蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分

許 磊于興河楊 勇李順利田倩倩周 越

1.中國地質(zhì)大學（北京） 2.中國石油長慶油田公司

蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分

許 磊1于興河1楊 勇2李順利1田倩倩1周 越1

1.中國地質(zhì)大學（北京） 2.中國石油長慶油田公司

許磊等.蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分.天然氣工業(yè)，2012，32（7）：15-20.

蘇里格南部地區(qū)是蘇里格氣田新的資源接替區(qū)，目的層段為下二疊統(tǒng)石盒子組盒8段致密砂巖低滲透儲層。為預測該區(qū)有利孔滲性成巖相，利用鑄體薄片、掃描電鏡等資料對盒8段儲層的成巖作用及其演化規(guī)律進行了綜合研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：盒8段經(jīng)過強烈的壓實作用，原生孔隙基本消失殆盡，硅質(zhì)膠結(jié)、黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象在儲層中都有發(fā)育，壓實作用和膠結(jié)作用是造成儲層致密和低孔低滲的主要因素，但是溶蝕作用又使得儲層發(fā)育次生孔隙，從而為氣藏形成提供了基礎。通過判別自生礦物類型、鏡下顆粒接觸形態(tài)、孔隙類型、膠結(jié)物類型，以及對泥巖鏡質(zhì)體反射率的測定，認為該區(qū)盒8段已處于中成巖的B期和晚成巖期的過渡階段。結(jié)合勘探現(xiàn)狀及沉積相展布特征的研究成果，將該區(qū)儲集層劃分為4種成巖相，其中相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相為最有利的儲集相帶；低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相次之；低孔滲中—細粒膠結(jié)相、特低孔滲細?！噘|(zhì)致密壓實相為非有利儲集相帶，儲集條件較差。

蘇里格南部地區(qū) 早二疊世 致密砂巖 儲集層 成巖作用 成巖相

成巖相是構(gòu)造、流體、溫壓等條件對沉積物綜合作用的結(jié)果，預測有利孔滲性成巖相是儲集層研究和油氣勘探的重點［7－9］。為此，筆者對蘇南沉積相進行研究，優(yōu)選影響致密砂巖儲層的物性參數(shù)，劃分并定義了不同成巖相，以為下一步的勘探部署提供一定參考。

1 主要成巖作用類型與成巖階段

1.1 機械壓實作用

蘇里格南部地區(qū)下二疊統(tǒng)石盒子組盒8段埋深介于3 400～4 400 m，已達到深埋藏階段，壓實作用強烈。碎屑顆粒之間以凹凸接觸、縫合線接觸為主（圖1-a），在某些區(qū)域剛性顆粒出現(xiàn)了微裂隙（圖1-b）。壓實作用使得原生孔隙幾乎消失殆盡，顆粒之間的塑性礦物（如云母，泥質(zhì)等）以假雜基的形式賦存。機械壓實作用是造成盒8段儲層致密及滲透率低下的主要原因，而且在較細顆粒中的壓實作用更強，滲透率更低。

1.2 膠結(jié)作用

1.2.1 自生黏土礦物膠結(jié)作用

通過鏡下觀察和薄片鑒定報告，發(fā)現(xiàn)自生黏土膠結(jié)物主要有伊利石和高嶺石（表1）。高嶺石多數(shù)是長石蝕變生成的，保持了原顆粒的形態(tài)；而伊利石則賦存在顆粒周圍（圖2-b、c），占據(jù)了大量的孔隙空間；由于成巖階段已進入中成巖B期，蒙脫石含量相對較低，同時伊利石大量生成。經(jīng)統(tǒng)計，蘇南盒8段儲層中自生黏土膠結(jié)為主要的膠結(jié)類型，是造成儲層質(zhì)量下降的主要因素之一。

1.2.2 硅質(zhì)膠結(jié)作用

首先，教學情境形式化的現(xiàn)象較為嚴重，由于現(xiàn)階段許多教師雖然希望通過情境教學的方式提高教學效果，但是在使用的過程中更像是披著情境教學的外衣，并沒有做到情境教學的實質(zhì)。比如說有些教師為了采用情境教學的方法提高課堂氣氛，就在引入數(shù)學問題時濫用一些可以吸引小學生興趣的卡通動漫情境，雖然確實將課堂氣氛搞的熱鬧，但是這種教學方法只是吸引到了小學生，并沒有起到教學的效果，對于數(shù)學問題的教學沒有起到真正的意義，教學內(nèi)容也就不夠豐富[1]。

