾乎使原生孔隙消失殆盡；溶解作用是一種建設(shè)性的成巖作用，所產(chǎn)生的次生孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大了孔喉半徑，改善孔喉的連通性，從而顯著提高滲透率，使儲(chǔ)層物性大為改善。

(4)依據(jù)成巖作用特點(diǎn)及對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，劃分出5種成巖相。自生高嶺石膠結(jié)+溶蝕相、石英加大和高嶺石膠結(jié)+弱溶蝕相以及粘土薄膜和石英弱加大膠結(jié)+溶蝕相是儲(chǔ)層發(fā)育有利的成巖相帶，而機(jī)械壓實(shí)致密相和鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相幾乎使儲(chǔ)層完全喪失儲(chǔ)集性能。

(5) 鄂爾多斯盆地合水-塔爾灣地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7儲(chǔ)層濁積扇砂體分布范圍較廣，沉積厚度大，濁積水道比較發(fā)育，濁積砂體伸入深湖腹地，與烴源巖呈指狀接觸，優(yōu)先捕獲油氣而成藏，具有很大的油氣勘探前景。

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