蘇里格氣田桃2區(qū)塊盒8、山1段儲層成巖作用與孔隙演化

楊 勃，曾 偉

（1.西南石油大學研究生院，四川成都610500；2.西南石油大學）

1 基本情況

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是發(fā)育于上古生界二疊系碎屑巖系中大型砂巖巖性圈閉氣藏［1］。該區(qū)地層系統(tǒng)為盆地內(nèi)正常地層層序，二疊系自下而上可以劃分出下統(tǒng)太原組和山西組、中統(tǒng)石盒子組、上統(tǒng)石千峰組三個地層單元。桃2區(qū)塊山西組和石盒子組均由一套陸相碎屑巖構成，主力含氣層段為山1段和盒8 段，儲層物性較差，平均孔隙度6.13%。平均滲透率0.28×10-3μm2，研究認為成巖作用控制了儲層物性的好壞。

根據(jù)大量的鑄體薄片觀察、陰極發(fā)光分析、包裹體檢測以及掃描電鏡和X-射線衍射分析結(jié)果，蘇里格氣田桃2區(qū)塊儲層經(jīng)歷了多種成巖變化，對儲層物性有很大影響。降低孔隙度的成巖作用主要有壓實作用、壓溶作用和膠結(jié)作用，增大孔隙度的成巖作用主要為溶蝕作用（表1）。

2 壓實、壓溶作用

在桃2區(qū)塊盒8、山1段儲層常見的壓實現(xiàn)象有：①片狀、長條狀礦物順層分布；②石英、剛性巖屑等剛性顆粒的局部破裂與錯位，在陰極射線下常見石英顆粒的壓裂縫被石英膠結(jié)物重新愈合的現(xiàn)象；③片巖、千枚巖、板巖、泥頁巖、噴出巖等塑性顆粒的塑性變形與假雜基化。

表1 儲層主要成巖作用及對孔隙度的影響

當沉積物的埋深到達一定程度（一般為1 000～1 500 m），顆粒接觸點上的壓力超過正常孔隙流體壓力2～2.5倍時，就會發(fā)生壓溶作用。壓溶作用主要通過固體-溶液之間的物質(zhì)平衡來完成，不僅能引起石英顆粒體積的減小，使顆粒接觸更加緊密，而且壓溶組分SiO2還會作為膠結(jié)物沉淀下來，進一步降低孔隙。桃2區(qū)盒8、山1段儲層常見的壓溶現(xiàn)象是石英顆粒的凹凸鑲嵌接觸和縫合狀接觸。

由于盒8、山1段儲層地質(zhì)歷史時期埋藏深、巖石成熟度低，壓實、壓溶作用強，是儲層物性變差的主要原因之一。

3膠結(jié)作用

研究層段儲層中常見的膠結(jié)物有石英、方解石和高嶺石，另有少量的綠泥石、伊利石、白云石和黃鐵礦（表2）。

3.1 石英膠結(jié)物

石英膠結(jié)物是桃2區(qū)塊盒8、山1 段儲層中常見的膠結(jié)物之一，也是儲層物性較差的主要原因之一。盒8上亞段石英膠結(jié)物平均含量3.41%；盒8下亞段平均含量2.78%；山1 段平均含量3.34%（表2）。石英膠結(jié)物主要有兩期，一期以石英加大的形式出現(xiàn)，另外一期為充填孔隙的自生石英，以前者為主。

（1）第一期石英膠結(jié)物。第一期石英膠結(jié)物以石英加大邊的形式出現(xiàn)。石英加大的強弱程度與沉積物原始組分和結(jié)構有關，巖石粒度及石英顆粒、巖屑和雜基含量明顯控制了石英加大邊的含量（表3）。在中粒及以下粒級巖石中，石英加大很弱，石英加大邊平均含量一般小于2%，主要是這類巖石石英顆粒含量低，巖屑和雜基含量高，在早期壓實作用下其粒間孔隙基本消失，沒有石英加大的空間，也缺少石英加大的晶核。在粗砂巖中，石英加大很強，石英加大邊平均含量達5.66%，最大可達16%，造成大部分石英加大邊互相焊接、嵌合。

表2 填隙物含量統(tǒng)計

表3 粒度與石英加大邊含量關系

石英加大邊硅質(zhì)膠結(jié)物來源主要與壓溶作用有關，在雜基、早期膠結(jié)物含量和粒度大致相近的情況下，石英加大邊含量與石英顆粒含量呈正比（圖1），石英顆粒越多，石英加大越強，主要是因為石英顆粒含量越多，壓溶提供的SiO2就越多，因而石英加大就越強。石英加大邊中含有氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫度最小63℃，最大95℃，主要溫度范圍在70 ～90 ℃之間，如果按古地表溫度10 ℃、古地溫梯度3 ℃／100 m 計算，則石英加大從1 700 m開始，主要加大邊形成深度在2 000～2 500 m，與壓溶作用發(fā)生的主要深度一致［2-3］。

（2）第二期石英膠結(jié)物。第二期石英膠結(jié)物以自生石英的形式出現(xiàn)。它可以充填在石英加大后的殘余粒間孔中，也可以充填在粒內(nèi)溶孔和鑄?？字?。它既可以呈自形晶散布在孔隙中，也可以呈半自形或它形晶將較小的孔隙充填滿。這期石英膠結(jié)物含量較低，一般小于2%，個別可大于5%。自生石英硅質(zhì)膠結(jié)物來源可能主要與長石和巖屑的溶蝕作用有關。由于它不僅充填殘余粒間孔隙，而且充填各種溶蝕孔隙，表明形成于溶蝕作用之后。

