隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層成巖作用精細(xì)研究

鄭榮才，王海紅，侯長冰，王昌勇，吳艷艷

（1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司長慶油田超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅慶陽745100）

隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層成巖作用精細(xì)研究

鄭榮才1，王海紅2，侯長冰2，王昌勇1，吳艷艷1

（1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司長慶油田超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅慶陽745100）

長9油層組是鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)最具石油勘探潛力的地層單元之一，而有關(guān)該地層單元的儲層特征研究非常薄弱，成為制約該區(qū)長9油層組高效勘探開發(fā)的難點(diǎn)。在薄片鑒定、掃描電鏡、鏡質(zhì)體反射率和物性分析的基礎(chǔ)上，對隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層特征進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明：有利儲層發(fā)育的巖性主要為水下分流河道微相的中—細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石砂巖，是儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；機(jī)械壓實(shí)和方解石、石英及伊/蒙混層、伊利石、高嶺石和濁沸石等次生礦物的膠結(jié)作用對孔喉具有不同程度的封堵，是儲層孔隙縮減、滲透率降低的主要原因；早期次生綠泥石環(huán)邊和伊/蒙混層環(huán)邊膠結(jié)物雖然占據(jù)了部分孔隙和降低了儲層的孔隙度與滲透率，但同時(shí)也增強(qiáng)了砂巖的抗壓實(shí)能力和抑制了次生石英沉淀，是部分原生粒間孔隙得以保存和有利儲層發(fā)育的重要條件；深部有機(jī)酸熱液對不穩(wěn)定組分的溶蝕作用有利于各類次生孔隙的發(fā)育，對改善儲層的孔滲性貢獻(xiàn)最大，是形成優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵。

砂巖儲層；成巖作用；長9油層組；上三疊統(tǒng)延長組；隴東地區(qū)；鄂爾多斯盆地

0 引言

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，區(qū)域構(gòu)造上屬于伊陜斜坡西南部，并跨越天環(huán)坳陷東南邊緣［1］。自2008年以來隨著勘探的深入，鉆穿隴東地區(qū)長9油層組的鉆井逐漸增多并取得重要突破，如2009年完鉆的H62井經(jīng)壓裂試油獲得日產(chǎn)32.19 t的高產(chǎn)油流，展示了該區(qū)長9油層組巨大的石油勘探開發(fā)潛力。隴東地區(qū)長9油層組為一套淺水湖泊三角洲沉積體系的陸相中—細(xì)碎屑巖含煤沉積建造［2］，其沉積作用和相帶展布受北東、北西及南西向多物源的控制［2-3］，以南西向?yàn)橹魑镌?，發(fā)育有大面積呈南西—北東向展布且具有較大厚度和寬度規(guī)模的儲集砂體（圖1）。砂體儲集物性中等偏好，明顯受沉積環(huán)境和成巖作用的復(fù)合控制，目前長9油層組已成為隴東地區(qū)重要的評價(jià)和接替層系。由于隴東地區(qū)長9油層組尚處于勘探初期，有關(guān)其成巖作用特征、演化規(guī)律及其與儲層發(fā)育的關(guān)系缺乏深入的研究，因此，在已有沉積-層序和烴源巖特征研究的基礎(chǔ)上［2-4］，對該區(qū)長9油層組成巖作用及其與儲層發(fā)育的關(guān)系展開了精細(xì)研究，對指導(dǎo)長9油藏高效勘探開發(fā)具有重要意義。

圖1 隴東地區(qū)長9油層組沉積相略圖Fig.1 The sedimentary faciesof Chang 9 oil reservoir set in Longdong area

圖2 隴東地區(qū)長9油層組砂巖分類圖Fig.2 Plotof sandstone com ponentofChang 9 reservoir set in Longdong area

