鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組成巖作用特征

辛紅剛（中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探部，陜西 西安 710018 長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院；低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021）

李雅楠（成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059）

淡衛(wèi)東，梁曉偉 李廷艷（中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探部，陜西 西安 710018；長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021）

王昌勇（成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059）

隴東地區(qū)位于白豹－慶陽(yáng)一帶，區(qū)域上位于伊陜斜坡西南部（圖1）。晚三疊世長(zhǎng)9油層組沉積期，研究區(qū)主要發(fā)育一套淺水三角洲沉積［1］，發(fā)育大面積厚層儲(chǔ)集砂體，同時(shí)研究區(qū)靠近吳旗和白豹生油洼陷中心，具備有利成藏條件，目前為長(zhǎng)慶油田重要的評(píng)價(jià)和接替層系。但受成巖作用的影響，長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖具有很強(qiáng)非均質(zhì)性。筆者旨在對(duì)該區(qū)長(zhǎng)9油層組成巖作用特征進(jìn)行深入研究，明確不同成巖作用類型對(duì)儲(chǔ)層的影響和控制，指導(dǎo)下一步的勘探與開發(fā)。

1 砂巖物質(zhì)組分特征

圖1 研究區(qū)位置圖

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集巖石類型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖及長(zhǎng)石砂巖，少量為巖屑砂巖（圖2）。巖中石英體積分?jǐn)?shù)φ（Q）介于20.4%～58.6%之間，平均值為35.1%，大多數(shù)為來自巖漿巖的單晶石英，少量為來自變質(zhì)巖的石英巖巖屑及沉積巖的燧石；長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)φ（F）總體較高但變化范圍較大，介于6.5%～67.9%，平均含量達(dá)42.9%，以正長(zhǎng)石為主；巖屑體積分?jǐn)?shù)φ（R）平均為22.0%，部分樣品可達(dá)45.2%，以千枚巖、板巖等變質(zhì)巖巖屑為主；重礦物以穩(wěn)定的自形鋯石、不穩(wěn)定的石榴石類為主，榍石和綠簾石次之，同時(shí)含有較多的電氣石、磁鐵礦、白鈦礦，但其含量一般不超過碎屑總體積的3%。

2 成巖作用類型及產(chǎn)物

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組沉積物埋藏之后主要經(jīng)歷了壓實(shí)－壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用、自生礦物充填作用及破裂作用，不同成巖作用類型對(duì)儲(chǔ)層造成的影響不同。

2.1 壓實(shí)、壓溶作用

成巖早期，沉積物隨著埋藏深度的增加或在構(gòu)造形變應(yīng)力的作用下，將發(fā)生機(jī)械壓實(shí)作用，云母等塑性碎屑顆粒發(fā)生強(qiáng)烈撓曲變形（圖3（a））。當(dāng)碎屑顆粒接觸點(diǎn)上所承受的應(yīng)力超過正?？紫读黧w壓力2～2.5倍時(shí)，顆粒接觸處的溶解度增高，將發(fā)生晶格變形并發(fā)生溶解，顆粒呈線接觸－凹凸接觸（圖3（b））。壓實(shí)－壓溶作用是導(dǎo)致原生孔隙度快速下降、儲(chǔ)層致密化的重要原因之一，其壓實(shí)速率及強(qiáng)度主要與碎屑巖儲(chǔ)集層的礦物成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.2 膠結(jié)作用

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖中膠結(jié)物類型豐富，主要有二氧化硅、方解石、濁沸石、綠泥石及伊利石等黏土礦物，不同膠結(jié)物及膠結(jié)類型對(duì)儲(chǔ)層影響較大。

1）早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用 主要形成于早成巖階段A期，自生綠泥石呈葉片狀（圖3（c））圍繞碎屑顆粒垂直顆粒表面向孔隙中心定向生長(zhǎng)，形成近于等厚的環(huán)邊（圖3（a）、（b））。早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物一般形成于富鎂和鐵的成巖流體環(huán)境，在三角洲前緣水下分流河道最為常見［2］，自生綠泥石包膜的發(fā)育對(duì)深埋藏條件下原生孔隙具有重要的保護(hù)作用［3］。

