白豹地區(qū)長4+5段成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

羅乃菲 周瑤 張忠義 劉鑫 朱童 孫凌俊

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710021；3.中國石化華北石油工程有限公司錄井分公司，河南 鄭州 450000）

白豹地區(qū)長4+5段成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

羅乃菲1周瑤1張忠義2劉鑫2朱童1孫凌俊3

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710021；3.中國石化華北石油工程有限公司錄井分公司，河南 鄭州 450000）

根據(jù)鑄體薄片、熒光薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡、物性分析等分析化驗(yàn)資料，對(duì)鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長4+5段砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響進(jìn)行研究。白豹地區(qū)長4+5段砂巖儲(chǔ)層主要的成巖作用包括壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性起建設(shè)性的成巖作用是溶蝕作用；對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞性的成巖作用主要為壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用；綠泥石膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有雙重作用。

成巖作用 儲(chǔ)層 物性 白豹地區(qū) 鄂爾多斯盆地

0 引言

白豹地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中西部，為一平緩的西傾單斜構(gòu)造，東西寬73km，南北長79km，面積約5.767×103km2［1-2］。在單斜背景上由于差異壓實(shí)作用，在局部可形成起伏較小軸向近東西或北東向（隆起幅度10～30m）的鼻狀隆起［3］。研究區(qū)的主要含油氣層系為上三疊統(tǒng)延長組，為一套內(nèi)陸湖泊—三角洲沉積體系。該套沉積體系埋藏淺、油藏多、勘探命中率高，是研究區(qū)的主力勘探層系。其中，長4＋5段作為延長組的重要勘探層段之一，其油藏具有明顯的低孔低滲低產(chǎn)三低特征［4-5］。成巖作用是儲(chǔ)層儲(chǔ)能與產(chǎn)能的重要控制因素，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度、滲透率與產(chǎn)能都有重要的影響。因此，筆者通過鑄體薄片、熒光薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡、物性分析等分析化驗(yàn)資料，對(duì)鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長4+5段砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響進(jìn)行研究，解釋其低孔低滲機(jī)理，以期能對(duì)該區(qū)域的油氣勘探開發(fā)工作做出貢獻(xiàn)。

1 儲(chǔ)層的基本特征

根據(jù)顯微鏡下巖石骨架顆粒構(gòu)成特征統(tǒng)計(jì)，白豹地區(qū)長4＋5段巖石類型主要為長石砂巖和巖屑長石砂巖，少量為長石巖屑砂巖。巖石礦物成分中石英的體積分?jǐn)?shù)為12.6%～43%，平均為26.96%；長石體積分?jǐn)?shù)為23.7%～59.5%，平均為41.25%；巖屑體積分?jǐn)?shù)為11.25%～25.6%，平均為17.74%；填隙物體積分?jǐn)?shù)平均為19.49%，其主要成分為碳酸鹽膠結(jié)物和粘土膠結(jié)物，含有少量的硅質(zhì)、黃鐵礦等。

研究區(qū)長4+5段砂巖以細(xì)砂巖為主，碎屑粒徑主要為0.08～0.25mm。儲(chǔ)層砂巖分選中等，磨圓以次棱角狀為主，含有少量的次棱—棱角狀；支撐類型以顆粒支撐為主，接觸方式以線接觸為主，其次為線—凹凸接觸，還有少量的凹凸接觸；膠結(jié)類型以孔隙式和孔隙—薄膜式為主，其次為薄膜式膠結(jié)。

白豹地區(qū)長4+5段砂巖物性：孔隙度為8.0%～17.56%，平均為14.3%；滲透率最小值為0.004 mD，最大值為19.27mD，平均值為1.02mD。

2 成巖作用類型

鑄體薄片觀察、陰極發(fā)光分析及掃描電鏡觀察等研究表明，對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層有顯著影響的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用等。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是早期最主要的成巖作用，壓實(shí)作用

使得顆粒重新排列、破碎、變形等，從而使得儲(chǔ)層中孔隙大量減少、儲(chǔ)層致密［6］。根據(jù)鏡下觀察，白豹地區(qū)長4＋5段砂巖經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用，主要表現(xiàn)為：塑性顆粒（黑云母、泥巖巖屑、千枚巖巖屑和少量火山巖巖屑等）的塑性變形和扭曲（圖1-a）；顆粒沿長軸方向定向排列形成明顯的壓實(shí)定向組構(gòu)（圖1-b）。強(qiáng)壓實(shí)作用使研究區(qū)儲(chǔ)層原生孔隙大量破壞，儲(chǔ)層相對(duì)致密化。

圖1 白豹地區(qū)長4+5段成巖作用特征圖

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)的膠結(jié)作用主要有硅質(zhì)膠結(jié)作用、粘土礦物膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用。

2.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)作用

白豹地區(qū)長4＋5段砂巖中的硅質(zhì)膠結(jié)作用相對(duì)較弱，硅質(zhì)膠結(jié)物平均含量僅0.6%，其膠結(jié)類型以石英次生加大邊為主（圖1-c）。石英加大邊往往呈環(huán)邊狀包裹或半包裹碎屑石英顆粒，最寬可達(dá)1mm。