1 儲層巖石學(xué)特征

1.1 儲層巖石類型

根據(jù)154個(gè)砂巖樣品的碎屑成分含量統(tǒng)計(jì)，按照成分-成因分類標(biāo)準(zhǔn)［5］，隴東地區(qū)長9油層組儲層巖性主要為中—細(xì)粒巖屑長石砂巖，其次為長石砂巖，少量為長石巖屑砂巖（圖2）。砂巖的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍很低，平均僅為35.08%，主要由單晶石英組成，少量為歸入Q單元的變質(zhì)石英巖屑和燧石巖屑的多晶石英；長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)高且變化大，平均為42.94%，主要為鉀長石，部分為斜長石；巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高，平均為21.98%，主要為千枚巖、板巖、片巖及片麻巖等變質(zhì)巖屑，其次為以中基性噴出巖為代表的巖漿巖屑和歸入R單元的黑云母碎屑，還含有較多以泥質(zhì)巖為主的沉積巖屑、火成脈巖類的隱晶巖屑及少量的花崗巖屑。重礦物以鋯石和石榴子石為主，榍石和綠簾石次之，總體上具有成分成熟度低和不穩(wěn)定顆粒組分含量較高的特點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)特征上，雜基質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍很低，為1%～3%，以伊利石為主。研究區(qū)砂巖粒度以中粒為主，細(xì)粒次之，分選中等偏好，次棱角—次圓狀，結(jié)構(gòu)成熟度中等偏好。膠結(jié)方式有2種類型：其一為發(fā)育以綠泥石為主、次為伊/蒙混層黏土的環(huán)邊膠結(jié)，均為顆粒支撐的孔隙式膠結(jié)，少量為接觸式膠結(jié)；其二為不發(fā)育環(huán)邊的膠結(jié)方式，顆粒的接觸方式多為緊密的線型，部分為凹凸型接觸式膠結(jié)，膠結(jié)物主要為次生加大的石英和不均勻分布的方解石。

1.2 儲層成巖作用特征

1.2.1 機(jī)械壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用主要發(fā)生在成巖早期，是造成砂巖孔隙度損失最主要的因素［6］。隨著埋藏深度的增大，機(jī)械壓實(shí)作用使顆粒接觸漸趨緊密，由點(diǎn)接觸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)—線接觸和線接觸，局部出現(xiàn)凹凸接觸（圖版Ⅰ-1）。部分火山巖巖屑和云母碎屑等塑性組分受壓發(fā)生彎曲變形，碎屑顆粒長軸沿近水平方向定向排列（圖版Ⅰ-2）。塑性巖屑在埋藏期間經(jīng)歷的塑性變形導(dǎo)致孔隙空間大幅縮減，造成的孔隙度損失比同深度的剛性顆粒被壓實(shí)損失的孔隙度要大得多和快得多［7］，而且由塑性顆粒被壓后的塑性變形在剛性顆粒間形成假雜基，往往封堵喉道使孔隙不連通（圖版Ⅰ-2），儲層的滲透性因此而變得很差［6］。隴東地區(qū)長9油層組砂巖具中等壓實(shí)強(qiáng)度，包括云母和泥巖在內(nèi)的塑性巖屑含量中等偏高，由壓實(shí)作用造成的砂巖孔隙度縮減20%～30%，因此，機(jī)械壓實(shí)作用被認(rèn)為是隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層物性降低和孔隙結(jié)構(gòu)變差的主要因素之一。

1.2.2 膠結(jié)作用

根據(jù)薄片鑒定和掃描電鏡分析，隴東地區(qū)長9油層組砂巖的主要膠結(jié)物類型為次生的綠泥石、石英、濁沸石、方解石和鐵方解石，其次為白云石、長石和伊/蒙混層黏土礦物等。