圖1 機械壓實作用的鏡下特征圖

表1 膠結(jié)物百分含量表

盒8段儲集層硅質(zhì)膠結(jié)作用的主要形式表現(xiàn)為石英的次生加大現(xiàn)象，硅質(zhì)膠結(jié)物含量介于0～15%。加大邊寬度在0.15 mm左右，可見到石英加大Ⅲ—Ⅴ級現(xiàn)象（圖2-a）。石英次生加大現(xiàn)象明顯的顆粒成縫合線形式接觸，孔隙空間幾乎被占據(jù)，僅發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔，儲層質(zhì)量較差。

自生綠泥石的膠結(jié)作用在盒8段也較為常見（圖2-d），而與其他黏土礦物不同的是，綠泥石在中成巖階段轉(zhuǎn)化為了綠泥石環(huán)帶（膜），附著在剛性顆粒的周圍，從而有效地減少了壓實作用對孔隙的破壞作用，對儲層質(zhì)量起到了一定的保持作用［10－12］。

1.2.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物主要有方解石和鐵方解石，少量白云石和鐵白云石以及菱鐵礦。碳酸鹽膠結(jié)物主要以充填粒間空隙、交代礦物、襯邊狀以及連晶形式出現(xiàn)（圖2-e、f）。長石的溶蝕提供了大量的 Ca2＋，Ca2＋結(jié)合了孔隙流體中的CO32－，形成了方解石沉淀，同時隨著成巖階段的不斷深入，方解石會結(jié)合黏土礦物轉(zhuǎn)化中釋放出的Fe2＋，生成鐵方解石［13］。隨著地層p H值的升高，碳酸鹽礦物缺乏有效的溶解，致使其成為導致盒8段致密的一個重要因素。但從另一個角度來說，早期形成的碳酸鹽膠結(jié)可能會被后期酸性水溶蝕，為形成次生溶蝕孔隙提供物質(zhì)基礎［14－16］。

1.3 溶蝕作用

由于埋深的不斷加深和地溫的上升，組分中較不穩(wěn)定的組分發(fā)生了溶蝕作用。其中主要是長石的溶蝕（圖3-a）和巖屑的溶蝕（圖3-b）。有機質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的有機酸是長石等硅鋁酸鹽礦物和其他易溶組分溶解的重要成巖流體。石盒子組下伏地層為海陸過渡相的煤系地層，有機質(zhì)成熟度高，以腐殖型為主，部分為混合型［17－20］，具備產(chǎn)生大量有機酸的條件，為不穩(wěn)定礦物的溶解提供了充足的酸性介質(zhì)來源［21］。長石常沿其解理縫或邊緣溶蝕，形成的孔隙類型主要為粒內(nèi)溶孔、鑄模孔，此外長石在大量有機酸的作用下，變得很不穩(wěn)定，有利于長石的高嶺土化。使得高嶺石的晶間孔成為另一個重要的孔隙來源。巖屑溶蝕常見斑點狀或蜂窩狀，主要是富凝灰質(zhì)的火山巖巖屑的溶蝕作用普遍，其對提高儲層質(zhì)量起到了積極作用。

1.4 成巖序列與成巖階段

盒8段經(jīng)強烈的壓實作用，顆?；疽园纪菇佑|為主，僅少部分顆粒以點—線接觸，在壓實作用較強的區(qū)域，出現(xiàn)縫合線接觸以及微裂縫；石英次生現(xiàn)象加大嚴重，長石溶蝕強烈，自生伊利石含量較高，同時蒙脫石含量很低，此外孔隙中出現(xiàn)了鐵白云石膠結(jié)物，泥質(zhì)巖中的干酪根鏡質(zhì)體反射率介于1.5%～2.1%。

對照成巖階段劃分規(guī)范表，認為盒8段目前處于成巖演化階段的中成巖B期與晚成巖階段的過渡時期（圖4）。圖4中反映了孔隙度隨埋深增加的變化特征，研究層段深度范圍內(nèi)存在3個孔隙較為發(fā)育的層帶，分別是3 700～3 800 m、3 950～4 030 m和4 280～4 330 m，通過統(tǒng)計對比這3個層帶內(nèi)次生孔隙發(fā)育區(qū)和正常壓實區(qū)的某些特征礦物含量及孔隙度變化規(guī)律（表2），認為造成前2個層段孔隙增大的原因主要是次生溶蝕孔隙的形成，而第三個層段孔隙增大則主要是由于剛性礦物的支撐作用，最大限度保持了孔隙空間。

圖2 膠結(jié)作用的鏡下特征圖

2 成巖相類型及其特征

筆者的成巖相劃分方案（表3），是從現(xiàn)今成巖現(xiàn)象和成巖機制的角度出發(fā)，優(yōu)選多個儲層物性參數(shù)（如孔隙度、滲透率等）量化不同成巖相的優(yōu)劣級別。

