彬縣—旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9儲(chǔ)層成巖作用分析

胡西山，王建華

(延長(zhǎng)油田股份有限公司旬邑指揮部，陜西 旬邑 711300)

鄂爾多斯盆地是我國(guó)第二大沉積盆地，面積約25×104km2，位于中國(guó)大陸中西部，是一個(gè)穩(wěn)定沉降凹陷遷移扭動(dòng)明顯的多旋回沉積型克拉通類含油氣盆地，它具有豐富的油氣煤鈾等多種能源礦產(chǎn)，具有油氣分布廣含油層位多油層厚度大孔隙度和滲透率低等特點(diǎn)，是我國(guó)重要的能源基地。鄂爾多斯盆地東南部的彬縣-旬邑地區(qū)勘探程度相對(duì)較低，中生界油層埋藏淺，勘探潛力較大。三疊系延長(zhǎng)組是其主要的含油層系，油藏類型主要是巖性油藏或構(gòu)造 -巖性油藏，該類油氣藏的勘探，主要是在低孔低滲背景下尋找有利的儲(chǔ)層砂體即高孔高滲儲(chǔ)層，成巖作用分析在儲(chǔ)層研究中占有很重要的地位。成巖作用不僅影響原生孔隙的存在，還對(duì)次生孔隙的產(chǎn)生和發(fā)育有決定性的影響，從而影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能非均質(zhì)性和油氣的運(yùn)移和聚集 因此，成巖作用研究對(duì)后期儲(chǔ)層的勘探和開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

彬縣-旬邑地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，區(qū)域構(gòu)造上屬渭北隆起，構(gòu)造較復(fù)雜主要為應(yīng)力構(gòu)造和沉積差異壓實(shí)構(gòu)造。延長(zhǎng)組沉積演化自下而上經(jīng)歷了由湖進(jìn)—鼎盛—湖退的完整沉積旋回，長(zhǎng)9期湖盆已經(jīng)形成，并向鼎盛時(shí)期發(fā)展。長(zhǎng)9期為辮狀河三角洲前緣沉積，物源主要來源于南部的秦嶺地區(qū)，長(zhǎng)9儲(chǔ)層主要發(fā)育于水下分流河道微相。

2 長(zhǎng)9儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

儲(chǔ)層特征及其物性特征是影響油氣田油氣分布的主要因素，也是尋找油氣富集有利區(qū)塊和進(jìn)行油田開發(fā)研究的一個(gè)重要基礎(chǔ)[2]。

長(zhǎng)9油層組碎屑顆粒成分統(tǒng)計(jì)表明:石英含量為24.55%，長(zhǎng)石含量為46.5%，巖屑含量為28.95%。根據(jù)三角圖分類法結(jié)合巖心觀察，長(zhǎng)9油層組的巖石類型主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，其次含長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖(見圖1)。

圖1 彬縣-旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9巖石分類圖

長(zhǎng)9油層組的整體石英平均含量24.55%，單井石英平均含量在20.0% ～29.21%之間，長(zhǎng)石平均含量為 46.5%，平均巖屑含量為28.95%。

本區(qū)主要的膠結(jié)物是碳酸鹽巖膠接物，其次為硅質(zhì)，并且含有少量的白云石、鈉長(zhǎng)石等。薄片鑒定表明方解石含量變化大，少者方解石含量1%都不到，含量較多者超過了30%。陰極發(fā)光中，方解石常發(fā)暗橙黃至暗橙紅色光，表明其多為含鐵方解石。白云石和鈉長(zhǎng)石偶見，含量一般在1%到2%。硅質(zhì)膠結(jié)物主要以次生加大的形式出現(xiàn)，含量不多，平均不到2%。工區(qū)內(nèi)膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，其次為孔隙-壓接式膠結(jié)。

3 長(zhǎng)9儲(chǔ)層成巖作用

該區(qū)延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層所經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)(溶)作用、膠結(jié)作用、泥質(zhì)充填作用、溶蝕作用和交代作用。

3.1 壓實(shí)(溶)作用

研究區(qū)內(nèi)各地層中均存在一定數(shù)量的泥質(zhì)碎屑、云母等可塑性巖石碎屑，因此壓實(shí)現(xiàn)象比較明顯，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面:(1)顆粒發(fā)生壓實(shí)定向:常見于雜基支撐的粉砂巖、粉細(xì)砂巖中，由于埋深增加，地層壓力增大，使碎屑顆粒長(zhǎng)軸近于水平方向定向排列，在鏡下可見巖石紋層層面上有云母和炭屑的定向排列(見圖2)。

