鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

王妍芝，陳石虎，楊 超

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.中國石化中原石油工程有限公司鉆井三公司；3.陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探隊(duì)）

鄂爾多斯盆地中生界上三疊統(tǒng)延長組是盆地內(nèi)陸湖泊形成后的第一套生、儲(chǔ)油巖系，是以河流－湖泊相為主的陸源碎屑巖沉積［1］，其經(jīng)歷了一個(gè)陸相大型湖盆從發(fā)生、發(fā)展到消亡的整個(gè)地史演化過程［2］。華慶地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的西南部，西起白馬，東到馬家砭，北自長官廟，南抵城壕－悅樂一帶，面積約5500 km2［3］。華慶地區(qū)三疊系延長組長6儲(chǔ)層是長慶油田的主力產(chǎn)油層位之一，長6儲(chǔ)層進(jìn)一步劃分為3個(gè)小層，分別為長61、長62和長63。本文重點(diǎn)研究長63儲(chǔ)層，長63儲(chǔ)層主要發(fā)育于水下分流河道，砂巖有效厚度一般為10～24 m［4］，屬于低－特低滲透儲(chǔ)層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，成巖作用復(fù)雜。砂巖在埋藏成巖作用過程中受到各種成巖作用的改造，對(duì)原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育產(chǎn)生很大影響［5］，同時(shí)也控制著儲(chǔ)層的發(fā)育及物性特征。因此，通過對(duì)該區(qū)長63儲(chǔ)層的成巖作用進(jìn)行研究，探索其對(duì)孔隙演化的影響，有助于儲(chǔ)層的綜合評(píng)價(jià)和有利區(qū)預(yù)測，并為油田的勘探和開發(fā)提供了一定的理論支持。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

據(jù)巖心觀察及668塊巖石薄片樣品的鑒定資料統(tǒng)計(jì)，華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層巖性主要為淺灰色和灰色細(xì)砂巖，以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，含少量長石巖屑砂巖（圖1）。砂巖成分中碎屑顆粒體積分?jǐn)?shù)平均為84.2%，其中石英平均含量33.2%，長石平均含量43.4%，巖屑平均含量23.4%；巖屑成分中，噴發(fā)巖、石英巖、千枚巖、白云巖、云母等碎屑顆粒含量較高，該區(qū)儲(chǔ)層具有高長石低石英的特點(diǎn)，表明巖石成分成熟度較低。填隙物平均含量為15.5%，其中水云母和綠泥石含量較高，其次為鐵方解石、方解石、鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物。該區(qū)顆粒分選性中等－好，顆粒磨圓以次棱為主，結(jié)構(gòu)成熟度較高，膠結(jié)類型主要為加大－孔隙式、孔隙式和薄膜－孔隙式，其次為基底式。

圖1 華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層砂巖分類三角圖

2 儲(chǔ)層成巖作用類型

在巖心觀察描述的基礎(chǔ)上，通過薄片鑒定、陰極發(fā)光、掃描電鏡等分析方法，對(duì)華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層砂巖的成巖作用進(jìn)行系統(tǒng)的研究，認(rèn)為該儲(chǔ)層的成巖作用類型主要有機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用、溶蝕作用和破裂作用。碎屑巖的一系列成巖變化，對(duì)碎屑儲(chǔ)集巖的孔隙形成、保存和破壞起著極為重要的作用，對(duì)儲(chǔ)層物性有著決定性影響［6］。根據(jù)成巖作用對(duì)孔隙的影響主要分為破壞性成巖作用和建設(shè)性成巖作用兩種類型，前者包括機(jī)械壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代蝕變作用，后者主要是溶蝕作用和破裂作用。