2.2.2 粘土礦物膠結(jié)作用

白豹地區(qū)長4＋5段砂巖中自生粘土礦物主要包括伊利石和綠泥石。從分布特征來看，它們主要呈薄膜狀包圍碎屑顆?；虺示w集合體充填粒間孔隙而呈孔隙式膠結(jié)。兩種粘土礦物的主要特征如下。

1）伊利石

在掃描電鏡下伊利石呈纖維狀和毛發(fā)狀（圖1-d），多充填孔隙或呈橋接式，部分以薄的孔隙襯里（或顆粒包膜）形式存在。這些伊利石堵塞喉道，對(duì)儲(chǔ)層砂巖的孔隙性具有極大的不利影響，是儲(chǔ)層的孔隙性和滲透性降低的重要原因［7］。

2）綠泥石

在白豹地區(qū)長4＋5段中，綠泥石主要呈微細(xì)葉狀或纖維狀垂直碎屑顆粒表面或者孔喉內(nèi)壁生長，以顆粒包膜和襯里的形式發(fā)育（圖1-e），環(huán)邊膠結(jié)物薄膜厚0.01～0.02mm。綠泥石薄膜包裹整個(gè)碎屑顆?；蛘吒采w部分顆粒，這說明綠泥石薄膜發(fā)育相對(duì)較早，為成巖作用早期的產(chǎn)物。從研究區(qū)砂巖綠泥石含量與壓實(shí)作用的關(guān)系來看（圖2），在綠泥石含量小于1%時(shí)，對(duì)壓實(shí)作用的抑制作用不強(qiáng)，但在綠泥石含量大于1%后，隨著綠泥石含量的增加，尤其是綠泥石含量大于5%后，對(duì)壓實(shí)作用的抑制越明顯，從而使得原生孔隙得以保存［8］。這說明綠泥石膜對(duì)機(jī)械壓實(shí)作用具有一定的抑制作用。較早的綠泥石發(fā)育一方面有效抑制了機(jī)械壓實(shí)。另一方面早期的綠泥石膜包裹顆粒，起到了分隔碎屑石英與孔隙流體的作用，抑制了石英次生加大的形成，這可能是研究區(qū)自生石英含量很低的重要原因。

圖2 白豹地區(qū)長4+5段砂巖綠泥石含量與壓實(shí)作用的關(guān)系圖

2.2.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

白豹地區(qū)長4＋5段砂巖中的碳酸鹽膠結(jié)物主要是方解石，含量最高可達(dá)36%，多是呈孔隙式充填（圖1-f），部分呈連晶式膠結(jié)（圖1-g），部分呈斑點(diǎn)狀分布于粒間孔隙或交代碎屑顆粒。碳酸鹽膠結(jié)物晶體大小各異［9］，從成巖早期到晚期都有發(fā)育，前期多以充填原生孔隙的方式出現(xiàn)，后期多以交代碎屑顆粒的方式發(fā)育。方解石沉淀堵塞了大部分的原生孔隙，對(duì)降低儲(chǔ)層砂巖孔隙度和滲透率有極大的作用。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用在改善研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖物性方面起著

重要作用，主要表現(xiàn)為：長石被溶解形成長石粒內(nèi)溶孔（圖1-h）或完全被溶蝕而形成鑄模孔；巖屑中易溶組分被溶蝕（圖1-i）。

3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

研究區(qū)長4＋5段儲(chǔ)層砂巖經(jīng)歷了多種成巖作用，這些作用互相疊加，不僅強(qiáng)烈地改變著研究區(qū)長4＋5段砂巖的組分和結(jié)構(gòu)，也極大地影響著砂巖的儲(chǔ)集性。根據(jù)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，可將其分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用［10］。研究區(qū)長4＋5段儲(chǔ)層破壞性的成巖作用主要有壓實(shí)作用、石英次生加大與方解石膠結(jié)作用等；建設(shè)性成巖作用主要是綠泥石膠結(jié)作用和溶蝕作用。

3.1 壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

壓實(shí)作用是研究區(qū)儲(chǔ)層物性降低的最重要因素。白豹地區(qū)長4＋5段砂巖壓實(shí)作用明顯，假定砂巖的原始孔隙度為40%［11］，從白豹地區(qū)長4＋5段膠結(jié)物含量—負(fù)膠結(jié)物孔隙度投點(diǎn)圖中（圖3）可以看出，絕大多數(shù)樣品都分布在圖的左下角，顯示了壓實(shí)作用是影響研究區(qū)長4＋5段儲(chǔ)層物性的第一重要因素。少部分樣品分布在圖的右上角，從這些樣品的顯微鏡下特征來看，它們具有很高的膠結(jié)物含量，這些膠結(jié)物基本上都是碳酸鹽礦物，因而這些樣品實(shí)際上代表了致密鈣質(zhì)層（孔隙度接近0）。

