蘇里格氣田東部二疊系盒8段儲層次生孔隙形成主控因素

石 新，歐陽誠，馮明友，朱 萌，黃文明，謝 林

(1.川慶鉆探公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051;2.西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500)

鄂爾多斯盆地為一個古老的克拉通盆地，其東西兩側(cè)主要表現(xiàn)為擠壓隆起，盆地內(nèi)部較為穩(wěn)定。構(gòu)造運動以振蕩作用為主，其形成和演化大致經(jīng)歷了加里東期、印支期、燕山早期、燕山晚期、喜山早期、喜山晚期等6個構(gòu)造旋回［1］。盆地內(nèi)油氣資源非常豐富，是我國油氣工業(yè)的主力產(chǎn)區(qū)之一。蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部，是一個“低壓、低滲、低豐度”的致密砂巖氣藏，上古生界下二疊統(tǒng)石盒組8段是主要含氣目的層系［2］。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東部(圖1)，是“十一五”重點研究區(qū)域，其主要含氣層位下石盒子組8段(以下簡稱“盒8段”)地層厚約80m，屬河流-三角洲沉積。前人研究認為沉積環(huán)境及水動力條件、埋藏期成巖作用、油氣侵位及構(gòu)造熱事件等對孔隙的形成與演化影響顯著［2-7］。

本文根據(jù)鑄體薄片鑒定與定量統(tǒng)計、流體包裹體溫度及成分分析開展系統(tǒng)研究，以期探究次生孔隙成因及其分布規(guī)律，為尋找相對高孔、高滲儲集地帶提供依據(jù)。

1 孔隙類型及特征

根據(jù)鑄體薄片觀察與統(tǒng)計，研究區(qū)盒8段儲集巖性主要為石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑砂巖。砂巖支撐結(jié)構(gòu)以顆粒支撐為主，膠結(jié)方式主要為孔隙膠結(jié)及接觸膠結(jié)，鑲嵌膠結(jié)少見。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及上古生界煤層鏡質(zhì)體反射率等值線圖Fig.1 Location of the study area and isoline of the vitrinite reflectance(Ro)of the Upper Palaeozoic coal measures

研究區(qū)儲集空間類型主要有原生孔隙和次生溶孔。其中，原生孔隙包括:①碎屑顆粒被綠泥石、伊利石薄膜或襯邊所包裹后的剩余原生粒間孔隙;②被次生石英加大、微晶石英集合體或早期成巖階段形成的微晶方解石膠結(jié)物充填之后剩余的原生粒間孔;③被黑云母、泥巖、千枚巖巖屑等塑性顆粒變形后形成的假雜基占據(jù)后剩余的原生粒間孔。研究區(qū)盒8段砂巖原生粒間孔隙主要為被石英加大膠結(jié)物充填的縫狀粒間孔隙(圖2A)。次生溶孔包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(包括鑄模孔)以及填隙物內(nèi)溶孔等4種:①粒間溶孔主要分布在綠泥石及水云母襯邊中等發(fā)育的砂巖中，形態(tài)不規(guī)則，孔徑大小和分布不均，最大孔徑可達到200μm，常與長石、巖屑溶孔等伴生，并被細小的溶蝕縫連通起來(圖2B);②粒內(nèi)溶孔及鑄模孔:本區(qū)砂巖總體具高石英、貧長石特征，長石普遍遭受溶解形成形態(tài)較規(guī)則的長石粒內(nèi)次生溶孔，甚至全部被溶蝕從而形成鑄?？?，在溶解作用較強的地區(qū)，石英顆粒表面也發(fā)生溶解而形成小的次生溶孔，發(fā)生溶解后的石英表面呈現(xiàn)凹凸不平狀，邊緣呈現(xiàn)不規(guī)則狀和港灣狀，噴發(fā)巖巖屑中的長石斑晶和基質(zhì)部分被溶蝕后形成蜂窩狀粒內(nèi)溶孔，黑云母、千枚巖等假雜基被溶蝕后也可形成粒內(nèi)微溶孔(圖2C);③填隙物內(nèi)(溶)孔:區(qū)內(nèi)填隙物內(nèi)溶孔主要為黏土雜基內(nèi)溶孔，局部地區(qū)砂巖中發(fā)育有少量方解石晶內(nèi)溶孔;④微裂隙:區(qū)內(nèi)微裂隙包括由于壓實作用、收縮作用及各種構(gòu)造應力作用形成的細小裂縫。