圖2 正10井長(zhǎng)9，10×10(-)壓實(shí)之后，碎屑顆粒近于水平方向定向排列

(2)塑性顆粒壓實(shí)變形:主要是云母、泥質(zhì)巖屑等受壓彎曲、伸長(zhǎng)或被硬碎屑嵌入(見圖3)。

圖 3 正 10井長(zhǎng) 9，1 600.23 m，10×10(+)云母受擠壓后變形

(3)剛性顆粒壓裂:如石英、長(zhǎng)石等剛性礦物，當(dāng)上覆壓力超過顆?？箟簭?qiáng)度時(shí)，顆粒沿其薄弱面破裂，長(zhǎng)石一般沿其解理面破裂，石英則產(chǎn)生楔形裂隙等。

(4)碎屑顆粒接觸關(guān)系發(fā)生變化:隨埋藏深度增加，顆粒接觸關(guān)系漸趨緊密，碎屑顆粒由彼此分離到相互靠近，出現(xiàn)由點(diǎn)接觸到線接觸的特征。

壓實(shí)作用是一種很普遍的成巖現(xiàn)象，在研究區(qū)延長(zhǎng)組的各個(gè)地層中都能看見壓實(shí)作用的現(xiàn)象[3]。壓實(shí)作用是砂巖原生粒間孔減少的主要原因之一，計(jì)算工區(qū)內(nèi)長(zhǎng)9段內(nèi)因壓實(shí)損失的孔隙達(dá)23.15%。

3.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)內(nèi)常見的膠結(jié)物有碳酸鹽巖膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物。

3.2.1 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物在彬縣一旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組的碎屑巖中非常普遍，主要呈粒間膠結(jié)物、交代物的形式出現(xiàn)。成分上主要以方解石和鐵方解石為主，碳酸巖膠結(jié)物對(duì)砂巖孔隙起堵塞作用，能使分選良好的砂巖成為低孔低滲的儲(chǔ)集巖。但早期的碳酸巖膠結(jié)物充填孔隙后又起到了一定的支撐作用，使砂巖的壓實(shí)程度減弱。更重要的是碳酸巖膠結(jié)物易溶于酸性孔隙水中，為后來的次生孔隙的產(chǎn)生奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。但遺憾的是，研究區(qū)內(nèi)的碳酸巖膠結(jié)物的溶蝕現(xiàn)象并不明顯，僅在一些溶蝕縫周圍能看見少量的方解石的溶蝕現(xiàn)象。

從薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，長(zhǎng)9的碳酸鹽膠結(jié)作用強(qiáng)，方解石膠結(jié)物含量達(dá)11.92%。從物性上來看，長(zhǎng)9的孔隙度相對(duì)比較好，但滲透率最差，其原因可能是大量的方解石膠結(jié)物增強(qiáng)了長(zhǎng)9的抗壓實(shí)性，使長(zhǎng)9中保留了相對(duì)多的原生粒間孔，但同時(shí)由于方解石膠結(jié)作用強(qiáng)，占據(jù)了大部分喉道，使長(zhǎng)9的滲透率變差，從而形成了長(zhǎng)9中相對(duì)高的孔隙度與相對(duì)較低的滲透率的局面。

3.2.2 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英次生加大和在孔隙中以石英晶體的形式產(chǎn)出。硅質(zhì)膠結(jié)物的含量雖然不高(最高為4%)，但石英的次生加大現(xiàn)象卻比較普遍。在所選的60個(gè)鑄體薄片中，幾乎都能見到石英的次生加大。因此，硅質(zhì)膠結(jié)物的主要來源應(yīng)該不是由石英的壓溶提供的。考慮到工區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組的成分成熟度比較低，主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖或巖屑長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石的含量高達(dá)40%左右，且長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象比較普遍。因此，研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物可能是由長(zhǎng)石的溶蝕高嶺石化而來?？傊z結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層主要起破壞作用，膠結(jié)物大量占據(jù)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，是儲(chǔ)層孔隙損失的另一主要原因。

