壓實(shí)法石英砂巖成巖相識(shí)別及其應(yīng)用

王欣，薛林福，遇運(yùn)良，白燁，石玉江，張海濤

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130062；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018）

壓實(shí)法石英砂巖成巖相識(shí)別及其應(yīng)用

王欣1，薛林福1，遇運(yùn)良1，白燁1，石玉江2，張海濤2

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130062；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018）

提出利用測(cè)井資料進(jìn)行石英砂巖成巖相有效劃分的壓實(shí)法。在地層埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，通過回歸分析方法確定僅有機(jī)械壓實(shí)作用情況下的理論孔隙度－深度曲線與實(shí)測(cè)孔隙度－深度曲線進(jìn)行對(duì)比，配合顯微鏡下鑄體薄片觀察及掃描電鏡觀察，X－衍射和陰極發(fā)光分析，確定石英砂巖成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)，利用測(cè)井資料進(jìn)行實(shí)際孔隙度計(jì)算，并進(jìn)行流體校正，對(duì)未取心井段石英砂巖成巖作用類型進(jìn)行識(shí)別。該方法用于蘇里格地區(qū)石英砂巖成巖相劃分，把蘇里格地區(qū)石英砂巖劃分為強(qiáng)、中、弱溶蝕相和強(qiáng)、中、弱膠結(jié)相等6類成巖相類型。研究結(jié)果表明，該方法提高了石英砂巖測(cè)井成巖相識(shí)別能力和定量評(píng)價(jià)精度，具有較好的應(yīng)用前景。

測(cè)井解釋；石英砂巖；壓實(shí)法；成巖相；成巖作用

0 引 言

隨著勘探開發(fā)程度的提高，成巖作用研究在儲(chǔ)層描述、油藏分析和后期的勘探開發(fā)等方面的重要性日益突出［1］。成巖相是在成巖與構(gòu)造等作用下沉積物經(jīng)歷一定成巖作用和演化階段的產(chǎn)物［2］。國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳酸鹽成巖相的研究相對(duì)較多，對(duì)石英砂巖成巖相的研究相對(duì)較少，而石英砂巖作為主要的砂巖儲(chǔ)層，它的成巖相越來越受到研究者的關(guān)注。常規(guī)的分析方法如鑄體薄片、掃描電鏡、X－射線衍射、流體包裹體等成本高，只能進(jìn)行定性判別，不能滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需要。作為對(duì)地層特征響應(yīng)的測(cè)井資料包含了豐富地質(zhì)信息，具有全井段采集的優(yōu)點(diǎn)。有效挖掘測(cè)井信息，探討測(cè)井資料用于進(jìn)行石英砂巖成巖相類型的定量判別具有可行性與重要性。研究作為對(duì)分析及化驗(yàn)資料的擴(kuò)充和補(bǔ)充，可以滿足勘探開發(fā)的要求。

1 壓實(shí)法成巖相判別

石英砂巖的成巖作用主要為機(jī)械壓實(shí)作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用。機(jī)械壓實(shí)構(gòu)成了孔隙度－深度關(guān)系基準(zhǔn)，溶蝕和膠結(jié)作用造成了巖石在孔隙度－深度基準(zhǔn)線左右的變化。要確定石英砂巖發(fā)生了溶蝕作用還是膠結(jié)作用，需要建立一個(gè)只考慮機(jī)械壓實(shí)作用的孔隙度－深度關(guān)系的理論曲線作為基準(zhǔn)，與實(shí)際測(cè)井獲得的孔隙度－深度曲線對(duì)比，配合巖心薄片對(duì)比觀察，確定石英砂巖成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行成巖相定量的類型劃分。壓實(shí)法是通過恢復(fù)僅有壓實(shí)作用情況下的理論壓實(shí)曲線與現(xiàn)今孔隙度進(jìn)行比較來確定成巖作用的一種方法。如果石英砂巖在埋藏壓實(shí)作用基礎(chǔ)上經(jīng)歷了膠結(jié)，則巖石的現(xiàn)今孔隙度小于理論孔隙度，如果現(xiàn)今巖石孔隙度大于理論孔隙度，則巖石可能經(jīng)歷了溶蝕過程。