2）硅質(zhì)膠結(jié)作用 研究區(qū)長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖硅質(zhì)膠結(jié)作用主要有2種產(chǎn)狀：一種是充填粒間孔隙；另一種表現(xiàn)為石英的次生加大邊（圖3（d））。前者僅在少量樣品中可見，而后者廣泛分布于各地區(qū)延長(zhǎng)組砂巖中，次生加大邊寬度一般在10～50μm之間，個(gè)別顆?？蛇_(dá)100μm。

3）碳酸鹽膠結(jié)作用 長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖中的碳酸鹽膠結(jié)物以鐵方解石為主，含少量白云石和菱鐵礦。鐵方解石呈塊狀－嵌晶狀充填于粒間孔隙中，部分充填于次生溶孔并交代殘余長(zhǎng)石顆粒（圖3（e））。部分方解石膠結(jié)物中可見殘余的綠泥石環(huán)邊包膜，說明鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)生在早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用和長(zhǎng)石溶蝕作用之后。

4）濁沸石膠結(jié)作用 濁沸石膠結(jié)物的形成要求沉積物組分中必須含有較豐富的斜長(zhǎng)石或火山巖（灰）組分，一般形成于強(qiáng)堿性［4］、低CO2分壓［5］并且開放的水介質(zhì)環(huán)境，沉淀于早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)之后、有機(jī)質(zhì)成熟之前［6～8］。隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖中濁沸石主要以膠結(jié)物的形式，聯(lián)片狀充填于粒度較粗、分選較好及雜基含量少的中砂巖、細(xì)砂巖粒間孔隙中，常與自生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)相伴生（圖3（f））。

5）黏土礦物的膠結(jié)作用 隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組砂巖中自生伊利石以纖維狀、毛發(fā)狀、片狀、孔隙橋接和顆粒包膜形式存在（圖3（g）），而伊－蒙混層多呈蜂巢狀附著于碎屑顆粒表面（圖3（h））。伊利石及伊－蒙混層總量雖然不大（約占2%），但對(duì)儲(chǔ)層影響較大，會(huì)堵塞部分孔隙，大幅降低儲(chǔ)層滲透率。

2.3 交代作用

研究區(qū)長(zhǎng)9油層組砂巖中交代作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽礦物對(duì)長(zhǎng)石、石英及部分巖屑的交代，濁沸石交代斜長(zhǎng)石以及長(zhǎng)石的伊利石化、高嶺石化，其中以方解石交代長(zhǎng)石最為普遍（圖3（e））。交代作用主要發(fā)生在晚成巖作用A期，形成于偏堿性的成巖流體環(huán)境。

2.4 溶蝕作用

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組主要以長(zhǎng)石碎屑顆粒溶蝕作用為主（圖3（a）），主要發(fā)生在早成巖晚期及中成巖早期。長(zhǎng)石等易溶礦物的溶蝕作用主要與有機(jī)質(zhì)熱演化過程中酸性流體的排出有關(guān)，伴隨溶蝕作用的進(jìn)行，大量次生溶孔不斷形成，對(duì)砂巖儲(chǔ)集性能的提高具有重要意義。

2.5 破裂作用

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組取心段可見少量高角度的構(gòu)造破裂縫和近乎垂直層面發(fā)育的成巖壓裂縫，破裂面部分被方解石充填。在長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖中裂縫對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)并不大，但裂縫的形成有利于儲(chǔ)層滲透性的提高，并促進(jìn)溶蝕作用的進(jìn)行（圖3（i））。

2.6 自生礦物的充填作用

主要為充填粒間孔隙和粒內(nèi)溶孔的自生高嶺石及自生石英晶體，其中自生石英晶體多呈粒狀或柱狀（圖3（c）），自生高嶺石多呈六方板狀、手風(fēng)琴狀或蠕蟲狀。除少量高嶺石由泥質(zhì)雜基蝕變而來，大部分高嶺石及自生石英都來自孔隙水的沉淀物，主要為長(zhǎng)石溶蝕作用伴生產(chǎn)物，對(duì)砂巖孔喉有較強(qiáng)堵塞作用。

