鄂爾多斯盆地北部塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段儲(chǔ)層特征及有利區(qū)塊預(yù)測(cè)

陽 偉，田景春，張 翔，王文之

(1.四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072;2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059;3成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059)

塔巴廟地區(qū)是中石化集團(tuán)公司在鄂爾多斯盆地?fù)碛锌碧綑?quán)的區(qū)塊之一，位于盆地北部，為一主力產(chǎn)氣區(qū)，面積約2000km2，有各類鉆井80余口。目前已發(fā)現(xiàn)了大牛地氣田，以二疊系山西組和下石盒子組為主要目的層。地層產(chǎn)狀平緩，表現(xiàn)為西傾單斜，構(gòu)造圈閉不發(fā)育，氣藏的圈閉類型為巖性圈閉，砂巖儲(chǔ)層的發(fā)育與否控制了圈閉的分布范圍，因此研究砂巖儲(chǔ)層發(fā)育的影響和控制因素就顯得十分重要［1］。本文對(duì)下石盒子組盒3段儲(chǔ)集砂體進(jìn)行儲(chǔ)層特征研究，并對(duì)其有利區(qū)塊進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

通過對(duì)巖芯和大量薄片分析，研究區(qū)下石盒子組盒3段儲(chǔ)層以中-粗砂巖、含礫粗砂巖為主。巖石類型主要為巖屑砂巖，少量的巖屑石英砂巖及長(zhǎng)石巖屑砂巖，其中砂巖顆粒分選性為中-差，主要為棱角狀、次棱角-次圓狀。碎屑普遍具顆粒支撐，接觸較緊密，顆粒間多呈點(diǎn)-線接觸、線-凹凸接觸。根據(jù)砂巖碎屑成分統(tǒng)計(jì)，各類碎屑巖屑平均含量為38.5%，巖屑成分一般以沉積巖巖屑和淺變質(zhì)巖巖屑為主，少量巖漿巖巖屑。石英、長(zhǎng)石平均值分別為59.5%和3.5%。砂巖成分成熟指數(shù)Q/(F+R)在0.1～2.8之間，表明其成分成熟指數(shù)偏低(圖1)。粘土雜基主要成分為高嶺石和伊利石。高嶺石含量在2% ～13%之間，個(gè)別巖石中達(dá)15%;伊利石含量一般為2%～15%。膠結(jié)物主要為硅質(zhì)和方解石。硅質(zhì)膠結(jié)物一般以石英次生加大的形式出現(xiàn)或者以第二世代充填于環(huán)邊綠泥石剩余粒間孔中，形成綠泥石-硅質(zhì)膠結(jié)，含量一般為1% ～5%。方解石膠結(jié)物主要呈斑點(diǎn)狀充填粒間，含量一般為2% ～10%，個(gè)別層段方解石含量可達(dá)15% ～30%。砂巖中填隙物結(jié)構(gòu)類型為雜基-膠結(jié)物混合填隙，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)［2］。

圖1 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段巖石類型圖Fig.1 Triangular diagram of the rock types in the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

1.2 儲(chǔ)層孔隙類型及特征

通過對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖鑄體薄片觀察，根據(jù)孔隙分布位置、孔隙與顆粒和填隙物之間的關(guān)系，將下石盒子組盒3段儲(chǔ)集砂巖的孔隙劃分為以下5種主要孔隙類型。

1.2.1 粒間孔

粒間孔包括剩余粒間孔和次生粒間孔。剩余原生粒間孔是環(huán)邊綠泥石或早期硅質(zhì)膠結(jié)物形成之后剩余的粒間孔隙(圖2-I)。剩余原生粒間孔特征明顯，呈三角形、多邊形，孔隙周邊淀綠泥石環(huán)邊保存完好，無明顯溶蝕現(xiàn)象，孔徑大小一般在5～200μm之間。次生粒間溶孔主要由泥質(zhì)雜基溶蝕而成。由泥質(zhì)雜基被溶之后形成的粒間孔隙的面孔率值變化大，在1% ～20%之間。

1.2.2 粒內(nèi)溶孔

研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖的粒內(nèi)溶孔是由于長(zhǎng)石、巖屑不同程度地被溶蝕形成。本區(qū)砂巖中巖屑含量高，尤其是易溶的千枚巖、泥板巖大量存在，使粒內(nèi)溶孔在本區(qū)較為發(fā)育。鑄體薄片下長(zhǎng)石、巖屑的粒內(nèi)溶孔有孤立溶孔、粒內(nèi)蜂窩狀溶孔、粒內(nèi)微孔(圖2-II)。

