鄂爾多斯盆地油層組成巖作用研究

呂婷婷

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

1 選題依據(jù)及研究意義

鄂爾多斯盆地屬于我國第二大沉積性盆地，包括呂梁山與太行山兩片區(qū)域，在呂爾多斯盆地中，其姬塬地區(qū)是一個(gè)近些年來新發(fā)現(xiàn)的油氣勘探基地，其開發(fā)層系共包括延長組與油層組兩大部分，不過，在姬塬地區(qū)油氣開采工作中，該地區(qū)出現(xiàn)例如注水不受效等一系列問題。這就急需了解長2油層組的儲(chǔ)層特征及其分布規(guī)律。但整體上姬塬腹地因其顯著的低孔、低滲、低壓、低阻和較強(qiáng)非均質(zhì)性，導(dǎo)致其較盆地內(nèi)其它地區(qū)勘探程度低剩余資源量大，因此需要應(yīng)用地層學(xué)、沉積學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)等理論和方法，對(duì)姬塬地區(qū)成巖作用進(jìn)行研究，為下一步的勘探開發(fā)提供有利幫助。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題

1868年，德國著名學(xué)者C.W.岡貝爾首次提出了成巖作用這一概念，該概念的含義為地層中所分散的松散沉積物經(jīng)過長期的地層物理、化學(xué)作用而形成的沉積巖石。成巖作用原理是松散沉積物在地層中受到厭氧細(xì)菌的作用而使其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)發(fā)生分散和腐爛，從而分解為硫化氫、甲烷、氨氣和二氧化碳等多種氣體，進(jìn)而使碳酸基礦物在發(fā)生溶解后生成了一種全新的物質(zhì)，即重碳酸鹽，而礦物中的高價(jià)氧化物則在溶解作用下被還原為低價(jià)的硫化物，從而使地層中松散沉積物從原有的酸性氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變成最終的堿性還原環(huán)境，使覺積物中的各個(gè)組分得以重新組合與分配，膠體礦物被壓縮膠結(jié)后固結(jié)成最終的沉積巖石。

我國對(duì)成巖作用的研究有很大突破，但仍有較多問題亟需解決：其一，成巖作用給儲(chǔ)層性質(zhì)中孔隙所造成的影響尚未得到深入的研究，關(guān)于成巖作用在油田開發(fā)、油氣成藏等方面的研究文獻(xiàn)較少；其二，對(duì)成巖作用進(jìn)行研究的主要手段及方法過于單一化，我國學(xué)者王允誠便對(duì)成巖作用的主要研究手段及方法進(jìn)行了相應(yīng)的總結(jié)，其認(rèn)為研究成巖作用的手段與方法共包括九種，不過在實(shí)際研究過程中，僅掃描電鏡與薄片鑒定較為常用，而對(duì)于其他七種研究手段與方法則很少采用；其三，對(duì)成巖作用中的成巖相研究尚不深入，對(duì)成巖相的研究有助于分析儲(chǔ)層性質(zhì)，其對(duì)于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)來說有著重要的意義，不過關(guān)于成巖相的研究則較為少見，其研究成果也不多；其四，對(duì)儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和成巖作用之間關(guān)系的研究較為少見。總而言之，對(duì)于地質(zhì)過程來說，其地質(zhì)作用往往是非常復(fù)雜的，并且某些地質(zhì)作用還具備相互關(guān)系，因此對(duì)成巖作用與地質(zhì)作用的研究和分析需要引起重視。

3 姬塬地區(qū)的地理概況

姬塬地區(qū)作為鄂爾多斯盆地中的重要油氣勘探基地，其地理位置處于盆地西側(cè)，并分別與寧夏、陜西與甘肅相接，地質(zhì)構(gòu)造上屬盆地伊陜斜坡中西部及西緣逆沖帶中部。其位于伊陜斜坡，與天環(huán)坳陷毗鄰。姬源地區(qū)共有鉆井160余口，在這些鉆井中，僅有十幾口鉆井處于油層組中，油層組中的油層厚度可達(dá)20m以上，而其他大部分鉆井則屬于油水井。鄂爾多斯三疊世姬塬地區(qū)處于湖盆向西部的海原-中衛(wèi)通道影響的部位，物源主要受北東水系控制，而且西北方向較小水流也給予補(bǔ)充。