2.1 壓實(shí)壓溶作用

研究區(qū)長63儲(chǔ)層壓實(shí)作用的現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：塑性顆粒泥巖巖屑、云母塑性變形、扭曲及其假雜基化；云母等顆粒定向排列；剛性碎屑石英、長石被壓碎或壓裂。早期顆粒接觸方式主要以點(diǎn)接觸為主，隨著埋深的加大，顆粒發(fā)生部分溶解，由早期的機(jī)械壓實(shí)作用逐漸變?yōu)樯盥癫氐膲喝茏饔茫w粒接觸關(guān)系變?yōu)榫€接觸再到凹凸接觸。通常認(rèn)為壓實(shí)作用影響的最大埋藏深度在2500 m左右，研究區(qū)的埋藏深度介于1611～2341 m，已達(dá)到中深埋藏階段，壓實(shí)作用強(qiáng)烈。機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用使粒間體積減小，使原始孔隙度降低。

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)作用類型主要為碳酸鹽膠結(jié)，硅質(zhì)膠結(jié)，粘土礦物膠結(jié)。

（1）碳酸鹽膠結(jié)。研究區(qū)有方解石、鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)3種碳酸鹽膠結(jié)物類型，其中以鐵方解石膠結(jié)為主。碳酸鹽膠結(jié)物在不同成巖階段均有產(chǎn)出，形成了多期次的碳酸鹽膠結(jié)物，不同期次的其晶體特征和礦物成分存在較大差異。早期方解石膠結(jié)以泥晶狀產(chǎn)出，嵌晶式膠結(jié)，后期鐵方解石膠結(jié)多呈連晶狀膠結(jié)在孔隙中，陰極發(fā)光下顯橙紅色，鐵白云石膠結(jié)以孔隙充填為特征。鐵方解石、鐵白云石的出現(xiàn)說明其成巖時(shí)期為中成巖階段［7］。由于方解石沉淀堵塞了大部分原生孔隙，因此降低了巖石的孔隙度和滲透率。

（2）硅質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)作用較弱，主要形式有石英次生加大和自形石英晶體。石英次生加大邊多呈環(huán)邊狀包裹或半包裹碎屑石英顆粒，并使顆粒成為緊密的鑲嵌接觸，石英次生加大多為壓溶作用產(chǎn)生，但該研究區(qū)內(nèi)壓溶作用較不發(fā)育，因此提供石英次生加大的SiO2并不主要是來源于壓溶作用產(chǎn)生，而是長石顆粒的溶解和云母的蝕變的廣泛發(fā)育為石英次生加大提供了足夠的SiO2［8］。硅質(zhì)膠結(jié)作用改變了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，使砂巖儲(chǔ)層的物性變差。

（3）粘土礦物膠結(jié)。粘土礦物X衍射分析顯示，研究區(qū)粘土礦物主要有綠泥石、伊利石、伊／蒙混層（混層比＜10）。其中綠泥石最為發(fā)育，占粘土礦物總量的70.09%，其次為伊利石，平均含量為23.90%，伊／蒙混層平均含量為5.98%。綠泥石的膠結(jié)形式一是綠泥石薄膜，二是充填于孔隙中的自生綠泥石，綠泥石薄膜多呈微細(xì)葉狀或纖維狀，常發(fā)育成孔隙內(nèi)襯，部分綠泥石薄膜包圍整個(gè)碎屑顆粒。綠泥石呈分散狀及絨球狀，充填于粒間孔中，綠泥石一方面使孔隙度降低，另一方面限制了石英次生加大的發(fā)育，有利于原生孔隙的保存。

2.3 交代蝕變作用

交代作用往往造成原巖的成分和結(jié)構(gòu)局部或全部發(fā)生變化，甚至改變原巖的巖石類型。交代蝕變作用是研究區(qū)常見的成巖作用之一，該區(qū)目的層段的交代現(xiàn)象主要有方解石、鐵方解石、鐵白云石交代長石、碎屑石英、云母等，以及粘土礦物交代碎屑顆粒。方解石往往延著長石的解理方向或雙晶方向開始交代，使這些顆粒的邊緣形狀不規(guī)則，使顆粒的邊緣成港灣狀或鋸齒狀，甚至交代整個(gè)顆粒，部分碎屑顆粒呈現(xiàn)幻影構(gòu)造，具有幻影構(gòu)造的顆粒多數(shù)為長石，其次為巖屑和石英。交代作用不僅交代各種顆粒，也使部分孔隙充填，因此交代作用對(duì)原生孔隙起破壞作用［9］。