1.2.3 晶間微孔

主要存在于細(xì)小的粘土礦物中，常見于粒間水云母雜基、泥質(zhì)雜基、高嶺石淀雜基中。本區(qū)的高嶺石化現(xiàn)象普遍，由碎屑蝕變的高嶺石或充填粒間的高嶺石中的晶間微孔非常發(fā)育(圖2-III)。此外還見有泥質(zhì)雜基中的微孔和泥巖屑中的微孔。微孔孔徑＜0.01㎜，是本區(qū)一種常見的孔隙類型。

1.2.4 鑄?？?/p>

由長(zhǎng)石、云母、巖屑等被徹底溶蝕形成，只保留顆粒的外形，有時(shí)可見顆粒被溶蝕后僅保留顆粒的綠泥石粘土包殼。鑄?？自谘芯繀^(qū)發(fā)育較好，大部分鑄?？紫稙殚L(zhǎng)石的板條狀外形。一般在0.1mm以上，面孔率一般不超過2%，為次要的儲(chǔ)集空間。如大5井中的長(zhǎng)石、巖屑強(qiáng)溶蝕形成的鑄?？纵^發(fā)育。

1.2.5 粒緣縫

為環(huán)邊綠泥石被溶蝕后形成的沿顆粒邊緣分布的微溶縫。縫寬0.01㎜左右，常發(fā)育于較粗粒碎屑邊緣。當(dāng)環(huán)邊綠泥石受到強(qiáng)溶蝕時(shí)，粒緣縫則呈網(wǎng)狀分布。

上述各種孔隙類型構(gòu)成了研究區(qū)儲(chǔ)集巖的儲(chǔ)集空間，這些儲(chǔ)集空間按主要的孔隙類型與次要孔隙類型組合關(guān)系，構(gòu)成各種不同的儲(chǔ)集巖類型。研究區(qū)對(duì)儲(chǔ)集砂巖的孔隙度、滲透率達(dá)到儲(chǔ)層要求的有效儲(chǔ)集巖按孔隙大小分類，小于0.01㎜的孔隙如粘土雜基微孔以及淀綠泥石中的晶間微孔等，劃分為微孔型儲(chǔ)集巖。而對(duì)大于0.01㎜的孔隙，如鑄模孔等，劃分為溶孔型儲(chǔ)集巖。研究區(qū)由于高嶺石粘土非常發(fā)育，同時(shí)酸性孔隙水對(duì)巖石的溶蝕作用，所以多以微孔-溶孔型組合儲(chǔ)集巖為主，微孔型次之［3］。

1.3 儲(chǔ)層物性特征

對(duì)研究區(qū)下石盒子組盒3段各種砂巖和泥巖中孔隙度﹥4%、滲透率﹥0.1×10-3μm2的樣品作物性分析，所得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表1)表明，研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖孔隙度和滲透率均為中-偏低。其次，對(duì)本區(qū)儲(chǔ)集砂巖的孔隙度、滲透率及其相關(guān)性進(jìn)行分析(圖3、4)表明，區(qū)內(nèi)孔隙度和滲透率呈正相關(guān)關(guān)系(圖5)，區(qū)內(nèi)盒3段儲(chǔ)集物性較好。在上述基礎(chǔ)上，通過對(duì)研究區(qū)有關(guān)鉆井盒3段孔隙度、滲透率分析，編制孔隙度和滲透率等值線平面圖(圖8)，并進(jìn)行了疊合，進(jìn)一步反映了區(qū)內(nèi)盒3段的孔隙度、滲透率在平面上的變化特征。

2 儲(chǔ)層主要控制因素

2.1 沉積相與儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)系

圖2 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段孔隙類型及成巖作用Fig.2 Porosity types and diagenesis of the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

表1 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段儲(chǔ)集砂體孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of the porosity(%)and permeability(10-3μm2)of the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

將塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段劃分為3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回(MSC1～MSC3)，以中期基準(zhǔn)面旋回的上升半旋回相域編制了巖相古地理圖(圖6)。從圖中可以看出，研究區(qū)的儲(chǔ)集砂體無一例外地發(fā)育于三角洲平原的分流河道砂體內(nèi)。MSC1期總體格局為發(fā)育辮狀河的三角洲平原，在神1井、大29井至大26井一帶，河床滯留砂體、心灘砂體和廢棄河道砂體交替發(fā)育，構(gòu)成以辮狀河道為主的東支分流河道網(wǎng)狀水系，以發(fā)育河床滯留砂體為主，砂體厚度為6～10m，為全區(qū)最厚的砂體。MSC2期因受湖水位上升、湖侵?jǐn)U大、陸源物質(zhì)供給量有所減少和地形變平緩的多種因素影響，分流河道的性質(zhì)開始向曲流河轉(zhuǎn)化，分為東支和西支分流河道砂體。其中，東支分流河道以發(fā)育河床滯留砂體為主，砂體厚度較薄，為4～6m;西支分流河道發(fā)育河床滯留砂體為主，砂體厚度也較薄，為5～6m。MSC3期保持了前期曲流河三角洲平原的沉積特征，發(fā)育東、西支分流河道，均以發(fā)育4～6m的河床滯留砂體為主。

圖3 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段砂巖孔隙度頻率直方圖Fig.3 Frequency histogram of the porosity of the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

圖4 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段砂巖滲透率頻率直方圖Fig.4 Frequency histogram of the permeability of the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

2.2 成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)系

沉積物的成巖作用受其成分、結(jié)構(gòu)、沉積成巖環(huán)境及盆地演化等諸多因素的制約［4-6］。在沉積成巖演化過程中，不同的成巖作用對(duì)沉積巖的儲(chǔ)集性能產(chǎn)生建設(shè)或破壞性作用。通過對(duì)研究區(qū)下石盒子組盒3段200多塊砂巖薄片的研究，根據(jù)薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡和X射線衍射等資料分析，識(shí)別出8類成巖作用。

圖5 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段砂巖孔隙度與滲透率關(guān)系圖Fig.5 Relationship between the porosity and permeability of the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

2.2.1 建設(shè)性成巖作用

(1)成巖早期環(huán)邊綠泥石膠結(jié)作用

砂巖中普遍發(fā)育環(huán)邊綠泥石沿粒間孔壁生長(zhǎng)形成第一世代膠結(jié)，環(huán)邊厚0.02～0.07mm。受環(huán)邊綠泥石保護(hù)，抗機(jī)械壓實(shí)作用能力增強(qiáng)，使得砂巖中部分原生粒間孔保存完好(圖2-IV)。同時(shí)環(huán)邊綠泥石在酸性水作用下可發(fā)生溶解形成粒緣縫而有利于油氣的運(yùn)移與存儲(chǔ)［7-8］。

(2)碎屑及填隙物的溶蝕作用

研究區(qū)的儲(chǔ)集砂巖組分中，填隙物和碎屑顆粒均受到不同程度的溶蝕作用，特別是碎屑顆粒普遍受到淡水或酸性孔隙水作用而發(fā)生溶蝕(圖2-II)。此外，部分粘土雜基也受到溶蝕。溶蝕作用大大地改善了砂巖儲(chǔ)層的孔滲性能，形成了區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集層的主要的儲(chǔ)集空間。

(3)高嶺石化作用

研究區(qū)的儲(chǔ)集砂巖表現(xiàn)出強(qiáng)烈的高嶺石化作用，同時(shí)自生高嶺石具有明顯的縱向分帶性。高嶺石大多是由碎屑蝕變而來。最常見的是由泥板巖、千枚巖、云母蝕變而來，部分由長(zhǎng)石及中酸性火山巖蝕變而來。出現(xiàn)強(qiáng)高嶺石化對(duì)微孔的增加無疑具建設(shè)性作用。

(4)巖屑及礦物的水化作用

圖6 塔巴廟地區(qū)下石盒子組MS C 1～MS C 3層序上升半旋回相域巖相古地理圖Fig.6 Sedimentary facies and palaeogeographic maps of the ascending semicycles within the MSC1-MSC3 sequences from the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

水化作用是指不含水或含水較少的礦物與水接觸轉(zhuǎn)變成含水或含水較多的礦物。包括各種巖屑，尤其是火山巖巖屑，構(gòu)成含水礦物和碎屑的水化現(xiàn)象。本區(qū)巖石中的伊利石、綠泥石、絹云母等礦物在大氣淡水、酸性孔隙水介質(zhì)下發(fā)生水化，增加了儲(chǔ)層的滲透率。