4 鄂爾多斯盆地延長組地層特征

鄂爾多斯盆地的陸源碎屑沉積主要分為湖泊相與河流相兩種，其底部和中三疊統(tǒng)紙坊組之間屬于假整合接觸，而其頂部則和侏羅系富縣組或延安組屬于假整合接處，并且還存在程度不一的剝蝕現(xiàn)象。在鄂爾多斯盆地中的陸源碎屑沉積厚度通常在400～1400 m，并以南厚北薄的形式呈現(xiàn)出來，在北部延長組地層中，其沉積物的厚度為100～600 m，而在南部延長組地層中，其沉積物的厚度則為1000～1400 m，不過其南部邊界周邊由于受到剝蝕的作用，使其沉積物厚度較薄。在延長組西測(cè)的石溝騷及華亭等地的沉積物厚度則往往要超過3000 m以上。

5 影響成巖作用的主要因素

5.1 碎屑巖成分

碎屑巖的成分是影響成巖作用重要的影響因素，碎屑巖主要包括填隙物與碎屑顆粒等成分，其受到儲(chǔ)層沉積環(huán)境及成巖變化的作用而形成不同類型的沉積巖。對(duì)于巖石來說，其原始成分的不同以及結(jié)構(gòu)類型的不同，也會(huì)造成不同程度的壓實(shí)效應(yīng)，其中，如果巖石中的柔性成分較多，并且其磨圓與分選較差，則其壓實(shí)效應(yīng)也較為明顯。此外，在碎屑巖中不同的雜基含量與骨架顆粒，也會(huì)使碎屑巖的孔隙度與抗壓性能有很大不同。在碎屑巖中如果含有較高的長石及石項(xiàng)等剛性顆粒，則其抗壓性能也就越大，相應(yīng)的碎屑巖中的原生孔隙度也就越大。此外，碎屑巖中的粒度也會(huì)給成巖作用造成一定程度的影響，如果碎屑巖中的中細(xì)砂和中砂巖分選較好，則壓實(shí)給儲(chǔ)層物性造成的改造作用也就越差，如果其細(xì)砂及粉砂巖分選較差，則這種改造作用反而會(huì)較強(qiáng)，但相應(yīng)的經(jīng)過成巖作用后的沉積巖所具備的孔滲性能也比較差。

5.2 沉積相及其沉積環(huán)境

在成巖作用中，沉積環(huán)境會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的孔隙演化產(chǎn)生重大影響，其直接對(duì)沉積物的類型產(chǎn)生決定性的作用。沉積環(huán)境中的儲(chǔ)層孔隙直接關(guān)系到沉積物類型的演化和形成?？紤]到沉積物粒度的不同也使成巖的演化序列有很大差異，進(jìn)而使儲(chǔ)層孔隙也有很大不同。對(duì)于優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層來說，其往往具備較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，比如濱岸、重力流水道、三角洲等，在這些優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中，相帶主體更是決定其儲(chǔ)層優(yōu)質(zhì)性的重要條件，當(dāng)相帶主體中的砂體厚度較大時(shí)，則儲(chǔ)層在進(jìn)行成巖時(shí)所產(chǎn)生的膠結(jié)作用也往往較弱，由于巖石成分多為剛性顆粒，具備較強(qiáng)的抗壓性能，因此該儲(chǔ)層不僅有助于保存原生孔隙，還有助于次生孔隙的后期發(fā)育?？梢哉f，沉積性是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中的關(guān)鍵性條件，其不僅決定了儲(chǔ)層中所具備的空間分布特征，還會(huì)給成巖作用初期與晚期造成一定影響。據(jù)表三可知，姬塬地區(qū)為曲流河前三角亞相與三角洲前緣，其中，沉積微相類型共分為支流間灣、水下分流河道、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩和前三角洲泥。這就又一次證明了研究區(qū)抗壓實(shí)作用能力較強(qiáng)，原生孔隙保存較為完整。