總體看來，研究區(qū)盒8段儲層儲集空間以次生溶孔(0% ～8%，平均1.6%)和高嶺石晶間孔(0%～4.5%，平均0.5%)為主，原生粒間孔隙(0% ～4%，平均0.3%)在孔隙構(gòu)成中居于次要地位。次生溶孔主要包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、高嶺石晶間孔(圖2D)、雜基溶孔(圖2E)以及方解石溶孔(圖2F)，孔隙大小不一(直徑5～500μm)，局部層段發(fā)育微裂縫。不同孔隙類型砂巖孔隙度具“巖屑溶孔＞晶間孔＞雜基溶孔＞粒間孔＞長石溶孔＞微裂縫”的規(guī)律(圖3A)。

2 物性特征

從大量物性分析結(jié)果來看，研究區(qū)盒8段砂巖孔隙度多集中分布于4% ～9%之間，次為9% ～11%及1% ～3%之間，大于18%的樣品極少。滲透率多集中分布于小于0.2×10-3μm2范圍內(nèi)，次為分布于0.2 ×10-3～1×10-3μm2，大于1 ×10-3μm2的樣品極少。總體看來，蘇里格氣田東部盒8段砂巖屬低孔孔特低滲型儲層。

大量物性分析化驗資料表明，砂巖的面孔率為0.1% ～10%，平均為2.5%，實測孔隙度普遍小于15.0%，滲透率普遍小于 1.0 ×10-3μm2，屬低孔、特低滲型儲集層(圖3B)。

3 次生孔隙形成機理及主控因素

蘇里格氣田東部盒8段砂巖沉積期間不同沉積微相對原生孔隙的影響存在差異，在成巖作用過程中受有機酸溶蝕和深部熱流體改造，因此，次生孔隙形成及演化形成機理復雜、受控因素多。

3.1 沉積相奠定了儲層發(fā)育的基礎(chǔ)

研究區(qū)下石盒子組盒8沉積主要為辮狀河三角洲沉積環(huán)境［8，9］，砂體的平面分布嚴格受物源方向與沉積相帶空間展布規(guī)律的控制，總體呈南北向帶狀展布。東北和東部地區(qū)由于受到東北部古老變質(zhì)巖系源區(qū)的影響，砂體呈北東方向展布。砂體較厚地帶主要位于沖積平原辮狀河道中心、三角洲分流河道中心部位，少量分布于決口扇沉積中。近盆地邊緣地帶的砂體沉積厚度較大，向盆地內(nèi)部迅速減薄，進入研究區(qū)后逐漸趨于平緩。相關(guān)性分析顯示，砂巖粒度越粗、石英含量越高、塑性巖屑及雜基含量越少，次生孔隙越發(fā)育，儲層物性越好。在砂體平面展布圖上則顯示為砂體沉積厚度越大，次生孔隙含量越高，特別是河道分叉及交匯部分，次生孔隙最為發(fā)育(圖4左)。

3.2 酸性水的溶蝕作用

圖3 蘇里格氣田東部盒8段砂巖不同孔隙類型孔隙度直方圖及實測孔隙度、滲透率頻率圖Fig.3 Histogram of the porosity types(A)and measured frequency diagram of the porosity and permeability(B)of the reservoir sandstones from the 8th member of the Shihezi Formation