3 成巖序列及演化模式

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組泥巖中鏡質(zhì)體反射率（Ro）為0.8%～1.4%，伊－蒙混層中蒙皂石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（S））大多介于20%～30%，少量＜10%。同時(shí)流體包裹體分析顯示，長(zhǎng)9油層組油包裹體伴生鹽水均一溫度范圍為84～154℃，主要集中于90～150℃，少量＞150℃，表明絕大部分樣品處于中成巖階段，部分已進(jìn)入晚成巖階段（圖4）。

圖4 隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組成巖演化序列圖

3.1 同生－早成巖階段

同生期主要為云母、綠泥石等礦物發(fā)生水解，形成黏土及其他化學(xué)成分，并為其后的綠泥石環(huán)邊奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。早成巖階段，位于三角洲前緣附近，在偏堿性的孔隙流體作用下，自生綠泥石開始圍繞碎屑顆粒周圍生長(zhǎng)，形成早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物，同時(shí)濁沸石膠結(jié)物開始在部分原生粒間孔隙中沉淀。隨著沉積物埋深不斷加大，部分石英碎屑發(fā)生壓溶作用，就近沉淀形成硅質(zhì)膠結(jié)物，伴隨這一過程的進(jìn)行，碎屑顆粒由最初的點(diǎn)接觸逐漸變?yōu)榫€接觸－凹凸接觸。在早成巖階段B期有機(jī)質(zhì)進(jìn)入半成熟階段，有機(jī)酸開始對(duì)長(zhǎng)石等易溶組分進(jìn)行溶蝕，這一成巖時(shí)期孔隙總體呈快速下降的趨勢(shì)。

3.2 中成巖階段

進(jìn)入中成巖階段以后壓實(shí)－壓溶作用放緩，隨著有機(jī)質(zhì)熱演化的加深和有機(jī)酸的不斷排出，成巖流體性質(zhì)逐漸變?yōu)樗嵝?，長(zhǎng)石、濁沸石等碎屑開始大量溶蝕，在中成巖階段A期達(dá)到頂峰，伴隨大量次生溶孔的形成，砂巖孔隙度略有升高。長(zhǎng)石等礦物的溶蝕作用產(chǎn)生了新的二氧化硅及鋁硅酸鹽礦物，多以自生石英、自生鈉長(zhǎng)石及高嶺石的形式充填于粒間孔隙及粒內(nèi)溶孔。這一時(shí)期黏土礦物和碳酸鹽的膠結(jié)作用較為活躍，特別是中成巖階段B期，隨著有機(jī)質(zhì)的成熟和有機(jī)酸的減排，孔隙流體pH值逐漸升高，方解石充填、膠結(jié)原生粒間孔及粒內(nèi)溶孔，交代溶蝕殘余的長(zhǎng)石及石英。由于強(qiáng)烈的壓實(shí)導(dǎo)致巖石脆化，在上覆地層和構(gòu)造應(yīng)力作用下巖石容易發(fā)生破裂。

3.3 晚成巖階段

進(jìn)入晚成巖階段以后大部分成巖作用放緩或進(jìn)入休眠期，這一時(shí)期主要以延續(xù)的交代作用和破裂作用為特征。

4 結(jié)論

隴東地區(qū)長(zhǎng)9油層組成巖作用具有以下特征：

1）長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)集砂巖目前主要處于中成巖階段B期，少量已進(jìn)入晚成巖階段。

2）成巖作用類型豐富，但以壓實(shí)作用、早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用、溶蝕作用、碳酸鹽膠結(jié)作用及破裂作用對(duì)儲(chǔ)層影響最大。

3）壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層最具破壞性，前者是導(dǎo)致原生粒間孔急劇減少的主要原因，后者是造成儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)的重要因素。

4）早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用有利于原生粒間孔隙的保存，破裂作用對(duì)提高儲(chǔ)層滲透性起到直接作用，并且有利于孔隙流體的進(jìn)入和物質(zhì)的帶出，促進(jìn)了長(zhǎng)石、濁沸石等礦物溶蝕作用的進(jìn)行，這兩種成巖作用有利于改善砂巖儲(chǔ)集性能。

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