5.3 溫壓場(chǎng)給成巖作用造成的影響

沉積物的同生水、結(jié)構(gòu)及組分是由氣候類型所決定的，其對(duì)成巖作用初期有著非常明顯的影響作用，溫壓場(chǎng)是影響成巖作用的一大關(guān)鍵性因素，溫度場(chǎng)中的溫度升高會(huì)使砂巖中巖與水之間的反應(yīng)速率加快，并促進(jìn)機(jī)械壓實(shí)，從而大大增加砂巖的壓實(shí)速率。溫壓場(chǎng)中的地溫給成巖作用造成的影響在以下四個(gè)方面中有所體現(xiàn)：其一，溫度升高會(huì)使大部分礦物的溶解度增大；其二，地溫所具備的不同梯度會(huì)使礦物的轉(zhuǎn)化深度不同；其三，溫度決定化學(xué)反應(yīng)中的平衡常數(shù)；其四，溫度變化會(huì)使有機(jī)質(zhì)中催生出不同的化學(xué)成分，而這些化學(xué)成分中包含的有機(jī)酸也給礦物帶來明顯不同的溶解作用。

在溫壓場(chǎng)中的地層壓力也是影響成巖作用的一大因素，其地層壓力主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：其一，地層壓力處于較高異常水平時(shí)，會(huì)減緩甚至停止膠結(jié)物增長；其二，當(dāng)?shù)貙訅毫μ幱谳^高異常水平時(shí)，會(huì)抑制油氣生成與有機(jī)質(zhì)的熱演化作用，進(jìn)而使生油窗范圍得以拓寬，同時(shí)有機(jī)質(zhì)在進(jìn)行熱演化時(shí)所生成的大量無機(jī)酸與有機(jī)酸，會(huì)使巖酸鹽膠結(jié)物中的酸溶解強(qiáng)度大大增加，進(jìn)而生成大量的次生孔隙。對(duì)于溫壓場(chǎng)來說，其砂巖儲(chǔ)層的壓力水平越高，則其孔隙度也往往較高，相應(yīng)的儲(chǔ)層中的油氣性也就較好；其三，地層壓力處于較高異常水平時(shí)，會(huì)在初期形成時(shí)對(duì)覆地層的壓力進(jìn)行部分抵消，進(jìn)而降低因壓實(shí)作用而使孔隙減少。

5.4 埋藏條件給成巖作用帶來的影響

在埋深條件相同時(shí)，不同的經(jīng)歷時(shí)間也會(huì)造成地層壓實(shí)程度差異，由粘彈塑體應(yīng)力與應(yīng)變模型中可以推導(dǎo)出，在同一埋藏條件中，經(jīng)歷時(shí)間與埋深之間的雙元函數(shù)便是地層孔隙度，此雙元函數(shù)說明了地層孔隙度演化過程中的兩大因素分別是埋深與埋深時(shí)間。此外，通過壓實(shí)物理實(shí)驗(yàn)可證明在壓實(shí)過程中，承壓時(shí)間的不同也會(huì)使壓實(shí)程度有很大不同，也就是說，深度與埋藏時(shí)間是影響孔隙度的兩大因素。

6 結(jié)語

（1）長2儲(chǔ)層主要為長石砂巖、巖屑長石砂巖，主要膠結(jié)物有高嶺石、綠泥石、鐵方解石及硅質(zhì)，次為伊利石、鐵白云石、方解石及長石質(zhì)，儲(chǔ)層以細(xì)粒砂巖為主，分選好，磨圓度中等。反映了儲(chǔ)層砂巖成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度高的特點(diǎn)。儲(chǔ)集性能具有中孔、低滲的物性特點(diǎn)?？紫额愋鸵詺堄嗔ｉg孔為主，長石溶孔次之，巖屑溶孔和晶間微孔相對(duì)較少?？紫督Y(jié)構(gòu)為中小孔、中細(xì)喉型。

（2）姬塬區(qū)長2地層所經(jīng)歷的主要成巖作用類型有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用。成巖作用對(duì)研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層起著重要的控制作用，姬塬區(qū)因砂巖粒度較細(xì)，成分成熟度低，因此壓實(shí)作用較強(qiáng)，是造成孔隙減小最重要的因素，膠結(jié)作用和交代作用也在一定程度上會(huì)造成孔隙度減小的情況，而溶蝕作用則不僅增加了長2孔隙，而且很大程度上改善了儲(chǔ)層的滲流條件，使儲(chǔ)層性能得到很大的改善。

（3）姬源地區(qū)長2油層組自晚三疊世以來經(jīng)歷了3次沉降過程、2次抬升剝蝕事件和1次沉積間斷，在此過程中其依次經(jīng)歷了同生成巖階段、早成巖階段A期、短暫的表生成巖階段、早成巖階段A期、早成巖階段B期、晚成巖階段A期六個(gè)階段，現(xiàn)處于晚成巖A期，以次生溶蝕孔隙為主。

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