建立孔隙度－深度關(guān)系理論方程

式中，φ0為初始孔隙度；c為壓實(shí)系數(shù)，反映孔隙度隨不同深度的變化規(guī)律；z為砂巖埋藏深度；φ（z）為沉積物在深度z處的孔隙度。

壓實(shí)法成巖相判別步驟見圖1。

圖1 壓實(shí)法成巖相判別流程圖

2 壓實(shí)法在蘇里格地區(qū)的應(yīng)用

2.1 蘇里格地區(qū)地質(zhì)概況

蘇里格地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部，勘探范圍西起內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗，東到陜西省靖邊縣，北起內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克后旗的敖包加汗，南至陜西省吳旗縣，勘探范圍［3］約4×104m2（見圖2），是發(fā)育于上古生界碎屑巖系中的大型砂巖巖性圈閉氣藏［4］。上古生界自下而上可劃分為石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中，上、下石盒子組自上而下可劃分為盒1至盒8等8個(gè)含氣層段［5］；山西組劃分為山1、山2段。本文研究的主要為二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段的石英砂巖。

圖2 蘇里格地區(qū)構(gòu)造區(qū)劃圖

2.2 蘇里格地區(qū)石英砂巖成巖作用類型及對(duì)孔隙的影響

通過顯微鏡下鑄體薄片觀察及掃描電鏡觀察，結(jié)合X－衍射分析、陰極發(fā)光分析，對(duì)蘇里格地區(qū)上古生界盒8段及山1段地層石英砂巖的成巖作用類型及其表現(xiàn)、成巖作用對(duì)石英砂巖的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，研究層段石英砂巖主要發(fā)育機(jī)械壓實(shí)、溶蝕和膠結(jié)3種成巖作用。

2.2.1 機(jī)械壓實(shí)作用

蘇里格地區(qū)壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為儲(chǔ)層中原生粒間孔隙的縮小與減少［6－7］。隨著沉積物埋藏深度增大，壓實(shí)作用強(qiáng)度逐漸加大，雜基含量逐漸減少，膠結(jié)類型呈現(xiàn)出由基底式→孔隙式→接觸式→無膠結(jié)物式的變化趨勢(shì)；相應(yīng)地顆粒接觸方式由飄浮狀→點(diǎn)接觸→線接觸→凹凸接觸逐漸向縫合線接觸演化。

2.2.2 溶蝕作用

石英顆粒不易溶解，根據(jù)薄片觀察資料，蘇里格地區(qū)石英砂巖溶解作用主要表現(xiàn)為易溶填充物、凝灰質(zhì)、巖屑和雜基的溶蝕。在溶蝕作用強(qiáng)烈情況下可發(fā)生少數(shù)石英巖巖屑和碎屑的溶蝕。溶蝕作用對(duì)孔隙度的演化具有建設(shè)性的作用［8－10］。

2.2.3 膠結(jié)作用

蘇里格地區(qū)石英砂巖主要的膠結(jié)作用類型為硅質(zhì)膠結(jié)、方解石和黏土充填膠結(jié)等作用，硅質(zhì)膠結(jié)主要以次生石英和粒間充填自生微晶粒狀石英2種方式產(chǎn)出。膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，其次為再生－孔隙式膠結(jié)。黏土礦物膠結(jié)作用主要以高嶺石膠結(jié)為主［11－12］。

2.3 考慮機(jī)械壓實(shí)作用的孔隙度－深度關(guān)系理論曲線的確定

2.3.1 聲波時(shí)差法剝蝕量恢復(fù)