3.3 泥質(zhì)充填作用

研究區(qū)內(nèi)主要的泥質(zhì)充填物有綠泥石和高嶺石及少量的伊利石及伊蒙混層等礦物。綠泥石是該區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)集層中分布最廣、含量最高的自生粘土礦物。綠泥石大多以孔隙襯墊的形式產(chǎn)出，也有少量“絨球狀”綠泥石以孔隙充填的形式產(chǎn)出。高嶺石、伊利石及伊蒙混層等礦物則主要以孔隙充填的形式產(chǎn)出。泥質(zhì)充填在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)都非常普遍，且主要以綠泥石為主。早期綠泥石薄膜的形成，在石英顆粒表面形成了一層保護(hù)膜，阻止了石英的自生加大。

在鏡下，我們幾乎看不到在粘土膜中的石英顆粒有次生加大現(xiàn)象。另外，這種粘土膜的形成，也可以增強(qiáng)砂巖的抗壓實(shí)程度，在一定程度上，起到了保護(hù)粒間孔的作用。但同時(shí)，粘土膜自身要占據(jù)一定的空間，它們的存在也可使原生粒間孔明顯的變小，而且粘土礦物形成時(shí)，常常會(huì)占據(jù)孔隙喉道，使喉道變細(xì)甚至消失，從而降低了砂巖的滲透率，增強(qiáng)了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

3.4 溶蝕作用

在研究區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)集巖中，長(zhǎng)石的溶蝕作用是比較普遍的。事實(shí)上，長(zhǎng)石作為碎屑顆粒，在搬運(yùn)沉積的時(shí)候就已經(jīng)開始溶蝕了，沉積之后，由于印支運(yùn)動(dòng)使延長(zhǎng)組整體抬升，接受大氣淡水的淋濾，造成了研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)石溶孔相對(duì)較為發(fā)育的事實(shí)。長(zhǎng)石的溶蝕孔是本區(qū)的主要次生孔隙類型，這類孔隙的存在，對(duì)儲(chǔ)層的物性起到了積極有效的改善作用。

3.5 交代作用

在研究區(qū)內(nèi)，主要的交代作用是方解石對(duì)長(zhǎng)石的交代。方解石交代長(zhǎng)石的現(xiàn)象比較普遍，因?yàn)檠芯繀^(qū)內(nèi)曾發(fā)生過強(qiáng)烈的方解石膠結(jié)作用，在方解石形成時(shí)，孔隙水中富含Ca2+和CO32-離子，而這種溶液具有破壞長(zhǎng)石晶格的能力，但交代程度大都比較低，以溶蝕交代長(zhǎng)石邊緣為主。個(gè)別地方可見方解石交代石英現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象不普遍。交代過程中服從體積保持不變定律和質(zhì)量作用定律，因此，交代作用對(duì)儲(chǔ)層的影響不大。

4 長(zhǎng)9儲(chǔ)層成巖作用序列

根據(jù)以上成巖作用的分析，結(jié)合各種自生礦物的產(chǎn)出狀況和生成條件，我們對(duì)研究區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組的成巖序列進(jìn)行了分析。

(1)沉積物一沉積下來就在上覆壓力的作用下開始?jí)簩?shí)，因此，壓實(shí)作用應(yīng)最早發(fā)生。(2)在鏡下，通常看到被粘土包裹的顆粒成分單一，也未見有加大現(xiàn)象，因此，早期粘土膜的形成應(yīng)早于其他成巖作用。(3)長(zhǎng)石的溶蝕也發(fā)生的比較早，它為石英的次生加大提供了 SiO2的來源，故長(zhǎng)石的溶蝕要早與石英次生加大。另外，長(zhǎng)石溶孔內(nèi)偶見方解石膠結(jié)物，可見長(zhǎng)石溶蝕應(yīng)早于方解石膠結(jié)。(4)鏡下可見早期方解石膠結(jié)物呈微 -粉晶于孔隙中，但含量很少，而后期的方解石膠結(jié)物則呈粉晶-中晶及連晶狀，其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于早期方解石膠結(jié)物含量。后期方解石膠結(jié)物，其陰極發(fā)光較暗，為鐵方解石。因此，方解石的大規(guī)模膠結(jié)應(yīng)出現(xiàn)在晚成巖A期的早期。(5)在掃描電鏡下可以看到長(zhǎng)石有加大的趨勢(shì)，但加大程度不大，根據(jù)其加大程度及其加大的條件判斷，長(zhǎng)石加大現(xiàn)象發(fā)生的較晚，應(yīng)在進(jìn)入晚成巖A期后才出現(xiàn)。(6)鏡下可見泥質(zhì)膠結(jié)物被有機(jī)質(zhì)浸染和瀝青包裹自生石英的現(xiàn)象，說明烴類侵位應(yīng)晚于粘土膜的形成及石英次生加大。烴類侵位應(yīng)發(fā)生在有機(jī)質(zhì)進(jìn)入成熟期，開始大量生成油氣的晚成巖A期。