2.1 成巖相劃分方案

2.1.1 相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相

多為粗粒、含礫巖屑石英砂巖及石英砂巖，石英含量介于32%～88%，泥質(zhì)含量平均值為0.78%。由于砂巖顆粒較粗，分選較好，儲層抗壓實能力較強，且在成巖作用早期，大氣降水在儲層中流動較好，使得儲層的連通性更好［22］。儲層溶蝕作用較強烈，孔隙度介于3%～18%，平均值為7%，滲透率介于0.01～39 m D，平均值為1.7 mD。此成巖相主要發(fā)育于辮狀河三角洲平原的河道和心灘微相中。

2.1.2 低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相

圖3 溶蝕作用的鏡下特征圖

圖4 蘇里格南部地區(qū)盒8段成巖序列圖

表2 孔隙發(fā)育帶礦物及孔隙度對比表

多為中—粗粒巖屑石英砂巖及石英砂巖，石英含量介于48%～85%，泥質(zhì)含量平均值為0.62%。此成巖相主要發(fā)育在水下分流河道和河口壩中，相比于第一種成巖相，碳酸鹽膠結(jié)物及黏土膠結(jié)物（主要是伊利石膠結(jié)）含量較多，且埋深較第一種成巖相深，所以孔隙度和滲透率都有所下降。但綠泥石膜含量增加，在一定程度上保持了孔隙?？紫抖冉橛?.2%～11.4%，平均值為5.0%，滲透率介于0.04～10 mD，平均值為1.00 mD。此成巖相也是蘇南盒8段相對較好的儲集相。

2.1.3 低孔滲中—細粒膠結(jié)相

為中—細粒巖屑石英砂巖，石英含量介于44%～82%，泥質(zhì)含量平均值為0.99%。砂巖粒度較細，壓實程度較高，且泥質(zhì)含量較高，使得孔隙度、滲透率較低?？紫抖冉橛?.0%～7.9%，平均孔隙度為4.8%，滲透率介于0.01～0.7 mD，平均值為0.1 mD。此成巖相主要發(fā)育與辮狀河三角洲平原的河漫砂和前緣的水下漫溢砂微相中。

表3 蘇里格南部地區(qū)盒8段成巖相劃分表

2.1.4 特低孔滲細粒—泥質(zhì)致密壓實相

巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，發(fā)育于辮狀河三角洲平原的泛濫泥及前緣的水下分流間灣微相。石英含量較低，孔隙度及滲透率幾乎為零，此成巖相不是有利的成巖相帶。

2.2 成巖相展布特征

經(jīng)研究認為，蘇南盒8段并不發(fā)育改造儲層的大型構(gòu)造，區(qū)內(nèi)為寬緩的斜坡，所以沉積微相和巖石學特征控制后續(xù)成巖作用的類型和強度［7］，也就是說沉積環(huán)境為控制成巖相展布的主要因素［23－24］，如相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相主要形成于辮狀河三角洲平原的水道及心灘，砂巖顆粒分選、磨圓較好，且泥質(zhì)含量較低；低孔滲中—粗粒膠結(jié)相則發(fā)育于辮狀河三角洲前緣水下分流河道及河口壩，泥質(zhì)含量相對較高，可以見到綠泥石環(huán)帶；此外對于河漫砂、水下漫溢砂等偏中—細砂巖及以泥質(zhì)為主的分流間灣，其抗壓實能力較差，這些微相的孔隙度及滲透率隨著地層深度的增加而迅速減小，并且次生孔隙極不發(fā)育。在此認識基礎上編制了盒8上、盒8下亞段成巖相平面展布圖（圖5）。

圖5 盒8段成巖相平面展布圖

從展布圖可以看出，盒8上亞段北部相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相較盒8下亞段發(fā)育，而盒8下亞段則以低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相發(fā)育范圍較大，從平面展布圖上也可看出盒8上亞段的有利儲集相帶較為發(fā)育。

3 結(jié)論

1）蘇里格南部地區(qū)盒8段經(jīng)過強烈的壓實作用，原生孔隙基本消失殆盡，硅質(zhì)膠結(jié)、黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象在儲層中都有發(fā)育，壓實作用和膠結(jié)作用是造成儲層致密和低孔低滲的主要因素，但溶蝕作用又使得儲層發(fā)育次生孔隙，從而為氣藏發(fā)育提供了基礎。

2）通過判別自生礦物類型，鏡下顆粒接觸形態(tài)，孔隙類型，膠結(jié)物類型以及泥巖鏡質(zhì)體反射率的測定，認為盒8段已處于中成巖B期與晚成巖期的過渡階段。

3）研究認為蘇南盒8段成巖相主要受沉積環(huán)境影響，結(jié)合孔、滲范圍將儲集層劃分為4種成巖相，其中相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相為最有利的儲集相帶，低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相次之；低孔滲中—細粒膠結(jié)相、特低孔滲細?！噘|(zhì)致密壓實相為非有利儲集相帶，氣體儲集效果較差。

［1］張明祿，達世攀，陳調(diào)勝.蘇里格氣田二疊系盒8段儲集層的成巖作用及孔隙演化［J］.天然氣工業(yè)，2002，22（6）：13-16.