圖3 白豹地區(qū)長4＋5段膠結(jié)物含量—負(fù)膠結(jié)物孔隙度投點(diǎn)圖

3.2 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

白豹地區(qū)長4＋5段主要的膠結(jié)作用類型有碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物以及粘土礦物膠結(jié)物等。其中碳酸鹽膠結(jié)物主要對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用，硅質(zhì)膠結(jié)物（含量相對(duì)較低）對(duì)儲(chǔ)層無明顯的負(fù)面影響，毛發(fā)狀伊利石對(duì)儲(chǔ)層的滲透性有一定的負(fù)面影響，而自生綠泥石的沉淀則對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的改善作用。

碳酸鹽膠結(jié)物的沉淀是儲(chǔ)層砂巖中重要的破壞性成巖作用類型。從研究區(qū)長4＋5段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物含量與面孔率的關(guān)系來看，二者具有一定的負(fù)相關(guān)性（圖4）：當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量小于10%時(shí)，有較多的樣品具有較好的儲(chǔ)集性，如面孔率大于6%的樣品比例可達(dá)45%左右；當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量大于10%時(shí)，樣品的儲(chǔ)集性普遍較差，樣品的面孔率普遍低于4%。顯然較多碳酸鹽膠結(jié)物會(huì)明顯降低研究區(qū)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性，含較少碳酸鹽膠結(jié)物的砂巖是研究區(qū)的有利儲(chǔ)集巖。

圖4 白豹地區(qū)長4＋5段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物含量與面孔率關(guān)系圖

硅質(zhì)膠結(jié)作用以石英次生加大為主，加大后的石英相互貼合緊密，這改變了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，充填孔隙、切割喉道，使得儲(chǔ)層物性變差［12］。硅質(zhì)膠結(jié)作用既充填孔隙，也不為后期的溶蝕作用提供易溶物質(zhì)，對(duì)次生孔隙的形成有不利影響。鑒于研究區(qū)的硅質(zhì)膠結(jié)作用分布范圍和含量都較低，所以筆者認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性具有一定影響，但不是儲(chǔ)層物性較差的主要原因。

上文已分析研究區(qū)發(fā)育的綠泥石含量對(duì)研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)的發(fā)育具有明顯的抑制作用。綠泥石膠結(jié)作用除能抑制石英膠結(jié)外，另一個(gè)重要作用是提高顆?？箟盒阅埽?3-18］。從研究區(qū)儲(chǔ)層綠泥石膠結(jié)物含量與面孔率關(guān)系來看（圖5）：當(dāng)綠泥石膠結(jié)物含量小于5%時(shí)，隨著綠泥石膠結(jié)物含量的增加，儲(chǔ)層面孔率明顯增大，綠泥石膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性有明顯的改善作用；當(dāng)綠泥石膠結(jié)物含量大于5%時(shí)，隨著綠泥石膠結(jié)物含量的增加，儲(chǔ)層面孔率明顯逐漸降低，這主要是由于大量的綠泥石堵塞孔隙，從而降低了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性。因此，只有當(dāng)綠泥石膠結(jié)物含量較低時(shí)，其能夠提高顆粒抗壓實(shí)性、抑制膠結(jié)作用，對(duì)孔隙的保存有利；當(dāng)綠泥石膠結(jié)物含量較大時(shí)，其堵塞孔隙的作用大于其保存孔隙的作用，不利于儲(chǔ)層物性改善。

3.3 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

白豹地區(qū)長4＋5段儲(chǔ)層經(jīng)受了較強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用，原生孔隙遭受明顯破壞。晚期發(fā)育的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？讓?duì)儲(chǔ)層物性具明顯的改善作用，使得溶孔面孔率占總面孔率的28.23%（表1）。

圖5 白豹地區(qū)長4＋5段綠泥石膠結(jié)物含量與面孔率關(guān)系圖

表1 白豹地區(qū)長4＋5段各類型孔隙分布表

4 結(jié)論

1）白豹地區(qū)長4＋5段儲(chǔ)層砂巖以中—細(xì)粒長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，分選中等，磨圓以次棱角狀為主，支撐類型以顆粒支撐為主，接觸方式以線接觸為主，膠結(jié)類型以孔隙式和孔隙—薄膜式為主。

2）研究區(qū)主要發(fā)育的成巖作用有壓實(shí)、方解石膠結(jié)、綠泥石膠結(jié)及溶蝕作用，少量的硅質(zhì)膠結(jié)與伊利石膠結(jié)作用。

3）壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性主要起破壞性作用，溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性起建設(shè)性作用，綠泥石對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層具有雙重作用。

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（編輯：盧櫟羽）

B

2095-1132（2014）04-0009-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.003

修訂回稿日期：2014－07－08

國家自然科學(xué)基金（41172119）。

羅乃菲（1991－），碩士研究生，研究方向?yàn)閮?chǔ)層地質(zhì)學(xué)與地球化學(xué)。E-mail：luonaifei@yeah.net。