2.2.2 破壞性成巖作用

(1)機(jī)械壓實(shí)作用

根據(jù)對(duì)研究區(qū)砂巖的200余個(gè)薄片的觀察，儲(chǔ)集砂巖在上覆地層壓力不斷加大時(shí)，顆粒趨于緊密堆積，碎屑多呈點(diǎn)-線接觸或線-凹凸接觸，部分塑性巖屑、云母發(fā)生彎曲變形，泥巖屑變形呈假雜基。區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集砂巖經(jīng)受的壓實(shí)作用屬中-強(qiáng)壓實(shí)。該區(qū)經(jīng)壓實(shí)作用后保留下來的原生粒間孔隙度為8%～13%。

(2)膠結(jié)作用

膠結(jié)物的形成過程是縮小原生粒間孔隙的過程。研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖中，環(huán)邊綠泥石膠結(jié)物較普遍。綠泥石膠結(jié)物呈等厚環(huán)邊狀分布于粒間孔隙周邊，形成第一世代膠結(jié)物。部分原生粒間孔隙可被膠結(jié)物完全充填，對(duì)孔隙起到堵塞作用。

(3)交代作用

交代作用是儲(chǔ)集砂巖中較為廣泛發(fā)育的成巖作用現(xiàn)象。本區(qū)交代作用主要發(fā)生在碎屑與碎屑之間、填隙物與填隙物之間。最常見的是含鐵方解石充填粒間后對(duì)碎屑長(zhǎng)石、石英普遍發(fā)生的交代作用(圖2-V)，并見有方解石交代碎屑假像。

(4)次生加大作用

硅質(zhì)膠結(jié)物以石英加大邊的形式出現(xiàn)，加大邊多出現(xiàn)在石英顆粒的局部邊緣，向粒間孔中心擴(kuò)展，并占據(jù)部分粒間孔隙，對(duì)砂巖的孔隙度有一定影響。硅化作用在區(qū)內(nèi)具有較廣泛意義，因此對(duì)孔隙的充填破壞性較大(圖2-VI)。

2.3 成巖相類型與儲(chǔ)層的關(guān)系

經(jīng)大量巖石薄片、鑄體薄片觀察后，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集砂巖中存在不同的成巖相［7-8］，但均以壓實(shí)—膠結(jié)成巖相為主，膠結(jié)成巖相次之。并根據(jù)巖石孔隙發(fā)育情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后所得的平均值反映的溶蝕程度，得到下石盒子組盒3段的成巖相圖(圖7)，其中儲(chǔ)集砂巖主要成巖相特征如下:

圖7 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段儲(chǔ)集砂體成巖相圖Fig.7 Diagenetic facies diagram for the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

2.3.1 環(huán)邊綠泥石-硅質(zhì)-高嶺石膠結(jié)+溶蝕相

該成巖相主要發(fā)育在分流河道環(huán)境，其儲(chǔ)集主要空間為環(huán)邊綠泥石剩余原生粒間孔和高嶺石淀雜基中的晶間微孔隙，以及溶蝕作用造成的次生孔隙，主要見長(zhǎng)石及巖屑粒內(nèi)溶孔、泥質(zhì)雜基溶蝕孔隙。該成巖相主要位于研究區(qū)中西部，大12井-大13井-大39井一線。

圖8 塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒3段物性平面展布圖Fig.8 Planar distribution of the physical properties of the reservoir sandstones from the third member of the Lower Shihezi Formation in the Tabamiao region

2.3.2 雜基-環(huán)邊綠泥石-硅質(zhì)-高嶺石-鐵方解石膠結(jié)+溶蝕相

該成巖相見于分流河道砂巖中，主要受成巖壓實(shí)和膠結(jié)作用控制，部分孔隙中保留泥質(zhì)雜基，大多數(shù)孔隙中見有環(huán)邊綠泥石及含鐵方解石充填。巖石孔隙主要以溶蝕粒間孔和長(zhǎng)石、巖屑粒內(nèi)溶孔為主，發(fā)育少量水云母晶間微孔及粒間微縫。該成巖相主要分布于研究區(qū)西北和東南兩個(gè)地區(qū)。

2.3.3 環(huán)邊綠泥石-硅質(zhì)-伊利石成巖相+溶蝕相

主要分布于分流河道及泛濫平原相中，二世代伊利石可以生長(zhǎng)于環(huán)邊綠泥石剩余粒間孔中，也可以與其它膠結(jié)物共生。發(fā)育次生粒間孔、次生粒內(nèi)孔(有瀝青進(jìn)入)，微破裂縫等儲(chǔ)積空間。該成巖相主要分布于研究區(qū)西南和中東部地區(qū)。