2.4 溶蝕作用

研究區(qū)溶蝕作用比較發(fā)育，次生溶孔占34%，易溶的長石、石英、巖屑以及方解石等均有不同程度的溶蝕，產(chǎn)生的次生孔隙以粒間溶孔為主，溶蝕程度輕者沿顆粒邊緣溶蝕，形成港灣狀邊緣，或沿解理溶蝕，形成不連續(xù)的微小粒內(nèi)溶孔、溶縫，溶蝕作用是形成次生孔隙的重要成因，對(duì)儲(chǔ)層具有較好的改造作用。

2.5 破裂作用

由于上覆沉積物的壓力作用，巖石中的剛性成分會(huì)發(fā)生破裂作用，其形成的微裂縫在鑄體薄片中可以清晰的看到，裂縫的發(fā)育可以有效的改善儲(chǔ)集層的物性，為油氣的運(yùn)移提供了良好的運(yùn)移通道。

3 儲(chǔ)層成巖階段

根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》，結(jié)合該區(qū)鏡質(zhì)體反射率、粘土X衍射、自生礦物分布及形成順序等分析表明：該區(qū)長63儲(chǔ)層的埋深介于1611～2341 m；鏡質(zhì)體反射率平均為0.76%，有機(jī)質(zhì)低成熟－成熟；砂巖中可見伊／蒙混層粘土礦物、絨球狀的綠泥石；長石、巖屑等碎屑顆粒發(fā)生明顯的溶蝕作用，形成次生孔隙；石英Ⅱ期加大；高嶺石、伊利石、綠泥石等自生黏土礦物比較常見，因此推斷目前長63儲(chǔ)層的成巖階段主要處于中成巖階段的A期，研究區(qū)內(nèi)成巖演化序列為：機(jī)械壓實(shí)→早期粘土膜形成→石英次生加大Ⅰ期→方解石沉淀→長石顆粒溶解→石英Ⅱ期加大→長石次生加大→方解石溶解→石油充注→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒（圖2）。

圖2 華慶地區(qū)長63砂巖成巖序列演化

4 孔隙度演化

本次研究通過儲(chǔ)集層砂巖的粒度、物性分析，結(jié)合砂巖薄片的觀察與統(tǒng)計(jì)，估算了不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)集砂巖孔隙度的影響，定量研究儲(chǔ)集層砂巖孔隙度降低和增加的成巖過程，可恢復(fù)砂巖孔隙演化史。

4.1 砂巖原始孔隙度

根據(jù)Beard和Weyl［10］提出的計(jì)算公式恢復(fù)研究區(qū)砂巖的原始孔隙度：φ1＝20.91＋22.90／So，式中φ1為原始孔隙度，So為Trask分選系數(shù)，So＝（Q1／Q3）1／2，Q1和 Q3分別為巖石顆粒粒徑概率累積頻率25%處和75%處的粒徑大小。據(jù)壓汞分析資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)目的層段的分選系數(shù)So平均為2.19，計(jì)算得原始孔隙度φ1為31.4%。

4.2 壓實(shí)后砂巖孔隙度

恢復(fù)壓實(shí)后砂巖剩余粒間孔隙度，用于評(píng)價(jià)壓實(shí)作用對(duì)原生粒間孔的破壞程度。壓實(shí)后剩余粒間孔隙度（φ2）可依據(jù)膠結(jié)物含量、物性分析孔隙度、殘余粒間孔、溶蝕孔的關(guān)系求得：φ2＝［（粒間孔面孔率＋膠結(jié)物溶孔面孔率）／總面孔率］×物性分析孔隙度＋膠結(jié)物含量，根據(jù)薄片物性分析資料數(shù)據(jù)計(jì)算得出φ2＝［（1.54＋1.05）／2.67］×11.41＋6.24＝17.3%，壓實(shí)損失孔隙度＝φ1－φ2＝31.4－17.3＝14.1%，壓實(shí)孔隙度損失率＝（φ1－φ2）／φ1＝14.1／31.4＝44.9%。