（1）綠泥石等厚環(huán)邊膠結(jié)作用：呈薄膜狀附著在顆粒表面的次生綠泥石等厚環(huán)邊膠結(jié)結(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-3）在隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層中很普遍。發(fā)育次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的砂巖以點(diǎn)—線接觸為主，綠泥石呈顯微葉片狀（圖版Ⅰ-4）或米粒狀（圖版Ⅰ-5）垂直于顆粒表面并密集生長，但在顆粒接觸處不發(fā)育次生綠泥石（圖版Ⅰ-3），表明綠泥石環(huán)邊形成時(shí)已發(fā)生一定程度的機(jī)械壓實(shí)作用。部分不穩(wěn)定顆粒組分如長石和巖屑被部分或完全溶蝕后只剩下綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物，溶孔內(nèi)也未見繼續(xù)生長的綠泥石（圖版Ⅰ-3、圖版Ⅰ-6），又可說明綠泥石環(huán)邊膠結(jié)應(yīng)發(fā)生在溶蝕作用發(fā)生之前的早成巖階段A期晚時(shí)，與其形成環(huán)境60～70℃的溫度條件相符［8］。值得注意的是，石英次生加大在綠泥石環(huán)邊發(fā)育的位置一般不發(fā)育（圖版Ⅰ-3），而在綠泥石環(huán)邊缺乏處則很發(fā)育（圖版Ⅰ-7、圖版Ⅰ-8），僅部分較晚期的次生綠泥石生長于石英次生加大邊或充填孔隙的石英晶體之上，并有對石英進(jìn)行溶蝕的現(xiàn)象（圖版Ⅰ-9、圖版Ⅰ-10），這些現(xiàn)象目前有多種成因機(jī)制解釋［9-12］。由于綠泥石是富鎂、鐵的黏土礦物，形成過程中除了必要的同沉積期富鐵、鎂的物質(zhì)條件外，還需要相對高孔滲性和開放的砂體環(huán)境［12］，因此，其成因與物源和沉積微相關(guān)系非常密切。隴東地區(qū)長9油層組砂巖中的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)多發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道和河口壩砂體中［2］，且具備3個(gè)條件：①快速沉積的三角洲前緣砂體奠定了次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的高孔滲性和開放性環(huán)境；②砂體中火成巖巖屑和長石、黑云母的蝕變可提供豐富的鐵、鎂物質(zhì)（圖版Ⅰ-10）；③根據(jù)古鹽度分析，隴東地區(qū)長9沉積期屬于鹽度為2.7‰～7.7‰的微咸水—半咸水環(huán)境（已另撰文討論），具備形成早成巖階段堿性和還原性成巖流體的物質(zhì)和環(huán)境條件，因而非常有利于早成巖階段的綠泥石沉淀和形成環(huán)邊膠結(jié)結(jié)構(gòu)［11］。眾多勘探實(shí)踐業(yè)已證實(shí)次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)結(jié)構(gòu)不僅明顯提高了巖石固結(jié)強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，大大減緩了原生孔隙度的損失［7-12］，而且對次生石英的沉淀和膠結(jié)作用也具有非常強(qiáng)的抑制作用，因此，早成巖階段綠泥石環(huán)邊膠結(jié)非常有利于優(yōu)質(zhì)孔隙型砂巖儲層的形成。

（2）濁沸石膠結(jié)作用：濁沸石是隴東地區(qū)長9油層組獨(dú)具特色的膠結(jié)物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～8.0%，平均為1.84%，分布不均勻但范圍廣。在顯微鏡下，濁沸石以明顯的{110}晶面解理和具波狀消光特征易與長石顆粒相區(qū)分，主要充填于粒度較粗、分選較好和雜基含量低的中—細(xì)粒砂巖的粒間孔隙中（圖版Ⅰ-11、圖版Ⅰ-12），具有4種產(chǎn)狀：①以連晶狀充填多個(gè)粒間孔隙（圖版Ⅰ-11）；②交代長石顆粒（圖版Ⅰ-12）；③偶見充填粒間孔隙的濁沸石又被方解石交代的現(xiàn)象；④由于酸性水極易沿濁沸石的{110}解理縫進(jìn)行溶蝕而形成非常豐富的晶內(nèi)次生孔隙（圖版Ⅰ-11、圖版Ⅰ-12）。

關(guān)于鄂爾多斯盆地延長組濁沸石膠結(jié)物的成因，歷來有在埋藏成巖過程中由方解石與高嶺石反應(yīng)而成［13-14］和火山物質(zhì)水化及斜長石蝕變過程的衍生物［10，15-17］等多種觀點(diǎn)。濁沸石和斜長石都屬于架狀硅酸鹽，成分和結(jié)構(gòu)相似，濁沸石可在斜長石發(fā)生鈉長石化的過程中形成，因此，濁沸石成因常被認(rèn)為與砂巖富含斜長石碎屑或巖石化學(xué)成分相當(dāng)于斜長石的中酸性火山碎屑物質(zhì)密切相關(guān)。長9油層組砂巖通常具備含有較豐富的斜長石和火山物質(zhì)、鈉長石化較普遍和基本不含基性的鈣長石等特征，因而在堿性富鈉的孔隙水條件下，斜長石和火山物質(zhì)含量較高，有利于濁沸石形成［15-18］。隴東地區(qū)長9油層組砂巖早成巖階段B期至中成巖階段A期，當(dāng)有機(jī)質(zhì)成熟并釋放出有機(jī)酸進(jìn)入到長9油層組儲層中時(shí)，在砂巖中的斜長石和火山物質(zhì)發(fā)生蝕變與溶解的過程中，因長石中的鈣離子比鈉離子易溶，火山物質(zhì)和斜長石中的鈣離子析出而鈉離子進(jìn)入晶格而發(fā)生鈉長石化，同時(shí)也造成了濁沸石沉淀［10］，其轉(zhuǎn)化過程的化學(xué)式為

隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層中的濁沸石以常與次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)相伴生為顯著特點(diǎn)，且主要分布在原生孔隙發(fā)育的水下分流河道連續(xù)疊置的砂體中。綠泥石環(huán)邊和濁沸石的形成都需要開放的堿性環(huán)境和較豐富的斜長石和火山物質(zhì)，但形成濁沸石的堿性條件較次生綠泥石更高和更加苛刻［12］，因此，發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)時(shí)不一定發(fā)育濁沸石，但濁沸石發(fā)育處一般都可見到綠泥石。鑒于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)發(fā)生在有機(jī)質(zhì)成熟之前，隨著埋藏深度的加大及斜長石和火山物質(zhì)的蝕變與水解作用加強(qiáng)，孔隙流體pH值不斷升高，當(dāng)流體中CO2分壓較低時(shí)沉淀濁沸石。而伴隨有機(jī)質(zhì)成熟之后，隨著有機(jī)酸產(chǎn)生和CO2分壓增大，pH值下降，濁沸石比碳酸鹽更不穩(wěn)定，更易發(fā)生次生溶蝕而形成豐富的濁沸石次生溶孔，因此，砂體中常見綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的剩余原生粒間孔與濁沸石溶解形成的次生溶孔組合。

（3）普通方解石膠結(jié)作用：方解石膠結(jié)物是隴東地區(qū)長9油層組砂巖中常見的但分布很不均勻的膠結(jié)物之一，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～12%，平均為0.74%。在發(fā)育有方解石膠結(jié)物的部位，方解石晶體較粗大，以充填多個(gè)孔隙的連晶膠結(jié)為主，鑲嵌于膠結(jié)物中的碎屑顆粒多表現(xiàn)為點(diǎn)接觸形式（圖版Ⅰ-13、圖版Ⅰ-14），表明方解石膠結(jié)物的沉淀發(fā)生在強(qiáng)烈壓實(shí)之前，多為早成巖階段大氣水滲流帶沉淀的膠結(jié)物，對原生孔喉具有強(qiáng)烈的堵塞作用，但由于其分布不均勻，對儲層孔滲性的破壞具有較大的局限性，一般出現(xiàn)在原始孔滲性很好的河道砂體底部，形成俗稱“鈣尖”的局部致密鈣質(zhì)膠結(jié)帶。

（4）鐵方解石膠結(jié)作用：鐵方解石膠結(jié)物是隴東地區(qū)長9油層組砂巖中常見的且分布均勻的較晚期碳酸鹽膠結(jié)物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～18%，平均為1.8%，明顯高于早成巖階段普通方解石膠結(jié)物。鐵方解石以充填孔隙和交代長石或不穩(wěn)定巖屑組分形式產(chǎn)出，局部可見鐵方解石交代濁沸石膠結(jié)物的現(xiàn)象（圖版Ⅰ-15），因此，其形成時(shí)間為比方解石和濁沸石膠結(jié)作用相對更晚一些的中成巖階段A期。其成因與深部排放的熱液體溶蝕作用有關(guān)，一般分布于分流河道砂體的頂部，可形成局部致密膠結(jié)帶和具有成巖圈閉性質(zhì)的封堵層。

（5）次生硅質(zhì)膠結(jié)作用：隴東地區(qū)長9油層組砂體中的次生硅質(zhì)膠結(jié)作用發(fā)育廣泛，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～10%，平均為1.52%，有2種產(chǎn)出類型：①圍繞石英碎屑邊緣生長的次生加大邊，致使石英顆粒彼此鑲嵌在一起而致密化（圖版Ⅰ-16），此類型僅出現(xiàn)在不發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的石英碎屑表面，在陰極射線下次生石英加大邊具有較亮的白色陰極發(fā)光性，與具較暗藍(lán)紫色和棕色陰極發(fā)光性的碎屑顆粒很容易區(qū)別（圖版Ⅰ-17）；②以分散的自形微晶形式充填于粒間孔隙中（圖版Ⅰ-18、圖版Ⅰ-19）。以這2種形式存在的次生石英膠結(jié)作用對孔喉都具有中等偏強(qiáng)的堵塞作用，因此，對儲層的孔滲性具有較強(qiáng)的破壞性。