根據(jù)以上分析，彬縣―旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組成巖序列為:壓實(shí)作用→早期粘土膜沉淀作用→長(zhǎng)石溶蝕→石英次生加大→晚期方解石膠結(jié)→方解石交代長(zhǎng)→長(zhǎng)石次生加大→烴類侵位。由于各種成巖作用都是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地質(zhì)過程，在同一時(shí)間內(nèi)，可能發(fā)生著多種成巖作用，因此，它們的早晚只是相對(duì)而言的[4]。

5 長(zhǎng)9儲(chǔ)層成巖階段的劃分

通過鏡質(zhì)體反射率及鏡下觀察到的各種現(xiàn)象，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組目前處在晚成巖的A期，主要依據(jù)為:(1)各層的鏡質(zhì)體反射率(Ro)的測(cè)試結(jié)果表明，延長(zhǎng)組長(zhǎng)9的鏡質(zhì)體反射率分布在1.03～1.07之間，有機(jī)質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入成熟期。(2)在掃描電鏡下，可見粘土礦物主要為薄膜狀和絨球狀的綠泥石還有部分晶形完好的高嶺石及少量纖維狀伊利石。(3)研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)石有加大現(xiàn)象，這表明該區(qū)延長(zhǎng)組己經(jīng)進(jìn)入晚成巖A期。(4)鏡下可見明顯的長(zhǎng)石溶蝕及少量的及巖屑溶蝕現(xiàn)象。(5)顆粒多呈點(diǎn)到線狀接觸，罕見縫合線狀接觸 (6)陰極發(fā)光下見方解石發(fā)光較暗，多呈較暗的橙紅色，說明其含鐵較重。(7)鏡下常見石英I-II級(jí)加大，局部為III級(jí)加大。

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率及以上現(xiàn)象可以確定目前該區(qū)延長(zhǎng)組各地層已經(jīng)進(jìn)入晚成巖階段A期。

6 結(jié)語

(1)彬縣-旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9儲(chǔ)層為長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，其次含長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖，主要的膠結(jié)物是碳酸鹽巖膠接物，其次為硅質(zhì)，并且含有少量的白云石、鈉長(zhǎng)石等，。膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，其次為孔隙 -壓接式膠結(jié)。

(2)彬縣-旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9儲(chǔ)層主要的成巖作用有壓實(shí)(溶)作用、膠結(jié)作用、泥質(zhì)填充作用、溶蝕作用和交代作用。壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙起著破壞性作用，溶解作用起著使儲(chǔ)層孔隙增大的作用。前者為破壞性成巖作用，后者為建設(shè)性成巖作用。但壓實(shí)作用中的剛性顆粒發(fā)生破裂而產(chǎn)生的微裂縫，對(duì)特低滲儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的改善具有積極的意義。

(3)彬縣-旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組各地層已經(jīng)進(jìn)入晚成巖階段A期。

[1]朱國(guó)華，陜甘寧盆地西南部上三疊系延長(zhǎng)統(tǒng)低滲透砂體和次生孔隙砂體的形成[J].沉積學(xué)報(bào).1985:02.

[2]何雨丹，肖立志，毛志強(qiáng)，等.測(cè)井評(píng)價(jià)“三低”油氣藏面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向[J].地球物理學(xué)進(jìn)展.2005，20(2):282-288.

[3]郭睿，儲(chǔ)集層物性下限值確定方法及其補(bǔ)充[J].石油勘探與開發(fā).2004，31(5):140-143.

[4]鄭浚茂，龐明.碎屑儲(chǔ)集巖的成巖作用研究[M].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社.1989.

[5]彬縣-旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組下部油層組含油遠(yuǎn)景初步評(píng)價(jià).延長(zhǎng)油田股份有限公司旬邑指揮部.2012.