圖1 石英加大邊含量與石英顆粒含量的關系

研究層段儲層中現(xiàn)今無長石，長石均發(fā)生了次生變化而消失，長石溶蝕必然產(chǎn)生過量的SiO2而導致自生石英的形成。自生石英中富含氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫度在90 ℃以上，最大可達138 ℃，主要溫度范圍在100～120 ℃之間，與溶蝕作用發(fā)生的溫度（深度）范圍一致。

3.2 方解石膠結(jié)物

方解石膠結(jié)物在桃2區(qū)塊盒8、山1 段普遍存在，含量一般在2%～5%，少數(shù)樣品含量可達30%，平均含量為3.30%。由于方解石膠結(jié)物含量高及其對原生和次生孔隙的充填，其本身又未發(fā)生溶蝕作用，是桃2 區(qū)塊儲層物性較差的又一重要原因。方解石膠結(jié)物有早、晚兩期，早期為無鐵方解石，晚期為含鐵防方解石，以前者為主。

（1）早期無鐵方解石。早期方解石膠結(jié)物主要呈孔隙式-基底式膠結(jié)，連晶狀產(chǎn)出，嚴重充填粒間孔隙和交代顆粒。主要出現(xiàn)在堤岸相、河道間的中、細粒巖屑砂巖中，這類砂巖常夾于泥巖中或與泥巖緊密相鄰，泥巖壓實水是鈣質(zhì)膠結(jié)物的主要來源，且此類巖石原始粒間孔隙細小，孔隙水交換能力弱，容易造成碳酸鹽的過飽和。早期方解石膠結(jié)物不常出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其含量就很高，一般在15%以上，最大可達30%。大量早期方解石膠結(jié)物嚴重堵塞孔隙，使這類巖石在成巖作用早期就變得很致密，阻止了后期酸性水的流動，因此在成巖作用晚期不僅溶蝕作用很弱，其他成巖作用也很難發(fā)生。

（2）晚期含鐵方解石。晚期方解石膠結(jié)物呈斑塊狀連晶膠結(jié)，充填粒間孔隙和各種溶蝕孔隙，并交代碎屑顆粒、雜基及早期膠結(jié)物（如早期方解石、高嶺石、石英加大、自生石英等）。晚期方解石膠結(jié)物含量較低，一般小于5%，主要出現(xiàn)在中、粗粒河道砂體中。晚期方解石為含鐵方解石，混合液染成紫紅色。從晚期方解石膠結(jié)物充填各種溶蝕孔隙和交代高嶺石、石英加大和自生石英來看，其形成時間較晚，在溶蝕作用和自生石英和高嶺石膠結(jié)作用之后，應該在中成巖B 亞期。晚期方解石膠結(jié)物富含氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫主要在130～140℃之間（圖2），高于自生石英。

圖2 晚期方解石膠結(jié)物氣液兩相包裹體均—溫度分布直方圖（部分數(shù)據(jù)來自蘇47-48區(qū)塊）

晚期方解石膠結(jié)物的鈣質(zhì)來源也可能與長石、巖屑的溶蝕有關，長石溶蝕可形成次生鑄?？紫逗拖蚩紫端刑峁┳杂呻x子（Ca，K 和Na），并最終導致晚期方解石膠結(jié)物的形成。

3.3 高嶺石膠結(jié)物

高嶺石膠結(jié)物含量較高，為主要的膠結(jié)物之一，通常半充填在粒間孔和溶蝕孔隙中，把這些大孔隙變成細小的高嶺石晶間孔隙，是桃2區(qū)塊盒8、山1段儲層物性較差的主要原因之一。

常見高嶺石與自生石英共同充填于粒間孔隙和各種溶蝕孔隙中，通過充填關系來看，高嶺石和自生石英兩者應是同時進行的，其形成時間應比溶蝕作用稍晚，應在中成巖A 階段晚期-中成巖B 階段。在陰極射線下發(fā)靛藍色光。

4 溶蝕作用

溶蝕作用是決定蘇里格氣田桃2區(qū)塊儲層物性好壞的重要因素之一，它能形成大量次生孔隙，對改善儲層物性起到積極作用，桃2區(qū)塊廣泛發(fā)育的粒內(nèi)溶孔、鑄模孔和雜基內(nèi)溶孔就是溶蝕作用的結(jié)果。

研究層段被溶組分主要是長石，次為淺變質(zhì)巖屑、火成巖屑、雜基等。長石均已發(fā)生次生溶蝕，只能從所形成的溶?？仔螒B(tài)或殘余物上識別出來。

溶蝕作用發(fā)生在中成巖A 階段，該階段內(nèi)有機質(zhì)達到成熟，在有機質(zhì)成熟過程中會產(chǎn)生大量的酸性水或有機酸，這種酸性水或有機酸隨泥巖的壓實而進入相鄰的砂巖中，使砂巖中的某些組分產(chǎn)生溶蝕，形成大量溶蝕孔。

5 結(jié)論

（1）盒8、山1段儲層壓實、壓溶作用強，是儲層物性較差的主要原因之一。

（2）儲層中石英膠結(jié)物、方解石膠結(jié)物和高嶺石膠結(jié)物發(fā)育，是儲層物性較差的又一重要原因。

（3）與有機酸有關的埋藏溶蝕作用是增大儲層孔隙度的主要原因，是形成有效儲層的關鍵。

（4）溶蝕作用與烴類運聚匹配是盒8、山1段巖性氣藏形成的重要條件。

［1］ 何自欣，付金華，席勝利，等.蘇里格大氣田成藏地質(zhì)特征［J］.石油學報，2003，24（2）：6-24.

［2］ McBride，Earle F.Quartz cement in sandstones：a review［J］.Earth Science Reviews，1989，（26）：69-112.

［3］ MoradS W H.Clay mineral cements in sandstones［J］.International Association of Sedimentoloists Special Publication，2003，（4）：30-42.