（6）次生伊利石膠結(jié)作用：次生伊利石膠結(jié)作用在隴東地區(qū)長9油層組砂體中也較常見，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～12%，平均為1.07%。掃描電鏡觀察結(jié)果表明，次生伊利石多以纖維狀和片狀集合體的橋接形式存在（圖版Ⅰ-20～Ⅰ-22），并可見次生伊利石在交代長石碎屑的同時(shí)伴隨有次生石英沉淀的現(xiàn)象（圖版Ⅰ-21、圖版Ⅰ-22），這是因?yàn)槌蓭r過程中成巖流體運(yùn)移緩慢，由長石蝕變形成的伊利石不能被流體帶走而在原地沉淀和充填孔隙空間，堵塞孔喉而使儲層物性變差。需要指出的是，呈集合體橋接形式存在的纖維狀伊利石在流體運(yùn)移時(shí)易被破碎，形成可移動(dòng)的小碎片堵塞喉道，可大幅降低儲層的滲流能力，其含量與滲透率呈明顯的負(fù)相關(guān)性。因此，砂巖儲層中次生伊利石的存在不僅降低了儲層的孔滲性，同時(shí)也是造成砂巖儲層具有速敏性的主要原因。

（7）伊/蒙混層黏土膠結(jié)作用：隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層中還常見到發(fā)育于早—中成巖階段的伊/蒙混層黏土環(huán)邊膠結(jié)作用，其特點(diǎn)為伊/蒙混層黏土呈絮片狀和菜花狀圍繞碎屑顆粒生長（圖版Ⅰ-23～Ⅰ-25）。具有伊/蒙混層環(huán)邊包膜膠結(jié)的砂巖保存有較好的剩余原生粒間孔隙，面孔率可達(dá)5%以上，屬于有利于儲層發(fā)育的建設(shè)性成巖作用。

（8）高嶺石膠結(jié)作用：隴東地區(qū)長9油層組高嶺石膠結(jié)物（圖版Ⅰ-26）含量少且分布不均勻，但具有特殊的成因意義。次生高嶺石的晶形較好，呈假六方板狀、柱狀、書頁狀和蠕蟲狀分布于具有次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)或次生石英加大邊膠結(jié)的，且方解石或濁沸石膠結(jié)物都被強(qiáng)烈溶蝕的次生孔隙中，部分高嶺石集合體具長石假象，六方板狀的晶體邊緣也常見被溶蝕的現(xiàn)象，因此，次生高嶺石被認(rèn)為是中成巖階段A—B期有機(jī)酸熱液溶蝕長石和濁沸石膠結(jié)物的產(chǎn)物［10］，具有表征中成巖階段存在有機(jī)酸熱液溶解和蝕變作用的特殊成因意義。

（9）其他膠結(jié)物：隴東地區(qū)長9油層組還常見到少量的次生鈉長石、鉀長石、白云石及鐵白云石膠結(jié)物，其中，次生鈉長石呈柱狀或鑲嵌狀充填粒間溶蝕孔隙（圖版Ⅰ-27），由于鈉長石化作用提高了孔隙水中鈣離子的活度，可促使粒間孔隙次生碳酸鹽類礦物的生成，因此，鈉長石化往往與鐵方解石膠結(jié)作用相伴生；偶爾可見次生鉀長石多呈加大邊形式出現(xiàn)（圖版Ⅰ-28）；白云石和鐵白云石膠結(jié)物偶爾可見，一般以白云石為主，其產(chǎn)狀主要呈晶粒狀集合體，局部或完全充填次生粒間溶孔。這幾類次生礦物因含量普遍很低，膠結(jié)作用弱，對砂巖儲層的孔滲性影響不大，儲層評價(jià)時(shí)可忽略不計(jì)。

圖3 隴東地區(qū)長9油層組成巖演化序列與儲層發(fā)育關(guān)系模式Fig.3 Diagenetic sequence and reservoir development pattern of Chang 9 oil reservoir set in Longdong area

1.2.3 溶蝕作用

隴東地區(qū)長9油層組的溶解作用可從早成巖階段A期延續(xù)至中成巖階段B期，以長石和火山碎屑等不穩(wěn)定組分為主要溶解對象。其中：早成巖階段A期的溶蝕作用發(fā)生在開放的偏堿性低溫孔隙水流體系統(tǒng)中，溶蝕作用相對較弱，主要是使少量不穩(wěn)定碎屑顆粒如長石和火山物質(zhì)發(fā)生溶解和形成少量次生孔隙，相伴隨的是次生綠泥石或伊/蒙混層環(huán)邊及碳酸鹽充填等形式的早期膠結(jié)作用；中成巖階段溶蝕作用發(fā)生在深部排放的有機(jī)酸熱液流體系統(tǒng)中，相對較強(qiáng)烈，溶蝕流體的成因與晚侏羅世—早、中白堊世延長組埋藏深度加大并達(dá)到生油門限深度，且有機(jī)質(zhì)熱演化進(jìn)入脫羧基階段和排出大量羧酸和CO2并進(jìn)入孔隙流體中，形成對鋁硅酸鹽和碳酸鹽具有強(qiáng)烈溶蝕能力的有機(jī)酸熱液有關(guān)。當(dāng)有機(jī)酸熱液通過疏導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入砂巖孔隙中，促使其中的不穩(wěn)定組分如長石碎屑、巖屑及濁沸石和碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶解和遷移，可形成大量粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔，鑄模孔和溶縫，有效地改善了儲層的孔滲性。因此，中成巖階段A期的有機(jī)酸熱液溶蝕作用對砂巖次生孔隙的形成和儲層發(fā)育具有非常重要的意義。