碎屑巖儲層中，次生孔隙主要有煤系天然氣儲集層中有機酸及二氧化碳酸性水的溶解、深層熱對流循環(huán)、表生淋濾及斷裂帶淋濾等3種形成機理［10，11］。對于第一種機理而言，儲集巖一般要具有較有利的沉積微相。巖石粒度粗，抗壓實能力強。在晚成巖期，在酸性水介質(zhì)條件下，石英次生加大及高嶺石發(fā)育。煤系地層有機酸濃度高，1g煤中的有機酸可達11～95mg(酸性水致使有機酸濃度高)。長石硅酸鹽中不穩(wěn)定礦物的溶解是產(chǎn)生次生孔隙的原因。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造研究結(jié)果，盒8段自沉積至今一直深埋于地下，不具備遭受表生淋濾和斷裂帶淋濾條件，本文主要探討前兩種機理對盒8段次生孔隙的控制。

表1 研究區(qū)盒8儲層CO2三相包裹體溫度-密度-壓力統(tǒng)計表Table 1 Statistics of the temperature，density and pressure for the CO2three phase inclusions from the 8th member of the Shihezi Formation

本次研究重點利用熒光顯微鏡、冷熱臺以及激光拉曼光譜儀，分析受構(gòu)造抬升影響較大的、切穿碎屑顆粒的愈合裂縫中的包裹體成分及均一溫度特征。根據(jù)愈合裂縫中同時共生有大量鹽水包裹體、烴類包裹體以及CO2包裹體，且具較高均一溫度的包裹體與具較低均一溫度的包裹體密切共生這一現(xiàn)象［7］，認為油氣充注、構(gòu)造運動與次生孔隙分布之間存在著明顯的因果聯(lián)系。

根據(jù)實測得與高溫鹽水包裹體伴生的CO2包裹體CO2氣相與CO2液相均一溫度值(表1)，利用Touret(1979)CO2包裹體密度計算公式獲得CO2流體的密度在0.59～0.80g/cm3之間。再根據(jù) CO2的溫度-密度-壓力關(guān)系表［12］推測出 CO2包裹體均一壓力在 56.9～71.4×105Pa之間，平均 66.0×105Pa。將各單井均一壓力數(shù)據(jù)投影到平面圖上，由西南往東北方向包裹體均一壓力逐漸降低，表明流體運移方向主要為南西-北東向(圖4右)。

烴源巖現(xiàn)今有機質(zhì)成熟度Ro值在0.8% ～2.2%，屬于成熟-過成熟階段，自西向東逐漸降低，表明西部烴源巖先于東部成熟和運移(圖1)。根據(jù)前人研究結(jié)果可知，鄂爾多斯盆地石盒子組油氣充注時間主要發(fā)生在燕山晚期(晚侏羅世－早白堊世)，對應時間大約為140～100Ma［13］，此時，盒8段儲層已進入晚成巖期。從烴類充注運移路徑與次生孔隙發(fā)育帶疊合圖可知(圖4右)，該期大規(guī)模的油氣自南西向北東方向充注，造成大量次生孔隙的形成，有利于天然氣的二次運移和聚集。這為次生孔隙相對較發(fā)育帶(次生孔隙含量大于3%)展布趨勢與油氣運移路徑方向一致的特征所佐證。

因此，對研究區(qū)而言，與烴類流體充注相伴生酸性流體溶蝕是盒8段次生孔隙形成的主要因素。盒8段屬河流－三角洲沉積環(huán)境，巖石成分成熟度較低，巖屑中以中酸性火山巖巖屑為主，高嶺石、伊利石、綠泥石、伊/蒙混層粘土富集，石英次生加大發(fā)育，堵塞原生粒間孔隙，導致原生孔隙不發(fā)育。在晚成巖期，生烴期攜帶的酸性水溶解產(chǎn)生的次生孔隙及微縫、以及自生的高嶺石等礦物晶間孔明顯改善了儲層的儲、滲性能。