4.3 膠結(jié)與交代后砂巖孔隙度

經(jīng)壓實(shí)、膠結(jié)及交代作用后的剩余粒間孔隙度φ3＝（粒間孔面孔率／總面孔率）×物性分析孔隙度＝（1.54／2.67）×11.41＝6.6%，膠結(jié)、交代損失孔隙度＝φ2－φ3＝17.3－6.6＝10.7%，膠結(jié)、交代孔隙度損失率＝（φ2－φ3）／φ1＝10.7／31.4＝34.1%。

4.4 次生孔隙度

次生孔隙度φ4＝（次生孔隙面孔率／總面孔率）×物性分析孔隙度＝（1.13／2.67）×11.41＝4.8%。

計(jì)算出研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖原始孔隙度為31.4%，壓實(shí)作用損失了14.1%的孔隙度，壓實(shí)后剩余孔隙度為17.3%，壓實(shí)過程孔隙度損失率為44.9%，屬于中等壓實(shí)；膠結(jié)作用損失了10.7%的孔隙度，膠結(jié)孔隙度損失率為34.1%；壓實(shí)作用和膠結(jié)作用造成了79%的原生粒間孔隙度損失；后期經(jīng)溶蝕作用使得孔隙度增加了4.8%，形成現(xiàn)今孔隙度11.4%，與巖心物性分析平均孔隙度11.41%相近，符合程度高（圖3）。由圖4可知，99%的點(diǎn)都落在圖框的左下角處，這表明壓實(shí)作用破壞掉的原始孔隙要比膠結(jié)作用破壞的多。

圖3 華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層砂巖成巖過程的孔隙度演化

圖4 壓實(shí)作用與膠結(jié)作用對(duì)孔隙度演化影響評(píng)價(jià)

5 結(jié)論

（1）華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層巖石類型主要以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，砂巖分選性中等－好，磨圓度以次棱狀為主，砂巖的成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度較高。

（2）華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層砂巖目前處在中成巖階段A期，成巖演化序列為：機(jī)械壓實(shí)→早期粘土膜形成→石英次生加大Ⅰ期→方解石沉淀→長石顆粒溶解→石英Ⅱ期加大→長石次生加大→方解石溶解→石油充注→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒。

（3）華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層砂巖經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代蝕變作用和破裂作用，其中壓實(shí)作用損失了14.1%的孔隙度，壓實(shí)過程孔隙度損失率為44.9%，膠結(jié)作用損失了10.7%的孔隙度，膠結(jié)孔隙度損失率為34.1%；后期經(jīng)溶蝕作用使得孔隙度增加了4.8%，形成現(xiàn)今孔隙度11.4%。

［1］長慶油田石油地質(zhì)志編寫組.中國石油地質(zhì)志：卷12－長慶油田［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1992：3－4，23－55.

［2］邢長林，英亞歌.鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長8段儲(chǔ)層特征與儲(chǔ)層四性關(guān)系研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2012，26（4）：42－46.

［3］陳沖，朱悅，鞏彬鵬，等.華慶地區(qū)長6儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2012，26（2）：49－51.

［4］周新桂，張林炎，黃臣軍，等.華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層裂縫分布模型與裂縫有效性［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2012，42（3）：689－697.

［5］張路崎，陳恭洋.白豹－坪莊地區(qū)延長組長6儲(chǔ)層成巖作用研究［J］.巖性油氣藏，2009，21（1）：75－82.

［6］鄭俊茂，龐明.碎屑儲(chǔ)集巖的成巖作用的研究［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1989：1－10.

［7］夏常宇，龔福華，梁曉偉，等.鄂爾多斯盆地白于山地區(qū)三疊系延長組長4＋52油層成巖作用研究［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，8（3）：34－37.

［8］Cai C F，Hu W S，Worden R H.Thermochemical sulphate reduction in Cambro－Ordovician carbonates in Central Tarim［J］.Marine and Petroleum Geology.2001，18（7）：729－741.

［9］卜軍，李文厚，曾明，等.鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)中侏羅統(tǒng)延9油層組儲(chǔ)層成巖作用及對(duì)孔隙的影響［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（3）：24－27.

［10］Beard D C，Weyl P K.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand［J］.AAPG Bulletin，1973，57（2）：349－369.