鄂爾多斯盆地東部地區(qū)山西組山1段儲層地質(zhì)特征

楊 超 任來義，賀永紅，劉二虎，金 芳，史 鵬

（1.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.陜西延長石油集團(tuán)天然氣勘探部）

近年來，隨著鄂爾多斯盆地天然氣勘探重點(diǎn)從下古生界轉(zhuǎn)向上古生界，上古生界天然氣勘探和開發(fā)取得了重大進(jìn)展［1－13］。鄂爾多斯盆地上古生界砂巖屬于低孔、低滲儲層［14－15］。類型較好的儲集巖一般為礫級、粗粒、中粒石英砂巖以及粗粒巖屑石英砂巖［16－17］，其中鄂爾多斯盆地上古生界的山西組與石盒子組砂體是盆地內(nèi)較好的儲集層。上古生代盆地構(gòu)造活動較弱，整體表現(xiàn)地層產(chǎn)狀較為平緩，東高西低；山西組沉積環(huán)境主體表現(xiàn)為三角洲相沉積。

雖然目前有較多的文獻(xiàn)針對鄂爾多斯盆地儲層地質(zhì)特征進(jìn)行研究，但是針對東部地區(qū)的研究還是相對較少。盆地東部地區(qū)主力氣層為盒8、山1、山23、本溪組地層，這些氣層段都屬于低孔低滲的層段。本次研究充分利用鉆井巖心、測井及分析化驗(yàn)等資料，對山1段儲層的沉積因素、巖石學(xué)特征等方面的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 巖石學(xué)特征

山西組地層在盆地的東部地區(qū)全區(qū)可見，巖性主要為灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾煤層，山西組與上覆石盒子組地層的分界線為駱駝脖子砂巖，與底界太原組以北岔溝砂巖為分界線。在小層劃分上山西組地層可劃分為兩個小層，兩個小層之間的分界線為船窩砂巖。

山1段巖性主要以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，巖屑砂巖次之（圖1），在礦物格架組分含量中石英平均含量為66%，長石為1%，巖屑為13%，填隙物為17%。

山1段中膠結(jié)物平均含量為9%，雜基為8%，其中含量最高的為硅質(zhì)膠結(jié)物，平均含量為3%，菱鐵礦平均含量為1%，綠泥石平均含量為0.5%，伊利石平均含量為1%，方解石膠結(jié)物平均含量為0.8%（圖2）。

圖1 山1段巖性分布特征

圖2 山1段膠結(jié)物含量分布

研究區(qū)目的層段的碎屑顆粒粒徑多集中分布在0.1～2.0mm，粒徑統(tǒng)計表明：山1層段的砂巖以中細(xì)粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主，局部達(dá)到細(xì)礫級，碎屑分選中等－好。

從統(tǒng)計結(jié)果看，山1段碎屑顆粒磨圓度以次棱為主；顆粒以點(diǎn)接觸為主，點(diǎn)－線接觸次之，線接觸少；顆粒支撐方式以顆粒支撐為主；膠結(jié)類型以孔隙式為主。

2 成巖作用特征

通過對砂巖薄片、鑄體薄片及掃描電鏡數(shù)據(jù)的綜合分析，鄂爾多斯盆地東部地區(qū)山西組砂巖儲集層的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用，這些成巖作用對儲集層孔隙發(fā)育具有顯著的影響。

2.1 壓實(shí)、壓溶作用

壓實(shí)作用一般情況下有機(jī)械壓實(shí)作用和化學(xué)壓實(shí)作用，盆地東部地區(qū)兩種形式的壓實(shí)作用都存在。早期的壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為機(jī)械壓實(shí)作用，化學(xué)壓實(shí)和壓溶作用則為后期的壓實(shí)類型。研究表明，早期的機(jī)械壓實(shí)作用使砂巖顆粒之間排列更為緊密，這是由于在壓實(shí)作中顆粒中塑性巖屑發(fā)生膨脹和塑性變形，而導(dǎo)致早期形成的粒間空隙大量減少。后期的壓溶作用使碎屑顆粒常見線性接觸，局部砂巖中可見壓溶作用形成的縫合線構(gòu)造，在薄片中表現(xiàn)為石英邊緣呈現(xiàn)港灣狀溶蝕邊，使大量的空隙喪失及其孔隙度的降低。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是鄂爾多斯盆地東部山西組山1段砂巖中最主要的成巖作用之一，儲層內(nèi)膠結(jié)物含量多少，是影響巖石孔隙度大小的主要因素之一。

通過對礦物薄片的鏡下觀測，自生石英膠結(jié)作用多表現(xiàn)為石英的次生加大，可見馬牙狀鑲嵌構(gòu)造，這種加大邊和碎屑顆粒往往以粘土膜分開。由于石英加大邊的形成充填了部分空隙和喉道，大大降低了儲集層的孔隙度和滲透率。

盆地砂巖中自生黏土礦物膠結(jié)物有高嶺石、綠泥石、伊利石。自生黏土礦物的黏土膜一方面可以保護(hù)殘余粒間孔而起到建設(shè)性的作用，另一方面孔隙式充填的自生黏土礦物由于擠占有效孔隙空間，使儲集層的物性降低而起到破壞性的作用。自生高嶺石呈典型的書頁狀充填孔隙中，并且堆積松散，保留了良好的晶間隙，是儲層重要的儲集空間類型之一。而大量的長石蝕變而成的高嶺石，重結(jié)晶后堆積緊密，晶間隙極小，對儲集空間影響相對較大。綠泥石最主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙襯邊方式產(chǎn)出的黏土膜，黏土膜一般沿著孔隙邊發(fā)育，在一定程度上保存了殘余粒間空，但是一般情況下綠泥石晶間微孔較發(fā)育，導(dǎo)致形成的喉道變小或者堵塞喉道，降低了儲集層的滲透率。