石英砂巖的粒度、分選和磨圓、埋藏歷史和后期成巖作用影響著石英砂巖的理論孔隙度－深度曲線，所以要建立理論孔隙度－深度關(guān)系曲線，必須進(jìn)行埋藏史的恢復(fù)。剝蝕量影響著理論孔隙度的計(jì)算，巖石的理論孔隙度應(yīng)等于最大埋深時(shí)的孔隙度。通過剝蝕量恢復(fù)，確定巖石最大埋藏深度，可以計(jì)算出巖石的理論孔隙度。

求得的剝蝕厚度若大于上覆沉積厚度，則剝蝕地層及其下伏的各地層最大埋深大于現(xiàn)有的埋深，應(yīng)將它們分別加上剝蝕厚度，再進(jìn)行古厚度恢復(fù)；若剝蝕厚度小于上覆沉積厚度，則上覆地層將補(bǔ)償剝蝕影響，在孔隙度－深度關(guān)系上是正常壓實(shí)趨勢(shì)，此時(shí)無需作任何校正。

中生代以來，蘇里格地區(qū)發(fā)生了4期均勻抬升和地層剝蝕事件：三疊系／侏羅系（印支期，200a）、侏羅系延安組／侏羅系直羅組（燕山運(yùn)動(dòng)早期，175 a）、侏羅系／白堊系（燕山運(yùn)動(dòng)中期，145a）和白堊系／第四系（燕山運(yùn)動(dòng)晚期，65a）［13］。經(jīng)過前人研究，蘇里格地區(qū)前3期剝蝕量較小，不需要進(jìn)行剝蝕量恢復(fù)，因此，只需對(duì)第4期白堊紀(jì)／第四系的剝蝕量進(jìn)行計(jì)算。巖石聲波時(shí)差隨深度變化存在指數(shù)關(guān)系，該關(guān)系不受地層遭受剝蝕影響，通過現(xiàn)有聲波時(shí)差數(shù)據(jù)擬合可以建立標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線，曲線上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的埋藏深度值與現(xiàn)有深度值的差就是所經(jīng)歷的剝蝕量值。本文利用聲波時(shí)差法進(jìn)行剝蝕量恢復(fù)［14］。

2.3.2 理論曲線的確定

理論上，僅考慮機(jī)械壓實(shí)作用的沉積物孔隙度與深度呈負(fù)指數(shù)遞減關(guān)系變化［15－22］。

（1）初始孔隙度φ0確定。其中，track為分選系數(shù)，track＝P25／P75，P25和P75由粒度累計(jì)曲線上25%和75%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑求得。分選系數(shù)越低，砂巖的分選性越好，其原始孔隙度越高。對(duì)蘇里格地區(qū)48個(gè)砂巖樣品的分選系數(shù)進(jìn)行計(jì)算（見圖3）求得分選系數(shù)在1.45～2.86之間，平均分選系數(shù)為1.85，帶入M.Scherer公式，即

求得初始孔隙度為33.2%。

圖3 分選系數(shù)頻率圖

（2）計(jì)算壓實(shí)系數(shù)。因條件限制，不能實(shí)測(cè)到足夠多的樣品，又考慮到聲波時(shí)差值反映均勻分布的原始孔隙度，所以使用自行開發(fā)的計(jì)算孔隙度的Simple軟件，利用測(cè)井聲波時(shí)差值對(duì)孔隙度進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行流體校正，求取不同深度砂巖孔隙度值。

在恢復(fù)研究井剝蝕量的基礎(chǔ)上，對(duì)蘇82井、召60井、召61井、召65井、統(tǒng)40井、蘇102井、蘇54井、蘇77井、蘇52井等9口井砂巖孔隙度－深度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求取壓實(shí)系數(shù)的平均值為0.000 4，以該值作為蘇里格地區(qū)壓實(shí)系數(shù)c值。

2.3.3 理論孔隙度－深度曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比和成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)的確定