［2］劉銳娥，李文厚，拜文華，等.蘇里格廟地區(qū)盒8段高滲儲層成巖相研究［J］.西北大學學報：自然科學版，2002，32（6）：667-671.

［3］高星，陳洪德，朱平，等.蘇里格氣田西部盒8段儲層成巖作用及其演化［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（3）：17-20.

［4］楊華，劉新社，孟培龍.蘇里格地區(qū)天然氣勘探新進展［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（2）：1-8.

［5］蘭朝利，何順利，門成全，等.蘇里格氣田開發(fā)選區(qū)技術(shù)探討［J］.西南石油大學學報，2008，29（4）：89-92.

［6］王世成，郭亞斌，楊智，等.蘇里格南部盒8段沉積微相研究［J］.巖性油氣藏，2010，12（22）：32-36.

［7］鄒才能，陶士振，周慧，等.成巖相的形成、分類與定量評價方法［J］.石油勘探與開發(fā)，2008，35（5）：526-540.

［8］段新國，宋榮彩，李國輝，等.四川盆地須二段綜合成巖相特征研究［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（1）：7-14.

［9］劉清俊，于炳松，周芳芳，等.阿克庫勒凸起東河砂巖成巖作用與成巖相［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（5）：54-62.

［10］MORAD S，AL-RAMADAN K，KETZER J M，et al.The impact of diagenesis on the heterogeneity of sandstone reservoirs：a review of the role of depositional facies and sequence stratigraphy ［J］.AAPG Bulletin，2010，94（8）：1267-1309.

［11］劉金庫，彭軍，劉建軍，等.綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對致密砂巖孔隙的保存機制——以川中—川南過渡帶包界地區(qū)須家河組儲層為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（1）：53-58.

［12］趙俊興，黃德才，羅媛，等.鄂爾多斯盆地南部長6段儲層成巖作用特征［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（3）：34-37.

［13］鄭俊茂，龐明.碎屑儲集巖的成巖作用研究［M］.武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1989.

［14］徐北煤，盧冰.硅質(zhì)碎屑巖中碳酸鹽膠結(jié)物及其對儲層的控制作用的研究［J］.沉積學報，1994，12（3）：58-64.

［15］楊元亮.東營凹陷北部砂礫巖成巖作用及次生孔隙特征［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（2）：55-60.

［16］姜向強，李德江，朱筱敏，等.克百地區(qū)三疊系儲層成巖層序研究［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2009，31（2）：23-27.

［17］楊華，張軍，王飛雁.鄂爾多斯盆地古生界含氣系統(tǒng)特征［J］.天然氣工業(yè)，2000，20（6）：7-11.

［18］藺宏斌，侯明才，董桂玉.鄂爾多斯盆地北部上古生界層序地層學特征［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（3）：29-33.

［19］竇偉坦，侯明才，董桂玉.鄂爾多斯盆地北部山西組—下石盒子組物源分析［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（3）：25-28.

［20］朱亞東，王允誠，童孝華.蘇里格氣田盒8段氣藏富水層的識別與成因［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（4）：46-48.

［21］張曉鋒，侯明才，陳安清.鄂爾多斯盆地東北部下石盒子組致密砂巖儲層特征及主控因素［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（11）：34-38.

［22］NELSON P H.Permeability－porosity relationships in sedimentary rocks［J］.The Log Analyst，1994，35：38-62.

［23］張響響，鄒才能，朱如凱，等.川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲層成巖相［J］.石油學報，2011，32（2）：257-264.

［24］王勇，鮑志東，張春雷，等.西部凹陷北部沙河街組成巖作用及成巖相研究［J］.西南石油大學學報，2008，30（5）：64-68.

（修改回稿日期 2012-05-21 編輯 羅冬梅）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.004

國家自然科學基金面上項目（編號：41072084）、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（編號：2011PY0213）。

許磊，1986年生，碩士研究生；主要從事儲層預測、評價和開發(fā)地質(zhì)方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學院路29號。E-mail：xulei198673＠gmail.com