1.3 成巖階段劃分

隴東地區(qū)長9油層組成巖階段的劃分主要考慮有機(jī)質(zhì)熱成熟度指標(biāo)、混層黏土礦物的混層比、古地溫、次生礦物組合及其形成順序等有關(guān)方面的證據(jù)：①泥巖中的干酪根鏡質(zhì)體反射率Ro值為0.844～1.404，平均為1.06，對應(yīng)的成巖溫度為85～120℃，與王傳遠(yuǎn)等［19］測定的流體包裹體均一溫度（100～120℃）相一致。②根據(jù)X射線衍射分析結(jié)果，伊/蒙混層黏土的混層比約為30%，可確定其演化處于中成巖階段A期晚時(shí)至B期，與區(qū)域上長9烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化恰好進(jìn)入成熟—高成熟階段［4］相一致。③王傳遠(yuǎn)等［19］對流體包裹體特征進(jìn)行了研究，并得出“油氣第二次大規(guī)模充注成藏期次發(fā)生在早、中白堊世”的認(rèn)識。按照該時(shí)期長9油層組上覆地層厚度為3500～4000m［1］、地溫梯度為2.2～2.8℃/hm［19-20］和地表年平均溫度為15℃推算的隴東地區(qū)長9油層組成巖溫度為102～115℃，恰好處于中成巖階段B期。④根據(jù)成巖作用類型和各類次生礦物形成次序，可將隴東地區(qū)長9油層組成巖演化史劃分為2個(gè)階段、4個(gè)亞階段和2個(gè)成巖系統(tǒng)［21］（圖3），其中早期成巖作用發(fā)生在堿性地層水成巖系統(tǒng)中，成巖序列依次為機(jī)械壓實(shí)→次生綠泥石、伊/蒙混層環(huán)邊和方解石膠結(jié)（包括同期伊利石和石英次生加大膠結(jié)）→長石和火山物質(zhì)溶蝕和濁沸石膠結(jié)等；中期成巖作用發(fā)生在深部有機(jī)酸熱液成巖系統(tǒng)中，成巖序列依次為溶蝕作用→鐵方解石（或白云石、鐵白云石）交代碎屑和充填膠結(jié)→高嶺石化（包括同期次生長石和石英）→構(gòu)造破裂等。由于各成巖作用的發(fā)生和次生礦物的沉淀都需要特定的時(shí)間段來完成，在同一時(shí)間段內(nèi)可能會發(fā)生多種成巖作用，它們在時(shí)間和空間上的組合具備一定的錯(cuò)時(shí)性和疊加關(guān)系，對儲層發(fā)育既有破壞性，也有建設(shè)性，因此，儲層的發(fā)育和演化過程是一個(gè)破壞性和建設(shè)性成巖作用交替進(jìn)行的錯(cuò)綜復(fù)雜過程。圖3即為描述這一過程與孔隙演化關(guān)系的模式。

2 成巖作用與儲層發(fā)育關(guān)系

2.1 儲層物性特征

根據(jù)數(shù)百件樣品物性資料分析，隴東地區(qū)長9油層組儲層孔隙度為3.7%～19.3%，平均為10.29%，主峰位于8%～12%；滲透率為0.05～55.05mD，平均為2.952mD，主峰位于0.1～10.0mD。因此，僅就儲層的孔隙度和滲透率而言，按照碎屑巖天然氣藏儲層國家分類標(biāo)準(zhǔn)［22］，屬于典型的中—低孔、低滲儲層。儲層孔隙度與滲透率相關(guān)性中等偏好，相關(guān)系數(shù)為0.703 6（圖4），表明砂巖儲集能力主要依賴砂巖的基質(zhì)孔隙度與喉道，然而部分同一孔隙度百分含量水平樣品的滲透率差別可達(dá)2～3個(gè)數(shù)量級，說明局部發(fā)育的裂縫對改善滲透性具有很大貢獻(xiàn)。