3 有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)塊預(yù)測(cè)

在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲(chǔ)集砂體的沉積微相特征(圖6)、物性平面展布特征(圖8)和儲(chǔ)集砂體成巖相特征(圖7)，在研究區(qū)劃分出了Ⅱ、Ⅲ兩類有利勘探區(qū)(圖8)。其中Ⅱ類勘探區(qū)為分流河道沉積，砂體累計(jì)厚度為12～14m，為雜基-菱鐵礦-硅質(zhì)-高嶺石-含鐵方解石膠結(jié)+溶蝕相，砂體孔隙度為5% ～6%，滲透率為(0.4 ～0.6)×10 －3μm2;Ⅲ類勘探區(qū)也為分流河道沉積，砂體累計(jì)厚度為8～10 m，環(huán)邊綠泥石-硅質(zhì)-高嶺石-含鐵方解石膠結(jié)+溶蝕相，砂體孔隙度為7% ～9%，滲透率 ＞0.6×10－3μm2。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)下石盒子組盒3段砂巖主要為巖屑砂巖。砂巖顆粒分選中-差，主要為棱角狀、次棱角-次圓狀，具顆粒支撐，顆粒間多呈點(diǎn)-線接觸、線-凹凸接觸。膠結(jié)物主要為硅質(zhì)和方解石。砂巖中填隙物結(jié)構(gòu)類型為雜基-膠結(jié)物混合填隙，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)。

(2)盒3段儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素可歸結(jié)為3點(diǎn):①河道控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布范圍和規(guī)模;②成巖早期環(huán)邊綠泥石膠結(jié)、溶蝕等建設(shè)性成巖作用是形成儲(chǔ)層的基礎(chǔ);③成巖相擴(kuò)大了儲(chǔ)層的分布范圍，改善了儲(chǔ)層的物性。

(3)在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲(chǔ)集砂體的沉積微相特征和儲(chǔ)集砂體成巖相特征，在研究區(qū)劃分出Ⅱ、Ⅲ兩類有利勘探區(qū)。其中Ⅱ類勘探區(qū)為分流河道沉積，為雜基-菱鐵礦-硅質(zhì)-高嶺石-含鐵方解石膠結(jié)+溶蝕相;Ⅲ類勘探區(qū)也為分流河道沉積，為環(huán)邊綠泥石-硅質(zhì)-高嶺石-含鐵方解石膠結(jié)+溶蝕相，對(duì)區(qū)內(nèi)下一步的勘探開發(fā)具有良好的借鑒意義。

［1］賈會(huì)沖，張哨楠.鄂北塔巴廟地區(qū)上古生界儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素［J］.天然氣工業(yè)，2001，21(增刊):18 －23.

［2］王樹昆，陳紅漢，徐興永.塔巴廟區(qū)塊下石盒子組盒一段儲(chǔ)層巖石成分和成巖作用對(duì)物性的影響［J］.南方油氣，2006，19(1):20－23.

［3］謝風(fēng)猛，陳克勇，張哨楠，等.塔巴廟上古生界砂巖儲(chǔ)層成巖作用對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響［J］.物探化探計(jì)算技術(shù)，2007，29(3):224－229.

［4］王代國(guó).鄂爾多斯盆地塔巴廟地區(qū)二疊系下石盒子組盒1段砂巖成巖相與儲(chǔ)集性能關(guān)系［J］.地球科學(xué)與地球?qū)W報(bào)，2006，28(1):32－36.

［5］孫治雷，黃思靜，張玉修，王慶東，等.四川盆地須家河組砂巖儲(chǔ)層中自生綠泥石的來源與成巖演化［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26(3):459－464.

［6］蔡開平，樊世海，張本健，等.川西南部地區(qū)沙溪廟組沉積成巖特征與儲(chǔ)層關(guān)系研究［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2004，27(3):11－17.

［7］王京，趙彥超，劉琨，王家豪.鄂爾多斯盆地塔巴廟地區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層/酸性+堿性0疊加溶蝕作用與儲(chǔ)層質(zhì)量主控因素［J］.地球科學(xué)—中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，31(2):222－228.

［8］胡江柰張哨楠 李德敏.鄂爾多斯盆地北部下石盒子組-山西組成巖作用與儲(chǔ)層的關(guān)系［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，28(2):169－173.