3.3 來自深部的熱液溶蝕

研究區(qū)位于伊陜斜坡北部中段，局部跨越伊盟隆起，從盒8地層現(xiàn)今底面構(gòu)造特征來看(圖4B)，研究區(qū)主要呈一平緩的西傾單斜，局部發(fā)育寬緩的鼻隆構(gòu)造，有利于油氣自南向北、自西南向東北部構(gòu)造高部位發(fā)生運聚。此外，鄂爾多斯盆地發(fā)育多條基底斷裂帶，對研究區(qū)影響最大的是北東向斷裂帶，該斷裂帶的發(fā)育時間在晚太古代－早元古代，深大斷裂的存在為深部熱流體的上涌與活動提供了通道［9］，深大斷裂的交叉結(jié)合部位次生孔隙多發(fā)育。同時，包裹體研究方面揭示盒8段儲層中常具有較高均一溫度的包裹體與具較低均一溫度的包裹體密切共生這一現(xiàn)象，表明深部熱流體與次生孔隙分布之間存在一定的因果聯(lián)系。同時，斷裂走向與構(gòu)造鼻隆長軸方向一致，有利于深部流體在構(gòu)造高部位聚集，并對礦物組分進行溶解并形成大量次生孔隙。但總體看來，與基底相關(guān)的深部熱流體對盒8段次生孔隙的影響相對較小，只起次要作用，研究區(qū)深部流體活動與儲層之間流體交換研究目前尚不明確。

圖4 蘇里格氣田東部盒8段儲層次生孔隙發(fā)育帶與盒8段沉積相及砂體展布關(guān)系疊合圖(左)及與盒8地層底面構(gòu)造、油氣運移路徑及砂體展布關(guān)系疊合圖(右)Fig.4 Diagrams showing the relationship between the secondary porosity development and sedimentary facies and sandstone distribution(left)，and basal structures and hydrocarbon migration paths and sandstone distribution(right)in the 8th member of the Shihezi Formation in the Sulige Gas Field

4 次生孔隙分布規(guī)律

烏審召地區(qū)下石盒子組盒8段次生孔隙在研究區(qū)東北部伊金霍洛旗-神2井一帶、召50井-召48井-烏審召一帶、統(tǒng)30-召29井一帶最為發(fā)育，召17井、召20井及召22井區(qū)、榆林雙1井一帶較發(fā)育，榆31井一帶次生孔隙相對發(fā)育。

從沉積相展布看來，以上區(qū)域多屬南北向帶狀分布的沖積平原-辮狀河三角洲平原分流河道及決口扇發(fā)育區(qū)(圖5)，砂體總體發(fā)育(平均砂厚35m)，次生孔隙也相對發(fā)育，有利沉積相是次生孔隙發(fā)育的主要原因。此外，從油氣運移路徑來看，以上區(qū)域(尤以工區(qū)中部及東北部)亦多位于有利油氣運移路徑通道。從構(gòu)造位置看來，以上地區(qū)多位于構(gòu)造鼻軸線附近及基底斷裂結(jié)合部位。雖然盒8段次生孔隙形成機理主要為有機酸和CO2溶蝕，可能具有一定的熱流體作用，但溶蝕作用對巖石礦物組分具有一定的要求。因此，整體來看，盒8段次生孔隙平面分布主要受沉積微相控制，油氣運移路徑、構(gòu)造等因素對其復合影響。

5 結(jié)論

(1)蘇里格氣田東部盒8段儲層儲集空間以次生孔隙為主，原生孔隙不發(fā)育。次生孔隙以次生溶孔、高嶺石晶間孔為主，平均面孔率分別為1.6%和0.5%。次生孔隙大小不一，直徑5～500μm，局部層段微裂縫發(fā)育。

(2)蘇里格氣田東部盒8段次生孔隙發(fā)育程度與沉積微相、烴源巖生排烴伴隨的有機酸、構(gòu)造和基底斷裂密切相關(guān)，三角洲分流河道分叉及交匯處、位于油氣運移路徑上、構(gòu)造鼻軸線附近及基底斷裂結(jié)合部位次生孔隙最為發(fā)育。

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