圖4 隴東地區(qū)長9油層組孔隙度和滲透率相關(guān)性Fig.4 The relation between porosity and pemerbility of Chang 9 oil reservoir set in Longdong area

2.2 成巖作用對儲層發(fā)育的控制

2.2.1 膠結(jié)作用對儲層發(fā)育的控制

膠結(jié)作用是影響巖石儲集性能的重要因素。隴東地區(qū)長9油層組膠結(jié)作用主要包括次生黏土礦物、濁沸石、碳酸鹽及硅質(zhì)等膠結(jié)作用，不同類型的膠結(jié)物對儲層發(fā)育具有不同的影響，包括建設(shè)性和破壞性2個(gè)方面的作用。

（1）次生黏土礦物膠結(jié)作用：主要為早成巖階段次生綠泥石和伊/蒙混層環(huán)邊膠結(jié)作用，以孔隙環(huán)邊或孔隙充填物方式存在于原生粒間孔中，使原生粒間孔隙和喉道減小，降低了儲層的原始孔滲性。然而，形成于早成巖階段的次生綠泥石和少量的伊/蒙混層環(huán)邊膠結(jié)有效地加強(qiáng)了砂巖顆粒的支撐性而具有抗壓實(shí)能力，對部分原生粒間孔隙的保存具有重要貢獻(xiàn)。在發(fā)育有次生綠泥石或次生伊/蒙混層環(huán)邊膠結(jié)作用的砂巖中，當(dāng)環(huán)邊膠結(jié)物薄膜厚度＞5μm時(shí)，可有效地抑制碎屑顆粒成核生長，特別是抑制石英的壓溶和次生加大，對剩余原生孔隙的保存和后期進(jìn)一步的溶蝕作用所提供的滲流通道均具有積極意義。

（2）濁沸石膠結(jié)作用：大多數(shù)充填于次生綠泥石環(huán)邊膠結(jié)后保存的剩余原生粒間孔中，使孔隙和喉道進(jìn)一步縮小，導(dǎo)致儲層物性變差。同時(shí)濁沸石對流體的酸度很敏感，當(dāng)pH值降低時(shí)，其比方解石更容易溶解，因此，在中成巖階段更易被有機(jī)酸熱液溶蝕而產(chǎn)生豐富的溶孔，對提高儲層物性貢獻(xiàn)很大。

（3）碳酸鹽膠結(jié)作用：類型較多，以早成巖階段的方解石和中成巖階段的鐵方解石為主，常呈晶粒狀或連晶狀充填粒間孔隙并進(jìn)行膠結(jié)。從碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度關(guān)系圖［圖5（a）］可看出，隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加，孔隙度急劇減小，二者呈負(fù)相關(guān)性。顯然，碳酸鹽膠結(jié)物含量是造成隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層孔滲性變差和形成致密砂巖的主要因素之一，而少量（鐵）白云石膠結(jié)作用對儲層影響并不大。

（4）硅質(zhì)膠結(jié)作用：主要表現(xiàn)為碎屑石英的次生加大，部分以充填孔隙的細(xì)小自形微晶出現(xiàn)。這2種產(chǎn)出方式的次生石英都具有堵塞孔、喉的作用而使孔隙度有所下降［圖5（b）］，但由于次生石英數(shù)量有限，隴東地區(qū)長9油層組砂巖的硅質(zhì)膠結(jié)作用并不強(qiáng)烈，因此，不是造成儲層物性變差的主要因素。

2.2.2 溶蝕作用對儲層發(fā)育的控制

根據(jù)已有資料的綜合分析，可確定隴東地區(qū)長9油層組砂巖儲層早成巖階段的溶蝕作用很弱，對儲層發(fā)育影響不大，可忽略不計(jì)，而中成巖階段溶蝕作用中等偏強(qiáng)，以長石、火山巖巖屑和濁沸石膠結(jié)物為主要對象的溶蝕作用非常強(qiáng)烈，產(chǎn)物主要為各類次生溶孔和充填次生溶孔的熱液高嶺石。根據(jù)成巖序列和鏡質(zhì)體反射率資料，可確定溶蝕作用主要發(fā)生在85～120℃的中成巖階段A—B期，該階段恰好處于有機(jī)質(zhì)熱演化進(jìn)入有強(qiáng)烈脫羧基作用和大量衍生有機(jī)酸熱液的低成熟—成熟階段，相繼進(jìn)行的是大規(guī)模油氣充注的成藏期［19］。因此，中成巖階段A—B期有機(jī)酸熱液溶蝕形成的各類次生孔隙幾乎都為有效儲集空間，對提高儲層的孔滲性貢獻(xiàn)最大，是發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵。