把理論曲線和實(shí)測(cè)孔隙度－深度曲線進(jìn)行對(duì)比。通過巖石薄片描述對(duì)比分析，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)位于理論曲線的左側(cè)，砂巖薄片顯示為膠結(jié)作用，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)位于理論曲線右側(cè)，砂巖薄片顯示為溶蝕作用見圖4。

根據(jù)偏移程度，建立成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)

（1）石英砂巖成巖相劃分指標(biāo)（簡(jiǎn)稱偏離度）：偏離度＝實(shí)測(cè)孔隙度值－理論孔隙度值

（2）根據(jù)偏離度，石英砂巖的成巖相可以劃分為6種（見表1）。

圖4 蘇39井理論曲線和實(shí)測(cè)孔隙度－深度曲線對(duì)比圖

表1 成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)表

2.3.4 壓實(shí)法石英砂巖成巖相劃分結(jié)果

采用壓實(shí)法對(duì)有掃描電鏡資料的井段進(jìn)行了石英砂巖成巖作用分析。通過理論孔隙度與實(shí)測(cè)孔隙度的比較可以確定成巖相，其結(jié)果與根據(jù)掃描電鏡資料所確定的砂巖的成巖作用類型基本一致（見表2）。

表2 蘇里格地區(qū)成巖相識(shí)別效果對(duì)照表

3 結(jié) 論

（1）提出了一種石英砂巖成巖相的有效識(shí)別方法壓實(shí)法，利用測(cè)井資料，在地層埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，通過回歸分析方法對(duì)石英砂巖成巖相進(jìn)行了定量的判別。

（2）壓實(shí)法應(yīng)用于蘇里格地區(qū)的石英砂巖成巖相的識(shí)別，建立了蘇里格地區(qū)石英砂巖成巖相判別標(biāo)準(zhǔn)。識(shí)別出6類成巖相類型為強(qiáng)、中、弱溶蝕相和強(qiáng)、中、弱膠結(jié)相。識(shí)別結(jié)果與根據(jù)掃描電鏡資料所確定的砂巖成巖相類型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，證明了該方法識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確，具有較好的應(yīng)用前景。

（3）提高了石英砂巖測(cè)井成巖相識(shí)別能力和定量評(píng)價(jià)精度，進(jìn)而為蘇里格地區(qū)的深入勘探與進(jìn)一步開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。

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Recognition of Quartz Sandstone Diagenetic Facies with Compaction Method

WANG Xin1，XUE Linfu1，YU Yunliang1，BAI Ye1，SHI Yujiang2，ZHANG Haitao2
（1.Earth Science College，Jilin University，Changchun，Jilin 130062，China；2.Institute of Exploration and Development，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China）

Proposed is an effective method called compaction method which is used to recognize the diagenetic facies of quartz sandstone with log data.On the basis of denudation quantity recovery，this method creates a porosity－depth relations curve as standard.The curve only reflects mechanical compaction by regression analysis method.Then the values of the theoretical and actual porosity are compared.Combined with core observation，thin section identification and electronic probe spectrum，we set the division standard of the diagenetic facies using the compaction method.According to the division standard，the diagenetic facies of quartz sandstone in no coring wells is identified by calculated porosity after correction of fluid.This method is used in Sulige area.The diagenetic facies of quartz sandstone can be divided into six types：weak／

moderate／strong dissolution，weak／moderate／strong cementation.The above results show that the method improves the identification ability and quantitative evaluation of quartz sandstone diagenetic facies using log data，and so has good prospect.

log interpretation，quartz sandstone，compaction method，diagenetic facies，diagenesis

P539.2

A

2012－05－03 本文編輯 李總南）

1004－1338（2012）04－387－05

國(guó)家自然科學(xué)基金（41174096）和國(guó)家重大專項(xiàng)基金（2011ZX05009、2011ZX05044）聯(lián)合資助

王欣，女，碩士研究生，從事儲(chǔ)層研究。