從巖性特征上來看，巖石中碳酸鹽膠結(jié)物中可見方解石、白云石、鐵方解石等，其中方解石含量可達(dá)1%，而白云石、鐵方解石含量可各達(dá)0.5%。由于碳酸鹽膠結(jié)物存在，填充了部分空隙空間，使儲集層的孔隙度和滲透率大大降低，從而影響了儲集層的儲集性能。

3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

通常情況下孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙指經(jīng)過成巖作用后保留于巖石碎屑顆粒之間孔隙。這類孔隙被填隙物部分充填后，形成殘余的粒間孔，這類孔隙多具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。薄膜式膠結(jié)的綠泥石為充填孔隙的主要膠結(jié)物，此類孔隙連通性相對較好。

次生孔隙指成巖作用及成巖后作用因溶蝕而產(chǎn)生的孔隙，主要包括溶蝕孔、晶間孔和微裂隙三大類［18］。

其中溶蝕孔又有溶蝕粒間孔隙、溶蝕粒內(nèi)孔隙、鑄?？紫兜葞追N類型。溶蝕粒間孔隙是研究區(qū)儲集層的主要孔隙類型，孔隙直徑一般為0.05～1.00 mm。常見溶蝕粒內(nèi)孔隙與溶蝕粒間孔隙連通但分布很不均勻，部分巖屑內(nèi)可見溶蝕粒內(nèi)孔隙，其孔徑一般為0.02～0.10mm。砂巖中的鑄模孔隙在研究區(qū)山西組相對少見，可見有長石鑄?？紫?，其孔隙直徑一般為0.02～0.20mm。

晶間孔隙在研究的層位上較為發(fā)育，鑄體薄片中不可以度量孔隙的大小，但是在電鏡中可以清晰看到，主要是一些填隙物中的晶片微孔隙。

裂縫孔隙是成巖后期由于受到構(gòu)造應(yīng)力的影響而產(chǎn)生的裂縫，這類孔隙在山1段可觀察到，裂縫的孔隙大小為0.02～0.2mm之間，這類孔隙分布具有不均一性。

4 物性特征

砂體物性特征和沉積環(huán)境有較為直接的內(nèi)在聯(lián)系，沉積相控制著具有不同物性特征的沉積巖性。盆地東部研究區(qū)山西組的主要沉積環(huán)境為三角洲相，其中水下分流河道砂體是主要沉積砂體。從圖3可以看出，不同沉積相下形成的砂體其孔隙度和滲透率之間存在明顯的差異，即使是處于同一沉積相帶中的砂體，沉積微相不同決定著砂體的孔隙度和滲透率的不同。

圖3 不同沉積微相下砂體孔隙度和滲透率關(guān)系

由于沉積環(huán)境的不同，砂體具有不同的孔隙度和滲透率。從圖4中看出，山1段儲層孔隙度最大值13.96%，最小0.48%，平均值5.14%，頻率分布主體集中在2.00%～8.00%；滲透率最大值9.968×10－3μm2，最小值0.003×10－3μm2，平均值0.170×10－3μm2，頻率分布主體集中在0.5×10－3μm2以下，其中小于0.1×10－3μm2的占59%，（0.1～0.5）×10－3μm2的占34%。

圖4 山1段儲層孔隙度（A）和滲透率（B）頻率分布

5 結(jié)論

（1）山1段巖石中巖屑、填隙物的含量較高；膠結(jié)物中硅質(zhì)、綠泥石的含量較高，從儲集性能來說這些因素都是阻礙儲集層往優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)展的主要因素。從碎屑顆粒上來看，山1砂巖的顆粒類型主要以中細(xì)粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主，分選較好，顆粒支撐以顆粒支撐為主，有利于油氣的儲集和運(yùn)移。

（2）壓實(shí)、壓溶作用是儲層孔隙空間減少的重要作用；自生石英膠結(jié)堵塞了部分孔隙喉道；自生黏土礦物的膠結(jié)作用大大降低了儲集層的孔隙空間；碳酸鹽膠結(jié)物的存在使儲層層內(nèi)的非均質(zhì)性增強(qiáng)。

（3）鄂爾多斯盆地東部地區(qū)山1段殘余粒間孔雖然連通性較好，但是分布不均一，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)。次生孔隙類型中溶蝕粒間孔隙是本區(qū)砂巖儲集層的主要孔隙類型，溶蝕粒內(nèi)孔隙和鑄?？自谘芯繀^(qū)分布相對少見。晶間孔隙在研究區(qū)也有發(fā)育，在電鏡下可以觀察到填隙物中的晶片微孔隙。裂縫孔隙在山1段可觀察到，但分布也具有很強(qiáng)的不均一性。

（4）鄂爾多斯盆地東部山1段物性總體表現(xiàn)相對較差。沉積相帶的變化是控制砂體物性好壞的主要因素，處于不同沉積相環(huán)境下的砂體具有不同的巖石學(xué)特征，不同的成巖作用特征表現(xiàn)出不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

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