圖5 隴東地區(qū)長9油層組碳酸鹽膠結(jié)物含量（a）和硅質(zhì)膠結(jié)物含量（b）與孔隙度關(guān)系圖Fig.5 The relationsofporosityw ith carbonate cements（a）and quartz cements（b）of Chang9 oil reservoir set in Longdong area

3 結(jié)論

（1）隴東地區(qū)長9油層組儲層巖石類型主要為中—細(xì)粒巖屑長石砂巖，其次為長石砂巖，少量長石巖屑砂巖，孔隙度平均為10.29%，滲透率平均為2.952mD，屬于典型的中—低孔、低滲儲層。

（2）隴東地區(qū)長9油層組成巖作用類型豐富，以機(jī)械壓實(shí)作用、次生礦物膠結(jié)作用（包括以次生綠泥石為主的各類黏土礦物、碳酸鹽礦物、次生石英、濁沸石及長石等）和溶蝕作用對儲層發(fā)育的影響最為明顯。

（3）成巖作用與儲層發(fā)育的關(guān)系為：機(jī)械壓實(shí)和各類次生礦物的充填膠結(jié)作用是儲層物性變差的主要原因；早期次生綠泥石（或伊/蒙混層）環(huán)邊膠結(jié)作用增強(qiáng)的抗壓實(shí)能力及其對碎屑石英次生加大的抑制作用，是部分原生粒間孔隙得以較好保存的重要原因，也是形成隴東地區(qū)長9油層組孔隙型儲層的物質(zhì)基礎(chǔ)；濁沸石雖然也是堵塞孔隙重要的膠結(jié)物類型之一，但其在低pH值的環(huán)境中易被溶解的特性非常有利于次生孔隙的發(fā)育；中成巖階段A—B期有機(jī)酸熱液溶蝕形成的各類次生孔隙大多都為有效儲集空間，對改善儲層物性的貢獻(xiàn)最大，是形成優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵。

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圖版Ⅰ

（本文編輯：王會玲）

Diagenesisof sandstone reservoir of Chang 9 oil reservoir set in Longdong area,Ordos Basin

ZHENG Rongcai1，WANG Haihong2，HOU Changbing2，WANG Changyong1，WU Yanyan1
（1.State Key Laboratory ofOiland Gas ReservoirGeology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.The Fourth Section ofUltra-low PermeabilityReservoirs，PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang745100，Gansu，China）

Chang 9 oil reservoir set is one of the potential hydrocarbon exploration targets in Longdong area,Ordos Basin,while its reservoir featuresarenotclearand becamea constrainton theefficientexploration and developmentof Chang 9 oil reservoir set.Based on the data of thin section,SEM,vitrinite reflectance and physical properties,this paper studied the reservoir featuresof Chang9 oil reservoirset.The resultsshow that the favorable rock typescomprise medium to fine-grained lithic arkosesand feldspathic sandstonesofunderwater distributary channelmicrofacies,and they are the foundation for the reservoir development.Mechanical compaction and cementation of calcites,quartz, illite/smectite,illite,kaoliniteand laumontiteoccluded the poresin differentdegrees,and they are themain causes for the reduced porosity and permeability.Early authigenic chlorite rim and illite/smectite rim cements enhanced the capacity of compaction resistance,inhibited quartz cementation,and saved large numbers of primary intergranular pores.Hydrothermaldissolution bydeep organicacid hasgreatestcontributions to improve the porosityand permeability ofthe reservoirsby producingsecondary pores,and it iscrucial for thedevelopmentof thehigh quality reservoirs.

sandstone reservoir；diagenesis；Chang9 oil reservoir set；Upper Triassic Yanchang Formation；Longdong area；OrdosBasin

TE122.3 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A

1673-8926（2014）01-0001-09

2013-09-15；

2013-10-10

國家“十二五”重大科技專項(xiàng)“鄂爾多斯盆地重點(diǎn)探區(qū)碎屑巖沉積體系、儲層特征與主控因素”（編號：2011ZX05002-001-001）資助

鄭榮才（1950-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。地址：（610059）四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號。E-mail：zhengrc@cdut.edu.cn。